JPH05308069A - 埋設絶縁層の製作方法 - Google Patents

埋設絶縁層の製作方法

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JPH05308069A
JPH05308069A JP3092670A JP9267091A JPH05308069A JP H05308069 A JPH05308069 A JP H05308069A JP 3092670 A JP3092670 A JP 3092670A JP 9267091 A JP9267091 A JP 9267091A JP H05308069 A JPH05308069 A JP H05308069A
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JP
Japan
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insulating layer
layer
buried insulating
semiconductor
substrate
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JP3092670A
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English (en)
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Mamoru Tomozane
マモル・トモザネ
H Ming Liaw
エイチ・ミン・リァオ
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Motorola Inc
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P30/00Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices
    • H10P30/20Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping
    • H10P30/208Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping of electrically inactive species
    • H10P30/209Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping of electrically inactive species in silicon to make buried insulating layers

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多重半導体層の成長/注入/焼鈍サイクルを
使用して、厚い埋設絶縁層を形成する。 【構成】 基板10と反応して絶縁層を形成する不純物
を注入し、次いでこの基板を焼鈍することによって第1
埋設絶縁層13を半導体基板内に形成する。次に、基板
の表面上に半導体薄層16を形成する。これに続いて基
板と反応して絶縁層を形成する不純物の2回目の注入と
第2埋設絶縁層を形成する焼鈍を行う。これら2つの埋
設絶縁層は連続して1つの厚い埋設絶縁層を形成しても
よく、また不連続で半導体層によって分離された2つの
埋設絶縁層を形成してもよい。所望の厚さの埋設絶縁層
が達成されるまで、または所望の数の埋設絶縁層が形成
されるまで、このサイクルを繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、半導体プロ
セスに関し、更に詳しくは、埋設絶縁層を製作する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術および解決しようとする課題】シリコン・
オン・インシュレータ(SOI)構造は、基板、基板上
の絶縁層、および絶縁層上の表面半導体層によって構成
される。SOI構造は、シリコン薄層上に製作された集
積回路を基板から電気的に絶縁するために使用される。
埋設絶縁層は基板を表面半導体層から電気的に絶縁す
る。SOI構造は、酸素注入分離法(SIMOX:Se
paration by IMplantationo
f OXygen) によって形成することができる。
代表的なSIMOX法は、酸素をシリコン基板またはシ
リコン・ウェーハのバルクに注入する段階によって構成
