(57)【要約】【課題】ＳＯＩ基板、特に単結晶シリコン層の結晶面が｛１１１｝面に近く、かつ表面平坦性および界面急峻性に優れるＳＯＩ基板の製造方法およびＳＯＩ基板に関する。【解決手段】少なくとも単結晶シリコン基板の一方の主表面から酸素をイオン注入して酸素イオン注入層を形成した後、該単結晶シリコン基板に対して該形成した酸素イオン注入層を埋め込み絶縁層へ変化させる第一の高温熱処理を行ない、引き続き該単結晶シリコン基板に対して該埋め込み絶縁層の厚みを増大させる第二の高温熱処理を行なうＳＯＩ基板製造方法において、該単結晶シリコン基板の主表面が｛１１１｝面に近い結晶面であり、該単結晶シリコン基板の主表面とその法線方向との角度をθとしたとき、０．０１°＜  θ  ＜  ４°であることを特徴とする。【効果】表面平坦性や界面急峻性に優れるＳＩＭＯＸ（１１１）基板の提供を可能とする。【選択図】図２
2008159667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも単結晶シリコン基板の一方の主表面から酸素をイオン注入して酸素イオン注入層を形成した後、該単結晶シリコン基板に対して該形成した酸素イオン注入層を埋め込み絶縁層へ変化させる第一の高温熱処理を行ない、引き続き、該単結晶シリコン基板に対して該埋め込み絶縁層の厚みを増大させる第二の高温熱処理を行なうＳＯＩ基板製造方法において、
該単結晶シリコン基板の主表面が｛１１１｝面に近い結晶面であり、該単結晶シリコン基板の主表面とその法線方向との角度をθとしたとき、０．０１°＜  θ  ＜  ４°であることを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項２】
該単結晶シリコン基板の主表面とその法線方向との角度θが、０．０１°＜  θ  ≦  ２°であることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項３】
前記酸素イオン注入工程において、前記単結晶シリコン基板を２００℃以上６００℃未満に加熱し、酸素のイオン加速電圧が１５０ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下で行われ、酸素のイオン注入量が０．４×１０１８／ｃｍ２以上０．８×１０１８／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項４】
前記酸素イオン注入工程における酸素イオンの注入量が０．５×１０１８／ｃｍ２以上０．７×１０１８／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項３に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項５】
前記第一および前記第二の高温熱処理が、不活性ガスと酸素ガスとの総分圧に対する酸素ガス分圧が５×１０２Ｐａ以上で不活性ガスとを混合した雰囲気において、１１００℃以上単結晶シリコン基板の融点温度未満の処理温度で行われ、前記第一および前記第二の高温熱処理の処理時間が１時間以上２０時間未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
｛１１１｝面に近い結晶面を主表面に持つＳＯＩ基板であって、該ＳＯＩ基板の主表面とその法線方向との角度をθとしたとき、該ＳＯＩ基板の主表面が｛１１１｝面から０．０１°＜  θ  ＜  ４°の範囲で傾斜し、かつ、該ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層の表面平坦性が、１０μｍ角の測定領域においてＲＭＳ値で０．５ｎｍ以下であることを特徴とするＳＯＩ基板。
【請求項７】
