JP2010118382A

JP2010118382A - Method of reducing crystal defect of simox wafer

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Publication number: JP2010118382A
Application number: JP2008288612A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Kasamatsu; 隆亮笠松
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce crystal defects in a silicon layer under a BOX layer of an SIMOX (separation by implanted oxygen) wafer. <P>SOLUTION: A method of reducing crystal defect of simox wafer includes: a first step of implanting ions from a surface of a wafer into a silicon layer 13 of a range of set depth from the BOX layer 12; and a second step of heating the wafer obtained in the first step to restore the crystallinity of a portion where the ions are implanted. In this case, the first step includes a plurality of times of implantation of the ions with different implantation energy. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ＳＩＭＯＸ（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩＭｐｌａｎｔｅｄＯＸｙｇｅｎ）ウェーハの結晶欠陥の低減方法に係り、特に、ＳＩＭＯＸウェーハの埋め込み酸化膜下のシリコン層に存在する結晶欠陥を改善する技術に関する。 The present invention relates to a method for reducing crystal defects in a SIMOX (Separation by IM planted Oxygen) wafer, and more particularly to a technique for improving crystal defects existing in a silicon layer under a buried oxide film of a SIMOX wafer.

従来、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造方法の一つとして、シリコンウェーハの少なくとも一方の表面から酸素イオンを注入し、引き続き高温熱処理を行うことにより、注入された酸素イオンから埋め込み酸化膜（以下、ＢＯＸ（ＢｕｒｉｅｄＯｘｉｄｅ）層という。）を形成するＳＩＭＯＸ法が知られている。このようにして製造されたＳＩＭＯＸウェーハは、通常、表面の酸化膜が除去された状態でデバイスメーカに出荷され、ＳＯＩ層とその下のＢＯＸ層がデバイス製造のプロセスにおいて活用されている。 Conventionally, as one method for manufacturing an SOI (Silicon On Insulator) wafer, oxygen ions are implanted from at least one surface of a silicon wafer and subsequently subjected to a high-temperature heat treatment, whereby a buried oxide film (hereinafter referred to as an oxide film) is implanted. , A BOX (Buried Oxide) layer) is known. The SIMOX wafer manufactured in this manner is usually shipped to a device manufacturer with the surface oxide film removed, and the SOI layer and the BOX layer below the SOI layer are utilized in the device manufacturing process.

ところで、近年、ＳＩＭＯＸウェーハの製造工程の高温熱処理プロセスにおいて、ウェーハ内の酸素析出物が消滅する際に多数の結晶欠陥、つまり空孔型の積層欠陥（ＳＦ：ＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ）がＢＯＸ層下のシリコン層（シリコン基板）の所定の深さ領域に残留することが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。 By the way, in recent years, in the high-temperature heat treatment process of the manufacturing process of a SIMOX wafer, when oxygen precipitates in the wafer disappear, many crystal defects, that is, vacancy-type stacking faults (SF: Stacking Fault) are generated under the BOX layer. It has been reported that it remains in a predetermined depth region of the layer (silicon substrate) (see, for example, Non-Patent Document 1).

これに対し、従来、シリコン層は、デバイス製造のプロセスにおいて殆ど活用されることがなかったため、このようなシリコン層に残留する結晶欠陥について特に対策が講じられることはなかった。 On the other hand, conventionally, since the silicon layer has hardly been utilized in the device manufacturing process, no particular countermeasure has been taken against such crystal defects remaining in the silicon layer.

Ｊ．Ｊａｂｌｏｎｓｋｉ、他２名，「ＧＥＴＴＥＲＩＮＧＬＡＹＥＲＦＯＲＭＡＴＩＯＮＩＮＬＯＷ−ＤＯＳＥＳＩＭＯＸＷＡＦＥＲＳ」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ１９９５ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳＯＩＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９５年１０月，第３４−３５頁J. et al. Jablonski and two others, “GETTERING LAYER FORMATION IN LOW-DOSE SIMOX WAFERS”, Proceedings 1995 IEEE International SOI Conference, October 1995, pp. 34-35

しかしながら、上述したシリコン層に残留する結晶欠陥は、デバイスの微細化に伴い、無視できない問題となってきている。その第１の理由としては、デバイスの製造プロセスにおいて、ウェーハの活用領域がそれまでのＳＯＩ層とＢＯＸ層に限らず、シリコン層にまで広がってきていることが挙げられる。これは、例えばＢＯＸ層の層厚の極薄化に伴って見られる傾向である。 However, the above-described crystal defects remaining in the silicon layer have become a problem that cannot be ignored with the miniaturization of devices. The first reason is that in the device manufacturing process, the wafer application area is not limited to the conventional SOI layer and BOX layer, but extends to the silicon layer. This tends to be seen with, for example, an extremely thin BOX layer.

また、第２の理由としては、デバイスの微細化が進み、その設計基準の寸法が例えば４５ｎｍ以降になってくると、デバイスの製造プロセスの高温熱処理時において、ウェーハ全体の温度を制御して拡散距離を短くするため、熱処理時間の短いレーザスパイクアニール（以下、ＬＳＡという。）等の極短時間（数ｓｅｃ）の熱処理が導入されるようになってきたことが挙げられる。 Also, as a second reason, when the miniaturization of the device progresses and the design standard dimension becomes 45 nm or more, for example, the temperature of the entire wafer is controlled and diffused during the high temperature heat treatment in the device manufacturing process. In order to shorten the distance, it can be mentioned that an extremely short time (several seconds) heat treatment such as laser spike annealing (hereinafter referred to as LSA) having a short heat treatment time has been introduced.

このＬＳＡにより熱処理が施されたウェーハは、ウェーハ表面にレーザ光が照射されて熱が与えられ、急速に昇降温がなされるため、ウェーハの厚さ方向の温度差に伴って熱応力が生じ、結晶欠陥、特にスリップ転位が生じ易くなる。ここで、ＳＯＩウェーハのシリコン層に結晶欠陥が多く残存していると、その後のＬＳＡの熱処理時においてシリコン層にスリップ転位が多く発生し、結果として内部歪によるウェーハの反り変形が生じるおそれがある。このようなウェーハの反り変形は、デバイスプロセスに悪影響を与え、歩留まりを低下させる要因となる。 The wafer that has been heat-treated by this LSA is irradiated with laser light on the wafer surface and given heat, and the temperature is rapidly raised and lowered, so that a thermal stress is generated with a temperature difference in the thickness direction of the wafer, Crystal defects, particularly slip dislocations, are likely to occur. Here, if many crystal defects remain in the silicon layer of the SOI wafer, a lot of slip dislocations occur in the silicon layer during the subsequent heat treatment of the LSA, and as a result, warpage deformation of the wafer due to internal strain may occur. . Such warp deformation of the wafer adversely affects the device process and causes a decrease in yield.

これに対し、本発明者らは、特願２００８−２２９５８４（以下、先願という。）において、ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層下のシリコン層に存在する結晶欠陥を低減するため、ウェーハの表面からＢＯＸ層下のシリコン層にイオンを注入する工程と、この工程で得られたウェーハを加熱してイオンが注入された部位の結晶性を回復させる工程とを含むＳＩＭＯＸウェーハの結晶欠陥の低減方法について提案している。 On the other hand, in the Japanese Patent Application No. 2008-229854 (hereinafter referred to as the prior application), the present inventors reduced the BOX layer from the surface of the wafer in order to reduce crystal defects existing in the silicon layer under the BOX layer of the SOI wafer. Proposed a method for reducing crystal defects in a SIMOX wafer, including a step of implanting ions into the underlying silicon layer and a step of heating the wafer obtained in this step to recover the crystallinity of the site where the ions were implanted. ing.

