(57)【要約】【課題】  Ｓｉ含有上層の下にある薄い均一の埋め込み酸化物領域を有するＳＯＩ基板を形成するための簡単かつ低コストの方法を提供すること。【解決手段】  Ｓｉ含有上層の下にある薄い均一の埋め込み酸化物領域を有するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）を製造する方法が提供される。ＳＯＩ構造体は、高濃度の空孔及びボイドを含むようにＳｉ含有基板の表面を最初に改質することによって製造される。次に、Ｓｉ含有層が、典型的には、しかし必ずしもそうではないが、基板の上に形成され、次に、低酸素ドーズを利用して酸素イオンが構造体に注入される。次に、構造体がアニールされて、注入された酸素イオンが、薄いがしかし均一の熱埋め込み酸化物領域に変換される。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を製造する方法であって、
空孔又はボイド領域がその中に配置されたＳｉ含有基板を少なくとも含む構造体を提供するステップと、
約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素ドーズを用いて前記構造体に酸素イオンを注入するステップと、
注入された酸素イオン及び空孔又はボイドを有する構造体をアニーリングして、Ｓｉ含有上層と約１００ｎｍ以下の厚さを有する埋め込み酸化物とを含むシリコン・オン・インシュレータを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ含有基板がｎ型又はｐ型ドーパントを含むドープされた基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｓｉ含有基板がｐ型基板である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記提供するステップが電解陽極酸化プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電解陽極酸化プロセスがＨＦ含有溶液の存在下で実行される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記陽極酸化プロセスが、約０．０５から約５０ミリアンペア／ｃｍ２までの電流密度で作動する定電流源を用いて実行される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記空孔又はボイドの領域が、約０．０１％以上の多孔性を有する多孔質Ｓｉ含有領域である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記提供するステップと前記注入ステップとの間に単結晶Ｓｉ含有層を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記単結晶Ｓｉ含有層が、エピタキシャルＳｉ、アモルファスＳｉ、ＳｉＧｅ、単結晶又は多結晶Ｓｉ、或いはその如何なる組み合わせをも含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記提供するステップと前記注入ステップとの間にベークステップをさらに含み、該ベークステップの後にＳｉ含有層成長を伴うか又は伴わない、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ベークステップが、約８００℃乃至約１２００℃の温度で水素含有雰囲気において実行される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記注入ステップが、約１Ｅ１６乃至約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のイオンドーズで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記注入ステップが、約０．０５乃至約５００ミリアンペア／ｃｍ２のビーム電流密度、約４０乃至約１０００ｋｅＶのエネルギー、及び約２００℃乃至約６００℃の温度を用いて実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記注入ステップがブランケット注入プロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記注入ステップがパターン化した注入プロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記注入ステップが第２の酸素注入ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の注入ステップが、約０．０５乃至約５ミリアンペア／ｃｍ２のビーム電流密度、約４０乃至約１０００ｋｅＶのエネルギー、及び約４Ｋ乃至約２００℃の温度を用いて、約１Ｅ１４乃至約１Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の酸素ドーズで実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記アニーリングが酸素含有雰囲気において実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸素含有雰囲気が不活性ガスをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記酸素含有雰囲気が、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、オゾン及び空気からなるグループから選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記アニーリングが約６５０℃乃至約１３５０℃の温度で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記アニーリングがＳｉ含有上層の上に表面酸化物を形成する、請求項１の記載の方法。
