JPH09116126A - Ｓｉｍｏｘウエハーおよびその製造方法 - Google Patents
Ｓｉｍｏｘウエハーおよびその製造方法Info
- Publication number
- JPH09116126A JPH09116126A JP7274439A JP27443995A JPH09116126A JP H09116126 A JPH09116126 A JP H09116126A JP 7274439 A JP7274439 A JP 7274439A JP 27443995 A JP27443995 A JP 27443995A JP H09116126 A JPH09116126 A JP H09116126A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- single crystal
- simox wafer
- oxygen
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、表層Ｓｉ中の微小酸素クラスター
を低減したことを特徴とし、電気特性が向上したＳＩＭ
ＯＸウエハーを提供する。 【解決手段】 表面から単結晶Ｓｉ層／ＳｉＯ2 層／単
結晶Ｓｉ基板からなるＳＩＭＯＸウエハーにおいて、陽
電子消滅法で室温で測定されるＳパラメーターの表層単
結晶Ｓｉ層での平均値（Ｓsurf）と基板Ｓｉでの平均値
（Ｓsub ）の比、Ｓsurf／Ｓsub が０．９９以上１．０
１以下の範囲であることを特徴とするＳＩＭＯＸウエハ
ーである。従来の１１５０から１３５０℃の温度で熱処
理した後、６００から８００℃の温度領域で再アニール
することにより微小酸素クラスターを低減したＳＩＭＯ
Ｘウエハーを製造することができる。また高温度での熱
処理後６００℃まで冷却速度５℃／分以上１０℃／以下
の冷却速度で冷却することによっても微小酸素クラスタ
ーを低減したＳＩＭＯＸウエハーを製造することができ
る。
を低減したことを特徴とし、電気特性が向上したＳＩＭ
ＯＸウエハーを提供する。 【解決手段】 表面から単結晶Ｓｉ層／ＳｉＯ2 層／単
結晶Ｓｉ基板からなるＳＩＭＯＸウエハーにおいて、陽
電子消滅法で室温で測定されるＳパラメーターの表層単
結晶Ｓｉ層での平均値（Ｓsurf）と基板Ｓｉでの平均値
（Ｓsub ）の比、Ｓsurf／Ｓsub が０．９９以上１．０
１以下の範囲であることを特徴とするＳＩＭＯＸウエハ
ーである。従来の１１５０から１３５０℃の温度で熱処
理した後、６００から８００℃の温度領域で再アニール
することにより微小酸素クラスターを低減したＳＩＭＯ
Ｘウエハーを製造することができる。また高温度での熱
処理後６００℃まで冷却速度５℃／分以上１０℃／以下
の冷却速度で冷却することによっても微小酸素クラスタ
ーを低減したＳＩＭＯＸウエハーを製造することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス作
製用基板およびその製造方法に関し、特に表面から単結
晶Ｓｉ層／ＳｉＯ2 層／単結晶Ｓｉ基板というＳＯＩ(S
ilicon on insulator)構造を有するＳＩＭＯＸ(Separat
ion by implanted oxygen)ウエハーに関するものであ
る。
製用基板およびその製造方法に関し、特に表面から単結
晶Ｓｉ層／ＳｉＯ2 層／単結晶Ｓｉ基板というＳＯＩ(S
ilicon on insulator)構造を有するＳＩＭＯＸ(Separat
ion by implanted oxygen)ウエハーに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＳＩＭＯＸウエハーは、数百℃に保持し
たＳｉ基板にトータルで酸素イオンを１×１０17ｃｍ-2
注入量以上イオン注入し、その後１１５０℃から１３５
０℃の高温でアルゴンと酸素の混合ガス中で熱処理する
ことにより製造される。高温での熱処理により単結晶Ｓ
ｉ層と内部ＳｉＯ2 層が分離され、かつ表面層でのイオ
ン注入による損傷が回復される。従ってその構造は、表
層に基板と同じ方位を持つ単結晶Ｓｉ層とその直下に埋
め込み酸化膜としてＳｉＯ2 膜を形成させることができ
る。
たＳｉ基板にトータルで酸素イオンを１×１０17ｃｍ-2
注入量以上イオン注入し、その後１１５０℃から１３５
０℃の高温でアルゴンと酸素の混合ガス中で熱処理する
ことにより製造される。高温での熱処理により単結晶Ｓ
ｉ層と内部ＳｉＯ2 層が分離され、かつ表面層でのイオ
ン注入による損傷が回復される。従ってその構造は、表
層に基板と同じ方位を持つ単結晶Ｓｉ層とその直下に埋
め込み酸化膜としてＳｉＯ2 膜を形成させることができ
る。
【０００３】ＳＩＭＯＸウエハーの断面の電子顕微鏡観
察によれば、単結晶Ｓｉ層にはイオン注入によって生成
したボイドなどの空孔型格子欠陥は除去されている。ま
た電子顕微鏡により観察可能なサイズ（一般的には２０
Å）以上の酸素析出物も認められてはいない。ただし転
位密度に関しては注入量が多くなるほど多くなる傾向に
あるが、注入と高温熱処理の行程をいくつか分割するな
どの工夫をすることにより１０５ｃｍ-2以下に低減化す
ることに成功している(J.Stoemenos et al.,J.Electoch
em.Soc.,Vol.142,(1995)p.1248-p.1260)。
察によれば、単結晶Ｓｉ層にはイオン注入によって生成
したボイドなどの空孔型格子欠陥は除去されている。ま
た電子顕微鏡により観察可能なサイズ（一般的には２０
Å）以上の酸素析出物も認められてはいない。ただし転
位密度に関しては注入量が多くなるほど多くなる傾向に
あるが、注入と高温熱処理の行程をいくつか分割するな
どの工夫をすることにより１０５ｃｍ-2以下に低減化す
ることに成功している(J.Stoemenos et al.,J.Electoch
em.Soc.,Vol.142,(1995)p.1248-p.1260)。
【０００４】陽電子消滅法はＳｉ中の結晶欠陥である空
孔型の格子欠陥や電子顕微鏡では観察不可能な微小レベ
