JP4228676B2 - Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXygen）ウェーハの製造方法に関する。更に詳しくは、表面の金属汚染を低減しかつ埋込み酸化膜の絶縁耐圧特性の優れたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハの製造方法の１つとして、ＳＩＭＯＸ法（例えば、特許文献１参照）が知られている。このＳＩＭＯＸ法では、加速エネルギー約２００ｋｅＶかつドーズ量約２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で酸素イオンを注入し、アズ・インプラ（酸素イオンの注入後であって熱処理前の状態）で化学量論的な埋込み酸化膜（Buried OXide、以下、ＢＯＸという）を形成した後、ＳＯＩ層の結晶性回復及びＢＯＸの改質のために熱処理を施す。この方法で製造されたＳＩＭＯＸウェーハは高ドーズＳＩＭＯＸウェーハと呼ばれる。
しかし、この高ドーズＳＩＭＯＸウェーハでは、ＳＯＩ層に貫通転位が多く発生したり、酸素イオンの注入時間が長く製造コストが増大するなどの問題点があった。
【０００３】
そこで、ＳＯＩ層における貫通転位の低減や製造コストの低減について多くの検討が行われ、低ドーズＳＩＭＯＸ技術が提案された（例えば、特許文献２参照）。この低ドーズＳＩＭＯＸ技術では、加速エネルギー１８０ｋｅＶかつドーズ量４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で酸素イオンを注入した後に、熱処理を施すことにより、連続するＢＯＸを形成できる。この連続するＢＯＸの形成は、加速エネルギーが１８０ｋｅＶであって、ドーズ量が４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2程度である場合に限って可能であるため、このドーズ量はドーズ・ウィンドウと呼ばれる。
しかし、上記低ドーズＳＩＭＯＸウェーハではＢＯＸの厚さが薄いため、ＢＯＸの信頼性が低下する問題点があった。
【０００４】
この点を解消するために開発されたのがＩＴＯＸ（Internal Thermal OXidation）技術である（例えば、特許文献３及び４参照）。このＩＴＯＸ技術とは、ＢＯＸの膜厚が酸素イオンのドーズ量により計算される理論的膜厚になるアニール処理を濃度１％以下の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中で行った後に、濃度１％を越える酸素を含むアルゴンガス雰囲気中で酸化処理を施すことにより、ＢＯＸを厚膜化する技術である。このＩＴＯＸ技術の導入により、低ドーズＳＩＭＯＸウェーハのＢＯＸの信頼性が向上した。
しかし、上記ＩＴＯＸ技術を導入した低ドーズＳＩＭＯＸ法であっても、酸素イオンのドーズ量が４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と未だ多いため、イオン注入時間が１バッチ処理当り数時間も掛かるのに加えて、ＩＴＯＸ処理を施す必要があるため、熱処理時間も長くなり、生産効率が低下し製造コストが増大する問題点があった。
【０００５】
一方、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、酸素イオンの注入を２段階に分けて行う方法が開示されている（例えば、特許公報５参照）。この２段階酸素イオン注入法では、シリコンウェーハを２００〜７００℃に加熱した状態で１回目の酸素イオンの注入を行い、次にシリコンウェーハを２５〜２００℃に冷却した状態で２回目の酸素イオン注入を行う。この２段階酸素イオン注入法では、１回目の酸素イオン注入時にシリコンウェーハを加熱することでシリコンウェーハ表面を単結晶のまま維持し、２回目の酸素イオン注入によりシリコンウェーハ内にアモルファス層を形成する。次にこのシリコンウェーハを高温で酸化処理することにより、シリコンウェーハにＳＯＩ構造を形成する。この熱処理により、上記アモルファス層から多結晶、双晶、積層欠陥からなる高密度欠陥層が形成される。この高密度欠陥層が形成された領域は酸素の拡散が速いので、酸素イオンのドーズ量から理論的に予想される厚さの２倍程度の厚さまでＢＯＸを厚く形成できる。この方法によって製造されたＳＩＭＯＸウェーハは、ＭＬＤ（Modified Low Dose）−ＳＩＭＯＸと呼ばれている。
【０００６】
【特許文献１】
泉勝俊、他２名，「CMOS Device Fabricated on Buried SiO2 Layers Formed by Oxygen Implantation into Silicon」エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters），１９７８年，第１４巻，ｐ．５９３−５９４
【０００７】
【特許文献２】
中嶋定夫、他１名，「Analysis of buried oxide layer formation and mechanism of threading dislocation generation in the substoichiometric oxygen dose region」，ジャーナル・オブ・マテリアルズ・リサーチ（Journal of Mterials Research），１９９３年，第８巻，ｐ．５２３−５３４
【０００８】
【特許文献３】
中嶋定夫、他６名，「Thickness Increment of Buried Oxide in a SIMOX Wafer by High-temperature Oxidation」，プロシーディング・１９９４・アイイーイーイー・インターナショナル・エスオーアイ・コンフェレンス（Proceedings 1994 IEEE International SOI Conference），１９９４年，ｐ．７１−７２
【０００９】
【特許文献４】
特開平７−２６３５３８号公報
【００１０】
【特許文献５】
米国特許第５９３０６４３号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のいずれのＳＩＭＯＸ法であっても、これらのＳＩＭＯＸ法で高品質なＢＯＸを形成するために、熱処理時にウェーハを１３００℃以上という高温に保持しなければならず、熱処理時にウェーハが金属汚染を受けてウェーハ表面に金属不純物が付着し易くなる問題点があった。この金属不純物をウェーハ表面から除去する方法として、酸素を含む雰囲気に塩化水素系ガスを混合する方法がデバイス製造において実用化されており、この方法は一般に塩酸酸化法と呼ばれている。
しかし、本発明者らが、熱処理時の酸素を含む不活性ガス雰囲気に塩化水素系ガスを一定量混合して、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸを作製したところ、ウェーハ表面の金属汚染は低減できるものの、ＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまう問題点があることが分かった。
【００１２】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウェーハ表面の金属汚染を低減でき、かつＢＯＸの絶縁耐圧特性を向上できる、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らは、酸素を含む不活性ガス雰囲気への塩化水素系ガスの混合方法について検討を重ねた。その結果、酸素イオンを注入したシリコンウェーハに熱処理を行う工程のうち、酸素の含有量の多い高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程において塩化水素系ガスを混合すると、ウェーハ表面の酸化膜が厚くなってＢＯＸの厚膜化が抑制され、ＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまうけれども、酸素の含有量の少ない低酸素分圧ガス雰囲気での処理時に塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸの絶縁耐圧特性は低下しないことを見出した。特に熱処理の最終工程である降温時に塩化水素系ガスを混合すると、ウェーハ表面の金属汚染を効果的に低減できることを見出した。
【００１４】
また、本発明者らは、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法において、１回目の酸素イオンのドーズ量が多いと、ＢＯＸにシリコン島が発生しＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまうけれども、１回目の酸素イオンのドーズ量を低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量の半分以下である２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下にしても、連続するＢＯＸを形成でき、しかもＢＯＸの厚さが薄くなるにも拘らず、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を向上できることを見出した。
【００１５】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入した後に、シリコンウェーハ１１に所定の熱処理を行うことにより、シリコンウェーハ１１の内部にＢＯＸ１４を形成するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、所定の熱処理が、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程及びシリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程のいずれか一方又は双方と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含み、上記昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合するところにある。
【００１６】