上記の先願は、シリコン層に注入したイオンを結晶欠陥と衝突させることにより、その後の熱処理において結晶欠陥の結晶性を回復し易くすることを特徴としている。例えば、イオンドーズ量を１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、注入エネルギを２１６ｋｅＶとして、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後、このウェーハを１２００℃で１時間熱処理することにより、シリコン層の所定の深さ領域の結晶欠陥密度を１×１０^７／ｃｍ^２以下まで低減することが可能となる。 The above-mentioned prior application is characterized in that the crystallinity of the crystal defect is easily recovered in the subsequent heat treatment by causing the ions implanted into the silicon layer to collide with the crystal defect. For example, oxygen ions are implanted into a silicon wafer at an ion dose of 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² and an implantation energy of 216 keV, and then the wafer is heat-treated at 1200 ° C. for 1 hour to obtain a predetermined depth of the silicon layer. It is possible to reduce the crystal defect density in the vertical region to 1 × 10 ⁷ / cm ² or less.

このように、先願の発明によれば、シリコン層の結晶欠陥を所定のレベルまで低減することができる。しかしながら、その後の調査によると、シリコン層にはわずかな結晶欠陥が依然として残存していることが確認され、この残存する結晶欠陥がデバイスの製造プロセスへ与える影響が懸念される。そのため、先願の発明については、さらなる改良の余地がある。 Thus, according to the invention of the prior application, crystal defects in the silicon layer can be reduced to a predetermined level. However, subsequent investigations have confirmed that slight crystal defects still remain in the silicon layer, and there is concern about the influence of the remaining crystal defects on the device manufacturing process. Therefore, the invention of the prior application has room for further improvement.

本発明は、ＳＩＭＯＸウェーハのＢＯＸ層下のシリコン層に存在する結晶欠陥を低減することを課題とする。 An object of the present invention is to reduce crystal defects present in a silicon layer under a BOX layer of a SIMOX wafer.

本発明者らは、先願のイオン注入条件について評価するため、先願のイオンの注入条件に基づいてウェーハの表面からシリコン層まで酸素イオンを注入し、このイオンが注入されたウェーハについて、ＢＯＸ層とシリコン層の境界から２００ｎｍの深さ領域の酸素濃度の分布を調べたところ、深さ方向における酸素濃度の分布に偏りが生じていることが判明した。このことから、本発明者らは、シリコン層の深さ方向で酸素濃度の分布を均一にすることができれば、結晶欠陥をさらに低減できるものと考え、本発明をするに至った。 In order to evaluate the ion implantation conditions of the prior application, the present inventors implanted oxygen ions from the wafer surface to the silicon layer based on the ion implantation conditions of the prior application. When the oxygen concentration distribution in the depth region of 200 nm from the boundary between the layer and the silicon layer was examined, it was found that the oxygen concentration distribution in the depth direction was biased. Therefore, the present inventors have considered that crystal defects can be further reduced if the oxygen concentration distribution can be made uniform in the depth direction of the silicon layer, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明は、イオン注入を複数回に分け、それぞれのイオン注入時の注入エネルギを異ならせることを特徴とする。このようにすれば、シリコン層の所定の深さ領域において、イオンを深さ方向で均一に供給できるため、深さ方向における酸素濃度の分布を均一にすることができる。 That is, the present invention is characterized in that ion implantation is divided into a plurality of times and the implantation energy at the time of each ion implantation is made different. In this way, since ions can be supplied uniformly in the depth direction in a predetermined depth region of the silicon layer, the oxygen concentration distribution in the depth direction can be made uniform.

ここで、本発明による結晶欠陥の低減効果を確認するため、先ず、本発明の各イオン注入時のドーズ量の合計を先願のイオン注入時のドーズ量と一致させると共に異なる注入エネルギでイオンの注入を複数回行った。その後、シリコン層の所定の深さ領域における深さ方向の酸素濃度の分布を調査し、酸素濃度の分布が均一化されていることを確認した。次に、このウェーハを熱処理し、シリコン層の所定の深さ領域の結晶欠陥密度を調査したところ、先願の結晶欠陥密度よりも減少していることが確認された。このことから、シリコン層の所定の深さ領域に対し異なる注入エネルギでイオンを分割して注入し、深さ方向における酸素濃度の分布を均一化させることにより、結晶欠陥をより高い効率で低減できることが明らかになった。また、このように異なる注入エネルギで複数回のイオン注入を行うことにより、酸素濃度の分布を均一にすることができるため、結晶欠陥を低減するために注入する合計のドーズ量を低減できるという効果も確認された。 Here, in order to confirm the effect of reducing crystal defects according to the present invention, first, the total dose amount at the time of each ion implantation of the present invention is made to coincide with the dose amount at the time of ion implantation of the prior application, and ions with different implantation energies are used. Multiple injections were made. Thereafter, the distribution of oxygen concentration in the depth direction in a predetermined depth region of the silicon layer was investigated, and it was confirmed that the oxygen concentration distribution was uniform. Next, when this wafer was heat-treated and the crystal defect density in a predetermined depth region of the silicon layer was investigated, it was confirmed that the wafer had decreased from the crystal defect density of the prior application. From this, it is possible to reduce the crystal defects with higher efficiency by dividing and implanting ions with different implantation energies into a predetermined depth region of the silicon layer and making the oxygen concentration distribution in the depth direction uniform. Became clear. Further, by performing ion implantation a plurality of times with different implantation energies, the oxygen concentration distribution can be made uniform, so that the total dose to be implanted to reduce crystal defects can be reduced. Was also confirmed.

すなわち、本発明は、ＳＩＭＯＸウェーハの埋め込み酸化膜下のシリコン層に存在する結晶欠陥を低減する方法であって、ウェーハの表面から埋め込み酸化膜よりも設定深さの範囲のシリコン層までイオンを注入する第１の工程と、この第１の工程で得られたウェーハを加熱してイオンが注入された部位の結晶性を回復させる第２の工程とを含み、第１の工程は、異なる注入エネルギでイオンを複数回注入することを特徴とする。このように、異なる注入エネルギでイオン注入を複数回行うことにより、シリコン層の深さ方向に分布する結晶欠陥に対し、注入したイオンを均等に衝突させることができるため、熱処理によって、より多くの結晶欠陥の結晶性を回復させることができる。 That is, the present invention is a method for reducing crystal defects existing in a silicon layer under a buried oxide film of a SIMOX wafer, and ions are implanted from the wafer surface to a silicon layer within a set depth range from the buried oxide film. And a second step of heating the wafer obtained in the first step to recover the crystallinity of the site where the ions are implanted, the first step comprising different implantation energies In this case, ions are implanted a plurality of times. In this way, by performing ion implantation multiple times with different implantation energies, the implanted ions can collide evenly with crystal defects distributed in the depth direction of the silicon layer. The crystallinity of crystal defects can be recovered.

また、本発明は、ＳＩＭＯＸウェーハの埋め込み酸化膜下のシリコン層に存在する結晶欠陥を低減する方法であって、ウェーハの表面からシリコン層に注入したイオンを結晶欠陥に衝突させてこの結晶欠陥を壊す第１の工程と、この第１の工程で得られたウェーハを加熱してシリコン層を再結晶させる第２の工程とを含み、第１の工程は、異なる注入エネルギでイオンを複数回注入することを特徴とする。 In addition, the present invention is a method for reducing crystal defects existing in a silicon layer under a buried oxide film of a SIMOX wafer, and the ions implanted into the silicon layer from the surface of the wafer collide with the crystal defects to cause the crystal defects to be reduced. A first step of breaking, and a second step of recrystallizing the silicon layer by heating the wafer obtained in the first step, the first step implanting ions multiple times with different implantation energies It is characterized by doing.

