JPH1064837A - 半導体基板及びその製造方法 - Google Patents
半導体基板及びその製造方法Info
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- JPH1064837A JPH1064837A JP21739196A JP21739196A JPH1064837A JP H1064837 A JPH1064837 A JP H1064837A JP 21739196 A JP21739196 A JP 21739196A JP 21739196 A JP21739196 A JP 21739196A JP H1064837 A JPH1064837 A JP H1064837A
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Abstract
ットを抑制し、欠陥の少ない半導体基板を提供する。 【解決手段】 酸素イオン注入後、焼鈍を行いシリコン
酸化膜を有する単結晶シリコン半導体基板を作成する際
に、その基板として酸素注入前もしくは焼鈍前に、窒素
をｌ×１０14〜１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 含むシリ
コン単結晶を用いることを特徴とする半導体基板の製造
方法。及び、基板中の窒素濃度が１×１０12〜１×１０
17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 である半導体基板基板。 【効果】イオン注入後の埋め込み酸化膜形成のための高
温焼鈍時に、結晶中の窒素が、基板表面のピットの発生
を抑制し、ＳＯＩ構造に欠陥の少ない半導体基板を得る
ことができる。
Description
どの絶縁膜上に単結晶シリコン層を形成したＳＯＩ（Si
licon On Insulator）構造を有する半導体基板およびそ
の製造方法に関するものである。
力化に伴い表面直下に絶縁膜を有するＳＯＩ（Silicon
On Insulator）ウエハが必要となってきた。ＳＯＩ基板
を作成する方法として、シリコン基板に酸素のイオン注
入を行い、内部に埋め込み酸化膜を形成するＳＩＭＯＸ
法（Separation by Ion Implanted Oxygen）が知られて
いる。
を回復させ、さらに打ち込まれた酸素を均質な欠陥のな
い埋め込み酸化膜とするために、高い温度（１３００℃
以上）での焼鈍（アニール）が必要とされる。
はウエハ表面の面荒れがおきる。これを防ぐために表面
に保護酸化膜を形成しながら、もしくは保護酸化膜を形
成後焼鈍する方法が用いられている。しかしながら、た
とえこのような方法を用いても基板表面に１０μｍ程度
の大きさの四角錐或いは円状のくぼみが数十〜数百個／
ｃｍ2 発生することを防ぐことはできない。
ト）はサーマルピットと呼ばれている。サーマルピット
は埋め込み酸化膜上のシリコン単結晶の膜厚を変化させ
るばかりでなく、しばしば埋め込み酸化膜自体をも破壊
・貫通し、ＳＯＩ構造自体を破壊する。このため、この
サーマルピットが発生した箇所に作成されたデバイスは
機能せず、ＳＩＭＯＸウエハを用いてデバイス作成を行
う際の大きな問題となっている。
法による半導体基板の作成において、焼鈍時に発生する
サーマルピット等の欠陥の発生を抑制し、欠陥の少ない
ＳＯＩ構造の半導体基板およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
鈍時に発生するサーマルピット等の欠陥の発生が、焼鈍
前にシリコン結晶中に微量の窒素を導入することにより
抑制できることを見いだした。この抑制効果を発揮する
ために必要な窒素濃度は、焼鈍前において１×１０14ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以
下であり、焼鈍後において１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3 以上１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下である。
ぼす効果としては、１．デバイス作成時の熱処理により
発生する熱応力を緩和する（特開昭６０−２５１１９０
号公報）、２．セコエッチング液などのエッチング液に
よるエッチピットの発生を抑える（特開平５−２９４７
８０号公報）ことが知られている。しかしながら、ＳＩ
ＭＯＸ法で用いられるような高温での焼鈍時の欠陥の発
生への影響は知られていなかった。
のサーマルピットの発生機構は次のように推測される。
即ち、高温の焼鈍により空孔などの点欠陥が表面より発
生し熱平衡濃度まで増加する。この点欠陥が基板結晶の
育成時や酸素イオン注入時にウエハ表面及び表面近傍に
発生した欠陥を中心として凝集しサーマルピットを形成
する。
に発生する点欠陥濃度や点欠陥の拡散が抑えられること
が知られている。この窒素の効果により、サーマルピッ
トの形成を抑制することができる。上記のようなサーマ
ルピット抑制のために必要な窒素の量は１×１０14ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3 以上であり、１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ3 未満では十分なサーマルピットの抑制効果が得られ
ない。これは１３００℃での空孔の濃度（１０15〜１０
17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度と推定されている）に対し少
なくとも数％の窒素が必要なためと考えられる。
欠陥を作る場合があるため、デバイスが作成される埋め
込み酸化膜上のシリコン結晶層には窒素が存在しないこ
とが望ましい。その許容量は作成するデバイス及びその
プロセスにより異なるが、１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3 未満であれば窒素がすべて電気的活性となっても結晶
の電気抵抗に与える影響は無視できる。
面の窒素濃度は外方拡散により減少する。伊藤らによっ
て報告されているシリコン結晶中の窒素の拡散係数（T.
