SIMOX基板的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种ＳＩＭＯＸ基板的制造方法，其中把注入氧离子的硅基板在氩和氧的混合气体气氛下，进行１３００～１３５０℃的热处理而获得ＳＩＭＯＸ基板。在氧离子注入后热处理之前，把硅基板在惰性气体或还原性气体或者混合气体气氛中，在温度为１０００～１２８０℃的范围内进行５分钟至４小时的预热处理。注入氧离子的硅基板优选空洞缺陷或ＣＯＰ组成的晶体缺陷密度在１×１０↑［５］ｃｍ↑［－３］以上，并且晶体缺陷尺寸分布的最大频率在０．１２μｍ以下。进一步优选在预热处理后，把硅基板在惰性气体或还原性气体或者其混合气体气氛中，降温至６００～１１００℃，然后在氩和氧的混合气体气氛下进行热处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用对注入氧离子的硅基板进行热处理而获得SIMOX基板的SIMOX基板制造方法。本申请根据2004年7月20日申请的特愿2004-211127号主张优先权，而引用其内容。
技术介绍
作为在硅氧化物那样的绝缘体上有单晶硅层的SOI基板，主要已知SIMOX基板。SIMOX基板是，在单晶硅基板内部注入氧离子后，继续在氧化性气氛下实施高温热处理，使注入的氧离子和硅原子进行化学反应形成埋入氧化膜的SOI基板。在这些SOI层上形成的器件，有可能表现高耐放射线性、耐闭锁性、抑制短沟道效应及低电耗操作，所以，SOI基板有望成为新一代高性能半导体基板。在此，已知在一般情况下，加工用切克劳斯基法培育的单晶硅而获得的镜面抛光基板，例如COP(晶体原生颗粒)等在结晶培育时导入的晶体缺陷就成为栅氧化膜耐压劣化的主要原因。因此，器件制造者使用降低晶体缺陷密度的基板，例如使用硅外延生长基板、通过低速拉晶条件培育的大幅降低晶体缺陷的基板，以改善由栅氧化膜绝缘不良引发的成品率问题。SOI基板也一样，即使是SIMOX基板，由于COP或空洞缺陷存在于基板表面或表面附近，在最终产品SOI层表面上诱发针孔缺陷等使器件特性劣化。作为在这种SOI层表面上不会诱发针孔缺陷等的SIMOX基板的制造方法，提出了使用含氮1×1014原子/cm3～1×1017原子/cm3的单晶硅(例如，参照特开平10-64837号公报)。公报记载这种SIMOX基板的制造方法，是在含有氮的硅基板上注入氧离子，然后在1350℃的条件下用0.5％氧气进行热处理4个小时，进而在氧浓度为70％下再热处理4个小时，由此使SOI层表面上0.3μm以上的称为热凹坑(thermal pit)的坑洼为0个。
技术实现思路
已判明，虽然在含氮的硅基板上注入氧离子进行热处理的基板的SOI层表面上，0.3μm以上的称为热凹坑的坑洼等于0个，但在其表面附近还高密度地存在着大小不足0.3μm的缺陷。即，这种现象意味着在微量氧浓度的气体气氛下，不能消除晶体缺陷，在上述以往的制造方法中，还残存着不可能消除尺寸不足0.3μm的缺陷的还应解决的问题。本专利技术的目的是提供一种SOI层表面上尺寸比较小的缺陷也能消除的SIMOX基板制造方法。本专利技术的制造方法为把注入氧离子的硅基板在氩和氧的混合气体气氛中，进行1300～1350℃的热处理而获得SIMOX基板的SIMOX基板制造方法的改良方法。其特征为在氧离子注入后进行热处理之前，把硅基板在惰性气体或还原性气体或者惰性气体和还原性气体的混合气体气氛中，在温度为1000～1280℃的范围内进行5分钟至4小时的预热处理。在本专利技术的SIMOX基板的制造方法中，由于在氧离子注入后，热处理之前进行了对硅基板的预热处理，使在非氧化性气体气氛下热处理引起的晶体缺陷，特别是称为生长引入(grown-in)缺陷的空洞缺陷的内壁氧化膜溶解，然后晶格间硅原子向除去内壁氧化膜的空洞缺陷内扩散产生的填孔效果，而减小消除表面附近的生长引入缺陷。由此，也可以消除尺寸不足0.3μm的缺陷。另外，SIMOX基板的制造方法也可以是上述注入氧离子的硅基板为空洞缺陷或COP组成的晶体缺陷密度在1×105cm-3以上，并且晶体缺陷尺寸分布的最大频率在0.12μm以下。在这种情况下，由于使用了具有小尺寸晶体缺陷的基板，会产生可以使氧离子飞行距离分散性变小，使下一步的氩和氧的混合气体气氛下热处理产生的埋入氧化膜的分散性变小的效果。