この請求項１に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、酸素分圧比を５％未満にした昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性は低下しないので、この塩化水素系ガスがウェーハ１１表面の汚染金属であるＦｅやＣｕなどと結合し、塩化鉄や塩化銅などのガスとなってウェーハ１１から除去される。この結果、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。特に所定の熱処理の最終工程である降温工程時に低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合すると、熱処理後のウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。なお、所定の熱処理に酸化工程を含む場合、酸化処理時に酸素分圧比を５％以上にすることにより、高酸素分圧ガスに含まれる酸素をＢＯＸ１４を形成するために利用できるけれども、この高酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合すると、ＢＯＸ１４の厚膜化が抑制されて、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性が低下してしまうため、塩化水素系ガスを混合しないか、或いは混合してもその混合量を抑制する。
【００１７】
請求項２に係る発明は、図１に示すように、酸素イオンの注入工程が、シリコンウェーハ１１を２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入する第１注入工程と、この第１注入工程に引き続いて行いシリコンウェーハ１１を２００℃未満に冷却した状態で酸素イオンをドーズ量１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で注入する第２注入工程とを含むＳＩＭＯＸウェーハの製造方法である。
【００１８】
この請求項２に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、１回目の酸素イオンのドーズ量を５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と従来の低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量より少なくしたので、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるとともに、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減できかつ酸素イオンの注入時間を短縮できる。また２回目の酸素イオンのドーズ量を１回目の酸素イオンのドーズ量より少なくしたので、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、図１及び図２に示すように、酸素イオンの注入工程が、シリコンウェーハ１１を２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入する第１注入工程と、この第１注入工程に引き続いて行いシリコンウェーハ１１を２００℃未満に冷却した状態で酸素イオンをドーズ量１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で注入する第２注入工程とを含み、所定の熱処理が、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程及びシリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程のいずれか一方又は双方と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含み、上記昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法である。
【００２０】
この請求項３に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、上記２段階の酸素イオンの注入により、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減でき、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減でき、かつ酸素イオンの注入時間を短縮できるとともに、低酸素分圧ガス雰囲気中で行われる熱処理時にこの低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性は低下しないので、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。この結果、清浄で電気特性の優れたウェーハ１１を得ることができる。
【００２１】
また塩化水素系ガスを、酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０〜０．０２容量％混合し、酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０．０２〜１０容量％混合することが好ましい。
更に塩化水素系ガスの液体ソース材料としてトランス−ジクロロエチレンを用いることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入する工程と、このウェーハ１１に所定の熱処理を行う工程とを含む。この実施の形態では、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法にてウェーハ１１を製造する方法を説明する。なお、ＳＩＭＯＸウェーハをＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法ではなく、ＩＴＯＸ−ＳＩＭＯＸ法などの他のＳＩＭＯＸ法で製造する場合にも適用できる。
【００２３】
ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法では、酸素イオン注入を２段階に分けて行う。１回目の酸素イオンの注入はウェーハ１１を２００℃以上、好ましくは３００〜６００℃に加熱した状態で酸素イオンのドーズ量が５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、好ましくは１．２５×１０17〜１．７５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で行う（第１注入工程）。２回目の酸素イオンの注入は１回目の酸素イオンの注入に引き続いて行い、ウェーハ１１を２００℃未満、好ましくは２５〜１００℃に冷却した状態で酸素イオンのドーズ量が１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、好ましくは５×１０14〜１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で行う（第２注入工程）。
【００２４】
１回目の酸素イオンの注入においてウェーハ１１を２００℃以上に加熱したのは、ウェーハ１１表面を単結晶のまま維持してウェーハ１１中に酸素の高濃度層１２（図１（ａ））を形成するためであり、２回目の酸素イオンの注入においてウェーハ１１を２００℃未満に冷却したのは、ウェーハ１１中にアモルファス層１３（図１（ｂ））を形成するためである。また１回目の酸素イオンのドーズ量を５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の範囲に限定したのは、熱処理後のＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減するためであり、第１注入工程より第２注入工程の酸素イオンのドーズ量を少なくしたのは、２回目の酸素イオンのドーズ量が多いと、１回目及び２回目の酸素イオンの合計ドーズ量が多くなって、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島が増加してしまうからである。
【００２５】
一方、上記所定の熱処理は、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、酸素分圧比５％以上、好ましくは酸素分圧比２０〜８０％の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程と、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程と、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含む。この実施の形態では、ウェーハ１１を酸化処理した後に、引き続いてウェーハ１１をアニール処理する。また高酸素分圧ガスには塩化水素系ガスを混合しないで、低酸素分圧ガスのみに塩化水素系ガスを混合する。なお、高酸素分圧ガスは分圧比５％以上の酸素を含む不活性ガスをいい、低酸素分圧ガスは分圧比５％未満の酸素を含む不活性ガスをいい、不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスが挙げられる。
【００２６】
塩化水素系ガスの液体ソース材料としては、ＨＣｌガスの他に、Ｔｒａｎｓ−ＬＣやトリクロロエチレン（ＴＣＡ）を用いることができるけれども、ＴＣＡは地球のオゾン層を破壊する物質として利用が制限されるようになっており、Ｔｒａｎｓ−ＬＣを用いることが好ましい。Ｔｒａｎｓ−ＬＣの最小プロセス温度は７５０℃であるため、昇温工程及び降温工程を含む所定の熱処理のうち７５０℃以上でＴｒａｎｓ−ＬＣを混合する。またＴｒａｎｓ−ＬＣのキャリヤーガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスを使用することが好ましい。更に上記塩化水素系ガスは、酸化処理時、即ち酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０〜０．０２容積％、好ましくは０〜０．０１容積％混合し、アニール処理時、即ち酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０．０２〜１０容量％、好ましくは０．０２〜１容量％混合する。
【００２７】
上記塩化水素系ガスは、石英容器に貯留した液状のＴｒａｎｓ−ＬＣを窒素ガスやアルゴンガスなどでバブリングして生成され、この状態で高酸素分圧ガス又は低酸素分圧ガスに混合する。なお、キャリヤガスの流量の２倍程度の酸素が最小限必要とされる。
【００２８】
ウェーハ１１の酸化処理時において酸素分圧比を５％以上に限定しかつ塩化水素系ガスの混合流量を０〜０．０２容量％に限定したのは、ＢＯＸの絶縁耐圧特性の低下を防止するためである。また酸素分圧比が５％未満の処理時に塩化水素系ガスの混合流量を０．０２〜１０容量％に限定したのは、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させずにウェーハ１１表面の金属汚染を低減するためである。
【００２９】
