JPH11214322A - Method for manufacturing silicon semiconductor substrate - Google Patents

Method for manufacturing silicon semiconductor substrate

Info

Publication number
JPH11214322A
JPH11214322A JP1718198A JP1718198A JPH11214322A JP H11214322 A JPH11214322 A JP H11214322A JP 1718198 A JP1718198 A JP 1718198A JP 1718198 A JP1718198 A JP 1718198A JP H11214322 A JPH11214322 A JP H11214322A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat treatment
substrate
oxygen
silicon
single crystal
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.)
Pending
Application number
JP1718198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Shirakawa
義徳 白川
Akihiko Endo
昭彦 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP1718198A priority Critical patent/JPH11214322A/en
Publication of JPH11214322A publication Critical patent/JPH11214322A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Element Separation (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon semiconductor substrate with good characteristics by reducing dislocation density in an SOI structure. SOLUTION: After oxygen ions have been implanted in a silicon single crystal substrate, a heat treatment step is carried out to form an inner oxygen film in the silicon single crystal substrate, in a manufacturing method for forming a silicon semiconductor substrate. In this method, a heat treatment step is carried out prior to the ion implantation of oxygen. The previous heat treatment step is desirably carried out at 500 to 900 deg.C for 10 to 80 hours.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、SOI構造のシリコン
半導体基板の製造方法に関し、さらに詳しくは基板の表
面シリコン層の転位密度を低減させたシリコン半導体基
板の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a silicon semiconductor substrate having an SOI structure, and more particularly to a method for manufacturing a silicon semiconductor substrate in which the dislocation density of a surface silicon layer of the substrate is reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体デバイスにおける高集積
化、高速化、多機能化の要請が一層厳しいものになり、
それにともなって、半導体基板の製造においてSOI
(silicon-on-insulator)技術の重要性が一層認識され
るようになっている。すなわち、デバイスに要求される
上記の特性は、素子分離技術と不可分であることから、
単結晶シリコン層を絶縁体上に形成するSOI構造の半
導体基板の製造技術が種々に検討され、放射線によるソ
フトエラーの低減、低消費電力化、トータルプロセスコ
ストの低減として、実用化が試みられている。SOI製
造技術として、SIMOX(Separation by IMplanted
OXygen)法および貼り合わせ法等が広く用いられている
が、SIMOX技術は活性層の厚さばらつきが非常に少
ないウェーハを作製することが可能であることから、有
望な製造法となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, demands for higher integration, higher speed, and more functions in semiconductor devices have become more severe.
Accordingly, in manufacturing semiconductor substrates, SOI
The importance of (silicon-on-insulator) technology has been increasingly recognized. In other words, the above characteristics required for the device are inseparable from element isolation technology,
Various manufacturing techniques for semiconductor substrates having an SOI structure in which a single-crystal silicon layer is formed on an insulator have been studied in various ways. Practical applications have been attempted to reduce soft errors due to radiation, reduce power consumption, and reduce total process costs. I have. SIMOX (Separation by IMplanted)
Although the OXygen) method and the bonding method are widely used, the SIMOX technique is a promising manufacturing method because it is possible to manufacture a wafer having a very small variation in the thickness of the active layer.

【0003】SIMOX法は、単結晶シリコン基板中に
イオン注入装置によって高濃度の酸素イオンを注入し、
その後に1200℃以上の高温熱処理を行って、シリコンと
酸素とを反応させて、基板中に埋め込み酸化膜層を形成
するものである。このとき、酸素イオンの注入は、加速
電圧50KeVから200KeVの範囲で行われる。
In the SIMOX method, high-concentration oxygen ions are implanted into a single-crystal silicon substrate by an ion implanter.
Thereafter, a high-temperature heat treatment of 1200 ° C. or more is performed to react silicon and oxygen to form a buried oxide film layer in the substrate. At this time, oxygen ions are implanted at an acceleration voltage of 50 KeV to 200 KeV.

【0004】SIMOX法を改良した方法として、SP
IMOX(Separation by PlasmaIMplanted OXygen)法
がある。この方法では、酸素イオンの注入に際して、プ
ラズマによって酸素イオンを発生させ、シリコン単結晶
基板にバイアスをかけてイオンを加速し注入している。
このときの加速電圧は数十KeV程度である。このため、
必要な装置は低コストであり、さらにいくつもの半導体
基板に広い面積の処理が同時に行えるので、SOI構造
の半導体基板の製造効率を向上させることができる。し
かし、熱処理に関しては、SIMOX法の場合と同様
に、酸素イオンの注入後に1200℃以上の高温熱処理を行
う必要がある。
[0004] As an improved SIMOX method, SP
There is an IMOX (Separation by PlasmaIMplanted OXygen) method. In this method, at the time of oxygen ion implantation, oxygen ions are generated by plasma and accelerated and implanted by applying a bias to the silicon single crystal substrate.
The acceleration voltage at this time is about several tens KeV. For this reason,
The required equipment is inexpensive, and a large number of semiconductor substrates can be simultaneously processed over a large area, so that the manufacturing efficiency of a semiconductor substrate having an SOI structure can be improved. However, as for the heat treatment, as in the case of the SIMOX method, it is necessary to perform a high-temperature heat treatment at 1200 ° C. or higher after oxygen ion implantation.