Itoand T.Abe:Applied Physics Letter Volume53(1988)
Page39 ）を用いてウエハ表面の窒素濃度を計算する
と、焼鈍前の基板中の窒素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ
／ｃｍ3 以下であれば、１３５０℃、８時間の焼鈍によ
りウエハ表面から１００ｎｍまでの窒素濃度が１×１０
13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 未満となる。従って、焼鈍前の基
板に存在する窒素は１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 未満
であれば、デバイスに与える窒素の影響は無視できる。
込み酸化膜形成のための焼鈍の初期に重要であるため、
基板全体に窒素を存在させかつその濃度を１×１０14ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以
下の範囲の適当な値とすることにより、ピットを抑制し
かつ焼鈍終了後に表面のシリコン結晶層に含まれる窒素
が１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 未満となる基板を作成
することが可能である。
明では基板中に窒素を１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以
上１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下含むシリコン単結
晶を作成することが必要である。窒素は特開昭６０−２
５１１９０号公報に述べられているように、シリコン単
結晶育成中にシリコン融液もしくは雰囲気に窒素を添加
することによって実現できる。本窒素導入法ではウエハ
全体に均一に窒素を導入することが可能であるので、以
下に述べる方法よりも優れている。
後の熱処理により、雰囲気より結晶中に窒素を導入する
方法である。例えば夫馬ら（Japanese Joumal of Appli
ed Physics Vol. 35(1996)page1993）は８５０℃窒素中
で１時間の熱処理を行うことにより、約１０14ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ3 の窒素をウエハ表面から深さ数μｍの範囲で
導入できることを示している。しかしながら、この方法
では窒素導入熱処理時に、注入した酸素の状態が変化し
てしまうため、窒素導入熱処理を考慮しながら埋め込み
酸化膜作成のための高温焼鈍の条件を最適化することが
必要である。
後に窒素をイオン注入することにより窒素を基板に導入
することができるが、この方法では注入酸素と注入窒素
が結合したり窒素が結晶全体に広がらないため、十分な
サーマルピット抑制の効果が得られない。
み酸化膜形成のための高温焼鈍を行うことにより、基板
内部に窒素を１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上１×１
０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下含むＳＩＭＯＸ基板が得ら
れる。通常の埋め込み酸化膜形成のための焼鈍条件で
は、同時にウエハ表面の窒素が外方拡散により消失し、
ウエハ表面の窒素濃度は１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
未満とすることができる。
インチ結晶を育成した。特開昭６０−２５１１９０号公
報の実施例に準じ、原料の融解中に窒素を導入すること
により、結晶中に窒素を１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
含む結晶を得、６インチの単結晶ウエハを得た。
作成方法に従いＳＩＭＯＸ基板を作成した。即ち、加速
エネルギー１８０ｋｅＶでドーズ量０．４×１０10／ｃ
ｍ2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％の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％の酸素濃
度としてさらに４時間アニールを行った。その結果、表
面の単結晶層の厚みが約１６０ｎｍ、埋め込み酸化膜の
膜厚１１０ｎｍのＳＩＭＯＸ基板を得た。
た結果その濃度は約５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 であ
った。表面のＳＯＩ層の窒素はＳＩＭＳおよび表面の電
気抵抗の測定結果から１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 未満と
推測された。
ットの数をパーティクルカウンターにより測定したとこ
ろ、６インチウエハ全体で０．３μｍ以上のピットは０
であり、光学顕微鏡によるウエハ表面観察でもサーマル
ピットの発生は観察されなかった。このように、窒素導
入によりサーマルピットの発生を完全に抑制しかつ、表
面の窒素濃度をデバイス作成に影響のない程度まで低減
することができた。
（窒素濃度：５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 未満）を用
い同じＳＩＭＯＸの作成プロセスでＳＯＩ基板を作成し
た後、この基板に発生したサーマルピットを同様に数え
ると４６００個であった（約３０個／ｃｍ2 ）。このウ
エハを光学顕微鏡で観察するとこのサ−マルピットの形
