JP2005286282A - Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法及び該方法により得られるｓｉｍｏｘ基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】デバイス工程での重金属汚染を基板内部に効率良く捕獲することができる。
【解決手段】ウェーハ内部に酸素イオン注入する工程と、ウェーハを所定のガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃で第１熱処理して埋込み酸化層を形成するとともにウェーハ表面にＳＯＩ層を形成する工程とを含み、酸素イオン注入前のウェーハが８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有し、埋込み酸化層がウェーハ全面にわたって形成され、第１熱処理したウェーハを所定のガス雰囲気中、４００〜９００℃で１〜９６時間第２熱処理して、埋込み酸化層の直下に形成される欠陥集合層より下方のバルク層に酸素析出核を形成する工程と、第２熱処理したウェーハを所定のガス雰囲気中、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間第３熱処理して、形成された酸素析出核を酸素析出物に成長させる工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】ウェーハ内部に酸素イオン注入する工程と、ウェーハを所定のガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃で第１熱処理して埋込み酸化層を形成するとともにウェーハ表面にＳＯＩ層を形成する工程とを含み、酸素イオン注入前のウェーハが８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有し、埋込み酸化層がウェーハ全面にわたって形成され、第１熱処理したウェーハを所定のガス雰囲気中、４００〜９００℃で１〜９６時間第２熱処理して、埋込み酸化層の直下に形成される欠陥集合層より下方のバルク層に酸素析出核を形成する工程と、第２熱処理したウェーハを所定のガス雰囲気中、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間第３熱処理して、形成された酸素析出核を酸素析出物に成長させる工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、シリコン単結晶本体に埋込み酸化層（Buried Oxide）を介して単結晶シリコン層（以下、ＳＯＩ層という。）が形成されたＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板のうち、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）技術によるＳＩＭＯＸ基板の製造方法及び該方法により得られるＳＩＭＯＸ基板に関するものである。更に詳しくは、デバイス工程での重金属汚染を基板内部に効率良く捕獲し得るＳＩＭＯＸ基板の製造方法及び該方法により得られるＳＩＭＯＸ基板に関するものである。
ＳＯＩ基板は、(1)素子と基板間の寄生容量を低減できるのでデバイス動作の高速化が可能であり、(2)放射線耐圧に優れており、(3)誘電体分離が容易のため高集積化が可能である、更に(4)耐ラッチアップの特性を向上できる等の非常に優れた特徴を有する。現在ＳＯＩ基板の製造方法には、大きく２つに分類できる。一つの方法は、薄膜化される活性ウェーハと、支持ウェーハを貼合せて形成する貼合せ法であり、他の方法はウェーハ表面より酸素イオンを注入してウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層を形成するＳＩＭＯＸ法である。特にＳＩＭＯＸ法は製造工程数が少ないため将来的に有効な手法として期待されている。
ＳＩＭＯＸ基板の製造方法としては、シリコン単結晶基板の一方の主面を鏡面加工した後に、この鏡面加工面から酸素イオンをインプランテーションにより基板中の所定深さに注入する酸素イオン注入工程と、酸素イオンを注入した基板に酸化雰囲気下、高温熱処理を施すことにより基板内部に埋込み酸化層を形成する高温熱処理工程から構成される。具体的には、シリコン単結晶基板を５００℃〜６５０℃の温度に保持し、基板表面から１０17〜１０18個／ｃｍ2程度の酸素原子イオン或いは酸素分子イオンを所定の深さに注入する。引続き酸素イオンを注入したシリコン基板を５００℃〜７００℃の温度に保持した熱処理炉内に投入し、スリップを発生させないように徐々に昇温を開始して１３００℃〜１３９０℃程度の温度で１０時間程度の熱処理を施す。この高温熱処理により基板内部に注入された酸素イオンがシリコンと反応して基板内部に埋込み酸化層が形成される。
ＳＩＭＯＸ基板の製造方法としては、シリコン単結晶基板の一方の主面を鏡面加工した後に、この鏡面加工面から酸素イオンをインプランテーションにより基板中の所定深さに注入する酸素イオン注入工程と、酸素イオンを注入した基板に酸化雰囲気下、高温熱処理を施すことにより基板内部に埋込み酸化層を形成する高温熱処理工程から構成される。具体的には、シリコン単結晶基板を５００℃〜６５０℃の温度に保持し、基板表面から１０17〜１０18個／ｃｍ2程度の酸素原子イオン或いは酸素分子イオンを所定の深さに注入する。引続き酸素イオンを注入したシリコン基板を５００℃〜７００℃の温度に保持した熱処理炉内に投入し、スリップを発生させないように徐々に昇温を開始して１３００℃〜１３９０℃程度の温度で１０時間程度の熱処理を施す。この高温熱処理により基板内部に注入された酸素イオンがシリコンと反応して基板内部に埋込み酸化層が形成される。
一方、デバイス製造プロセスにおいて、デバイス特性に直接的悪影響を及ぼす金属を基板表面から除去するゲッタリング技術としては、基板裏面にサンドブラストで歪みをつける方法、基板裏面に多結晶シリコン膜を堆積する方法、基板裏面に高濃度のリンを注入する方法などの外部ゲッタリング法（External Gettering）があるが、シリコン基板内部に析出した酸素析出物に起因する結晶欠陥の歪場を利用する内部ゲッタリング法（Intrinsic Gettering）が量産性に優れ、かつクリーンなゲッタリング方法として一部では量産に用いられている。
しかしながら一般的にＳＩＭＯＸ基板は基板内部に埋込み酸化層を形成するために、酸素イオン注入後１３００℃前後の高温熱処理が必要とされているため、この高温熱処理によってバルク層中に内部ゲッタリングシンクである酸素析出物を形成することは困難であるといわれていた。
しかしながら一般的にＳＩＭＯＸ基板は基板内部に埋込み酸化層を形成するために、酸素イオン注入後１３００℃前後の高温熱処理が必要とされているため、この高温熱処理によってバルク層中に内部ゲッタリングシンクである酸素析出物を形成することは困難であるといわれていた。
この上述した問題点を解決する方策として、シリコン単結晶基板に酸素イオンを注入したのち、基板を水素雰囲気又は酸素を少量含む窒素雰囲気中で、１２００〜１３００℃の温度で６〜１２時間熱処理を施して埋込み酸化層を形成した後、低温から高温で段階的又は連続的に温度を上昇させて熱処理を施す半導体基板の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に示される具体的な熱処理の条件として、段階的な熱処理方法を５００℃から出発し、５０〜１００℃の段階で順次上昇させ、最終温度を８５０℃までとする方法、連続的な熱処理方法を５００℃から出発し、０．２〜１．０℃／分の勾配で、最終温度を８５０℃とする方法が記載されている。しかし、ＳＩＭＯＸ基板の埋込み酸化層を形成するために１３００℃程度の高温熱処理を施すことで結晶引上げ時に起因する酸素析出核の縮小及び消滅が起こっているため、上記特許文献１に示される熱処理条件では酸素析出物の成長が抑制されるため最終到達温度が８５０℃では十分なゲッタリング効果が得られていなかった。
また、部分的に埋込み酸化層が形成されない領域を有し、かつシリコン単結晶基板バルクもしくはシリコン単結晶基板裏面に、結晶欠陥もしくは結晶歪みによるゲッタリング手段が付与された構造を有するＳＩＭＯＸ基板及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２では、埋込み酸化層が断片的に表層近傍に形成されており、ゲッタリングするための熱処理条件が５００〜９００℃の範囲で酸素析出核を形成、密度は１０5個／ｃｍ3〜１０9個／ｃｍ3の範囲であり、第２の熱処理として１０００〜１１５０℃の範囲で上記析出核を成長させ析出物にしてもよいと記載されている。
しかし、実施例のなかに従来技術によるＳＩＭＯＸ、すなわちウェーハ全面に埋込み酸化膜が成長したＳＩＭＯＸを参照サンプルとして重金属の定量汚染による基板表面の結晶欠陥発生量を評価しているが、部分埋込み酸化膜の実施例では表面欠陥がほとんど観察されていないのに対して、従来ＳＩＭＯＸでは１０5〜１０6個／ｃｍ2のピット及び積層欠陥が観察されている。すなわち特許文献１でも完全なゲッタリング技術が確立していないことを意味している。
特開平７−１９３０７２号公報（請求項１〜３）
特開平５−８２５２５号公報（請求項１、２、４及び５、段落［００１９］〜段落［００２３］）
J.Electrochem.Soc.,142,2059,(1995)
一方、ＳＩＭＯＸ基板を製造する際の特徴として埋込み酸化層の直下には厚さ２００ｎｍ程度の欠陥集合層が必然的に形成され、この欠陥集合層にはゲッタリング効果があることが開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。即ち、非特許文献１に開示された内容を踏まえると、ＳＩＭＯＸ基板の製造工程において突発的に重金属汚染が発生したとき、上記特許文献１や上記特許文献２に示されるＳＩＭＯＸ基板の酸素析出物では十分なゲッタリング効果を得ることができない場合、埋込み酸化層直下の欠陥集合層にも重金属が捕獲されてしまうことが考えられる。
また、近年ＳＩＭＯＸ基板のＳＯＩ層における薄膜化が要望されていることから、埋込み酸化層直下の欠陥集合層に捕獲された重金属汚染領域がデバイス特性に影響を与える可能性があり、少なくともデバイス特性に影響を与えず、かつプロセス中での突発的な重金属汚染を効率良く捕獲できるゲッタリング源を有するＳＩＭＯＸ基板の設計が必要となっていた。
本発明の目的は、欠陥集合層の重金属捕獲濃度を低減させ、かつバルク層内部に重金属を効率良く捕獲し得る、ＳＩＭＯＸ基板の製造方法及び該方法により得られるＳＩＭＯＸ基板を提供することにある。
