TWI345286B - Method of producing simox wafer - Google Patents

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1345286 Π) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 -- 1.發明範疇 - 本發明關於具埋藏氧化物（BOX )膜以形成 電力損耗SOI (絕緣體上之矽）設備的薄膜SOI 具體地關於SIMOX (植氧分離）晶圓的製造方法 藏氧化物膜係經由將氧離子植入晶圓表面並以高 • 形成。 【先前技術】 2.相關技藝描述 關於製造薄膜SOI晶圓的方法，迄今已知所 量SIMOX方法，其中植入氧的劑量高，及所謂 SIMOX方法，其中以相較於該高劑量SIMOX方 低的劑量植入氧離子，接著並在高氧氣體中實施 # 關於低劑量SIMOX方法，爲近來開發的 MLD (修改的低劑量）方法，其中可藉由以低劑 實施最後氧植入以形成氣體層，而以低劑量形成 有助於晶圓的大量製造。 該高劑量SIMOX方法爲一種方法，其中氧 列狀況下植入，加速能量：1 5 0 k e V，劑量：超過 cnT2，及基底溫度：約500 °C，且之後以1300。C 度在包含0.5-2%氧的氬（A〇或氮（N2)氣體中 達約 4-8 小時（參照 K. Izuroi et al.· Electron 局速、低 晶圓，較 ，其中埋 溫退火而