状は、直径１０μｍ程度の円錐状、或いは四角錐であっ
た。またこのウエハをフッ酸に浸漬すると、サーマルピ
ットの部分から埋め込み酸化膜層が溶けていく様子が観
察され、このサーマルピット部分のＳＯＩ構造が破壊さ
れていることが分かった。
ＳＯＩ層に欠陥の少ないＳＯＩ構造の半導体基板を得る
ことができる。
時にピットの発生が少なく、ＳＯＩ層に欠陥の少ないＳ
ＯＩ構造の半導体基板を作成することが可能になる。
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁膜上に単結晶Ｓｉ層を形成したＳＯ
Ｉ構造を有する半導体基板において、基板中に１×１０
12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3 以下の窒素を含有することを特徴とする半導体基板。 - 【請求項２】 前記絶縁膜上の前記単結晶Ｓｉ層に１×
１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 未満の窒素を含有する請求項
１に記載の半導体基板。 - 【請求項３】 単結晶シリコン基板に酸素イオン注入を
行い埋め込み酸化膜を有する半導体基板の製造方法にお
いて、その基板として窒素を１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ3 以上１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以下含むシリコ
ン単結晶を用いることを特徴とする半導体基板の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21739196A JP3583870B2 (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 半導体基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21739196A JP3583870B2 (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 半導体基板及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1064837A true JPH1064837A (ja) | 1998-03-06 |
| JP3583870B2 JP3583870B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=16703453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21739196A Expired - Lifetime JP3583870B2 (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 半導体基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3583870B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002097892A1 (en) * | 2001-05-29 | 2002-12-05 | Nippon Steel Corporation | Soi substrate |
| KR100824661B1 (ko) * | 2001-12-28 | 2008-04-25 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 제조방법 |
| US7560363B2 (en) | 2004-07-20 | 2009-07-14 | Sumco Corporation | Manufacturing method for SIMOX substrate |
-
1996
- 1996-08-19 JP JP21739196A patent/JP3583870B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002097892A1 (en) * | 2001-05-29 | 2002-12-05 | Nippon Steel Corporation | Soi substrate |
| KR100543252B1 (ko) * | 2001-05-29 | 2006-01-20 | 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 | Ｓｏｉ 기판 |
| US7084459B2 (en) | 2001-05-29 | 2006-08-01 | Nippon Steel Corporation | SOI substrate |
| KR100824661B1 (ko) * | 2001-12-28 | 2008-04-25 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 제조방법 |
| US7560363B2 (en) | 2004-07-20 | 2009-07-14 | Sumco Corporation | Manufacturing method for SIMOX substrate |
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| JP3583870B2 (ja) | 2004-11-04 |
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