【請求項２３】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を製造する方法であって、
空孔又はボイド領域がその中に配置されたＳｉ含有基板を少なくとも含む構造体を提供するステップと、
前記構造体の上に単結晶Ｓｉ含有層を形成するステップと、
約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素ドーズを用いて前記構造体に酸素イオンを注入するステップと、
注入された酸素イオン及び空孔又はボイドを有する構造体をアニールして、Ｓｉ含有上層と約１００ｎｍ以下の厚さを有する埋め込み酸化物とを含むシリコン・オン・インシュレータを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２４】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を製造する方法であって、
空孔又はボイド領域がその中に配置されたＳｉ含有基板を少なくとも含む構造体を提供するステップと、
前記構造体に、水素含有雰囲気において実行されるベークステップを行うステップと、
約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素ドーズを用いて前記構造体に酸素イオンを注入するステップと、
注入された酸素イオン及び空孔又はボイドを含む構造体をアニーリングして、Ｓｉ含有上層と約１００ｎｍ以下の厚さを有する埋め込み酸化物とを含むシリコン・オン・インシュレータを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２５】
前記構造体の上に単結晶Ｓｉ含有層を形成するステップをさらに含み、前記形成するステップが前記ベークステップと前記注入ステップとの間で生じるようにする、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体構造を製造する方法に関し、より具体的には、低ドーズ酸素注入を用いて形成される、厚さ１００ｎｍより小さい、薄い均一の埋め込み酸化物を有するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイスの用途においては、アクティブデバイス領域と下にある半導体構造との間の電気及び電子相互作用を強く妨げるシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造体が用いられる。典型的なＳＯＩ構造体では、埋め込み酸化物層（ｂｕｒｉｅｄ  ｏｘｉｄｅ）がＳｉ上層（すなわち、ＳＯＩ又はデバイス層）をＳｉ基板から分離する。
【０００３】
例えば、ＳＯＩ上に作られた相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイスにおいて、動作特性が大いに改善されることが知られている。具体的には、ＳＯＩ上に作られたＣＭＯＳデバイスは、より少ない接合容量及びリーク、電離放射線に対するより大きい抵抗、ラッチアップに対する耐性などを示すことができる。しかしながら、ＳＯＩ構造体を形成することは簡単な事柄ではない。
【０００４】
何十年の研究及び開発の後でさえ、商業的に実行可能であると証明されたのは、ほんのわずかの方法のみである。ＢＥＳＯＩ（ｂｏｎｄ−ａｎｄ−ｅｔｃｈ−ｂａｃｋ  ＳＯＩ）と呼ばれる方法において、２つのＳｉウェハが表面で酸化され、酸化された表面が共に接合されて、次に２つの接合されたウェハのうちの１つが薄いＳＯＩデバイス層を提供するためにエッチングされる。この従来技術の方法及びその変形物において、ウェハ表面は接合の前に酸化されるので、埋め込み酸化物は如何なる所望の厚さを有するようにも作ることができる。しかしながら、接合された境界面での不純物、エッチバックプロセスを通して薄い均一のＳｉ上層を達成する際の困難さが主な欠点である。「Ｓｉ上層」及び「ＳＯＩ層」という用語はこの出願において同義的に用いることができる。
【０００５】
ＳＩＭＯＸ（酸素の注入による分離）と呼ばれる別の周知の方法において、酸素イオンの選択されたドーズがＳｉウェハに直接注入されて、次にウェハは高温で酸素雰囲気においてアニールされるので、注入された酸素が連続埋め込み酸化物層に変換される。ＳＩＭＯＸ法における埋め込み酸化物層の厚さは、主に、注入された酸素ドーズ及び熱酸化状態による。さらに、ＳＩＭＯＸにおいて、Ｓｉ上層が熱酸化の間に所望の厚さまで薄くされ、その後表面酸化物が取り除かれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、注入された酸素のピーク濃度が非常に低い（約１Ｅ２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のオーダー）場合には、成長する酸化物の沈殿物が球状になって表面エネルギーを最小にする傾向があるので、埋め込み酸化物が典型的には破壊され不連続になる。このようなＳＯＩ構造体が、例えば、図１に示される。図１において、参照番号１００がＳｉ含有基板層を示し、参照番号１０２は埋設酸化物層を示し、参照番号１０４は従来技術のＳＯＩ構造体のＳｉ含有上層を示す。このように、従来のＳＩＭＯＸ処理を用いて１００ｎｍより薄い埋め込み酸化物層を形成することは一般に非常に困難である。
