JP2002190453A - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

半導体ウェーハの製造方法

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JP2002190453A
JP2002190453A JP2000389933A JP2000389933A JP2002190453A JP 2002190453 A JP2002190453 A JP 2002190453A JP 2000389933 A JP2000389933 A JP 2000389933A JP 2000389933 A JP2000389933 A JP 2000389933A JP 2002190453 A JP2002190453 A JP 2002190453A
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ion
wafer
semiconductor wafer
ion implantation
ion current
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JP2000389933A
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Kazuhiro Yamamoto
一弘 山本
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な操作でSOI層欠陥密度を低減したS
IMOXウェーハが得られる半導体ウェーハの製造方法
の提供。 【解決手段】 酸素イオン注入時のイオン電流密度を1
mA/cm2以下とすることでSOI層欠陥密度を低減
でき、このため所定量のイオン電流量で酸素イオン注入
を行うに際し、イオン電流量を変化させずにビームの照
射面積を拡大してイオン電流密度を1mA/cm2以下
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェー
ハ、特にLSI用半導体基板として利用される絶縁膜上
に単結晶シリコン層を有するSOI(Silicon
On Insulator)ウェーハの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】携帯通信端末装置の発達、あるいはコン
ピューターシステムやアプリケーションソフトの肥大化
に伴って、次世代のLSIには、高速かつ低消費電力と
いう特性が強く求められている。
【0003】絶縁膜上にデバイスを形成する単結晶シリ
コン層を有する構成からなるSOIウェーハは、従来の
LSIプロセス技術を大幅に改良することなく、高速か
つ低消費電力なLSIを実現することができる次世代の
ウェーハとして、注目を集めている。
【0004】種々あるSOIウェーハの製造方法で、コ
ストの面から最も有力視されているのが、SIMOX
(Separation by IMplanted
OXygen)ウェーハの製造方法である。SIMOX
ウェーハは、Siウェーハに酸素イオンを、例えば注入
エネルギー180keV、ドーズ量3〜4×1017cm
-2程度で注入し、その後1300℃以上の温度で数%の
Arガス希釈酸素雰囲気にて、4〜6時間の熱処理を行
い、ウェーハ表層に単結晶シリコンを残したままウェー
ハ内に連続的な酸化膜を形成し、SOI構造を得る技術
である。
【0005】しかし、SIMOXウェーハでは、デバイ
スを作製する上部シリコン層(SOI層という)に多数
の欠陥が残留することが知られている。その欠陥は、例
えばセコエッチとフッ酸による検出法(Secco E
tch+HF法)や、エピタキシャル成長とセコエッチ
による検出法(Epi+Secco Etch法)など
で検出できる。
【0006】これらの欠陥は、SOI層を貫通している
TD(Threading Defect)と言われる
ものと、SOI層と埋め込み酸化膜(BOX)界面に存
在するMFD(Multiply−Faulted D
efect)であることが知られており、1×103
-2〜1×104cm-2程度の密度である。また、これ
らの欠陥は、素子の活性領域、特にPN接合を横断する
ような位置に存在するとリーク電流不良等の歩留まり低
下を引き起こす。従って、欠陥密度の低下が切望されて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】欠陥密度を低減するた
めに、一般にはドーズ(Dose)量を低減することが
効果があるとされている。しかし、ドーズ量を低減する
と埋め込み酸化膜の絶縁性の低下、あるいは不連続な埋
