(57)【要約】【課題】SOI膜の厚みを正確にコントロールすることができるSIMOXウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】SIMOXウェーハの製造に際し、予め目標とするSOI膜厚よりも厚めのSOI膜を形成しておき、最終的なSOI膜厚の調整を、洗浄工程とは別途に設けたエッチング工程により行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Si基板の表面に、酸素イオンを注入後、高温アニール処理を行うことによって、SIMOXウェーハを製造するに際し、予め目標とするSOI膜厚よりも厚めのSOI膜を形成しておき、最終的なSOI膜厚の調整を、洗浄工程とは別途に設けたエッチング工程により行うことを特徴とするSIMOXウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程を前記洗浄工程に兼務させることを特徴とする請求項１記載のSIMOXウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記洗浄工程が、バッチ洗浄であり、アニール直後のSOI膜の厚みを測定し、そのアニールバッチ毎に最適なエッチング時間またはエッチングを兼ねる洗浄時間を設定して、SOI膜厚を調整することを特徴とする請求項１または２記載のSIMOXウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記洗浄工程が、枚葉洗浄であり、アニール直後のSOI膜の厚みを各ウェーハ毎に測定し、そのウェーハ毎に最適なエッチング時間またはエッチングを兼ねる洗浄時間を設定して、SOI膜厚を調整することを特徴とする請求項１または２記載のSIMOXウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程またはエッチングを兼ねる洗浄工程に用いる処理液が、SC-1系液またはHF+O3系液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、高速、低消費電力なSOI（Silicon on Insulator）デバイスを形成するため の埋め込み酸化膜（Buried Oxide：BOX）を有する薄膜SOIウェーハに関するものであり、より詳細には、ウェーハ表面に酸素イオンをイオン注入により打ち込んだ後、高温でアニールをすることにより埋め込み酸化膜を形成した、SIMOX（Separation by Implanted Oxygen ）ウェーハの製造方法に関するものである。
そして、本発明は、特にこのSIMOXウェーハにおけるSOI膜厚の効果的な調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜SOIウェーハの製造方法としては、従来から、酸素注入時におけるドーズ量が高い、いわゆる高ドーズSIMOX法と、この高ドーズSIMOX法に比べて一桁程度低いドーズ量で酸素イオンを注入した後、高酸素雰囲気下でアニールを行う、いわゆる低ドーズSIMOX法の２種類が知られている。
【０００３】
さらに、近年では、低ドーズSIMOX法において、最後の酸素イオン注入を、室温付近で低ドーズ量で行うことによりアモルファス層を形成し、より低ドーズでのBOX形成を可能にした、いわゆるMLD（Modified Low Dose）法が開発され、ウェーハの量産に貢献している。
【０００４】
高ドーズSIMOX法は、典型的には、酸素イオンを、加速エネルギー：150keV、ドーズ量：1.5×1018cm-2超え、基板温度：500℃程度の条件で注入し、その後、1300℃超えの温度で、酸素を体積％で0.5〜２％含むアルゴン（Ar）あるいは窒素（N2）雰囲気中で、４〜８時間程度のアニールを行う方法である（例えば非特許文献１）。
しかしながら、この高ドーズSIMOX法は、注入時間が極めて長く、スループットが悪いことの他、SOI層の転位密度が１×105〜１×107cm-2と極めて高いという問題があった。
【非特許文献１】「K.Izumi et al. Electron. Lett.(UK)vol.14（1978）p.593」
【０００５】
また、低ドーズSIMOX法は、上記した高ドーズSIMOX法の欠点を改善したもので、典型的には、酸素イオンを、加速エネルギー：150keV超え、ドーズ量：４×1017〜１×1018cm-2、基板温度：400〜600℃程度の条件で注入し、その後のアニールを、1300℃超えの温度で、30〜60％の酸素を含むアルゴン雰囲気下で行い、このアニール工程における酸素の内部酸化（Internal Thermal Oxidation：略して「ITOX」ともいう）によって、埋め込み酸化膜（BOX）を厚膜化すると共に、貫通転位密度を低減するなど、大幅な品質向上を実現させている（例えば非特許文献２）。
【非特許文献２】「S. Nakashima et al. Proc. IEEE int. SOI Conf.(1994）p.71〜72」
【０００６】