【０００７】
ＭＯＳＦＥＴデバイスの用途において、Ｓｉ上層及び下の埋め込み酸化物は、短チャンネル効果をさらに良く制御するために、デバイスの大きさを縮小するようにより薄く作られる必要がある。これは、次世代のＭＯＳＦＥＴデバイスの埋め込み酸化物が、従来のＳＩＭＯＸ技術で可能であるものよりかなり薄くされる必要があることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの目的は、非常に薄い（１００ｎｍより小さい）が、しかし、均一の埋め込み酸化物を有するＳＯＩ構造体を製造する方法を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、処理時間が短縮され、しかしそれでも、典型的なＳＩＭＯＸプロセスにおいて可能であるレベルよりも酸素注入のドーズを減少することによって処理量は増加する、ＳＯＩ構造体を製造する方法を提供することである。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、注入損傷を減少することによって、及び、埋め込み酸化物の体積の膨張に起因する応力及び歪みを減少することによって、Ｓｉ上層、すなわち、ＳＯＩ層における欠陥レベルが減少される、ＳＯＩ構造体を製造する方法を提供することである。
【００１１】
これら及び他の目的及び利点が、低ドーズ酸素注入ステップが実行される方法を利用することによって本発明において達成される。「低ドーズ」とは、約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素ドーズを意味する。従来技術のＳＩＭＯＸプロセスにおいて、酸化物が表面エネルギーを最小にするために球状になる傾向があるので、低ドーズ酸素注入は通常、破壊されて不連続な埋め込み酸化物の層をもたらす。本発明においては、低ドーズ酸素注入ステップより前にＳｉ含有基板に多数の空孔又はボイドを形成することによって問題が解決される。
【００１２】
空孔又はボイドは、次の高温酸化の間に合体し、埋め込み酸化物に横方向に膨張するための余地を与え、結果として薄い均一の埋め込み酸化物層をもたらす。「均一」という用語は、本発明においては、Ｓｉ含有上層ならびに下にあるＳｉ含有基板との連続する境界面を有する埋め込み酸化物領域を示すのに用いられ、下にあるＳｉ含有基板は、ウェハ全体にわたる厚さのばらつきが埋め込み酸化物層の全体の厚さの３０％より小さい。空孔又はボイドの密度が十分なものであれば、埋め込み酸化物層の厚さは主に、注入されたドーズ及び内部熱酸化状態による。本発明の１つの実施形態において、空孔又はボイドは、ＨＦ含有溶液が用いられる電解陽極酸化プロセスを利用することによってＳｉ含有基板に形成される。
【００１３】
本発明の方法に従って、ＳＯＩ構造体は、高濃度（約０．０１％以上のオーダー）の空孔又はボイドを含むようにＳｉ含有基板の表面を改質することによって製造される。「空孔」及び「ボイド」という用語は、多孔質Ｓｉ領域を示すために本発明において同義的に用いられる。次に、Ｓｉ含有層が、典型的には、しかし必ずしもそうではないが、基板の上に形成され、次に、低酸素ドーズを利用して酸素イオンが構造体に注入される。次に、構造体がアニールされて、注入された酸素イオンが、薄いがしかし均一の熱埋め込み酸化物領域に変換される。
【００１４】
広義では、本発明の方法は、空孔又はボイド領域がその中に配置されたＳｉ含有基板を少なくとも含む構造体を用意するステップと、構造体の上に単結晶Ｓｉ含有層を任意に形成するステップと、約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素ドーズを用いて構造体に酸素イオンを注入するステップと、注入された酸素イオン及び空孔又はボイドを有する構造体をアニールして、Ｓｉ含有上層と約１００ｎｍ以下の厚さを有する埋め込み酸化物とを含むシリコン・オン・インシュレータを形成するステップと、を含む。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態において、多孔質構造体上の単結晶Ｓｉ含有層の任意の形成の前に、あるいは、注入ステップより前に、水素含有雰囲気において行われるベークステップが実行される。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態において、水素含有雰囲気において行われるベークステップが、薄い埋め込み酸化物層を含むＳＯＩ構造体に実行される。
【００１７】
本発明から得られるＳＯＩ構造体は、非常に薄く、なおかつ均一で連続した埋め込み酸化物層領域を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、Ｓｉ含有上層の下にある薄い均一の埋め込み酸化物領域を有するＳＯＩ基板を形成するための簡単かつ低コストの方法を提供するものであり、本出願に添付の図面を参照することによってさらに詳細にここに説明される。添付の図面において、同じ及び／又は対応する要素が同じ参照番号によって示される。