される。酸素注入の間およびこれに続く熱的焼鈍アニ−
ルの間に酸素はシリコンと反応して二酸化シリコン層を
形成する。基板内に形成される二酸化シリコン層は埋設
二酸化(酸化)シリコン層と呼ぶ。表面に残っているシ
リコンは表面シリコン層と呼ぶ。
【0003】表面シリコン層と基板間の容量を低下せし
め、これらの間の破壊電圧を増加させるには、厚い埋設
酸化物層を形成することが望ましい。特にバイポーラ素
子または電力素子をSOI構造上に形成する場合、埋設
酸化物層の静電容量と破壊電圧は制御するべき重要な特
性である。従来のSIMOX法を使用して形成される埋
設酸化物層は、一般的に約0.3ミクロンの厚さに限定
されている。この厚さの埋設酸化物層の静電容量はある
種の用途にとっては高すぎ、したがってこの静電容量を
低下させるためには厚さを増加させることが望ましい。
更に、この厚さの埋設酸化物層の破壊電圧は高電圧電力
素子にとっては低い。
【0004】埋設酸化物層の厚さを増加させる方法は、
非常に多量の酸素を基板に注入することによて達成され
る。しかし、その結果表面シリコン層に発生する転位密
度(dislocation density )が注
入量と比例するため、この方法は受け入れることができ
ない。更に、表面シリコンの厚さは埋設酸化物層の厚さ
と別に制御することができない。多量の酸素を使用する
と、表面半導体層の厚さは減少し、転位密度は増加す
る。
【0005】ここで、破壊電圧を改善し、埋設絶縁層の
静電容量を減少せしめる上で厚い埋設絶縁層を形成する
別の方法を提供することの有利さが理解できよう。
【0006】したがって、本発明の目的は、厚い埋設絶
縁層を形成する方法を提供することである。
【0007】本発明の他の目的は、埋設絶縁層の破壊電
圧を増加させる方法を提供することである。
【0008】本発明の更に他の目的は、埋設絶縁層の静
電容量を低下させる方法を提供することである。
【0009】本発明の更に他の目的は、酸素を注入する
ことによって発生する転位の密度が実質的に低下した厚
い埋設絶縁層を形成する方法を提供することである。
【0010】本発明の更に他の目的は、表面シリコン層
の厚さとは別に埋設絶縁層の厚さを制御する方法を提供
することである。
【0011】本発明の更に他の目的は、多重埋設絶縁層
を形成する方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記お
よびその他の目的と利点は、多重エピタキシャル成長/
注入/焼鈍(アニ−ル)サイクルによって達成される。
基板と反応して絶縁層を形成する不純物を注入し、次い
でこの基板を焼鈍して反応を完了すると共にイオン注入
による損傷を削減することによって第1埋設絶縁層がこ
の半導体基板内に形成される。続いて半導体薄層が基板
の表面にエピタキシャル成長される。エピタキシャル成
長中にいくつかの転位対が消滅するためエピタキシャル
層内の欠陥密度が低下する。これに続いて基板と反応し
て絶縁層を形成する不純物の別のイオン注入と第2埋設
層を形成するための焼鈍が行われる。第2埋設絶縁層は
第1埋設絶縁層と連続していても連続していなくてもよ
い。これらが不連続である場合、挟み込んだシリコン層
を電気的遮蔽板または埋設接触板として使用することが
できる。第2埋設絶縁層は第1埋設絶縁層とは異なった
絶縁材料であってもよい。このエピタキシャル成長/注
入/焼鈍サイクルを繰り返して所望の厚さの連続した埋
設絶縁層または複数の不連続埋設絶縁層を形成すること
ができる。
【0013】
【実施例】図1は、最初の製作段階における本発明の一
実施例の拡大断面図を示す。まず、半導体ウェーハのバ
ルクすなわち基板10を設ける。この実施例では基板1
0はシリコンであるが、その他の半導体材料を使用する
こともできる。次に、酸素、窒素等の基板10と反応し
て絶縁層を形成する不純物が基板10にイオン注入され
る。ここで説明する実施例の場合、この不純物は酸素1
1にょって構成される。酸素11を注入する場合の注入
量とエネルギーによって、酸素11がどの程度基板10
内に注入されるかが決まる。1つの例では、約1.8x
1018atoms/cm2 の酸素11の注入量と約2
00keVのエネルギーを使用すると、その結果、最大
濃度の酸素11が基板10に対して約0.30ミクロン
の深さに注入される。使用されるイオン注入の量とエネ
ルギーは、一般的に従来のSIMOX工程で使用される
ものと同じである。
【0014】図2は、焼鈍後の図1の構造を示す。焼鈍
は、表面の損傷を防止するためにアルゴンのような不活
性ガスと少量の酸素によって構成される雰囲気内で約1
