(57)【要約】【課題】ＳＯＩ層、及び、ＢＯＸ層の欠陥の少ないＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハに酸素イオンを注入して、前記シリコンウェーハ中に酸素の高濃度層を形成する工程を有するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、前記酸素イオン注入に用いるビーム電流がもつ仕事率を１４ｋＷ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハに酸素イオンを注入して、前記シリコンウェーハ中に酸素の高濃度層を形成する工程を有するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、
前記酸素イオン注入に用いるビーム電流がもつ仕事率を１４ｋＷ以下とすることを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウェーハ、特にはＭＬＤ（Modified Low Dose）法によるＳＩＭＯＸウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＬＤ法とは、現在、市販されているＳＩＭＯＸウェーハの製造方法の１つであり、この方法では酸素イオン注入を２段階に分けて行う。１回目の酸素イオン注入はシリコンウェーハを加熱して行い、続いて２回目の酸素イオン注入はシリコンウェーハの温度を室温程度に下げて行う。すなわち、１回目の酸素イオン注入は、シリコンウェーハを加熱することで、シリコンウェーハ表面を単結晶のまま維持して酸素の高濃度層を形成し、２回目の酸素イオン注入では、アモルファス層を形成する。続いて、酸素とアルゴンの混合ガスで高温熱処理を施し、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）構造を形成する（特許文献１参照）。
【０００３】
上記方法で用いられる酸素イオン注入装置１０は、図１に示すように、イオン供給源１８とイオンアナライザー２０と加速器２１とからなるビーム伝達アセンブリ１４およびビーム形成装置１６を含む。ビーム形成装置１６は加速されたイオンを選択された断面形状および面積を有するイオンビーム２２に形成する。イオンビーム２２は選択されたドーズ量（線量）のイオンをターゲットに注入するために、回転する支持構造２８上の複数のターゲット２４に向けられている。ビームストップ１２はイオンビーム中のイオンのうちターゲットによって妨げられないイオンを捕獲するために支持構造２８の後ろの最終ステーション２６内に配置されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】米国特許公報５９３０６４３号
【特許文献２】米国特許公報６８１５６９６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、図１の酸素イオン注入装置１０では、１回目の酸素イオン注入中に、ビーム照射によって、ビームストップ１２からパーティクルが発生し易いという問題があった。この酸素イオン注入中に発生したパーティクルがターゲットに付着すると、酸素イオン注入のマスクとなるため、ＳＩＭＯＸウェーハのＳＯＩ層、及び、ＢＯＸ（Buried Oxide）層の欠陥の原因となり、ＳＩＭＯＸウェーハの歩留まりを低下させていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した問題を解消し、ＳＩＭＯＸウェーハの歩留まりを低下させないＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）シリコンウェーハに酸素イオンを注入して、前記シリコンウェーハ中に酸素の高濃度層を形成する工程を有するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、
前記酸素イオン注入に用いるビーム電流がもつ仕事率を１４ｋＷ以下とすることを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
【０００７】