上記酸化処理及びアニール処理は、ウェーハ１１を１３００℃以上、好ましくは１３２０〜１３５０℃に加熱し、この状態に４〜１６時間、好ましくは８〜１２時間保持して行う。これによりウェーハ１１中にＢＯＸ１４が形成される（図１（ｃ））。上記酸素分圧比や熱処理時間を上記範囲内で変えることにより、表面酸化膜１５及び１６の厚さを調節でき、これによりＳＯＩ層１７の厚さを制御できるようになっている。
【００３０】
なお、ウェーハをアニール処理した後に酸化処理してもよい。この場合、酸化処理の後の降温工程の雰囲気は、酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合した雰囲気であることが好ましい。また、酸化処理時の加熱温度とアニール処理時の加熱温度は同一であっても、或いは異なってもよく、異なる場合（図２の一点鎖線及び二点鎖線で示す。）には、酸化処理とアニール処理との間の昇温工程及び降温工程における雰囲気が酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合した雰囲気であることが好ましい。
また、上記所定の熱処理は、アニール処理工程を含まない昇温工程と酸化処理工程と降温工程により構成してもよく、或いは酸化処理工程を含まない昇温工程とアニール処理工程と降温工程により構成してもよい。
【００３１】
上記ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法にて製造されたＳＩＭＯＸウェーハでは、１回目の酸素イオンのドーズ量を従来の低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量（４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）より少ない５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とすることにより、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を向上できるとともに、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減できかつ酸素イオンの注入時間を短縮できるので、ウェーハ１１の製造コストを低減できる。また２回目の酸素イオンのドーズ量を１回目の酸素イオンのドーズ量より少なくすることにより、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を向上できる。更に酸化処理時の高酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合しなかったので、塩化水素系ガスによるＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性の低下を防止でき、熱処理の昇温時、アニール処理時及び降温時の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合したので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を低下させることなく、ウェーハ表面の汚染金属であるＦｅやＣｕなどを塩化鉄や塩化銅などのガスとして除去できる。この結果、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減できる。従って、ウェーハ表面の金属汚染を低減でき、かつＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を向上できるので、清浄で電気特性の優れたウェーハ１１を得ることができる。
【００３２】
【実施例】
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＞
図１に示すように、シリコンウェーハ１１をＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法により製造した。先ずウェーハ１１に酸素イオン注入を２段階に分けて行った。１回目の酸素イオン注入は、ウェーハ１１を真空中で４００℃に加熱し、酸素イオンのドーズ量を３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2として行った。２回目の酸素イオン注入は、１回目の酸素イオン注入に引き続いて行い、ウェーハ１１の温度を室温まで下げ、酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2として行った。これによりウェーハ１１表面を単結晶のまま維持してウェーハ１１中に酸素の高濃度層１２及びアモルファス層１３を形成した。
【００３３】
次にウェーハ１１を熱処理炉に収容し、昇温工程で１℃／分の昇温速度で１３４０℃まで昇温し、酸化処理工程で１３４０℃に１０時間保持し、アニール処理工程で１３４０℃に５時間保持した後に、降温工程で１℃／分の降温速度で６００℃まで降温した。なお、ウェーハ１１のアニール処理工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハ１１の昇温工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハ１１の酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。このように製造されたウェーハ１１を実施例１とした。
【００３４】
＜実施例２＞
ウェーハの降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの昇温工程及びアニール工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例２とした。
【００３５】
＜実施例３＞
ウェーハの昇温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハのアニール工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例３とした。
【００３６】
＜比較例１＞
ウェーハの昇温工程、アニール処理工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。またウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例１とした。
【００３７】
＜比較例２＞
ウェーハの昇温工程、アニール工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例２とした。
【００３８】
＜比較例３＞
ウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの昇温工程、アニール処理工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例３とした。
【００３９】
＜試験１及び評価＞
実施例１〜３及び比較例１〜３のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。その結果を図３に示す。
図３から明らかなように、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が８８Ｖと比較的高い値を示したけれども、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）では７０Ｖに低下し、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）では７７Ｖに低下した。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が９０Ｖと殆ど低下せず、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が９２Ｖと殆ど低下せず、更に実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が８９Ｖと殆ど低下しないことが分かった。
【００４０】
＜試験２及び評価＞
実施例１〜３及び比較例１〜３のウェーハ中のＦｅ濃度をＳＰＶ（Surface Photo Voltage）法により測定し、ウェーハ表面のＣｕ濃度をＡＡＳ（Atomic Absorption Spectroscopy）法により測定した。その結果を図４（ａ）及び（ｂ）に示す。
【００４１】
図４（ａ）から明らかなように、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約２×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約７×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）まで低減したけれども、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約９×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約６×１０1 1ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と比較的多く検出され、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約２×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約８×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と比較的多く検出された。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約７×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約１．５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と低減し、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約３×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約７×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と低減することが分かった。なお、実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約８×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と比較的多く検出されたのは、昇温後の酸化処理以降にウェーハに汚染金属であるＦｅが混入したためである。
