WO2004084308A1

WO2004084308A1 - Ｓｏｉウェーハ及びその製造方法

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Publication number: WO2004084308A1
Application number: PCT/JP2004/003347
Authority: WO
Inventors: Masahiro Sakurada
Original assignee: Shin-Etsu Handotai Co. Ltd.
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2004-09-30
Also published as: US7518187B2; EP1605510A4; CN100452408C; EP1605510A1; KR20050109568A; KR101007678B1; JP2004281883A; TWI334217B; CN1757115A; EP1605510B1; JP4854917B2; US20060086313A1; TW200423378A

Abstract

本発明は、少なくとも支持基板上に絶縁膜を介して又は直接シリコン活性層が形成されたＳＯＩウェーハであって、少なくとも前記シリコン活性層が、チョクラルスキー法により育成されたＮ領域及び／又は無欠陥Ｉ領域のＰ（リン）ドープシリコン単結晶であり、且つＡｌ（アルミニウム）を２×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｃ以上の濃度で含むものからなることを特徴とするＳＯＩウェーハである。これにより、極めて薄いシリコン活性層を形成した場合であっても、弗酸洗浄等により微小ピットが発生せずに優れた電気特性を持ち、あるいは、極めて薄い層間絶縁膜を形成した場合であっても、高絶縁性が維持され、デバイス作製工程における電気的信頼性が高いＳＯＩウェーハを簡単かつ安価で提供することができる。

Description

明細書

S O Iゥエーハ及びその製造方法技術分野

本発明は S O I ( S i l i c o n O n I n s u l a t o r ) ゥエーハに関し、特に、電気的信頼性が極めて高い S O I ゥェ一ノヽ、及びそのような S O I ゥエーハの製造方法に関する。背景技術

従来、デバイス用基板として、支持基板上にシリコン活性層（ S O I層）が形成された S O I ゥエーハが広く利用されている。このような S O I ゥエーハの製造方法としては、例えば、 1枚のシリコンゥヱーハ内に酸素を注入して酸化膜で仕切られたシリコン活性層を形成する S I MO X ( S e p a r a t i o n b y I o n - I m p l a n t e d O x y g e n ) 法や 2枚のゥェーハ同士を酸化膜を介して又は直接貼り合わせる貼り合わせ法などが知られている。

S I MO X法では、鏡面研磨等が施されたシリコンゥヱーハの一方の主表面からゥエーハ内部に酸素イオンを注入し、酸素イオン注入層を形成する。その後、例えば不活性ガス雰囲気中で 1 3 0 0 °C以上の温度で熱処理し、ゥヱーハ内部に形成された酸素イオン注入層を埋め込み酸化膜層（絶縁膜層）に変える。これにより、一枚のゥヱーハ内で、絶縁膜層で仕切られた S O I ゥェ一ハを得ることができる。

また、貼り合わせ法の一つであるイオン注入剥離法では、シリコン活性層となるシリコンゥエー/ヽ (ボンドゥエーハ) あるいは支持基板となるシリコンゥエーハ（ベースウェーハ）の表面に例えば酸化膜といった絶縁膜（埋め込み絶縁膜、層間絶縁膜などとも呼ばれる）を形成し、ボンドゥエーハの片側の表面から水素等のイオンをイオン注入してゥエーハ内部にイオン注入層（微小気泡層）を形成する。さらに、ボンドウヱーハのイオン注入した側の面を、酸化膜を介してべ一スウェーハと貼り合わせた後、熱処理によりイオン注入層を境界としてボンドウエーハを剥離する。これによりベースゥエーハ上に酸化膜を介して薄いシリコン活性層が形成された S O I ゥエーハを得ることができる。 .

なお、絶縁性の支持基板を用い、これにボンドゥエーハを直接、すなわち酸化膜を介さずに貼り合わせる場合もある。

また、イオン注入層を境界として剥離した後、シリコン活性層とベースウェーハとの結合力を高めるための熱処理 (結合熱処理) や、表面の酸化膜を除去するためのフッ酸洗浄などを行う場合もある。

上記のように S O I ゥヱーハを製造する場合、シリコンゥエーハとして、これまでは通常、表面にサイズが 5 0 n m以上の微小ピット欠陥が存在するシリコンゥエーハを使用するのが一般的であった。しかし、近年、シリコン活性層や埋め込み酸化膜の薄膜化要求が増しており、これに適用できるシリコンゥエーハの品質要求も厳しくなっている。

特に.、上記イオン注入剥離法のような S O I ゥエーハの製造方法においては、表面の酸化膜を除去する弗酸洗浄を行う場合があるが、その際、シリコン活性層の表面に存在する微小ピット欠陥サイズがエッチングにより更に拡大したり、このピットを通して侵入した弗酸により埋め込み酸化膜がエッチングされ、シリコン活性層あるいは、埋め込み酸化膜をほぼ全面あるいは局部的に破壊するという不良が多く発生していた。

そこで、 'シリコン活性層の欠陥を低減させるものとして、ェピタキシャル層や I Gゥエーハの D Z (D e n u d e d Z o n e ) 層を利用したものや、 F P D、 L S T D、 C O P等のグローンイン（G r o w n— i n ) 欠陥と呼ばれる単結晶成長起因の欠陥の無い、いわゆるニュートラルな領域（N領域）のシリコン単結晶を利用したものが提案されている。

例えば、シリコンゥエーハ（ボンドゥエーハ）上にェピタキシャル層を形成し、ェピタキシャル層にボロンをイオン注入した後、支持基板に酸化膜を介して貼り合わせ、さらにボンドゥエーハの裏面を研削研磨することにより S O I ゥヱーハを製造する方法が提案されている (例えば、特開平 1 0 — 7 9 4 9 8号公報参照。）。

しかし、このようにェピタキシャル層を形成したゥエーハをボンドゥエーハとして使用した場合、シリコン活性層の欠陥は改善されるが、ェピタキシャル層を成長させる工程が増えるため、製造コストが著しく増加するという問題がある。一方、ボンドゥエ一ハとして、 F P Dや C O P等の微小欠陥が存在しない N領域で育成したシリコンゥエーハを用いる場合には、シリコン単結晶の育成条件を精密に制御する必要はあるが、ェピタキシャル屑を形成させるような工程が不要であるという利点がある。

ここで、シリコン単結晶の製造方法について説明し、次いでグローンイン欠陥及び N領域について説明する。

シリコン単結晶の製造方法としては、主にチヨクラルスキー法（C z o c h r a 1 s k i M e t h o d、以下 C Z法と略称する）が用いられている。

C Z法により単結晶を製造する際には、例えば図 2に示すような単結晶製造装置 1 0を用いて製造される。この単結晶製造装置 1 0は、例えばシリコンのような原料多結晶を収容して溶融するための部材や、熱を遮断するための断熱部材などを有しており、これらは、メインチャンバ一 1 1内に収容されている。メインチヤンバー 1 1の天井部からは上に伸びる引上げチヤンパー 1 2が連接されており、この上部に単結晶 1 3をワイヤー 1 4で引上げる機構（不図示）が設けられている。

メインチヤンバー 1 1内には、溶融された原料融液 1 5を収容する石英ルツボ 1 6 とその石英ルツボ 1 6を支持する黒鉛ルツボ 1 7が設けられ、これらのルツボ 1 6、 1 7は駆動機構（不図示）によって回転昇降自在にシャフト 1 8で支持されている。このルツボ 1 6、 1 7の駆動機構は、単結晶 1 3の引上げに伴う原料融液 1 5の液面低下を捕償すべく、ルツボ 1 6、 1 7を液面低下分だけ上昇させるようにしている。