請求項１に係る発明は、図１（ａ）〜図１（ｅ）に示すように、シリコンウェーハ１１の内部に酸素イオンを注入する工程と、ウェーハ１１を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃で第１熱処理することにより、ウェーハ１１表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層１２を形成するとともに埋込み酸化層１２上のウェーハ表面にＳＯＩ層１３を形成する工程とを含むＳＩＭＯＸ基板の製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ１１が８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有し、埋込み酸化層１２がウェーハ全面にわたって形成され、第１熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、４００〜９００℃で１〜９６時間第２熱処理することにより、埋込み酸化層１２の直下に形成される欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出核１４ｂを形成する工程と、第２熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間第３熱処理することにより、バルク層１４に形成された酸素析出核１４ｂを酸素析出物１４ｃに成長させる工程とを含むところにある。
請求項１に係る発明では、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であるＳＩＭＯＸ基板を得ることができる。
その特徴ある構成は、酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ１１が８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有し、埋込み酸化層１２がウェーハ全面にわたって形成され、第１熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、４００〜９００℃で１〜９６時間第２熱処理することにより、埋込み酸化層１２の直下に形成される欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出核１４ｂを形成する工程と、第２熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間第３熱処理することにより、バルク層１４に形成された酸素析出核１４ｂを酸素析出物１４ｃに成長させる工程とを含むところにある。
請求項１に係る発明では、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であるＳＩＭＯＸ基板を得ることができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、第２熱処理が４００℃から９００℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜５．０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われ、第３熱処理が９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われる製造方法である。
請求項３に係る発明は、シリコンウェーハ１１の内部に酸素イオンを注入する工程と、ウェーハ１１を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃で第１熱処理することにより、ウェーハ１１表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層１２を形成するとともに埋込み酸化層１２上のウェーハ表面にＳＯＩ層１３を形成する工程とを含むＳＩＭＯＸ基板の製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ１１が８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有し、埋込み酸化層１２がウェーハ全面にわたって又は部分的に形成され、第１熱処理したウェーハを１０５０〜１３５０℃で１〜９００秒間保持させた後、その後降温速度１０℃／秒以上で降温する急速熱処理を施すことにより、埋込み酸化層１２より下方のバルク層１４に空孔を注入する工程と、急速熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、５００〜１０００℃で１〜９６時間第２熱処理することにより、埋込み酸化層１２の直下に形成される欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出核１４ｂを形成する工程とを含むところにある。
請求項３に係る発明では、第２熱処理までを行ったＳＩＭＯＸ基板を半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すると、上記酸素析出核が酸素析出物に成長し、ウェーハ全面にわたってＩＧ効果を有するようになる。
その特徴ある構成は、酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ１１が８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有し、埋込み酸化層１２がウェーハ全面にわたって又は部分的に形成され、第１熱処理したウェーハを１０５０〜１３５０℃で１〜９００秒間保持させた後、その後降温速度１０℃／秒以上で降温する急速熱処理を施すことにより、埋込み酸化層１２より下方のバルク層１４に空孔を注入する工程と、急速熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、５００〜１０００℃で１〜９６時間第２熱処理することにより、埋込み酸化層１２の直下に形成される欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出核１４ｂを形成する工程とを含むところにある。
請求項３に係る発明では、第２熱処理までを行ったＳＩＭＯＸ基板を半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すると、上記酸素析出核が酸素析出物に成長し、ウェーハ全面にわたってＩＧ効果を有するようになる。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、第２熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間第３熱処理することにより、バルク層１４に形成された酸素析出核１４ｂを酸素析出物１４ｃに成長させる工程を更に含む製造方法である。
請求項５に係る発明は、請求項３に係る発明であって、第２熱処理が５００℃から１０００℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜５．０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われる製造方法である。
請求項６に係る発明は、請求項４に係る発明であって、第３熱処理が９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われる製造方法である。
請求項５に係る発明は、請求項３に係る発明であって、第２熱処理が５００℃から１０００℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜５．０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われる製造方法である。
請求項６に係る発明は、請求項４に係る発明であって、第３熱処理が９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われる製造方法である。
請求項７に係る発明は、図１（ｅ）又は図２（ｆ）に示すように、請求項１ないし６いずれか１項に記載の方法から製造されたＳＩＭＯＸ基板であって、ウェーハ表面から所定の深さの領域に形成された埋込み酸化層１２と、埋込み酸化層上のウェーハ表面に形成されたＳＯＩ層１３と、埋込み酸化層１２の直下に形成された欠陥集合層１４ａと、埋込み酸化層１２の下方のバルク層１４とを備え、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板である。
請求項７に係る発明では、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であるので欠陥集合層１４ａよりも強いゲッタリング源となるため、従来欠陥集合層１４ａに捕獲されていた重金属汚染物のほとんどを欠陥集合層に捕獲させることなくバルク層１４の酸素析出物１４ｃにゲッタリングすることができる。
請求項７に係る発明では、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であるので欠陥集合層１４ａよりも強いゲッタリング源となるため、従来欠陥集合層１４ａに捕獲されていた重金属汚染物のほとんどを欠陥集合層に捕獲させることなくバルク層１４の酸素析出物１４ｃにゲッタリングすることができる。
本発明のＳＩＭＯＸ基板では、欠陥集合層より下方のバルク層に酸素析出物からなるゲッタリング源を有し、酸素析出物の密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物のサイズが５０ｎｍ以上であるので欠陥集合層よりも強いゲッタリング源となるため、欠陥集合層の重金属捕獲濃度を低減させることができ、かつバルク層内部に重金属を効率良く捕獲することができる。
次に本発明を実施するための第１の最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明はシリコンウェーハ内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層が形成され、そのウェーハ表面にＳＯＩ層が形成されたＳＩＭＯＸ基板に関するものである。そして、図１に示すように、本発明におけるＳＩＭＯＸ基板の製造方法は、酸素イオンを注入した後のウェーハ１１を３段階に熱処理し、その後ウェーハ１１表面に形成された酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去するものである。これらの各工程を以下に示す。