なお、ビームの仕事率は、ビームエネルギーとビーム電流の積である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、酸素イオン注入に用いるビーム電流の仕事率を１４ｋＷ以下とすることにより、イオン注入によるビームストップからのパーティクルの発生を抑制でき、ＳＩＭＯＸウェーハの歩留まりを低下させないＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、第１イオン注入層形成工程と第２イオン注入層形成工程と高温熱処理工程とを含み、図２を用いて各工程を説明する。
【００１０】
第１イオン注入層形成工程では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ３１表面から酸素イオンを注入してシリコンウェーハ３１内部に高濃度の酸素を含んだ第１イオン注入層３２を形成する。この第１イオン注入層３２の形成は、シリコンウェーハ３１を図１に示すようなイオン注入装置に収容し、装置内を２００〜６００℃の温度に加熱した状態でシリコンウェーハ３１表面から第１深さの位置にピークを有するように、シリコンウェーハ３１表面から注入量約２×１０１７／ｃｍ２で酸素イオンをビームの照射により注入することで行われる。装置内を２００〜６００℃に加熱することによって、シリコンウェーハ３１表面が単結晶シリコンの状態を維持したままイオンを注入でき、イオン注入によるダメージが回復されながら高濃度の酸素を含んだ第１イオン注入層３２が形成される。
【００１１】
このとき、酸素イオンのビーム照射によって、ビームストップ１２からパーティクルが発生し、このパーティクルが、シリコンウェーハ３１に付着して酸素イオン注入のマスクとなり、ＳＩＭＯＸウェーハのＳＯＩ層、および、ＢＯＸ層の欠陥の原因となり、ＳＩＭＯＸウェーハの歩留まりを低下させるという問題が生じていた。
そこで、本発明者らは、ビームストップからのパーティクルを抑制するための方途を鋭意究明したところ、酸素イオン注入に用いるビームがもつ仕事率を調整することが有効であることを見出し、以下に示した実験により、この仕事率を１４ｋＷ以下とすることに想到した。すなわち、図３に、ビーム仕事率を横軸に、酸素イオンの注入量１０１７／ｃｍ２当たりのバッチ平均パーティクル増加数を縦軸にして、ビーム仕事率に対するパーティクル増加数を示すと、ビーム仕事率が１４ｋＷを超えるとパーティクル増加数が急増することが分かった。
よって、ビームの仕事率は、ビームエネルギーとビーム電流の積であるので、ビームエネルギーおよびビーム電流を調整して、仕事率を１４ｋＷ以下とする。
なお、ビームエネルギーの上限値は装置に起因して２２０ｋｅＶ程度に制限され、下限値は、装置に起因して４０ｋｅＶ程度である。また、ビーム電流の上限値は、装置に起因して８０ｍＡ程度であり、下限値は装置に起因して２０ｍＡ程度である。
【００１２】
次に、第２イオン注入層形成工程では、図２（ｃ）に示すようにシリコンウェーハ３１表面から２回目の酸素イオンを室温で注入してシリコンウェーハ３１表面側の高濃度の酸素を含んだ第１イオン注入層３２に連続してアモルファスの第２イオン注入層３３を形成する。第２イオン注入層３３は、第１イオン注入層３２の上部と重複することにより、内部に高濃度の酸素を含むアモルファスの層である。第２イオン注入層３３の形成は、第１深さよりも浅い、シリコンウェーハ３１表面から第２深さの位置にピークを有するように、シリコンウェーハ３１表面から注入量約２×１０１５／ｃｍ２で酸素イオンをビームの照射により注入することで行われる。
【００１３】
さらに次の高温熱処理工程では、図２（ｄ）に示すように、酸素含有雰囲気中でシリコンウェーハ３１に高温熱処理を施して、第１および第２イオン注入層３２、３３をＢＯＸ層３４とし、ＳＯＩ層３５を形成する。
【実施例】
【００１４】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
上述した第１イオン注入層形成工程において、シリコンウェーハを４００℃に加熱して、ビームエネルギーとビーム電流とを表１に示すように変化させて、酸素イオンを注入した。１ウェーハあたり増加した０．２μｍ以上のサイズのパーティクルの個数を評価した。
【００１５】
＜実施例１＞
１ロットが１３枚のシリコンウェーハで構成された１ロットのウェーハを準備した。ビームエネルギー９０ｋｅＶ、ビーム電流８０ｍＡ、酸素イオン注入量４．００×１０１７／ｃｍ２の条件下、酸素イオンを注入した。ビームの仕事率は７．２ｋＷであり、バッチ平均パーティクル増加数は１３１個／ｗｆであった。
【００１６】
＜実施例２＞
