JPH11329968A - 半導体基材とその作製方法 - Google Patents

半導体基材とその作製方法

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JPH11329968A
JPH11329968A JP13342798A JP13342798A JPH11329968A JP H11329968 A JPH11329968 A JP H11329968A JP 13342798 A JP13342798 A JP 13342798A JP 13342798 A JP13342798 A JP 13342798A JP H11329968 A JPH11329968 A JP H11329968A
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JP
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layer
substrate
semiconductor substrate
epitaxial
heat treatment
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JP13342798A
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Kiyobumi Sakaguchi
清文 坂口
Nobuhiko Sato
信彦 佐藤
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CZバルクSiウエハに起因した欠陥のない
Si活性層を有する高品質のSIMOXウエハ及びその
作製方法を提供する。 【解決手段】 Si単結晶基板11を用意して、主表面
上に新たな欠陥を導入することなくエピタキシャルSi
層12を形成する工程、該基板の主表面から酸素イオン
を注入する工程、該基板を熱処理して、少なくともエピ
タキシャル層の一部を表面側に残した状態で内部に酸化
Si層を形成する工程を有する作製工程により形成され
てなることを特徴とする半導体基材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基材及び半
導体基材の製造方法に関する。更に詳しくは、誘電体分
離あるいは、絶縁物上の単結晶半導体の作製方法、さら
に絶縁物上の単結晶半導体層に作成される電子デバイ
ス、集積回路に適する半導体基材及び半導体基材の作製
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】〔一般のSOI〕絶縁物上の単結晶Si
半導体層の形成は、シリコン オン インシュレーター
(SOI)技術として広く知られ、通常のSi集積回路
を作製するバルクSi基板では到達しえない数々の優位
点をSOI技術を利用したデバイスが有することから多
くの研究が成されてきた。すなわち、SOI技術を利用
することで、 1.誘電体分離が容易で高集積化が可能、 2.対放射線耐性に優れている、 3.浮遊容量が低減され高速化が可能、 4.ウエル工程が省略できる、 5.ラッチアップを防止できる、 6.薄膜化による完全空乏型電界効果トランジスタが可
能、 等の優位点が得られる。これらは例えば以下の文献に詳
しい。SpecialIssue:“Single−c
rystal silicon on non−sin
gle−crystal insulators”;e
dited by G.W.Cullen,Journ
al of Crystal Growth,volu
me 63,no 3,pp 429〜590(198
3)。
【0003】さらにここ数年においては、SOIが、M
OSFETの高速化、低消費電力化を実現する基板とし
て多くの報告がなされている(IEEE SOI co
nference 1994)。
【0004】また、SOI構造を用いると、素子の下部
に絶縁層があるので、バルクSiウエハ上に素子を形成
する場合と比べて、素子分離プロセスが単純化できる結
果、デバイスプロセス工程が短縮される。すなわち、高
性能化と合わせて、バルクSi上のMOSFET、IC
に比べて、ウエハコスト、プロセスコストのトータルで
の低価格化が期待されている。
【0005】なかでも、完全空乏型MOSFETは、駆
動力の向上による高速化、低消費電力化が期待されてい
る。MOSFETの閾値電圧(Vth)は、一般的にはチ
ャネル部の不純物濃度により決定されるが、SOIを用
いた完全空乏型(FD;Fully Deplete
d)MOSFETの場合には空乏層厚がSOIの膜厚の
影響も受けることになる。したがって、大規模集積回路
を歩留まり良くつくるためには、SOI膜厚の均一性が
強く望まれていた。
【0006】また、化合物半導体上のデバイスは、Si
では得られない高い性能、たとえば、高速、発光などを
持っている。現在は、これらのデバイスはほとんどGa
As等の化合物半導体基板上にエピタキシャル成長をし
てその中に作り込まれている。しかし、化合物半導体基
板は、高価で、機械的強度が低く、大面積ウエハは作製
が困難などの問題点がある。
【0007】このようなことから、安価で、機械的強度
も高く、大面積ウエハが作製できるSiウエハ上に、化
合物半導体をヘテロエピタキシャル成長させる試みがな
されている。
【0008】SOI基板の形成に関する研究は1970
年代頃から盛んであった。絶縁物であるサファイア基板
の上に単結晶Siをヘテロエピタキシャル成長する方法
(SOS:Sapphire on Silicon)
や、多孔質Siの酸化による誘電体分離によりSOI構
造を形成する方法(FIPOS:Fully Isol
ation by Porous Oxidized
Silicon)、貼り合わせ法、酸素イオン注入法が
よく研究されている。
【0009】〔FIPOS〕FIPOS法は、P型Si
単結晶基板表面にN型Si層をプロトンイオン注入(イ
マイ他、J.Crystal Growth,vol.