本発明はシリコンウェーハ内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層が形成され、そのウェーハ表面にＳＯＩ層が形成されたＳＩＭＯＸ基板に関するものである。そして、図１に示すように、本発明におけるＳＩＭＯＸ基板の製造方法は、酸素イオンを注入した後のウェーハ１１を３段階に熱処理し、その後ウェーハ１１表面に形成された酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去するものである。これらの各工程を以下に示す。
（１−１）酸素イオン注入工程
先ず図１（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１１を準備してこのウェーハ１１に酸素イオンを注入する。準備した酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ１１は８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有するものが準備される。この準備するシリコンウェーハはエピタキシャルウェーハもしくはアニールウェーハでも良い。
先ず図１（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１１を準備してこのウェーハ１１に酸素イオンを注入する。準備した酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ１１は８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有するものが準備される。この準備するシリコンウェーハはエピタキシャルウェーハもしくはアニールウェーハでも良い。
そして準備されたこのようなシリコンウェーハ１１の内部に酸素イオンを注入する。この酸素イオンの注入は従来から行われている手段と同一の手段により行われる。そして、最終的に得られたＳＩＭＯＸ基板におけるＳＯＩ層１３の厚さが１０〜２００ｎｍ、好ましくは２０〜１００ｎｍになるように、ウェーハ１１表面から所定の深さの領域１１ａに酸素イオンが注入される。ＳＯＩ層１３の厚さが１０ｎｍ未満であるとＳＯＩ層１３の厚さを制御することが困難であり、ＳＯＩ層１３の厚さが２００ｎｍを越えると酸素イオン注入機の加速電圧上困難である。
（１−２）第１熱処理工程
次に図１（ｂ）に示すように、酸素イオンが注入されたウェーハ１１を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃の温度で第１熱処理する。不活性ガスとしてはアルゴンガスや窒素ガスが挙げられる。従って、この第１熱処理のガス雰囲気は、酸素とアルゴンの混合ガス、又は酸素と窒素の混合ガスであることが好ましい。そして、この第１熱処理の熱処理時間は１〜２０時間、好ましくは１０〜２０時間であることが好ましい。
この第１熱処理により、ウェーハ１１表面及び裏面には酸化膜１１ｂ，１１ｃが形成され、ウェーハ１１表面から所定の深さの領域１１ａには埋込み酸化層１２がウェーハ全面にわたって形成される。更に、表側の酸化膜１１ｂと埋込み酸化層１２との間にはＳＯＩ層１３が形成される。また埋込み酸化層１２直下には欠陥集合層１４ａが必然的に形成される。
次に図１（ｂ）に示すように、酸素イオンが注入されたウェーハ１１を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃の温度で第１熱処理する。不活性ガスとしてはアルゴンガスや窒素ガスが挙げられる。従って、この第１熱処理のガス雰囲気は、酸素とアルゴンの混合ガス、又は酸素と窒素の混合ガスであることが好ましい。そして、この第１熱処理の熱処理時間は１〜２０時間、好ましくは１０〜２０時間であることが好ましい。
この第１熱処理により、ウェーハ１１表面及び裏面には酸化膜１１ｂ，１１ｃが形成され、ウェーハ１１表面から所定の深さの領域１１ａには埋込み酸化層１２がウェーハ全面にわたって形成される。更に、表側の酸化膜１１ｂと埋込み酸化層１２との間にはＳＯＩ層１３が形成される。また埋込み酸化層１２直下には欠陥集合層１４ａが必然的に形成される。
（１−３）第２熱処理工程
次に、図１（ｃ）に示すように、第１熱処理したウェーハ１１を酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で又は酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した状態で酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中で第２熱処理する。酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で第２熱処理を行うと、特に非酸化性ガス雰囲気だとＳＯＩ層１３の厚さが減少したり、ばらつきを生じることがないため好ましい。この理由は、第１に酸化性ガス雰囲気中で第２熱処理を行うと、酸化膜１１ｂ，１１ｃが更に成長することにより、ウェーハ表面のシリコンが消費され、第２に水素やアルゴンガス雰囲気中で第２熱処理を行うと、ＳＯＩ層１３がエッチングされてしまうからである。一方、ＳＯＩ層１３の厚さが比較的厚い場合には、ＳＯＩ層１３の厚さが減少しても所定の厚さのＳＯＩ層１３が得られるので、酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した状態で第２熱処理を行っても良い。この第２熱処理のガス雰囲気は窒素ガス、アルゴンガスもしくは微量酸素を加えた窒素あるいはアルゴンガスが好ましい。
次に、図１（ｃ）に示すように、第１熱処理したウェーハ１１を酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で又は酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した状態で酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中で第２熱処理する。酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で第２熱処理を行うと、特に非酸化性ガス雰囲気だとＳＯＩ層１３の厚さが減少したり、ばらつきを生じることがないため好ましい。この理由は、第１に酸化性ガス雰囲気中で第２熱処理を行うと、酸化膜１１ｂ，１１ｃが更に成長することにより、ウェーハ表面のシリコンが消費され、第２に水素やアルゴンガス雰囲気中で第２熱処理を行うと、ＳＯＩ層１３がエッチングされてしまうからである。一方、ＳＯＩ層１３の厚さが比較的厚い場合には、ＳＯＩ層１３の厚さが減少しても所定の厚さのＳＯＩ層１３が得られるので、酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した状態で第２熱処理を行っても良い。この第２熱処理のガス雰囲気は窒素ガス、アルゴンガスもしくは微量酸素を加えた窒素あるいはアルゴンガスが好ましい。
また、第２熱処理条件は、４００〜９００℃の温度で１〜９６時間行われる。第２熱処理温度を４００〜９００℃の範囲内に規定したのは、下限値未満では核形成温度が低すぎで長時間の熱処理が必要となり、上限値を越えると酸素析出核形成が生じないためである。また第２熱処理時間を１〜９６時間の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出核を形成するのに時間が短すぎであり、上限値を越えると生産性の劣化の不具合を生じるためである。この第２熱処理は５００〜８００℃の温度で４〜３５時間行われることが更に好ましい。また第２熱処理は４００℃から９００℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜５．０℃／分の速度、好ましくは０．１〜１．０℃／分で昇温することにより１〜９６時間、好ましくは４〜３５時間の範囲内で行なっても良い。この第２熱処理を行うことにより、埋込み酸化層１２の直下に形成される欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出核１４ｂが形成される。
（１−４）第３熱処理工程
次に図１（ｄ）に示すように、第２熱処理したウェーハ１１を第３熱処理する。この第３熱処理は、酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中で、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間行われる。この第３熱処理のガス雰囲気は窒素ガス、アルゴンガスもしくは微量酸素を加えた窒素あるいはアルゴンガスが好ましい。第３熱処理温度を９００〜１２５０℃の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出核の成長が十分に起こりにくく、上限値を越えると酸素析出物の溶解という不具合を生じるためである。また第３熱処理時間を１〜９６時間の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出物の成長が十分でなく、上限値を越えると生産性の劣化の不具合を生じるためである。また、第３熱処理は１０００〜１２００℃で８〜２４時間で行われることが好ましい。更に、第３熱処理は９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度、好ましくは１〜５℃／分で昇温することにより１〜９６時間、好ましくは８〜２４時間の範囲内で行なっても良い。この第３熱処理を行うことにより、バルク層１４に形成された酸素析出核１４ｂを酸素析出物１４ｃに成長させることができる。
次に図１（ｄ）に示すように、第２熱処理したウェーハ１１を第３熱処理する。この第３熱処理は、酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中で、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間行われる。この第３熱処理のガス雰囲気は窒素ガス、アルゴンガスもしくは微量酸素を加えた窒素あるいはアルゴンガスが好ましい。第３熱処理温度を９００〜１２５０℃の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出核の成長が十分に起こりにくく、上限値を越えると酸素析出物の溶解という不具合を生じるためである。また第３熱処理時間を１〜９６時間の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出物の成長が十分でなく、上限値を越えると生産性の劣化の不具合を生じるためである。また、第３熱処理は１０００〜１２００℃で８〜２４時間で行われることが好ましい。更に、第３熱処理は９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度、好ましくは１〜５℃／分で昇温することにより１〜９６時間、好ましくは８〜２４時間の範囲内で行なっても良い。この第３熱処理を行うことにより、バルク層１４に形成された酸素析出核１４ｂを酸素析出物１４ｃに成長させることができる。