【００１９】
まず図２に示された最初の構造体を参照すると、最初の構造体は、空孔又はボイドが形成された領域１２を有するＳｉ含有基板１０を含む。「空孔（ｖａｃａｎｃｙ）」及び「ボイド（ｖｏｉｄ）」という用語は、多孔質Ｓｉ含有領域を示すために本発明において同義的に用いられる。ここで用いられる「Ｓｉ含有」という用語は、少なくともシリコンを含む半導体材料を示す。このようなＳｉ含有材料の例示的な実施例は、それに制限されるものではないが、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣ、ｅｐｉ−Ｓｉ／Ｓｉ、ｅｐｉ−Ｓｉ／ＳｉＣ、ｅｐｉ−Ｓｉ／ＳｉＧｅ及びそこに形成される如何なる数の埋め込み絶縁（すなわち、連続、不連続又は連続と不連続の組み合わせ）領域も含むことができる予め形成されたシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）又はＳｉＧｅ・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）を含む。
【００２０】
Ｓｉ含有基板は、ｐ又はｎ型ドーパントを含むことができるドープされた基板であり、ｐ型ドーパントが非常に好ましい。ドーピングは、Ｓｉインゴットを成長させ、該Ｓｉインゴットからｐ又はｎ型にドープされたウェハが切断及び研磨されることによるか、イオン注入によるかの何れかで達成される。前述のドーピング・プロセスの両方は当業者に周知である。最初のＳｉ含有基板１０内のドーパントの濃度は、用いられるドーパントによって変えることができる。ｎ型ドーパントについては、注入されるドーパントの濃度は典型的には約１Ｅ１７乃至約１Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、一方、ｐ型ドーパントについては、注入されるドーパントの濃度は典型的には約１Ｅ１５乃至約２Ｅ１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
【００２１】
領域１２は、Ｓｉ含有基板１０において多孔質Ｓｉ含有領域を形成することができる電解陽極酸化プロセスを用いて、Ｓｉ含有基板１０の表面領域の近くに形成される。多孔質Ｓｉ含有領域、すなわち、領域１２には、空孔又はボイドがある。陽極酸化プロセスが図２に示される構造体をＨＦ含有溶液に浸漬することによって実行され、一方、同ＨＦ含有溶液に入れられた電極に対して電気バイアスが構造体にかけられる。このようなプロセスにおいて、ｐ型構造体は典型的に電気化学セルの陽極として役に立ち、一方、Ｓｉ、又は金属といった別の半導体材料が陰極として使用される。
【００２２】
一般に、ＨＦ陽極酸化は、ドープされた単結晶Ｓｉを多孔質Ｓｉに変換する。そのように形成された多孔質Ｓｉの形成の割合及び性質（多孔率及び微細構造）は、材料特性、すなわち、ドーピングの型及び濃度、ならびに、陽極酸化プロセスそれ自体の反応条件（電流密度、バイアス、照射及びＨＦ含有溶液の添加物）の両方によって決まる。具体的には、多孔質Ｓｉは、より高度にドープされた領域において効率の大きな増加を伴って形成される。
【００２３】
一般に、本発明において形成される多孔質Ｓｉ含有領域１２は、約０．０１％以上の多孔率を有する。多孔質Ｓｉ含有領域１２の深さは、Ｓｉ含有基板１０の最も上の表面層から測定すると、典型的には約１０００ｎｍ以下である。
【００２４】
「ＨＦ含有溶液」という用語は、濃ＨＦ（４９％）、酢酸を含有する濃ＨＦ、ＨＦと水との混合物、ＨＦとメタノール、エタノール、プロパノールなどのような一価アルコールとの混合物、あるいは、少なくとも１つの界面活性剤と混合されたＨＦを含む。ＨＦ溶液中に存在する界面活性剤の量は、典型的には、４９％ＨＦに基づいて約１乃至約５０％である。
【００２５】
陽極酸化プロセスは、約０．０５乃至約５０ミリアンペア／ｃｍ２の電流密度で作動する定電流源を用いて、Ｓｉ含有基板１０の表面近くの部分を、多孔質Ｓｉ含有領域１２に変換する。光源はサンプルを照射するのに任意に用いることができる。本発明の陽極酸化プロセスは、約０．１乃至約５ミリアンペア／ｃｍ２の電流密度で作動する定電流源を用いて実行されることがより好ましい。
【００２６】
陽極酸化プロセスは、典型的には室温で実行され、あるいは、室温から上昇した温度で実行されてもよい。陽極酸化プロセスの後で、構造体は典型的には脱イオン水でリンスされ乾燥される。
【００２７】
本発明の任意の実施形態において、図２に示される構造体を、本発明のこの時点で、大気圧又は減圧における水素含有雰囲気中でベークすることができる。実行される場合には、この任意の実施形態は、多孔質Ｓｉ含有領域１２（すなわち、空孔及びボイドを含む領域）から不純物原子を脱着し、それと同時に如何なる表面の孔をも閉鎖する。水素含有雰囲気中でのベークは、約８００℃乃至約１２００℃の温度で実行され、約１０００℃乃至約１１５０℃の温度がより一層好ましい。水素含有雰囲気の実施例は、Ｈ２、ＮＨ４、又は、その混合物であって不活性ガスを伴う又は伴わない混合物を含む。
【００２８】