ルの酸素クラスターを高感度に検出する分析法として利
用されている(P.G.Coleman et al.,J.Phys.Condens.Mat
ter Vol.2(1990)p.9355-p.9361,A.Ikari et al.Jpn.J.A
ppl.Phys.Vol.33(1994)p.1723-p.1727) 。特にエネルギ
ー可変陽電子消滅法は、Ｓｉ表面層（１μｍ厚程度）に
局在する空孔型の格子欠陥や微小酸素析出物の検出法と
して有効な手段であり、対消滅γ線のドップラー拡がり
を表すＳパラメーター（あるいはＷパラメーター）の陽
電子エネルギー依存性を求めることにより結晶欠陥の深
さ方向分布を求めることができる。
孔型の格子欠陥や電子顕微鏡では観察不可能な微小レベ
ルの酸素クラスターを高感度に検出する分析法として利
用されている(P.G.Coleman et al.,J.Phys.Condens.Mat
ter Vol.2(1990)p.9355-p.9361,A.Ikari et al.Jpn.J.A
ppl.Phys.Vol.33(1994)p.1723-p.1727) 。特にエネルギ
ー可変陽電子消滅法は、Ｓｉ表面層（１μｍ厚程度）に
局在する空孔型の格子欠陥や微小酸素析出物の検出法と
して有効な手段であり、対消滅γ線のドップラー拡がり
を表すＳパラメーター（あるいはＷパラメーター）の陽
電子エネルギー依存性を求めることにより結晶欠陥の深
さ方向分布を求めることができる。
【０００５】エネルギー可変陽電子消滅法により従来法
で作製したＳＩＭＯＸウエハーを分析した例を述べる。
Ｓｉ（１００）ウエハーに基板温度６００℃、酸素注入
量１．８×１０18ｃｍ-2、エネルギー２００ｋｅＶで注
入した後、１３００℃６時間（Ａｒ＋０．５％Ｏ2 中）
熱処理した試料を室温で測定すると、陽電子エネルギー
０から４ｋｅＶ（４ｋｅＶの陽電子平均注入深さが表層
Ｓｉの厚さ１６５ｎｍに対応）のＳパラメーター平均値
は０．９３８（基板Ｓｉの値を１とすると）となってい
る(B.Nie1sen etal.,Phys.Rev.B、Vol.44(1991)P.1812-
p.1816)。基板ＳｉのＳパラメーターと比較すると６％
以上低下しており、高温での熱処理のみでは表層Ｓｉに
微小な酸素クラスターが残留していることが示されてい
る。
で作製したＳＩＭＯＸウエハーを分析した例を述べる。
Ｓｉ（１００）ウエハーに基板温度６００℃、酸素注入
量１．８×１０18ｃｍ-2、エネルギー２００ｋｅＶで注
入した後、１３００℃６時間（Ａｒ＋０．５％Ｏ2 中）
熱処理した試料を室温で測定すると、陽電子エネルギー
０から４ｋｅＶ（４ｋｅＶの陽電子平均注入深さが表層
Ｓｉの厚さ１６５ｎｍに対応）のＳパラメーター平均値
は０．９３８（基板Ｓｉの値を１とすると）となってい
る(B.Nie1sen etal.,Phys.Rev.B、Vol.44(1991)P.1812-
p.1816)。基板ＳｉのＳパラメーターと比較すると６％
以上低下しており、高温での熱処理のみでは表層Ｓｉに
微小な酸素クラスターが残留していることが示されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術である大量酸
素のイオン注入と高温での熱処理のみでは、微小酸素ク
ラスターが残留し、表層Ｓｉの抵抗を低下させ、耐圧特
性などの悪化を招いている。
素のイオン注入と高温での熱処理のみでは、微小酸素ク
ラスターが残留し、表層Ｓｉの抵抗を低下させ、耐圧特
性などの悪化を招いている。
【０００７】そこで本発明は、表層Ｓｉ中の微小酸素ク
ラスターを低減したことを特徴とするＳＩＭＯＸウエハ
ーおよびその製造方法を提供することを目的とするもの
である。
ラスターを低減したことを特徴とするＳＩＭＯＸウエハ
ーおよびその製造方法を提供することを目的とするもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記諸目的を達成するた
めの本発明は、表面から単結晶Ｓｉ層／ＳｉＯ2 層／単
結晶Ｓｉ基板からなるＳＩＭＯＸウエハーにおいて、陽
電子消滅法で室温で測定されるＳパラメーターの表層単
結晶Ｓｉ層での平均値（Ｓsurf）と基板Ｓｉでの平均値
（Ｓsub ）の比、Ｓsurf／Ｓsub が下記式（１）の範囲
であることを特徴とするＳＩＭＯＸウエハーである。 ０．９９≦Ｓsurf／Ｓsub ≦１．０１ …（１） ここで、Ｓパラメーターとは陽電子が電子と対消滅する
際に放出されるγ線のドップラー拡がりを表し、スペク
トルの全面積に対する５１１ｋｅＶを中心とした１ｋｅ
Ｖ領域の面積比をとったものである。陽電子のエネルギ
ーＥ（ｋｅＶ）は深さに対応し、その平均注入深さｚ
（ｎｍ）は下記式（２）で表される。 ｚ＝１７．４Ｅ1.6 …（２） ここで、Ｓパラメーターが大きいことは空孔型欠陥が存
在し、そこで陽電子が消滅したことを示している。ま
た、ＳｉではＳパラメーターがバルクの値よりも低い場
合、微小酸素クラスターにおいて陽電子が消滅したこと
を示している。
めの本発明は、表面から単結晶Ｓｉ層／ＳｉＯ2 層／単
結晶Ｓｉ基板からなるＳＩＭＯＸウエハーにおいて、陽
電子消滅法で室温で測定されるＳパラメーターの表層単
結晶Ｓｉ層での平均値（Ｓsurf）と基板Ｓｉでの平均値
（Ｓsub ）の比、Ｓsurf／Ｓsub が下記式（１）の範囲
であることを特徴とするＳＩＭＯＸウエハーである。 ０．９９≦Ｓsurf／Ｓsub ≦１．０１ …（１） ここで、Ｓパラメーターとは陽電子が電子と対消滅する
際に放出されるγ線のドップラー拡がりを表し、スペク
トルの全面積に対する５１１ｋｅＶを中心とした１ｋｅ
Ｖ領域の面積比をとったものである。陽電子のエネルギ
ーＥ（ｋｅＶ）は深さに対応し、その平均注入深さｚ
（ｎｍ）は下記式（２）で表される。 ｚ＝１７．４Ｅ1.6 …（２） ここで、Ｓパラメーターが大きいことは空孔型欠陥が存
在し、そこで陽電子が消滅したことを示している。ま
た、ＳｉではＳパラメーターがバルクの値よりも低い場
合、微小酸素クラスターにおいて陽電子が消滅したこと