63,547(1983))、もしくは、エピタキシャ
ル成長とパターニングによって島状に形成し、表面より
Si島を囲むようにHF溶液中の陽極化成法によりP型
Si基板のみを多孔質化したのち、増速酸化によりN型
Si島を誘電体分離する方法である。本方法では、分離
されているSi領域は、デバイス工程のまえに決定され
ており、デバイス設計の自由度を制限する場合があると
いう問題点がある。
【0010】〔Bonding〕また、上記のような従
来のSOIの形成方法とは別に、近年、Si単結晶基板
を、熱酸化した別のSi単結晶基板に、熱処理又は接着
剤を用いて貼り合せ、SOI構造を形成する方法が注目
を浴びている。この方法は、デバイスのための活性層を
均一に薄膜化する必要がある。すなわち、数百μmもの
厚さのSi単結晶基板をμmオーダーがそれ以下に薄膜
化する必要がある。
【0011】〔SIMOX〕酸素イオン注入法は、K.
Izumiによって始めて報告されたSIMOXと呼ば
れる方法である。Siウエハに酸素イオンを1017〜1
18/cm2 程度注入したのち、アルゴン・酸素雰囲気
中で1320℃程度の高温でアニールする。その結果、
イオン注入の投影飛程(RP )に相当する深さを中心に
注入された酸素イオンがSiと結合して酸化Si層が形
成され、SOI構造を得る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】SIMOXでは、バル
クウエハの表面部直下に絶縁層を形成するが、通常のバ
ルクのSiウエハ(CZウエハ)には、フローパターン
ディフェクト(FPD:Flow Pattern D
efect)(T.Abe,ExtendedAbs
t.Electrochem.Soc.Spring
Meetng vol.95−1,pp.596,(M
ay,1995))やCOP(Crystal Ori
ginated Particles)(山本秀和、
「大口径シリコンウエハへの要求課題」、第23回ウル
トラクリーンテクノロジーカレッジ、(Aug.199
6))等、それに特有の欠陥が存在している。すなわ
ち、上記方法では、これらの欠陥を内在した半導体材料
フィルムが出来上がることになり、デバイス作製の際の
歩留まりを下げてしまうという問題がある。したがっ
て、CZバルクウエハに起因した欠陥のないSIMOX
ウエハを形成する必要がある。
【0013】また、特開平8−191140では、高濃
度不純物Si基板上にエピタキシャル成長を行い、イオ
ン注入を行うことで、酸化Si層の膜質を制御すること
が開示されているが、この開示されている方法では、エ
ピタキシャルSi膜とSi基板との界面に必ず格子ミス
フィット転位による欠陥が導入されてしまう。
【0014】従って、CZバルクウエハに起因した欠陥
のないSIMOXウエハを形成するとともに、その際金
属汚染やパーティクル等の工程不良による欠陥以外の新
たな欠陥を導入しないことが必要である。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の目的は、
従来のSIMOXウエハより高品質のSIMOXウエハ
及びその作製方法を提供することにある。
【0016】本発明の第2の目的は、CZバルクウエハ
に起因した欠陥のないSi活性層を有するSIMOXウ
エハ及びその作製方法を提供することにある。
【0017】本発明の第3の目的は、エピタキシャル成
長による新たな欠陥は導入せずに、CZバルクウエハに
起因した欠陥のないSIMOXウエハ及びその作製方法
を提供することにある。
【0018】本発明は、Si基板の少なくとも主表面側
にエピタキシャルSi層を新たな欠陥を生じることなく
形成したSi基体を用意する工程と、該Si基体にエピ
タキシャル層側から酸素をイオン注入し、イオン注入層
を形成する工程と、該Si基体を熱処理して、少なくと
もエピタキシャル層の一部を表面側に残した状態で該S
i基体内部に酸化Si層を形成する工程と、を有する作
製工程により形成される半導体基材であることを特徴と
する。これにより、CZバルクウエハに起因した欠陥の
ないSIMOXウエハがえられる。
【0019】本発明は、Si基板の少なくとも主表面側
にエピタキシャルSi層を新たな欠陥を生じることなく
