硅绝缘体基片的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种通过注氧隔离（ＳＩＭＯＸ）技术批量生产理想的部分硅绝缘体基片的方法，该方法可避免掩埋式氧化物薄膜透过基片表面而曝露，且硅绝缘体区与非硅绝缘体区之间不会形成表面高度差。本发明专利技术的硅绝缘体基片制造方法包括：在单晶硅半导体基片的表面上形成一保护薄膜作为离子注入掩膜的步骤；在所述保护薄膜内形成规定图案的镂空部分的步骤；沿不垂直于半导体基片的方向将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤；和对所述半导体基片施以热处理，从而在该半导体基片内形成掩埋式氧化物薄膜的步骤；所述方法的特征在于：在将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤中，使氧离子注入流的投影与基片主体的特定方向间所形成的夹角至少有两个取值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种部分SOI基片，所述基片具有通过SIMOX(注氧隔离)技术制得的SOI(硅绝缘体)结构元件和整合在其上的主体结构元件；以及所述部分SOI基片的制造方法。
技术介绍
迄今为止，采用SIMOX法制造部分SOI基片的普遍做法是沿固定方向将氧离子注入掩膜的镂空部分，这是普通SIMOX级离子注入器的构造所决定的。具体地，此项技术旨在通过如下步骤来形成掩埋式氧化物薄膜5透过由平板印刷法在保护薄膜2内形成的镂空部分3，将氧离子注入基片表面，对经过加工的基片施以规定的清洗处理，然后在高温下对其进行热处理(参阅专利文献1和2)。在所述专利文献1和2中曾介绍了使注入氧离子的方向与基片表面法线成约7度夹角的想法。所述倾角旨在调节所注入的氧离子的分布以确保形成-理想的掩埋式氧化物薄层。然而，这种倾斜的离子注入造成所述掩埋式氧化物薄膜的边缘透过表面被曝露(参阅专利文献2和3)。造成这一现象的原因是如图4所示，因为镂空部分的周边部分未被保护薄膜彻底掩蔽，从而不可避免地将氧离子注入所述基片的表面上，在通过热处理形成掩埋式氧化物薄膜时，所述掩埋式氧化物薄膜会在表面曝露。因在用氢氟酸清洗表面以移除氧化物薄膜的后续步骤中，该曝露部分会不可避免地形成凹痕或孔穴以致(1)因必需引入有效的器件-隔离结构而妨碍电路设计；和(2)因在CMP抛光步骤中产生过多浆液而造成加工方面的问题。专利文献2和3曾建议了若干措施来解决这些问题。但，这些措施不易于用实际工业生产中。专利文献2中建议的垂直注入法影响了BOX的形成并降低了所述BOX的品质，因在注入氧的分布通道中会产生一尾部。专利文献3中建议了沿与基片表面法线成7-10度倾角实施的各向异性蚀刻处理，然而这样的处理不容易控制，因为虽然ECR方法(电子回旋加速器共振法)沿垂直于基片表面方向在等离子体与基片间形成电位差，但是由于倾角会引起偏差，利用共振点不能确保方向特性。而利用氮化物薄膜的方法的缺点是处理步骤增加、处理时间延长和生产成本提高。使用现有技术制备的部分硅绝缘体在硅绝缘体区与非硅绝缘体区之间必然存在一个表面高度差。迄今为止还没有人提出解决这一问题的措施，也没有人致力于澄清现存问题。可容许的表面高度差取决于目标集成电路的电路图案的尺寸。虽然一般要求该表面高度差不超过200nm，但容许的幅度有降低趋势。日本专利JP-A-08-017694的正式公报[专利文献2]日本专利JP-A-2001-308025的正式公报[专利文献3]日本专利JP-A-2003-308172的正式公报
技术实现思路
迄今为止，在利用注氧隔离(SIMOX)技术制造部分硅绝缘体基片时，普通方法不可避免地使BOX(掩埋式氧化物薄层)曝露，且已有的解决该问题的建议措施在付诸具体生产时必然遇到困难。本专利技术旨在提供(1)一种方法，该方法采用注氧隔离(SIMOX)技术以低成本批量制造其中掩埋式氧化物薄膜不曝露的理想的部分硅绝缘体结构；和(2)一种由该方法制得的硅绝缘体基片。另外，本专利技术旨在提供(1)一种制造方法，该方法可避免在硅绝缘体区与非硅绝缘体区间产生严重的表面高度差；和(2)一种由该方法制得的硅绝缘体基片。上述目的通过一种硅绝缘体基片得以实现，所述硅绝缘体基片是在单晶硅半导体基片内形成的，其带有掩埋式氧化物薄膜，其特征在于具有掩埋式氧化物薄膜的硅绝缘体区与无掩埋式氧化物薄膜的非硅绝缘体区的表面高度差不超过200nm。上述目的通过一种硅绝缘体基片得以实现，所述硅绝缘体基片的制备方法包括如下步骤在单晶硅半导体基片的表面上形成一保护薄膜作为离子注入掩膜的步骤；在所述保护薄膜内形成规定图案的镂空部分的步骤；沿不垂直于半导体基片的方向将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤；和对所述半导体基片施以热处理，从而在该半导体基片内形成掩埋式氧化物薄膜的步骤；所述硅绝缘体基片的特征为具有掩埋式氧化物薄膜的硅绝缘体区与无掩埋式氧化物薄膜的非硅绝缘体区的表面高度差不超过200nm。