を示している。
【０００９】表層ＳｉにおけるＳパラメーターの平均値
（Ｓsurf）とは、陽電子エネルギーが０から陽電子の平
均注入深さが表層Ｓｉの厚さに対応する陽電子エネルギ
ー値までの平均をとることとする。基板Ｓｉでの平均値
（Ｓsub ）は、陽電子の平均注入深さが十分基板Ｓｉ領
域まで到達し、かつＳパラメーターが一定値に達した領
域の平均をとる。
（Ｓsurf）とは、陽電子エネルギーが０から陽電子の平
均注入深さが表層Ｓｉの厚さに対応する陽電子エネルギ
ー値までの平均をとることとする。基板Ｓｉでの平均値
（Ｓsub ）は、陽電子の平均注入深さが十分基板Ｓｉ領
域まで到達し、かつＳパラメーターが一定値に達した領
域の平均をとる。
【００１０】Ｓパラメーターの他にＷパラメーター（Ｉ
ｃパラメーターともよぶ）を用いることも可能である。
Ｗパラメーターとは、ドップラー拡がりの裾野の部分の
面積比をとったものであり、Ｓパラメーターとは相補的
な関係になる。この場合において、ＳパラメーターをＷ
パラメーターと置き換えても式（１）は成立する。
ｃパラメーターともよぶ）を用いることも可能である。
Ｗパラメーターとは、ドップラー拡がりの裾野の部分の
面積比をとったものであり、Ｓパラメーターとは相補的
な関係になる。この場合において、ＳパラメーターをＷ
パラメーターと置き換えても式（１）は成立する。
【００１１】表層ＳｉのＳパラメーターが０．９９＞Ｓ
surf／Ｓsub にある場合は、微小酸素クラスターが残留
していることを示し、１．０１＜Ｓsurf／Ｓsub にある
場合は、空孔型欠陥が残留していることを示しているこ
とになる。従って、式（１）の範囲に表層ＳｉのＳパラ
メーターがおさまれば、表層Ｓｉ中には空孔型欠陥や微
小酸素クラスターが従来よりも低減されたＳＩＭＯＸウ
エハーであるといえる。
surf／Ｓsub にある場合は、微小酸素クラスターが残留
していることを示し、１．０１＜Ｓsurf／Ｓsub にある
場合は、空孔型欠陥が残留していることを示しているこ
とになる。従って、式（１）の範囲に表層ＳｉのＳパラ
メーターがおさまれば、表層Ｓｉ中には空孔型欠陥や微
小酸素クラスターが従来よりも低減されたＳＩＭＯＸウ
エハーであるといえる。
【００１２】上記のＳＩＭＯＸウエハーを製造するため
の本発明の第一の製造方法は、１１５０から１３５０℃
の熱処理の後、６００から８００℃の比較的低温で再度
熱処理を行うことを特徴とする。
の本発明の第一の製造方法は、１１５０から１３５０℃
の熱処理の後、６００から８００℃の比較的低温で再度
熱処理を行うことを特徴とする。
【００１３】まず、単結晶Ｓｉウエハー基板に基板温度
４５０から６５０℃で酸素イオンをトータルで１×１０
17ｃｍ-2以上注入する。基板温度は後処理における単結
晶Ｓｉの成長核を残すために４５０から６５０℃の範囲
に加熱する。内部にＳｉＯ2膜を形成させるためには、
トータルで１×１０17ｃｍ-2以上の注入貴が必要であ
る。次に、１１５０℃から１３５０℃の温度でＡｒのよ
うな不活性ガスと酸素の混合ガス中で加熱することによ
り表面から単結晶Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／単結晶Ｓｉ基板の構
造をもつＳＯＩ構造を形成させる。各層や界面の形成や
イオン注入によって生成した空孔型欠陥の低減、転位の
発生の抑制には１１５０℃から１３５０℃の温度での加
熱が必要である。明確な各層間の界面の形成のためには
加熱時間は４時間から６時間が必要である。加熱雰囲気
において不活性ガスのみではＳｉの昇華がおこるため、
酸素を混入させて表層に酸化膜を形成させることにより
昇華を防ぐ。
４５０から６５０℃で酸素イオンをトータルで１×１０
17ｃｍ-2以上注入する。基板温度は後処理における単結
晶Ｓｉの成長核を残すために４５０から６５０℃の範囲
に加熱する。内部にＳｉＯ2膜を形成させるためには、
トータルで１×１０17ｃｍ-2以上の注入貴が必要であ
る。次に、１１５０℃から１３５０℃の温度でＡｒのよ
うな不活性ガスと酸素の混合ガス中で加熱することによ
り表面から単結晶Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／単結晶Ｓｉ基板の構
造をもつＳＯＩ構造を形成させる。各層や界面の形成や
イオン注入によって生成した空孔型欠陥の低減、転位の
発生の抑制には１１５０℃から１３５０℃の温度での加
熱が必要である。明確な各層間の界面の形成のためには
加熱時間は４時間から６時間が必要である。加熱雰囲気
において不活性ガスのみではＳｉの昇華がおこるため、
酸素を混入させて表層に酸化膜を形成させることにより
昇華を防ぐ。
【００１４】以上の方法による従来製造法である１１５
０℃から１３５０℃の温度での加熱の後、本発明では６
００から８００℃の温度領域で熱処理することにより表
層Ｓｉの微小クラスターを低減させたことを特徴とする
ＳＩＭＯＸウエハーを製造する。残留した微小酸素クラ
スターを分解させるためには６００℃より低い温度では
不十分であり、８００℃より高い温度では微小酸素クラ
スターが分解せずに析出してしまう可能性がある。この
際、分解時間を考慮すると熱処理時の時間は２０分から
３０分間が効果的であり、２０分未満では分解に要する
時間が不足し、３０分超の加熱を行っても効果に変化が
なく生産性が低下する。
０℃から１３５０℃の温度での加熱の後、本発明では６
００から８００℃の温度領域で熱処理することにより表
層Ｓｉの微小クラスターを低減させたことを特徴とする
ＳＩＭＯＸウエハーを製造する。残留した微小酸素クラ
スターを分解させるためには６００℃より低い温度では
不十分であり、８００℃より高い温度では微小酸素クラ
スターが分解せずに析出してしまう可能性がある。この
際、分解時間を考慮すると熱処理時の時間は２０分から
３０分間が効果的であり、２０分未満では分解に要する
時間が不足し、３０分超の加熱を行っても効果に変化が
なく生産性が低下する。
【００１５】６００から８００℃の加熱時において、結