｛１１１｝面に近い結晶面を主表面に持つＳＯＩ基板であって、該ＳＯＩ基板の主表面とその法線方向との角度をθとしたとき、該ＳＯＩ基板の主表面が｛１１１｝面から０．０１°＜  θ  ≦  ２°の範囲で傾斜し、かつ、該ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層の表面平坦性が、１０μｍ角の測定領域においてＲＭＳ値で０．５ｎｍ以下であることを特徴とするＳＯＩ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩ基板、特に単結晶シリコン層の結晶面が｛１１１｝面に近く、かつ表面平坦性および界面急峻性に優れるＳＯＩ基板の製造方法およびＳＯＩ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＩ基板の製造方法として、これまで以下に述べるような内容のＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  ｏｘｙｇｅｎ）技術による製造方法が提案されている。すなわち、高真空状態に保った容器内で、単結晶シリコン基板にその表面側から酸素イオンを打ち込むことによって、該基板の表面側に酸素イオン注入層とその上の単結晶シリコン層とからなる積層体を形成する第一の工程と、次いで上記基板に熱処理を施すことによって、酸素イオン注入層を二酸化シリコンからなる絶縁層（あるいは酸化膜）とする第二の工程とからなる方法である。以下、この手法で作製されたＳＯＩ基板をＳＩＭＯＸ基板と呼ぶ。ＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層（以下、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層とする）内に形成されたＭＯＳＦＥＴは高ラッチアップ耐性、高放射線耐性をもつため、高信頼性を示すことに加え、デバイスの微細化にともなうショートチャネル効果を抑制し、かつ低消費電力動作が可能となる。また、デバイス動作領域が静電容量的に基板自体から絶縁されるため信号伝達速度が向上し、デバイスの高速動作が実現できる。これらの理由により、ＳＩＭＯＸ基板を含むＳＯＩ基板は次世代ＭＯＳ−ＬＳＩ用の高機能半導体基板として期待されている。またＳＩＭＯＸ基板はＳＯＩ層の膜厚均一性に特に優れるという特徴を有している。ＳＩＭＯＸ基板においては、ＳＯＩ層として０．３μｍ以下の厚さが形成可能であり、０．１μｍ前後、さらにそれ以下の厚さのＳＯＩ層も良好に厚さ制御可能である。特に厚さ０．１μｍ以下のＳＯＩ層は完全空乏型動作のＭＯＳ−ＬＳＩ形成に適用されることが多く、その場合ＳＯＩ層自体の膜厚がＭＯＳＦＥＴ動作のしきい値電圧と比例関係があることから、高性能デバイスを歩留良く作製するにはＳＯＩ層の膜厚均一性が重要な要素となる。その観点からＳＯＩ膜厚均一性に優れるＳＩＭＯＸ基板は、次世代ＭＯＳＦＥＴ用基板として期待されている（非特許文献１）。
【０００３】
上記のように優れた特徴を有していることから、現在、ＳＯＩ基板を土台とした「電子−光融合デバイス」の研究・開発に対しても、ＳＩＭＯＸ基板は有望視されている。当該デバイスは、演算処理にはＳＯＩ層を適用したＳｉ電子デバイス、例えば上記のＭＯＳＦＥＴを、信号伝送にはＧａＮ結晶等の化合物半導体に代表される光デバイスを共に１チップ内に作りこみ、それぞれの特徴を活かした高速、低消費電力化に優れるデバイスである。それら電子デバイスあるいは光デバイスを組み込むための複合半導体基板材料の作製において、その出発材料としてＳＯＩ層厚の膜厚均一性に優れるＳＩＭＯＸ基板が候補の筆頭に挙げられている。
【０００４】
この場合のＳＩＭＯＸ基板は、後述するように、特にＳＯＩ層の結晶面が｛１１１｝面であるＳＩＭＯＸ（１１１）基板である必要がある。上記電子−光融合デバイスは最終的にはＳＩＭＯＸ基板のＳＯＩ層上に，局所的に光デバイス領域であるＧａＮ結晶層の形成を行なう工程が含まれるのであるが、現在、その光デバイスに用いられているＧａＮ結晶の多くは安定構造の六方晶系ウルツ鉱型構造である。これまでにＧａＮ結晶を用いた発光素子はその六方晶構造の｛０００１｝面が用いられている。このため、欠陥密度が少ない良質な六方晶ＧａＮ結晶を形成させるためには、下地材料として同じ六方晶系の｛０００１｝面を用いるのが最も好ましい。しかしながら下地材料が立方晶構造のシリコン結晶である。そこで、六方晶構造の｛０００１｝面は立方晶構造の｛１１１｝面と原子配列が同じ六角形状の格子面をとり等価であることから、シリコン結晶を下地材料にしてＧａＮ結晶を作製するには、そのシリコン結晶の結晶面を｛１１１｝面にする必要がある。このことから、ＳＯＩ層の結晶面が｛１１１｝面であるＳＩＭＯＸ（１１１）基板が必要とされる。
【０００５】