この場合において、第１の工程は、例えば、シリコン層に注入するイオンを酸素イオンとするとき、ＳＩＭＯＸウェーハの温度が５０℃以下の状態からイオンの注入を開始し、各イオン注入時の条件は、イオンドーズ量を１×１０^１５〜１．５×１０^１６、注入エネルギを１５０ｋｅＶ〜２２０ｋｅＶとする。ここで、イオンドーズ量は、シリコン層に残存する結晶欠陥の密度やイオン注入の回数等に応じて定められ、注入エネルギは、注入するイオンの元素の種類や注入する深さ等によって定められる。このような条件で第１の工程を処理することにより、シリコン層に存在する結晶欠陥を効率的に壊すことができる。また、第１の工程においては、結晶欠陥にイオンを衝突させて壊れた形態を保持するため、イオン注入前のウェーハの温度は低い方が好ましく、例えば５０℃以下に設定することが望ましい。 In this case, for example, when the ions to be implanted into the silicon layer are oxygen ions, the ion implantation is started from a state where the temperature of the SIMOX wafer is 50 ° C. or lower. The ion dose is 1 × 10 ^{15 to} 1.5 × 10 ¹⁶ and the implantation energy is 150 keV to 220 keV. Here, the ion dose is determined according to the density of crystal defects remaining in the silicon layer, the number of ion implantations, and the like, and the implantation energy is determined by the type of ion element to be implanted, the depth of implantation, and the like. By processing the first step under such conditions, crystal defects existing in the silicon layer can be efficiently broken. Further, in the first step, in order to maintain a broken form by causing ions to collide with crystal defects, it is preferable that the temperature of the wafer before ion implantation is low, for example, set to 50 ° C. or lower.

また、第１の工程でシリコン層に注入するイオンは、特に限定されるものではないが、注入設備のコストやデバイス品質に与える影響などを考慮して、元素周期表の水素からアルゴンまでの元素のうちいずれかのイオンであることが望ましい。 In addition, ions to be implanted into the silicon layer in the first step are not particularly limited, but elements from hydrogen to argon in the periodic table of elements are considered in consideration of the cost of the implantation facility and the effect on device quality. Of these, any one of the ions is desirable.

また、第２の工程は、ウェーハを１１５０℃〜１３５０℃の温度に加熱するものとする。このような高温状態にウェーハを加熱することにより、熱力学的にも結晶欠陥の再結晶化が容易に進行し、短時間で結晶性の回復を行うことが可能となる。 Moreover, a 2nd process shall heat a wafer to the temperature of 1150 degreeC-1350 degreeC. By heating the wafer to such a high temperature state, recrystallization of crystal defects easily proceeds thermodynamically, and crystallinity can be recovered in a short time.

本発明によれば、ＳＩＭＯＸウェーハのＢＯＸ層下のシリコン層に存在する結晶欠陥を低減することができる。 According to the present invention, crystal defects existing in a silicon layer under a BOX layer of a SIMOX wafer can be reduced.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明を適用したＳＩＭＯＸウェーハの結晶欠陥の低減方法を説明する図である。本発明の結晶欠陥の低減方法は、ＳＩＭＯＸ法により製造されたＳＩＭＯＸウェーハを対象としている。ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハに酸素イオンを注入する工程と、このウェーハに所定の熱処理を行う工程とを含んで構成され、これらの工程を含んで製造されたＳＩＭＯＸウェーハであれば、各工程の条件が異なるものであっても、本発明の対象とすることができる。したがって、ＭＬＤ（ＭｏｄｉｆｉｅｄＬｏｗＤｏｓｅ）法やＩＴＯＸ（ＩｎｔｅｒｎａｌＴｈｅｒｍａｌＯＸｉｄａｔｉｏｎ）法等によって製造されたＳＩＭＯＸウェーハにおいても、本発明の対象とすることができる。 FIG. 1 is a diagram for explaining a method for reducing crystal defects in a SIMOX wafer to which the present invention is applied. The crystal defect reducing method of the present invention is intended for a SIMOX wafer manufactured by the SIMOX method. The manufacturing method of a SIMOX wafer includes a step of implanting oxygen ions into a silicon wafer and a step of performing a predetermined heat treatment on the wafer. If the SIMOX wafer is manufactured including these steps, Even if the process conditions are different, they can be the subject of the present invention. Therefore, a SIMOX wafer manufactured by an MLD (Modified Low Dose) method, an ITOX (Internal Thermal Oxidation) method, or the like can also be an object of the present invention.

本実施の形態では、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法により製造されたＳＩＭＯＸウェーハを例として説明する。ＭＬＤ法−ＳＩＭＯＸ法については周知の技術であるため、ここでは、その製造方法について簡単に述べ、具体的な製造条件については適宜省略する。 In the present embodiment, a SIMOX wafer manufactured by the MLD-SIMOX method will be described as an example. Since the MLD method-SIMOX method is a well-known technique, its manufacturing method will be briefly described here, and specific manufacturing conditions will be omitted as appropriate.

ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法では、酸素イオン注入を２回に分けて、各回異なる温度のウェーハに酸素原子を注入することで、ウェーハ内に高濃度の酸素層とアモルファス層という状態の異なる２つのイオン注入層を形成し、このウェーハを混合ガス雰囲気中で高温酸化処理するものである。 In the MLD-SIMOX method, oxygen ion implantation is divided into two times, and oxygen atoms are implanted into wafers at different temperatures each time, so that two ion implantation layers having different states of a high concentration oxygen layer and an amorphous layer are formed in the wafer. The wafer is subjected to high temperature oxidation treatment in a mixed gas atmosphere.

まず、１回目のイオン注入工程では、シリコンウェーハを加熱した状態で、酸素イオンを所定量注入し、ウェーハ内部に高濃度の第１イオン注入層を形成する。次に、このウェーハを冷却した状態で、酸素イオンを所定量注入し、第１イオン注入層のウェーハの表面側に連続するようにアモルファス状態の第２イオン注入層を形成する。そしてこのウェーハを所定量の酸素を含むアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で昇温した後、酸素の濃度を高くした不活性ガス雰囲気中で高温に保持することにより、第１イオン注入層はＢＯＸ層となる。また、昇温時に第２イオン注入層は、アモルファス層内部に高濃度の酸素を含むため再結晶化が順調に進まず高密度の欠陥層となる。この欠陥層が形成された領域には、酸素が析出し易いため、酸素雰囲気中で高温保持することにより、雰囲気中の酸素がウェーハ内部に拡散し、欠陥層に酸素析出物となって集まることで、ＢＯＸ層となる。この方法によれば、注入酸素量から予想されるよりも厚みのあるＢＯＸ層を形成することができる。 First, in the first ion implantation step, a predetermined amount of oxygen ions is implanted while the silicon wafer is heated, thereby forming a high concentration first ion implantation layer inside the wafer. Next, with this wafer cooled, a predetermined amount of oxygen ions is implanted to form a second ion implantation layer in an amorphous state so as to continue to the surface side of the wafer of the first ion implantation layer. The wafer is heated in an inert gas atmosphere such as argon containing a predetermined amount of oxygen, and then held at a high temperature in an inert gas atmosphere with a high oxygen concentration, whereby the first ion-implanted layer becomes BOX. Become a layer. Further, when the temperature is raised, the second ion-implanted layer contains a high concentration of oxygen inside the amorphous layer, so that recrystallization does not proceed smoothly and becomes a high-density defect layer. Since oxygen tends to precipitate in the region where this defect layer is formed, oxygen in the atmosphere diffuses inside the wafer and collects as oxygen precipitates in the defect layer by maintaining at a high temperature in an oxygen atmosphere. Thus, it becomes a BOX layer. According to this method, it is possible to form a BOX layer that is thicker than expected from the amount of implanted oxygen.