晶内部の反応のため雰囲気ガスは選ばないし、高温での
加熱の後、６００から８００℃の温度領域で熱処理する
までの温度履歴は限定しない。また、高温での加熱後、
室温まで冷却した後、６００から８００℃の温度領域で
熱処理しても効果は同じである。
晶内部の反応のため雰囲気ガスは選ばないし、高温での
加熱の後、６００から８００℃の温度領域で熱処理する
までの温度履歴は限定しない。また、高温での加熱後、
室温まで冷却した後、６００から８００℃の温度領域で
熱処理しても効果は同じである。
【００１６】本発明の第二の製造方法は、上記で述べた
従来型のＳＩＭＯＸウエハー製造時の１１５０から１３
５０℃の熱処理の後、その熱処理温度から６００℃まで
５℃／分以上１０℃／分以下の冷却速度で冷却すること
を特徴とする。
従来型のＳＩＭＯＸウエハー製造時の１１５０から１３
５０℃の熱処理の後、その熱処理温度から６００℃まで
５℃／分以上１０℃／分以下の冷却速度で冷却すること
を特徴とする。
【００１７】この場合も冷却時の雰囲気ガスは選ばな
い。１０℃／分以下の冷却速度で冷却させることによ
り、微小酸素クラスターを分解させるのに十分な時間分
解温度領域を通過させることができ、微小酸素クラスタ
ーを低減させることができる。５℃／分より冷却速度を
下げても微小酸素クラスター低減の効果について変化は
なく、生産性も低下する。
い。１０℃／分以下の冷却速度で冷却させることによ
り、微小酸素クラスターを分解させるのに十分な時間分
解温度領域を通過させることができ、微小酸素クラスタ
ーを低減させることができる。５℃／分より冷却速度を
下げても微小酸素クラスター低減の効果について変化は
なく、生産性も低下する。
【００１８】
【作用】本発明によれば、表層Ｓｉ中の微小酸素クラス
ターを分解するために６００から８００℃の温度範囲で
熱処理を施すことにより、結晶欠陥が少ないＳＩＭＯＸ
ウエハーが製造される。
ターを分解するために６００から８００℃の温度範囲で
熱処理を施すことにより、結晶欠陥が少ないＳＩＭＯＸ
ウエハーが製造される。
【００１９】残留微小酸素クラスターはデバイス作成時
の様々な熱処理により酸素析出物となり、電気的特性に
悪影響をおよぼすため、本発明による電気的特性の向上
を果たすことが可能となる。
の様々な熱処理により酸素析出物となり、電気的特性に
悪影響をおよぼすため、本発明による電気的特性の向上
を果たすことが可能となる。
【００２０】
（実施例１）微小酸素クラスターの減少をＳＩＭＯＸウ
エハーの低温熱処理前後の陽電子消滅データーを比較す
ることにより示すこととする。ＣＺ（チョクラルスキー
型）−Ｓｉ（１００）基板に、基板温度５５０℃で酸素
イオンを４×１０17ｃｍ-2、１８０ｋｅＶで注入した
後、１３００℃でアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で
６時間熱処理してＳＩＭＯＸウエハーを作製した（従来
型ＳＩＭＯＸウエハー）。その時点の表層Ｓｉの状態と
しては、断面の透過型電子顕微鏡観察によればボイドや
大きな酸素析出物は認められず、ＳＥＣＣＯエッチの結
果から転位密度は１０2 ｃｍ-2程度である。次に本発明
による８００℃窒素中で２０分間熱処理をさらに施し
た。また別の試料において、１３００℃熱処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気下において、６００℃ま
で１０℃／分の冷却速度で冷却した。
エハーの低温熱処理前後の陽電子消滅データーを比較す
ることにより示すこととする。ＣＺ（チョクラルスキー
型）−Ｓｉ（１００）基板に、基板温度５５０℃で酸素
イオンを４×１０17ｃｍ-2、１８０ｋｅＶで注入した
後、１３００℃でアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で
６時間熱処理してＳＩＭＯＸウエハーを作製した（従来
型ＳＩＭＯＸウエハー）。その時点の表層Ｓｉの状態と
しては、断面の透過型電子顕微鏡観察によればボイドや
大きな酸素析出物は認められず、ＳＥＣＣＯエッチの結
果から転位密度は１０2 ｃｍ-2程度である。次に本発明
による８００℃窒素中で２０分間熱処理をさらに施し
た。また別の試料において、１３００℃熱処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気下において、６００℃ま
で１０℃／分の冷却速度で冷却した。
【００２１】これら本発明の効果を比較するために、図
１に室温での陽電子データを示した。最表面の酸化膜は
希ふっ酸で除去した後測定している。図の横軸には陽電
子の平均注入深さも示した。図において符号１は従来型
ＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネルギ
ー依存性を示し、符号２は本発明の８００℃後熱処理を
施したＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エ
ネルギー依存性を示し、符号３は本発明の６００℃まで
１０℃／分の冷却速度で冷却したＳＩＭＯＸウエハーの
Ｓパラメーターの陽電子エネルギー依存性を示す。ま
た、Ｓsurf／Ｓsub 比と電気特性であるシート抵抗値を
表１にまとめた。
１に室温での陽電子データを示した。最表面の酸化膜は
希ふっ酸で除去した後測定している。図の横軸には陽電
子の平均注入深さも示した。図において符号１は従来型
ＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネルギ
ー依存性を示し、符号２は本発明の８００℃後熱処理を
施したＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エ
ネルギー依存性を示し、符号３は本発明の６００℃まで
１０℃／分の冷却速度で冷却したＳＩＭＯＸウエハーの
Ｓパラメーターの陽電子エネルギー依存性を示す。ま
た、Ｓsurf／Ｓsub 比と電気特性であるシート抵抗値を
表１にまとめた。