【００４２】
図４（ｂ）から明らかなように、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下と比較的少なかったけれども、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約７×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と比較的多く検出され、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約８×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と比較的多く検出された。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約７×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と低減し、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下に低減することが分かった。なお、実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１．５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と比較的多く検出されたのは、昇温後の酸化処理以降にウェーハに汚染金属であるＣｕが混入したためである。
【００４３】
＜実施例４＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．２５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例４とした。
＜実施例５＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例５とした。
【００４４】
＜実施例６＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．７５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例６とした。
＜実施例７＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例７とした。
【００４５】
＜比較例４＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．２５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例４とした。
＜比較例５＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例５とした。
【００４６】
＜試験３及び評価＞
実施例４〜７、比較例４及び比較例５のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。ＢＯＸの絶縁耐圧の測定は上記試験１と同様にして行った。その結果を図５に示す。
図５から明らかなように、ドーズ量の低下に伴ってＢＯＸの絶縁耐圧特性が向上し、特にドーズ量を２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下に低減することによって、良好なＢＯＸの絶縁耐圧特性が得られることが分かった。
【００４７】
＜実施例８〜１１＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．７５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2として、ウェーハに酸素イオンを注入したことを除いて実施例２と同様にして、ウェーハを４枚製造した。これらのウェーハを実施例８〜１１とした。
【００４８】
＜試験４及び評価＞
実施例８〜１１のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。ＢＯＸの絶縁耐圧の測定は上記試験１と同様にして行った。その結果を図６に示す。
図６から明らかなように、シリコン島を低減できるイオン注入条件と、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させないでＳＩＭＯＸウェーハ表面の金属汚染を除去できる熱処理条件とを組み合わせて作製した実施例８〜１１のウェーハでは、極めて優れたＢＯＸの絶縁耐圧特性が得られ、いずれも０．１４μｍ厚のＢＯＸが形成され、その絶縁耐圧は１００Ｖ以上もあった。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シリコンウェーハの昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合したので、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させることなく、ウェーハ表面又はウェーハ中の汚染金属であるＦｅやＣｕなどを塩化鉄や塩化銅などのガスとして除去できる。
【００５０】
また第１注入工程でシリコンウェーハを２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入し、第２注入工程でシリコンウェーハを２００℃未満に冷却した状態で１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入すれば、ＢＯＸに発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸの絶縁耐圧特性の低下を防止できるとともに、イオン注入時の金属汚染を低減でき、かつイオン注入時間を短縮できるので、ウェーハの製造コストを低減できる。
【００５１】
更に上記２段階の酸素イオンを注入した後に、低酸素分圧ガス雰囲気中で行われる熱処理時に塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合すれば、ＢＯＸに発生するシリコン島を低減でき、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減でき、かつ酸素イオンの注入時間を短縮できるとともに、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を低下させずに、ウェーハ表面の金属汚染を低減することができる。この結果、清浄であって電気特性の優れたウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態のＳＩＭＯＸウェーハの製造工程の一部を示す断面構成図。
【図２】その熱処理工程のタイミングチャートを示す図。
【図３】熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハのＢＯＸの絶縁耐圧に及ぼす影響を示す図。
【図４】（ａ）熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハの金属（Ｆｅ）汚染除去に及ぼす影響を示す図。
（ｂ）熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハの金属（Ｃｕ）汚染除去に及ぼす影響を示す図。
【図５】ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法における１回目の酸素イオンのドーズ量がＢＯＸの絶縁耐圧に及ぼす影響を示す図。
【図６】ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法により所定の条件で製造されたウェーハのＢＯＸの絶縁耐圧を示す図。
【符号の説明】
１１ シリコンウェーハ
１２ 酸素の高濃度層
１３ アモルファス層
１４ ＢＯＸ（埋込み酸化膜）
１５，１６ 表面酸化層
１７ ＳＯＩ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXygen）ウェーハの製造方法に関する。更に詳しくは、表面の金属汚染を低減しかつ埋込み酸化膜の絶縁耐圧特性の優れたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハの製造方法の１つとして、ＳＩＭＯＸ法（例えば、特許文献１参照）が知られている。このＳＩＭＯＸ法では、加速エネルギー約２００ｋｅＶかつドーズ量約２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で酸素イオンを注入し、アズ・インプラ（酸素イオンの注入後であって熱処理前の状態）で化学量論的な埋込み酸化膜（Buried OXide、以下、ＢＯＸという）を形成した後、ＳＯＩ層の結晶性回復及びＢＯＸの改質のために熱処理を施す。この方法で製造されたＳＩＭＯＸウェーハは高ドーズＳＩＭＯＸウェーハと呼ばれる。
しかし、この高ドーズＳＩＭＯＸウェーハでは、ＳＯＩ層に貫通転位が多く発生したり、酸素イオンの注入時間が長く製造コストが増大するなどの問題点があった。
【０００３】
そこで、ＳＯＩ層における貫通転位の低減や製造コストの低減について多くの検討が行われ、低ドーズＳＩＭＯＸ技術が提案された（例えば、特許文献２参照）。この低ドーズＳＩＭＯＸ技術では、加速エネルギー１８０ｋｅＶかつドーズ量４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で酸素イオンを注入した後に、熱処理を施すことにより、連続するＢＯＸを形成できる。この連続するＢＯＸの形成は、加速エネルギーが１８０ｋｅＶであって、ドーズ量が４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2程度である場合に限って可能であるため、このドーズ量はドーズ・ウィンドウと呼ばれる。
しかし、上記低ドーズＳＩＭＯＸウェーハではＢＯＸの厚さが薄いため、ＢＯＸの信頼性が低下する問題点があった。
【０００４】
この点を解消するために開発されたのがＩＴＯＸ（Internal Thermal OXidation）技術である（例えば、特許文献３及び４参照）。このＩＴＯＸ技術とは、ＢＯＸの膜厚が酸素イオンのドーズ量により計算される理論的膜厚になるアニール処理を濃度１％以下の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中で行った後に、濃度１％を越える酸素を含むアルゴンガス雰囲気中で酸化処理を施すことにより、ＢＯＸを厚膜化する技術である。このＩＴＯＸ技術の導入により、低ドーズＳＩＭＯＸウェーハのＢＯＸの信頼性が向上した。
