SOI晶片的制造方法及SOI晶片技术

本发明专利技术提供一种ＳＯＩ晶片的制造方法，该方法至少从硅晶片一边的主表面，注入氧离子以形成氧离子注入层后，对该硅晶片进行将上述氧离子注入层变成埋入式氧化膜的氧化膜形成热处理，以在埋入式氧化膜上制造具有ＳＯＩ层的ＳＯＩ晶片，其中，在上述硅晶片形成埋入式氧化膜时，是将其膜厚形成比上述制成的ＳＯＩ晶片的埋入式氧化膜更厚，其后，在形成有该埋入式氧化膜的硅晶片上，进行减少埋入式氧化膜厚度的热处理。通过这种方式，可提供一种ＳＯＩ晶片的制造方法，其可利用ＳＩＭＯＸ法制造高品质的ＳＯＩ晶片，而该ＳＯＩ晶片具有膜厚较薄且完全性高的埋入式氧化膜，且ＳＯＩ层的结晶性及表面质量极好。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在绝缘体上形成有硅层的、具有SOI(Silicon on insulator)构造的SOI晶片的制造方法，以及利用该方法制造的SOI晶片。
技术介绍
近年来，绝缘体上形成硅层(SOI层)的、具有SOI构造的SOI晶片，在装置的高速性、低耗电性、高耐压性、耐环境性等方面表现良好，所以电子装置利用的高性能LSI所采用的晶片，尤受瞩目。制造该SOI晶片的代表方法，有接合法或SIMOX(Separation byion-implanted oxygen)法等。接合法意指在形成SOI层的接合晶片(bondwafer)和支承基板的基底晶片(base wafer)的至少一边形成氧化膜，通过形成的氧化膜，使接合晶片和基底晶片接合后，通过将接合晶片薄膜化以制造SOI晶片的方法。另外，SIMOX法意指通过将氧离子注入硅晶片后，实施热处理，在硅晶片中形成埋入式氧化膜，以制成SOI晶片(SIMOX晶片)的方法。更具体来说，如图2所示，先准备施以镜面研磨等的硅晶片11(步骤(a’))，接着，于步骤(b’)，从加热至500℃左右的硅晶片11一边的主表面，进行将氧离子(O+)注入晶片内部的离子注入，以形成氧离子注入层12。此时，就离子注入条件而言，注入能量通常为150至200keV，此外，为了形成连续的埋入式氧化膜，氧离子的剂量必须为大约1.5×1018以上的高剂量。其后，于步骤(c’)，例如在惰性气体环境中，在1300℃以上的温度下，实施氧化膜形成热处理，以将形成于晶片上的氧离子注入层12变成埋入式氧化膜13，通过这种方式，可制得在埋入式氧化膜13上形成有SOI层14的SOI晶片15。如上所述，利用SIMOX法制造的SOI晶片，其SOI层或埋入式氧化膜的膜厚，决定于氧离子注入时的离子注入能量或剂量，故具有易于获得良好膜厚均匀性的优点，此外，如上述接合法所示，不需具备两片晶片，可利用一片硅晶片来制造SOI晶片，故可以较低的成本来制造。然而，利用SIMOX法，如上所述以高剂量进行氧离子的注入时，虽然可提高埋入式氧化膜的完全性，但是，会对大量氧离子通过的晶片表面产生破坏，所以在进行形成氧化膜的热处理时，SOI层容易产生高密度贯穿位错，而产生难以获得具有良好结晶品质的SOI层的问题。为了解决此种问题，不断致力于各种研究及检讨。于是，开发出在进行低剂量的氧离子注入时，也可形成连续的埋入式氧化膜，而制得贯穿位错密度低的SOI晶片。(参考SOI科学、UCS半导体基盘技术的研究会编集、利来公司发行、p.26-30)。此时，氧离子的剂量约限定为4×1017/cm2，故得知该剂量的范围为剂量窗(dose window)。然而，以这种低剂量形成的埋入式氧化膜，虽可减少贯穿位错，但是，极易形成引起埋入式氧化膜绝缘不良的针孔(pinhole)，相较于以高剂量形成的埋入式氧化膜，埋入式氧化膜的品质变得更低。于此，为了改善利用低剂量离子注入所形成的埋入式氧化膜的品质，而提出了各种方法。例如，提出进行一般的氧化膜形成热处理后，在高温氧环境中进行氧化处理，即进行所谓的内部氧化处理(以下，记载有ITOX(InternalThermal Oxidation)处理)，以提高埋入式氧化膜品质的方法(参考日本专利第3036619号公报)。如上所述，以低剂量进行氧离子注入的SIMOX法，附加ITOX处理，得以将埋入式氧化膜厚膜化并改善其品质，而可制造针孔密度低且埋入式氧化膜的完全性得以提高的高品质的SIMOX晶片。近年来，随着半导体装置的高集成化，期望可制造更高品质的晶片，例如，可形成具有厚度较薄的埋入式氧化膜的SOI晶片。此外，今后，SOI晶片所具有的埋入式氧化膜厚度，朝着薄化成100nm至50nm，或者小于50nm的方向改进。然而，以上述方式，使用SIMOX法制造SOI晶片时，例如为了形成连续的埋入式氧化膜，必须以高剂量进行氧离子注入时，形成于SOI晶片上的埋入式氧化膜一定具有一定程度以上的厚度，而无法形成厚度较薄的上述埋入式氧化膜。此外，以大约4×1017/cm2(剂量窗)的低剂量，进行氧离子注入以制造SOI晶片时，虽可形成厚度较薄的埋入式氧化膜，然而，因为氧化膜的品质较低，所以必须如上所述那样再进行使埋入式氧化膜品质提高的ITOX处理，导致硅晶片中的埋入式氧化膜厚膜化而变厚。因此，如果利用SIMOX法，制造完全性高且具有近年所要求的膜厚较薄的埋入式氧化膜的SOI晶片极为困难。再者，利用上述SIMOX法制造的SOI晶片，相较于利用上述接合法制造的SOI晶片，虽具有膜厚均匀性及制造成本方面的优势，但是，也会出现存在于SOI层的结晶缺陷较多，SOI层的结晶性劣化，以及SOI层的表面粗糙度较大的问题。因此，利用SIMOX法制造SOI晶片时，也期望SOI层的结晶性及表面品质提高。
