JPWO2002097892A1 - Soi基板 - Google Patents
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Abstract
単結晶ウェハ上に絶縁層及び表面単結晶シリコン層を順次形成したSOI構造を有するSOI基板において、SOI層でのピット発生がなく、かつ低コストで生産性の高い製造が可能で、優れたゲッタリング能力を有するSOI基板を提供することを目的として、SOI基板中に窒素と炭素を含有し、窒素含有量が1×1016atoms/cm3以下であり、かつ炭素含有量が1×1018atoms/cm3以下であることを特徴とするSOI基板とする。
Description
発明の技術分野
本発明は、シリコン基板の表面近傍に埋め込み酸化層を配し、その上に単結晶シリコン層(以下SOI(Silicon−On−Insulator)層とする)を形成させたSOI基板に関する。更に、本発明はSIMOX(Separation by IMplanted OXygen)技術によるSOI基板に関するものである。
背景技術
シリコン酸化物のような絶縁物上に単結晶シリコン層を形成するSOI基板としては、SIMOX基板と貼り合わせウェハが主として知られている。SIMOX基板は、酸素イオンのイオン注入によって単結晶シリコン基板内部に酸素イオンを注入し、引続き行われるアニール処理によって、これら酸素イオンとシリコン原子を化学反応させて、埋め込み酸化層を形成させることにより得られるSOI基板である。
一方、貼り合わせウェハは2枚の単結晶シリコンウェハを、酸化層をはさんで接着させ、2枚のうち片方のウェハを薄膜化することにより得られるSOI基板である。
これら、SIMOX基板や貼り合せウェハには、チョクラルスキー(CZ)法、もしくは、磁場印加CZ法により育成されたシリコン単結晶が用いられる。このようなシリコン単結晶は、通常ボイド欠陥を含んでいるが、これらはSOI基板を用いたデバイス作製上問題となる。SIMOX基板の場合、高温熱処理後の表面単結晶シリコン層(SOI層)表面にボイド欠陥が露出することがあり、四角い表面ピットとして観察される。表面ピットはSOI層の膜厚変動をもたらすものであり、デバイス作製上望ましくない。また、表面ピットの一部は、SIMOX基板を用いて作製したMOSFETのゲート酸化膜信頼性を劣化させるものであり、表面ピットの無いことが望まれる。一方、貼り合せウェハにおいても、SOI層の厚さがボイド欠陥の大きさ程度であると、SOI層にあるボイド欠陥はSOI層を貫通するピットとなり、例えば25wt%HF液に浸漬することで埋め込み酸化膜が溶出し、円形の窪みとなって観察される。このことから、HF欠陥と呼ばれるが、このようなSOIを貫通するピットはデバイス構造そのものを破壊するものであり、SOI層に存在しないことが望まれる。
このようなピットの発生を防ぐには、以下2つの方法が考えられる。1つは、単結晶シリコンウェハ上に、単結晶シリコンをエピタキシャル成長させたエピウェハを用いる方法である。これは、エピウェハのエピ層には、ピットの起因となるボイド欠陥が無いためである。もう1つは、特開平10−64837号公報で提案されている、CZ法での結晶育成時に窒素添加した単結晶シリコンウェハを用いる方法である。窒素濃度を制御することによりピットを減らす、或いは、なくすことが可能である。しかしながら、エピウェハはコスト増加が著しいために、望ましい選択ではない。一方、窒素添加単結晶シリコンウェハでは、窒素濃度が高いほどピット発生抑制の効果が高いが、窒素添加量が多いほど結晶育成時に多結晶化しやすい傾向があり、生産性・コストとのトレードオフが見られる。
本発明は、以上述べた課題を解決し、SOI層でのピット発生がなく、かつ、低コストで生産性の高い製造が可能であり、さらに優れたゲッタリング能力を有するSOI基板を提供することを目的とする。
発明の開示
我々は、SOI基板のSOI層中に発生するピットについて鋭意検討し、SOI層でのピット発生がなく、かつ、低コストで生産性の高い製造が可能であり、さらに優れたゲッタリング能力を有するSOI基板を提供する本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
単結晶ウェハ上に絶縁層及び表面単結晶シリコン層を順次形成したSOI構造を有するSOI基板であって、該SOI基板中に窒素と炭素を含有し、該窒素含有量が1×1016atoms/cm3以下であり、かつ、該炭素含有量が1×1018atoms/cm3以下であることを特徴とする。
前記SOI基板において、前記窒素と前記炭素が前記SOI基板内で濃度分布を有し、前記窒素の最大濃度が1×1012atoms/cm3以上であり、かつ、前記炭素の最大濃度が5×1015atoms/cm3以上であることを特徴とする。