次に、単結晶Ｓｉ含有層１４は、典型的に、しかし必ずしもそうではないが、本発明のこの時点で、多孔質Ｓｉ含有領域１２を含むＳｉ含有基板１０の上に形成される。単結晶Ｓｉ含有層１４は、多孔質Ｓｉ含有領域１２が、Ｓｉ含有基板１０の表面より下に５０ｎｍ以上の距離に形成される場合には必要とされない。単結晶Ｓｉ含有層１４を含む構造体が、例えば、図３に示され、参照番号１３は多孔質Ｓｉ含有領域１２と単結晶Ｓｉ含有層１４との間の境界面を示す。本発明に使用される単結晶Ｓｉ含有層１４は、例えば、エピタキシャルＳｉ（ｅｐｉ−Ｓｉ）、アモルファスＳｉ（ａ：Ｓｉ）、ＳｉＧｅ、単結晶又は多結晶Ｓｉ、又はそのいずれかの組み合わせを含む、如何なるＳｉ含有材料をも含む。上に列挙された種々のＳｉ材料のうちで、ｅｐｉ−Ｓｉ又はｅｐｉ−ＳｉＧｅが単結晶Ｓｉ含有層１４として使用されることが好ましい。
【００２９】
単結晶Ｓｉ含有層１４は、約１乃至約１０００ｎｍの厚さを有し、約１乃至約４００ｎｍの厚さであることがより一層好ましい。単結晶Ｓｉ含有層１４は、エピタキシャル成長プロセスを含む周知の堆積プロセスを用いて形成される。
【００３０】
次に、このように形成された多孔質Ｓｉ含有領域１２を有し、単結晶Ｓｉ含有層１４を備えた構造体に、酸素イオンが注入される。注入ステップは、酸素イオンがウェハ全体にわたって注入されるブランケット注入とすることができる。この実施形態は、領域１６が酸素注入領域を示す図４に示される。酸素注入ステップは、酸素のピークが、Ｓｉ含有層と多孔質Ｓｉとの境界面に、又は、多孔質Ｓｉ領域（図示せず）内に配置されるように変えることができる。図５は、パターン化酸素イオン注入ステップが実行されて、注入酸素イオンのパターン化領域が形成された実施形態を示す。参照番号１６’は、注入酸素イオンのパターン化領域を示す。
【００３１】
酸素注入ステップは、低ドーズ注入プロセスを用いて実行される。「低ドーズ」とは、Ｓｉ含有構造体に注入される酸素イオンのドーズが、２００℃より高い温度において、約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下である注入プロセスを意味する。本発明の酸素注入ステップは、約１Ｅ１６乃至約５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の酸素イオンのドーズを用いて実行されることがより好ましい。注入は連続モードで実行することができ、あるいは、注入はパルスモードを用いて実行することができる。
【００３２】
本発明の低ドーズ酸素イオン注入ステップは、約０．０５乃至約５００ミリアンペア／ｃｍ２のビーム電流密度が使用される従来の注入装置を用いて実行され、約５から約５０ミリアンペア／ｃｍ２のビーム電流密度がより典型的である。本発明の低ドーズ酸素注入ステップは、典型的に約２００℃乃至約６００℃の温度で実行される。注入が実行される温度は、約２００℃乃至約４００℃であることがより典型的である。注入は、約４０乃至約１０００ｋｅＶのエネルギーで実行され、約１００乃至約２００ｋｅＶのエネルギーがより典型的である。
【００３３】
前述の基本となる酸素注入ステップに加えて、任意の第２の酸素注入ステップを実行して、次に形成される埋め込み酸化物の均一性を増大することができる。任意の第２の酸素注入ステップは、約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下のドーズで実行される。任意の第２の酸素注入ステップは、約１Ｅ１４乃至約１Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の酸素イオンのドーズを用いて実行されることがより好ましい。注入は連続モードで実行することができ、あるいは、注入はパルスモードを用いて実行することができる。
【００３４】
本発明の任意の第２の酸素イオン注入ステップは、約０．０５乃至約５ミリアンペア／ｃｍ２のビーム電流密度を用いて実行される。本発明の任意の第２の酸素注入ステップは、約４Ｋ乃至約２００℃の温度で典型的に実行される。任意の注入が実行される温度は、おおよその公称室温から約１００℃までであることが、より典型的である。任意の注入ステップは、約４０乃至約１０００ｋｅＶのエネルギーで実行され、約１００乃至約２００ｋｅＶのエネルギーがより典型的である。
【００３５】
低ドーズ酸素注入ステップは、Ｓｉ含有基板１０の上部表面から測定したときに約１５００ｎｍ以下の深さを有する酸素注入領域１６を形成する。酸素注入領域１６の深さは、約１００から約５００ｎｍまでであることがより好ましい。酸素注入領域１６の深さは、中央にあるか又は境界面１３よりわずかに下にあることが好ましい。
【００３６】
次に、図４又は図５に示される構造体が、注入酸素が酸化物として沈殿する温度での酸化プロセスを用いて、加熱、すなわちアニールされ、沈殿した酸化物が結合して薄い均一の埋め込み酸化物層１８を形成する。多孔質Ｓｉ含有領域１２における多数の孔が、熱酸化プロセスの間に消費され、残ったものが、もしあれば、典型的に崩壊していくつかの大きいボイドになる。最初のＳｉ含有基板がｐ型ドーパントとしてホウ素を含むいくつかの実施形態において、ホウ素がこの熱酸化ステップの間に開始基板から拡散する。埋め込み酸化物領域１８及びＳｉ含有上層２０、すなわちＳＯＩ層を含む、結果として生じる構造体が、例えば、図６及び図７に示される。
【００３７】