ＳＩＭＯＸ技術が発明されて以来、現在まで四半世紀が経過したが、その間の研究対象はほぼ例外なくＳＩＭＯＸ（１００）基板であった。これはＭＯＳＦＥＴに代表される電子デバイスではシリコン結晶面｛１００｝が多く使用されることに由来する。すなわち、電子を捕獲する界面準位密度が｛１００｝面よりも｛１１１｝面が高密度であるため、｛１１１｝面を使ったＭＯＳＦＥＴのデバイス特性は低いからである。しかしながら、近年の研究・開発により、シリコン結晶面｛１１１｝を用いたＭＯＳＦＥＴでも｛１００｝面とほぼ同等の高特性が得られるようになった。
【０００６】
以上の背景により、これまでに結晶面｛１１１｝を有するＳＩＭＯＸ（１１１）基板の研究例はほとんどないが、近年、結晶面｛１１１｝を有するＳＩＭＯＸ基板を実現させるための作製条件がＩｉｋａｗａ等によって論文報告された（非特許文献２）。それによれば、５５０℃に保持した結晶面｛１１１｝である単結晶シリコン基板に、１８０ｋｅＶに加速した酸素イオンを０．５×１０１８／ｃｍ２の注入量で打ち込み、次いで、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲気中で１３５０℃、４時間以上の熱処理を行うと、単結晶シリコン基板内に連続した埋め込み酸化膜を有するＳＩＭＯＸ（１１１）基板が得られるとされている。
【０００７】
しかしながら、当該技術はＳＯＩ構造の実現にだけ着目されているだけで、表面平坦性や界面特性などの基板品質には言及されておらず、後述するように、更なる高品質化のためには十分ではない。
【非特許文献１】土屋敏章著：「ＳＯＩ  ＣＭＯＳデバイスの基礎と応用」リアライズ社発行、１９９９年
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、第１９巻（２００４年）、第１２号、第３６０７〜第３６１３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
今後、電子−光融合デバイスや最先端ＭＯＳＦＥＴデバイスに代表されるように、基板構造が多種の結晶を用いた多層薄膜構造に、あるいはデバイス寸法がナノメータ・オーダになってくると、ＳＯＩ基板の表面Ｓｉ層の平坦性は、多層薄膜構造作製において、あるいはデバイス特性において重要な要素となってくる。
【０００９】
これに加え、単結晶シリコン層と埋め込み絶縁層との界面の急峻性もデバイス特性に大きな影響を及ぼすようになる。電子−光融合デバイス作製における後工程のＧａＮ結晶等の多層膜形成において、良質なエピタキシャル層を形成するためには、下地基板となるＳＯＩ基板の表面平坦性および表面シリコン単結晶と埋め込み絶縁層との界面急峻性はさらに厳格なものとなる。
【００１０】
本発明者等の知見によれば、上記したＩｉｋａｗａ等の従来製法において、酸素イオン注入量を０．５×１０１８／ｃｍ２、その後の１３５０℃での熱処理時間を４時間として作製されたＳＩＭＯＸ（１１１）基板では、形成されたＳＯＩ層の表面平坦性は２μｍ角でのＲＭＳ  （Ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ）値で、１．５ｎｍ程度存在（原子間力顕微鏡による測定）し、表面粗れが大きいといった問題があることが明らかとなった。
【００１１】
またこれに加えて本発明者等の知見によれば、ＳＯＩ層／埋め込み酸化膜界面の粗さも、表面単結晶シリコンの結晶面が｛１００｝面をもつＳＩＭＯＸ（１００）基板との比較から、最先端デバイスに適用できるほどの急峻性が得られていないことがＴＥＭ観察により明らかになった。
【００１２】
従って、少なくとも、ＳＩＭＯＸ基板の表面平坦性を１ｎｍ以下に確保し、界面急峻性においても更なる改善が不可欠であるという課題がある。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の有していた課題を解決するためになされたもので、比較的短時間で簡便に、ＳＩＭＯＸ基板の表面平坦性および界面急峻性を改善し、結晶面｛１１１｝を有するＳＩＭＯＸ（１１１）基板を得ることができる製造方法を提供することを目的とする。すなわち本発明は、絶縁層とその上の単結晶シリコン層とからなる積層体が表面側に形成されたＳＯＩ基板の製造方法にかかり、特に、前記単結晶シリコン層の結晶面が｛１１１｝面に近く、かつ表面平坦性および界面急峻性に優れるＳＯＩ基板の製造方法、および製造されたＳＯＩ基板に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明者等は、上記課題を解決する手段を上記知見と共に鋭意研究開発した結果、結晶面｛１１１｝を有する単結晶シリコン基板へ酸素をイオン注入し、その後、第一の高温熱処理を実施することによって実現するＳＯＩ基板の製造において、用いる単結晶シリコン基板の結晶面｛１１１｝を僅かに傾斜させ、酸素イオン注入量を調整することで、表面平坦性およびＳＯＩ層／埋め込み酸化膜界面の急峻性に優れるＳＯＩ基板が形成できることを初めて見出し、本発明を完成したものである。
