JPH06177143A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH06177143A
JPH06177143A JP32695592A JP32695592A JPH06177143A JP H06177143 A JPH06177143 A JP H06177143A JP 32695592 A JP32695592 A JP 32695592A JP 32695592 A JP32695592 A JP 32695592A JP H06177143 A JPH06177143 A JP H06177143A
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昭男 金井
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清 三谷
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 P型SOI基板を従来の半導体集積回路製造
工程に用い様々な熱処理を行う際、その熱処理によりP
型SOI基板の埋め込み酸化膜近傍にN型反転層が形成
されないようにし、素子の特性の劣化や全く動作しなか
ったりという現象を防止し、要求を満足する素子特性が
得られるようにする。 【構成】 P型SOI基板を熱処理炉で熱処理するにあ
たり、該P型SOI基板に対しアルゴン雰囲気で、かつ
1000〜1250℃の温度範囲で熱処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SOI層がP型である
P型SOI(Si On Insulator:絶縁体上のSi) 基板を使
用して、半導体基板を製造するために熱処理を施す際
に、SOI層中の埋め込み酸化膜近傍にN型反転層が形
成されることのない半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】貼り合わせSOI基板12は、図8に示
すごとく、支持基板(ベースウエーハ)14とSOI
(Siの単結晶)層16の間にはさまれた状態で絶縁体
として機能する埋め込み酸化膜18が存在する構造を有
している。この貼り合わせSOI基板12は半導体集積
回路製造工程において、様々な熱処理雰囲気及び熱処理
温度にさらされるが、その過程において、SOI層の抵
抗率に異常を起こすことがある。特に、P型SOI基板
では、SOI層の埋め込み酸化膜18近傍がN型化して
しまう現象がしばしば発生する。
【0003】このN型反転層の形成は、SR(広がり抵
抗)測定により確認することができ、特に、この現象は
10Ωcm以上のP型高抵抗のSOI基板で発生しやすい
ことが知られている。なお、SR(広がり抵抗)測定
は、角度研磨した試料表面に2本の細い探針を立て、両
探針間に電圧を印可することにより、SOI基板の厚さ
方向の値を測定することによって行われる。
【0004】このN型反転層がP型SOI層に形成され
ると、素子の特性が劣化したり全く動作しなかったりす
る現象が起こってしまう。例えば、P型SOI層に横型
NPNトランジスタを形成した場合に、もし埋め込み酸
化膜直上部にN型反転層が発生していると、コレクタ−
エミッタ間が導通してしまい所定のトランジスタ特性が
得られなくなるという問題が発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記した
P型SOI基板におけるN型反転層の形成という現象の
原因を究明すべく研究を重ねた結果、この現象は熱処
理炉への基板の出し入れ時に室内の空気の巻き込み及び
/又は窒素ガスが存在する雰囲気下で、高温の熱処理
を行う時に起こりやすいことを見出した。
【0006】さらに、この現象を防止する手段として、
熱処理炉への基板の出し入れ時に室内の空気の巻き込
みを防止し、及び/又は窒素ガス以外の雰囲気ガスを
用いて高温の熱処理を行うことが効果的であることを見
出し本発明を完成したものである。
【0007】本発明は、P型SOI基板を従来の半導体
集積回路製造工程に用い様々な熱処理を行う際、その熱
処理によりP型SOI基板の埋め込み酸化膜近傍のSO
I層にN型反転層が形成されないようにし、素子の特性
の劣化や全く動作しなかったりという現象を防止し、要
求を満足する素子特性が得られるようにした半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置の製造方法においては、P型S
OI基板を熱処理炉で熱処理するにあたり、該P型SO
I基板に対しアルゴン雰囲気でかつ1000〜1250
℃の温度範囲で熱処理を行うようにしたものである。
【0009】また、熱処理の際熱処理炉への出し入れ時
に室内の空気を巻き込まないようにすれば一層好まし
い。さらに、熱処理炉への出し入れ時に室内の空気を巻
き込まない構成の場合には雰囲気ガスとしてドライ酸素
を用いることもできる。
【0010】熱処理炉の雰囲気ガスとして用いるアルゴ
ン又はドライ酸素は、実際の使用にあたっては所定のガ
ス流量で炉内に流すものである。この流量は熱処理炉の
容量で変動することはいうまでもないが、例えば、43