酸化物層２２が加熱ステップの間にＳｉ含有上層２０上に形成されることに注目されたい。この表面の酸化物層、すなわち、酸化物層２２は、典型的に、しかし必ずしもそうではないが、シリコンと比較して酸化物を除去するための高い選択性を有するＨＦのような化学エッチング液が使用される従来のウエットエッチプロセスを用いて、加熱ステップの後で構造体から除去されることに注目されたい。図８又は図９は表面の酸化物層２２が除去された後の構造体を示す。
【００３８】
埋め込み酸化物及びＳｉ含有上層の厚さを、熱酸化状態を調整することによって所望の値に制御することができる。本発明の加熱ステップの後、形成される表面の酸化物層２２は、約１０から約１０００ｎｍまでの範囲とすることができる可変の厚さを有し、約２０から約５００ｎｍまでの厚さがより典型的である。
【００３９】
具体的には、本発明の加熱ステップは、約６５０℃乃至約１３５０℃の温度で実行される熱酸化プロセスであり、約１２００℃乃至約１３２５℃の温度がより一層好ましい。さらに、本発明の加熱ステップは、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、オゾン、空気及び他の同様の酸素含有ガスといった少なくとも１つの酸素含有ガスを含む酸化雰囲気において実行される。酸素含有ガスは互いに混合することができ（例えば、Ｏ２とＮＯの混合物）、あるいは、ガスをＨｅ、Ａｒ、Ｎ２、Ｘｅ、Ｋｒ又はＮｅのような不活性ガスで希釈することができる。希薄雰囲気が使用される場合には、希薄雰囲気は、約０．５乃至約１００％の酸素含有ガスを含み、残りは１００％までの不活性ガスである。
【００４０】
加熱ステップは、典型的には約１０から約１８００分（１２００℃乃至約１３２５℃）までの範囲の可変の時間にわたって実行することができ、約６０から約６００分までの時間がより一層好ましい。加熱ステップは、単一の目標温度で実行することができ、あるいは、種々のランプ率及び浸漬時間を用いる種々のランプ及び浸漬サイクルを使用することができる。
【００４１】
過剰なドーパントイオンが注入される本発明の別の実施形態において、Ｓｉ含有上層内のドーパントの濃度を減少させるために、水素雰囲気における後酸化熱アニールを用いることができる。このような後酸化プロセスが実行される場合には、水素雰囲気における後酸化熱アニールが、約８００℃乃至約１２００℃の温度で実行され、約１０００℃乃至約１１５０℃の温度がより一層好ましい。水素雰囲気の実施例は、Ｈ２、ＮＨ４、及び、その混合物であって不活性ガスを伴う又は伴わない混合物を含む。Ｓｉ含有上層内のドーパントイオンの濃度は、前述の後酸化熱アニールを用いて、２桁以上減少させることができる。
【００４２】
本発明のさらに別の実施形態において、単結晶Ｓｉ含有層は多孔質Ｓｉ領域を含むＳｉ含有基板の上に形成されない。この実施形態において、酸素イオンは直接、多孔質Ｓｉ含有基板に注入される。この基板は、Ｈ２ベーク処理を受けてもよく、受けなくてもよい。結果として生じる埋め込み酸化物はなお均一であるが、しかし、熱酸化の間の雰囲気から埋め込み酸化物へのより速い酸素の拡散のために、幾分より厚くなる。
【００４３】
本発明に従って、Ｓｉ含有上層２０は約１０００ｎｍ以下の厚さを有し、約１０から約８００ｎｍの厚さがより一層好ましい。本発明において形成されるＳｉ含有上層２０が実質的には欠陥がない薄い層であることに注目されたい。加熱ステップの間に形成される埋め込み酸化物層１８は、約５ｎｍ乃至約１００ｎｍの厚さを有し、約１０乃至約８０ｎｍの厚さがより一層好ましい。埋め込み酸化物層１８は、Ｓｉ含有上層２０との滑らかで連続した境界面を有する。
【００４４】
上述したように、表面の酸化物層２２を、例えば、図８又は図９に示されるようにＳｉ・オン・インシュレータ基板材料を提供するように、本発明のこの時点ではがすことができる。
【００４５】
図１０は、ここで説明された本発明の方法によって形成された約１２ｎｍの厚さの埋め込み酸化物層を示す、断面ＳＥＭ顕微鏡写真である。基板のプロセス履歴は以下のとおりである。
‐開始基板：１Ｅ１９ｃｍ−３のホウ素のｐ型ドーピングによりドープされたウェハ
‐多孔質Ｓｉ形成：電流：０．５−１．０ｍＡ、時間：約２分
‐Ｅｐｉ−Ｓｉ成長：１１５０℃でのＨ２ベークのとき４０００−５０００Å
‐酸素注入：３５０℃で５Ｅ１６ｃｍ−２
‐酸素注入：公称室温で２Ｅ１５ｃｍ−２
‐高温アニール：Ａｒと混合した約２５％酸素により１３２５℃で１０時間＋Ａｒと混合した約３５％酸素により１３２５℃で５時間
領域Ａはアニールの間に成長した表面酸化物である。
領域ＢはＳＯＩ層である。
領域Ｃは薄い埋め込み酸化物である。
領域Ｄは基板である。
【００４６】
図１１は、約７６ｎｍのアイランドの破壊された埋め込み酸化物層を示す断面ＳＥＭ顕微鏡写真である。上と同じ基板のこの領域は、いかなる多孔質Ｓｉ処理も受けないが、しかし、図１０に示されるのと同じＳｉのｅｐｉ成長、酸素注入及びアニールを受ける。この図は、多孔質Ｓｉの存在が、薄い連続する埋め込み酸化物を作るための中心となる部分であることを明らかに示す。基板の履歴は以下に説明される。
‐開始基板：１Ｅ１９ｃｍ−３のホウ素のｐ型ドーピングによりドープされたウェハ
‐Ｅｐｉ−Ｓｉ成長：１１５０℃でのＨ２ベークのとき４０００−５０００Å
‐酸素注入：３５０℃で５Ｅ１６ｃｍ−２
‐酸素注入：公称室温：２Ｅ１５ｃｍ−２
‐高温アニール：Ａｒと混合した約２５％酸素により１３２５℃で１０時間＋Ａｒと混合した約３５％酸素により１３２５℃で５時間
領域Ａはアニールの間に成長した表面酸化物である。
領域ＢはＳＯＩ層である。