このような工程を経て製造されたウェーハの内部には、ＢＯＸ層が形成され、ＢＯＸ層の上（表面側）にはＳＯＩ層、ＢＯＸ層の下（裏面側）にはシリコン基板となるシリコン層がそれぞれ形成される。なお、ＳＯＩ層の上、つまりウェーハの表面部分には表面酸化膜が形成される。 A BOX layer is formed inside the wafer manufactured through these processes, and an SOI layer is formed on the BOX layer (front side), and a silicon layer serving as a silicon substrate is placed under the BOX layer (back side). Are formed respectively. A surface oxide film is formed on the SOI layer, that is, on the surface portion of the wafer.

ところで、このようなＳＩＭＯＸ法の製造時において、ウェーハに注入された酸素は、ウェーハの内部で酸化物となって析出し、ウェーハの高温熱処理時に酸素が拡散して析出物が消滅することで、ＢＯＸ層下のシリコン層には、結晶格子が抜けた状態の空孔型の積層欠陥（ＳＦ：ＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ）が発生することが報告されている。このような結晶欠陥、つまり、空孔型の積層欠陥（以下、ＳＦと略す。）は、デバイスプロセスに悪影響を与え、歩留まりを低下させる要因となることについては、既に述べたとおりである。 By the way, at the time of manufacturing such a SIMOX method, oxygen injected into the wafer is precipitated as an oxide inside the wafer, and oxygen diffuses during high-temperature heat treatment of the wafer, and the precipitate disappears. It has been reported that, in the silicon layer under the BOX layer, a vacancy-type stacking fault (SF: Stacking Fault) with a crystal lattice missing is generated. As described above, such crystal defects, that is, vacancy-type stacking faults (hereinafter abbreviated as SF) adversely affect the device process and cause a reduction in yield.

そこで、本発明者らは、先ず、上述した方法により得られたＳＩＭＯＸウェーハについて、シリコン層の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察したところ、ＢＯＸ層とシリコン層との境界から約２００ｎｍまでのシリコン層の深さ範囲にＳＦが集中して形成されることが確認された。これらの構造を詳しく調べてみると、ＳＦは、約５０ｎｍの四角錐型と約１０ｎｍの四面体型の２種類からなり、ＳＦ密度は、四角錐型が２〜４×１０^６／ｃｍ^２、四面体型が５〜１０×１０^８／ｃｍ^２となっていた。ここで、ＳＦ密度とは、上記の深さ領域のうち、任意の深さにおいて、ウェーハの平面方向と平行な面における単位面積当りの結晶欠陥の個数を示す。 Therefore, the inventors first observed the cross section of the silicon layer with a TEM (transmission electron microscope) for the SIMOX wafer obtained by the above-described method, and found that the boundary between the BOX layer and the silicon layer was about 200 nm. It was confirmed that SF was concentrated in the depth range of the silicon layer. Examining these structures in detail, SF consists of two types, a quadrangular pyramid type of about 50 nm and a tetrahedral type of about 10 nm, and the SF density is 2-4 × 10 ⁶ / cm ^{2 for} the quadrangular pyramid type. The body shape was 5 to 10 × 10 ⁸ / cm ² . Here, the SF density indicates the number of crystal defects per unit area in a plane parallel to the planar direction of the wafer at an arbitrary depth in the above-described depth region.

本発明では、このようなＳＦ密度を低減してシリコン層の品質を改善させるため、以下の方法を提供するものである。すなわち、本発明の空孔型ＳＦの低減方法は、ウェーハの表面からＢＯＸ層よりも設定深さのシリコン層の深さ領域に向けてイオンを複数回注入するイオン注入工程と、イオン注入工程で得られたウェーハを加熱してイオンが注入された部位の結晶性を回復させる熱処理工程とを含んで構成される。ここで、イオン注入工程では、各イオン注入時における注入エネルギがそれぞれ異なるように設定する。 The present invention provides the following method for reducing the SF density and improving the quality of the silicon layer. That is, the method for reducing vacancy-type SF of the present invention includes an ion implantation process in which ions are implanted a plurality of times from a wafer surface toward a depth region of a silicon layer having a set depth than the BOX layer, and an ion implantation process. And a heat treatment step for recovering the crystallinity of the portion where ions are implanted by heating the obtained wafer. Here, in the ion implantation process, the implantation energy at the time of each ion implantation is set to be different.

以下、本発明が適用される実施形態について各工程別に詳細に説明する。図１（ａ）に示すように、ＳＩＭＯＸウェーハは、上面側から表面酸化膜１０、ＳＯＩ層１１、ＢＯＸ層１２、シリコン層１３（シリコン基板）より構成される。シリコン層１３には、ＢＯＸ層１２とシリコン層１３との境界より設定深さ範囲に、四角錐型のＳＦ１４と、四面体型のＳＦ１５が層状に点在している。この場合、例えば、表面酸化膜厚０〜２００ｎｍ、ＳＯＩ層厚１０〜１００ｎｍ、ＢＯＸ層厚１０〜２００ｎｍとする。 Hereinafter, an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail for each step. As shown in FIG. 1A, the SIMOX wafer includes a surface oxide film 10, an SOI layer 11, a BOX layer 12, and a silicon layer 13 (silicon substrate) from the upper surface side. In the silicon layer 13, a quadrangular pyramid type SF 14 and a tetrahedron type SF 15 are scattered in layers in a set depth range from the boundary between the BOX layer 12 and the silicon layer 13. In this case, for example, the surface oxide film thickness is 0 to 200 nm, the SOI layer thickness is 10 to 100 nm, and the BOX layer thickness is 10 to 200 nm.

（表面酸化膜）
表面の酸化膜はなくてもよいが、パーティクルのマスクとしてあった方が好ましい。また、酸化膜厚は注入する深さに合わせて調整することも可能である。表面酸化膜は、ＳＩＭＯＸを形成するアニール時に形成された酸化膜をエッチングして用いることもできるが、新たに形成することも可能である。 (Surface oxide film)
There may be no oxide film on the surface, but it is preferable to have it as a mask for particles. The oxide film thickness can be adjusted in accordance with the implantation depth. The surface oxide film can be used by etching the oxide film formed at the time of annealing to form SIMOX, but can also be newly formed.

（イオン注入工程）
イオン注入工程は、得られたＳＩＭＯＸウェーハを洗浄、乾燥した後にイオン注入装置に収容し、真空状態で、図１（ｂ）に示すように、ウェーハ表面からウェーハ内部に酸素イオン１６を注入することにより、酸素イオンをＳＦ１４，１５と衝突させて、その結晶構造を壊すものである。 (Ion implantation process)
In the ion implantation step, the obtained SIMOX wafer is cleaned and dried, and then accommodated in an ion implantation apparatus, and in a vacuum state, oxygen ions 16 are implanted from the wafer surface into the wafer as shown in FIG. Thus, the oxygen ions collide with the SFs 14 and 15 to break the crystal structure.

