[发明专利]SIMOX基板的制造方法以及由该方法得到的SIMOX基板

说明书

技术领域

本发明涉及在介由埋氧层在单晶硅本体上形成单晶硅层(以下称为SOI层)的SOI(绝缘膜上硅)基板中，通过SIMOX(注氧隔离)技术进行SIMOX基板的制造的方法以及由该方法得到的SIMOX基板。更具体地说，本发明涉及可以将器件步骤中的重金属污染有效地捕获在基板内部的SIMOX基板的制造方法以及由该方法得到的SIMOX基板。

背景技术

SOI基板的以下特性非常优异：(1)可降低元件与基板间的寄生容量，因此可以使器件动作实现高速化，(2)放射线耐压优异，(3)电介质分离容易，可以高集成化，并且(4)可以提高耐闩锁的特性等。目前SOI基板的制造方法可大致分为两类。一种方法是将薄膜化的活性晶片与支撑晶片贴合形成的贴合法，另一种方法是由晶片表面注入氧离子，在距晶片表面规定深度的区域形成埋氧层的SIMOX法。特别是SIMOX法制造步骤少，将来有望成为有效的手段。

SIMOX基板的制造方法由以下步骤构成：将单晶硅基板的一个主面加工成镜面，然后通过注入法，由该镜面加工面向基板中至规定深度注入氧离子的氧离子注入步骤；在氧化气氛下、通过对注入了氧离子的基板实施高温热处理，在基板内部形成埋氧层的高温热处理步骤。具体来说，将单晶硅基板保持在500℃-650℃的温度，由基板表面向规定深度注入10¹⁷-10¹⁸/cm²左右的氧原子离子或氧分子离子。接着，将注入了氧离子的硅基板放入温度保持在500℃-700℃的热处理炉内，开始缓慢升温，以便不发生滑动，在1300℃-1390℃左右的温度下实施10小时左右的热处理。通过该高温热处理，注入到基板内部的氧离子与硅反应，在基板内部形成埋氧层。

另一方面，在器件制造工艺中，由基板表面除去对器件特性产生直接的不良影响的金属的吸杂技术有以下方法：通过喷砂使基板背面产生位错的方法；在基板背面堆积多晶硅膜的方法；向基板背面注入高浓度的磷的方法等外吸杂法，不过，利用硅基板内部析出的氧析出物导致的晶格缺陷的位错场的内吸杂法的大量生产性优异，且作为一种清洁的吸杂方法，正部分应用于大量生产中。

但是，通常SIMOX基板是在基板内部形成埋氧层，因此在注入氧离子后必须进行1300℃左右的高温热处理，通过该高温热处理，难以在体层中形成作为内吸杂穴的氧析出物。

为解决上述问题，有人提出了一种半导体基板的制造方法，即，在向单晶硅基板上注入氧离子之后，在氢气氛或含有少量氧的氮气氛中，在1200-1300℃温度下对基板实施6-12小时热处理，形成埋氧层，然后由低温至高温分阶段或连续地升高温度，实施热处理(例如参照专利文献1)。该专利文献1中所示的具体的热处理条件是：分阶段性热处理方法是由500℃起始，以50-100℃的步距逐步升温，达到最终温度850℃的方法；连续热处理的方法是由500℃起始，以0.2-1.0℃/分钟的梯度达到最终温度850℃的方法。但是，为了形成SIMOX基板的埋氧层，实施1300℃左右高温热处理，为此，发生拉晶时出现的氧析出核的缩小和消减，因此在上述专利文献1所示的热处理条件下，氧析出物的生长受到抑制，在最终到达温度850℃下未能获得足够的吸杂效果。

另外，还有人提出了一种SIMOX基板及其制造方法，所述基板的结构是：具有部分未形成埋氧层的区域，且在单晶硅基板本体或单晶硅基板背面具有利用晶体缺陷或晶体位错的吸杂构造(例如参照专利文献2)。该专利文献2中记载：埋氧层在表层附近断续地形成，在用于吸杂的热处理条件500-900℃的范围内形成氧析出核，密度为10⁵个/cm³-10⁹个/cm³的范围，作为第2热处理，在1000-1150℃的范围内使上述析出核生长，可以形成析出物。

但是，实施例中，以以往技术的SIMOX、即埋氧膜在晶片整面上生长的SIMOX作为参照样品，对由于重金属的定量污染而导致的基板表面的晶体缺陷产生量进行了评价，在部分埋氧膜的实施例中几乎未观察到表面缺陷，而在以往的SIMOX中观察到10⁵-10⁶个/cm²的凹坑和叠层缺陷。这意味着专利文献1并未确立完善的吸杂技术。

专利文献1：日本特开平7-193072号公报(权利要求1-3)

专利文献2：日本特开平5-82525号公报(权利要求1、2、4和5，段落[0019]-段落[0023])