１ロットが１３枚のシリコンウェーハで構成された１ロットのウェーハを準備した。ビームエネルギー１８１ｋｅＶ、ビーム電流６０ｍＡ、酸素イオン注入量１．２５×１０１７／ｃｍ２の条件下、酸素イオンを注入した。ビームの仕事率は１０．９ｋＷであり、バッチ平均パーティクル増加数は９９個／ｗｆであった。
【００１７】
＜実施例３＞
１ロットが１３枚のシリコンウェーハで構成された１１ロットのウェーハを準備した。ビームエネルギー１８１ｋｅＶ、ビーム電流７０ｍＡ、酸素イオン注入量１．２０×１０１７／ｃｍ２〜１．３５×１０１７／ｃｍ２に変化させた条件下、酸素イオンを注入した。ビームの仕事率は１２．７ｋＷであり、バッチ平均パーティクル増加数は５６個／ｗｆ〜１３０個／ｗｆであった。
【００１８】
＜実施例４＞
１ロットが１３枚のシリコンウェーハで構成された１ロットのウェーハを準備した。ビームエネルギー１６０ｋｅＶ、ビーム電流８０ｍＡ、酸素イオン注入量２．００×１０１７／ｃｍ２の条件下、酸素イオンを注入した。ビームの仕事率は１２．８ｋＷであり、バッチ平均パーティクル増加数は２２１個／ｗｆであった。
【００１９】
＜実施例５＞
１ロットが１３枚のシリコンウェーハで構成された３ロットのウェーハを準備した。ビームエネルギー２１３ｋｅＶ、ビーム電流６０ｍＡ、酸素イオン注入量１．２０×１０１７／ｃｍ２〜１．３０×１０１７／ｃｍ２に変化させた条件下、酸素イオンを注入した。ビームの仕事率は１２．８ｋＷであり、バッチ平均パーティクル増加数は１２９個／ｗｆ〜１４４個／ｗｆであった。
【００２０】
＜実施例６＞
１ロットが１３枚のシリコンウェーハで構成された２ロットのウェーハを準備した。ビームエネルギー２０３ｋｅＶ、ビーム電流６５ｍＡ、酸素イオン注入量１．２０×１０１７／ｃｍ２の条件下、酸素イオンを注入した。ビームの仕事率は１３．２ｋＷであり、バッチ平均パーティクル増加数は１１７個／ｗｆ〜１４７個／ｗｆであった。
【００２１】
＜実施例７＞
１ロットが１３枚のシリコンウェーハで構成された５ロットのウェーハを準備した。ビームエネルギー２２０ｋｅＶ、ビーム電流６０ｍＡ、酸素イオン注入量１．２０×１０１７／ｃｍ２〜１．３０×１０１７／ｃｍ２に変化させた条件下、酸素イオンを注入した。ビームの仕事率は１３．２ｋＷであり、バッチ平均パーティクル増加数は１３４個／ｗｆ〜１６１個／ｗｆであった。
【００２２】
＜比較例１＞
１ロットが１３枚のシリコンウェーハで構成された２ロットのウェーハを準備した。ビームエネルギー１７８ｋｅＶ、ビーム電流８０ｍＡ、酸素イオン注入量１．５０×１０１７／ｃｍ２〜２．０×１０１７／ｃｍ２に変化させた条件下、酸素イオンを注入した。ビームの仕事率は１４．２ｋＷであり、バッチ平均パーティクル増加数は４３４個／ｗｆ〜５６９個／ｗｆであった。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図３に、ビーム仕事率を横軸に、酸素イオンの注入量１０１７／ｃｍ２当たりのバッチ平均パーティクル増加数を縦軸にして、ビーム仕事率に対するパーティクル増加数を示した。
図３からビーム仕事率が１４ｋＷを超えるとパーティクル増加数が急増することが分かる。
【００２５】
以上述べたように、酸素イオン注入に用いるビームがもつ仕事率を１４ｋＷ以下として酸素イオン注入を行うことにより、ビームストップからのパーティクルの発生を抑制できたことがわかり、その結果、ＳＯＩ層、および、ＢＯＸ層の欠陥の少ないＳＩＭＯＸウェーハを製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明で用いる酸素イオン注入装置である。
【図２】本発明のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を説明するための図である。
【図３】ビーム仕事率に対するパーティクル増加数を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
３０  ＳＩＭＯＸウェーハ
３１  シリコンウェーハ
３２  酸素の高濃度層
３３  アモルファス層
３４  ＢＯＸ層
３５  ＳＯＩ層
【図１】
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【図２】
2010034443.tif 000005
【図３】
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