（１−５）酸化膜１１ｂ，１１ｃ除去工程
最後の図１（ｅ）に示すように、第３熱処理したウェーハ１１表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをフッ酸等により除去する。これにより、ウェーハ表面から所定の深さの領域に形成された埋込み酸化層１２と、埋込み酸化層上のウェーハ表面に形成されたＳＯＩ層１３と、埋込み酸化層１２の直下に形成された欠陥集合層１４ａと、埋込み酸化層１２の下方のバルク層１４とを備え、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板が得られる。
最後の図１（ｅ）に示すように、第３熱処理したウェーハ１１表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをフッ酸等により除去する。これにより、ウェーハ表面から所定の深さの領域に形成された埋込み酸化層１２と、埋込み酸化層上のウェーハ表面に形成されたＳＯＩ層１３と、埋込み酸化層１２の直下に形成された欠陥集合層１４ａと、埋込み酸化層１２の下方のバルク層１４とを備え、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板が得られる。
このＳＩＭＯＸ基板では、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3、サイズが５０ｎｍ以上の酸素析出物１４ｃを有しているため、デバイスプロセス中での突発的な重金属汚染をこの酸化析出物１４ｃにより効率良く捕獲できる。また、この酸化析出物１４ｃは欠陥集合層１４ａよりも強いゲッタリング源となるため、従来欠陥集合層１４ａに捕獲されていた重金属汚染物をバルク層１４の酸素析出物１４ｃにゲッタリングすることができる。この結果、例えば、重金属濃度が１×１０11〜１×１０12個／ｃｍ2で基板になるように重金属で強制汚染したとき、欠陥集合層１４ａの捕獲される重金属濃度を５×１０9個／ｃｍ2以下の水準にまで低減することができる。言うまでもないが、埋込み酸化層が部分的に形成されたＳＩＭＯＸ基板においても適用できる。
次に本発明を実施するための第２の最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明はシリコンウェーハ内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層が形成され、そのウェーハ表面にＳＯＩ層が形成されたＳＩＭＯＸ基板に関するものである。そして、図２に示すように、本発明におけるＳＩＭＯＸ基板の製造方法は、酸素イオンを注入した後のウェーハ１１を３段階若しくは４段階に熱処理し、その後ウェーハ１１表面に形成された酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去するものである。これらの各工程を以下に示す。
本発明はシリコンウェーハ内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層が形成され、そのウェーハ表面にＳＯＩ層が形成されたＳＩＭＯＸ基板に関するものである。そして、図２に示すように、本発明におけるＳＩＭＯＸ基板の製造方法は、酸素イオンを注入した後のウェーハ１１を３段階若しくは４段階に熱処理し、その後ウェーハ１１表面に形成された酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去するものである。これらの各工程を以下に示す。
（２−１）酸素イオン注入工程
先ず図２（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１１を準備してこのウェーハ１１に酸素イオンを注入する。準備した酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ１１は８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有するものが準備される。この準備するシリコンウェーハはエピタキシャルウェーハもしくはアニールウェーハでも良い。
先ず図２（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１１を準備してこのウェーハ１１に酸素イオンを注入する。準備した酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ１１は８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有するものが準備される。この準備するシリコンウェーハはエピタキシャルウェーハもしくはアニールウェーハでも良い。
そして準備されたこのようなシリコンウェーハ１１の内部に酸素イオンを注入する。この酸素イオンの注入は従来から行われている手段と同一の手段により行われる。そして、最終的に得られたＳＩＭＯＸ基板におけるＳＯＩ層１３の厚さが１０〜２００ｎｍ、好ましくは２０〜１００ｎｍになるように、ウェーハ１１表面から所定の深さの領域１１ａに酸素イオンが注入される。ＳＯＩ層１３の厚さが１０ｎｍ未満であるとＳＯＩ層１３の厚さを制御することが困難であり、ＳＯＩ層１３の厚さが２００ｎｍを越えると酸素イオン注入機の加速電圧上困難である。
なお、シリコンウェーハ１１表面の所望の位置に部分的にマスク等を形成してからシリコンウェーハ１１の内部に酸素イオンを注入することで、マスクを形成しない箇所の下方にはウェーハ内部に酸素イオンが注入され、マスクを形成した箇所の下方にはウェーハ内部に酸素イオンが注入されないので、後に続く第１熱処理を施すことにより、マスクを形成しない箇所の下方のみに埋込み酸化層１２が部分的に形成される。
（２−２）第１熱処理工程
次に図２（ｂ）に示すように、酸素イオンが注入されたウェーハ１１を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃の温度で第１熱処理する。不活性ガスとしてはアルゴンガスや窒素ガスが挙げられる。従って、この第１熱処理のガス雰囲気は、酸素とアルゴンの混合ガス、又は酸素と窒素の混合ガスであることが好ましい。そして、この第１熱処理の熱処理時間は１〜２０時間、好ましくは１０〜２０時間であることが好ましい。
この第１熱処理により、ウェーハ１１表面及び裏面には酸化膜１１ｂ，１１ｃが形成され、ウェーハ１１表面から所定の深さの領域１１ａには埋込み酸化層１２がウェーハ全面にわたって形成される。また、マスク等によりウェーハ１１表面から所定の深さの領域に酸素イオンを部分的に注入した場合、部分的に埋込み酸化層１２が形成される。更に、表側の酸化膜１１ｂと埋込み酸化層１２との間にはＳＯＩ層１３が形成される。また埋込み酸化層１２直下には欠陥集合層１４ａが必然的に形成される。
次に図２（ｂ）に示すように、酸素イオンが注入されたウェーハ１１を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃の温度で第１熱処理する。不活性ガスとしてはアルゴンガスや窒素ガスが挙げられる。従って、この第１熱処理のガス雰囲気は、酸素とアルゴンの混合ガス、又は酸素と窒素の混合ガスであることが好ましい。そして、この第１熱処理の熱処理時間は１〜２０時間、好ましくは１０〜２０時間であることが好ましい。
この第１熱処理により、ウェーハ１１表面及び裏面には酸化膜１１ｂ，１１ｃが形成され、ウェーハ１１表面から所定の深さの領域１１ａには埋込み酸化層１２がウェーハ全面にわたって形成される。また、マスク等によりウェーハ１１表面から所定の深さの領域に酸素イオンを部分的に注入した場合、部分的に埋込み酸化層１２が形成される。更に、表側の酸化膜１１ｂと埋込み酸化層１２との間にはＳＯＩ層１３が形成される。また埋込み酸化層１２直下には欠陥集合層１４ａが必然的に形成される。
（２−３）急速熱処理工程
次に図２（ｃ）に示すように、第１熱処理したウェーハを１０５０℃〜１３５０℃で１秒〜９００秒間保持させた後、その後降温速度１０℃／秒以上で降温する急速熱処理を施す。この急速熱処理のガス雰囲気はアルゴンガス又はアンモニア含有ガス雰囲気が好ましい。
次に図２（ｃ）に示すように、第１熱処理したウェーハを１０５０℃〜１３５０℃で１秒〜９００秒間保持させた後、その後降温速度１０℃／秒以上で降温する急速熱処理を施す。この急速熱処理のガス雰囲気はアルゴンガス又はアンモニア含有ガス雰囲気が好ましい。
また、急速熱処理条件は、１０５０℃〜１３５０℃で１秒〜９００秒間保持させる。急速熱処理温度を１０５０℃〜１３５０℃の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出核の形成を促進させるのに十分な空孔量をウェーハ内に注入することができず、上限値を越えると、熱処理時にウェーハにスリップ転位が発生し、デバイス作製時に支障をきたすことになり好ましくないためである。好ましい熱処理温度は１１００〜１３００℃である。また保持時間を１秒〜９００秒間としたのは、下限値未満ではウェーハの面内及び深さ方向において、所望とする熱処理到達温度までに要する時間が異なり、品質のバラツキを生み出す原因となることが懸念されるためである。また上限値を規定したのは、スリップ低減及び生産性を考慮したためである。好ましい保持時間は１０〜６０秒間である。上記急速熱処理温度で所定時間保持することにより、ウェーハ内部に空孔が注入されるが、注入された空孔をウェーハ内部に留めておくには、ウェーハを降温する際の冷却速度が重要な役割を果たすこととなる。注入された空孔はウェーハ表面に達すると消失し、最表面近くでは濃度が低下して、それによって生じる濃度差により内部から表面へ向けて空孔の外方拡散が起こると考えられる。このため、冷却速度が遅いと降温に滞在する時間が長くなり、その分、外方拡散が進行してしまい、いったん、高温のＲＴＡ熱処理によって注入された空孔が減少し、酸素析出核形成に十分なだけの量を確保することができなくなると考えられる。