技术实现思路
因此，本专利技术鉴于上述问题而进行开发，其目的在于提供一种SOI晶片的制造方法，可利用SIMOX法制造高品质的SOI晶片，而该SOI晶片具有薄的膜厚以及完全性高的埋入式氧化膜，并且，SOI层的结晶性及表面品质极好。为实现上述目的，本专利技术提供一种SOI晶片的制造方法，至少从硅晶片一边的主表面，注入氧离子以形成氧离子注入层后，于该硅晶片进行将上述氧离子注入层变成埋入式氧化膜的氧化膜形成热处理，以制造在埋入式氧化膜上具有SOI层的SOI晶片，其特征为于上述硅晶片形成埋入式氧化膜时，是将其膜厚形成为比上述制成的SOI晶片的埋入式氧化膜更厚，其后，在形成有该埋入式氧化膜的硅晶片上，进行减少埋入式氧化膜厚度的热处理。如上所述，使用SIMOX法制造SOI晶片的方法中，于硅晶片形成埋入式氧化膜时，是将其膜厚形成为比上述制成的SOI晶片的埋入式氧化膜更厚，其后，对硅晶片进行减少埋入式氧化膜厚度的热处理，通过这种方式，可容易地制造高品质的SOI晶片，而该SOI晶片具有例如100nm以下，小于50nm的膜厚较薄且完全性高的埋入式氧化膜。此外，以上述方式通过热处理，使埋入式氧化膜的膜厚减少，故膜厚减少的部分会还原成结晶性良好的硅层，此外，由于减少埋入式氧化膜厚的热处理期间，SOI层以结晶性良好的硅层作为籽晶而进行固层生长，所以SOI层的结晶性极好，同时，SOI层的表面粗糙度也提高，得以改善表面品质。此时，理想的状态是在氢气、氩气、或混合这些气体的环境下，在1000℃以上的温度下，进行减少上述埋入式氧化膜厚度的热处理。在此种条件下进行减少氧化膜厚度的热处理，可有效地使氧化膜的厚度减少，且可确实获得具有所期望的厚度较薄的埋入式氧化膜，同时，SOI层的结晶性及表面品质也可确实得到改善。另外，减少上述埋入式氧化膜厚度的热处理的热处理环境中所含的氧浓度设定在10ppm以下为佳。进行减少氧化膜厚度的热处理时，若热处理环境中所含的氧浓度超过10ppm，则热处理进行中，恐怕会发生SOI晶片表面被蚀刻，SOI层的表面粗糙度或膜厚均匀性劣化的问题。因此，以上述方式，将减少氧化膜厚度的热处理的热处理环境中所含的氧浓度设定在10ppm以下，通过这种方式，可防止热处理进行中，晶片表面被蚀刻，而制成形成有SOI层的SOI晶片，该SOI层具有良好表面粗糙度及膜厚均匀性。再者，减少上述埋入式氧化膜厚度的热处理中，所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳＯＩ晶片的制造方法，该方法至少从硅晶片一边的主表面，注入氧离子以形成氧离子注入层后，对该硅晶片进行将上述氧离子注入层变成埋入式氧化膜的氧化膜形成热处理，以在埋入式氧化膜上制造具有ＳＯＩ层的ＳＯＩ晶片，其特征为：在上述硅晶片形成 埋入式氧化膜时，是将其膜厚形成为比上述制成的ＳＯＩ晶片的埋入式氧化膜更厚，其后，在形成有该埋入式氧化膜的硅晶片上，进行减少埋入式氧化膜厚度的热处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-2-19 040875/20031.一种SOI晶片的制造方法，该方法至少从硅晶片一边的主表面，注入氧离子以形成氧离子注入层后，对该硅晶片进行将上述氧离子注入层变成埋入式氧化膜的氧化膜形成热处理，以在埋入式氧化膜上制造具有SOI层的SOI晶片，其特征为在上述硅晶片形成埋入式氧化膜时，是将其膜厚形成为比上述制成的SOI晶片的埋入式氧化膜更厚，其后，在形成有该埋入式氧化膜的硅晶片上，进行减少埋入式氧化膜厚度的热处理。2.如权利要求1所述的SOI晶片的制造方法，其中，在氢气、氩气、或混合这些气体的环境下，在1000℃以上的温度下，进行减少上述埋入式氧化膜厚度的热处理。3.如权利要求1或2所述的SOI晶片的制造方法，其中，减少上述埋入式氧化膜厚度的热处理的热处...

【专利技术属性】
技术研发人员：横川功，阿贺浩司，高野清隆，三谷清，
申请(专利权)人：信越半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]