そして、ルツボ 1 6、 1 7を囲繞するように、原料を溶融させるための黒鉛ヒ一ター 1 9が配置されている。この黒鉛ヒーター 1 9の外側には、黒鉛ヒーター 1 9からの熱がメインチャンバ一 1 1に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材 2 0がその周囲を取り囲むように設けられている。

また、ルツボの上部には黒鉛筒 2 3を設け、その外側下端に原料融液 1 5 と対向するように断熱材 2 4を設けて融液面からの輻射を力ットするとともに原料融液表面を保温するようにしている。

以上のような単結晶製造装置内に配置された石英ルツボ 1 6に原料塊を収容し、このルツボ 1 6を、上記のような黒鉛ヒーター 1 9により加熱し、石英ルツボ 1 6内の原料塊を溶融させる。このように原料塊を溶融させたものである原料融液 1 5に、ワイヤー 1 4の下端に接続している種ホルダー 2 1で固定された種結晶 2 2を着液させ、その後、種結晶 2 2を回転させながら引上げることにより、種結晶 2 2の下方に所望の直径と品質を有する単結晶 1 3を育成する。この際、種結晶 2 2を原料融液 1 5に着液させた後に、直径を 3 mm程度に一旦細くして絞り部を形成するいわゆる種絞り (ネッキング ) を行い、次いで、所望の口径になるまで太らせて、無転位の結晶を引上げている。

次に、グローンィン欠陥及び N領域について説明する。

シリコンの融点から 1 4 0 0 °Cの間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値 Gが大きい通常の炉内構造（ホットゾーン： H Z) を使用した C Z引上げ機で結晶軸方向に成長速度 Fを高速から低速に変化させた場合、図 4に示したような欠陥分布図として得られることが知られている。

図 4において V領域とは、 V a c a n c y , つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、 I領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことである。そして、 V領域と I領域の間には、原子の不足や余分が無い（少ない）ニュートラル（N e u t r a l 、以下 Nと略記することがある）領域が存在し、また、 V領域の境界近辺には O S F (酸化誘起積層欠陥、 O x i d a t i o n I n d u c e d S t a c k i n g F a u l t ) と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の断面で見た時に、リング状に分布（以下、 O S F リングということがある）していることも確認されている。

そして、成長速度が比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイド起因とされている F P D、 L S T D、 C O P等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域は V領域となる。また、成長速度の低下に伴い、 O S F リングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側に格子間シリコンが集合した転位ループ起因と考えられている L,D ( L a r g e D i s 1 o c a t i o n ：格子間転位ループの略号、 L S E P D、 L F P D 等）の欠陥（巨大転位クラスタ）が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域は I領域（L/D領域ということがある）となる。さらに、成長速度を低速にすると、 O S Fリングがゥエーハの中心に収縮して消滅し、全面が I領域となる。そして、 V領域と I領域の中間で O S Fリングの外側の N領域は、空孔起因の F P D、 L S T D、 C O Pも、格子間シリコン起因の L S E P D、 L F P Dも存在しない領域となる。なお、最近では、 N領域をさらに分類すると、図 4に示されているように、 O S F リングの外側に隣接する N V領域 (空孔の多い領域) と I領域に隣接する N i領域（格子間シリコンが多い領域）とがあり、 N v領域では、熱酸化処理した際に酸素析出量が多く、 N i領域では酸素析出が殆ど無いことがわかっている。

このような N領域は、従来、ゥエーハ面内では一部分にしか存在しなかったが、引上げ速度（F) とシリコンの融点から 1 4 0 0 °Cの間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値（G) との比である F/Gを制御することで N領域が横全面（ゥエーハ全面）に広がった結晶が製造できるようになつている。

そこで、 S◦ I ゥエーハの製造においても、前記したようにボンドゥエーハとして全面 N領域となるシリコン単結晶ゥヱーハを用いる方法が提案されている。例えば、チヨクラルスキー法（C Z法）によりシリコン単結晶を引上げる際、引上げ速度 Fとシリコンの融点から 1 4 0 0 °Cの間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値 Gとの比 ( F /G) を所定の範囲内に制御してシリコン単結晶を引上げ、ボンドゥエーハとして、 N領域のシリコンゥエーハを使用した S O I ゥェーハが提案されている（例えば、特開 2 0 0 1 — 1 4 6 4 9 8号公報及び特開 2 0 0 1 - 4 4 3 9 8号公報参照。）。

しかし、 C Z法により引上げ速度等を制御して N領域のシリコン単結晶を引上げる場合、この N領域のシリコン単結晶は比較的限られた引上げ速度で育成することになるため、その速度制御が難しく、結晶の生産性及ぴ歩留まりが低いという問題があった。したがって、このような N領域単結晶を利用した S O I ゥヱーハは、比較的高価になりがちであった。

一方、ベースウェーハについては、本来、絶縁膜を介したシリコン活性層を支持するために必要なものであり、その表面に直接素子形成が行われるわけではない

そこで、ベースウェーハとしては、生産性の向上等を考慮し、図 4に示されるように高速の引上げ速度で成長させた V領域、あるいは O S F領域や N V領域を一部に含む程度のシリコン単結晶を育成し、このように高速成長させたシリコン単結晶から鏡面状に加工したシリコンゥエーハ等が広く使用されていた。例えば、抵抗値などが製品規格から外れたダミーグレードのシリコンゥエーハをベースゥエーハとして使用することが提案されている（例えば、特開平 1 1 一 4 0 7 8 6 号公報参照。）。

しかし、最近では層間絶縁膜の薄膜化の要求が浮上しており、そのためベースゥエーハとなるシリコンゥエーハの品質向上が求められている。すなわち、層間絶縁膜の膜厚が充分厚い場合は、ベースウェーハ表面に例えボイド成長した C O Pのような空孔欠陥等が高密度に形成されていても絶縁破壌への影響を心配する必要はなかったが、例えば層間絶縁膜が膜厚 1 0 0 n m以下のような薄膜である場合は、層間絶縁膜の膜質を損ない、その絶縁機能に支障を来たすことが懸念されている。

さらに、高価になりがちな S O I ゥヱーハをより安価で提供するための方法として、イオン注入剥離法によりシリコン活性層から剥離した剥離ゥヱーハを、ベ一スウェーハとして再利用する方法が提案されている（例えば、特開平 1 1 — 2 9 7 5 8 3号公報参照。）。しかし、近年求められているように、 S O I ゥエーハの層間絶縁膜が、例えば膜厚 1 0 0 n m以下のような薄膜である場合は、ベースゥエーハとして再利用する剥離ゥエーハが、 V領域、 O S F領域、巨大転位クラスタ（ L S E P、 L F P D ) 領域等を含んだものであると、層間絶縁膜の膜質を損ない、その絶縁機能に支障を来たす。したがって、このような場合、ベースゥェ一ハへの再利用を行うのが困難である。発明の開示

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、例えば厚さが 2 0 0 n m 以下といった極めて薄いシリコン活性層を形成した場合であっても、弗酸洗浄等により微小ピットが発生せずに優れた電気特性を持ち、あるいは、例えば厚さが 1 0 0 n m以下といった極めて薄い層間絶縁膜を形成した場合であっても、高絶縁性が維持され、デバイス作製工程における電気的信頼性が高い S O I ゥェ一ハを簡単かつ安価で提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少なくとも支持基板上に絶縁膜を介して又は直接シリコン活性層が形成された S O I ゥエーハであって、少なくとも前記シリコン活性層が、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び/又は無欠陥 I領域の P (リン）ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 (ァノレミニゥム）を 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s / c c以上の濃度で含むものからなることを特徴とする S◦ I ゥエーハが提供される。