【0005】上述のSIMOX法およびSPIMOX法
において、基板への酸素イオン注入にともない、表面シ
リコン層中に発生した転位が、その後の1200℃以上の高
温熱処理を行っても、充分に低減されないという問題が
ある。例えば、S.Nakasima and K.Izumi(Nuclear Instr
uments and Methods in Physics Research B55,1991847
-851)によれば、酸素イオン注入後に1200℃以上の高温
熱処理を数時間行っても、102cm-2以上の密度となる転
位が表面シリコン層中に残留するとされる。
In the SIMOX method and the SPIMOX method described above, the dislocation generated in the surface silicon layer due to the implantation of oxygen ions into the substrate is not sufficiently reduced even after the subsequent high-temperature heat treatment at 1200 ° C. or more. There is. For example, S. Nakasima and K. Izumi (Nuclear Instr
uments and Methods in Physics Research B55,1991847
According to -851), even if a high-temperature heat treatment at 1200 ° C. or more is performed for several hours after oxygen ion implantation, dislocations having a density of 10 2 cm −2 or more remain in the surface silicon layer.

【0006】基板表面のシリコン層中に発生する転位
は、酸素イオン注入時のダメージによるものと、埋め込
み酸化膜層の形成時に発生した格子間シリコンに起因す
る歪みによるものとに区分される。前者による転位は、
酸素イオン注入時に基板を高温に保持することによっ
て、注入にともなう損傷を緩和して低減することができ
るが、後者による転位の抑制には有効な方法がなく、ど
うしても102cm-2以上の密度の転位が表面シリコン層中
に残留することになる。このような転位は基板の電気的
特性を劣化させることから、基板の歩留まりを悪化さ
せ、SOI基板の生産性を著しく低下させることにな
る。
[0006] Dislocations generated in the silicon layer on the substrate surface are classified into those caused by damage at the time of oxygen ion implantation and those caused by strain caused by interstitial silicon generated at the time of forming the buried oxide film layer. The former dislocation is
By keeping the substrate at a high temperature during oxygen ion implantation, damage due to implantation can be alleviated and reduced, but there is no effective method for suppressing dislocations by the latter, and a density of more than 10 2 cm -2 is inevitable. Dislocations remain in the surface silicon layer. Such dislocations degrade the electrical characteristics of the substrate, thereby deteriorating the yield of the substrate and significantly reducing the productivity of the SOI substrate.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高集積化デ
バイスに対応して製造されるSOI構造の半導体基板の
問題点に鑑み、SIMOX法またはSPIMOX法で製
造される基板であっても、表面シリコン層中の転位密度
を充分に低くすることができて、基板特性および生産性
に優れるシリコン半導体基板の製造方法を提供すること
を目的としてなされたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the problem of a semiconductor substrate having an SOI structure manufactured corresponding to a highly integrated device, and has been developed in consideration of a substrate manufactured by a SIMOX method or a SPIMOX method. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a silicon semiconductor substrate that can sufficiently reduce the dislocation density in a surface silicon layer and has excellent substrate characteristics and productivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の課
題を解決するため、基板の表面シリコン層中に発生する
転位の挙動について種々の検討を行った結果、転位密度
に影響を及ぼす格子間シリコンに関し、所期の知見を得
ることができた。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted various studies on the behavior of dislocations generated in the surface silicon layer of the substrate. The expected knowledge on interstitial silicon was obtained.

【0009】前述の通り、SIMOX法およびSPIM
OX法による基板の製造では、酸素イオン注入後に埋め
込み酸化膜の形成を促すとともに、表面シリコン単結晶
領域の結晶性の回復、改善を図るため、1200℃以上の高
温条件で熱処理が基板に施される。このとき、シリコン
基板中に酸素析出物が形成されるが、その反応は下記
式で示される。
As described above, the SIMOX method and the SPIM method
In the manufacture of a substrate by the OX method, a heat treatment is performed on the substrate at a high temperature of 1200 ° C. or more to promote the formation of a buried oxide film after oxygen ion implantation and to recover and improve the crystallinity of the surface silicon single crystal region. You. At this time, oxygen precipitates are formed in the silicon substrate, and the reaction is represented by the following equation.