め込み酸化膜の形成を引き起こす可能性がある。
【0008】さらにこの問題を解決するために、例えば
特開平10−223551号公報には、1250℃以下
の温度で40分以上熱処理を行い、引き続いて1300
℃以上の高温熱処理を行うプロセスが提案されている。
これにより、2×1017cm -2以下のドーズ量において
も連続な埋め込み酸化膜の形成が可能である。
【0009】また、埋め込み酸化膜の絶縁性を改善する
技術として、酸素注入、1300℃以上の温度で数%の
Arガス希釈酸素アニール処理の後に、1300℃以上
で酸化性雰囲気の熱処理を行い、埋め込み酸化膜の絶縁
性を回復させるITOX(Internal Ther
mal OXidation)技術がある。
【0010】しかし、いずれの方法においても、SOI
層と埋め込み酸化膜界面付近には、依然として高密度の
転位が残存するのが現状であった。
【0011】この発明は、従来のSIMOXウェーハで
問題であったSOI層欠陥密度を低減することを目的と
し、また、簡単な操作でSOI層欠陥密度を低減したS
IMOXウェーハが得られる半導体ウェーハの製造方法
の提供を目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】発明者は、SOI層の欠
陥密度を低減できる方法を目的に種々検討した結果、酸
素イオン注入時のイオン電流密度を1mA/cm2以下
とすることでSOI層欠陥密度を低減できることに着目
し、注入方法としては、所定量のイオン電流量で酸素イ
オン注入を行うに際し、イオン電流量を変化させずにビ
ームの照射面積を変化してイオン電流密度を1mA/c
2以下とすることで目的を達成できることを知見し、
この発明を完成した。
【0013】すなわち、この発明は、シリコン基板に酸
素イオンの注入と高温熱処理をして埋め込み酸化膜を有
する半導体ウェーハを製造する方法において、酸素イオ
ン注入時の電流量を一定にし、ビーム照射面積を変化さ
せてイオン電流密度を1mA/cm2以下とすることを
特徴とする半導体ウェーハの製造方法である。
【0014】
【発明の実施の形態】イオン注入装置におけるウェーハ
1とイオンビーム2の関係を説明する。まず、図2に一
般的な枚葉式イオン注入装置を示すように、イオン注入
装置チャンバー3内には円盤の円周方向に複数のウェー
ハ1を収納して回転並びに一直径方向に往復動可能に構
成されたウェーハホルダー4が配置されている。
【0015】図1に示すごとく、イオン注入装置におけ
るイオンビーム2との照射範囲は一ケ所に固定されてお
り、ウェーハホルダー4が所要パターンで運動してウェ
ーハ1側が図の左右方向の平行スキャン方向と図の略上
下方向の回転方向に動き、イオンビーム2をウェーハ1
全体に渡って照射することができる。
【0016】この発明は、SIMOXウェーハの製造方
法で、酸素イオン注入を行うに際し、設定されたイオン
電流量を変化させずにビームの照射面積を変化させてイ
オン電流密度を1mA/cm2以下とする工程を特徴と
している。
【0017】酸素イオン注入に際してイオン電流密度を
低くするのは、一般に電流値を低下するのが簡単である
が、それではスループットを著しく低下させてしまうた
め、イオンビーム2の照射面積を大きくすることが望ま
しい。ビーム2の照射面積は、イオン注入装置の後段加
速電極を適宜選択することによって、変化させることが
できる。
【0018】SIMOXウェーハでのイオンにより発生
する欠陥は、ドーズ量の低減が効果的であるが、同じド
ーズ量の場合は、低イオン電流密度にして、イオンが照
射される回数を多くする方が、欠陥低減に効果がある。
低電流密度にすることは、あるイオンビーム照射領域に
一度に照射されるイオン数を少なくすることであり、結
果として、一回のイオンビーム照射時のイオンと基板シ
リコン原子との衝突回数を減少させることができる。
【0019】また、一度にある特定領域に照射されるイ
オン数を少なくすることで、イオンが照射されていない
間に当該欠陥を回復させる効果も期待できるので、結果
として、低欠陥密度のSIMOXウェーハを実現でき
る。
【0020】この発明において、イオン電流密度とは、
イオン電流量をイオンビーム面積で割ったものとする。
また、酸素イオン注入におけるイオン電流は10mA〜
80mA、酸素イオンドーズ量は1〜4×1017cm-2
の範囲とすることが好ましい。
【0021】イオン電流は、10mA未満ではスループ
ットが著しく低下して好ましくなく、また、80mAを
超えると装置が大がかりとなり、生産設備として現実的
でないため、10mA〜80mAの範囲が好ましい。
【0022】酸素イオンドーズ量は、1×1017cm-2