このように、少なくともシリコン活性層が、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び/又は無欠陥 I領域の P (リン）ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 (アルミニウム）を S X l O i S a t o m s Z c c以上の濃度で含むものからなる S O I ゥェーハであれば、シリコン活性層は極めて微小な欠陥すら存在しないことになるので、これを弗酸洗浄した場合でも微小ピットが発生せず、優れた電気特性を持つ S O I ゥエーハとなる。また、このような S O I ゥ -ーハであれば、ェピウエーハ等を用いる場合のように工数を増やすことなく製造することができるし、シリコン活性層となる無欠陥のシリコン単結晶を簡単かつ安価で製造することができるため、製造コストが低く抑えられたものとなる。

尚、この場合の支持基板として、シリコン、石英、 S i C、サファイア等を適宜選択することができる。

また、本発明によれば、それぞれシリコン単結晶からなるベースウェーハとボンドゥエーハとを、絶緣膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウヱーハを薄膜化することによりシリコン活性層が形成された S O I ゥエーハであって、前記ボンドゥエーハ及び Z又は前記ベースゥヱ一ハが、チヨクラルスキ一法により育成された N領域及び/又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0 ¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むものからなることを特徴とする S O I ゥヱーハも提供される。

このように、ボンドゥエーハが、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び/又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0 ¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むものからなる S O I ゥエーハであれば、ボンドゥエーハを薄膜化することにより形成されるシリコン活性屑は極めて微小な欠陥すら存在しないことになるので、これを弗酸洗浄した場合でも微小ピットが発生せず、優れた電気特性を持つ S O I ゥヱーハとなる。また、このような S O I ゥヱーハであれば、ェピゥヱ一ハ等を用いる場合のように工数を増やすことなく製造することができるし、ボンドゥエーハに用いる無欠陥のシリコン単結晶を簡単かつ安価で製造することができるため、製造コストが低く抑えられたものとなる。

さらに、ベースウェーハが、チヨクラルスキー法により育成された N領域及ぴ Z又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0 ¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むものからなる S O I ゥヱーハであれば、ベースゥエーハの表面に微小欠陥が存在しないため、このベースゥヱーハ上に例えば厚さが 1 0 0 n m以下といった極めて薄い層間絶縁膜を形成した場合であっても、ベースゥエーハ表面の欠陥の影響を受けて絶縁破壊特性の劣化が生じることがなく、デバイス作製工程における電気的信頼性が高いものとなる。また、このような S O I ゥヱーハであれば、ベースウェーハに用いる無欠陥のシリコン単結晶を簡単かつ安価で製造することができるため、製造コストが低く抑えられたものとなる。

この場合、前記 P ドープシリコン単結晶は、 Pが l X 1 0 ^{1 4} a t o m s / c c以上の濃度で含まれているものであるのが好ましい。

このように、 P ドープシリコン単結晶は、 P力 1 X 1 0 ^{1 4} a t o m s c c 以上の濃度で含まれているものであれば、十分な N型の導電性を有するものとなる。

この場合、前記シリコン活性層は、厚さが 5 n m以上 2 0 0 n m以下の範囲にあるものとすることができる。

近年、シリコン活性層の薄膜化が要求されているが、本発明に係る S O I ゥェ一ハのシリコン活性層には極めて微小な欠陥すらほとんど存在しないので、シリコン活性層の厚さを 2 0 0 n m以下としても、弗酸洗浄等により欠陥が拡大してシリコン活性層が破壌されることがなく、高品質の S O I ゥェーハとすることができる。

この場合、前記絶縁膜は、シリコン酸化膜であって、厚さが 1 0 n m以上 1 0 0 η ηα以下の範囲であるものとすることができる。

近年、シリコン酸化膜で構成される層間絶縁膜の厚さを 1 0 0 n m以下とすることが要求されているが、本発明の S O I ゥエーハは、このような極めて薄い酸化膜を形成したものとしても、絶縁破壊特性が劣化されず、高絶縁性が保たれたものとなる。

本発明の方法として、少なくとも、シリコンゥエーハに酸素を注入後、熱処理することで絶縁膜層（酸化膜層）を形成し、前記ゥエーハ内に前記絶縁膜層で仕切られたシリコン活性層を形成する S〇 I ゥエーハの製造方法において、少なくとも、前記シリコンゥェ一ハとして、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び Z又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むシリコンゥエーハを用いることを特徴とする S O I ゥエーハの製造方法が提供される。

このように S I MO X法により S O I ゥ； —ハを製造する際に、 N領域及び Z 又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むシリコンゥエーハを用いることによって、シリコン活性層が極めて高品質の S O I ゥエーハを得ることができる。また、工数が増えることもないし、用いる無欠陥のシリコン単結晶が簡単かつ安価で製造することができるため、製造コストを低く抑えることができる。

また、本発明の方法として、少なくとも、ベースゥヱーハとボンドゥエーハとを直接貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記ボンドゥヱーハを薄膜化することによりシリコン活性層を形成する薄膜化工程を含む S O I ゥェ一ハの製造方法であつて、前記べ一スウェーハとして、絶縁性の基板を用い、前記ボンドゥエーハとして、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び Z又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むシリコンゥエーハを用いることを特徴とする S O I ゥヱーハの製造方法が提供される。このように、ベースウェーハとして絶縁性の基板、例えば、石英、 S i C、サファイア等を用い、このベースゥヱ一ハとシリコン単結晶からなるボンドゥエ一ハを直接貼り合わせる貼り合わせ法により S O I ゥヱーハを製造する際に、ボンドゥェ一ノ、として N領域及び Z又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0 ¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むものを用いることによって、絶縁性基板上のシリコン活性層が極めて高品質の S O I ゥエーハを得ることができる。また、工数が増えることもないし、用いる無欠陥のシリコン単結晶が簡単かつ安価で製造することができるものであるため、製造コストを低く抑えることができる。

さらに、本発明の方法として、少なくとも、それぞれシリコン単結晶からなるベースゥエーハとボンドウヱーハとを絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせェ程と、前記ボンドウヱーハを薄膜化することによりシリコン活性層を形成する薄膜化工程を含む s o I ゥヱーハの製造方法であって、前記ボンドウヱーハ及び Z 又は前記ベースゥエーハとして、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び Z又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0 ¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むシリコンゥエーハを用いることを特徴とする S O I ゥヱーハの製造方法が提供される。

このように、それぞれシリコン単結晶からなるベースウェーハとボンドゥエ一ハとを絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ法により S O I ゥエーハを製造する際に、 N領域及び又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0 ¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むものをボンドゥエーハ、ベ一スウェーハとして用いることによって、シリコン活性層及び z又は支持基板が、極めて高品質の S O I ゥエーハを得ることができる。また、工数が増えることもないし、用いる無欠陥のシリコン単結晶が簡単かつ安価で製造することができるものであるため、製造コストを低く抑えることができる。

これらの貼り合わせ法においては、貼り合わせ工程の前に、ボンドゥエーハの表面から水素イオン及ぴ希ガスイオンの少なくとも 1種のイオンを注入してゥェーハ内部にイオン注入層を形成するイオン注入工程を行い、前記貼り合わせ工程においては、該ボンドウヱーハのイオン注入された側の表面と前記ベースゥエーハの表面とを直接又は絶縁膜を介して貼り合わせ、前記薄膜化工程においては、熱処理により前記ボンドウーハの一部を前記イオン注入層で剥離することで S O I ゥエーハを製造することができる。