ここで、酸素イオン１６は、ウェーハ内に注入された後に、シリコン層１３に存在するＳＦ１４，１５と衝突させるため、少なくともシリコン層１３の深さ領域１３ａに到達するために必要なエネルギが付与される。深さ領域１３ａは、ＢＯＸ層１２とシリコン層１３との境界から例えば２００ｎｍの深さ領域を示している。このため、酸素イオン１６の注入エネルギは、例えば１５０〜２２０ｋｅＶの範囲で設定することが好ましい。このような注入エネルギを酸素イオンに付与することにより、酸素イオンは、深さ領域１３ａに到達し、その一部がＳＦ１４，１５と衝突する。これにより、空孔型の積層欠陥を有するＳＦの結晶構造が少なからず崩され、望ましくは、ＳＦの欠陥構造が完全に破壊される。 Here, since the oxygen ions 16 are injected into the wafer and collide with the SFs 14 and 15 existing in the silicon layer 13, energy necessary to reach at least the depth region 13a of the silicon layer 13 is given. The The depth region 13 a indicates a depth region of, for example, 200 nm from the boundary between the BOX layer 12 and the silicon layer 13. For this reason, it is preferable to set the implantation energy of the oxygen ions 16 in the range of 150 to 220 keV, for example. By applying such implantation energy to the oxygen ions, the oxygen ions reach the depth region 13a, and a part of them collides with the SFs 14 and 15. As a result, the crystal structure of the SF having vacancy-type stacking faults is destroyed, and preferably, the SF defect structure is completely destroyed.

酸素イオン１６のドーズ量は、深さ領域１３ａに存在するＳＦ１４，１５の欠陥密度によって定められるが、各イオン注入時において、例えば、１×１０^１５〜１．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲で設定することが好ましい。これは、ドーズ量が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²未満では、注入量が少ないため、結晶の壊れ方が不十分であり、後工程の熱処理を行っても、結晶欠陥が改善されないＳＦが多く残るという不具合が生じ、ドーズ量が１．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²を超えると、シリコン層１３に注入される酸素イオンが多くなり、例えば、熱処理後においてもシリコン層１３に酸素析出物が残存するという不具合が生じるおそれがあるためである。 The dose amount of the oxygen ions 16 is determined by the defect density of the SFs 14 and 15 existing in the depth region 13a. At the time of each ion implantation, for example, 1 × 10 ^{15 to} 1.5 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² . It is preferable to set in a range. This is because when the dose amount is less than 1 × 10 ¹⁵ atoms / cm ² , the amount of implantation is small, so the crystal is not broken sufficiently, and there are many SFs that do not improve the crystal defects even if the heat treatment in the subsequent process is performed. When a defect occurs that remains and the dose exceeds 1.5 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² , oxygen ions implanted into the silicon layer 13 increase. For example, oxygen precipitates are formed in the silicon layer 13 even after heat treatment. This is because there is a possibility that a problem of remaining may occur.

また、酸素イオン１６の注入時（注入前）において、ウェーハの温度は、例えば５０℃以下の低温状態とすることが好ましい。これはイオン注入が開始されると、ウェーハの温度が上昇し、注入中に再結晶化が進むために、十分に欠陥を消滅させることができなくなるためである。 In addition, at the time of implantation of oxygen ions 16 (before implantation), the wafer temperature is preferably set to a low temperature state of, for example, 50 ° C. or less. This is because when the ion implantation is started, the temperature of the wafer rises and recrystallization proceeds during the implantation, so that the defects cannot be sufficiently eliminated.

ここで、酸素イオン１６の注入は、複数回、好ましくは３回に分けて注入し、注入エネルギは、毎回異なるように設定する。注入エネルギは、上述した範囲で、段階的に小さくなるように設定してもよいし、段階的に大きくなるように設定してもよい。このように注入エネルギを変化させてイオン注入を繰り返すことにより、深さ領域１３ａにおいて、酸素イオン１６を深さ方向に分散させて注入することができるため、深さ方向で均一な酸素イオン１６の注入量を確保することができる。これにより、酸素イオン１６とＳＦ１４，１５との衝突効率が向上し、熱処理後のＳＦの低減率を向上させることができる。 Here, the oxygen ions 16 are implanted a plurality of times, preferably three times, and the implantation energy is set to be different each time. The implantation energy may be set to decrease stepwise within the above-described range, or may be set to increase stepwise. By repeating the ion implantation while changing the implantation energy in this way, the oxygen ions 16 can be dispersed and implanted in the depth region 13a in the depth region 13a. An injection amount can be secured. Thereby, the collision efficiency of oxygen ion 16 and SF14,15 improves, and the reduction rate of SF after heat processing can be improved.

また、本実施形態では、酸素イオンを注入する例について述べたが、イオン注入の目的はウェーハに注入したイオンをＳＦと衝突させてその結晶構造を壊すことにあるため、酸素以外の元素のイオンを注入しても同様の効果を得ることが可能である。この場合、Ｓｉ元素そのものを注入することが最も好ましいが、デバイスに影響を与えない不活性ガスのアルゴンやネオンの元素をイオン注入することが好適である。ここで、選択した元素には、少なくともシリコン層１３の深さ領域１３ａに到達するだけの注入エネルギを与える必要があり、例えば、酸素よりも重い元素の場合は、酸素イオンの場合よりも注入エネルギを多く与える必要があり、反対に軽い元素の場合は、酸素イオンの場合よりも注入エネルギを少なくすることができる。そして、結晶を壊すためにはドーズ量等で調整する必要がある。なお、本実施形態では、注入エネルギは、１５０ｋｅＶ〜２２０ｋｅＶとしたが、ＳＯＩ層とＢＯＸ層の薄膜化が進むことにより必要な深さが浅くなるため、注入エネルギもその深さに応じて下げることが必要となる。 In this embodiment, an example in which oxygen ions are implanted has been described. However, since the purpose of ion implantation is to cause the ions implanted into the wafer to collide with SF and break the crystal structure, ions of elements other than oxygen are implanted. It is possible to obtain the same effect even if it is injected. In this case, it is most preferable to implant the Si element itself, but it is preferable to ion-implant an inert gas such as argon or neon that does not affect the device. Here, it is necessary to give the selected element an implantation energy sufficient to reach at least the depth region 13a of the silicon layer 13. For example, in the case of an element heavier than oxygen, the implantation energy is larger than that in the case of oxygen ions. On the contrary, in the case of a light element, the implantation energy can be reduced as compared with the case of oxygen ions. And in order to break a crystal | crystallization, it is necessary to adjust with dose amount etc. In this embodiment, the implantation energy is 150 keV to 220 keV. However, since the required depth becomes shallow as the SOI layer and the BOX layer are made thinner, the implantation energy is also lowered according to the depth. Is required.

（熱処理工程）
熱処理工程は、イオン注入装置から取り出されたＳＩＭＯＸウェーハを洗浄、乾燥した後、熱処理炉内に収容し、酸素含有雰囲気中でウェーハに高温熱処理を施して、欠陥構造が壊れたＳＦ１４，１５の結晶性を回復、つまりシリコン層１３の正常な結晶構造に変化させるものである。 (Heat treatment process)
In the heat treatment process, the SIMOX wafer taken out from the ion implanter is cleaned and dried, then placed in a heat treatment furnace, subjected to high-temperature heat treatment in an oxygen-containing atmosphere, and the crystals of SF14 and 15 whose defect structure is broken. The property is restored, that is, the silicon layer 13 is changed to a normal crystal structure.