シリコン単結晶ウェハに酸素イオンを注入し、その後高温熱処理を施すことにより、絶縁層である埋め込み酸化層と表面単結晶シリコン層を形成させるSIMOX法によるSOI基板であって、該SOI基板中に窒素と炭素を含有し、該窒素含有量が1×1016atoms/cm3以下であり、かつ、該炭素含有量が1×1018atoms/cm3以下であることを特徴とする。
前記SOI基板における前記窒素の最大濃度が1×1012atoms/cm3以上であり、かつ、前記炭素の最大濃度が5×1015atoms/cm3以上であることを特徴とする。
前記SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析した場合、前記表面シリコン層と前記絶縁層との界面付近で窒素偏析を示す信号強度変化を有することを特徴とする。
前記SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析した場合、前記絶縁層と前記単結晶ウェハとの界面付近で窒素偏析を示す信号強度変化を有することを特徴とする。
前記SOI基板が、作製前、作製途中、或いは作製後に、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理と、900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理とを受けてなることを特徴とする。
前記SOI基板が、シリコン単結晶ウェハに酸素イオンを注入し、その後高温熱処理を施すことにより、絶縁層である埋め込み酸化層と表面単結晶シリコン層を形成させるSIMOX法によるSOI基板であって、高温熱処理の前、或いは後に、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理と、900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理とを少なくとも1回受けてなることを特徴とする。
発明の実施の形態
以下に、本発明について詳細に説明する。
SIMOX法による SOI基板の製造工程を図1A〜図1Dを参照して簡単に説明する。図1Aに示される如きチョコラルスキー法で製造された単結晶シリコン基板1は、図1Bの如く、シリコン基板1上方から酸素イオン2を高電界下でシリコン基板1の内部へ打ち込まれ、図1Cの如く埋め込み酸素層3がシリコン基板1内部に形成される。その後シリコン基板1は熱処理されて、シリコン基板1と埋め込まれた酸素層3とその上のシリコン層4とからなるSOI基板となる(図1D)。
このようなSOI基板は、その後半導体製造工程を経て、酸素層3上のシリコン層4を利用しかつその上に配線層5を形成して、トランジスタその他の半導体素子あるいは半導体回路が形成されることができる(図1E)。
図2は貼り合せウェハの例を示す。単結晶シリコン基板11と絶縁層12と表面単結晶シリコン層13とが貼り合せられている。貼り合せは、熱拡散法などが利用できる。表面単結晶シリコン層13は貼り合せ後、ポリシングなどで所望の厚さにして用いられる。
本発明は、単結晶ウェハ上に絶縁層及び表面単結晶シリコン層を順次形成したSOI基板のうち、SOI基板中に所定量の窒素と炭素を含有したものである。
材料となる単結晶シリコンウェハは所望の窒素及び炭素濃度が得られていればよく、その伝導型はP型でもN型でもよい。単結晶シリコンの製造方法は、チョクラルスキー法でもフローティングゾーン法でも、どちらでも構わないが、窒素と炭素の添加しやすさ、及び、ウェハの機械的強度の観点から、チョクラルスキー法が望ましい。
貼り合せウェハの場合には、SOI層となる方のウェハを本発明で規定するような窒素及び炭素濃度とすればよい。もう一方のウェハとしては、単結晶シリコン、ポリシリコン、石英、水晶、サファイアなどの材質を用いることも可能である。
SOI基板中の窒素含有量が1×1016atoms/cm3超であると、窒素のシリコンへの固溶限に近くなるため多結晶化しやすくなり、実用には不適である。また、炭素含有量が1×1018atoms/cm3超である場合も、炭素のシリコンへの固溶限に近くなるため多結晶化しやすくなり、実用には不適である。
一方、SOI基板中の窒素の最大濃度が1×1012atoms/cm3未満であり、かつ、炭素の最大濃度が5×1015atoms/cm3未満である場合は、ピットの消滅効果が見られない。
本発明に係るSOI基板は、SIMOX法あるいは貼り合せ法のいずれで製造された場合でも、熱処理を経るために、含有された窒素が外方拡散する。窒素は絶縁層とシリコンの界面に偏析するため、SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析した場合、絶縁層と単結晶ウェハとの界面付近、あるいは、表面シリコン層と絶縁層との界面付近で窒素偏析を示す信号強度変化を有することとなる。