このような、ィオン注入剥離法により S〇 I ゥェ一ハを製造すれば、シリコン- 活性層を極めて薄く厚さの均一なものとすることができる上、欠陥の無い極めて高品質の S O I ゥエーハとなる。

この場合、前記 P ドープシリコン単結晶として、 Pが l X 1 0 ^{1 4} a t o m s / c c以上の濃度で含むものを用いるのが好ましい。

このように、 P ドープシリコン単結晶として、 P力 S 1 X 1 0 ^{1 4} a t o m s / c c以上の濃度で含まれているものとすれば、十分な N型の導電性を有するものとすることができる。

この場合、シリコン活性層の厚さを、 5 n m以上 2 0 0 n m以下の範囲にすることができる。

近年、シリコン活性層の薄膜化が要求されているが、本発明の方法により S O I ゥエーハを製造する際に、シリコン活性層には極めて微小な欠陥すらほとんど存在しないので、シリコン活性層の厚さを 2 0 0 n m以下としても、弗酸洗浄等により欠陥が拡大してシリコン活性層が破壌されることがなく、高品質の S O I ゥエーハとすることができる。

この場合、絶縁膜を、シリコン酸化膜とし、該シリコン酸化膜の厚さを、 1 0 n m以上 1 0 0 n m以下の範囲にすることができる。

近年、シリコン酸化膜で構成される層間絶縁膜の厚さを 1 0 0 n m以下とすることが要求されているが、本発明の方法により S O I ゥエーハを製造する際に、このような極めて薄い酸化膜を形成したものとしても、絶縁破壊特性が劣化されず、高絶縁性が保たれたものとなる。

以上説明したように、本発明によれば、シリコン活性層及び/又は支持基板が N領域及び Z又は無欠陥の I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s / c c以上の濃度で含むものからなる S O I ゥエーハが提供される。このような S O I ゥエーハであれば、例えば厚さが 2 0 0 n m以下といった極めて薄いシリコン活性層を形成した場合であっても、弗酸洗浄等により微小ピットが発生せずに優れた電気特性を持ち、あるいは、例えば絶縁膜の厚さが 1 0 0 n m以下であっても俊れた絶縁特性を保っため、これを使用してデバイスを作製すれば、電気特性に優れたデバイスを高歩留りで、しかも簡単かつ安価で作製することができる。図面の簡単な説明

図 1は、各条件での、成長速度と結晶欠陥分布の関係を表す説明図である。 ( a ) 引上げ条件 5 、 ( b ) 引上げ条件 3 、 ( c ) 引上げ条件 4 、 ( d ) 引上げ条件 1、引上げ条件 2 。

図 2は、単結晶製造装置の概略図である。

図 3 ( a ) は、シリコン単結晶の成長速度と結晶切断位置の関係を示す関係図である。（b ) は、成長速度と各欠陥領域を示す説明図である。

図 4は、従来の技術による成長速度と結晶欠陥分布の関係を表す説明図である。図 5は、イオン注入剥離法により本発明に係る S O I ゥヱーハを製造する工程の一例を示すフロー図である。

図 6は、 S I M O X法により本発明に係る S O I ゥ； n—ハを製造する工程の一例を示すフロー図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなレ、。

本発明の S O I ゥエーハは、少なくとも支持基板上に絶縁膜を介して又は直接シリコン活性層が形成された S O I ゥヱーハであって、少なくとも前記シリコン活性層が、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び/又は無欠陥 I領域の P (リン）ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 (アルミニウム）を 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s / c c以上の濃度で含むものからなるものである。

このように、シリコン活性層が、無欠陥の P ドープシリコン単結晶からなる S O I ゥエーハであれば、シリコン活性層は極めて微小な欠陥すらほとんど存在しないものになるので、これを弗酸洗浄した場合でも微小ピットが発生せず、またピットを通して弗酸が埋め込み酸化膜に侵入してエッチングしてしまうといった問題も発生せず、優れた電気特性を持つ S O I ゥエーハとなる。

また、本発明の S O I ゥェーハは、それぞれシリコン単結晶からなるベースゥエーハとボンドウヱーハとを、絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドゥエ —ハを薄膜化することによりシリコン活性層が形成された S O I ゥェ一ハであつて、前記ボンドゥエ一ハ及び又は前記べ一スウェーハが、チヨクラルスキー法により育成された N領域及ぴ Z又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むものからなるものでもある。

このように、シリコン活性層となるボンドゥエーハが、無欠陥の P ドープシリコン単結晶からなる S O I ゥエーハであれば、シリコン活性層は極めて微小な欠陥すら存在しないことになるので、これを弗酸洗浄した場合でも微小ピットが発生せず、優れた電気特性を持つ S O I ゥヱーハとなる。

また、支持基板となるベースウェーハが、無欠陥の P ドープシリコン単結晶からなる S O I ゥエーハであれば、ベースウェーハの表面に微小欠陥が存在しないため、このベースゥエーハ上に例えば厚さが 1 0 0 n m以下といった極めて薄い層間絶縁膜を形成した場合であっても、ベースゥエーハ表面の欠陥の影響を受けて絶縁破壊特性の劣化が生じることがなく、デバイス作製工程における電気的信頼性が高いものとなる。

これら本発明の S O I ゥエーハのシリコン活性層は、厚さが 5 n m以上 2 0 0 n m以下の範囲にあるものとすることができる。近年、シリコン活性層の薄膜化が要求されているが、本発明に係る S O I ゥエーハのシリコン活性層には極めて微小な欠陥すら存在しないので、シリコン活性層の厚さを 2 0 O n m以下としても、弗酸洗浄等により欠陥が拡大してシリコン活性層が破壊されたり、埋め込み酸化膜がエッチングされるようなことがなく、髙品質の S O I ゥエーハとすることができる。

また、絶縁膜は、シリコン酸化膜であって、厚さが 1 O n m以上 1 0 0 11 m以下の範囲であるものとすることができる。近年、シリコン酸化膜で構成される層間絶縁膜の厚さを 1 0 0 n m以下とすることが要求されているが、本発明の S O I ゥヱーハは、このような極めて薄い酸化膜を形成したものとしても、絶縁破壊特性が劣化されず、高絶縁性が保たれたものとなる。 .