ここで、熱処理工程は、少なくとも欠陥構造が壊れたＳＦ１４，１５の結晶性を回復させるのに必要な温度に加熱する必要があり、例えば、シリコン層１３の再結晶温度に加熱する。具体的には、炉内を１１５０℃〜シリコン融点未満、好ましくは、１１５０℃〜１３５０℃まで昇温し、この温度を保持した状態でウェーハを１〜５時間保持し、その後室温まで冷却することにより行われる。これは、熱処理温度が１１５０℃未満では、シリコン層１３の加熱温度が低いため、酸素析出物が残ったり、結晶性の回復が不十分になるという不具合が生じるからである。また昇温中の炉内雰囲気は、０〜５.０容積％の酸素を含むアルゴン又は窒素等の不活性ガスの混合雰囲気である。このようにイオン注入後のウェーハに高温熱処理を施すことにより、イオン注入工程により少なくとも元の結晶構造が崩れた状態となっているＳＦは、高温熱処理を施すことで、図１（ｃ）に示すように、欠陥構造がシリコン層の正常な結晶構造に回復される。 Here, the heat treatment step needs to be heated to a temperature necessary to restore at least the crystallinity of the SFs 14 and 15 whose defect structure is broken. For example, the heat treatment step is performed to the recrystallization temperature of the silicon layer 13. Specifically, the temperature in the furnace is raised to 1150 ° C. to less than the silicon melting point, preferably 1150 ° C. to 1350 ° C., and the wafer is held for 1 to 5 hours while maintaining this temperature, and then cooled to room temperature. Is done. This is because when the heat treatment temperature is lower than 1150 ° C., the heating temperature of the silicon layer 13 is low, so that there is a problem that oxygen precipitates remain or crystallinity recovery is insufficient. The atmosphere in the furnace during the temperature rise is a mixed atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen containing 0 to 5.0% by volume of oxygen. As shown in FIG. 1 (c), SF subjected to high temperature heat treatment on the wafer after ion implantation in this way is subjected to high temperature heat treatment. Thus, the defect structure is restored to the normal crystal structure of the silicon layer.

このように本実施形態によれば、異なる注入エネルギでイオンを複数回注入することにより、ＳＩＭＯＸウェーハのシリコン層の深さ領域１３ａに存在する空孔型のＳＦを、深さ方向で均一にシリコン層の正常な結晶構造に回復させ、結晶欠陥を大幅に低減することができるため、デバイスの製造プロセスにおいて、シリコン層がデバイスに活用されても、不具合が生じることがなく、また、デバイスの製造工程でウェーハにＬＳＡのような極短時間の熱処理を施してもスリップの発生を抑制してウェーハの反り変形を抑制することができ、デバイスの歩留まり低下を抑制することができる。 Thus, according to the present embodiment, by implanting ions multiple times with different implantation energies, the vacant SF existing in the depth region 13a of the silicon layer of the SIMOX wafer can be uniformly formed in the depth direction. Since the layer can be restored to its normal crystal structure and crystal defects can be greatly reduced, even if the silicon layer is used in the device in the device manufacturing process, no problems occur, and the device is manufactured. Even if the wafer is subjected to heat treatment such as LSA for an extremely short time in the process, the occurrence of slip can be suppressed and the warpage deformation of the wafer can be suppressed, and the yield reduction of devices can be suppressed.

以下、本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited thereto.

（実施例１）
本実施例では、はじめに、シリコンウェーハに酸素イオンの注入回数が異なる３種類のウェーハについて、熱処理前の状態で、シリコン層の所定の深さ領域における深さ方向の酸素濃度分布を調査した。図２は、酸素イオン注入後、熱処理前のウェーハのシリコン層の深さ方向における酸素濃度の分布を説明する図であり、横軸は、ＢＯＸ層とシリコン層の境界からの深さ（ｎｍ）、縦軸は、酸素濃度（／ｃｍ^３）をそれぞれ表している。図中の矢印Ａで示した領域は、ＢＯＸ層とシリコン層の境界から２００ｎｍの深さ領域（以下、ＳＦ発生領域Ａという。）を示している。 Example 1
In this example, first, the oxygen concentration distribution in the depth direction in a predetermined depth region of the silicon layer was investigated for three types of wafers with different numbers of oxygen ion implantations into the silicon wafer before the heat treatment. FIG. 2 is a diagram for explaining the oxygen concentration distribution in the depth direction of the silicon layer of the wafer after the oxygen ion implantation and before the heat treatment, and the horizontal axis represents the depth (nm) from the boundary between the BOX layer and the silicon layer. The vertical axis represents the oxygen concentration (/ cm ³ ). A region indicated by an arrow A in the figure indicates a region having a depth of 200 nm from the boundary between the BOX layer and the silicon layer (hereinafter referred to as SF generation region A).

ここで、上記の３種類のウェーハの作製方法について説明する。先ず、用意したシリコンウェーハを洗浄、乾燥した後にイオン注入装置に収容し、ウェーハの温度を５０℃に保温する。そして、注入エネルギを２１６ｋｅＶに固定し、イオンドーズ量を１．３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²として、酸素イオンを注入する。このとき、イオン注入時にイオン注入装置の電流検出部より検出された電流値は３０ｍＡであった。このようにして得られたウェーハをウェーハａとする。 Here, a method for manufacturing the above three types of wafers will be described. First, the prepared silicon wafer is cleaned and dried, and then stored in an ion implantation apparatus, and the temperature of the wafer is kept at 50 ° C. Then, the implantation energy is fixed to 216 keV, and the ion dose is set to 1.3 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² to implant oxygen ions. At this time, the current value detected by the current detector of the ion implantation apparatus at the time of ion implantation was 30 mA. The wafer thus obtained is designated as wafer a.

一方、ウェーハａとは別に、注入エネルギを２１６ｋｅＶ、１８０ｋｅＶの順に段階的に減らし、各イオン注入時のイオンドーズ量をいずれも６．５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、２回のイオン注入の合計のイオンドーズ量をウェーハａのイオンドーズ量と同じにして酸素イオンを注入する。その他の条件は、ウェーハａの場合と同じである。このようにして得られたウェーハをウェーハｂとする。 On the other hand, separately from wafer a, the implantation energy is reduced stepwise in the order of 216 keV and 180 keV, and the ion dose amount at each ion implantation is 6.5 × 10 ¹⁵ atoms / cm ² . Oxygen ions are implanted with the total ion dose equal to the ion dose of wafer a. Other conditions are the same as those for wafer a. The wafer thus obtained is designated as wafer b.

さらに、ウェーハａ、ｂとは別に、注入エネルギを２１６ｋｅＶ、１８０ｋｅＶ、１５０ｋｅＶの順に段階的に減らし、各イオン注入時のイオンドーズ量をそれぞれ７×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、３回のイオン注入の合計のイオンドーズ量をウェーハａのイオンドーズ量と同じにして酸素イオンを注入する。その他の条件は、ウェーハａの場合と同じである。このようにして得られたウェーハをウェーハｃとする。 In addition to the wafers a and b, the implantation energy is decreased stepwise in the order of 216 keV, 180 keV, and 150 keV, and the ion dose during each ion implantation is 7 × 10 ¹⁵ atoms / cm ² , 3 × 10 ¹⁵ atoms / cm ² and 3 × 10 ¹⁵ atoms / cm ^2, and oxygen ions are implanted with the total ion dose of the three ion implantations being the same as the ion dose of the wafer a. Other conditions are the same as those for wafer a. The wafer thus obtained is designated as wafer c.