250℃ないし1300℃の温度で2ないし6時間行わ
れるのが望ましい。しかし、より高い温度またはより低
い温度を使用することも可能であり、酸素を使用しなく
てもよい。焼鈍後、埋設絶縁層、すなわち本実施例では
埋設酸化物層13は酸素11が注入された基板10内で
完全に形成される。注入は約500ないし600℃の温
度で行われているため、埋設酸化物層13の一部は酸素
11のイオン注入中に実際には形成されるが、これは便
宜上図1には図示されていない。したがって、焼鈍によ
って埋設酸化物層13の形成が完了する。ここで埋設酸
化物層13上の基板の部分を表面半導体層14とよぶ。
多量のイオン注入を行うことによって半導体基板10の
結晶格子に大きな損傷の発生することは避けられない。
結晶格子の損傷は、熱による焼鈍後、糸状の転位15に
変換される。糸状の転位15は、表面シリコン層14と
埋設酸化物層13との間の界面で発生し、上方向に広が
って表面半導体層14の表面で終了する。糸状の転位の
ある物は表面にまでは広がらないがその理由は、糸状の
転位15のある物は完全なループを形成するからであ
る。工程のこの段階において、埋設酸化物層13は一般
的に約0.3ミクロンの厚さである。図2に示す構造
は、従来から形成されているSIMOX構造であっても
よい。
【0015】図3は、更に処理された図2の構造を示
す。半導体層16は好ましくは技術上周知の標準的なエ
ピタキシャル成長法によって表面半導体層14上に成長
される。半導体層16は基板10と同じ型であり、した
がって本実施例ではシリコンである。半導体層16の選
択された厚さは、図4を参照して説明するように、酸素
を注入するために使用される注入量とエネルギーによっ
て決まる。半導体層16のエピタキシャル成長の間、糸
状の転位15はこれに対して広がるが、一部の糸状転位
15は完全なループ内に現れ広がることを終了すること
によって消滅する。したがって、半導体層16の上部に
おける転位密度は最初の表面半導体層14の表面におけ
る転位密度よりもかなり低下する。
【0016】図4は、酸素17の別のイオン注入を行っ
た後の図3の構造を示す。この実施例では、酸素17の
最高濃度は表面半導体層14の中間に位置している。酸
素17が表面半導体層14に注入される深さは、イオン
注入に使用される注入量とエネルギーおよび半導体層1
6の厚さによって決まる。
【0017】図5は、焼鈍を行った後の図4の構造示
す。図2を参照して前に使用した焼鈍を使用することが
できる。表面半導体層14のシリコンは酸素17と反応
してこの表面半導体層14を埋設酸化物層18に変換す
る。埋設酸化物層18と埋設酸化物層13との間の界面
は点線によって示されているが、この理由は、両方の層
によって、約0.5ないし0.6ミクロンの厚さの連続
した埋設酸化物層20が実際には形成されているからで
ある。埋設酸化物層18は層14よりも転位密度が低い
新しく成長された半導体層16を介して酸素をイオン注
入することによって形成されているから、SIMOXの
品質が改善される。更に、表面半導体層16と呼ぶこと
のできる半導体層16の厚さは連続埋設酸化物層20の
厚さから独立している。図3ないし図5に示す工程の段
階、すなわち半導体層の成長/注入/焼鈍サイクルは、
連続した埋設半導体層20が所望の厚さになるまで反復
することができる。したがって、埋設酸化物層20は低
い静電容量と高い破壊電圧並びに低い欠陥密度を得るの
に十分な厚さに形成することができる。
【0018】図6は、本発明の第2実施例にしたがって
さらに製作工程を経た図3の構造を示す。図5に示す実
施例を変形して埋設酸化物層18が埋設酸化物層13と
連続しないようにすることができる。これは、半導体層
15の厚さを増加させるおよび(または)イオン注入エ
ネルギーと酸素17の注入量を削減することによって達
成することができる。埋設酸化物層18と13との間に
はさまれた半導体層14は、電気的遮蔽シールド板また
は埋設導電板として使用することができる。更に、埋設
酸化物層13または18のいずれかは埋設酸化物層の代
わりに埋設窒化層であってもよい。窒化物の絶縁強度は
酸化物の強度の2倍であるから、この実施例は、上部半
導体層16と基板10との間のより高い破壊電圧に耐え
ることができる。
【0019】
【発明の効果】厚い埋設酸化物層または多数の埋設酸化
物層を形成する改善された方法が提供されたことが理解
できる。本発明の方法を使用することによって、高い破
壊電圧と低い静電容量を有する埋設絶縁層を製作するこ
とができる。更に、エピタキシャル層内の欠陥密度は低