本発明の S O I ゥェ一ハで用いられる無欠陥の P ドープシリコン単結晶の製造方法について以下に説明する。

チヨクラルスキー法により B ドープシリコン単結晶を製造する際に、結晶肩から直胴尾部にかけて単結晶の成長速度を高速から低速へ漸減させると、 O S Fがある成長速度に達したときにシュリンクし、その後さらに低速領域で N領域（N v、 N i領域）、 I領域の順に各相が形成される。特に N領域より低速側の I領域は、サイズが約 1 0 μ m以上の大きさに及ぶ巨大転位クラスタが形成されることが判っており、 L S E P D、 L F P D等の欠陥が存在する。尚、 B ドープシリコン単結晶の場合、 N領域が形成されるのは、 FZG (mm²Z°C 'm i n )の値が 0. 2 0〜 0. 2 2の範囲のときである。

一方、チヨクラルスキー法により P ドープシリコン単結晶を製造する際に、結晶肩から直胴尾部にかけて単結晶の成長速度を高速から低速へ漸減させると、 O S Fがある成長速度に達したときにシュリンクし、その後さらに低速領域で N領域（N v、 N i領域）、 I領域の順に各相が形成される。また、この I領域の巨大転位クラスタ群には L F P Dは含まれておらず、 L S E P Dのみであった。尚、 P ドープシリコン単結晶の場合、 N領域が形成されるのは、 F/G (mm²Z°C ' m i n)の値が 0. 1 8〜 0. 2 0の範囲のときである。

このように、 B ドープシリコン単結晶と P ドープシリコン単結晶では、欠陥分布の挙動に違いがある。本発明者らは、特に I領域の結晶欠陥の発生状況の違いから、 P ドープシリコン単結晶では、天然石英ルツボから溶出され、引上げ結晶内部に取り込まれる A 1元素が、本来 I領域で確認される巨大転位クラスタの形成を抑制することを見出した。

P ドープシリコン単結晶を引上げる際、 A 1成分をほとんど含まない合成石英ルツボを使用した時は、 I領域に巨大転位クラスタの存在が確認された。ところか、 A 1 Π素力 5 X 1 0 ^{1 1} a t o m s c c以上 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s c c 未満の濃度範囲で引上げ結晶内部に取り込まれるような天然石英ルツボを使用した時は、 N i領域よりすぐ低速側の I領域では高密度の L S E P Dが確認されるものの、さらに低速領域では L S E P Dの形成がなく、無欠陥の I領域であることがわかった。そこで本発明者らは、 L S E P Dが消滅した境界付近の I領域の A 1濃度を調査したところ、 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s / c c程度であることが判明し、その際、その境界の F/G (mm²/°C'm i n)の値は 0. 1 7であった。そして、本発明者らは以上のような事実を元に合成石英ルツボを使用し、多結晶シリコン原料充填の際、引上げ結晶内部に 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s / c c以上の A 1元素が取り込まれるように鈍 A 1金属粒を添加した。そして結晶肩から直胴尾部にかけて高速から低速へ成長速度を漸減させると、 N i領域よりすぐ低速側の I領域でも巨大転位クラスタの形成はなく無欠陥であり、さらに低速でも同様に無欠陥領域であった。したがって、 A 1 をドープした P ドープ結晶では、 O S Fと N領域境界の FZG (mm²Z°C 'm i n )である 0. 2 0以下の領域では N領域および無欠陥の I領域が形成されることが判った。

ここで、引上げ結晶のシリコンの融点から 1 400 °Cの間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値 G rCZmm)の値であるが、これは総合伝熱解析ソフト F EMAGの計算により算出したものである。 F EMAGは、文献（F . D u p r e t , P . N i c o d e m e , Y . R y c k m a n s , P . W o u t e r s , a n d M. J . C r o c h e t , I n t . J . H e a t M a s s T r a n s f e r , 3 3， 1 8 4 9 ( 1 9 9 0 )) に開示されている総合伝熱解析ソフトでめる。

尚、 A 1 は P型の導電型元素であるが故に高濃度ドープには注意が必要である。特にデバイス設計上支障を来たさないでドープをするためには、結晶内部に取り込まれる A 1濃度が 1 X 1 0 ^{1 4} a t o m s / c cを超えないようコントロールすることが望ましい。

また、 P ドープシリコン単結晶中の Pの濃度は、 1 X 1 0 ^{1 4} a t o m s Z c c以上となるように Pをドープすることが好ましい。ドープする Pの濃度を、 1 X 1 0 ^{1 4} a t o m s / c c以上とすれば十分な N型の導電性を得ることができる力-、らである。

本発明の S O I ゥエーハは以上のように製造された A 1 を適当量ドープした無欠陥の P ドープシリコン単結晶を用いて、例えば、イオン注入剥離法といった貼り合わせ法、 S I MO X法等により、以下のように製造することができる。

図 5は、イオン注入剥離法により本発明に係る S O I ゥエーハを製造する工程の一例を示すフロー図である。

まず、最初の工程（ a ) では、シリコン活性層となるボンドゥエーハ 3 1 と、支持基板となるベースウェーハ 3 2 とを準備する。ここで、本発明では、ボンドゥエーハ 3 1及び/又はベースウェーハ 3 2 として、前述したようにチヨクラルスキー法により育成された N領域及び/又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むシリコンゥエーハを使用する。

上記のような N領域及び Z又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むシリコン単結晶は、例えば、図 2に示されるような単結晶製造装置 1 0を使用し、 F ZG及び A 1 ドープ量を制御しながら育成することができる。

次に図 5の工程（ b ) では、ボンドウエーノヽ 3 1 とベースゥェ一ハ 3 2のうちの少なくとも一方のゥヱーハの表面を酸化する。ここではボンドウヱーハ 3 1 を熱酸化し、その表面に酸化膜 3 3を形成している。このとき、酸化膜 3 3は、要求される絶縁性が保たれる厚さとするが、本発明では、厚さが 1 0〜 1 0 0 n m の範囲となる極めて薄い酸化膜を形成させることもできる。

ベースウェーハとして、従来使用されている例えば表面に 5 0 n m以上の微小欠陥が多数存在するシリコンゥエーハを使用し、埋め込み酸化膜の厚さを 1 0 0 n m以下にして S O I ゥエーハを製造すると、酸化膜はベースゥエーハの表面に存在する微小欠陥の影響を受け、後の結合熱処理やデバイス工程における熱処理によって劣化ないし破壊されるおそれがある。しかし、本発明で用いるベースゥエーハ 3 2は、極めて微小な欠陥も存在しないので、酸化膜 3 3の厚さを 1 0 0 n m以下としても絶縁破壊特性の劣化のような問題が生じることがない。

なお、酸化膜 3 3の厚さを 1 0 n m未満とすると、酸化膜の形成時間が短縮されるものの絶縁性が保てなくなるおそれがあるので 1 0 n m以上とするのが好ましい。

工程（ c ) では、表面に酸化膜 3 3を形成したボンドゥエーハ 3 1の片側の表面から水素イオンをイオン注入する。なお、希ガスイオンあるいは水素イオンと希ガスイオンの混合ガスイオンをイオン注入してもよい。これにより、ゥエーハ内部にイオンの平均進入深さにおいて表面に平行なイオン注入層 3 4を形成することができる。なお、この時のイオン注入層 3 4の深さは、最終的に形成されるシリコン活性層の厚さに反映される。従って、注入エネルギー等を制御してィォン注入することにより、シリコン活性層の厚さを例えば 5 n m〜 3 0 0 0 n mの範囲に制御でき、特に 2 0 0 n m以下の厚さのシリコン活性層とすることが可能である。

本発明で用いるボンドゥエーハ 3 1は、グローイン欠陥がほとんど検出されないものであるので、シリコン活性層の厚さを 2 0 0 n m以下としても、これを弗酸洗浄した場合でも微小ピットが発生せず、優れた電気特性を持つ S O I ゥエーノヽとなる。

工程（ d ) は、ボンドゥエーハ 3 1のイオン注入された側の表面とベースゥヱーハ 3 2の表面とを酸化膜（絶縁膜） 3 3を介して貼り合わせる。例えば、常温の清浄な雰囲気下で 2枚のゥヱーハ 3 1 , 3 2の表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくゥエーハ同士が接着する。

尚、ベースウェーハとして S i 〇₂、 S i C、 A 1 2 O ₃等の絶縁性のゥェ一ハを用いても良い。この場合。ボンドゥエーハとべ一スウェーハは酸化膜を介さず直接結合することができる。