形成したSi基体を用意する工程と、該エピタキシャル
層表面に絶縁層を形成する工程と、該Si基体に絶縁層
側から酸素をイオン注入し、イオン注入層を形成する工
程と、該Si基体を熱処理して、少なくともエピタキシ
ャル層の一部を表面側に残した状態で該Si基体内部に
酸化Si層を形成する工程と、を有する作製工程により
形成される半導体基材であることを特徴とする。これに
より、CZバルクウエハに起因した欠陥のないSIMO
Xウエハが得られるとともに、イオン注入による表面荒
れを防ぐことができる。
【0020】・本発明は、CZバルクSiウエハの、フ
ローパターンディフェクト(FPD;Flow Pat
tern Defect)やCOP(Crystal
Originated Particle)等の特有の
欠陥を含まない基板を作製する;ことにある。
【0021】また、前記Si基体は、濃度無指定ウエ
ハ、あるいは再生ウエハであることを特徴とする。
【0022】また、本発明は、CZウエハの欠陥をも排
除することが目的であるので、特開平08−19114
0に記載されている格子ミスフィットによる欠陥導入が
必要不可欠なエピタキシャル成長とは本質的に異なるも
のであり、本発明は、金属汚染やパーティクル等の工程
不良による欠陥の発生以外のエピタキシャル成長による
新たな欠陥の導入はないことが前提となっている。
【0023】高濃度不純物基板上にエピタキシャル成長
させる場合の格子ミスフィットによる欠陥の導入は、基
板表面の清浄度はもちろんであるが、ミスフィットの度
合いとエピ・基板界面付近での不純物濃度の濃度勾配の
急峻性に特に影響される。特開平8−191140で
は、800℃のジシランガスによるエピやMBEなど比
較的成長温度の低いエピ成長を実施することが開示され
ているが、これらの低温のエピ条件では不純物の拡散が
遅く、エピ・基板界面付近の不純物濃度勾配は急峻であ
り、ミスフィット転位が導入されてしまう。本発明で
は、高濃度不純物基板上にエピタキシャル成長を行なっ
た場合にも、エピ・基板界面近傍の不純物濃度勾配の急
峻性を高温プロセス(850℃ないし900℃以上)を
用いて低くすることで、ミスフィット転位を導入しない
ようにすることが可能である。
【0024】また、高濃度不純物基板上にエピタキシャ
ル成長する場合に、初めの100nm程度のエピタキシ
ャル層で不純物濃度を徐々に低くし、その上に所望の濃
度のエピタキシャル層を形成することでミスフィット転
位の導入を回避することも可能である。なお、低濃度不
純物基板上にエピタキシャル成長を行った場合には、ミ
スフィット転位は導入されない。
【0025】〔Epi膜〕エピタキシャルSi膜では、
バルクSiに特有の欠陥を排除することができるため、
デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。現
在でも、CPU等の高性能素子には、エピタキシャルウ
エハが使用されている。今後ウエハの大口径化が進み、
高品質結晶の引き上げが難しくなると言われており、バ
ルクウエハの品質は落ちる。よって、ますます、エピタ
キシャルSi膜の必要性は高まり、SIMOXでもエピ
タキシャル膜の需要は高まる。
【0026】〔SOI〕また、本発明は、SOI構造の
大規模集積回路を作製する際にも、高価なSOSや、従
来のSIMOXの代替足り得る半導体基板の作製方法を
提供する。
【0027】
【発明の実施の形態】〔実施態様例1〕図1は、本発明
の実施態様例1の工程を示す模式断面図である。
【0028】図1において、まず、第1のSi単結晶基
板11を用意して、主表面上にエピタキシャルSi層1
2を形成する(図1(a))。第1のSi単結晶基板1
1は、出来上がるSOI層がエピタキシャル層12で決
められるため、抵抗無指定ウエハや一般の再生ウエハ等
を用いて構わない。さらに、最表面層にSiO2 13を
形成しておいた方が、イオン注入時の表面荒れを防ぐと
いう意味でも良い。
【0029】また、パワーデバイスなどデバイスの種類
によっては、SOI基板の表面Si層とSiO2層の下
に位置する支持基板の比抵抗・導電性タイプが異なる必
要がある。たとえばSOI層はPタイプ高抵抗(数〜1
0Ω・cm)、支持基板は、nタイプ低抵抗(〜0.0
1Ωcm)となることがのぞまれる。このような構造は