SIMOX法によるSOI基板の場合、例えば、加速エネルギー180keVでドーズ量4×1017atoms/cm2の酸素イオンを注入し、所定の深さに高濃度酸素イオン注入層を形成し、アニール温度を1350℃とし、Arに0.5%濃度の酸素を添加した雰囲気ガス中で4時間アニールした後、酸素濃度を70%としてさらに4時間アニールを行なう、といった工程で製造できる。しかしながら、SIMOX基板の製造条件については、特にこれに限定されるものではない。
金属不純物元素による汚染は、集積回路素子(デバイス)の動作不良をもたらすために、製造過程・環境をクリーン化が必要である。しかしながら、そのような汚染を完全に排除することは困難であるため、これまで集積回路用基板には、ゲッタリング能、即ち、汚染金属不純物元素をデバイス活性領域外で捕獲し無害化する機能が求められてきた。
これを具現化する手段は幾つかあるが、デバイス製造過程の低温化とともに、酸素析出物とその形成に伴い形成される欠陥、つまり、BMD(Bulk Micro Defect)が利用されている。ゲッタリングに必要とされるBMD密度は、用途等により決して一定ではないが、例えば、特開平2000−44389号公報や特開平2001−102384号公報に見られるように、およそ1×108個/cm3が、その機能発現の下限値として考えられている。BMDの形成には、通常、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理と、900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理を実施することが多い。非酸化性雰囲気中800℃4時間に引き続き1000℃8時間の熱処理等がその一例として挙げられる。
貼り合せ法では、SOI層となるウェハではない、もう一方のウェハに上記熱処理を施し、十分なBMDを形成すればよい。上記熱処理は、貼り合せによるSOI基板作製前でも作製後でもよい。貼り合せの熱処理が、900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理であれば、これを省略し、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理のみを行なってもよい。
SIMOX法の場合、高温熱処理が入るために、SOI作製前の上記熱処理では、形成したBMDの一部が消失してしまうものの、当該高温熱処理中の偶発汚染の影響を排除することが可能である。前記の量の窒素と炭素を含有する場合、SIMOX法における高温熱処理後でも、上記熱処理を施すことにより、十分なBMD密度が得られ、したがって、十分なゲッタリング能力が付与される。
実施例
以下、実施例で本発明を具体的に説明する。
チョクラルスキー法によりボロンドープ単結晶シリコンを育成した。特開2000−281491号公報の実施例に準じて、窒素を1×1015atoms/cm3、炭素を1×1017atoms/cm3をそれぞれ含む結晶を得、8インチ(200mm)の単結晶ウェハを得た。
その後、従来の一般的なSIMOX基板の作製方法にしたがいSIMOX基板を作製した。即ち、加速エネルギー180keVでドーズ量4×1017atoms/cm2の酸素イオンを注入し、所定の深さに高濃度酸素イオン注入層を形成した。アニール温度を1350℃とし、Arに0.5%濃度の酸素を添加した雰囲気ガス中で4時間アニールした後、酸素濃度を70%としてさらに4時間アニールを行なった。その結果、表面シリコン層の厚みが約160nm、埋め込み酸化膜の厚さが約110nmのSIMOX基板を得た。
基板中の窒素濃度と炭素濃度を低温の赤外吸収により調べた結果、窒素濃度は約5×1013atoms/cm3で、炭素濃度は約1×1017atoms/cm3であった。表面シリコン層の窒素は、2次イオン質量分析法、及び、表面の電気抵抗測定結果から、1×1012atoms/cm3未満と評価された。また、SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析したところ、表面シリコン層と絶縁層との界面、及び、絶縁層と単結晶シリコンとの界面で、窒素偏析を示す窒素の信号強度にピークが観察された。
アニール後、表面酸化膜を除去した後に、光学顕微鏡により表面観察を行なったが、表面ピットの発生は観察されなかった。
さらに、800℃1時間に引き続き、1000℃4時間の熱処理をAr中で行なったところ、赤外線トモグラフにより、表面より10μm以上深いウェハ内部において、1×109個/cm3の欠陥が形成されたことが観察されており、十分なゲッタリング能力を有することが分かった。