次に、工程（ e ) では、熱処理によりボンドゥェーハ 3 1 の一部をィオン注入層 3 4で剥離する。例えば、ボンドゥエーハ 3 1 とベースゥヱーハ 3 2 とを貼り合わせて接着したものに対し、不活性ガス雰囲気下約 5 0 0 C以上の温度で熱処理を加えれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ゥヱーハ 3 5 と S O I ゥエーハ 3 6 (シリコン活性屑 3 7 +酸化膜 3 3 +ベースゥエーハ 3 2 ) に分離される。

ここで、副生された剥離ゥヱーハ 3 5については、最近、剥離面に研磨等の再生処理を施し、ベースウェーハ、あるいはボンドウヱーハとして再利用する方法が提案されている。前記したように、ボンドゥエーハ 3 1 として、 A 1 をドープした N領域及び/又は無欠陥 I領域の P ドープシリコンゥエーハを使用している場合には、剥離ゥエーハ 3 5を再生処理して得たシリコンゥヱーハはベースゥェーハとボンドゥエーハのいずれにも使用できるものとなる。従って、剥離ゥエーハ 3 5を例えばベースゥヱーハ 3 2として再利用することで、同様の高品質の S

0 I ゥェ一ハを製造することができることになる。すなわち、本発明に係る s o I ゥヱーハが、実質的に 1枚のシリコンゥエーハから製造されることになり、製造コストを一層低く抑えることができる。

工程（ f ) では、 S〇 I ゥェ一ノ、 3 6に対して結合熱処理を加える。この工程 ( f ) は、前記工程（ d )、 ( e ) の貼り合わせ工程および剥離熱処理工程で密着させたゥヱーハ同士の結合力では、そのままデバイス作製工程で使用するには弱いので、結合熱処理として S O I ゥヱ一ハ 3 6に高温の熱処理を施して結合強度を十分なものとする。例えば、この熱処理は不活性ガス雰囲気下、 1 0 5 0 °C〜

1 2 0 0 °Cで 3 0分から 2時間の範囲で行うことができる。

このような高温での熱処理を施しても、ベースウェーハ 3 2のゥエーハ全面が無欠陥となっているので、埋め込み酸化膜 3 3の絶縁破壌特性は劣化されず、高絶縁性を維持することができる。

工程（ g ) では、 S O I ゥユーハ 3 6表面に形成された酸化膜を弗酸洗浄により除去するものである。このとき、シリコン活性層 3 7に空孔型欠陥が存在すると欠陥を通して H Fが埋め込み酸化膜に達することにより微小ピットが発生してしまうおそれがあるが、本発明では、シリコン活性層 3 7は、全面にわたって N 領域及び/又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶から構成されているので、弗酸洗浄を行ってもピットが拡大してシリコン活性層 3 7及び酸化膜 3 3が破壌されることもない。

さらに工程（ h ) では、必要に応じ、シリコン活性層 3 7の厚さを調整するための酸化を行い、次いで（ I ) 工程では、弗酸洗浄により酸化膜 3 8を除去するいわゆる犠牲酸化を行う。

以上のような工程（ a ) 〜（ I ) を経て製造された S O I ゥエーハは、ベースゥエーハ 3 2、さらにシリコン活性層 3 7も、全面が N領域及び/又は無欠陥 I 領域の P ドープシリコン単結晶かつ A 1 をドープした C Zシリコン単結晶からなり、埋め込み酸化膜 3 3が極めて薄いにもかかわらず、髙絶縁性が維持され、電気的信頼性が極めて高いものとなる。

図 6は、 S I M O X法により本発明に係る S O I ゥエーハを製造する工程の一例を示すフロー図である。

まず、最初の工程（ a: ) では、鏡面研磨されたシリコンゥエーハ 4 1を準備する。本発明では、このシリコンゥエーハ 4 1 として、前述したようにチヨクラルスキー法により育成された N領域及び Z又は無欠陥 I領域の P ド一プシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0 ¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むシリコンゥエーハを使用する。

次に工程 ( β ) では、 5 0 0 。C程度に加熱したシリコンゥェ一ハ 4 1の一方の表面から酸素イオン（0 + ) を所定の深さにイオン注入して酸素イオン注入層 4 2を形成する。このとき、イオン注入条件は特に限定されるものではないが、例えば、注入エネルギーは一般的に広く用いられている 1 5 0 〜 2 0 0 k e V程度とし、またドーズ量はその後行う酸化膜形成熱処理において貫通転位の発生を防止するために約 4 . 0 X 1 0 ^{1 7} / c m ²の低ドーズ量にしてィオン注入を行う。このとき、必要に応じて、酸素イオンの注入を分割して行うこともできる。

次に、工程（ γ ) において酸素イオン注入層 4 2を埋め込み酸化膜 4 3に変える酸化膜形成熱処理を行う。酸化膜形成熱処理の熱処理条件は、酸素イオン注入層を埋め込み酸化膜に変えることができれば特に限定されるものではないが、例えば、酸素濃度が 1 %以下のアルゴンガス雰囲気中、 1 3 0 0 °C以上シリコン融点以下の温度で 3 〜 6時間の熱処理を行うことによって、埋め込み酸化膜（絶縁膜） 4 3を形成することができる。このようにして、支持基板 4 5の上に絶縁膜 4 3を介してシリコン活性層 4 4が形成された S O I ゥヱーハ 4 6を製造することができる。

このように S I M O X法により製造された S O I ゥェ一ハは、シリコン活性層や埋め込み酸化膜の膜厚が酸素イオン注入を行う際のイオン注入エネルギーやドーズ量により決まるため、優れた膜厚均一性を容易に得ることができるという利点も有し、また上記の貼り合わせ法のように 2枚のゥヱーハを必要とせずに 1枚のシリコンゥエーハから S O I ゥヱーハを製造することができるため、比較的低コストでの製造が可能である。以下、本発明を実施例おょぴ比較例を挙げて具体的に説明する。

[引上げ条件の確認]

(引上げ条件 1 )

図 2に示した単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を製造した。直径 2 4ィンチ（ 6 0 0 mm) の石英ルツボに、原料多結晶シリコン 1 5 0 k g と純 A 1金属粒 4 m gをチャージし、直径 2 1 0 mm、方位く 1 0 0〉のシリコン単結晶を引上げた。シリコン単結晶を引上げる際、成長速度を 0 - 6 O mm/ m i nから 0. 2 0 mmZm i nの範囲で結晶頭部から尾部にかけて漸減させるよう制御した。また、 P濃度が 3 X 1 0^{1 4}〜 5. 5 X 1 0^{1 4} a t o m s / c c , 酸素濃度力 24〜 2 7 p p m a ( A S TM' 7 9 ) となるようにシリコン単結晶を製造した。

上記のように育成した各シリコン単結晶棒の直胴部を、図 3 ( a ) に示したように結晶成長軸方向に 1 0 c m毎の長さでプロックに切断した後、各プロックをさらに結晶軸方向に縦割り切断し、約 2 mm厚のサンプルを数枚作製した。

上記サンプルについて W L T測定器（S EM I LAB WT - 8 5 ) 及びセコエッチングにより、 V領域、 O S F領域、 N領域、 I領域の各領域の分布状況（図 3 ( b ) 参照）、すなわち F P D、 L F P D、 L S E P D等の分布状況、そして O S Fの発生状況を調査し、各領域の境界の FZG (mm²Z°C.m i n)の値を確認した。