【００２２】表層Ｓｉの厚さは３５０ｎｍでありそれに
対応する陽電子エネルギー範囲である０から６．５ｋｅ
Ｖ範囲におけるＳパラメーターの平均値Ｓsurfを求め、
基板ＳｉのＳパラメーターの平均値Ｓsub は、陽電子エ
ネルギー２０から２９ｋｅＶ範囲での平均値をとってい
る。本結果は、従来型ＳＩＭＯＸウエハーではＳsurfが
低い値となり、微小な酸素クラスターが残存しているこ
とを示しているが、８００℃窒素中で２０分間熱処理し
た試料ではＳsurfが増加し、その平均値は０．９９７と
なり、微小酸素クラスターが低減されたことを示してい
る。また１３００℃から１０℃／分の冷却速度で６００
℃まで冷却した試料においてもＳsurf／Ｓsub 比は０．
９９４となり酸素クラスター低減の効果が現れている。
シート抵抗値はいずれも従来型ＳＩＭＯＸウエハーより
も低下し、電気的特性も向上していることがわかる。
対応する陽電子エネルギー範囲である０から６．５ｋｅ
Ｖ範囲におけるＳパラメーターの平均値Ｓsurfを求め、
基板ＳｉのＳパラメーターの平均値Ｓsub は、陽電子エ
ネルギー２０から２９ｋｅＶ範囲での平均値をとってい
る。本結果は、従来型ＳＩＭＯＸウエハーではＳsurfが
低い値となり、微小な酸素クラスターが残存しているこ
とを示しているが、８００℃窒素中で２０分間熱処理し
た試料ではＳsurfが増加し、その平均値は０．９９７と
なり、微小酸素クラスターが低減されたことを示してい
る。また１３００℃から１０℃／分の冷却速度で６００
℃まで冷却した試料においてもＳsurf／Ｓsub 比は０．
９９４となり酸素クラスター低減の効果が現れている。
シート抵抗値はいずれも従来型ＳＩＭＯＸウエハーより
も低下し、電気的特性も向上していることがわかる。
【００２３】
【表１】
【００２４】（実施例２）一桁酸素イオンが多いときに
も再度の低温熱処理が有効であることを陽電子消滅デー
ターを用いて示す。ＣＺ−Ｓｉ（１００）基板に基板温
度５５０℃で酸素イオンを１．３３×１０18ｃｍ-2、１
８０ｋｅＶで注入した後、前述の実施例１と同様に１３
００℃でアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で６時間熱
処理してＳＩＭＯＸウエハーを作製した。電子顕微鏡で
観察されるほど大きな酸素析出物やボイドは認められな
いが、転位は１０５ｃｍ-2程度残存している。次に本発
明による８００℃窒素中で２０分間熱処理をさらに施し
た。また別の試料において、１３００℃熱処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気下において、６００℃ま
で１０℃／分の冷却速度で冷却した。
も再度の低温熱処理が有効であることを陽電子消滅デー
ターを用いて示す。ＣＺ−Ｓｉ（１００）基板に基板温
度５５０℃で酸素イオンを１．３３×１０18ｃｍ-2、１
８０ｋｅＶで注入した後、前述の実施例１と同様に１３
００℃でアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で６時間熱
処理してＳＩＭＯＸウエハーを作製した。電子顕微鏡で
観察されるほど大きな酸素析出物やボイドは認められな
いが、転位は１０５ｃｍ-2程度残存している。次に本発
明による８００℃窒素中で２０分間熱処理をさらに施し
た。また別の試料において、１３００℃熱処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気下において、６００℃ま
で１０℃／分の冷却速度で冷却した。
【００２５】実施例１と同様にこれら本発明の効果を比
較するために、陽電子データーを図２に示した。図にお
いて符号１は従来型ＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメータ
ーの陽電子エネルギー依存性を示し、符号２は本発明の
８００℃後熱処理を施したＳＩＭＯＸウエハーのＳパラ
メーターの陽電子エネルギー依存性を示し、符号３は本
発明の６００℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却したＳ
ＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネルギー
依存性を示す。また、Ｓsurf／Ｓsub 比とシート抵抗値
を表２に示した。
較するために、陽電子データーを図２に示した。図にお
いて符号１は従来型ＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメータ
ーの陽電子エネルギー依存性を示し、符号２は本発明の
８００℃後熱処理を施したＳＩＭＯＸウエハーのＳパラ
メーターの陽電子エネルギー依存性を示し、符号３は本
発明の６００℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却したＳ
ＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネルギー
依存性を示す。また、Ｓsurf／Ｓsub 比とシート抵抗値
を表２に示した。
【００２６】表層Ｓｉの厚さ２２０ｎｍに対応する陽電
子エネルギー０から５ｋｅＶ範囲でのＳパラメーターの
平均値Ｓsurfを求め、基板ＳｉのＳパラメーターの平均
値Ｓsub は、陽電子エネルギー２０から２９ｋｅＶ範囲
での平均値をとっている。従来型ＳＩＭＯＸウエハーで
は、Ｓsurf／Ｓsub 比は０．９４１で微小酸素クラスタ
ーは残存している。一方、本発明の２種類の製造方法に
よりＳsurf／Ｓsub 比は１．００２、１．００３とな
り、微小酸素クラスターの低減が達成されていることを
示している。シート抵抗値はいずれも従来型ＳＩＭＯＸ
ウエハーよりも低下し、電気的特性も向上していること
がわかる。
子エネルギー０から５ｋｅＶ範囲でのＳパラメーターの
平均値Ｓsurfを求め、基板ＳｉのＳパラメーターの平均
値Ｓsub は、陽電子エネルギー２０から２９ｋｅＶ範囲
での平均値をとっている。従来型ＳＩＭＯＸウエハーで