【００１５】
また本発明者らは、作製された結晶面｛１１１｝を有するＳＩＭＯＸ（１１１）基板に対し、追加的に第二の高温熱処理を施すことで、結晶面｛１００｝を有するＳＩＭＯＸ（１００）基板と比較して、界面急峻性が短時間で著しく改善できることを初めて見出し本発明を完成したものである。
【００１６】
すなわち本発明は、結晶面｛１１１｝を有するシリコン単結晶基板に酸素イオンを注入し、その後第一の高温熱処理を施すことにより、埋め込み酸化層および表面単結晶シリコン層を形成するＳＩＭＯＸ基板の製造方法において、前記単結晶シリコン基板は、主表面とその法線方向との角度（一般的に傾角と呼ぶ、あるいはθと表記される）がθ＞０°で、酸素のイオン注入量ΦがΦ＞０．４×１０１８／ｃｍ２であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法である。
【００１７】
さらに本発明は、上記形成されたＳＩＭＯＸ基板に対し、埋め込み酸化膜厚の増大化、すなわち高品質化の目的で実施される第二の高温熱処理は、酸素を含む不活性ガス雰囲気下で、処理温度１１００℃以上であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法である。また本発明は、前記θは０．０１°＜  θ  ＜  ４°であることが望ましいことを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法である。
【００１８】
さらに本発明は、より望ましくは、前記θにおいて、０．０１°＜  θ  ≦  ２°であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法である。
【００１９】
また本発明は、前記酸素イオン注入工程において、酸素のイオン加速電圧１５０ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下で行われ、酸素のイオン注入量が０．４×１０１８／ｃｍ２以上０．８×１０１８／ｃｍ２以下であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法である。
【００２０】
また本発明は、さらに望ましくは、前記イオン注入量において、０．５×１０１８／ｃｍ２以上０．７×１０１８／ｃｍ２以下であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法である。
【００２１】
また本発明は、前記第一および前記第二の高温熱処理が、不活性ガスと酸素ガスとの総分圧に対する酸素ガス分圧が５×１０２Ｐａ以上で不活性ガスとを混合した雰囲気において、１１００℃以上単結晶シリコン基板の融点温度未満の処理温度で行われ、前記第一および前記第二の高温熱処理の処理時間が１時間以上２０時間未満であることを特徴とするＳＩＭＯＸ基板の製造方法である。
【００２２】
さらには、本発明は、前記製造方法により製造されるＳＯＩ基板であって、該ＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層と埋め込み絶縁層の表面平坦性が、１０μｍ角の測定領域のラフネスがＲＭＳ値で０．５ｎｍ以下であることを特徴とするＳＯＩ基板である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、比較的短時間で簡便に、ＳＩＭＯＸ基板の表面平坦性および界面急峻性を改善し、結晶面｛１１１｝を有するＳＩＭＯＸ（１１１）基板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明を実施の形態に即してさらに詳しく説明する。
【００２５】