しかし、上記ＩＴＯＸ技術を導入した低ドーズＳＩＭＯＸ法であっても、酸素イオンのドーズ量が４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と未だ多いため、イオン注入時間が１バッチ処理当り数時間も掛かるのに加えて、ＩＴＯＸ処理を施す必要があるため、熱処理時間も長くなり、生産効率が低下し製造コストが増大する問題点があった。
【０００５】
一方、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、酸素イオンの注入を２段階に分けて行う方法が開示されている（例えば、特許公報５参照）。この２段階酸素イオン注入法では、シリコンウェーハを２００〜７００℃に加熱した状態で１回目の酸素イオンの注入を行い、次にシリコンウェーハを２５〜２００℃に冷却した状態で２回目の酸素イオン注入を行う。この２段階酸素イオン注入法では、１回目の酸素イオン注入時にシリコンウェーハを加熱することでシリコンウェーハ表面を単結晶のまま維持し、２回目の酸素イオン注入によりシリコンウェーハ内にアモルファス層を形成する。次にこのシリコンウェーハを高温で酸化処理することにより、シリコンウェーハにＳＯＩ構造を形成する。この熱処理により、上記アモルファス層から多結晶、双晶、積層欠陥からなる高密度欠陥層が形成される。この高密度欠陥層が形成された領域は酸素の拡散が速いので、酸素イオンのドーズ量から理論的に予想される厚さの２倍程度の厚さまでＢＯＸを厚く形成できる。この方法によって製造されたＳＩＭＯＸウェーハは、ＭＬＤ（Modified Low Dose）−ＳＩＭＯＸと呼ばれている。
【０００６】
【特許文献１】
泉勝俊、他２名，「CMOS Device Fabricated on Buried SiO2 Layers Formed by Oxygen Implantation into Silicon」エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters），１９７８年，第１４巻，ｐ．５９３−５９４
【０００７】
【特許文献２】
中嶋定夫、他１名，「Analysis of buried oxide layer formation and mechanism of threading dislocation generation in the substoichiometric oxygen dose region」，ジャーナル・オブ・マテリアルズ・リサーチ（Journal of Mterials Research），１９９３年，第８巻，ｐ．５２３−５３４
【０００８】
【特許文献３】
中嶋定夫、他６名，「Thickness Increment of Buried Oxide in a SIMOX Wafer by High-temperature Oxidation」，プロシーディング・１９９４・アイイーイーイー・インターナショナル・エスオーアイ・コンフェレンス（Proceedings 1994 IEEE International SOI Conference），１９９４年，ｐ．７１−７２
【０００９】
【特許文献４】
特開平７−２６３５３８号公報
【００１０】
【特許文献５】
米国特許第５９３０６４３号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のいずれのＳＩＭＯＸ法であっても、これらのＳＩＭＯＸ法で高品質なＢＯＸを形成するために、熱処理時にウェーハを１３００℃以上という高温に保持しなければならず、熱処理時にウェーハが金属汚染を受けてウェーハ表面に金属不純物が付着し易くなる問題点があった。この金属不純物をウェーハ表面から除去する方法として、酸素を含む雰囲気に塩化水素系ガスを混合する方法がデバイス製造において実用化されており、この方法は一般に塩酸酸化法と呼ばれている。
しかし、本発明者らが、熱処理時の酸素を含む不活性ガス雰囲気に塩化水素系ガスを一定量混合して、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸを作製したところ、ウェーハ表面の金属汚染は低減できるものの、ＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまう問題点があることが分かった。
【００１２】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウェーハ表面の金属汚染を低減でき、かつＢＯＸの絶縁耐圧特性を向上できる、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らは、酸素を含む不活性ガス雰囲気への塩化水素系ガスの混合方法について検討を重ねた。その結果、酸素イオンを注入したシリコンウェーハに熱処理を行う工程のうち、酸素の含有量の多い高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程において塩化水素系ガスを混合すると、ウェーハ表面の酸化膜が厚くなってＢＯＸの厚膜化が抑制され、ＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまうけれども、酸素の含有量の少ない低酸素分圧ガス雰囲気での処理時に塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸの絶縁耐圧特性は低下しないことを見出した。特に熱処理の最終工程である降温時に塩化水素系ガスを混合すると、ウェーハ表面の金属汚染を効果的に低減できることを見出した。
【００１４】
また、本発明者らは、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法において、１回目の酸素イオンのドーズ量が多いと、ＢＯＸにシリコン島が発生しＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまうけれども、１回目の酸素イオンのドーズ量を低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量の半分以下である２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下にしても、連続するＢＯＸを形成でき、しかもＢＯＸの厚さが薄くなるにも拘らず、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を向上できることを見出した。
【００１５】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入した後に、シリコンウェーハ１１に所定の熱処理を行うことにより、シリコンウェーハ１１の内部にＢＯＸ１４を形成するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、所定の熱処理が、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程及びシリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程のいずれか一方又は双方と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含み、上記昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合するところにある。
【００１６】
この請求項１に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、酸素分圧比を５％未満にした昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性は低下しないので、この塩化水素系ガスがウェーハ１１表面の汚染金属であるＦｅやＣｕなどと結合し、塩化鉄や塩化銅などのガスとなってウェーハ１１から除去される。この結果、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。特に所定の熱処理の最終工程である降温工程時に低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合すると、熱処理後のウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。なお、所定の熱処理に酸化工程を含む場合、酸化処理時に酸素分圧比を５％以上にすることにより、高酸素分圧ガスに含まれる酸素をＢＯＸ１４を形成するために利用できるけれども、この高酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合すると、ＢＯＸ１４の厚膜化が抑制されて、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性が低下してしまうため、塩化水素系ガスを混合しないか、或いは混合してもその混合量を抑制する。
【００１７】
請求項２に係る発明は、図１に示すように、酸素イオンの注入工程が、シリコンウェーハ１１を２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入する第１注入工程と、この第１注入工程に引き続いて行いシリコンウェーハ１１を２００℃未満に冷却した状態で酸素イオンをドーズ量１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で注入する第２注入工程とを含むＳＩＭＯＸウェーハの製造方法である。
【００１８】
この請求項２に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、１回目の酸素イオンのドーズ量を５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と従来の低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量より少なくしたので、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるとともに、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減できかつ酸素イオンの注入時間を短縮できる。また２回目の酸素イオンのドーズ量を１回目の酸素イオンのドーズ量より少なくしたので、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、図１及び図２に示すように、酸素イオンの注入工程が、シリコンウェーハ１１を２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入する第１注入工程と、この第１注入工程に引き続いて行いシリコンウェーハ１１を２００℃未満に冷却した状態で酸素イオンをドーズ量１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で注入する第２注入工程とを含み、所定の熱処理が、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程及びシリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程のいずれか一方又は双方と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含み、上記昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法である。