一方、窒素及び炭素を添加していない通常のウェハを用いて、同じSIMOXプロセスでSIMOX基板を作製した。表面酸化膜除去後に光学顕微鏡による表面観察で、約10個/cm2の密度のピットが観察された。ピットの形状は、直径10μm程度の円錐状、あるいは、四角錘状であった。このウェハをフッ酸に浸漬すると、ピットの部分から埋め込み酸化層が溶け出していく様子が観察され、ピット付近のSOI構造が破壊されていることが分かった。
また、引き続き800℃1時間と1000℃4時間の熱処理をAr中で行なったが、赤外線トモグラフによれば、BMDはウェハ内部に観察されず検出下限以下であり、ゲッタリング能力は不十分であることが分かった。
産業上の利用可能性
以上述べたように、本発明によれば、SOI層でのピット発生がなく、かつ、低コストで生産性の高い製造が可能で、優れたゲッタリング能力を有するSOI基板を提供でき、また、このSOI基板を用いてデバイスを作製すれば、良好な動作特性を有するデバイスを高歩留で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図1A〜図1DはシリコンウェハからSIMOX基板を製造する工程を示し、図1EはさらにSIMOX基板に半導体素子を形成した例を示す。
図2は貼り合わせウェハを示す。
本発明は、シリコン基板の表面近傍に埋め込み酸化層を配し、その上に単結晶シリコン層(以下SOI(Silicon−On−Insulator)層とする)を形成させたSOI基板に関する。更に、本発明はSIMOX(Separation by IMplanted OXygen)技術によるSOI基板に関するものである。
背景技術
シリコン酸化物のような絶縁物上に単結晶シリコン層を形成するSOI基板としては、SIMOX基板と貼り合わせウェハが主として知られている。SIMOX基板は、酸素イオンのイオン注入によって単結晶シリコン基板内部に酸素イオンを注入し、引続き行われるアニール処理によって、これら酸素イオンとシリコン原子を化学反応させて、埋め込み酸化層を形成させることにより得られるSOI基板である。
一方、貼り合わせウェハは2枚の単結晶シリコンウェハを、酸化層をはさんで接着させ、2枚のうち片方のウェハを薄膜化することにより得られるSOI基板である。
これら、SIMOX基板や貼り合せウェハには、チョクラルスキー(CZ)法、もしくは、磁場印加CZ法により育成されたシリコン単結晶が用いられる。このようなシリコン単結晶は、通常ボイド欠陥を含んでいるが、これらはSOI基板を用いたデバイス作製上問題となる。SIMOX基板の場合、高温熱処理後の表面単結晶シリコン層(SOI層)表面にボイド欠陥が露出することがあり、四角い表面ピットとして観察される。表面ピットはSOI層の膜厚変動をもたらすものであり、デバイス作製上望ましくない。また、表面ピットの一部は、SIMOX基板を用いて作製したMOSFETのゲート酸化膜信頼性を劣化させるものであり、表面ピットの無いことが望まれる。一方、貼り合せウェハにおいても、SOI層の厚さがボイド欠陥の大きさ程度であると、SOI層にあるボイド欠陥はSOI層を貫通するピットとなり、例えば25wt%HF液に浸漬することで埋め込み酸化膜が溶出し、円形の窪みとなって観察される。このことから、HF欠陥と呼ばれるが、このようなSOIを貫通するピットはデバイス構造そのものを破壊するものであり、SOI層に存在しないことが望まれる。
このようなピットの発生を防ぐには、以下2つの方法が考えられる。1つは、単結晶シリコンウェハ上に、単結晶シリコンをエピタキシャル成長させたエピウェハを用いる方法である。これは、エピウェハのエピ層には、ピットの起因となるボイド欠陥が無いためである。もう1つは、特開平10−64837号公報で提案されている、CZ法での結晶育成時に窒素添加した単結晶シリコンウェハを用いる方法である。窒素濃度を制御することによりピットを減らす、或いは、なくすことが可能である。しかしながら、エピウェハはコスト増加が著しいために、望ましい選択ではない。一方、窒素添加単結晶シリコンウェハでは、窒素濃度が高いほどピット発生抑制の効果が高いが、窒素添加量が多いほど結晶育成時に多結晶化しやすい傾向があり、生産性・コストとのトレードオフが見られる。
本発明は、以上述べた課題を解決し、SOI層でのピット発生がなく、かつ、低コストで生産性の高い製造が可能であり、さらに優れたゲッタリング能力を有するSOI基板を提供することを目的とする。
発明の開示
我々は、SOI基板のSOI層中に発生するピットについて鋭意検討し、SOI層でのピット発生がなく、かつ、低コストで生産性の高い製造が可能であり、さらに優れたゲッタリング能力を有するSOI基板を提供する本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