本発明は、支持基板上に絶縁層を介してシリコン層が形成されるＳＯＩ基板のうち、単結晶シリコン層の結晶面が｛１１１｝面に近い主表面を持つＳＯＩ基板に関わるものである。材料基板に結晶面が｛１１１｝面に近い主表面を持つ単結晶シリコン基板を用い、ＳＩＭＯＸ法によりＳＯＩ基板を製造する。
【００２６】
出発材料となる単結晶シリコン基板の製造方法は、種結晶にＳｉ｛１１１｝を用いたチョコラルスキー法でもフローティングゾーン法でも構わないが、基板の機械的強度の観点からはチョコラルスキー法が望ましい。単結晶シリコンの製造条件、例えばチョコラルスキー法の場合の結晶引き上げの速度や、熱履歴などについても特に限定されるものではない。また、基板の酸素濃度についても、特に限定されるものではない。加えて、現在、大口径化が進んでいる結晶方位［１００］の大型育成インゴットから、｛１１１｝基板を刳り抜いて加工した単結晶シリコン基板でも構わない。
【００２７】
結晶面｛１１１｝を持つ単結晶シリコン基板の主面方位は、基板の法線方向である［１１１］から僅かに傾斜していることが望ましい。また、傾斜させる方向は＜１１０＞でも＜２１１＞でもよいが、それ以外の方向へ傾斜させても良い。傾斜させる角度は０．０１°以上４°未満が望ましい。より望ましくは、０．０１°以上２°以下である。
【００２８】
ＳＩＭＯＸ基板の製造条件における酸素イオン注入については特に限定されるものではない。酸素のイオンの注入量としては、低注入量でも高注入量でも良いが、それ以外の条件でも良い。上記Ｉｉｋａｗａ等の文献値では加速電圧１８０ｋｅＶにおいて０．５×１０１８／ｃｍ２が挙げられているが、望ましい範囲としては加速電圧１５０ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下において、０．４×１０１８／ｃｍ２以上０．８×１０１８／ｃｍ２以下であり、さらにより望ましい範囲は０．５×１０１８／ｃｍ２以上０．７×１０１８／ｃｍ２以下である。また、この酸素イオン注入は複数回に分割して実施しても良い。酸素イオン注入時の基板温度は、結晶性維持の観点からは５００〜６００℃程度に加熱するのが望ましいが、特にこれに限定されるものではない。また、酸素イオン注入を実施する装置に関しては、酸素イオンに電圧を印加して加速させた後に、シリコンウェハの表面から注入することが可能であれば良く、その装置形態、イオン注入方式などについては、特に限定するものではない。
【００２９】
酸素イオン注入に引き続いて行う第一の高温熱処理条件については、特に限定されるものではないが、酸素イオン注入が結晶にもたらすダメージの回復の観点からは１１００℃以上の高温で処理することが望ましい。熱処理の雰囲気についても特に限定されるものではなく、アルゴン、窒素等の不活性ガスの他、酸素、水素、あるいはアルゴンと酸素、窒素と酸素の混合ガスなどを用いても良い。望ましくは、不活性ガスと酸素ガスとの総分圧に対する酸素ガス分圧が５×１０２Ｐａ以上で不活性ガスとを混合した雰囲気で、処理温度は１１００℃以上単結晶シリコン基板の融点未満である。熱処理の処理時間についても特に限定されるものではないが、埋め込み酸化膜の熱酸化のために１時間以上で、経済性の観点からは２０時間以下が望ましい。
【００３０】
さらにＳＩＭＯＸ基板の品質を向上させる目的で実施される第二の高温熱処理についても、特に限定されるものではないが、内部熱酸化が効果的である１１００℃以上の高温で処理することが望ましい。熱処理の雰囲気についても特に限定されるものではないが、酸素ガスを含んでいればよい。望ましくは、不活性ガスと酸素ガスとの総分圧に対する酸素ガス分圧が５×１０２Ｐａ以上で不活性ガスとを混合した雰囲気で、処理温度は１１００℃以上単結晶シリコン基板の融点未満である。熱処理の処理時間についても特に限定されるものではないが、埋め込み酸化膜の熱酸化のために１時間以上で、経済性の観点からは２０時間以下が望ましい。
【００３１】
なお、第二の高温熱処理前に、すなわち、第一の高温熱処理後に、ＳＩＭＯＸ基板の表面に形成された熱酸化膜をフッ酸等で除去してもよいが、これは特に限定するものではない。
【００３２】
高温熱処理を行う装置に関しては、所望の温度での熱処理が所望の時間実施可能であれば、特に限定されるものではない。好ましく用いられる装置としては、代表的には、高温熱処理炉が挙げられるが、処理温度、処理時間などの性能が満足されれば、ランプアニール炉でも処理可能である。熱処理炉での処理温度、処理時間以外の条件、例えば、挿入温度、昇温速度、降温速度などについては特に制限はなく、また、昇温条件、降温条件を複数段としても良い。