さらに、MLD法は、低ドーズSIMOX法の改良版として開発されたもので、従来の高温（400〜650℃）での酸素注入後に、さらに室温で１桁低いドーズ量の酸素注入を行い、アモルファス層を埋め込み酸化膜（BOX）表面に形成する方法である（例えば非特許文献３および特許文献１）。
この方法によると、1.5×1017〜６×1017cm-2という広い低ドーズ量範囲で、連続なBOX成長が可能であり、また、その後のITOXプロセスにおいても、従来のITOXの1.5倍の速度で内部酸化が可能になった。その結果、BOX膜は、熱酸化膜に極めて近くなり、大幅な品質の改善が達成された。通常、このMLD法では、SOI層中の酸素量を下げるために、ITOX工程の後に、５〜10時間程度、酸素を0.5〜２％含むAr雰囲気中においてアニールを行うのことが一般的である。
【非特許文献３】「O.W.Holland et al. Appl.Phys.Lett.(USA)vol. 69（1996）p.574」
【特許文献１】米国特許第5930643号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したようなSIMOX形成法によって製造したSOIウェーハの最も重要な仕様としてSOI層の膜厚がある。通常、SOI膜厚は、その後のデバイスプロセスの条件やデバイス特性に大きな影響を及ぼすため、±３nm程度の均一性が要求されている。
このSOI層の厚みに影響を及ぼすものとして、SIMOXプロセス工程の多くが関係していることが判明している。すなわち、最初の注入工程においては、注入エネルギー、注入ドーズおよび注入温度がすべて、SOI膜厚に影響する。また、その後の高温アニール工程においては、アニール温度、アニール時間およびアニール酸素分圧等が、SOI膜厚に大きな影響を与えることが分かっている。
【０００８】
しかしながら、SIMOXウェーハの製造工程において、このSOI膜厚に影響する因子すべてを、毎回ばらつきなしに正確にコントロールすることは極めて難しく、結果的にSOI膜が仕様からズレてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、SIMOX形成法によってSOIウェーハを製造するに際し、SOI膜の厚みを正確にコントロールすることができるSIMOXウェーハの有利な製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）Si基板の表面に、酸素イオンを注入後、高温アニール処理を行うことによって、SIMOXウェーハを製造するに際し、予め目標とするSOI膜厚よりも厚めのSOI膜を形成しておき、最終的なSOI膜厚の調整を、洗浄工程とは別途に設けたエッチング工程により行うことを特徴とするSIMOXウェーハの製造方法。
【００１１】
（２）前記エッチング工程を前記洗浄工程に兼務させることを特徴とする上記（１）記載のSIMOXウェーハの製造方法。
【００１２】
（３）前記洗浄工程が、バッチ洗浄であり、アニール直後のSOI膜の厚みを測定し、そのアニールバッチ毎に最適なエッチング時間またはエッチングを兼ねる洗浄時間を設定して、SOI膜厚を調整することを特徴とする上記（１）または（２）記載のSIMOXウェーハの製造方法。
【００１３】
（４）前記洗浄工程が、枚葉洗浄であり、アニール直後のSOI膜の厚みを各ウェーハ毎に測定し、そのウェーハ毎に最適なエッチング時間またはエッチングを兼ねる洗浄時間を設定して、SOI膜厚を調整することを特徴とする上記（１）または（２）記載のSIMOXウェーハの製造方法。
【００１４】
（５）前記エッチング工程またはエッチングを兼ねる洗浄工程に用いる処理液が、SC-1系液またはHF+O3系液であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のSIMOXウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、各種の品質に優れ、特にSOI膜の膜厚精度が極めて高いSIMOXウェーハを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の解明経緯について説明する。
SIMOXプロセスにおいては、SOI膜厚、BOX膜厚の仕様に応じて、適正なSOI膜厚が確保できるように注入エネルギーを決定する。これによって酸素が打ち込まれる深さが決まるため、大まかなSOI膜厚が決定される。
【００１７】
一方、埋め込み酸化膜（BOX）は、この時注入された酸素を基にして形成されるが、この注入酸素はBOX酸化膜の形成に必要な量の半分以下であり、不足する酸素は、その後の高温アニール工程の内部酸化（ITOX）工程において、外部から供給される。この時、表面のシリコンも数100nm酸化されるため、この工程で、SOI膜厚も大幅に変化する。
【００１８】
これらのプロセスにより得られるSOI膜厚は、注入エネルギー、注入ドーズ、注入時の温度、アニール温度、時間および酸素分圧などをコントロールすれば、それなりに良好な再現性を有しているが、注入条件差、アニールバッチ間差、さらにはバッチ内でのウェーハ間差に応じた膜厚差が少なからず生じることが分かっている。