具体的には、先ず、 F P D、 L F P D、 L S E P Dの評価に関しては、サンプルのうち 1枚を平面研削した後、ミラーェツチング、セコエッチング（ 3 0分間）を施し、無攪拌のまま放置し、所定の処理後、各欠陥の密度測定を行った。また、 O S Fの評価に関しては、サンプルのうち 1枚を 1 1 5 0 °C、 1 0 0分間（ゥェット酸素雰囲気）の熱処理後冷却し（ 8 0 0 °Cで出し入れ）、薬液で酸化膜を除去した後、 O S Fリングパターンの確認および密度測定を行った。

さらに、結晶軸方向に縦割り加工したスラプサンプルを直径 2 0 O mmの大きさにくり抜き加工し、ポリッシュにより鏡面状態に仕上げ、 9 0 0。C、パイ口酸化によりゥエーハ表面に酸化薄膜形成後、熱硫酸で酸化膜中の重金属を回収し、その溶液中の WS A法による測定値から結晶バルク中に含まれていた A 1濃度を同定した。

以上の測定で判明した、より詳細な各領域の分布状況を図 1 ( d) に示し、また各領域境界における F/G (mni²/°C-m i n )及ぴ A 1 濃度を以下に示す。

O S Fと N領域境界の F/G (mm ² / °C - m i n ) ： 0. 2 0

N領域と I領域（無欠陥）境界の F/G (mm²/°C-m i n) ： 0。 1 8 F / G = 0. 1 7付近の結晶バルク中 A l濃度： 4. l X 1 0^{1 2} a t o m s / c c

(引上げ条件 2 )

石英ルツボに、原料多結晶シリコン 1 5 0 k g と純 A 1金属粒 8 m gをチヤ一ジすること以外は実施例 1 と同様にシリコン単結晶を製造し、各測定を行った。以上の測定で判明した、より詳細な各領域の分布状況を図 1 ( d) に示し、また各領域の境界における F/G (mm²Z°C'in i n)及び A 1濃度を以下に示す。

O S Fと N領域境界の F/G (mm²Z°C-m i n ) ： 0. 2 0

N領域と I領域（無欠陥）境界の FZG (mm²/°C-m i n) : 0.. 1 8 F / G = 0. 1 7付近の結晶バルク中 A l 濃度： 8. 8 X 1 0^{1 2} a t o m s / c c

(引上げ条件 3 )

石英ルツボに、 A 1金属粒を入れることなく原料多結晶シリコン 1 5 0 k gをチャージしたこと以外は実施例 1 と同様にシリコン単結晶を製造し、各測定を行つた。

以上の測定で判明した、より詳細な各領域の分布状況を図 1 ( b ) に示し、また各領域の境界における F/G (mm²/°C-m i η )及び A 1濃度を以下に示す。

O S Fと N領域境界の F/G (mm² °C -m i n) : 0. 2 0

N領域と I領域（巨大転位クラスタ形成）境界の F/G (mm²/°C -m i n) : 0. 1 8 F / G = 0. 1 7付近の結晶バルク中 A l濃度： 1 X 1 0 ⁸ a t o m s Z c c (引上げ条件 4 )

石英ルッボに、原科多結晶シリコン 1 5 0 k g と鈍 A 1金属粒 2 m gをチヤ一ジすること以外は実施例 1 と同様にシリコン単結晶を製造し、各測定を行った。以上の測定で判明した、より詳細な各領域の分布状況を図 1 ( c ) に示し、また各領域の境界における F ,G (mm ²/°C -m i n )及び A 1 濃度を以下に示す。

O S Fと N領域境界の F /G (mm ² /°C -m i n ) ： 0. 2 0

N領域と I領域（巨大転位クラスタ形成）境界の F /G (mm² /°C -m i n ) : 0. 1 8

I領域（巨大転位クラスタ形成）と I領域（無欠陥）境界の F /G (mm ² °C - m i n ) ： 0. 1 7

F / G = 0 . 1 7付近の結晶バルタ中 A l 濃度： 1 . 8 X 1 0 ^{1 2} a t o m s Z e e

(引上げ条件 5 )

石英ルツボに、原料多結晶シリコン 1 5 0 k g と純 A 1金属粒 4 m gをチヤ一ジし、 B (ボロン）濃度が 1 X 1 0 ^{1 5}〜1 . 5 X 1 0 ^{1 5} a t o m s Z c c となるようにシリコン単結晶を製造すること以外は実施例 1 と同様にシリコン単結晶を製造し、各測定を行った。

以上の測定で判明した、より詳細な各領域の分布状況を図 1 ( a ) に示し、また各領域の境界における F ZG (mm ²/°C -m i n )及び A 1濃度を以下に示す。

O S Fと N領域境界の F Z G (mm ² /°C -m i n ) : 0. 2 2

N領域と I領域（巨大転位クラスタ形成) 境界の F /G (mm ² °C -m i n ) : 0. 2 0

F / G = 0 . 1 7付近の結晶バルク中 A l 濃度： 3 . 8 X 1 0 ^{1 2} a t o rn s

/ c c 図 1から明らかなように、 P ドープシリコン単結晶の場合、 A 1濃度が 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s Z c c未満の引上げ条件 3、 4では、 I領域で巨大転移クラスタが形成されており、また、たとえ無欠陥の I領域が出現しても一部にとどまつている（図 1 ( b )、（ c ))。しかし、 A 1濃度が 2 X 1 0 ^{1 2} _a t o m s / c c 以上の引上げ条件 1及び引上げ条件 2では、図 1 ( d ) に示すように I領域が無欠陥となり、 O S Fと N領域の境界よりも低速側の全面が無欠陥領域となっている

一方、 B ドープシリコン単結晶の場合、引上げ条件 5のように、たとえ A 1濃度が 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s Z c c以上であったとしても、図 1 ( a ) に示すように I領域で巨大転移クラスタが形成されており、無欠陥の I領域は出現しなかつた。

[ S O I ゥエーハの製造]

(実施例 1 )

上述した引上げ条件 1で、 F ZG (mm²/°C 'nx i ri)が 0 . 1 9〜 0. 1 3 となるように引上げ速度 Fを制御して、全面が N領域及び無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶を製造した。この P ドープシリコン単結晶から鏡面ゥエーハを作製し、ボンドウヱーハとした。

次に、上述した引上げ条件 3で、 F/G (mm²/°C -m i n )力 S 0. 2 7〜 0. 2 4 となるように引上げ速度 Fを制御して、全面が V領域の P ドープシリコン単結晶を製造した。この P ドープシリコン単結晶から鏡面ゥヱーハを作製し、ベースゥエーノヽとした。

このようにして準備したボンドゥエーハとべ一スウェーハを使用し、図 5に示した工程に基づくイオン注入剥離法により、ボンドゥエーハへのイオン注入、ベ一スウェーハとの貼り合わせ、剥離熱処理、結合熱処理（貼り合わせ酸化）、酸化膜除去、シリコン活性層調整酸化、酸化膜除去等を経て、厚さが 2 0 0 n mの絶縁膜と、 5 0 n mのシリコン活性層を有する S O I ゥエーハを製造した。

この S O I ゥエーハのシリコン活性層表面をパ一ティクルカゥンター ( K L A 一 T e n c o r社製、 S u r f s c a n S P— l ) により測定した。その結果、シリコン活性層調整酸化の後に弗酸洗浄を施して熱酸化膜を除去したにもかかわらず、シリコン活性層にはエッチピットが形成されず、シリコン活性層が破壌されなかったことを確認した。