【0010】 (l+y)Si + 2Oi + xV → SiO2 + yI ・・・ ただし、Oi:格子間酸素、 V:空孔 I:格子間シリコン、 x、y:係数 上記式で示すように、酸素イオン注入による埋め込み
酸化膜の形成にともなって、基板中に酸素析出物(SiO
2)が生成されるとともに、それに付随して格子間シリ
コンが発生する。
(L + y) Si + 2Oi + xV → SiO 2 + yI where Oi: interstitial oxygen, V: vacancy I: interstitial silicon, x, y: coefficients As shown in the above formula, oxygen With the formation of the buried oxide film by ion implantation, oxygen precipitates (SiO 2
2 ) is generated and interstitial silicon is generated accompanying it.

【0011】図1は、SIMOX法およびSPIMOX
法によって基板中に埋め込み酸化膜を形成するのにとも
なって表面シリコン層に転位が発生する状況を模式的に
示した図である。図1に示すように、埋め込み酸化膜の
形成にともなって、基板1中に酸素析出物2が形成され
るとともに、格子間シリコンIが発生する。この格子間
シリコンIの発生によって、基板1中の歪み3が著しく
なり、この歪み3に起因して、表面シリコン層には転位
4が発生する。
FIG. 1 shows a SIMOX method and a SIMOX method.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a situation where dislocations occur in a surface silicon layer as a buried oxide film is formed in a substrate by a method. As shown in FIG. 1, along with the formation of the buried oxide film, oxygen precipitates 2 are formed in the substrate 1 and interstitial silicon I is generated. Due to the generation of the interstitial silicon I, the strain 3 in the substrate 1 becomes remarkable, and due to the strain 3, dislocations 4 occur in the surface silicon layer.

【0012】このとき発生する転位密度は格子間シリコ
ンIの量に起因するので、後述するように、酸素イオン
注入後の熱処理において発生する格子間シリコンの量を
低減することによって、基板中の歪みを緩和して転位密
度を充分に低減することができる。
Since the dislocation density generated at this time depends on the amount of interstitial silicon I, as will be described later, by reducing the amount of interstitial silicon generated in the heat treatment after oxygen ion implantation, strain in the substrate is reduced. And the dislocation density can be sufficiently reduced.

【0013】本発明は、上述の知見に基づいて完成され
たものであり、下記のシリコン半導体基板の製造方法を
要旨としている。
The present invention has been completed on the basis of the above findings, and has the following method of manufacturing a silicon semiconductor substrate.

【0014】すなわち、シリコン単結晶基板中に酸素イ
オンを注入したのち熱処理を行うことによってこのシリ
コン単結晶基板中に内部酸化膜を形成するシリコン単結
晶基板の製造方法であって、前記酸素イオン注入の前に
基板に予め熱処理を施すことを特徴とするシリコン単結
晶基板の製造方法である。
That is, a method for manufacturing a silicon single crystal substrate in which an internal oxide film is formed in the silicon single crystal substrate by implanting oxygen ions into the silicon single crystal substrate and then performing a heat treatment. A method of manufacturing a silicon single crystal substrate, which comprises subjecting the substrate to a heat treatment before the step (a).

【0015】この製造方法において、酸素イオン注入の
前に基板に予め施す熱処理の条件を500℃〜900℃で10〜
80時間にするのが望ましい。
In this manufacturing method, the conditions of the heat treatment to be performed on the substrate before the oxygen ion implantation are performed at 500 ° C. to 900 ° C. for 10 to 10 hours.
Preferably 80 hours.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明のSOI構造の半導体基板
の製造方法においては、予めシリコン基板に所定の熱処
理を施して酸素析出物を形成した後、酸素イオンを加速
して基板に注入してのち、さらに埋め込み酸化膜形成と
表面シリコン単結晶領域の結晶性回復を目的として、高
温熱処理を施すことを特徴としている。以下、本発明の
製造方法の説明において、予めシリコン基板に施される
熱処理を「第1の熱処理」とし、酸素イオン注入後に施
す熱処理を「第2の熱処理」とする。そして、それぞれ
の熱処理の作用を明確にするため、「第1の熱処理」に
起因して生成されるものにはaの添え字を付し、「第2
の熱処理」に起因して生成されるものにはbの添え字を
付す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a method of manufacturing a semiconductor substrate having an SOI structure according to the present invention, a silicon substrate is subjected to a predetermined heat treatment to form oxygen precipitates, and then oxygen ions are accelerated and implanted into the substrate. After that, high-temperature heat treatment is performed for the purpose of forming a buried oxide film and restoring the crystallinity of the surface silicon single crystal region. Hereinafter, in the description of the manufacturing method of the present invention, the heat treatment applied to the silicon substrate in advance is referred to as “first heat treatment”, and the heat treatment performed after oxygen ion implantation is referred to as “second heat treatment”. Then, in order to clarify the effects of the respective heat treatments, those generated as a result of the “first heat treatment” are given the suffix “a” and “second heat treatment”.
Generated by the “heat treatment” is given a subscript “b”.