そのため、所定の保持を行った後、降温速度１０℃／秒以上で降温する。降温速度を１０℃／秒以上に規定したのは、下限値未満であると空孔消失の抑制効果が得られないためである。上限値を設定しなかった理由は、１０℃／秒を越えれば、その効果はほとんど変わらないためである。しかし、降温速度を高く設定しすぎると冷却中にウェーハ面内温度均一性が悪くなりスリップが発生するため、降温速度は生産性を考慮して１０〜１００℃／秒に制御することが望ましい。より好ましい降温速度は１５〜５０℃／秒である。この急速熱処理を施すことにより、埋込み酸化層１２より下方のバルク層１４に空孔１５が注入される。この急速熱処理により、ウェーハ面内の酸素析出物密度分布の面内均一性が確保され、低酸素濃度のシリコンウェーハであっても酸素析出物成長の確実性が向上する。なお、この急速熱処理を施さない場合、後に続く工程を施したとしてもウェーハ面内の酸素析出物密度分布が均一にできないおそれがある。
（２−４）第２熱処理工程
次に、図２（ｄ）に示すように、急速熱処理したウェーハ１１を酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で又は酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した状態で酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中で第２熱処理する。酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で第２熱処理を行うと、特に非酸化性ガス雰囲気ではＳＯＩ層１３の厚さが減少したり、ばらつきを生じることがないため好ましい。この理由は、第１に酸化性ガス雰囲気中で第２熱処理を行うと、酸化膜１１ｂ，１１ｃが更に成長することにより、ウェーハ表面のシリコンが消費され、第２に水素やアルゴンガス雰囲気中で第２熱処理を行うと、ＳＯＩ層１３がエッチングされてしまうからである。一方、ＳＯＩ層１３の厚さが比較的厚い場合には、ＳＯＩ層１３の厚さが減少しても所定の厚さのＳＯＩ層１３が得られるので、酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した状態で第２熱処理を行っても良い。この第２熱処理のガス雰囲気は窒素ガス、アルゴンガスもしくは微量酸素を加えた窒素あるいはアルゴンガスが好ましい。
次に、図２（ｄ）に示すように、急速熱処理したウェーハ１１を酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で又は酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した状態で酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中で第２熱処理する。酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で第２熱処理を行うと、特に非酸化性ガス雰囲気ではＳＯＩ層１３の厚さが減少したり、ばらつきを生じることがないため好ましい。この理由は、第１に酸化性ガス雰囲気中で第２熱処理を行うと、酸化膜１１ｂ，１１ｃが更に成長することにより、ウェーハ表面のシリコンが消費され、第２に水素やアルゴンガス雰囲気中で第２熱処理を行うと、ＳＯＩ層１３がエッチングされてしまうからである。一方、ＳＯＩ層１３の厚さが比較的厚い場合には、ＳＯＩ層１３の厚さが減少しても所定の厚さのＳＯＩ層１３が得られるので、酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した状態で第２熱処理を行っても良い。この第２熱処理のガス雰囲気は窒素ガス、アルゴンガスもしくは微量酸素を加えた窒素あるいはアルゴンガスが好ましい。
また、第２熱処理条件は、５００〜１０００℃の温度で１〜９６時間行われる。第２熱処理温度を５００〜１０００℃の範囲内に規定したのは、下限値未満では核形成温度が低すぎで長時間の熱処理が必要となり、上限値を越えると酸素析出核形成が生じないためである。また第２熱処理時間を１〜９６時間の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出核を形成するのに時間が短すぎであり、上限値を越えると生産性の劣化の不具合を生じるためである。この第２熱処理は５００〜８００℃の温度で４〜３５時間行われることが更に好ましい。また第２熱処理は５００℃から１０００℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜５．０℃／分の速度、好ましくは０．１〜１．０℃／分で昇温することにより１〜９６時間、好ましくは４〜３５時間の範囲内で行なっても良い。この第２熱処理を行うことにより、埋込み酸化層１２の直下に形成される欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出核１４ｂが形成される。この第２熱処理まで終了したＳＩＭＯＸ基板は半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理すると、上記酸素析出核が酸素析出物に成長し、ウェーハ全面にわたってＩＧ効果を有するようになる。
（２−５）第３熱処理工程
次に図２（ｅ）に示すように、第２熱処理したウェーハ１１を第３熱処理する。この第３熱処理は、酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中で、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間行われる。この第３熱処理のガス雰囲気は窒素ガス、アルゴンガスもしくは微量酸素を加えた窒素あるいはアルゴンガスが好ましい。第３熱処理温度を９００〜１２５０℃の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出核の成長が十分に起こりにくく、上限値を越えると酸素析出物の溶解という不具合を生じるためである。また第３熱処理時間を１〜９６時間の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出物の成長が十分でなく、上限値を越えると生産性の劣化の不具合を生じるためである。また、第３熱処理は１０００〜１２００℃で８〜２４時間で行われることが好ましい。更に、第３熱処理は９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度、好ましくは１〜５℃／分で昇温することにより１〜９６時間、好ましくは８〜２４時間の範囲内で行なっても良い。この第３熱処理を行うことにより、バルク層１４に形成された酸素析出核１４ｂを酸素析出物１４ｃに成長させることができる。
次に図２（ｅ）に示すように、第２熱処理したウェーハ１１を第３熱処理する。この第３熱処理は、酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中で、第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間行われる。この第３熱処理のガス雰囲気は窒素ガス、アルゴンガスもしくは微量酸素を加えた窒素あるいはアルゴンガスが好ましい。第３熱処理温度を９００〜１２５０℃の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出核の成長が十分に起こりにくく、上限値を越えると酸素析出物の溶解という不具合を生じるためである。また第３熱処理時間を１〜９６時間の範囲内に規定したのは、下限値未満では酸素析出物の成長が十分でなく、上限値を越えると生産性の劣化の不具合を生じるためである。また、第３熱処理は１０００〜１２００℃で８〜２４時間で行われることが好ましい。更に、第３熱処理は９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度、好ましくは１〜５℃／分で昇温することにより１〜９６時間、好ましくは８〜２４時間の範囲内で行なっても良い。この第３熱処理を行うことにより、バルク層１４に形成された酸素析出核１４ｂを酸素析出物１４ｃに成長させることができる。
（２−６）酸化膜１１ｂ，１１ｃ除去工程
最後の図２（ｆ）に示すように、第３熱処理したウェーハ１１表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをフッ酸等により除去する。これにより、ウェーハ表面から所定の深さの領域に形成された埋込み酸化層１２と、埋込み酸化層上のウェーハ表面に形成されたＳＯＩ層１３と、埋込み酸化層１２の直下に形成された欠陥集合層１４ａと、埋込み酸化層１２の下方のバルク層１４とを備え、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板が得られる。
最後の図２（ｆ）に示すように、第３熱処理したウェーハ１１表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをフッ酸等により除去する。これにより、ウェーハ表面から所定の深さの領域に形成された埋込み酸化層１２と、埋込み酸化層上のウェーハ表面に形成されたＳＯＩ層１３と、埋込み酸化層１２の直下に形成された欠陥集合層１４ａと、埋込み酸化層１２の下方のバルク層１４とを備え、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に酸素析出物１４ｃからなるゲッタリング源を有し、酸素析出物１４ｃの密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、酸素析出物１４ｃのサイズが５０ｎｍ以上であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板が得られる。
このＳＩＭＯＸ基板では、欠陥集合層１４ａより下方のバルク層１４に密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3、サイズが５０ｎｍ以上の酸素析出物１４ｃを有しているため、デバイスプロセス中での突発的な重金属汚染をこの酸化析出物１４ｃにより効率良く捕獲できる。また、この酸化析出物１４ｃは欠陥集合層１４ａよりも強いゲッタリング源となるため、従来欠陥集合層１４ａに捕獲されていた重金属汚染物をバルク層１４の酸素析出物１４ｃにゲッタリングすることができる。この結果、例えば、重金属濃度が１×１０11〜１×１０12個／ｃｍ2で基板になるように重金属で強制汚染したとき、欠陥集合層１４ａの捕獲される重金属濃度を５×１０9個／ｃｍ2以下の水準にまで低減することができる。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法により育成した酸素濃度１．３×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）及び比抵抗２０Ω・ｃｍのシリコンインゴットから所定の厚さに切り出したＣＺシリコンウェーハを用意した。次いで、このウェーハを５５０℃の温度に加熱し、この状態でシリコンウェーハの所定の領域（例えば、基板表面から約０．４μｍの領域）に次の条件で酸素イオンを注入した。