このようにして得られたウェーハａ，ウェーハｂ，ウェーハｃについて、シリコン層の深さ方向における酸素濃度の分布を、ＳＩＭＳを用いて測定した。ＳＩＭＳは、２次イオン質量分析装置であり、試料に１次イオンビームを照射して、質量分離された二次イオンの数を数えることによって、試料の化学組成や同位体組成を調べることができる。また、１次イオンのスパッタリング効果により、試料の深さ方向の組成分析が可能となる。測定した結果を図２に示す。ここで、ウェーハａ，ウェーハｂ，ウェーハｃの酸素濃度分布をそれぞれ線ａ，線ｂ，線ｃで示す。図２の結果から、イオン注入が１回のウェーハａは、ＳＦ発生領域Ａにおいて、酸素濃度のピークが発生し山型に分布しているのに対し、イオン注入の回数が多くなると、深さ方向における酸素濃度の変化率が小さくなる傾向がみられた。この傾向から、注入エネルギの異なるイオン注入の回数が増えるほど、酸素イオンが深さ方向で均一に分散して供給されることがわかる。 With respect to the wafer a, wafer b, and wafer c thus obtained, the oxygen concentration distribution in the depth direction of the silicon layer was measured using SIMS. SIMS is a secondary ion mass spectrometer, and the chemical composition and isotope composition of a sample can be examined by irradiating the sample with a primary ion beam and counting the number of secondary ions separated by mass. . Moreover, the composition analysis of the depth direction of a sample is attained by the sputtering effect of a primary ion. The measurement results are shown in FIG. Here, the oxygen concentration distributions of the wafer a, the wafer b, and the wafer c are indicated by a line a, a line b, and a line c, respectively. From the result of FIG. 2, the wafer a in which ion implantation is performed once has a peak in the oxygen concentration in the SF generation region A and is distributed in a mountain shape, whereas the depth increases as the number of ion implantations increases. There was a tendency for the rate of change of oxygen concentration in the direction to decrease. From this tendency, it can be seen that as the number of ion implantations with different implantation energies increases, oxygen ions are uniformly distributed in the depth direction.

次に、ウェーハａとウェーハｃについて、ＳＦ発生領域ＡにおけるＳＦ密度を評価するため、上述した条件でイオン注入して得られたウェーハａ，ウェーハｃをイオン注入装置から取り出し、それぞれ洗浄、乾燥した後に熱処理炉に収容し、１２００℃まで昇温した状態で１時間保持し、その後室温まで冷却した。続いて、熱処理炉から取り出したウェーハａ，ウェーハｃについて、それぞれＳＦ発生領域Ａにおけるシリコン層の横断面及び縦断面をＴＥＭにより観察（約６万倍）し、ＴＥＭ像により確認されたＳＦの個数からＳＦ密度を求めた。その結果、ウェーハａについては、１×１０^７／ｃｍ^２よりも小さく１×１０^６／ｃｍ^２よりも大きい値であったのに対し、ウェーハｃについては、ＴＥＭ像からＳＦが完全に消失し、１×１０^６／ｃｍ^２未満の値であることが確認された。 Next, for wafer a and wafer c, in order to evaluate the SF density in the SF generation region A, the wafer a and wafer c obtained by ion implantation under the above-described conditions were taken out from the ion implantation apparatus, washed and dried, respectively. It accommodated in the heat processing furnace later, and hold | maintained for 1 hour in the state heated up to 1200 degreeC, and cooled to room temperature after that. Subsequently, for the wafers a and c taken out from the heat treatment furnace, the cross section and the vertical section of the silicon layer in the SF generation region A are observed by TEM (about 60,000 times), and the number of SFs confirmed by the TEM image. From this, the SF density was determined. As a result, for wafer a, the value was smaller than 1 × 10 ⁷ / cm ^{2 and} larger than 1 × 10 ⁶ / cm ² , whereas for wafer c, SF completely disappeared from the TEM image. It was confirmed that the value was less than 1 × 10 ⁶ / cm ² .

（実施例２）
本実施例では、ウェーハｃの３回のイオン注入の合計のイオンドーズ量を少なくした条件で酸素イオンを注入した後、熱処理して得られたウェーハについて、ＳＦ密度を評価した。ここで、注入エネルギは、ウェーハｃと同様、２１６ｋｅＶ、１８０ｋｅＶ、１５０ｋｅＶの順に段階的に減らし、各イオン注入時のイオンドーズ量はいずれも２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、３回のイオン注入の合計のイオンドーズ量を６×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２とした。その他の熱処理を含めた条件は、実施例１のウェーハａ，ウェーハｃの場合と同じである。このようにして得られたウェーハをウェーハｄとする。 (Example 2)
In this example, the SF density was evaluated for a wafer obtained by performing heat treatment after implanting oxygen ions under the condition that the total ion dose of three times of ion implantation of the wafer c was reduced. Here, the implantation energy is reduced stepwise in the order of 216 keV, 180 keV, and 150 keV, as in the wafer c, and the ion dose amount at each ion implantation is 2 × 10 ¹⁵ atoms / cm ^2, and the ion implantation is performed three times. The total ion dose was 6 × 10 ¹⁵ atoms / cm ² . The other conditions including the heat treatment are the same as those of the wafer a and the wafer c in the first embodiment. The wafer thus obtained is designated as wafer d.

ここで、ウェーハｄのＳＦ密度を求めた結果を熱処理後のウェーハｃのＳＦ密度と共に□の記号で表して図３に示す。図３は、ウェーハに注入する酸素イオンのドーズ量とＳＦ密度の関係を説明する図であり、横軸は、酸素イオンドーズ量（ａｔｏｍｓ／ｃｍ²）、縦軸はシリコン層の深さ領域のＳＦ密度（／ｃｍ²）をそれぞれ表している。各ウェーハの酸素イオンドーズ量は、３回のイオン注入の合計量を示している。また、ＳＦ密度の深さ領域とは、図２のＳＦ発生領域Ａを意味する。□の記号の下向きの矢印はＳＦ密度が１×１０^６／ｃｍ²未満であることを表している。この結果から、ウェーハｄは、ウェーハｃと同様、ＳＦ密度が１×１０^６／ｃｍ^２未満となることがわかった。 Here, the result of obtaining the SF density of the wafer d is represented by the symbol □ together with the SF density of the wafer c after the heat treatment, and is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the dose amount of oxygen ions implanted into the wafer and the SF density. The horizontal axis represents the oxygen ion dose amount (atoms / cm ² ), and the vertical axis represents the depth region of the silicon layer. Each SF density (/ cm ² ) is shown. The oxygen ion dose amount of each wafer indicates the total amount of three ion implantations. The SF density depth region means the SF generation region A in FIG. The downward arrow of □ represents that the SF density is less than 1 × 10 ⁶ / cm ² . From this result, it was found that the wafer d had an SF density of less than 1 × 10 ⁶ / cm ² , similar to the wafer c.