謂的高劑 的低劑量 法顯著較 退火。 一種所謂 量及室溫 BOX，其 離子在下 1·5χ1018 以上的溫 實施退火 lett. ( UK (2) (2)1345286 )vol，14,(1978)，ρ·593)。然而，該高劑量 SIMOX 方 法具有一些問題，即植入時間極長，產量不佳，且SOI層 錯置密度高達Ixl05-lxl07cm·2。 該低劑量SIMOX方法改進了上述該高劑量SIMOX方 法的問題，且其典型地在下列狀況下植入氧離子，加速能 量：超過150keV，劑量：4xl017 -lxl018cm·2，及基底溫度 ••約400-600°C，且之後以1300。(：以上的溫度在包含SOSO%氧 的氬氣 體中實 施退火 ，藉此 ，獲 得顯 著的品 質改進 ，即埋藏氧化物膜（BOX )於退火步驟經內部熱氧化而變 厚（可縮寫爲"ITOX")，並降低錯置密度等（參照 S. Nakashima et al., Proc.IEEE int. SOI Conf. ( 1 994 ) , p71-72 ) ° 此外，該MLD方法開發做爲該低劑量SIMOX方法的 改良版本，並爲一種方法其中在現有高溫（400-65 0°C ) 氧植入之後，可於室溫實施顯著低劑量的進一步氧植入， 以於埋藏氧化物膜（BOX )的表面上形成一氣體層（參照 0. W. Holland et al., App 1. Phys. Lett. ( USA) vol. 69 ( 1996)，p574及美國專利No. 5930643)。依據此方法， 可在1.5xl017-6xl017cnT2之寬且低劑量的範圍內實施BOX 的連續生長，且在後續ITOX程序中亦然，可以較傳統 ITOX高1.5倍的比例實施內部熱氧化。結果，BOX膜極 接近熱氧化物膜，並獲得顯著的改進。在MLD方法中， 通常在ITOX步驟後於包含0.5-2%氧的Ar氣體中實施退 火達約5-10小時，以便降低SOI層中的氧含量。 (3) 1345286 • 如上述，在所有高劑量SIMOX方法、低劑: 方法及MLD方法中，SIMOX程序約略包括以約 ·. 或更多能量與約1·5χ1017 -lxl018cm-2劑量之植入 植入步驟，及回復經植入氧離子所製造之損害以 的埋藏氧化物膜（BOX )的高溫退火步驟。在言 程序中，氧離子被植入裸矽晶圓（不具氧化物膜 以高溫退火該裸矽以形成埋藏氧化物膜（B OX ) φ 然而，在該SIMOX程序中，已知許多顆粒 (3 5 0- 5 00 °C )及高劑量（2χ1017 -1 xl018cm·2 )的 植入步驟附著至矽表面，而造成表面缺陷。甚至 植入後形成埋藏氧化物膜（BOX)的高溫退火步 係由例如管、船形容器、支架等機構產生以附著 確定將造成表面缺陷。 【發明內容】 φ 因而，本發明的一個目標是有利地解決上述 提出製造SIMOX晶圓的方法，其中不僅在氧離 驟亦在高溫退火步驟有效地抑制附著至矽表面的 較於傳統技術而大大地降低該些顆粒所引發表面 生。 本發明已進行各式硏究以達成上述目標，並 物膜係於氧離子植入之前以適當的厚度形成於晶 ，並接著實施該氧離子植入穿過該氧化物膜，藉 地避免附著至該晶圓的顆粒於此步驟直接接觸矽 1 SIMOX 150 keV 氧離子的 形成平坦 突 SIMOX 等），並 〇 在極高溫 狀況下於 在氧離子 驟，顆粒 至裸矽， 問題，並 子植入步 顆粒，相 缺陷的發 發現氧化 圓的表面 此可有效 表面，且 -6 - (4) (4)1345286 該氧化物膜亦可於該氧離子植入後不移除而做爲後續高溫 退火步驟的保護膜，藉此亦可避免顆粒直接接觸矽表面。 本發明係基於上述知識及其中結構如下。 (1 )製造SIMOX晶圓的方法包含氧離子植入步驟及 高溫退火步驟，其中氧化物膜於氧離子植入之前形成於晶 圓的表面，並接著實施該氧離子植入穿過該氧化物膜。 (2) 依據項目（1)之製造SIMOX晶圓的方法，其 中蝕刻部分或全部該氧化物膜，以便於該氧離子植入之後 移除附著至該氧化物膜的顆粒。 (3) 依據項目（1)之製造SIMOX晶圓的方法，其 中於該氧離子植入之後使用至少部分該氧化物膜做爲後續 該高溫退火步驟的保護膜而不完全移除。 (4 )依據項目（1 ) - ( 3 )任一·項之製造SIMOX晶 圓的方法，其中該氧化物膜係經由使用氧或蒸汽之氧化處 理’或經由使用矽烷或二氯甲矽烷及氧之CVD處理而形 成。 (5 )依據項目（1 ) · ( 4 )任一項之製造SIMOX晶 圓的方法，其中該氧化物膜具有5-lOOnm的厚度。 (6)依據項目（1) - (5)任一項之製造SIMOX晶 方法，其中該氧化物膜的外緣藉蝕刻而移除以改進該 _離子植入步驟中自接腳之電荷的流動。 