【実施例】
【００３３】
本発明の製造方法について、以下、実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
結晶面｛１１１｝を有する単結晶シリコン基板の主表面とその法線方向とのなす角度θが異なる直径８インチの単結晶シリコン（１１１）基板を５枚用意した。すなわち、θが０°、０．０３°、０．５°、２°、４°を選択した。
【００３５】
なお、当該基板の作製方法は従来のチョコラルスキー法であり、種結晶に［１１１］を利用し単結晶インゴットを作製し、同インゴットから［１１０］方向に傾斜させて基板加工を実施して得られた直径８インチの単結晶シリコン（１１１）基板である。
【００３６】
これらの基板に対しＳＩＭＯＸ基板作製用の高電流イオン注入機を用いて、酸素イオン注入を基板温度５５０℃、加速電圧１８０ｋｅＶ、注入量を０．６×１０１８／ｃｍ２にて行なった。
【００３７】
次に８インチ基板用の超高温縦型熱処理炉装置を用いて、これらの酸素イオン注入後の基板を酸素ガス分圧が５×１０２Ｐａで不活性ガスとの混合した雰囲気において、処理温度１３５０℃、４時間にて、埋め込み酸化膜を形成するための高温熱処理を実施し、結晶面｛１１１｝を有するＳＩＭＯＸ（１１１）基板を作製し、引き続き、第二の高温熱処理を酸素ガス分圧が７×１０４Ｐａで不活性ガスとの混合した雰囲気において、同じく処理温度を１３５０℃とし、処理時間を１０時間で実施した。ＳＯＩ層の厚みは、熱処理時間に依存し、本実施条件では約２０ｎｍ程度である。
【００３８】
作製したＳＩＭＯＸ基板は、表面酸化膜をフッ酸で除去した後、ＳＯＩ構造を確認するために、透過型電子顕微鏡観察法（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）にて当該ＳＩＭＯＸ基板の断面を観察した。
【００３９】
また、ＳＯＩ層表面の表面ラフネスを原子間力顕微鏡観察法（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）にて評価した。
【００４０】
図１に異なる傾角を有する５種類のＳＩＭＯＸ基板の断面ＴＥＭ像を示した。傾角θが０°から０．５°の試料では、埋め込み酸化膜が連続に形成していることを示している。また、埋め込み酸化膜内に取り込まれた極微少のＳｉ島が基板傾角０．０３°の試料において極めて少ないことに加え、基板傾角０．０３°および０．５°の試料ではＳＯＩ層と埋め込み酸化膜層との界面、埋め込み酸化膜層と基板Ｓｉとの界面の急峻性が、他の傾角の試料と比べ著しく良好であることを示している。基板傾角２°および４°の試料では、埋め込み酸化膜に不連続性が観察され、本実施の酸素イオン注入量０．６×１０１８／ｃｍ２が少ないことを示している。さらに、形成された埋め込み酸化膜層およびＳＯＩ層の厚みに大きなうねりが観察される。これより、良好なＳＯＩ構造を実現する上で、出発単結晶シリコン｛１１１｝基板の基板傾角を調整することが極めて有効な手段の一つであることを示している。
【００４１】
図２に、横軸を基板傾角に対し、縦軸にＡＦＭ観察によって得られる表面粗さを定量的に表すＲＭＳ値をプロットした結果を示した。基板傾角に依存してＲＭＳ値に変動が観察される。すなわち、基板傾角０．０３°の試料を最小値として、基板傾角の減少、増大にともない、徐々に大きな値になっていることが分かる。これより、ＳＩＭＯＸ（１１１）基板の表面ラフネスは、出発単結晶シリコン（１１１）基板の基板傾角に敏感であることを示している。
【００４２】
また表１に、断面ＴＥＭ観察およびＡＦＭ観察から、ＳＩＭＯＸ（１１１）基板の品質に与える出発単結晶シリコン基板の傾角依存性をまとめた。
【００４３】
ここで表において、◎は当該数種類の基板内で品質が比較的に最も優れていることを意味し、○は同じく比較的に良好であることを意味し、△は同じく比較的に不十分であることを意味し、Ｘは同じく比較的に最も不良であることを意味する。
【００４４】
【表１】
2008159667.tif 000003
【００４５】
１ｎｍ以下の表面平坦性、界面急峻性、埋め込み酸化膜の連続性、そしてＳｉ島密度の観点から総合的に判断すると、基板傾角０．０３°および０．５°が最も品質に優れる結果となった。以上より、総合的にＳＩＭＯＸ（１１１）基板の品質向上を図るにおいて、基板傾角を調整する本手法は極めて有効であることが明らかにされた。