酸素イオン注入に先立って、あらかじめエピタキシャル
層として基板と異なる導電性タイプ、比抵抗のエピタキ
シャル層を形成しておくことによって可能となる。
【0030】次に、第1基板の主表面から、酸素をイオ
ン注入する(図1(b))。酸素イオン注入溜り14
は、第1のSi単結晶基板11とエピタキシャル層12
との界面付近あるいはエピタキシャル層12内部になる
ことが好ましい。正確には熱処理後酸素イオン注入溜り
14がSiO2膜15になった時に、エピタキシャル層
12と基板11との界面がSiO2膜15中に含まれる
様に注入エネルギーと注入量とを調整する。
【0031】次に、図1(c)に示すように、第1の基
板を熱処理する。
【0032】エピタキシャル層の形成は、酸素イオン注
入の後に表面の酸化膜を剥離した後に行うことも可能で
ある。その場合には、エピタキシャル成長に伴う熱処理
は、イオン注入した酸素がエピタキシャル層形成時に望
まない変質を遂げないようなるべく低温化することが望
ましい。
【0033】エピタキシャル層形成後にイオン注入する
場合は、エピタキシャル層にイオン注入によるダメージ
が残留する可能性があるが、イオン注入後にエピ層を形
成する場合には、イオン注入によるダメージは導入され
ることはない。
【0034】表面酸化膜13は除去する。図1(d)に
は、本発明で得られる半導体基板が示される。もちろ
ん、表面汚染を避けるため表面酸化膜13は、デバイス
プロセス直前まで除去しなくてもよい。基板11上に単
結晶Si薄膜12がSiO2を介して平坦に、しかも均
一に薄層化されて、ウエハ全域に、大面積に形成され
る。こうして得られた半導体基板は、絶縁分離された電
子素子作製という点から見ても好適に使用することがで
きる。
【0035】さらに、表面酸化膜13を除去した後、水
素を含む還元性雰囲気で熱処理しても良い。本熱処理に
より、表面のラフネスが平滑化される。ケミカルエッチ
ングより機械的研磨の要素の強いTouch Poli
shingを用いずに表面を平滑化できるので、表面に
微小なスクラッチなどが導入されない。
【0036】又、SOI層中にBoronが含まれる場
合、本熱処理により外方拡散する結果濃度を低減するこ
とが可能である。
【0037】〔実施態様例2〕図2は、本発明の実施態
様例2の工程を示す模式断面図である。
【0038】図2において、まず、第1のSi単結晶基
板21を用意して、主表面上にエピタキシャルSi層1
2を形成する(図2(a))。第1のSi単結晶基板2
1は、出来上がるSOI層がエピタキシャル層22で決
められるため、抵抗無指定ウエハや一般の再生ウエハ等
を用いて構わない。さらに、最表面層にSiO2 23を
形成しておいた方が、イオン注入時の表面荒れを防ぐと
いう意味でも良い。
【0039】次に、第1基板の主表面から、酸素をイオ
ン注入する(図2(b))。酸素イオン注入溜り24
は、第1のSi単結晶基板21とエピタキシャル層22
との界面付近あるいはエピタキシャル層22内部になる
ことが好ましい。正確には熱処理後酸素イオン注入溜り
24がSiO2膜25になった時に、エピタキシャル層
22と基板21との界面がSiO2膜25中に含まれる
様に注入エネルギーと注入量とを調整する。
【0040】次に、図2(c)に示すように、第1の基
板を熱処理する。
【0041】(多段注入:Multi−I/I)その後
ウエハ洗浄→イオン注入→熱処理を1回以上繰り返し行
う。
【0042】この工程は、、ウエハ洗浄を工程途中に入
れることにより、イオン注入時にウエハ表面パーティク
ルにより、これがマスクになりイオン注入されないこと
を防ぐことが目的である。
【0043】表面酸化膜23は除去する。図2(f)に
は、本発明で得られる半導体基板が示される。もちろ
ん、表面汚染を避けるため表面酸化膜23は、デバイス
プロセス直前まで除去しなくてもよい。基板21上に単
結晶Si薄膜22がSiO2を介して平坦に、しかも均
一に薄層化されて、ウエハ全域に、大面積に形成され
る。こうして得られた半導体基板は、絶縁分離された電
子素子作製という点から見ても好適に使用することがで
きる。
【0044】さらに、表面酸化膜23を除去した後、水
素を含む還元性雰囲気で熱処理しても良い。本熱処理に