＜実施例１＞
先ず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法により育成した酸素濃度１．３×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）及び比抵抗２０Ω・ｃｍのシリコンインゴットから所定の厚さに切り出したＣＺシリコンウェーハを用意した。次いで、このウェーハを５５０℃の温度に加熱し、この状態でシリコンウェーハの所定の領域（例えば、基板表面から約０．４μｍの領域）に次の条件で酸素イオンを注入した。
加速電圧： １８０ｋｅＶ
ビーム電流： ５０ｍＡ
ドーズ量： ４×１０17個／ｃｍ2
イオン注入後に、ウェーハ表面にＳＣ−１及びＳＣ−２洗浄を行った。続いて図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１を熱処理炉内に入れて酸素分圧０．５％のＡｒガス雰囲気中、１３５０℃の一定温度で４時間保持した後、引続き炉内雰囲気の酸素分圧を７０％まで増加させ更に４時間保持する第１熱処理を行った。この第１熱処理したウェーハを図１（ｃ）に示すように、表面の酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で１％酸素雰囲気中、５００℃から８５０℃まで１．０℃／分で連続昇温した後に、８５０℃で１時間保持する第２熱処理を行った。この第２熱処理したウェーハ１１を、図１（ｄ）に示すように、１％酸素雰囲気中、８５０℃から５．０℃／分の昇温速度で１１００℃まで昇温した後に、１１００℃で８時間保持する第３熱処理を行った。その後この第３熱処理したウェーハを、３．０℃／分の降温速度で７００℃まで降温させた。熱処理を終えたウェーハ表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをＨＦ溶液で除去してＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例１とした。
ビーム電流： ５０ｍＡ
ドーズ量： ４×１０17個／ｃｍ2
イオン注入後に、ウェーハ表面にＳＣ−１及びＳＣ−２洗浄を行った。続いて図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１を熱処理炉内に入れて酸素分圧０．５％のＡｒガス雰囲気中、１３５０℃の一定温度で４時間保持した後、引続き炉内雰囲気の酸素分圧を７０％まで増加させ更に４時間保持する第１熱処理を行った。この第１熱処理したウェーハを図１（ｃ）に示すように、表面の酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で１％酸素雰囲気中、５００℃から８５０℃まで１．０℃／分で連続昇温した後に、８５０℃で１時間保持する第２熱処理を行った。この第２熱処理したウェーハ１１を、図１（ｄ）に示すように、１％酸素雰囲気中、８５０℃から５．０℃／分の昇温速度で１１００℃まで昇温した後に、１１００℃で８時間保持する第３熱処理を行った。その後この第３熱処理したウェーハを、３．０℃／分の降温速度で７００℃まで降温させた。熱処理を終えたウェーハ表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをＨＦ溶液で除去してＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例１とした。
＜実施例２＞
先ず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法により育成した酸素濃度１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）、窒素濃度４．０×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）及び比抵抗１０Ω・ｃｍのシリコンインゴットから所定の厚さに切り出したＣＺシリコンウェーハを用意した。次いで、このウェーハを５５０℃の温度に加熱し、この状態でシリコンウェーハの所定の領域（例えば、基板表面から約０．４μｍの領域）に次の条件で酸素イオンを注入した。
先ず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法により育成した酸素濃度１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）、窒素濃度４．０×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）及び比抵抗１０Ω・ｃｍのシリコンインゴットから所定の厚さに切り出したＣＺシリコンウェーハを用意した。次いで、このウェーハを５５０℃の温度に加熱し、この状態でシリコンウェーハの所定の領域（例えば、基板表面から約０．４μｍの領域）に次の条件で酸素イオンを注入した。
加速電圧： １８０ｋｅＶ
ビーム電流： ５０ｍＡ
ドーズ量： ４×１０17個／ｃｍ2
イオン注入後に、ウェーハ表面にＳＣ−１及びＳＣ−２洗浄を行った。続いて図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１を熱処理炉内に入れて酸素分圧０．５％のＡｒガス雰囲気中、１３５０℃の一定温度で４時間保持した後、引続き炉内雰囲気の酸素分圧を７０％まで増加させ更に４時間保持する第１熱処理を行った。この第１熱処理したウェーハを図１（ｃ）に示すように、表面の酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で１％酸素（アルゴンベース）雰囲気中、６００℃から７００℃まで０．５℃／分で連続昇温した後に、７００℃で１時間保持する第２熱処理を行った。この第２熱処理したウェーハ１１を、図１（ｄ）に示すように、１％酸素雰囲気中、７００℃から５．０℃／分の昇温速度で１０００℃まで昇温した後に、１０００℃で１６時間保持する第３熱処理を行った。その後この第３熱処理したウェーハを、３．０℃／分の降温速度で７００℃まで降温させた。熱処理を終えたウェーハ表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをＨＦ溶液で除去してＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例２とした。
ビーム電流： ５０ｍＡ
ドーズ量： ４×１０17個／ｃｍ2
イオン注入後に、ウェーハ表面にＳＣ−１及びＳＣ−２洗浄を行った。続いて図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１を熱処理炉内に入れて酸素分圧０．５％のＡｒガス雰囲気中、１３５０℃の一定温度で４時間保持した後、引続き炉内雰囲気の酸素分圧を７０％まで増加させ更に４時間保持する第１熱処理を行った。この第１熱処理したウェーハを図１（ｃ）に示すように、表面の酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で１％酸素（アルゴンベース）雰囲気中、６００℃から７００℃まで０．５℃／分で連続昇温した後に、７００℃で１時間保持する第２熱処理を行った。この第２熱処理したウェーハ１１を、図１（ｄ）に示すように、１％酸素雰囲気中、７００℃から５．０℃／分の昇温速度で１０００℃まで昇温した後に、１０００℃で１６時間保持する第３熱処理を行った。その後この第３熱処理したウェーハを、３．０℃／分の降温速度で７００℃まで降温させた。熱処理を終えたウェーハ表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをＨＦ溶液で除去してＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例２とした。
＜実施例３＞
第２熱処理として７００℃で４時間保持した以外は実施例２と同様にしてＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例３とした。
＜実施例４＞
第２熱処理として７００℃で８時間保持した以外は実施例２と同様にしてＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例４とした。
第２熱処理として７００℃で４時間保持した以外は実施例２と同様にしてＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例３とした。
＜実施例４＞
第２熱処理として７００℃で８時間保持した以外は実施例２と同様にしてＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例４とした。
＜実施例５＞
先ず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法により育成した酸素濃度１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）、炭素濃度２．０２×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）及び比抵抗１０Ω・ｃｍのシリコンインゴットから所定の厚さに切り出したＣＺシリコンウェーハを用意した。このＣＺシリコンウェーハ表面にシリコンエピタキシャル膜を３μｍ堆積させた。次いで、このウェーハを５５０℃の温度に加熱し、この状態でシリコンウェーハの所定の領域（例えば、基板表面から約０．４μｍの領域）に次の条件で酸素イオンを注入した。
先ず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法により育成した酸素濃度１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）、炭素濃度２．０２×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）及び比抵抗１０Ω・ｃｍのシリコンインゴットから所定の厚さに切り出したＣＺシリコンウェーハを用意した。このＣＺシリコンウェーハ表面にシリコンエピタキシャル膜を３μｍ堆積させた。次いで、このウェーハを５５０℃の温度に加熱し、この状態でシリコンウェーハの所定の領域（例えば、基板表面から約０．４μｍの領域）に次の条件で酸素イオンを注入した。
加速電圧： １８０ｋｅＶ
ビーム電流： ５０ｍＡ