領域Ｃは破壊された埋め込み酸化物である。
領域Ｄは基板である。
【００４７】
図１２は、埋め込み酸化物層の厚さを基本の酸素注入ドーズによっていかに制御することができるかを示す、断面ＳＥＭ顕微鏡写真である。約３６ｎｍの埋め込み酸化物がここに説明される本発明の方法によって作られた。基板のプロセス履歴は以下のとおりである。
‐開始基板：１Ｅ１９ｃｍ−３のホウ素のｐ型ドーピングによりドープされたウェハ
‐多孔質Ｓｉ形成：電流、０．５−１．０ｍＡ、時間：約２分
‐Ｅｐｉ−Ｓｉ成長：１１５０℃でのＨ２ベークのとき４０００−５０００Å
‐酸素注入：３５０℃で１Ｅ１７ｃｍ−２
‐酸素注入：公称室温で２Ｅ１５ｃｍ−２
‐高温アニール：Ａｒと混合した約２５％酸素により１３２５℃で１０時間＋Ａｒと混合した約３５％酸素により１３２５℃で５時間
領域Ａはアニールの間に成長した表面酸化物である。
領域ＢはＳＯＩ層である。
領域Ｃは薄い埋め込み酸化物である。
領域Ｄは基板である。
【００４８】
本発明は、その好ましい実施形態に関して具体的に示され説明されるが、本発明の範囲及び精神から離れることなく、形態及び詳細における前述した及び他の変更を加えることができることを、当業者は理解するであろう。それゆえに、本発明は、説明され及び例示された正確な形態及び詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内にあることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】低ドーズ酸素注入ステップを用いて従来のＳＩＭＯＸプロセスから作られた従来技術のＳＯＩ構造体の（断面図による）図である。
【図２】本発明の基本の処理ステップを例示する（断面図による）図である。
【図３】本発明の基本の処理ステップを例示する（断面図による）図である。
【図４】本発明の基本の処理ステップを例示する（断面図による）図である。
【図５】本発明の基本の処理ステップを例示する（断面図による）図である。
【図６】本発明の基本の処理ステップを例示する（断面図による）図である。
【図７】本発明の基本の処理ステップを例示する（断面図による）図である。
【図８】本発明の基本の処理ステップを例示する（断面図による）図である。
【図９】本発明の基本の処理ステップを例示する（断面図による）図である。
【図１０】本発明の処理ステップによる断面ＳＥＭ像である。
【図１１】本発明の処理ステップによる断面ＳＥＭ像である。
【図１２】本発明の処理ステップによる断面ＳＥＭ像である。
【図１】
2007507898.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年7月29日(2005.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を製造する方法であって、
少なくとも０．０１％の多孔率を有する空孔又はボイド領域がその中に配置されたＳｉ含有基板を少なくとも含む構造体を提供するステップと、
約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素ドーズを用いて、前記構造体の空孔又はボイド領域の少なくとも上面又は上部に酸素イオンを注入するステップと、
注入された酸素イオン及び空孔又はボイドを有する構造体をアニーリングして、Ｓｉ含有上層と約１００ｎｍ以下の厚さを有する埋め込み酸化物とを含むシリコン・オン・インシュレータを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ含有基板がｎ型又はｐ型ドーパントを含むドープされた基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｓｉ含有基板がｐ型基板である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記提供するステップが電解陽極酸化プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電解陽極酸化プロセスがＨＦ含有溶液の存在下で実行される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記陽極酸化プロセスが、約０．０５から約５０ミリアンペア／ｃｍ２までの電流密度で作動する定電流源を用いて実行される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記陽極酸化プロセスが、約０．１から約５ミリアンペア／ｃｍ２までの電流密度で作動する定電流源を用いて実行される、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記提供するステップと前記注入ステップとの間に単結晶Ｓｉ含有層を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記単結晶Ｓｉ含有層が、エピタキシャルＳｉ、アモルファスＳｉ、ＳｉＧｅ、単結晶又は多結晶Ｓｉ、或いはその如何なる組み合わせをも含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記提供するステップと前記注入ステップとの間にベークステップをさらに含み、該ベークステップの後にＳｉ含有層成長を伴うか又は伴わない、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ベークステップが、約８００℃乃至約１２００℃の温度で水素含有雰囲気において実行される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記注入ステップが、約５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のイオンドーズで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記注入ステップが、約０．