くなる。多数の埋設絶縁層もまた得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1ないし図5】本発明の第1実施例による異なった
製作段階における構造の拡大断面図を示す。
【図6】本発明の第2実施例による製作の特定の段階に
おける構造の拡大断面図を示す。
【符号の説明】
10 基板 11 酸素 13 埋設酸化物層 14 表面半導体層 15 糸状変位 16 半導体層 17 酸素 18 埋設酸化物層 20 連続埋設酸化物層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板(10)を設ける段階;半導体
    基板(10)内で反応して絶縁層を所定の深さに形成す
    る第1不純物(11)を注入する段階;前記半導体基板
    (10)を焼鈍して前記半導体基板(10)内に第1埋
    設絶縁層(13)を形成する段階であって、前記埋設絶
    縁層(13)上の前記半導体基板(10)の一部に表面
    半導体層(14)を形成する前記段階;前記表面半導体
    層(14)上に半導体層(16)を形成する段階;表面
    半導体層(14)および半導体層(16)内で反応して
    絶縁層を形成する第2不純物(17)を注入する段階;
    および前記半導体基板(10)を焼鈍して第2埋設絶縁
    層を形成する段階;によって構成されることを特徴とす
    る埋設絶縁層を製作する方法。
  2. 【請求項2】半導体基板(10)を設ける段階;前記半
    導体基板(10)内で反応して絶縁層を所定の深さに形
    成する第1不純物(11)を注入する段階;前記半導体
    基板(10)を焼鈍して前記半導体基板(10)内に第
    1埋設絶縁層(13)を形成する段階であって、前記埋
    設絶縁層(13)上の前記半導体基板(10)の一部に
    表面半導体層(14)を形成する前記段階;前記表面半
    導体層(14)上に半導体層(16)を形成する段階;
    表面半導体層(14)および半導体層(16)内で反応
    して絶縁層を形成する第2不純物(17)を注入する段
    階;前記半導体基板(10)を焼鈍して第2埋設絶縁層
    を形成する段階;およびすべての埋設絶縁層(13およ
    び18)の所望の合計厚さが達成されるまで、半導体層
    (16)を形成する段階,反応して絶縁層を形成する第
    2不純物(17)を注入する段階および半導体基板を焼
    鈍する段階を反復する段階;によって構成されることを
    特徴とする埋設絶縁層を製作する方法。
  3. 【請求項3】半導体基板(10),前記半導体基板(1
    0)上の第1埋設絶縁層(13)および前記第1埋設絶
    縁層(13)上の表面半導体層(14)によって構成さ
    れる構造を設ける段階;前記表面半導体層(14)上に
    半導体層(16)を形成する段階;不純物(17)の最
    大濃度が前記表面半導体層(14)内に位置するように
    前記表面半導体層(14)と反応を行って絶縁層を形成
    する前記不純物(17)を注入する段階;および前記構
    造を焼鈍して第2埋設絶縁層(18)を形成する段階で
    あって、前記第2埋設絶縁層(18)は前記第1埋設絶
    縁層(13)と連続している前記段階;によって構成さ
    れることを特徴とする埋設絶縁層を製作する方法。
  4. 【請求項4】 厚い埋設絶縁層を有する半導体構造を製
    作する方法において、前記方法は;基板(10),前記
    基板(10)上の埋設絶縁層(13)および前記埋設絶
    縁層(13)上の表面半導体層(14)を有する構造を
    形成する段階であって、前記埋設絶縁層(13)は多重
    半導体層の成長、絶縁層を形成するために反応する不純
    物のイオン注入および焼鈍サイクルによって形成される
    前記段階;によって構成されることを特徴とする厚い埋
    設絶縁層を有する半導体構造を製作する方法。
JP3092670A 1990-04-02 1991-04-01 埋設絶縁層の製作方法 Pending JPH05308069A (ja)

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US07/502,906 US5143858A (en) 1990-04-02 1990-04-02 Method of fabricating buried insulating layers

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