ドーズ量： ４×１０17個／ｃｍ2
イオン注入後に、ウェーハ表面にＳＣ−１及びＳＣ−２洗浄を行った。続いて図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１を熱処理炉内に入れて酸素分圧０．５％のＡｒガス雰囲気中、１３５０℃の一定温度で４時間保持した後、引続き炉内雰囲気の酸素分圧を７０％まで増加させ更に４時間保持する第１熱処理を行った。この第１熱処理したウェーハを図１（ｃ）に示すように、表面の酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で窒素雰囲気中、７００℃で８時間保持する第２熱処理を行った。この第２熱処理したウェーハ１１を、図１（ｄ）に示すように、窒素雰囲気中、７００℃から５．０℃／分の昇温速度で１０００℃まで昇温した後に、１０００℃で１６時間保持する第３熱処理を行った。その後この第３熱処理したウェーハを、３．０℃／分の降温速度で７００℃まで降温させた。熱処理を終えたウェーハ表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをＨＦ溶液で除去してＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例５とした。
ビーム電流： ５０ｍＡ
ドーズ量： ４×１０17個／ｃｍ2
イオン注入後に、ウェーハ表面にＳＣ−１及びＳＣ−２洗浄を行った。続いて図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１１を熱処理炉内に入れて酸素分圧０．５％のＡｒガス雰囲気中、１３５０℃の一定温度で４時間保持した後、引続き炉内雰囲気の酸素分圧を７０％まで増加させ更に４時間保持する第１熱処理を行った。この第１熱処理したウェーハを図１（ｃ）に示すように、表面の酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で窒素雰囲気中、７００℃で８時間保持する第２熱処理を行った。この第２熱処理したウェーハ１１を、図１（ｄ）に示すように、窒素雰囲気中、７００℃から５．０℃／分の昇温速度で１０００℃まで昇温した後に、１０００℃で１６時間保持する第３熱処理を行った。その後この第３熱処理したウェーハを、３．０℃／分の降温速度で７００℃まで降温させた。熱処理を終えたウェーハ表面及び裏面の酸化膜１１ｂ，１１ｃをＨＦ溶液で除去してＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例５とした。
＜比較例１＞
第２熱処理及び第３熱処理を施さない以外は実施例１と同様にしてＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を比較例１とした。
＜比較例２＞
第２熱処理及び第３熱処理の代わりに５００℃から出発し、最終到達温度が８５０℃になるまで１．０℃／分で連続昇温する熱処理を施した以外は実施例１と同様にしてＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を比較例２とした。
第２熱処理及び第３熱処理を施さない以外は実施例１と同様にしてＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を比較例１とした。
＜比較例２＞
第２熱処理及び第３熱処理の代わりに５００℃から出発し、最終到達温度が８５０℃になるまで１．０℃／分で連続昇温する熱処理を施した以外は実施例１と同様にしてＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を比較例２とした。
＜比較試験１＞
実施例１〜５及び比較例１，２の各ＳＩＭＯＸ基板１０の表面酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した後、各ＳＩＭＯＸ基板のＳＯＩ層１３、埋込み酸化層１２及び埋込み酸化層直下の欠陥集合層１４ａをフッ酸硝酸水溶液でそれぞれ溶解回収し、これら回収した溶解液にＩＣＰ−ＭＳ測定（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry；誘導結合プラズマ質量分析）を行い、溶解液中に含まれる鉄、ニッケル、亜鉛及び銅についての重金属濃度を測定した。また、実施例１〜５及び比較例１，２のバルク層１４をそれぞれ全溶解し、全溶解した溶解液中の重金属濃度を測定した。
実施例１〜５及び比較例１，２の各ＳＩＭＯＸ基板１０の表面酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した後、各ＳＩＭＯＸ基板のＳＯＩ層１３、埋込み酸化層１２及び埋込み酸化層直下の欠陥集合層１４ａをフッ酸硝酸水溶液でそれぞれ溶解回収し、これら回収した溶解液にＩＣＰ−ＭＳ測定（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry；誘導結合プラズマ質量分析）を行い、溶解液中に含まれる鉄、ニッケル、亜鉛及び銅についての重金属濃度を測定した。また、実施例１〜５及び比較例１，２のバルク層１４をそれぞれ全溶解し、全溶解した溶解液中の重金属濃度を測定した。
ニッケル以外の重金属即ち、鉄、亜鉛及び銅については実施例１〜５及び比較例１，２のＳＩＭＯＸ基板ともにＳＯＩ層、埋込み酸化層、欠陥集合層及びバルク層には観察されなかった。実施例１〜５及び比較例１，２のＳＩＭＯＸ基板の各層にそれぞれ含まれるニッケル濃度結果を表１にそれぞれ示す。
表１より明らかなように、比較例１，２のＳＩＭＯＸ基板では、ＳＯＩ層、埋込み酸化層及び欠陥集合層にそれぞれ表面濃度換算で５．０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2程度のニッケルが観察された。一方、バルク層中のニッケル濃度は、検出限界値以下であった。これに対して実施例１〜５のＳＩＭＯＸ基板では、ＳＯＩ層、埋込み酸化層及び欠陥集合層ではニッケル濃度は検出限界値以下であった。またバルク層中のニッケル濃度は２．６×１０11〜４．８×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を示し、バルク層に形成された酸素析出物によって確実に重金属不純物がゲッタリングされていることが判った。
＜比較試験２＞
実施例１〜５及び比較例１，２におけるＳＩＭＯＸ基板をそれぞれ２分割に劈開した。この劈開した双方の基板をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行った。先ず、一方の基板を光学顕微鏡による観察により、基板劈開面表面から深さ２μｍにおける酸素析出物を測定しその密度を求めた。比較例１，２のＳＩＭＯＸ基板における酸素析出物密度は、５×１０7個／ｃｍ2以下であった。一方、実施例１〜５のＳＩＭＯＸ基板における酸素析出物密度は、１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3の範囲内であった。また埋込み酸化層直下から１０μｍまでの領域には、酸素析出物が存在しないＤＺ層（Denuded Zone）が存在していた。
次に、他方の基板を電子顕微鏡により観察して、酸素析出物のサイズを求めた。比較例１，２のＳＩＭＯＸ基板は、酸素析出物のサイズは５０ｎｍ以下であったが、実施例１〜５のＳＩＭＯＸ基板は、酸素析出物のサイズのほとんどが５０ｎｍ以上であることが判った。
実施例１〜５及び比較例１，２におけるＳＩＭＯＸ基板をそれぞれ２分割に劈開した。この劈開した双方の基板をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行った。先ず、一方の基板を光学顕微鏡による観察により、基板劈開面表面から深さ２μｍにおける酸素析出物を測定しその密度を求めた。比較例１，２のＳＩＭＯＸ基板における酸素析出物密度は、５×１０7個／ｃｍ2以下であった。一方、実施例１〜５のＳＩＭＯＸ基板における酸素析出物密度は、１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3の範囲内であった。また埋込み酸化層直下から１０μｍまでの領域には、酸素析出物が存在しないＤＺ層（Denuded Zone）が存在していた。
次に、他方の基板を電子顕微鏡により観察して、酸素析出物のサイズを求めた。比較例１，２のＳＩＭＯＸ基板は、酸素析出物のサイズは５０ｎｍ以下であったが、実施例１〜５のＳＩＭＯＸ基板は、酸素析出物のサイズのほとんどが５０ｎｍ以上であることが判った。
＜比較試験３＞
実施例５で得られたサンプルの一部をＦＴ−ＩＲ（Fourier transform infrared absorption spectroscopy）装置により測定して熱処理後の残存酸素濃度を測定した結果、残存酸素濃度は５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であったが、酸素析出物成長熱処理前後での反り量の変化はなかった。
実施例５で得られたサンプルの一部をＦＴ−ＩＲ（Fourier transform infrared absorption spectroscopy）装置により測定して熱処理後の残存酸素濃度を測定した結果、残存酸素濃度は５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であったが、酸素析出物成長熱処理前後での反り量の変化はなかった。
＜実施例６＞
先ず、図２（ａ）に示すように、ＣＺ法により育成した酸素濃度１．０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）及び比抵抗２０Ω・ｃｍのシリコンインゴットから所定の厚さに切り出したＣＺシリコンウェーハを用意した。次いで、このウェーハを５５０℃の温度に加熱し、この状態でシリコンウェーハの所定の領域に（例えば、基板表面から約０．４μｍの領域）に次の条件で酸素イオンを注入した。
先ず、図２（ａ）に示すように、ＣＺ法により育成した酸素濃度１．０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）及び比抵抗２０Ω・ｃｍのシリコンインゴットから所定の厚さに切り出したＣＺシリコンウェーハを用意した。次いで、このウェーハを５５０℃の温度に加熱し、この状態でシリコンウェーハの所定の領域に（例えば、基板表面から約０．４μｍの領域）に次の条件で酸素イオンを注入した。
加速電圧： １８０ｋｅＶ
ビーム電流： ５０ｍＡ
ドーズ量： ４×１０17個／ｃｍ2