より、表面のラフネスが平滑化される。ケミカルエッチ
ングより機械的研磨の要素の強いTouch Poli
shingを用いずに表面を平滑化できるので、表面に
微小なスクラッチなどが導入されない。
【0045】又、SOI層中にBoronが含まれる場
合、本熱処理により外方拡散する結果濃度を低減するこ
とが可能である。
【0046】〔実施態様例3〕図3は、本発明の実施態
様例3の工程を示す模式断面図である。
【0047】図3において、まず、第1のSi単結晶基
板31を用意して、主表面上にエピタキシャルSi層3
2を形成する(図3(a))。第1のSi単結晶基板3
1は、出来上がるSOI層がエピタキシャル層32で決
められるため、抵抗無指定ウエハや一般の再生ウエハ等
を用いて構わない。さらに、最表面層にSiO2 33を
形成しておいた方が、イオン注入時の表面荒れを防ぐと
いう意味でも良い。
【0048】次に、第1基板の主表面から、酸素をイオ
ン注入する(図3(b))。酸素イオン注入溜り34
は、第1のSi単結晶基板11とエピタキシャル層32
との界面付近あるいはエピタキシャル層32内部になる
ことが好ましい。正確には熱処理後酸素イオン注入溜り
34がSiO2膜35になった時に、エピタキシャル層
32と基板11との界面がSiO2膜35中に含まれる
様に注入エネルギーと注入量とを調整する。
【0049】次に、図3(c)に示すように、第1の基
板を熱処理する。
【0050】(ITOX工程)その後、基板を酸化雰囲
気中で熱処理する。
【0051】この前に、表面酸化膜を除去しておいても
良い。
【0052】この酸化により表面だけでなく内部の酸化
膜35の厚さも厚くなり、内部酸化膜の信頼性が向上す
る。
【0053】酸化雰囲気は酸素と不活性ガスにより構成
することが望ましい。表面の酸化膜形成速度を抑制し、
内部の酸化膜厚の増加を促進するには、雰囲気中の酸素
濃度を下げ、熱処理温度を上げることが望ましい。
【0054】表面酸化膜13は除去する。図3(d)に
は、本発明で得られる半導体基板が示される。もちろ
ん、表面汚染を避けるため表面酸化膜33は、デバイス
プロセス直前まで除去しなくてもよい。基板31上に単
結晶Si薄膜32がSiO2を介して平坦に、しかも均
一に薄層化されて、ウエハ全域に、大面積に形成され
る。こうして得られた半導体基板は、絶縁分離された電
子素子作製という点から見ても好適に使用することがで
きる。
【0055】さらに、表面酸化膜33を除去した後、水
素を含む還元性雰囲気で熱処理しても良い。本熱処理に
より、表面のラフネスが平滑化される。ケミカルエッチ
ングより機械的研磨の要素の強いTouch Poli
shingを用いずに表面を平滑化できるので、表面に
微小なスクラッチなどが導入されない。
【0056】又、SOI層中にBoronが含まれる場
合、本熱処理により外方拡散する結果濃度を低減するこ
とが可能である。
【0057】
【実施例】(実施例1)第1の単結晶CZ−Si基板上
にCVD(Chemical Vapor Depos
ition)法により単結晶Siを0.35μmエピタ
キシャル成長した。成長条件は以下の通りである。比較
例として、エピタキシャル成長しない基板を用意して、
以下の処理はエピタキシャル成長したものと同様におこ
なった。
【0058】ソースガス:SiH2Cl2/H2 ガス流量:0.5/230 1/min ガス圧力:80Torr 温度:900℃ 成長速度:0.2μm/min
【0059】さらに、このエピタキシャルSi層表面に
熱酸化により50nmのSiO2層を形成した。この酸
化膜は、イオン注入時の表面荒れを防止することが目的
であり、なくても良い。
【0060】表面のSiO2層を通してO+を180ke
Vで2×1018cm-2イオン注入した。注入時の温度
は、550℃とした。これによって、エピタキシャル層
と元の基板界面付近に濃度ピークを持つ酸素イオン注入
層が形成された。
【0061】この後、基板をO2(10%)/Ar雰囲
気中で1350℃−4時間の熱処理を行った。表面酸化
膜を除去すると、SOI層150nm/埋め込み酸化膜
400nmのSOIウエハが出来上がった。
【0062】このSOI層は、元々エピタキシャル層の
一部であるので、CZ−Si基板に起因するCOP、F