(実施例 2 )

上述した引上げ条件 1で、 F / G (mm²/^cC-m i ιι )が 0. 1 9〜 0. 1 3 となるように引上げ速度 Fを制御して、全面が N領域及び無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶を製造した。この P ドープシリコン単結晶から鏡面ゥヱ一ハを作製し、ボンドウヱーハ及びべ一スウェーハとした。

このようにして準備したボンドゥエーハとベースゥエーハを使用し、実施例 1 と同様のイオン注入剥離法により、シリコン活性層の膜厚を 5 0 n m、絶縁膜の膜厚を 70 nmとして S O I ゥエーハを作製した。そして、シリコン活性層表面をパーティクルカウンタ一により測定したところ、シリコン活性層にはェッチピットが形成されず、シリコン活性層が破壊されなかったことを確認した。

さらに、この S O I ゥ；！：ーハのシリコン活性層を水酸化力リゥム溶液で選択ェツチングして除去した。次いで、残った絶縁膜を有するベースウェーハに対し、 6 MV/ c mの電解強度で C uデポジション法による評価を行った。その結果、絶縁膜は無欠陥であり、絶縁膜破壌は発生しなかったことを確認した。

(比較例 1 )

上述した引上げ条件 3で、 FZG (mm²/°C'm i n)が 0. 2 7〜 0. 2 4 となるように引上げ速度 Fを制御して、全面が V領域の P ドープシリコン単結晶を製造した。この P ドープシリコン単結晶から鏡面ゥエーハを作製し、ボンドウエーハ及びべ一スウェーノヽとした。

このようにして準備したボンドゥエーハとベースゥヱーハを使用し、実施例 1 と同様の方法で、厚さが 2 0 0 n mの絶縁膜と、 5 0 n mのシリコン活性層を有する S〇 I ゥエーハを作製し、この S O I ゥエーハのシリコン活性層表面をパーテイクルカゥンターにより測定したところ、シリコン活性層の破壌を示す高密度の輝点が確認された。 (比較例 2 )

上述した引上げ条件 3で、 F / G ( m m ² / °C · m i n )が 0 . 2 7〜 0 · 2 4 となるように引上げ速度 Fを制御して、全面が V領域の P ドープシリコン単結晶を製造した。この P ドープシリコン単結晶から鏡面ゥエーハを作製し、ボンドウエーハ及びベースウェーハとした。

このようにして準備したボンドゥエーハとベースゥエーハを使用し、実施例 2 と同様の方法で、シリコン活性層の膜厚を 5 0 n m、絶縁膜の膜厚を 7 0 n mとして S O I ゥェ一ハを作製し、この S O I ゥエーハのシリコン活性層表面をパーテイクルカゥンターにより測定したところ、シリコン活性層の破壌を示す高密度の輝点が確認された。さらに、シリコン活性層を除去し、絶縁膜を C uデポジション法により評価したところ、絶縁膜の破壌を示す高密度の酸化膜欠陥が確認された。尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims

請求の範囲

1. 少なくとも支持基板上に絶縁膜を介して又は直接シリコン活性層が形成された S O I ゥエーハであって、少なくとも前記シリコン活性層が、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び/又は無欠陥 I領域の P (リン）ド一プシリコン単結晶であり、且つ A 1 (アルミニウム）を 2 X 1 0 ^{1 2} a t o m s / c c 以上の濃度で含むものからなることを特徴とする S O 1 ゥェ一ノ、。

2. それぞれシリコン単結晶からなるベースゥェーハとボンドゥエーハとを、絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウヱーハを薄膜化することによりシリコン活性層が形成された S O I ゥエーハであって、前記ボンドウ： n—ハ及び Z 又は前記ベースゥヱーハが、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び/ 又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むものからなることを特徴とする S O I ゥヱーハ。

3. 前記 P ド一プシリコン単結晶は、 P力 S 1 X 1 0 ^{1 4} a t o 5 / c c以上の濃度で含まれているものであることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の S O I ゥエーハ。

4. 前記シリコン活性層は、厚さが 5 n m以上 2 0 0 n m以下の範囲にあることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項に記載の S O I ゥヱーハ。

5. 前記絶縁膜は、シリコン酸化膜であって、厚さが 1 0 n m以上 1 0 0 n m 以下の範囲にあることを特徴とする請求 ¾ 1乃至請求項 4のいずれか 1項に記载の S O I ゥエーハ。

6. 少なくとも、シリコンゥエーハに酸素を注入後、熱処理することで絶縁膜層（酸化膜層）を形成し、前記ゥ一ハ内に前記絶縁膜層で仕切られたシリコン活性層を形成する S O I ゥヱーハの製造方法において、少なくとも、前記シリコンゥヱーハとして、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹²a t o m s Z c c以上の濃度で含むシリコンゥヱーハを用いることを特徴とする S O Iゥエーハの製造方法。

7. 少なくとも、ベースゥエーハとボンドゥエーハとを直接貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記ボンドゥーハを薄膜化することによりシリコン活性層を形成する薄膜化工程を含む S O I ゥエーハの製造方法であって、前記ベースゥヱーハとして、絶縁性の基板を用い、前記ボンドゥエーハとして、チヨクラルスキー法により育成された N領域及びノ又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s Z e e以上の濃度で含むシリコンゥエーハを用いることを特徴とする S O I ゥエーハの製造方法。

8. 少なくとも、それぞれシリコン単結晶からなるベースウェーハとボンドウヱ一ハとを絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記ボンドゥエ一ハを薄膜化することによりシリコン活性層を形成する薄膜化工程を含む S O I ゥェーハの製造方法であって、前記ボンドウ；!：ーハ及び Z又は前記ベースゥエーハとして、チヨクラルスキー法により育成された N領域及び/又は無欠陥 I領域の P ドープシリコン単結晶であり、且つ A 1 を 2 X 1 0¹² a t o m s / c c以上の濃度で含むシリコンゥエーハを用いることを特徴とする S O I ゥヱーハの製造方法。

9. 前記貼り合わせ工程の前に、ボンドウヱーハの表面から水素イオン及び希ガスイオンの少なくとも 1種のイオンを注入してゥエーハ内部にイオン注入層を形成するイオン注入工程を行い、前記貼り合わせ工程においては、該ボンドゥエーハのイオン注入された側の表面と前記べ一スウェーハの表面とを直接又は絶縁膜を介して貼り合わせ、前記薄膜化工程においては、熱処理により前記ボンドウエーハの一部を前記イオン注入層で剥離することを特徴とする請求項 7又は請求項 8に記載の S O I ゥエーハの製造方法。

1 0. 前記 P ドープシリコン単結晶として、 P力 S l X 1 0 ^{1 4} a t o m s Z c c以上の濃度で含むものを用いることを特徴とする請求項 6乃至請求項 9のいずれか 1項に記載の S O I ゥエーハの製造方法。

1 1. 前記シリコン活性層の厚さを、 5 n m以上 2 0 0 n m以下の範囲にすることを特徴とする請求項 6乃至請求項 1 0のいずれか 1項に記載の S O I ゥエーハの製造方法。

1 2. 前記絶縁膜を、シリコン酸化膜とし、該シリコン酸化膜の厚さを、 1 0 n m以上 1 0 0 n m以下の範囲にすることを特徴とする請求項 6、請求項 8乃至請求項 1 1のいずれか 1項に記載の S O I ゥエーハの製造方法。