【0017】図2は本発明の製造方法において第1の熱
処理によって生成された酸素析出物の挙動を説明する図
であり、同図(a)は第1の熱処理によって酸素析出物2a
が生成される状態を、(b)は第2の熱処理によって第1
の熱処理によって生成された酸素析出物2aが溶解される
状態をそれぞれ示している。
FIG. 2 is a view for explaining the behavior of oxygen precipitates generated by the first heat treatment in the production method of the present invention. FIG. 2 (a) shows the oxygen precipitates 2a by the first heat treatment.
(B) shows the first heat-treated state by the second heat treatment.
2 shows a state in which the oxygen precipitate 2a generated by the heat treatment is dissolved.

【0018】シリコン基板に第1の熱処理を施すと、前
記式に示すように、基板1中のSiと元々シリコン基板
に内在する格子間酸素(Oi)が結合してシリコン酸素
析出物2aが形成される。このとき、酸素析出物2aの形成
にともなって体積膨張が生じ、格子間シリコンIaが発生
する。その後、発生した格子間シリコンIaは拡散して、
基板1の表面等で消滅し、格子間シリコンは減少する
(図2(a)参照)。
When the silicon substrate is subjected to the first heat treatment, as shown in the above formula, the silicon in the substrate 1 and the interstitial oxygen (Oi) originally present in the silicon substrate are combined to form a silicon oxygen precipitate 2a. Is done. At this time, volume expansion occurs with the formation of the oxygen precipitate 2a, and interstitial silicon Ia is generated. After that, the generated interstitial silicon Ia diffuses,
It disappears on the surface of the substrate 1 and the like, and interstitial silicon decreases (see FIG. 2A).

【0019】第1の熱処理後は、イオン注入にともなう
損傷を最小限に抑えるため、基板の温度を400℃以上に
保ちながら、酸素イオンの注入を行う。そののち埋め込
み酸化膜を形成するため、1200℃以上の高温条件で、第
2の熱処理が施される。この第2の熱処理においても、
前記式に示すように、基板1中のSiと注入された格子
間酸素(Oi)が結合して基板中の高濃度酸素域にシリ
コン酸素析出物2bが形成される。
After the first heat treatment, oxygen ions are implanted while the temperature of the substrate is kept at 400 ° C. or higher in order to minimize damage due to ion implantation. After that, a second heat treatment is performed at a high temperature of 1200 ° C. or more to form a buried oxide film. Also in this second heat treatment,
As shown in the above equation, Si in the substrate 1 and the implanted interstitial oxygen (Oi) combine to form a silicon oxygen precipitate 2b in a high-concentration oxygen region in the substrate.

【0020】ところで、第1の熱処理は比較的低温で熱
処理時間が短いことから、第1の熱処理によって基板表
面のシリコン活性層中に形成された酸素析出物2aは、高
温条件の第2の熱処理における臨界核半径より小さいも
のとなる。この臨界核半径はある温度において格子間酸
素濃度、空孔濃度、析出物の界面エネルギーおよび歪み
エネルギー等によって決定されるが、この臨界核半径よ
り小さい析出物は不安定であって、成長せず、やがて溶
解される。すなわち、第1の熱処理によって形成された
酸素析出物2aは、第2の熱処理条件である1200℃以上の
熱処理によって不安定となり溶解される。このときの基
板中の反応は、下記式に沿ったものであり、酸素析出
物2aの溶解にともなって、空孔Vaが放出される(図2
(b)参照)。
Since the first heat treatment is performed at a relatively low temperature and the heat treatment time is short, the oxygen precipitate 2a formed in the silicon active layer on the substrate surface by the first heat treatment is subjected to the second heat treatment under a high temperature condition. Is smaller than the critical nuclear radius. This critical nucleus radius is determined by the interstitial oxygen concentration, the vacancy concentration, the interfacial energy and the strain energy of the precipitate at a certain temperature, and the precipitate smaller than the critical nucleus radius is unstable and does not grow. Eventually dissolved. That is, the oxygen precipitate 2a formed by the first heat treatment becomes unstable and is dissolved by the heat treatment at 1200 ° C. or higher, which is the second heat treatment condition. The reaction in the substrate at this time is in accordance with the following equation, and vacancies Va are released as the oxygen precipitate 2a dissolves (FIG. 2).
(b)).