単結晶ウェハ上に絶縁層及び表面単結晶シリコン層を順次形成したSOI構造を有するSOI基板であって、該SOI基板中に窒素と炭素を含有し、該窒素含有量が1×1016atoms/cm3以下であり、かつ、該炭素含有量が1×1018atoms/cm3以下であることを特徴とする。
前記SOI基板において、前記窒素と前記炭素が前記SOI基板内で濃度分布を有し、前記窒素の最大濃度が1×1012atoms/cm3以上であり、かつ、前記炭素の最大濃度が5×1015atoms/cm3以上であることを特徴とする。
シリコン単結晶ウェハに酸素イオンを注入し、その後高温熱処理を施すことにより、絶縁層である埋め込み酸化層と表面単結晶シリコン層を形成させるSIMOX法によるSOI基板であって、該SOI基板中に窒素と炭素を含有し、該窒素含有量が1×1016atoms/cm3以下であり、かつ、該炭素含有量が1×1018atoms/cm3以下であることを特徴とする。
前記SOI基板における前記窒素の最大濃度が1×1012atoms/cm3以上であり、かつ、前記炭素の最大濃度が5×1015atoms/cm3以上であることを特徴とする。
前記SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析した場合、前記表面シリコン層と前記絶縁層との界面付近で窒素偏析を示す信号強度変化を有することを特徴とする。
前記SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析した場合、前記絶縁層と前記単結晶ウェハとの界面付近で窒素偏析を示す信号強度変化を有することを特徴とする。
前記SOI基板が、作製前、作製途中、或いは作製後に、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理と、900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理とを受けてなることを特徴とする。
前記SOI基板が、シリコン単結晶ウェハに酸素イオンを注入し、その後高温熱処理を施すことにより、絶縁層である埋め込み酸化層と表面単結晶シリコン層を形成させるSIMOX法によるSOI基板であって、高温熱処理の前、或いは後に、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理と、900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理とを少なくとも1回受けてなることを特徴とする。
発明の実施の形態
以下に、本発明について詳細に説明する。
SIMOX法による SOI基板の製造工程を図1A〜図1Dを参照して簡単に説明する。図1Aに示される如きチョコラルスキー法で製造された単結晶シリコン基板1は、図1Bの如く、シリコン基板1上方から酸素イオン2を高電界下でシリコン基板1の内部へ打ち込まれ、図1Cの如く埋め込み酸素層3がシリコン基板1内部に形成される。その後シリコン基板1は熱処理されて、シリコン基板1と埋め込まれた酸素層3とその上のシリコン層4とからなるSOI基板となる(図1D)。
このようなSOI基板は、その後半導体製造工程を経て、酸素層3上のシリコン層4を利用しかつその上に配線層5を形成して、トランジスタその他の半導体素子あるいは半導体回路が形成されることができる(図1E)。
図2は貼り合せウェハの例を示す。単結晶シリコン基板11と絶縁層12と表面単結晶シリコン層13とが貼り合せられている。貼り合せは、熱拡散法などが利用できる。表面単結晶シリコン層13は貼り合せ後、ポリシングなどで所望の厚さにして用いられる。
本発明は、単結晶ウェハ上に絶縁層及び表面単結晶シリコン層を順次形成したSOI基板のうち、SOI基板中に所定量の窒素と炭素を含有したものである。
材料となる単結晶シリコンウェハは所望の窒素及び炭素濃度が得られていればよく、その伝導型はP型でもN型でもよい。単結晶シリコンの製造方法は、チョクラルスキー法でもフローティングゾーン法でも、どちらでも構わないが、窒素と炭素の添加しやすさ、及び、ウェハの機械的強度の観点から、チョクラルスキー法が望ましい。
貼り合せウェハの場合には、SOI層となる方のウェハを本発明で規定するような窒素及び炭素濃度とすればよい。もう一方のウェハとしては、単結晶シリコン、ポリシリコン、石英、水晶、サファイアなどの材質を用いることも可能である。
SOI基板中の窒素含有量が1×1016atoms/cm3超であると、窒素のシリコンへの固溶限に近くなるため多結晶化しやすくなり、実用には不適である。また、炭素含有量が1×1018atoms/cm3超である場合も、炭素のシリコンへの固溶限に近くなるため多結晶化しやすくなり、実用には不適である。