【００２０】
この請求項３に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、上記２段階の酸素イオンの注入により、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減でき、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減でき、かつ酸素イオンの注入時間を短縮できるとともに、低酸素分圧ガス雰囲気中で行われる熱処理時にこの低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性は低下しないので、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。この結果、清浄で電気特性の優れたウェーハ１１を得ることができる。
【００２１】
また塩化水素系ガスを、酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０〜０．０２容量％混合し、酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０．０２〜１０容量％混合することが好ましい。
更に塩化水素系ガスの液体ソース材料としてトランス−ジクロロエチレンを用いることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入する工程と、このウェーハ１１に所定の熱処理を行う工程とを含む。この実施の形態では、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法にてウェーハ１１を製造する方法を説明する。なお、ＳＩＭＯＸウェーハをＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法ではなく、ＩＴＯＸ−ＳＩＭＯＸ法などの他のＳＩＭＯＸ法で製造する場合にも適用できる。
【００２３】
ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法では、酸素イオン注入を２段階に分けて行う。１回目の酸素イオンの注入はウェーハ１１を２００℃以上、好ましくは３００〜６００℃に加熱した状態で酸素イオンのドーズ量が５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、好ましくは１．２５×１０17〜１．７５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で行う（第１注入工程）。２回目の酸素イオンの注入は１回目の酸素イオンの注入に引き続いて行い、ウェーハ１１を２００℃未満、好ましくは２５〜１００℃に冷却した状態で酸素イオンのドーズ量が１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、好ましくは５×１０14〜１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で行う（第２注入工程）。
【００２４】
１回目の酸素イオンの注入においてウェーハ１１を２００℃以上に加熱したのは、ウェーハ１１表面を単結晶のまま維持してウェーハ１１中に酸素の高濃度層１２（図１（ａ））を形成するためであり、２回目の酸素イオンの注入においてウェーハ１１を２００℃未満に冷却したのは、ウェーハ１１中にアモルファス層１３（図１（ｂ））を形成するためである。また１回目の酸素イオンのドーズ量を５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の範囲に限定したのは、熱処理後のＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減するためであり、第１注入工程より第２注入工程の酸素イオンのドーズ量を少なくしたのは、２回目の酸素イオンのドーズ量が多いと、１回目及び２回目の酸素イオンの合計ドーズ量が多くなって、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島が増加してしまうからである。
【００２５】
一方、上記所定の熱処理は、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、酸素分圧比５％以上、好ましくは酸素分圧比２０〜８０％の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程と、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程と、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含む。この実施の形態では、ウェーハ１１を酸化処理した後に、引き続いてウェーハ１１をアニール処理する。また高酸素分圧ガスには塩化水素系ガスを混合しないで、低酸素分圧ガスのみに塩化水素系ガスを混合する。なお、高酸素分圧ガスは分圧比５％以上の酸素を含む不活性ガスをいい、低酸素分圧ガスは分圧比５％未満の酸素を含む不活性ガスをいい、不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスが挙げられる。
【００２６】
塩化水素系ガスの液体ソース材料としては、ＨＣｌガスの他に、Ｔｒａｎｓ−ＬＣやトリクロロエチレン（ＴＣＡ）を用いることができるけれども、ＴＣＡは地球のオゾン層を破壊する物質として利用が制限されるようになっており、Ｔｒａｎｓ−ＬＣを用いることが好ましい。Ｔｒａｎｓ−ＬＣの最小プロセス温度は７５０℃であるため、昇温工程及び降温工程を含む所定の熱処理のうち７５０℃以上でＴｒａｎｓ−ＬＣを混合する。またＴｒａｎｓ−ＬＣのキャリヤーガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスを使用することが好ましい。更に上記塩化水素系ガスは、酸化処理時、即ち酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０〜０．０２容積％、好ましくは０〜０．０１容積％混合し、アニール処理時、即ち酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０．０２〜１０容量％、好ましくは０．０２〜１容量％混合する。
【００２７】
上記塩化水素系ガスは、石英容器に貯留した液状のＴｒａｎｓ−ＬＣを窒素ガスやアルゴンガスなどでバブリングして生成され、この状態で高酸素分圧ガス又は低酸素分圧ガスに混合する。なお、キャリヤガスの流量の２倍程度の酸素が最小限必要とされる。
【００２８】
ウェーハ１１の酸化処理時において酸素分圧比を５％以上に限定しかつ塩化水素系ガスの混合流量を０〜０．０２容量％に限定したのは、ＢＯＸの絶縁耐圧特性の低下を防止するためである。また酸素分圧比が５％未満の処理時に塩化水素系ガスの混合流量を０．０２〜１０容量％に限定したのは、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させずにウェーハ１１表面の金属汚染を低減するためである。
【００２９】
上記酸化処理及びアニール処理は、ウェーハ１１を１３００℃以上、好ましくは１３２０〜１３５０℃に加熱し、この状態に４〜１６時間、好ましくは８〜１２時間保持して行う。これによりウェーハ１１中にＢＯＸ１４が形成される（図１（ｃ））。上記酸素分圧比や熱処理時間を上記範囲内で変えることにより、表面酸化膜１５及び１６の厚さを調節でき、これによりＳＯＩ層１７の厚さを制御できるようになっている。
【００３０】
なお、ウェーハをアニール処理した後に酸化処理してもよい。この場合、酸化処理の後の降温工程の雰囲気は、酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合した雰囲気であることが好ましい。また、酸化処理時の加熱温度とアニール処理時の加熱温度は同一であっても、或いは異なってもよく、異なる場合（図２の一点鎖線及び二点鎖線で示す。）には、酸化処理とアニール処理との間の昇温工程及び降温工程における雰囲気が酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合した雰囲気であることが好ましい。
また、上記所定の熱処理は、アニール処理工程を含まない昇温工程と酸化処理工程と降温工程により構成してもよく、或いは酸化処理工程を含まない昇温工程とアニール処理工程と降温工程により構成してもよい。
【００３１】
上記ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法にて製造されたＳＩＭＯＸウェーハでは、１回目の酸素イオンのドーズ量を従来の低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量（４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）より少ない５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とすることにより、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を向上できるとともに、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減できかつ酸素イオンの注入時間を短縮できるので、ウェーハ１１の製造コストを低減できる。また２回目の酸素イオンのドーズ量を１回目の酸素イオンのドーズ量より少なくすることにより、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を向上できる。更に酸化処理時の高酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合しなかったので、塩化水素系ガスによるＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性の低下を防止でき、熱処理の昇温時、アニール処理時及び降温時の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合したので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を低下させることなく、ウェーハ表面の汚染金属であるＦｅやＣｕなどを塩化鉄や塩化銅などのガスとして除去できる。この結果、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減できる。従って、ウェーハ表面の金属汚染を低減でき、かつＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を向上できるので、清浄で電気特性の優れたウェーハ１１を得ることができる。