【００４６】
さらに、ＳＩＭＯＸ（１１１）基板の更なる品質向上を目的に、埋め込み酸化膜形成の第一の高温熱処理後に、さらに追加的に第二の高温熱処理を異なる処理時間で施した試料を作製し、ＳＯＩ層／埋め込み酸化膜の界面構造の変化を調べた。
【００４７】
また比較のために、結晶面｛１００｝を有するＳＩＭＯＸ（１００）基板も同様に作製し、同評価を実施した。
【００４８】
結晶面｛１１１｝を有するＳＩＭＯＸ（１１１）基板は基板傾角に０．０３°を用い、加速電圧１８０ｋｅＶ、酸素イオン注入量０．６×１０１８／ｃｍ２として、他方、ＳＩＭＯＸ（１００）基板では１８０ｋｅＶ、酸素イオン注入量０．４×１０１８／ｃｍ２、加速電圧としてイオン注入を実施した。
【００４９】
その後の第一の高温熱処理は共に同じ条件であり、酸素ガス分圧が５×１０２Ｐａで不活性ガスとの混合した雰囲気において、処理温度１３５０℃、４時間であった。
【００５０】
引き続く、第二の高温熱処理条件は、酸素ガス分圧が４×１０４Ｐａで不活性ガスとの混合した雰囲気において、処理温度１３５０℃、２時間から１０時間であった。
【００５１】
ＳＯＩ基板の品質項目で重要な一つである埋め込み界面の急峻性を調べるために、第二の高温熱処理後、形成された表面熱酸化膜をフッ酸で除去し、続いて、ＳＯＩ層をアルカリエッチングで除去し、埋め込み酸化膜の表面凹凸をＡＦＭ観察によって調べた。この埋め込み酸化膜の凹凸から、埋め込み界面の急峻性を間接的に評価した。
【００５２】
図３に、埋め込み酸化膜の急峻性に与える第二の高温熱処理時間依存性の関係を示した。なお、本図では、第一の高温熱処理後の埋め込み酸化膜のＲＭＳ値を１としてそれぞれプロットした。この図から次のことが分かる。
【００５３】
結晶面に関係なく第二の高温熱処理時間が２時間まで埋め込み酸化膜の表面平坦性は著しく減少している。しかしながら、その後の４時間においては、ＳＩＭＯＸ（１００）およびＳＩＭＯＸ（１１１）基板共にさらに減少してはいるものの、ＳＩＭＯＸ（１１１）基板の減少の割合が、ＳＩＭＯＸ（１００）基板よりも著しく大きい。ＳＩＭＯＸ（１００）基板はその後の熱処理において徐々に平坦性は増しており、一方でＳＩＭＯＸ（１１１）基板では４時間以降の熱処理では大きな変化が見られていない。これより、ＳＩＭＯＸ（１１１）基板は本実施条件における第二の高温熱処理により界面急峻性が向上することは明らかであることに加えて、ＳＩＭＯＸ（１００）基板と比較して、界面急峻性は短時間に速やかに改善することを示している。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明により、比較的短時間で簡便に、ＳＩＭＯＸ基板の表面平坦性および界面急峻性を改善し、結晶面｛１１１｝を有するＳＩＭＯＸ（１１１）基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、異なる５種類の基板傾角をもつ単結晶シリコン（１１１）基板に対し、加速電圧１８０ｋｅＶ、酸素注入量０．６×１０１８／ｃｍ２で酸素イオン注入を実施後、酸素ガス分圧が５×１０２Ｐａで不活性ガスとの混合した雰囲気において、処理温度１３５０℃、４時間で高温熱処理を実施し、引き続き、第二の高温熱処理を酸素ガス分圧が７×１０４Ｐａで不活性ガスとの混合した雰囲気において、同処理温度１３５０℃、１０時間にて処理した試料の断面ＴＥＭ像を示す。
【図２】図２は、ＳＩＭＯＸ（１１１）基板の作製に用いる単結晶シリコン（１１１）基板の傾角とその基板を用いて作製されたＳＩＭＯＸ（１１１）基板の表面平坦性との関係を示す。
【図３】図３は、第二の高温熱処理を施したＳＩＭＯＸ（１１１）基板およびＳＩＭＯＸ（１００）基板に対し、熱酸化膜およびＳＯＩ層除去後に、露出した埋め込み酸化膜の表面をＡＦＭ観察して得た相対的ＲＭＳ値と単結晶シリコン基板の傾角との関係を示す。なお、この相対的ＲＭＳ値は、第二の高温熱処理を施す前の埋め込み酸化膜の表面のＲＭＳ値を１として相対的に表面粗さを表したものである。
【図２】
2008159667.tif 000004
【図３】
2008159667.tif 000005
【図１】
2008159667.tif 000006