リットル程度の横型炉の場合には3リットル/分程度の
流量で充分である。
【0011】上記した熱処理炉への出し入れ時に室内の
空気を巻き込まないようにすること、及びわずかに空気
を巻き込んだ場合、これを捕捉するために、下記の〜
の手段を講ずるの好適である。
【0012】SOI基板の前後には、熱処理されるS
OI基板と同じ口径か、それよりも口径の大きい清浄な
Si表面を持ったダミーウエーハを複数枚並べる。ダミ
ーウエーハの口径は熱処理炉に適したサイズが標準であ
るが、例えば5”φウエーハ処理用の炉であれば5”φ
のダミーウエーハを用いるのがよい。該ダミーウエーハ
は、小量の空気を巻き込んだ場合、これを捕捉する効果
がある。
【0013】SOI基板の出し入れ時に窒素ガスを炉
尾から炉口方向に大量に流す。例えば、上記した43リ
ットル程度の炉の場合には20リットル/分程度の流量
で充分効果がある。 出来るだけ低温でSOI基板の出し入れを行う。具体
的には、800℃以下程度の温度で基板の出し入れを行
えばよい。 また、縦型の熱処理炉を用いるとさらに良好である。
【0014】雰囲気ガスとしては、アルゴン又はドライ
酸素の両方をもちいることができるが、アルゴンの方が
効果的である。ドライ酸素は基板が酸化されてもよい条
件のときにおいてのみ使用される。
【0015】
【作用】SOI基板の埋め込み酸化膜とSOI層の界面
近傍に正の固定電荷が多量に存在すると、P型SOI層
の少数キャリアである電子が電気的にその正電荷に引き
つけられるために前記したN型反転層は発生すると考え
られる。
【0016】実験的に正の固定電荷の多い埋め込み酸化
膜を持つP型SOI基板を故意に作製しSR(広がり抵
抗)測定したところ、N型反転を示すプロファイルが得
られた。
【0017】しかし、本発明方法を適用することによっ
て、埋め込み酸化膜とSOI層の界面近傍の固定電荷の
発生が制限されることにより、このN型反転層の発生は
防止されるものと考えられる。従って、ウエル拡散など
の高温長時間の熱処理が必要な工程では本発明方法で熱
処理を行うことによりP型SOI基板のN型反転領域の
発生を防ぐことができるものである。
【0018】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げて説明する。 実施例1 使用サンプル:5”φP型SOI基板(SOI層抵抗率
15〜21Ωcm,SOI層厚さ5μm ,埋め込み酸化膜
厚1μm )を4分割して使用 使用炉:チューブ内径6”の5”φウエーハ用横型酸化
【0019】上記サンプル及び熱処理炉を用い、熱処理
炉への投入、熱処理及び熱処理炉からの取り出しをアル
ゴン(Ar)雰囲気(ガス流量はいずれも3リットル/
分)1100℃で行い、熱処理時間X分を20分、50
分及び100分と3段階に変更して試験を行った。この
試験では、基板の熱処理炉への出し入れの際の室内の空
気の巻き込み防止の手段は取らなかった。
【0020】熱処理を行った各SOI基板について、S
R(広がり抵抗)測定を行い、その結果を図1に示し
た。同図から明らかなごとく、実施例1のいずれの場合
にもN型反転層が形成されなかったことが確認された。
【0021】実施例2 使用サンプル:6”φP型SOI基板(SOI層抵抗率
10〜20Ωcm,SOI層厚さ7μm ,埋め込み酸化膜
厚2μm )を4分割して使用 使用炉:チューブ内径6”の5”φウエーハ用横型酸化
炉(ダミーウエーハ5”φをP型SOI基板の前後に2
5枚ずつ配置)
【0022】上記サンプル及び熱処理炉を用い、熱処理
炉への投入は、窒素ガス流量が20リットル/分で炉尾
から炉口方向へ流しながら800℃で行い、その後、熱
処理炉内の雰囲気をドライ酸素(dryO2 )雰囲気に
置換し、ガス流量は3リットル/分、1000℃で50
分の熱処理を行い、熱処理炉からの取り出しも窒素(N
2 )雰囲気(ガス流量は20リットル/分)800℃で
行った。
【0023】この試験では、基板の熱処理炉への出し入
れの際の部屋の空気の巻き込み防止対策として、SO
I基板の前後にダミーウエーハを多数並べる、出し入
れ時の炉尾から炉口方向へのガス流量を増やす(20リ
ットル/分)、低温(800℃)での出し入れ、とい
う3つの対策が取られ、室内の空気の巻き込み防止が行
われた状態で試験された。
【0024】熱処理を行った各SOI基板12につい
て、図5に示す様に4分割されたSOI基板12の中心
部(符号1)、中間部(符号2)及び周辺部(符号3)
についてSR(広がり抵抗)測定を行い、その結果を図
2にSRP1〜3として示した。同図から明らかなごと
く、実施例2のいずれの場合にもN型反転層が形成され
なかったことが確認された。
【0025】実施例3 熱処理温度を1100℃とした以外は実施例2と同様の
条件及び手順で試験を行った。熱処理を行った各SOI
基板について実施例2と同様にSR(広がり抵抗)測定
を行い、その結果を図3に示した。同図から明らかなご
とく、実施例3のいずれの場合にもN型反転層が形成さ
れなかったことが確認された。
【0026】実施例4 熱処理温度を1200℃とした以外は実施例2と同様の
条件及び手順で試験を行った。熱処理を行った各SOI