は、Ｓsurf／Ｓsub 比は０．９４１で微小酸素クラスタ
ーは残存している。一方、本発明の２種類の製造方法に
よりＳsurf／Ｓsub 比は１．００２、１．００３とな
り、微小酸素クラスターの低減が達成されていることを
示している。シート抵抗値はいずれも従来型ＳＩＭＯＸ
ウエハーよりも低下し、電気的特性も向上していること
がわかる。
【００２７】
【表２】
【００２８】以上の２つの実施例の結果は、本発明によ
るＳＩＭＯＸウエハーが微小酸素クラスターという結晶
欠陥の低減とシート抵抗値に代表される電気的特性の向
上を有し、従来品より著しく優れていることを実証する
ものである。‐
るＳＩＭＯＸウエハーが微小酸素クラスターという結晶
欠陥の低減とシート抵抗値に代表される電気的特性の向
上を有し、従来品より著しく優れていることを実証する
ものである。‐
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、従来品であるＳＩＭＯ
Ｘウエハーの表層Ｓｉ中に残存していた微小酸素クラス
ターを６００から８００℃の熱処理により低減すること
ができた。それにより、結晶欠陥を低減したＳＩＭＯＸ
ウエハー半導体デバイスの品質および歩留まりを向上さ
せることができる。
Ｘウエハーの表層Ｓｉ中に残存していた微小酸素クラス
ターを６００から８００℃の熱処理により低減すること
ができた。それにより、結晶欠陥を低減したＳＩＭＯＸ
ウエハー半導体デバイスの品質および歩留まりを向上さ
せることができる。
【図１】 本発明を適用した実施例１におけるＳＩＭＯ
ＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネルギー依存性
を示す図である。
ＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネルギー依存性
を示す図である。
【図２】 本発明を適用した実施例２におけるＳＩＭＯ
ＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネルギー依存性
を示す図である。
ＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネルギー依存性
を示す図である。
１…従来型ＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電
子エネルギー依存性 ２…本発明の８００℃後熱処理を施したＳＩＭＯＸウエ
ハーのＳパラメーターの陽電子エネルギー依存性 ３…本発明の６００℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却
したＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネ
ルギー依存性
子エネルギー依存性 ２…本発明の８００℃後熱処理を施したＳＩＭＯＸウエ
ハーのＳパラメーターの陽電子エネルギー依存性 ３…本発明の６００℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却
したＳＩＭＯＸウエハーのＳパラメーターの陽電子エネ
ルギー依存性
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１１月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】ＳＩＭＯＸウエハーの断面の電子顕微鏡観
察によれば、単結晶Ｓｉ層にはイオン注入によって生成
したボイドなどの空孔型格子欠陥は除去されている。ま
た電子顕微鏡により観察可能なサイズ（一般的には２０
Å）以上の酸素析出物も認められてはいない。ただし転
位密度に関しては注入量が多くなるほど多くなる傾向に
あるが、注入と高温熱処理の行程をいくつか分割するな
どの工夫をすることにより１０5 ｃｍ-2以下に低減化す
ることに成功している(J.Stoemenos et al.,J.Electoch
em.Soc.,Vol.142,(1995)p.1248-p.1260)。
察によれば、単結晶Ｓｉ層にはイオン注入によって生成
したボイドなどの空孔型格子欠陥は除去されている。ま
た電子顕微鏡により観察可能なサイズ（一般的には２０
Å）以上の酸素析出物も認められてはいない。ただし転
位密度に関しては注入量が多くなるほど多くなる傾向に
あるが、注入と高温熱処理の行程をいくつか分割するな
どの工夫をすることにより１０5 ｃｍ-2以下に低減化す
ることに成功している(J.Stoemenos et al.,J.Electoch
em.Soc.,Vol.142,(1995)p.1248-p.1260)。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術である大量酸
素のイオン注入と高温での熱処理のみでは、微小酸素ク
ラスターが残留し、表層Ｓｉの抵抗を変化させ、耐圧特
性などの悪化を招いている。
素のイオン注入と高温での熱処理のみでは、微小酸素ク
ラスターが残留し、表層Ｓｉの抵抗を変化させ、耐圧特
性などの悪化を招いている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】まず、単結晶Ｓｉウエハー基板に基板温度
４５０から６５０℃で酸素イオンをトータルで１×１０
17ｃｍ-2以上注入する。基板温度は後処理における単結
晶Ｓｉの成長核を残すために４５０から６５０℃の範囲
に加熱する。内部にＳｉＯ2膜を形成させるためには、
トータルで１×１０17ｃｍ-2以上の注入量が必要であ
る。次に、１１５０℃から１３５０℃の温度でＡｒのよ
うな不活性ガスと酸素の混合ガス中で加熱することによ
り表面から単結晶Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／単結晶Ｓｉ基板の構
造をもつＳＯＩ構造を形成させる。各層や界面の形成や
イオン注入によって生成した空孔型欠陥の低減、転位の
発生の抑制には１１５０℃から１３５０℃の温度での加