０５乃至約５００ミリアンペア／ｃｍ２のビーム電流密度、約４０乃至約１０００ｋｅＶのエネルギー、及び約２００℃乃至約６００℃の温度を用いて実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記注入ステップがブランケット注入プロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記注入ステップがパターン化した注入プロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記注入ステップが第２の酸素注入ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の注入ステップが、約０．０５乃至約５ミリアンペア／ｃｍ２のビーム電流密度、約４０乃至約１０００ｋｅＶのエネルギー、及び約４Ｋ乃至約２００℃の温度を用いて、約１Ｅ１４乃至約１Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の酸素ドーズで実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記アニーリングが酸素含有雰囲気において実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸素含有雰囲気が不活性ガスをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記酸素含有雰囲気が、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、オゾン及び空気からなるグループから選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記アニーリングが約６５０℃乃至約１３５０℃の温度で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記アニーリングがＳｉ含有上層の上に表面酸化物を形成する、請求項１の記載の方法。
【請求項２３】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を製造する方法であって、
少なくとも０．０１％の多孔率を有する空孔又はボイド領域がその中に配置されたＳｉ含有基板を少なくとも含む構造体を提供するステップと、
前記構造体の上に単結晶Ｓｉ含有層を形成するステップと、
約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素ドーズを用いて、前記構造体の空孔又はボイド領域の少なくとも上面又は上部に酸素イオンを注入するステップと、
注入された酸素イオン及び空孔又はボイドを有する構造体をアニールして、Ｓｉ含有上層と約１００ｎｍ以下の厚さを有する埋め込み酸化物とを含むシリコン・オン・インシュレータを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２４】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を製造する方法であって、
少なくとも０．０１％の多孔率を有する空孔又はボイド領域がその中に配置されたＳｉ含有基板を少なくとも含む構造体を提供するステップと、
前記構造体に、水素含有雰囲気において実行されるベークステップを行うステップと、
約１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素ドーズを用いて、前記構造体の空孔又はボイド領域の少なくとも上面又は上部に前記構造体に酸素イオンを注入するステップと、
注入された酸素イオン及び空孔又はボイドを含む構造体をアニールして、Ｓｉ含有上層と約１００ｎｍ以下の厚さを有する埋め込み酸化物とを含むシリコン・オン・インシュレータを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２５】
前記構造体の上に単結晶Ｓｉ含有層を形成するステップをさらに含み、前記形成するステップが前記ベークステップと前記注入ステップとの間で生じるようにする、請求項２４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2007507898.tif 000015
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2007507898.tif 000016
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2007507898.tif 000017
【国際調査報告】
2007507898.tif 000018
2007507898.tif 000019
2007507898.tif 000020