PD等の欠陥は皆無であった。
【0063】完成したSOI基板を49%HF溶液中に
10分浸漬したのち光学顕微鏡で観察した。SOI層に
COPが内在する場合には、HFからCOP部を通して
SiO2膜をエッチングし、円状にSiO2層から溶解さ
れたHF Voidが観察される。エピタキシャル層を
形成した場合には、HF Voidは0.2コ/cm2
であったが、エピタキシャル層を形成しない比較例で
は、HF Voidは1.5コ/cm2も確認された。
【0064】(実施例2)第1の単結晶CZ−Si基板
上にCVD(Chemical Vapor Depo
sition)法により単結晶Siを0.35μmエピ
タキシャル成長した。成長条件は以下の通りである。
【0065】ソースガス:SiH2Cl2/H2 ガス流量:0.5/230 1/min ガス圧力:760Torr 温度:1040℃ 成長速度:0.30μm/min
【0066】さらに、このエピタキシャルSi層表面に
熱酸化により50nmのSiO2層を形成した。この酸
化膜は、イオン注入時の表面荒れを防止することが目的
であり、なくても良い。
【0067】表面のSiO2層を通してO+を180ke
Vで2×1017cm-2イオン注入した。注入時の温度
は、550℃とした。これによって、エピタキシャル層
と元の基板界面付近に濃度ピークを持つ酸素イオン注入
層が形成された。
【0068】この後、基板をO2(10%)/Ar雰囲
気中で1350℃−4時間の熱処理を行った。埋め込み
酸化膜100nm程度であった。
【0069】このウエハを洗浄した後、再度O+を18
0keVで5×1017cm-2イオン注入し、同様の熱処
理を行った。この洗浄→注入→熱処理を酸素の全注入量
が2×1018cm-2になるまで繰り返した。
【0070】表面酸化膜を除去すると、SOI層150
nm/埋め込み酸化膜400nmのSOIウエハが出来
上がった。
【0071】このSOI層は、元々エピタキシャル層の
一部であるので、CZ−Si基板に起因するCOP、F
PD等の欠陥は皆無であった。
【0072】注入エネルギー、注入量は最終的な埋め込
み酸化膜中にエピタキシャル層と元の基板界面を含むよ
うに選択されればよい。
【0073】(実施例3)第1の単結晶CZ−Si基板
上にCVD(Chemical Vapor Depo
sition)法により単結晶Siを0.35μmエピ
タキシャル成長した。成長条件は以下の通りである。
【0074】ソースガス:SiH2Cl2/H2 ガス流量:0.5/180 1/min ガス圧力:80Torr 温度:950℃ 成長速度:0.30μm/min
【0075】さらに、このエピタキシャルSi層表面に
熱酸化により50nmのSiO2層を形成した。この酸
化膜は、イオン注入時の表面荒れを防止することが目的
であり、なくても良い。
【0076】表面のSiO2層を通してO+を180ke
Vで4×1017cm-2イオン注入した。注入時の温度
は、550℃とした。これによって、エピタキシャル層
と元の基板界面付近に濃度ピークを持つ酸素イオン注入
層が形成された。
【0077】この後、基板をO2(10%)/Ar雰囲
気中で1350℃−4時間の熱処理を行った。SOI層
300nm/埋め込み酸化膜90nmのウエハが出来上
がった。
【0078】この後、O2(70%)/Ar雰囲気中で
1350℃−4時間の熱処理を行った。表面酸化膜を除
去すると、SOI層200nm/埋め込み酸化膜120
nmのSOIウエハが出来上がった。
【0079】このSOI層は、元々エピタキシャル層の
一部であるので、CZ−Si基板に起因するCOP、F
PD等の欠陥は皆無であった。
【0080】注入エネルギー、注入量は最終的な埋め込
み酸化膜中にエピタキシャル層と元の基板界面を含むよ
うに選択されればよい。
【0081】上記した実施例において出来上がるSOI
層がエピタキシャル層で決められる為、第1のSi単結
晶基板は、抵抗無指定ウエハや一般の再生ウエハ等を用
いて構わない。低抵抗基板上に高抵抗エピタキシャル層
を形成することももちろん可能である。Si上のエピタ
キシャル成長法はCVD法の他、MBE法、スパッタ
法、液相成長法、等多種の方法で実施でき、CVD法に
限らない。
【0082】(実施例4)Sbドープn型、比抵抗0.