基板について実施例2と同様にSR(広がり抵抗)測定
を行い、その結果を図4に示した。同図から明らかなご
とく、実施例4のいずれの場合にもN型反転層が形成さ
れなかったことが確認された。
【0027】比較例1 実施例2と同様のサンプル及び熱処理炉を用い、熱処理
炉への投入は窒素(N 2 )雰囲気(ガス流量は20リッ
トル/分)800℃で行い、熱処理も窒素(N 2 )雰囲
気(ガス流量は3リットル/分)1000℃で60分行
い、熱処理炉からの取り出しも窒素(N2 )雰囲気(ガ
ス流量は20リットル/分)800℃で行った。
【0028】この試験では、部屋の空気の巻き込み防止
対策として、実施例2と同様に3つの対策が取られ、空
気の巻き込み防止が行われた状態で試験された。
【0029】熱処理を行った各SOI基板について実施
例2と同様にSR(広がり抵抗)測定を行い、その結果
を図6に示した。同図から明らかなごとく、比較例1の
いずれの場合にもN型反転層が形成されたことが確認さ
れた。
【0030】比較例2 熱処理温度を1200℃とした以外は比較例1と同様の
条件及び手順で試験を行った。熱処理を行った各SOI
基板について実施例2と同様にSR(広がり抵抗)測定
を行い、その結果を図7に示した。同図から明らかなご
とく、比較例2の中心部(符号1)及び周辺部(符号
3)においてN型反転層が形成されたことが確認され
た。
【0031】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、P
型SOI基板を従来の半導体集積回路製造工程に用い様
々な熱処理を行う際、その熱処理によりP型SOI基板
の埋め込み酸化膜近傍にN型反転層が形成されないよう
にし、素子の特性の劣化や全く動作しなかったりという
現象を防止し、要求を満足する素子特性が得られるとい
う大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の熱処理条件及び試験結果を示す図面
である。
【図2】実施例2の熱処理条件及び試験結果を示す図面
である。
【図3】実施例3の熱処理条件及び試験結果を示す図面
である。
【図4】実施例4の熱処理条件及び試験結果を示す図面
である。
【図5】実施例2〜4における4分割したSOI基板の
SR(広がり抵抗)測定箇所を示す図面である。
【図6】比較例1の熱処理条件及び試験結果を示す図面
である。
【図7】比較例2の熱処理条件及び試験結果を示す図面
である。
【図8】貼り合わせSOI基板の概略説明図である。
【符号の説明】
12 SOI基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 正健 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型SOI基板を熱処理炉で熱処理する
    にあたり、該P型SOI基板に対しアルゴン雰囲気で、
    かつ1000〜1250℃の温度範囲で熱処理を行うよ
    うにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 P型SOI基板を熱処理炉で熱処理する
    にあたり、該P型SOI基板に対しアルゴン又はドライ
    酸素雰囲気で、かつ1000〜1250℃の温度範囲で
    熱処理を行うとともに、当該熱処理炉への該P型SOI
    基板の出し入れ時に室内の空気の巻き込み防止手段を講
    ずることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 P型SOI基板を熱処理炉で熱処理する
    にあたり、該P型SOI基板の熱処理炉への出し入れ
    を、800℃以下の低温で、室内の空気の巻き込みを防
    止するするように炉尾から炉口方向へ大量の窒素ガスを
    流して行い、熱処理に際して窒素ガスを完全にアルゴン
    又はドライ酸素に置換し、1000℃〜1250℃の温
    度範囲で熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 P型SOI基板を熱処理炉で熱処理する
    にあたり、該P型SOI基板の前後に清浄なSi表面を
    持ち該SOI基板と同等の形状をした複数枚のダミーウ
    エーハを並べて配置することを特徴とする請求項1、2
    又は3記載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006165262A (ja) * 2004-12-07 2006-06-22 Shin Etsu Handotai Co Ltd Soi層の拡がり抵抗測定方法、soiチップおよびsoi基板

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006165262A (ja) * 2004-12-07 2006-06-22 Shin Etsu Handotai Co Ltd Soi層の拡がり抵抗測定方法、soiチップおよびsoi基板

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