（比較例１）
本比較例では、注入エネルギを２１６ｋｅＶに固定し、イオンドーズ量が異なる５種類のイオン注入条件で、それぞれ１回だけイオン注入した後、熱処理して得られたウェーハについて、ＳＦ密度を評価した。ここで、イオンドーズ量は、４×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、６×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、８×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の５種類とした。その他の熱処理を含めた条件は、実施例１のウェーハａ，ウェーハｃの場合と同じである。このようにして得られた５種類のウェーハについて、それぞれＳＦ密度を求めた結果を○の記号で表して図３に示す。○の記号の下向きの矢印は、ＳＦ密度が１×１０^７／ｃｍ²未満、１×１０^６／ｃｍ²以上の範囲であることを表している。 (Comparative Example 1)
In this comparative example, the SF density was evaluated for wafers obtained by heat-implanting after ion implantation was performed only once for each of five types of ion implantation conditions with different ion doses, with the implantation energy fixed at 216 keV. Here, the ion dose is 4 × 10 ¹⁵ atoms / cm ² , 6 × 10 ¹⁵ atoms / cm ² , 8 × 10 ¹⁵ atoms / cm ² , 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² , 2 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² . Five types of cm ² were used. The other conditions including the heat treatment are the same as those of the wafer a and the wafer c in the first embodiment. The results obtained for the SF density for the five types of wafers thus obtained are represented by the symbol “◯” and shown in FIG. The downward arrow of the symbol O indicates that the SF density is less than 1 × 10 ⁷ / cm ^{2 and in} the range of 1 × 10 ⁶ / cm ² or more.

図３の結果から、ＳＦ密度は酸素イオンのドーズ量の増加と共に減少する傾向がみられたが、酸素イオンのドーズ量を２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²まで増やしても、ＳＦ密度を１×１０^６／ｃｍ²未満に減少させることはできなかった。 From the results shown in FIG. 3, the SF density tended to decrease as the dose of oxygen ions increased. However, even if the dose of oxygen ions was increased to 2 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² , the SF density was increased to 1 ×. It could not be reduced to less than 10 ⁶ / cm ² .

以上の結果から明らかなように、イオン注入を１回で行った場合には、イオンドーズ量を増やしてもＳＦ密度が１×１０^６／ｃｍ^２未満にならないのに対し、異なる注入エネルギで複数回のイオン注入を行い、イオンドーズ量を分散させて注入すれば、複数回のイオン注入の合計のイオンドーズ量を減らしても、ＳＦ密度を１×１０^６／ｃｍ^２未満まで低減できることがわかった。このように、異なる注入エネルギでイオンを分割して注入することにより、注入したイオンをより効率的に結晶欠陥の低減に利用することができる。 As is clear from the above results, when ion implantation is performed once, the SF density does not become less than 1 × 10 ⁶ / cm ² even if the ion dose is increased. It is found that if the ion implantation is performed once and the ion dose is dispersed and implanted, the SF density can be reduced to less than 1 × 10 ⁶ / cm ² even if the total ion dose of the plurality of ion implantations is reduced. It was. Thus, by dividing and implanting ions with different implantation energies, the implanted ions can be used more efficiently for reducing crystal defects.

本発明を適用したＳＩＭＯＸウェーハの結晶欠陥の低減方法を説明する図である。It is a figure explaining the reduction method of the crystal defect of the SIMOX wafer to which this invention is applied. 酸素イオンの注入回数と、ＢＯＸ層とシリコン層の境界からの深さ方向における酸素濃度の分布との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the frequency | count of implantation of oxygen ion, and oxygen concentration distribution in the depth direction from the boundary of a BOX layer and a silicon layer. 酸素イオンのドーズ量とＳＦ密度との関係、及び、酸素イオンの注入回数とＳＦ密度との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the dose amount of oxygen ion and SF density, and the relationship between the frequency | count of implantation of oxygen ion, and SF density.

符号の説明Explanation of symbols

１０表面酸化膜
１１ＳＯＩ層
１２ＢＯＸ層
１３シリコン層
１３ａ深さ領域
１４ＳＦ（四角錐型）
１５ＳＦ（四面体型）
１６酸素イオン
ＡＳＦの発生領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surface oxide film 11 SOI layer 12 BOX layer 13 Silicon layer 13a Depth area | region 14 SF (square pyramid type)
15 SF (tetrahedron type)
16 Oxygen ion A SF generation region

Claims

ＳＩＭＯＸウェーハの埋め込み酸化膜下のシリコン層に存在する結晶欠陥を低減する方法であって、
前記ウェーハの表面から前記埋め込み酸化膜よりも設定深さの範囲の前記シリコン層までイオンを注入する第１の工程と、該第１の工程で得られた前記ウェーハを加熱して前記イオンが注入された部位の結晶性を回復させる第２の工程とを含み、
前記第１の工程は、異なる注入エネルギで前記イオンを複数回注入することを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの結晶欠陥の低減方法。 A method for reducing crystal defects existing in a silicon layer under a buried oxide film of a SIMOX wafer,
A first step of implanting ions from the surface of the wafer to the silicon layer in a range of a set depth than the buried oxide film; and the ions implanted by heating the wafer obtained in the first step A second step of restoring the crystallinity of the formed site,
In the first step, the ions are implanted a plurality of times with different implantation energies, and a method for reducing crystal defects in a SIMOX wafer.

ＳＩＭＯＸウェーハの埋め込み酸化膜下のシリコン層に存在する結晶欠陥を低減する方法であって、
前記ウェーハの表面から前記シリコン層に注入したイオンを前記結晶欠陥に衝突させて該結晶欠陥を壊す第１の工程と、該第１の工程で得られた前記ウェーハを加熱して前記シリコン層を再結晶させる第２の工程とを含み、
前記第１の工程は、異なる注入エネルギで前記イオンを複数回注入することを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの結晶欠陥の低減方法。 A method for reducing crystal defects existing in a silicon layer under a buried oxide film of a SIMOX wafer,
A first step of causing ions implanted from the surface of the wafer to collide with the crystal defects to break the crystal defects; and heating the wafer obtained in the first step to form the silicon layer A second step of recrystallization,
In the first step, the ions are implanted a plurality of times with different implantation energies, and a method for reducing crystal defects in a SIMOX wafer.

前記第１の工程は、前記シリコン層に注入するイオンを酸素イオンとするとき、前記ＳＩＭＯＸウェーハの温度が５０℃以下の状態から前記イオンの注入を開始し、各イオン注入時のイオンドーズ量を１×１０^１５〜１．５×１０^１６、前記注入エネルギを１５０ｋｅＶ〜２２０ｋｅＶとすることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＩＭＯＸウェーハの結晶欠陥の低減方法。 In the first step, when ions to be implanted into the silicon layer are oxygen ions, the ion implantation is started from a state where the temperature of the SIMOX wafer is 50 ° C. or less, and an ion dose amount at each ion implantation is determined. 3. The method for reducing crystal defects in a SIMOX wafer according to claim 1, wherein the implantation energy is 1 × 10 ^{15 to} 1.5 × 10 ¹⁶ and the implantation energy is 150 keV to 220 keV.

前記第１の工程で前記シリコン層に注入するイオンは、元素周期表の水素からアルゴンまでの元素のうちいずれかのイオンであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＩＭＯＸウェーハの結晶欠陥の低減方法。 3. The SIMOX wafer crystal according to claim 1, wherein the ions implanted into the silicon layer in the first step are any one of elements from hydrogen to argon in the periodic table of elements. Defect reduction method.

前記第２の工程は、前記ウェーハを１１５０℃〜１３５０℃の温度に加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＩＭＯＸウェーハの結晶欠陥の低減方法。 3. The method for reducing crystal defects in a SIMOX wafer according to claim 1, wherein in the second step, the wafer is heated to a temperature of 1150 ° C. to 1350 ° C. 3.