005Ω・cm(100)Siウエハ上にノンドープエ
ピタキシャル層0.5μm成長した。
【0083】成長条件は以下の通りである。
【0084】ソースガス:SiH2Cl2/H2 ガス流量:0.5/230 1/min ガス圧力:80Torr 温度:900℃ 成長速度:0.20μm/min
【0085】さらに、このエピタキシャルSi層表面に
熱酸化により50nmのSiO2層を形成した。この酸
化膜は、イオン注入時の表面荒れを防止することが目的
であり、なくても良い。
【0086】表面のSiO2層を通してO+を180ke
Vで4×1017cm-2イオン注入した。注入時の温度
は、550℃とした。これによって、エピタキシャル層
と元の基板界面付近に濃度ピークを持つ酸素イオン注入
層が形成された。
【0087】この後、基板をO2(10%)/Ar雰囲
気中で1350℃−4時間の熱処理を行った。SOI層
300nm/埋め込み酸化膜90nmのSOIウエハが
出来上がった。
【0088】この後、O2(70%)/Ar雰囲気中で
1350℃−4時間の熱処理を行った。表面酸化膜を除
去すると、SOI層200nm/埋め込み酸化膜120
nmのSOIウエハが出来上がった。
【0089】このSOI層は、元々エピタキシャル層の
一部であるので、CZ−Si基板に起因するCOP、F
PD等の欠陥は皆無であった。
【0090】注入エネルギー、注入量は最終的な埋め込
み酸化膜中にエピタキシャル層と元の基板界面を含むよ
うに選択されればよい。
【0091】(実施例5)第1の単結晶CZ−Si基板
+型(比抵抗0.01Ω・cm)上にCVD(Che
mical Vapor Deposition)法に
より単結晶Siを0.35μmエピタキシャル成長し
た。成長条件は以下の通りである。比較例として、エピ
タキシャル成長しない基板を用意して、以下の処理はエ
ピタキシャル成長したものと同様におこなった。
【0092】ソースガス:SiH2Cl2/H2 ガス流量:0.5/230 1/min ガス圧力:80Torr 温度:900℃ 成長速度:0.2μm/min
【0093】さらに、このエピタキシャルSi層表面に
熱酸化により50nmのSiO2層を形成した。この酸
化膜は、イオン注入時の表面荒れを防止することが目的
であり、なくても良い。
【0094】表面のSiO2層を通してO+を180ke
Vで2×1018cm-2イオン注入した。注入時の温度
は、550℃とした。これによって、エピタキシャル層
と元の基板界面付近に濃度ピークを持つ酸素イオン注入
層が形成された。
【0095】この後、基板をO2(10%)/Ar雰囲
気中で1350℃−4時間の熱処理を行った。表面酸化
膜を除去すると、SOI層150nm/埋め込み酸化膜
400nmのSOIウエハが出来上がった。
【0096】このSOI層は、元々エピタキシャル層の
一部であるので、CZ−Si基板に起因するCOP、F
PD等の欠陥は皆無であった。
【0097】完成したSOI基板を49%HF溶液中に
10分浸漬したのち光学顕微鏡で観察した。SOI層に
COPが内在する場合には、HFからCOP部を通して
SiO2膜をエッチングし、円状にSiO2層から溶解さ
れたHF Voidが観察される。エピタキシャル層を
形成した場合には、HF Voidは0.2コ/cm2
であったが、エピタキシャル層を形成しない比較例で
は、HF Voidは1.5コ/cm2も確認された。
【0098】他の注入条件としては、例えば、エネルギ
ー:180keV、注入量:4×1017cm-2で、この
場合、SOI層300nm/埋め込み酸化膜90nmの
SOIウエハが出来る。
【0099】注入エネルギー、注入量は最終的な埋め込
み酸化膜中にエピタキシャル層と元の基板界面を含むよ
うに選択されればよい。
【0100】この期、基板をパラジウム合金を用いた水
素精製器で純化された(purify)水素100%雰
囲気中で熱処理を行った(1100℃、4h)。この後
表面ラフネスを測定したところ熱処理前のRrms=
0.5nmが0.3nmに改善されていた。またBor
on濃度もSOI層中で2×1018/cm3であったも
のが、5×1015/cm3以下に低減されていた。
【0101】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
上記したような問題点および上記したような要求に答え
得る半導体基板の作製方法を提案することができる。
【0102】〔Epi膜〕バルクのSiウエハには、フ
ローパターンディフェクト(FPD:FlowPatt
en Defect)(T.Abe,Extended
Abst.Electrochem.Soc.Spr
ing Meeting vol.95−1,pp.5
96,(May,1995))やCOP(Crysta
l Originated Particles)(山
本秀和、「大口径シリコンウエハへの要求課題」、第2
3回ウルトラクリーンテクノロジーカレッジ、(Au
g.1996))等、それに特有の欠陥が存在してい
る。エピタキシャルSi膜では、上記したようなバルク
Siに特有の欠陥を排除することができるため、デバイ
スの歩留まりを向上させることが可能となる。今後ウエ
ハの大口径化が進み、高品質結晶の引き上げが難しくな
ると言われており、バルクウエハの品質は落ちる。よっ
て、ますます、エピタキシャルSi膜の必要性は高ま
り、SOIでもエピタキシャル膜の需要は高まる。
【0103】また、本発明によれば、SOI構造の大規
模集積回路を作製する際にも、高価なSOSや、従来の
SIMOXの代替足り得る半導体基板の作製方法を提案
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様例1の工程を説明するための
模式的断面図である。
【図2】本発明の実施態様例2の工程を説明するための
模式的断面図である。
【図3】本発明の実施態様例3の工程を説明するための