一方、SOI基板中の窒素の最大濃度が1×1012atoms/cm3未満であり、かつ、炭素の最大濃度が5×1015atoms/cm3未満である場合は、ピットの消滅効果が見られない。
本発明に係るSOI基板は、SIMOX法あるいは貼り合せ法のいずれで製造された場合でも、熱処理を経るために、含有された窒素が外方拡散する。窒素は絶縁層とシリコンの界面に偏析するため、SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析した場合、絶縁層と単結晶ウェハとの界面付近、あるいは、表面シリコン層と絶縁層との界面付近で窒素偏析を示す信号強度変化を有することとなる。
SIMOX法によるSOI基板の場合、例えば、加速エネルギー180keVでドーズ量4×1017atoms/cm2の酸素イオンを注入し、所定の深さに高濃度酸素イオン注入層を形成し、アニール温度を1350℃とし、Arに0.5%濃度の酸素を添加した雰囲気ガス中で4時間アニールした後、酸素濃度を70%としてさらに4時間アニールを行なう、といった工程で製造できる。しかしながら、SIMOX基板の製造条件については、特にこれに限定されるものではない。
金属不純物元素による汚染は、集積回路素子(デバイス)の動作不良をもたらすために、製造過程・環境をクリーン化が必要である。しかしながら、そのような汚染を完全に排除することは困難であるため、これまで集積回路用基板には、ゲッタリング能、即ち、汚染金属不純物元素をデバイス活性領域外で捕獲し無害化する機能が求められてきた。
これを具現化する手段は幾つかあるが、デバイス製造過程の低温化とともに、酸素析出物とその形成に伴い形成される欠陥、つまり、BMD(Bulk Micro Defect)が利用されている。ゲッタリングに必要とされるBMD密度は、用途等により決して一定ではないが、例えば、特開平2000−44389号公報や特開平2001−102384号公報に見られるように、およそ1×108個/cm3が、その機能発現の下限値として考えられている。BMDの形成には、通常、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理と、900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理を実施することが多い。非酸化性雰囲気中800℃4時間に引き続き1000℃8時間の熱処理等がその一例として挙げられる。
貼り合せ法では、SOI層となるウェハではない、もう一方のウェハに上記熱処理を施し、十分なBMDを形成すればよい。上記熱処理は、貼り合せによるSOI基板作製前でも作製後でもよい。貼り合せの熱処理が、900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理であれば、これを省略し、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理のみを行なってもよい。
SIMOX法の場合、高温熱処理が入るために、SOI作製前の上記熱処理では、形成したBMDの一部が消失してしまうものの、当該高温熱処理中の偶発汚染の影響を排除することが可能である。前記の量の窒素と炭素を含有する場合、SIMOX法における高温熱処理後でも、上記熱処理を施すことにより、十分なBMD密度が得られ、したがって、十分なゲッタリング能力が付与される。
実施例
以下、実施例で本発明を具体的に説明する。
チョクラルスキー法によりボロンドープ単結晶シリコンを育成した。特開2000−281491号公報の実施例に準じて、窒素を1×1015atoms/cm3、炭素を1×1017atoms/cm3をそれぞれ含む結晶を得、8インチ(200mm)の単結晶ウェハを得た。
その後、従来の一般的なSIMOX基板の作製方法にしたがいSIMOX基板を作製した。即ち、加速エネルギー180keVでドーズ量4×1017atoms/cm2の酸素イオンを注入し、所定の深さに高濃度酸素イオン注入層を形成した。アニール温度を1350℃とし、Arに0.5%濃度の酸素を添加した雰囲気ガス中で4時間アニールした後、酸素濃度を70%としてさらに4時間アニールを行なった。その結果、表面シリコン層の厚みが約160nm、埋め込み酸化膜の厚さが約110nmのSIMOX基板を得た。