【００３２】
【実施例】
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＞
図１に示すように、シリコンウェーハ１１をＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法により製造した。先ずウェーハ１１に酸素イオン注入を２段階に分けて行った。１回目の酸素イオン注入は、ウェーハ１１を真空中で４００℃に加熱し、酸素イオンのドーズ量を３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2として行った。２回目の酸素イオン注入は、１回目の酸素イオン注入に引き続いて行い、ウェーハ１１の温度を室温まで下げ、酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2として行った。これによりウェーハ１１表面を単結晶のまま維持してウェーハ１１中に酸素の高濃度層１２及びアモルファス層１３を形成した。
【００３３】
次にウェーハ１１を熱処理炉に収容し、昇温工程で１℃／分の昇温速度で１３４０℃まで昇温し、酸化処理工程で１３４０℃に１０時間保持し、アニール処理工程で１３４０℃に５時間保持した後に、降温工程で１℃／分の降温速度で６００℃まで降温した。なお、ウェーハ１１のアニール処理工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハ１１の昇温工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハ１１の酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。このように製造されたウェーハ１１を実施例１とした。
【００３４】
＜実施例２＞
ウェーハの降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの昇温工程及びアニール工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例２とした。
【００３５】
＜実施例３＞
ウェーハの昇温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハのアニール工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例３とした。
【００３６】
＜比較例１＞
ウェーハの昇温工程、アニール処理工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。またウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例１とした。
【００３７】
＜比較例２＞
ウェーハの昇温工程、アニール工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例２とした。
【００３８】
＜比較例３＞
ウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの昇温工程、アニール処理工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例３とした。
【００３９】
＜試験１及び評価＞
実施例１〜３及び比較例１〜３のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。その結果を図３に示す。
図３から明らかなように、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が８８Ｖと比較的高い値を示したけれども、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）では７０Ｖに低下し、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）では７７Ｖに低下した。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が９０Ｖと殆ど低下せず、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が９２Ｖと殆ど低下せず、更に実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が８９Ｖと殆ど低下しないことが分かった。
【００４０】
＜試験２及び評価＞
実施例１〜３及び比較例１〜３のウェーハ中のＦｅ濃度をＳＰＶ（Surface Photo Voltage）法により測定し、ウェーハ表面のＣｕ濃度をＡＡＳ（Atomic Absorption Spectroscopy）法により測定した。その結果を図４（ａ）及び（ｂ）に示す。
【００４１】
図４（ａ）から明らかなように、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約２×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約７×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）まで低減したけれども、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約９×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約６×１０1 1ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と比較的多く検出され、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約２×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約８×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と比較的多く検出された。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約７×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約１．５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と低減し、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約３×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約７×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と低減することが分かった。なお、実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約８×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（約２×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）と比較的多く検出されたのは、昇温後の酸化処理以降にウェーハに汚染金属であるＦｅが混入したためである。
【００４２】
図４（ｂ）から明らかなように、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下と比較的少なかったけれども、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約７×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と比較的多く検出され、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約８×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と比較的多く検出された。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約７×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と低減し、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１×１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下に低減することが分かった。なお、実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１．５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と比較的多く検出されたのは、昇温後の酸化処理以降にウェーハに汚染金属であるＣｕが混入したためである。
【００４３】
＜実施例４＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．２５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例４とした。
＜実施例５＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例５とした。
【００４４】
＜実施例６＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．７５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例６とした。
＜実施例７＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例７とした。
【００４５】