従って、全てのウェーハが目標とする膜厚におさまるわけではない。すなわち、目標膜厚よりも薄い場合もあれば、厚い場合もある。
【００１９】
ところで、SOI膜の厚みが、目標値よりもやや高い値となっていれば、その後にエッチングを施すことにより、正確なSOI膜厚にコントロールすることができる。
【００２０】
そこで、本発明では、予めSOI膜厚を目標膜厚よりも幾分厚めの値とし、その後にエッチングを行うことによって、所望の厚みに制御することにしたのである。
すなわち、形成するSOI膜の厚みを目標膜厚よりも５〜20nm程度厚く設定しておき、高温アニール後、酸化膜を剥離したのち、SOI膜の厚みを測定し、測定したSOI膜の厚みが目標膜厚を超えた分についてはエッチングで削除し、しかるのち洗浄処理を行うのである。
【００２１】
また、この発明では、必ずしも洗浄工程とは別途にエッチング工程を設ける必要はなく、このエッチング工程を洗浄工程に兼務させることもできる。
図１に、本発明のSIMOX形成のプロセスフローを示す。
【００２２】
本発明において、エッチング処理に用いる処理液としては特に制限はなく、シリコンをエッチングできるものであればいずれもが適合するが、表面清浄度、表面ラフネス、表面膜厚均一性およびエッチング時間のコントロールのし易さから、SC-1系液やHF+O3系液がとりわけ有利に適合する。
ここに、SC-1系液とは、アンモニア水（NH4OH）と過酸化水素水（H2O2）との混合液であり、代表組成としては「NH4OH：H2O2：H2O＝１：１：５」が挙げられる。また、HF+O3系液とは、希HF水溶液にオゾン（O3）を添加してもので、HF濃度は0.3〜0.7mass％、O3濃度は５〜20ppm程度とするのが好ましい。
【００２３】
また、エッチング工程に用いる処理液と洗浄工程に用いる処理液は、同じものであっても別なものであってもいずれでも構わないが、エッチング工程を洗浄工程に兼務させる場合には、同種の処理液を用いることが好ましい。
【００２４】
通常は、バッチ間の膜厚のばらつきが大きいので、注入バッチあるいはアニールバッチ毎に、SOI膜厚の値を測定し、バッチ毎にエッチング時間または（エッチング＋洗浄）時間を設定することで、そのバッチにおけるSOI膜厚を目標値に近い値に調整することができる。この時は、バッチ洗浄機を使うことができる。
【００２５】
さらに、バッチ内でのばらつきも問題となった場合には、１枚ずつSOI膜厚を測定し、そのエッチング時間または（エッチング＋洗浄）時間を１枚ずつ最適化することができる。この時は、バッチ洗浄機の代わりに、枚葉洗浄機が適用できる。
【００２６】
なお、本発明のSIMOXプロセスは、高ドーズ法、低ドーズ法およびMLD（Modified Low Dose）法のいずれにも適用可能であるが、とりわけMLD法に適用して好適である。
【実施例１】
【００２７】
以下、本発明を、MLD法によるSIMOXプロセスに適用した場合について述べる。
Si基板に対して、酸素イオンの注入を、まず加速エネルギー：170keV、ドーズ量：2.5×1017cm-2、基板温度：400℃の条件で行い、その後、室温でドーズ量：２×1015cm-2のイオン注入を行った。ついで、1320℃、10時間のITOXプロセス後に、1350℃、10〜20時間のアニールプロセスを、Ar雰囲気（酸素：４vol％）中で行った。
上記のSIMOXプロセスでは、形成するSOI膜の厚みを、目標値：70nmを10nm程度上回る値に設定した。
【００２８】
高温アニール後、酸化膜を剥離したのち、SOI膜の厚みを測定したところ、いずれも目標値よりも７〜12nm程度厚いSOI膜が形成されていた。
そこで、処理液としてSC-1系液（NH4OH：H2O2：H2O＝１：１：５）を用いてエッチング処理を行い、目標値を超えた分を削除したのち、洗浄処理を行った。なお、一部については、エッチング処理と洗浄処理を同時に行った。
【００２９】
かくして得られたSOI膜の平均膜厚（ｎ＝25）および分散値について調べた結果を表１に示す。なお、SOI膜厚の測定は、KLAの分光エリプソメータを用いて行った。
また、表１には、参考のため、本発明のプロセスを適用せず従来法に従って製造した場合のSOI膜厚について調べた結果も示す。
表中、No.１〜５が比較例、No.６〜10が本発明プロセスをバッチ処理に適用した場合、そしてNo.11〜15が本発明プロセスを枚葉処理に適用した場合である。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
同表に示したとおり、本発明のプロセスを用いることにより、SOI膜の膜厚を目標とする70nmに高精度で制御することができ、またばらつきも少なかった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のSIMOX形成のプロセスフローを示す図である。
【図１】
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