依據本發明，不僅在SIMOX程序中氧離子植入步驟 # &高溫退火步驟有效地避免附著至晶圓的顆粒與矽表面 觸，且結果相較於傳統技術而大大地降低該些顆粒 (5) (5)1345286 所引發表面缺陷的發生。 【實施方式】 本發明將參照附圖而具體描述。在SIMOX程序的氧 離子植入步驟，顆粒係至少由晶圓的支架部分及旋轉系統 、光束線、運輸系統等製造。該顆粒主要由做爲構件之材 料的矽、矽氧化物、碳等組成。 到目前爲止，當顆粒1如圖1 ( a )所示附著至晶圓2 的裸矽表面時，其便如圖1 (b)中所示經由氧離子植入而 藉BOX膜3之形成中溫度提昇而於矽表面供乾，最後產 品中引發顆粒缺陷的可能性極高》而且，即使於矽表面烘 乾的該顆粒1與圖1(c)中所示退火中所形成的氧化物膜 4，藉蝕刻該氧化物膜4而一同移除，它們亦如圖1(d) 中所示留下做爲內徑痕跡5而引發表面缺陷。 相對地，依據本發明，如圖2 ( a )中所示，氧化物膜 (以下稱爲幕濾氧化物以區別退火中所形成的氧化物膜4 )6於氧離子植入之前形成於矽表面上。當氧離子植入穿 過該幕濾氧化物6時，即使該顆粒1係於該植入期間製造 ’該些顆粒1將如圖2(b)中所示並非直接附著至矽表面 ，而是附著至該幕濾氧化物6的表面，使得該顆粒1將如 圖2(c)中所示並非於退火中矽表面上烘乾，因而於該植 入後藉將該幕濾氧化物6及該顆粒1以HF等蝕刻而將該 顆粒1連同該幕濾氧化物6移除，且結果如圖2(d)中所 示，該矽表面保持裸態。 -8- (6) (6)1345286 若該幕濾氧化物於氧離子植入後移至高溫退火步驟而 不完全移除，便有效地做爲該高溫退火程序中顆粒的保護 膜。甚至在該高溫退火程序中，考量特別於最初程序階段 附著至該裸矽表面而未形成表面氧化物膜的顆粒，於後續 高溫退火中在表面烘乾，便極可能於最後產品中引發表面 缺陷。此外，退火中形成的所有幕濾氧化物及氧化物膜最 後均移除，使得該退火中所附著的顆粒可連同該些氧化物 膜有效地移除。 由於厚度係藉氧離子植入中噴濺，該幕濾氧化物較佳 地具有不小於5nm的厚度。儘管該幕濾氧化物的厚度可藉 提昇植入能量而變厚，但考量實際植入能量及後續退火程 序，希望其不超過lOOnm。 而且，關於形成幕濾氧化物的方法，考量化學氧化物 、sol-gel方法等，但鑑於該幕濾氧化物的品質，有利地採 用通常氧化方法或經由CVD (化學蒸汽沈積）程序之形成 氧化物膜的方法。 在形成幕濾氧化物的狀況下，矽表面覆蓋一絕緣膜， 使得於離子植入中擔心充電的問題。在此狀況下，以支架 支撐晶圓的部分相應於該晶圓的外緣部分，使得希望以 HF溶液等蝕刻該部分，而僅自該外緣部分移除該絕緣膜 數mm的距離。即，如圖3中所示，在該晶圓2的完整周 圍，較佳地該幕濾氧化物6僅自該外緣部分移除數mm的 距離。如此一來，電荷於氧離子植入步驟自接腳有效地流 動，使得克服了離子植入中的充電問題。 -9- (7) (7)1345286 基於參考，依據本發明之SIMOX程序的典型流程圖 顯示於圖4中。 (範例） 本發明參照經由MLD方法施予SIMOX程序進行描述 〇 首先在下列狀況下實施氧離子植入，加速能量： 170keV，劑量：超過2·5χ1017 cm-2，及基底溫度：400°C ’且之後在室溫以2.5X1015 cm·2劑量實施該離子植入。接 著，以1 320°C實施ΙΤΌΧ程序達1〇小時，並在Ar氣體 (氧含量·· 4% )中實施退火達1 〇 -2 0小時。相對於因而獲 得的晶圓，檢查顆粒缺陷以獲得表1中所示結果 在表1中’編號1-5爲依據傳統方法的比較範例，編 號6-10爲發明範例’其中幕濾氧化物於依據本發明之氧 離子植入之前形成於晶圓的表面上，且接著實施離子植入 穿過該幕濾氧化物。在本發明的部分範例中，部分或全部 該幕濾氧化物於該離子植入後藉蝕刻而移除。而且，該幕 濾氧化物的厚度及該氧離子植入後該幕濾氧化物的移除比 例均顯示於表1中。 再者’顆粒缺陷係經由s P 1而評估晶圓表面上具有不 低於0.10/^!11(>0.16//11〇或不低於〇5"111(>()5以111 )顆粒大小的顆粒數量。 -10- (8) 1345286 表l 編號 幕濾氧化物 的厚度(nm) 氧離子植入後幕濾氧化 物的移除比例（％) >0.16/zm (/wfr) >0.5/zm (/wfr) 備考 1 - 76 24 比較範例1 2 146 30 比較範例2 3 - • 130 34 比較範例3 4 - _ 90 20 比較範例4 5 - 180 21 比較範例5 6 50 100 32 5 發明範例1 7 60 50 19 8 發明範例2 8 70 35 13 3 發明範例3 9 80 30 24 4 發明範例4 10 100 25 27 7 發明範例5 11 100 25 20 5 發明範例6