【0021】 (l+y)Si + 2Oi + xV ← SiO2 + yI ・・・ ただし、Oi:格子間酸素、 V:空孔 I:格子間シリコン、 x、y:係数 図3は、第2の熱処理によって形成された格子間シリコ
ンが消滅して表面シリコン層中の転位発生を抑制する状
況を説明する図である。前述の通り、第2の熱処理によ
って基板1中にシリコン酸素析出物2bが形成され、これ
にともなって格子間シリコンIbが発生する。一方、第1
の熱処理で形成された酸素析出物2aが溶解することによ
って、空孔Vaは基板1中に放出される。そして、空孔Va
は、新たに生成された格子間シリコンIbと結合して対消
滅する。このように空孔Vaと格子間シリコンIbとが対消
滅することによって、基板1中に発生する格子間シリコ
ンIbが抑制されて、格子間シリコンIbの発生に起因する
歪みが減少することになる。これによって、基板中の転
位密度を充分に低減することができる。
[0021] (l + y) Si + 2Oi + xV ← SiO 2 + yI ··· However, Oi: interstitial oxygen, V: vacancy I: interstitial silicon, x, y: coefficient Figure 3, the second heat treatment FIG. 5 is a diagram for explaining a situation in which interstitial silicon formed by the above process disappears to suppress generation of dislocations in the surface silicon layer. As described above, the silicon oxide precipitate 2b is formed in the substrate 1 by the second heat treatment, and the interstitial silicon Ib is thereby generated. Meanwhile, the first
When the oxygen precipitates 2a formed by the heat treatment are dissolved, the vacancies Va are released into the substrate 1. And the void Va
Couples with the newly generated interstitial silicon Ib and annihilates. As a result of the annihilation of the vacancies Va and the interstitial silicon Ib, the interstitial silicon Ib generated in the substrate 1 is suppressed, and the distortion due to the generation of the interstitial silicon Ib is reduced. . Thereby, the dislocation density in the substrate can be sufficiently reduced.

【0022】本発明の製造方法においては、第1の熱処
理の条件は500℃〜900℃で10〜80時間にするのが望まし
い。熱処理温度が500℃未満であると、酸素析出物が発
生し難くなり、また発生した格子間シリコンの拡散、消
滅も充分に行われず、第2の熱処理による歪み低減によ
る転位抑制の効果が得られない。一方、熱処理温度が90
0℃を超えると、酸素析出物が生成しにくくなる。
In the manufacturing method of the present invention, the condition of the first heat treatment is desirably 500 to 900 ° C. for 10 to 80 hours. When the heat treatment temperature is lower than 500 ° C., oxygen precipitates are less likely to be generated, and the generated interstitial silicon is not sufficiently diffused and disappeared, and the effect of suppressing dislocation by reducing the strain by the second heat treatment is obtained. Absent. On the other hand, if the heat treatment temperature is 90
If the temperature exceeds 0 ° C., it becomes difficult to generate oxygen precipitates.

【0023】さらに、第1の熱処理では酸素含有雰囲気
に限定されることなく、各種の雰囲気が採用される。す
なわち、酸素を含有する雰囲気の他に、窒素、アルゴン
およびこれらの混合ガス、例えば、Ar+O2、N2
2、O2+HClなどを含有する雰囲気を採用することが
できる。採用する雰囲気によって、酸素析出物の析出反
応に影響を及ぼす場合もある。例えば、酸素含有雰囲気
では、酸化にともなって基板の表面から格子間シリコン
が導入されることになるので、析出が抑制されることに
なるが、窒素含有雰囲気を採用すると、窒化反応によっ
て、表面から空孔が導入されることになり、析出が促進
されることになる。
Further, in the first heat treatment, various atmospheres are adopted without being limited to the oxygen-containing atmosphere. That is, in addition to the atmosphere containing oxygen, nitrogen, argon, and a mixed gas thereof, for example, Ar + O 2 , N 2 +
An atmosphere containing O 2 , O 2 + HCl or the like can be employed. Depending on the employed atmosphere, the precipitation reaction of oxygen precipitates may be affected. For example, in an oxygen-containing atmosphere, interstitial silicon is introduced from the surface of the substrate along with oxidation, so that precipitation is suppressed. Vacancies are introduced, and precipitation is promoted.

【0024】本発明の製造方法における酸素イオンの加
速注入は、従来のSIMOX法およびSPIMOX法で
採用される周知の方法によればよく、イオン注入器、プ
ラズマイオン発生器などが用いられ、加速電圧は50KeV
から200KeVの範囲で行われる。さらに、本発明の第2
の熱処理は、酸素イオン注入ののち埋め込み酸化膜の形
成を促すとともに、表面シリコン単結晶領域の結晶性を
回復するために実施されるものである。このため、第2
の熱処理の条件は、同様に従来のSIMOX法およびS
PIMOX法で採用される1200℃以上の高温条件によれ
ばよい。
The accelerated implantation of oxygen ions in the production method of the present invention may be performed by a known method employed in the conventional SIMOX method and SPIMOX method, and an ion implanter, a plasma ion generator, or the like is used. Is 50 KeV
To 200 KeV. Further, the second aspect of the present invention
Is performed to promote the formation of a buried oxide film after oxygen ion implantation and to restore the crystallinity of the surface silicon single crystal region. Therefore, the second
The conditions of the heat treatment of the conventional SIMOX method and S
A high temperature condition of 1200 ° C. or higher employed in the PIMOX method may be used.