＜比較例４＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．２５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例４とした。
＜比較例５＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例５とした。
【００４６】
＜試験３及び評価＞
実施例４〜７、比較例４及び比較例５のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。ＢＯＸの絶縁耐圧の測定は上記試験１と同様にして行った。その結果を図５に示す。
図５から明らかなように、ドーズ量の低下に伴ってＢＯＸの絶縁耐圧特性が向上し、特にドーズ量を２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下に低減することによって、良好なＢＯＸの絶縁耐圧特性が得られることが分かった。
【００４７】
＜実施例８〜１１＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．７５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2として、ウェーハに酸素イオンを注入したことを除いて実施例２と同様にして、ウェーハを４枚製造した。これらのウェーハを実施例８〜１１とした。
【００４８】
＜試験４及び評価＞
実施例８〜１１のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。ＢＯＸの絶縁耐圧の測定は上記試験１と同様にして行った。その結果を図６に示す。
図６から明らかなように、シリコン島を低減できるイオン注入条件と、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させないでＳＩＭＯＸウェーハ表面の金属汚染を除去できる熱処理条件とを組み合わせて作製した実施例８〜１１のウェーハでは、極めて優れたＢＯＸの絶縁耐圧特性が得られ、いずれも０．１４μｍ厚のＢＯＸが形成され、その絶縁耐圧は１００Ｖ以上もあった。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シリコンウェーハの昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合したので、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させることなく、ウェーハ表面又はウェーハ中の汚染金属であるＦｅやＣｕなどを塩化鉄や塩化銅などのガスとして除去できる。
【００５０】
また第１注入工程でシリコンウェーハを２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入し、第２注入工程でシリコンウェーハを２００℃未満に冷却した状態で１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入すれば、ＢＯＸに発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸの絶縁耐圧特性の低下を防止できるとともに、イオン注入時の金属汚染を低減でき、かつイオン注入時間を短縮できるので、ウェーハの製造コストを低減できる。
【００５１】
更に上記２段階の酸素イオンを注入した後に、低酸素分圧ガス雰囲気中で行われる熱処理時に塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合すれば、ＢＯＸに発生するシリコン島を低減でき、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減でき、かつ酸素イオンの注入時間を短縮できるとともに、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を低下させずに、ウェーハ表面の金属汚染を低減することができる。この結果、清浄であって電気特性の優れたウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態のＳＩＭＯＸウェーハの製造工程の一部を示す断面構成図。
【図２】その熱処理工程のタイミングチャートを示す図。
【図３】熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハのＢＯＸの絶縁耐圧に及ぼす影響を示す図。
【図４】（ａ）熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハの金属（Ｆｅ）汚染除去に及ぼす影響を示す図。
（ｂ）熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハの金属（Ｃｕ）汚染除去に及ぼす影響を示す図。
【図５】ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法における１回目の酸素イオンのドーズ量がＢＯＸの絶縁耐圧に及ぼす影響を示す図。
【図６】ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法により所定の条件で製造されたウェーハのＢＯＸの絶縁耐圧を示す図。
【符号の説明】
１１ シリコンウェーハ
１２ 酸素の高濃度層
１３ アモルファス層
１４ ＢＯＸ（埋込み酸化膜）
１５，１６ 表面酸化層
１７ ＳＯＩ層
Claims (5)
- シリコンウェーハ(11)に酸素イオンを注入した後に、前記シリコンウェーハ(11)に所定の熱処理を行うことにより、前記シリコンウェーハ(11)の内部に埋込み酸化膜(14)を形成するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、
前記所定の熱処理が、前記シリコンウェーハ(11)を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、前記シリコンウェーハ(11)を酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程及び前記シリコンウェーハ(11)を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程のいずれか一方又は双方と、前記シリコンウェーハ(11)を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含み、前記昇温工程と前記アニール処理工程と前記降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを前記酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合することを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 - シリコンウェーハ(11)に酸素イオンを注入した後に、前記シリコンウェーハ(11)に所定の熱処理を行うことにより、前記シリコンウェーハ(11)の内部に埋込み酸化膜(14)を形成するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、
前記酸素イオンの注入工程が、前記シリコンウェーハ(11)を２００℃以上に加熱した状態で前記酸素イオンを５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入する第１注入工程と、この第１注入工程に引き続いて行い前記シリコンウェーハ(11)を２００℃未満に冷却した状態で前記酸素イオンをドーズ量１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で注入する第２注入工程とを含むことを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 - シリコンウェーハ(11)に酸素イオンを注入した後に、前記シリコンウェーハ(11)に所定の熱処理を行うことにより、前記シリコンウェーハ(11)の内部に埋込み酸化膜(14)を形成するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、
前記酸素イオンの注入工程が、前記シリコンウェーハ(11)を２００℃以上に加熱した状態で前記酸素イオンを５×１０16〜２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量で注入する第１注入工程と、この第１注入工程に引き続いて行い前記シリコンウェーハ(11)を２００℃未満に冷却した状態で前記酸素イオンをドーズ量１×１０14〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2で注入する第２注入工程とを含み、
前記所定の熱処理が、前記シリコンウェーハ(11)を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、前記シリコンウェーハ(11)を酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程及び前記シリコンウェーハ(11)を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程のいずれか一方又は双方と、前記シリコンウェーハ(11)を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含み、前記昇温工程と前記アニール処理工程と前記降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを前記酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合することを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。 - 塩化水素系ガスを、酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０〜０．０２容量％混合し、酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０．０２〜１０容量％混合する請求項１又は３記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
- 塩化水素系ガスの液体ソース材料としてトランス−ジクロロエチレンを用いた請求項１、３又は４いずれか１項に記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
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