イオン注入後に、ウェーハ表面にＳＣ−１及びＳＣ−２洗浄を行った。続いて図２（ｂ）に示すように、ウェーハ１１を縦型熱処理炉内に入れて酸素分圧０．５％のＡｒガス雰囲気中、１３５０℃の一定温度で４時間保持した後、引続き炉内雰囲気の酸素分圧を７０％まで増加させ更に４時間保持する第１熱処理を行った。この第１熱処理したウェーハを図２（ｃ）に示すように、アンモニア含有ガス雰囲気下にて昇温速度５０℃／秒で１１５０℃まで昇温した後、１２０秒間保持させ、その後降温速度５０℃／秒で４００℃まで降温させる急速熱処理を行った。この急速熱処理したウェーハ１１を、図２（ｄ）に示すように、表面の酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で横型バッチ式炉内に入れてアルゴン雰囲気中、８００℃の一定温度で４８時間保持する第２熱処理を行った。熱処理を終えたウェーハ表面及び裏面の酸化膜をＨＦ溶液で除去してＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例６とした。
ビーム電流： ５０ｍＡ
ドーズ量： ４×１０17個／ｃｍ2
イオン注入後に、ウェーハ表面にＳＣ−１及びＳＣ−２洗浄を行った。続いて図２（ｂ）に示すように、ウェーハ１１を縦型熱処理炉内に入れて酸素分圧０．５％のＡｒガス雰囲気中、１３５０℃の一定温度で４時間保持した後、引続き炉内雰囲気の酸素分圧を７０％まで増加させ更に４時間保持する第１熱処理を行った。この第１熱処理したウェーハを図２（ｃ）に示すように、アンモニア含有ガス雰囲気下にて昇温速度５０℃／秒で１１５０℃まで昇温した後、１２０秒間保持させ、その後降温速度５０℃／秒で４００℃まで降温させる急速熱処理を行った。この急速熱処理したウェーハ１１を、図２（ｄ）に示すように、表面の酸化膜１１ｂ，１１ｃを残した状態で横型バッチ式炉内に入れてアルゴン雰囲気中、８００℃の一定温度で４８時間保持する第２熱処理を行った。熱処理を終えたウェーハ表面及び裏面の酸化膜をＨＦ溶液で除去してＳＩＭＯＸ基板を得た。このＳＩＭＯＸ基板を実施例６とした。
＜比較試験４＞
実施例１及び６におけるＳＩＭＯＸ基板を２分割に劈開した。この劈開した基板をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行った。基板を光学顕微鏡による観察により、基板劈開面表面から深さ３μｍにおける酸素析出物を測定しその密度を求めた。実施例１のＳＩＭＯＸ基板における酸素析出物密度は、１×１０4個／ｃｍ2以下であった。一方、実施例６のＳＩＭＯＸ基板における酸素析出物密度は、８×１０4個／ｃｍ3の範囲内であった。
＜比較試験５＞
実施例６及び比較例１の各ＳＩＭＯＸ基板１０の表面酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した後、各ＳＩＭＯＸ基板のＳＯＩ層１３、埋込み酸化層１２及び埋込み酸化層直下の欠陥集合層１４ａをフッ酸硝酸水溶液でそれぞれ溶解回収し、これら回収した溶解液にＩＣＰ−ＭＳ測定を行い、溶解液中に含まれるニッケル濃度を測定した。また、実施例６及び比較例１のバルク層１４を、裏面から１μｍを除くバルク層と裏面から１μｍの領域とにそれぞれ分別して全溶解し、全溶解した各溶解液中のニッケル濃度を測定した。
実施例６のＳＩＭＯＸ基板には、裏面から１μｍを除くバルク領域にはニッケルが検出されたが、その他の領域にはニッケルは検出されなかった。一方、比較例１のＳＩＭＯＸ基板では埋込み酸化層直下の欠陥集合層１４ａにニッケルが検出された。
実施例１及び６におけるＳＩＭＯＸ基板を２分割に劈開した。この劈開した基板をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行った。基板を光学顕微鏡による観察により、基板劈開面表面から深さ３μｍにおける酸素析出物を測定しその密度を求めた。実施例１のＳＩＭＯＸ基板における酸素析出物密度は、１×１０4個／ｃｍ2以下であった。一方、実施例６のＳＩＭＯＸ基板における酸素析出物密度は、８×１０4個／ｃｍ3の範囲内であった。
＜比較試験５＞
実施例６及び比較例１の各ＳＩＭＯＸ基板１０の表面酸化膜１１ｂ，１１ｃを除去した後、各ＳＩＭＯＸ基板のＳＯＩ層１３、埋込み酸化層１２及び埋込み酸化層直下の欠陥集合層１４ａをフッ酸硝酸水溶液でそれぞれ溶解回収し、これら回収した溶解液にＩＣＰ−ＭＳ測定を行い、溶解液中に含まれるニッケル濃度を測定した。また、実施例６及び比較例１のバルク層１４を、裏面から１μｍを除くバルク層と裏面から１μｍの領域とにそれぞれ分別して全溶解し、全溶解した各溶解液中のニッケル濃度を測定した。
実施例６のＳＩＭＯＸ基板には、裏面から１μｍを除くバルク領域にはニッケルが検出されたが、その他の領域にはニッケルは検出されなかった。一方、比較例１のＳＩＭＯＸ基板では埋込み酸化層直下の欠陥集合層１４ａにニッケルが検出された。
１０ ＳＩＭＯＸ基板
１１ シリコンウェーハ
１２ 埋込み酸化層
１３ ＳＯＩ層
１４ バルク層
１４ａ 欠陥集合層
１４ｂ 酸素析出核
１４ｃ 酸素析出物
１５ 空孔
１１ シリコンウェーハ
１２ 埋込み酸化層
１３ ＳＯＩ層
１４ バルク層
１４ａ 欠陥集合層
１４ｂ 酸素析出核
１４ｃ 酸素析出物
１５ 空孔
Claims (7)
- シリコンウェーハ(11)の内部に酸素イオンを注入する工程と、
前記ウェーハ(11)を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃で第１熱処理することにより、前記ウェーハ(11)表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層(12)を形成するとともに前記埋込み酸化層(12)上のウェーハ表面にＳＯＩ層(13)を形成する工程と
を含むＳＩＭＯＸ基板の製造方法において、
前記酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ(11)が８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有し、前記埋込み酸化層(12)がウェーハ全面にわたって形成され、
前記第１熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、４００〜９００℃で１〜９６時間第２熱処理することにより、前記埋込み酸化層(12)の直下に形成される欠陥集合層(14a)より下方のバルク層(14)に酸素析出核(14b)を形成する工程と、
前記第２熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、前記第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間第３熱処理することにより、前記バルク層(14)に形成された酸素析出核(14b)を酸素析出物(14c)に成長させる工程と
を含むことを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法。 - 第２熱処理が４００℃から９００℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜５．０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われ、第３熱処理が９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われる請求項１記載の製造方法。
- シリコンウェーハ(11)の内部に酸素イオンを注入する工程と、
前記ウェーハ(11)を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、１３００〜１３９０℃で第１熱処理することにより、前記ウェーハ(11)表面から所定の深さの領域に埋込み酸化層(12)を形成するとともに前記埋込み酸化層(12)上のウェーハ表面にＳＯＩ層(13)を形成する工程と
を含むＳＩＭＯＸ基板の製造方法において、
前記酸素イオン注入する前のシリコンウェーハ(11)が８×１０17〜１．８×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ）の酸素濃度を有し、前記埋込み酸化層(12)がウェーハ全面にわたって又は部分的に形成され、
前記第１熱処理したウェーハを１０５０〜１３５０℃で１〜９００秒間保持させた後、その後降温速度１０℃／秒以上で降温する急速熱処理を施すことにより、前記埋込み酸化層(12)より下方のバルク層(14)に空孔を注入する工程と、
前記急速熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、５００〜１０００℃で１〜９６時間第２熱処理することにより、前記埋込み酸化層(12)の直下に形成される欠陥集合層(14a)より下方のバルク層(14)に酸素析出核(14b)を形成する工程と
を含むことを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法。 - 第２熱処理したウェーハを酸素、窒素、アルゴン、水素或いはこれらの混合ガス雰囲気中、前記第２熱処理温度より高い９００〜１２５０℃で１〜９６時間第３熱処理することにより、バルク層(14)に形成された酸素析出核(14b)を酸素析出物(14c)に成長させる工程を更に含む請求項３記載の製造方法。
- 第２熱処理が５００℃から１０００℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜５．０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われる請求項３記載の製造方法。
- 第３熱処理が９００℃から１２５０℃の一部範囲又は全ての範囲において０．１〜２０℃／分の速度で昇温することにより１〜９６時間の範囲内で行われる請求項４記載の製造方法。
- 請求項１ないし６いずれか１項に記載の方法から製造されたＳＩＭＯＸ基板であって、ウェーハ表面から所定の深さの領域に形成された埋込み酸化層(12)と、前記埋込み酸化層上のウェーハ表面に形成されたＳＯＩ層(13)と、前記埋込み酸化層(12)の直下に形成された欠陥集合層(14a)と、前記埋込み酸化層(12)の下方のバルク層(14)とを備え、
前記欠陥集合層(14a)より下方の前記バルク層(14)に酸素析出物(14c)からなるゲッタリング源を有し、前記酸素析出物(14c)の密度が１×１０8〜１×１０12個／ｃｍ3であり、前記酸素析出物(14c)のサイズが５０ｎｍ以上であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板。
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