SIMOX基板的制造方法还可以是预热处理后，把硅基板在惰性气体或还原性气体或者惰性气体和还原性气体的混合气体气氛中，降温至600～1100℃，然后在氩和氧的混合气体气氛下进行热处理。一般来说，初期阶段的非氧化性气体气氛下1250℃以下的热处理结束后，在该温度下切换成氩和氧的混合气体气氛时，会引起硅基板表面微观粗糙度的劣化，但是，这时的本专利技术，由于在预热处理后把温度降到能够防止微观粗糙度劣化的温度，具体就是1100℃以下的温度，就具有可防止粗糙度明显劣化的效果。专利技术的效果在本专利技术的SIMOX基板的制造方法中，由于进行了在氧离子注入后热处理之前，把硅基板在惰性气体或还原性气体或者惰性气体和还原性气体的混合气体气氛中，在温度为1000～1280℃的范围内5分钟至4小时的预热处理，使在非氧化性气体气氛下热处理所产生的晶体缺陷，特别是称为生长引入缺陷的空洞缺陷的内壁氧化膜溶解，然后通过晶格间硅原子扩散至除去内壁氧化膜的空洞缺陷内所产生的填孔效果，而减小和消除表面附近的生长引入缺陷。这时，若是在注入氧离子的硅基板上的空洞缺陷或COP构成的晶体缺陷密度在1×105cm-3以上，并且该晶体缺陷尺寸分布的最大频率在0.12μm以下时，使用具有小尺寸晶体缺陷的基板，能够使氧离子飞行距离分散性变小，使下一步的氩和氧的混合气体气氛下热处理产生的埋入氧化膜的分散性变小。另一方面，初期阶段的非氧化性气体气氛中1250℃以下的热处理结束后，在该温度下切换成氩和氧的混合气体气氛时，会引起硅基板表面微观粗糙度劣化，但是，若在预热处理后，把温度下降到能够防止微观粗糙度劣化的温度，具体就是1100℃以下的温度，就可防止明显的粗糙度劣化。附图说明图1为表示本专利技术实施例1的温度条件的图。图2为表示本专利技术实施例2的温度条件的图。图3为表示比较例1的温度条件的图。图4为本专利技术实施方式的工序图。具体实施例方式下面就附图说明本专利技术的最佳实施方式。本专利技术是利用把注入氧离子的硅基板在氩和氧的混合气体气氛中进行1300～1350℃的热处理而获得SIMOX基板的SIMOX基板制造方法。并且，其特征为在氧离子注入后该热处理之前，把硅基板在惰性气体或还原性气体或者惰性气体和还原性气体的混合气体气氛中，在温度为1000～1280℃的范围内进行5分钟至4小时的预热处理。为了形成氧化膜而注入氧离子，然后作为以往一直进行的氩和氧的混合气体中热处理的前期处理，通过增加在惰性气体或还原性气体或者惰性气体和还原性气体的混合气体气氛中的热处理，消除作为坑洼发生原因的小晶体缺陷。并且，使由非氧化性气体气氛下热处理所产生的晶体缺陷，特别是称为生长引入缺陷的空洞缺陷的内壁氧化膜溶解，然后，利用向除去内壁氧化膜的空洞缺陷内晶格间硅原子扩散所产生的填孔效果，减小和消除表面附近的生长引入缺陷。这时，由于可以同时减轻或消除由于离子注入而附着的硅类或二氧化硅类粒子，而能进一步减轻最终SIMOX基板表面上的坑洼。在这里，惰性气体可举出氩气、氦气等，还原性气体可举出氢气。惰性气体和还原性气体的混合气体气氛可举出，例如氢气和氩气的混合气体气氛，或者氦气和氢气的混合气体气氛。此时的混合比例没有特定的限制。另外，预热处理的温度范围为1000～1280℃，该预热处理的时间为5分～4小时是必要的，以使在非氧化性气体气氛下热处理所产生的晶体缺陷，特别是称为生长引入缺陷的空洞缺陷的内壁氧化膜溶解，其后利用向除去内壁氧化膜的空洞缺陷内晶格间硅原子扩散所产生的填孔效果，从而减小和消除表面附近的生长引入缺陷。当该预热处理的温度不足1000℃时，很难消除晶体缺陷，当该温度超过1280℃时，硅表面的硅原子升华激烈，会出现硅基板表面的粗糙度劣化的问题。在此，优选的温度范围为1100～12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳＩＭＯＸ基板的制造方法，其特征在于：它是把注入氧离子的硅基板在氩和氧的混合气体气氛下进行１３００～１３５０℃的热处理而获得ＳＩＭＯＸ基板的ＳＩＭＯＸ基板制造方法，其中，在氧离子注入后前述热处理之前，把上述硅基板在惰性气体或还原 性气体或者惰性气体和还原性气体的混合气体气氛中，在１０００～１２８０℃的温度范围内进行５分钟至４小时的预热处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：足立尚志，小松幸夫，
申请(专利权)人：株式会社上睦可，
类型：发明
国别省市：JP[日本]