未満では、イオン注入後の熱処理によって連続的な埋め
込み酸化膜層が形成されないため好ましくなく、また、
5×1017cm-2を超えると、埋め込み酸化膜中にシリ
コンの島が多数発生し、埋め込み酸化膜の絶縁性が低下
し、さらに貫通転位が増大して好ましくないため、1〜
5×1017cm-2の範囲が好ましい。
【0023】
【実施例】実施例1 図2に模式図を示すごとき市販の枚葉式イオン注入装置
に、8インチ、P型(100)基板を搬送装着し、酸素
イオンを180keV、4×1017cm-2の条件でイオ
ン注入した。イオン電流値は40mAで、ビーム照射面
積は半径4cmのほぼ円形で約50.2cm2であり、
電流密度は0.80mA/cm2である。
【0024】ビーム照射面積は、イオン注入器の後段加
速電極を選択して変更した。イオン注入時の基板温度は
575℃であった。イオン注入後、ウェーハに対して、
Ar/O2=0.5%の雰囲気で、1350℃、4時間
の熱処理を行った。
【0025】その後、SOI層中の欠陥密度を評価する
ために、表層酸化膜をHFにより除去後、Secco+
HF法による評価を行った。セコエッチングによるエッ
チング時間を変えて、SOIの残膜厚量を調整した。
【0026】図3に、Secco+HF法によるSOI
層膜深さと欠陥密度との関係のグラフ、すなわちSOI
層膜厚依存性のグラフを示す。また、比較例として、電
流密度2.5mA/cm2で、180keV、4×10
17cm-2の条件で注入した場合の同様の測定結果を図3
のグラフに示す。
【0027】図3より明らかなように、低電流密度で注
入を行った場合の方が、低欠陥密度であることが分か
る。特にSOI層と埋め込み酸化膜界面(SOI/BO
X界面)付近に近づくに従って、欠陥密度の発生が抑制
されていることが分かる。
【0028】実施例2 8インチ、P型(100)基板を用いて、酸素イオンを
180keV、4×1017cm-2の条件でイオン注入し
た。イオン電流値30mAで、ビーム面積は約50.2
cm2とした。電流密度は0.60mA/cm2である。
イオン注入時の基板温度は575℃である。
【0029】イオン注入後、ウェーハにAr/O2
0.5%の雰囲気で、1350℃、4時間の熱処理を行
った。この場合も、SOI/BOX界面近傍、30nm
程度のところで、1×102cm-2のSecco欠陥密
度が得られた。
【0030】またさらに、イオン電流密度とSecco
欠陥密度の関係を詳細に調べた結果、電流密度が1mA
/cm2以下であれば、欠陥密度の抑制に効果があるこ
とを確認した。
【0031】
【発明の効果】この発明によれば、従来のSIMOXウ
ェーハの製造上の問題である、SOI層欠陥密度の低減
が可能であり、ビーム照射面積を拡大して1mA/cm
2以下の低電流密度イオン注入を用いることによって、
低欠陥密度のSIMOXを提供することができる。
【0032】また、この発明によれば、イオン電流量を
変えずに、ビーム面積を変えて低電流密度にするという
簡単な操作で、スループットの低下を招くことなく、S
OI層欠陥密度を低減したSIMOXウェーハが得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウェーハとイオンビームの関係を示すウェーハ
の上面説明図である。
【図2】イオン注入装置にウェーハをセットした状態で
のスキャン方向と回転方向の関係を示す、該装置の概略
説明図である。
【図3】セコエッチング欠陥密度のSOI膜厚依存性を
示すグラフである。
【符号の説明】
1 ウェーハ 2 イオンビーム 3 イオン注入装置チャンバー 4 ウェーハホルダー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板に酸素イオンの注入と高温
    熱処理をして埋め込み酸化膜を有する半導体ウェーハを
    製造する方法において、酸素イオン注入時の電流量を一
    定にし、ビーム照射面積を変化させてイオン電流密度を
    1mA/cm 2以下にする工程を含む半導体ウェーハの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 酸素イオン注入時のイオン電流が10m
    A以上、酸素イオンドーズ量は1〜5×1017cm-2
    範囲である請求項1に記載の半導体ウェーハの製造方
    法。
JP2000389933A 2000-12-22 2000-12-22 半導体ウェーハの製造方法 Pending JP2002190453A (ja)

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