【0025】[0025]

【実施例】本発明の製造方法による転位密度を低減する
効果を、具体的な実施例に基づいて説明する。
EXAMPLES The effect of reducing the dislocation density by the manufacturing method of the present invention will be described based on specific examples.

【0026】(実施例1)実施例に供する半導体基板と
して、チョクラルスキー法で育成された単結晶インゴッ
トから加工され、抵抗率が20Ωcm、初期格子間酸素濃度
13×1017atoms/cm3で、結晶面(100)の6インチシ
リコン基板を準備し、酸素イオンの注入は、前述のSI
MOX法およびSPIMOX法によって実施した。
(Example 1) A semiconductor substrate used in an example was processed from a single crystal ingot grown by the Czochralski method, and had a resistivity of 20 Ωcm and an initial interstitial oxygen concentration.
A 6-inch silicon substrate of 13 × 10 17 atoms / cm 3 with a crystal face (100) is prepared, and oxygen ions are implanted by the above-described SI.
This was performed by the MOX method and the SPIMOX method.

【0027】実施例1では、本発明例として第1の熱処
理を窒素含有雰囲気(酸素濃度10%)を採用して、温度
500℃、600℃、700℃、800℃および900℃でいずれも24
時間の条件で実施し、基板中に酸素析出物を形成した。
In the first embodiment, the first heat treatment is performed in a nitrogen-containing atmosphere (oxygen concentration 10%) as an example of the present invention.
24 at 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 800 ℃ and 900 ℃
This was performed under the condition of time, and oxygen precipitates were formed in the substrate.

【0028】基板への酸素イオンの注入は基板の温度を
400℃以上に保持して行い、SIMOX法ではイオン注
入器を用いて、加速電圧は180KeVでドース量4×1017c
m-2の酸素イオンを注入した。一方、SPIMOX法で
は、ECRプラズマによって酸素イオンを発生させて、
基板のバイアスは-60KeVでドース量4×1017cm-2の酸
素イオンを注入した。このとき、酸素プラズマ中では、
酸素イオンの約95%がO2 +で、残りの約5%の酸素イオ
ンはO+であった。
The implantation of oxygen ions into the substrate reduces the temperature of the substrate.
The temperature is maintained at 400 ° C. or higher. In the SIMOX method, an ion implanter is used, the acceleration voltage is 180 KeV, and the dose amount is 4 × 10 17 c.
m −2 oxygen ions were implanted. On the other hand, in the SIMOX method, oxygen ions are generated by ECR plasma,
The substrate was biased at -60 KeV and oxygen ions with a dose of 4 × 10 17 cm −2 were implanted. At this time, in oxygen plasma,
About 95% of the oxygen ions were O 2 + and the remaining about 5% of the oxygen ions were O + .

【0029】さらに、SIMOX法およびSPIMOX
法によって酸素イオンを注入した基板は、第2の熱処理
としてアルゴン含有雰囲気(酸素濃度2%)を採用し
て、温度1300℃で4時間の条件で処理した。
Further, the SIMOX method and the SPIMOX method
The substrate into which oxygen ions were implanted by the method was subjected to a second heat treatment in an atmosphere containing argon (oxygen concentration: 2%) at a temperature of 1300 ° C. for 4 hours.

【0030】上記の本発明例と比較するため、比較例と
して、同じシリコン基板を用いて、第1の熱処理を施す
ことなく、SIMOX法およびSPIMOX法で酸素イ
オンを注入して、第2の熱処理を施した試料を作成し
た。ただし、比較例における酸素イオンの注入および第
2の熱処理の条件は、本発明例の場合と同様である。
As a comparative example, oxygen ions were implanted by the SIMOX method and the SPIMOX method using the same silicon substrate without performing the first heat treatment. A sample was prepared. However, the conditions for the implantation of oxygen ions and the second heat treatment in the comparative example are the same as those in the example of the present invention.

【0031】図4は、実施例1における基板断面から表
面シリコン層中の転位密度を観察した結果を示す図であ
る。同図に示すように、第1の熱処理を実施しない比較
例では、基板の表面シリコン層中には2×102cm-2以上
の転位が残存している。これに対し、本発明例では、転
位密度が102cm-2以下で、さらに1桁以上も低減される
基板が得られることが分かる。
FIG. 4 is a view showing the result of observing the dislocation density in the surface silicon layer from the cross section of the substrate in Example 1. As shown in the figure, in the comparative example in which the first heat treatment was not performed, dislocations of 2 × 10 2 cm −2 or more remained in the surface silicon layer of the substrate. On the other hand, in the example of the present invention, it can be seen that a substrate having a dislocation density of 10 2 cm −2 or less and a reduction of one digit or more can be obtained.