模式的断面図である。
【図4】第1の従来例の工程を説明するための模式的断
面図である。
【符号の説明】
11,21,31,41 Si基板 12,22,32 エピタキシャルSi層 13,23,33 SiO2層 14,24,34,42 イオン注入溜り 15,25,35,44 埋め込みSiO2層 43 SOI層

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si基板の少なくとも主表面側にエピタ
    キシャルSi層を新たな欠陥を生じることなく形成した
    Si基体を用意する工程と、該Si基体にエピタキシャ
    ル層側から酸素をイオン注入し、イオン注入層を形成す
    る工程と、該Si基体を熱処理して、少なくともエピタ
    キシャル層の一部を表面側に残した状態で該Si基体内
    部に酸化Si層を形成する工程と、を有する作製工程に
    より形成されてなることを特徴とする半導体基材。
  2. 【請求項2】 Si基板の少なくとも主表面側にエピタ
    キシャルSi層を新たな欠陥を生じることなく形成した
    Si基体を用意する工程と、該エピタキシャル層表面に
    絶縁層を形成する工程と、該Si基体に絶縁層側から酸
    素をイオン注入し、イオン注入層を形成する工程と、該
    Si基体を熱処理して、少なくともエピタキシャル層の
    一部を表面側に残した状態で該Si基体内部に酸化Si
    層を形成する工程と、を有する作製工程により形成され
    てなることを特徴とする半導体基材。
  3. 【請求項3】 前記イオン注入工程後熱処理前に表面層
    に絶縁層を形成する工程を行う請求項1に記載の半導体
    基材。
  4. 【請求項4】 前記熱処理後に a)洗浄 b)イオン注入 c)熱処理 を1サイクル以上行うことを特徴とする請求項1〜3に
    記載の半導体基材。
  5. 【請求項5】 前記最終熱処理後に、酸化雰囲気中で熱
    処理する工程を行うことを特徴とする請求項1〜4に記
    載の半導体基材。
  6. 【請求項6】 前記最終熱処理後に、酸化膜を除去した
    後、酸化雰囲気中で熱処理する工程を行うことを特徴と
    する請求項1〜4に記載の半導体基材。
  7. 【請求項7】 前記最終熱処理後に、酸化膜を除去した
    後、水素を含む還元性雰囲気で熱処理する工程を行うこ
    とを特徴とする請求項1〜4に記載の半導体基材。
  8. 【請求項8】 前記最終熱処理後に表面絶縁層を除去す
    る工程を行う請求項1〜6に記載の半導体基材。
  9. 【請求項9】 前記第1のSi基体は、濃度無指定ウエ
    ハ、あるいは再生ウエハであることを特徴とする請求項
    1〜8に記載の半導体基材。
  10. 【請求項10】 前記絶縁層は、熱酸化層であることを
    特徴とする請求項1〜8に記載の半導体基材。
  11. 【請求項11】 前記熱処理後に、表面に形成された酸
    化層を剥離した後、水素を含む還元性雰囲気で熱処理す
    る請求項1〜10に記載の半導体基材。
  12. 【請求項12】 前記エピタキシャルSi層を新たな欠
    陥を生じることなく形成する工程は、850℃以上の温
    度で行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導
    体基材。
  13. 【請求項13】 前記新たな欠陥は、格子ミスフィット
    転位による欠陥である請求項1又は2に記載の半導体基
    材。
  14. 【請求項14】 前記Si基体と前記エピタキシャルS
    i層の導電性タイプが互いに異なることを特徴とする請
    求項1又は2に記載の半導体基材。
  15. 【請求項15】 前記Si基体と前記エピタキシャルS
    i層の比抵抗が互いに異なることを特徴とする請求項1
    又は2に記載の半導体基材。
  16. 【請求項16】 前記エピタキシャルSi層を形成する
    工程は、CVD法により行われる請求項1又は2に記載
    の半導体基材。
  17. 【請求項17】 Si基体に酸素イオン注入し、イオン
    注入層を形成する工程、該Si基体を熱処理して、該S
    i基体内部に酸化Si層を形成する工程、及び、該Si
    基体内部に酸化Si層を形成した後、該Si基体表面に
    エピタキシャルSi層を新たな欠陥を生じることなく形
    成する工程を有する作製工程により形成されてなること
    を特徴とする半導体基材。
  18. 【請求項18】 請求項1〜17に記載の半導体基材の
    作製方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007507898A (ja) * 2003-09-30 2007-03-29 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 改質シリコンへの低ドーズ酸素注入による薄い埋め込み酸化物

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007507898A (ja) * 2003-09-30 2007-03-29 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 改質シリコンへの低ドーズ酸素注入による薄い埋め込み酸化物
JP4931212B2 (ja) * 2003-09-30 2012-05-16 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 改質シリコンへの低ドーズ酸素注入による薄い埋め込み酸化物

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