基板中の窒素濃度と炭素濃度を低温の赤外吸収により調べた結果、窒素濃度は約5×1013atoms/cm3で、炭素濃度は約1×1017atoms/cm3であった。表面シリコン層の窒素は、2次イオン質量分析法、及び、表面の電気抵抗測定結果から、1×1012atoms/cm3未満と評価された。また、SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析したところ、表面シリコン層と絶縁層との界面、及び、絶縁層と単結晶シリコンとの界面で、窒素偏析を示す窒素の信号強度にピークが観察された。
アニール後、表面酸化膜を除去した後に、光学顕微鏡により表面観察を行なったが、表面ピットの発生は観察されなかった。
さらに、800℃1時間に引き続き、1000℃4時間の熱処理をAr中で行なったところ、赤外線トモグラフにより、表面より10μm以上深いウェハ内部において、1×109個/cm3の欠陥が形成されたことが観察されており、十分なゲッタリング能力を有することが分かった。
一方、窒素及び炭素を添加していない通常のウェハを用いて、同じSIMOXプロセスでSIMOX基板を作製した。表面酸化膜除去後に光学顕微鏡による表面観察で、約10個/cm2の密度のピットが観察された。ピットの形状は、直径10μm程度の円錐状、あるいは、四角錘状であった。このウェハをフッ酸に浸漬すると、ピットの部分から埋め込み酸化層が溶け出していく様子が観察され、ピット付近のSOI構造が破壊されていることが分かった。
また、引き続き800℃1時間と1000℃4時間の熱処理をAr中で行なったが、赤外線トモグラフによれば、BMDはウェハ内部に観察されず検出下限以下であり、ゲッタリング能力は不十分であることが分かった。
産業上の利用可能性
以上述べたように、本発明によれば、SOI層でのピット発生がなく、かつ、低コストで生産性の高い製造が可能で、優れたゲッタリング能力を有するSOI基板を提供でき、また、このSOI基板を用いてデバイスを作製すれば、良好な動作特性を有するデバイスを高歩留で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図1A〜図1DはシリコンウェハからSIMOX基板を製造する工程を示し、図1EはさらにSIMOX基板に半導体素子を形成した例を示す。
図2は貼り合わせウェハを示す。
Claims (8)
- 単結晶ウェハ上に絶縁層及び表面単結晶シリコン層を順次形成したSOI構造を有するSOI基板であって、該SOI基板中に窒素と炭素を含有し、該窒素含有量が1×1016atoms/cm3以下であり、かつ、該炭素含有量が1×1018atoms/cm3以下であることを特徴とするSOI基板。
- 前記SOI基板において、前記窒素と前記炭素が前記SOI基板内で濃度分布を有し、前記窒素の最大濃度が1×1012atoms/cm3以上であり、かつ、前記炭素の最大濃度が5×1015atoms/cm3以上である請求項1記載のSOI基板。
- シリコン単結晶ウェハに酸素イオンを注入し、その後高温熱処理を施すことにより、絶縁層である埋め込み酸化層と表面単結晶シリコン層を形成させるSIMOX法によるSOI基板であって、該SOI基板中に窒素と炭素を含有し、該窒素含有量が1×1016atoms/cm3以下であり、かつ、該炭素含有量が1×1018atoms/cm3以下であることを特徴とするSOI基板。
- 前記SOI基板における前記窒素の最大濃度が1×1012atoms/cm3以上であり、かつ、前記炭素の最大濃度が5×1015atoms/cm3以上である請求項3記載のSOI基板。
- 前記SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析した場合、前記表面シリコン層と前記絶縁層との界面付近で窒素偏析を示す信号強度変化を有する請求項1〜4に記載のSOI基板。
- 前記SOI基板を厚み方向に2次イオン質量分析法で窒素分析した場合、前記絶縁層と前記単結晶ウェハとの界面付近で窒素偏析を示す信号強度変化を有する請求項1〜4に記載のSOI基板。
- 前記SOI基板が、作製前、作製途中、或いは作製後に、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理と900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理とを受けてなる請求項1〜4のいずれかに記載のSOI基板。
- 前記SOI基板が、シリコン単結晶ウェハに酸素イオンを注入し、その後高温熱処理を施すことにより、絶縁層である埋め込み酸化層と表面単結晶シリコン層を形成させるSIMOX法によるSOI基板であって、高温熱処理の前、或いは後に、700℃以上1000℃以下で5分以上20時間以下の熱処理と900℃以上1100℃以下で5分以上20時間以下の熱処理とを少なくとも1回受けてなる請求項3又は4に記載のSOI基板。
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