【0032】(実施例2)実施例2では第1の熱処理に
おける保持時間の影響を調査するため、実施例1におけ
る温度600℃、700℃および800℃の第1の熱処理の時間
を変化させて、SIMOX法で酸素イオン注入後第2の
熱処理を施して、表面シリコン層中の転位密度を測定し
た。実施例2においても、SIMOX法による酸素イオ
ン注入、および第2の熱処理の条件は、実施例1の場合
と同様とした。
Example 2 In Example 2, in order to investigate the influence of the holding time in the first heat treatment, the time of the first heat treatment at 600 ° C., 700 ° C. and 800 ° C. in Example 1 was changed. After the oxygen ion implantation by SIMOX method, a second heat treatment was performed to measure the dislocation density in the surface silicon layer. Also in Example 2, the conditions of the oxygen ion implantation by the SIMOX method and the conditions of the second heat treatment were the same as those in Example 1.

【0033】図5は、実施例2における第1の熱処理時
間と表面シリコン層中の転位密度との関係を示す図であ
る。第1の熱処理の温度600℃では、熱処理時間が60時
間から80時間の間で基板の表面シリコン層中の転位密度
は検出下限(ほぼ0cm-2)になる。同様に、温度700℃
では20時間から60時間の間で、温度800℃では10時間か
ら60時間の間で転位密度は検出下限になっている。この
ことから、表面シリコン層中の転位密度を低減するに
は、600℃〜800℃で10〜80時間保持するのが望ましいこ
とが明らかである。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the first heat treatment time and the dislocation density in the surface silicon layer in the second embodiment. At a temperature of 600 ° C. for the first heat treatment, the dislocation density in the surface silicon layer of the substrate becomes the lower limit of detection (approximately 0 cm −2 ) during the heat treatment time of 60 to 80 hours. Similarly, the temperature 700 ℃
The dislocation density is the lower limit of detection between 20 hours and 60 hours, and between 10 hours and 60 hours at a temperature of 800 ° C. From this, it is clear that it is desirable to maintain the dislocation density in the surface silicon layer at 600 ° C. to 800 ° C. for 10 to 80 hours.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明のシリコン半導体基板の製造方法
によれば、SIMOX法またはSPIMOX法で製造さ
れる基板であっても、表面シリコン層中の転位密度が10
2cm-2以下になるように、転位の発生を充分に抑制し
て、特性の優れた半導体基板を製造できる。しかも、低
コストで高集積化デバイスに対応したSOI構造の半導
体基板の効率生産に適するものである。
According to the method for manufacturing a silicon semiconductor substrate of the present invention, even if the substrate is manufactured by the SIMOX method or the SPIMOX method, the dislocation density in the surface silicon layer is 10%.
The generation of dislocations can be sufficiently suppressed so as to be 2 cm −2 or less, and a semiconductor substrate having excellent characteristics can be manufactured. In addition, the present invention is suitable for efficient production of a semiconductor substrate having an SOI structure corresponding to a low-cost and highly integrated device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】SIMOX法およびSPIMOX法によって基
板中に埋め込み酸化膜を形成するのにともなって表面シ
リコン層に転位が発生する状況を模式的に示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a situation where dislocations occur in a surface silicon layer as a buried oxide film is formed in a substrate by a SIMOX method and a SPIMOX method.

【図2】本発明の製造方法において第1の熱処理によっ
て生成された酸素析出物の挙動を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the behavior of oxygen precipitates generated by a first heat treatment in the production method of the present invention.

【図3】第2の熱処理によって形成された格子間シリコ
ンが消滅して表面シリコン層中の転位発生を抑制する状
況を説明する図である
FIG. 3 is a diagram illustrating a situation in which interstitial silicon formed by a second heat treatment disappears to suppress generation of dislocations in a surface silicon layer.

【図4】実施例1における基板断面から表面シリコン層
中の転位密度を観察した結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the results of observing the dislocation density in the surface silicon layer from the cross section of the substrate in Example 1.