熱が必要である。明確な各層間の界面の形成のためには
加熱時間は４時間から６時間が必要である。加熱雰囲気
において不活性ガスのみではＳｉの昇華がおこるため、
酸素を混入させて表層に酸化膜を形成させることにより
昇華を防ぐ。
４５０から６５０℃で酸素イオンをトータルで１×１０
17ｃｍ-2以上注入する。基板温度は後処理における単結
晶Ｓｉの成長核を残すために４５０から６５０℃の範囲
に加熱する。内部にＳｉＯ2膜を形成させるためには、
トータルで１×１０17ｃｍ-2以上の注入量が必要であ
る。次に、１１５０℃から１３５０℃の温度でＡｒのよ
うな不活性ガスと酸素の混合ガス中で加熱することによ
り表面から単結晶Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／単結晶Ｓｉ基板の構
造をもつＳＯＩ構造を形成させる。各層や界面の形成や
イオン注入によって生成した空孔型欠陥の低減、転位の
発生の抑制には１１５０℃から１３５０℃の温度での加
熱が必要である。明確な各層間の界面の形成のためには
加熱時間は４時間から６時間が必要である。加熱雰囲気
において不活性ガスのみではＳｉの昇華がおこるため、
酸素を混入させて表層に酸化膜を形成させることにより
昇華を防ぐ。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】
【実施例】 （実施例１）微小酸素クラスターの減少をＳＩＭＯＸウ
エハーの低温熱処理前後の陽電子消滅データーを比較す
ることにより示すこととする。ＣＺ（チョクラルスキー
型）−Ｓｉ（１００）基板に、基板温度５５０℃で酸素
イオンを４×１０17ｃｍ-2、１８０ｋｅＶで注入した
後、１３００℃でアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で
６時間熱処理してＳＩＭＯＸウエハーを作製した（従来
型ＳＩＭＯＸウエハー）。その時点の表層Ｓｉの状態と
しては、断面の透過型電子顕微鏡観察によればボイドや
大きな酸素析出物は認められず、ＳＥＣＣＯエッチの結
果から転位密度は１０2 ｃｍ-2程度である。次に本発明
による８００℃窒素中で２０分間熱処理をさらに施し
た。また別の試料において、１３００℃熱処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気下において、６００℃ま
で１０℃／分の冷却速度で冷却した。
エハーの低温熱処理前後の陽電子消滅データーを比較す
ることにより示すこととする。ＣＺ（チョクラルスキー
型）−Ｓｉ（１００）基板に、基板温度５５０℃で酸素
イオンを４×１０17ｃｍ-2、１８０ｋｅＶで注入した
後、１３００℃でアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で
６時間熱処理してＳＩＭＯＸウエハーを作製した（従来
型ＳＩＭＯＸウエハー）。その時点の表層Ｓｉの状態と
しては、断面の透過型電子顕微鏡観察によればボイドや
大きな酸素析出物は認められず、ＳＥＣＣＯエッチの結
果から転位密度は１０2 ｃｍ-2程度である。次に本発明
による８００℃窒素中で２０分間熱処理をさらに施し
た。また別の試料において、１３００℃熱処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気下において、６００℃ま
で１０℃／分の冷却速度で冷却した。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】（実施例２）一桁酸素イオンが多いときに
も再度の低温熱処理が有効であることを陽電子消滅デー
ターを用いて示す。ＣＺ−Ｓｉ（１００）基板に基板温
度５５０℃で酸素イオンを１．３３×１０18ｃｍ-2、１
８０ｋｅＶで注入した後、前述の実施例１と同様に１３
００℃でアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で６時間熱
処理してＳＩＭＯＸウエハーを作製した。電子顕微鏡で
観察されるほど大きな酸素析出物やボイドは認められな
いが、転位は１０5 ｃｍ-2程度残存している。次に本発
明による８００℃窒素中で２０分間熱処理をさらに施し
た。また別の試料において、１３００℃熱処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気下において、６００℃ま
で１０℃／分の冷却速度で冷却した。
も再度の低温熱処理が有効であることを陽電子消滅デー
ターを用いて示す。ＣＺ−Ｓｉ（１００）基板に基板温
度５５０℃で酸素イオンを１．３３×１０18ｃｍ-2、１
８０ｋｅＶで注入した後、前述の実施例１と同様に１３
００℃でアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で６時間熱
処理してＳＩＭＯＸウエハーを作製した。電子顕微鏡で
観察されるほど大きな酸素析出物やボイドは認められな
いが、転位は１０5 ｃｍ-2程度残存している。次に本発
明による８００℃窒素中で２０分間熱処理をさらに施し
た。また別の試料において、１３００℃熱処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気下において、６００℃ま
で１０℃／分の冷却速度で冷却した。
Claims (3)
- 【請求項１】 表面から単結晶Ｓｉ層／ＳｉＯ2 層／単
結晶Ｓｉ基板からなるＳＩＭＯＸウエハーにおいて、陽
電子消滅法で室温で測定されるＳパラメーターの表層単
結晶Ｓｉ層での平均値（Ｓsurf）と基板Ｓｉでの平均値
（Ｓsub ）の比、Ｓsurf／Ｓsub が下記式（１）の範囲
であることを特徴とするＳＩＭＯＸウエハー。 ０．９９≦Ｓsurf／Ｓsub ≦１．０１ …（１） - 【請求項２】 単結晶Ｓｉ基板に１×１０17ｃｍ-2以上
の酸素イオンを注入し、１１５０から１３５０℃で熱処
理をおこなった後、さらに６００から８００℃の温度範
囲で熱処理をおこなうことを特徴とするＳＩＭＯＸウエ