如自表1所見，可經由使用依據本發明之SIMOX程 序而大大降低顆粒位準。 再者’表1中編號11爲一範例，其中如圖3中所示 ，幕濾氧化物的外緣（3 mm )經蝕刻而移除，以改進氧離 子植入步驟中電荷自接腳的流動。在此狀況下，無離子植 入中充電的問題。 此外’相對於上述發明範例及比較範例，檢查HF缺 陷及草皮缺陷的密度，做爲SOI晶圓的典型缺陷。該HF 缺陷係經由每一 cm2的發生數量而評估，該草皮缺陷則藉 由SEM所觀察到達埋藏氧化物膜的凹處數量而評估。結 果顯示於表2中。 -11 - (9)1345286 表2

No. HF 缺陷（cm·2 ) 草皮（/wfr) 1 0.03 20 2 0.05 30 3 0.04 2 1 4 0.03 15 5 0.05 19 6 0.0 15 5 7 0.01 3 8 0.005 1 9 0.01 2 10 0.0 1 4 η 0.01 2

如自表2所見’依據本發明可大大降低S0I的既有缺 陷。 儘管上述範例主要相對於經由MLD方法而將本發明 應用於SIMOX程序之狀況加以說明，但可確定的是即使 是經由該高劑量SIMOX方法及低劑量SIMOX方法而將本 發明應用於SI Μ 0X程序，亦可獲得類似效果。 如上述，本發明開發大大改進SOI表面上最後顆粒位 準的效果。而且，當於晶圓背面上現有幕濾氧化物的狀態 實施高溫退火時，該裸背面在該高溫退火中不與晶圓支架 直接接觸，使得獲得大大降低晶圓背面上所擔心之裂縫發 生的附加效果。 【圖式簡單說明】 圖1爲描繪依據傳統技術之SIMOX程序中顆粒之行 -12- (10) (10)1345286 爲的槪圖。 圖2爲描繪依據本發明之SIMOX程序中顆粒之行爲 的槪圖。 圖3爲描繪於氧離子植入步驟改進自接腳之電荷流動 之方法的槪圖。 圖4爲依據本發明之典型SIMOX程序的流程圖。 【圖式簡單說明】 1 :顆粒 2 :晶圓 3 :埋藏氧化物膜 4、6 :氧化物膜 5 :內徑痕跡 6 :幕濾氧化物

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Claims (1)

1345286 '卜；^修正丨 -----— . 丨· • 第096110633號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國"年12月24日修正 十、申請專利範圍 1·—種製造SIMOX (植氧分離）晶圓的方法，包含氧 離子植入步驟及高溫退火步驟，其中幕濾氧化物膜於該氧 離子植入之前形成於晶圓的表面上，且接著實施該氧離子 植入通過完整狀態下之該幕濾氧化物膜，及 φ 蝕刻該氧化物膜以便於該氧離子植入之後且於該高溫 退火步驟之前移除附著至該幕濾氧化物膜的顆粒，而使得 該幕濾氧化物之厚度被均勻地減少。 2. 如申請專利範圍第1項之製造SIMOX晶圓的方法 ’其中於該氧離子植入之後使用至少部分該氧化物膜作爲 後續該高溫退火步驟的保護膜而不完全移除。 3. 如申請專利範圍第1或2項之製造SIMOX晶圓的 方法，其中該氧化物膜係經由使用氧或蒸汽之氧化處理， % 或經由使用矽烷或二氯甲矽烷及氧之CVD處理而形成。 4. 如申請專利範圍第1或2項之製造SIMOX晶圓的 方法，其中該氧化物膜具有5-100nm的厚度。 5. 如申請專利範圍第1或2項之製造SIMOX晶圓的 方法，其中該氧化物膜的外緣藉蝕刻而移除以改進該氧離 子植入步驟中自接腳之電荷的流動。