【図5】実施例2における第1の熱処理時間と表面シリ
コン層中の転位密度との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a first heat treatment time and a dislocation density in a surface silicon layer in Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板、 2、2a、2b:酸素析出物 3:歪み、 4:転位 I、Ia、Ib:格子間シリコン V、Va、Vb:空孔 1: substrate, 2, 2a, 2b: oxygen precipitate 3: strain, 4: dislocation I, Ia, Ib: interstitial silicon V, Va, Vb: vacancy

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコン単結晶基板中に酸素イオンを注入
したのち熱処理を行うことによってこのシリコン単結晶
基板中に内部酸化膜を形成するシリコン単結晶基板の製
造方法であって、前記酸素イオン注入の前に基板に予め
熱処理を施すことを特徴とするシリコン単結晶基板の製
造方法。
1. A method for manufacturing a silicon single crystal substrate, comprising forming an internal oxide film in the silicon single crystal substrate by implanting oxygen ions into the silicon single crystal substrate and then performing a heat treatment. A method of producing a silicon single crystal substrate, wherein the substrate is subjected to a heat treatment before the step (a).
【請求項2】酸素イオン注入の前に基板に予め施す熱処
理の条件が、500℃〜900℃で10〜80時間であることを特
徴とする請求項1記載のシリコン単結晶基板の製造方
法。
2. The method for producing a silicon single crystal substrate according to claim 1, wherein the condition of the heat treatment performed beforehand on the substrate before oxygen ion implantation is at 500 ° C. to 900 ° C. for 10 to 80 hours.
JP1718198A 1998-01-29 1998-01-29 Method for manufacturing silicon semiconductor substrate Pending JPH11214322A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1718198A JPH11214322A (en) 1998-01-29 1998-01-29 Method for manufacturing silicon semiconductor substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1718198A JPH11214322A (en) 1998-01-29 1998-01-29 Method for manufacturing silicon semiconductor substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11214322A true JPH11214322A (en) 1999-08-06

Family

ID=11936788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1718198A Pending JPH11214322A (en) 1998-01-29 1998-01-29 Method for manufacturing silicon semiconductor substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11214322A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002134513A (en) * 2000-10-27 2002-05-10 Mitsubishi Materials Silicon Corp Method for heat-treating silicon wafer
JP2003257984A (en) * 2002-03-05 2003-09-12 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp Silicon wafer and its manufacturing method
JP2007306028A (en) * 2007-07-23 2007-11-22 Toshiba Corp Manufacturing method of semiconductor device
JP2009170940A (en) * 2009-04-30 2009-07-30 Sumco Corp Semiconductor wafer manufacturing method, and semiconductor wafer
JP2014159367A (en) * 2014-03-18 2014-09-04 Sumco Corp Manufacturing method of silicon epitaxial wafer
US9243345B2 (en) 2009-03-25 2016-01-26 Sumco Corporation Silicon wafer and manufacturing method thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002134513A (en) * 2000-10-27 2002-05-10 Mitsubishi Materials Silicon Corp Method for heat-treating silicon wafer
JP2003257984A (en) * 2002-03-05 2003-09-12 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp Silicon wafer and its manufacturing method
JP2007306028A (en) * 2007-07-23 2007-11-22 Toshiba Corp Manufacturing method of semiconductor device
US9243345B2 (en) 2009-03-25 2016-01-26 Sumco Corporation Silicon wafer and manufacturing method thereof
JP2009170940A (en) * 2009-04-30 2009-07-30 Sumco Corp Semiconductor wafer manufacturing method, and semiconductor wafer
JP2014159367A (en) * 2014-03-18 2014-09-04 Sumco Corp Manufacturing method of silicon epitaxial wafer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2752799B2 (en) Method for manufacturing SOI substrate
US6323109B1 (en) Laminated SOI substrate and producing method thereof
US7662701B2 (en) Gettering of silicon on insulator using relaxed silicon germanium epitaxial proximity layers
JP2006524426A (en) Method and layer structure for producing strained layers on a substrate
US5989981A (en) Method of manufacturing SOI substrate
US5534446A (en) Process for producing buried insulator layer in semiconductor substrate
KR101380514B1 (en) Method for manufacturing semiconductor substrate
JP2998330B2 (en) SIMOX substrate and method of manufacturing the same
JPH11214322A (en) Method for manufacturing silicon semiconductor substrate
JP4228676B2 (en) SIMOX wafer manufacturing method
JPH04264724A (en) Manufacture of semiconductor substrate
JP3660469B2 (en) Manufacturing method of SOI substrate
JP3091800B2 (en) Method for manufacturing SOI substrate
JP4655557B2 (en) SOI substrate manufacturing method and SOI substrate
JP2943369B2 (en) Semiconductor substrate manufacturing method
JP4598241B2 (en) SIMOX substrate manufacturing method
JP2006108404A (en) Manufacturing method for soi wafer
JPH06283421A (en) Soi substrate and manufacturing method thereof
JPH06283420A (en) Production of soi board
JP2010027731A (en) Method of manufacturing simox wafer, and simox wafer
JP2005175390A (en) Simox substrate and its manufacturing method
JP3550621B2 (en) Method for manufacturing SOI substrate by SIMOX method
JPH04242958A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2663839B2 (en) Semiconductor substrate and method of manufacturing the same
JPH0396223A (en) Forming method for soi structure