上述目的通过一种制造硅绝缘体基片的方法得以实现，该制造方法包括在单晶硅半导体基片的表面上形成一保护薄膜作为离子注入掩膜的步骤；在所述保护薄膜内形成规定图案的镂空部分的步骤；沿不垂直于半导体基片的方向将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤；和对所述半导体基片施以热处理，从而在该半导体基片内形成掩埋式氧化物薄膜的步骤；所述方法的特征在于在将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤中，使氧离子注入流的投影与基片主体的特定方向间所形成的夹角至少有两个取值。如以上所述，借助本专利技术可获得(1)一种方法，该方法采用注氧隔离(SIMOX)技术以低成本批量制造其中掩埋式氧化物薄膜不曝露的理想的部分硅绝缘体结构；和(2)一种由该方法制得的硅绝缘体基片。附图简介附图说明图1(A)-(D)是依照本专利技术制造硅绝缘体基片的方法实例的流程图。图2(A)和(B)是依照本专利技术制造硅绝缘体基片的方法中注入离子步骤实例的典型断面图。图3是说明制造本专利技术硅绝缘体基片的方法中的热处理条件与硅绝缘体/本体两区之间表面高度差的消除的关系的相图。图4是说明依照现有技术制造硅绝缘体基片的方法的特征的典型断面图。本专利技术优选实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式加以详细说明。但本专利技术的范围并不以此为限。此处，图1(A)、(B)、(C)和(D)是本专利技术硅绝缘体基片制造方法的一个实施例的流程图。下面说明中将假定使用热氧化物薄膜作为保护薄膜。参照图1(A)，用作离子注入掩膜的氧化物薄膜(保护薄膜2)通过热氧化作用形成在单晶硅半导体基片1的表面上。然后，如图1(B)所示，采用光学微影技术在保护薄膜2中形成具有特定图案的镂空部分3。然后，如图1(C)所示，将氧离子4沿不垂直于半导体基片表面的方向注入半导体基片1的表面，如图1(D)图所示，通过对半导体基片1施以热处理，在半导体基片1内形成掩埋式氧化物薄膜5。在此，优选通过各向异性蚀刻形成的掩膜的镂空部分3的边缘与基片近乎垂直。所述采用注氧隔离技术制得的硅绝缘体基片的制备方法包括(1)以4×1017个原子/平方厘米的剂量和180kev的加速能量注入氧离子，直至在预定深度处形成高浓度氧离子注入层，(2)在1350℃的退火温度下，在氧浓度为0.5％的氩气环境中将该层退火4小时。并在氧浓度增至70％的情况下再将其退火4小时。但，注氧隔离基片的制造条件无需特别局限于此。此处，所述半导体基片由硅或硅锗形成。举例来说，如图2(A)和(B)所示，通过将基片的[110]方向与注入离子流42在基片平面上的投影41所形成的夹角φ变成α和β条件下的夹角，借助保护薄膜可将掩膜内镂空部分的边缘的离子掩蔽作用加以均化。本专利技术还涉及一种用于制造前述硅绝缘体基片的适当方法，其中在使用保护薄膜作为掩膜将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤中，注入过程分多轮进行，在这些轮中，氧离子注入流在基片平面上的投影与基片主体的特定方向间所形成的夹角有所差异。当注入过程中的前述夹角φ不能自由设定时，可以通过将注入处理分成多轮进行，并改变每轮的夹角φ，借助保护薄膜将掩膜内镂空部分的边缘的离子掩蔽作用加以均化。本专利技术的另一目的是提供一种用于制造前述硅绝缘体基片的适当方法，其中在使用保护薄膜2作为掩膜将氧离子4注入所述半导体基片表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在单晶硅半导体基片内形成的带有掩埋式氧化物薄膜的硅绝缘体基片，其特征在于：具有掩埋式氧化物薄膜的硅绝缘体区与无掩埋式氧化物薄膜的非硅绝缘体区的表面高度差不超过２００ｎｍ。

【技术特征摘要】
JP 2003-6-13 170093/2003;JP 2003-9-25 333908/20031.一种在单晶硅半导体基片内形成的带有掩埋式氧化物薄膜的硅绝缘体基片，其特征在于具有掩埋式氧化物薄膜的硅绝缘体区与无掩埋式氧化物薄膜的非硅绝缘体区的表面高度差不超过200nm。2.一种硅绝缘体基片，其制备方法包括如下步骤在单晶硅半导体基片的表面上形成一保护薄膜作为离子注入掩膜的步骤；在所述保护薄膜内形成规定图案的镂空部分的步骤；沿不垂直于半导体基片的方向将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤；和对所述半导体基片施以热处理，从而在该半导体基片内形成掩埋式氧化物薄膜的步骤；所述硅绝缘体基片的特征为具有掩埋式氧化物薄膜的硅绝缘体区与无掩埋式氧化物薄膜的非硅绝缘体区的表面高度差不超过200nm。3.一种制造硅绝缘体基片的方法，该制造方法包括在单晶硅半导体基片的表面上形成一保护薄膜作为离子注入掩膜的步骤；在所述保护薄膜内形成规定图案的镂空部分的步骤；沿不垂直于半导体基片的方向将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤；和对所述半导体基片施以热处理，从而在该半导体基片内形成掩埋式氧化物薄膜的步骤；所述方法的特征在于在将氧离子注入所述半导体基片表面的步骤中，使氧离子注入流的投影与基片主体的特定方向间所形成的夹角至少有两个取值。...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木勉，高山诚治，松村笃树，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]