ハーの製造方法。 - 【請求項３】 単結晶Ｓｉ基板に１×１０17ｃｍ-2以上
の酸素イオンを注入し、１１５０から１３５０℃で熱処
理後、６００℃まで冷却速度５℃／分以上１０℃／分以
下の冷却速度で冷却することを特徴とするＳＩＭＯＸウ
エハーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7274439A JPH09116126A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | Ｓｉｍｏｘウエハーおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7274439A JPH09116126A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | Ｓｉｍｏｘウエハーおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09116126A true JPH09116126A (ja) | 1997-05-02 |
Family
ID=17541701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7274439A Withdrawn JPH09116126A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | Ｓｉｍｏｘウエハーおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09116126A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023181670A (ja) * | 2022-06-13 | 2023-12-25 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | 水クラスター、水クラスターの製造方法、及び水クラスターの利用方法 |
-
1995
- 1995-10-23 JP JP7274439A patent/JPH09116126A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023181670A (ja) * | 2022-06-13 | 2023-12-25 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | 水クラスター、水クラスターの製造方法、及び水クラスターの利用方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100701341B1 (ko) | 실리콘 웨이퍼의 제조방법 및 실리콘 웨이퍼 | |
| US7846252B2 (en) | Silicon wafer for IGBT and method for producing same | |
| JP3011178B2 (ja) | 半導体シリコンウェーハ並びにその製造方法と熱処理装置 | |
| US7803228B2 (en) | Process for producing high-resistance silicon wafers and process for producing epitaxial wafers and SOI wafers | |
| KR100319413B1 (ko) | 반도체 실리콘 에피택셜 웨이퍼 및 반도체 디바이스의 제조 방법 | |
| JP3381816B2 (ja) | 半導体基板の製造方法 | |
| JPH07201874A (ja) | シリコン基板の製造方法 | |
| JPH11314997A (ja) | 半導体シリコン単結晶ウェーハの製造方法 | |
| JP2001253795A (ja) | シリコンエピタキシャルウェーハとその製造方法 | |
| EP1343200A1 (en) | Anneal wafer manufacturing method and anneal wafer | |
| US20120049330A1 (en) | Silicon wafer and method for producing the same | |
| KR100625822B1 (ko) | 실리콘 웨이퍼 및 그의 제조 방법 | |
| US5817174A (en) | Semiconductor substrate and method of treating semiconductor substrate | |
| CN115135817A (zh) | 半导体硅晶片的制造方法 | |
| CN100501922C (zh) | Simox基板的制造方法 | |
| KR100965510B1 (ko) | Ｓｉｍｏｘ 기판의 제조 방법 및 그 방법에 의해 얻어지는 ｓｉｍｏｘ 기판 | |
| JPH09116126A (ja) | Ｓｉｍｏｘウエハーおよびその製造方法 | |
| JPH11283987A (ja) | シリコンエピタキシャルウェーハとその製造方法 | |
| JPS63198334A (ja) | 半導体シリコンウエ−ハの製造方法 | |
| JPH06310517A (ja) | 半導体基板及びその製造方法 | |
| JP2000031079A (ja) | Ｓｏｉ基板の製造方法 | |
| JP3944958B2 (ja) | シリコンエピタキシャルウェーハとその製造方法 | |
| JPH05102167A (ja) | シリコンの熱処理方法 | |
| CN119365965A (zh) | 硅片及其制造方法 | |
| JP2005286282A (ja) | Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法及び該方法により得られるｓｉｍｏｘ基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030107 |