[go: up one dir, main page]

CZ281798B6 - Substrát SOI a způsob jeho výroby - Google Patents

Substrát SOI a způsob jeho výroby Download PDF

Info

Publication number
CZ281798B6
CZ281798B6 CZ95726A CZ72695A CZ281798B6 CZ 281798 B6 CZ281798 B6 CZ 281798B6 CZ 95726 A CZ95726 A CZ 95726A CZ 72695 A CZ72695 A CZ 72695A CZ 281798 B6 CZ281798 B6 CZ 281798B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
oxide layer
substrate
oxidation
thickness
temperature
Prior art date
Application number
CZ95726A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ72695A3 (en
Inventor
Nakashima Sadao
Izumi Katsutoshi
Ohwada Norihiko
Katayama Tatsuhiko
Original Assignee
Komatsu Electronic Metals Co.,Ltd
Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Ntt Electronics Technology Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Electronic Metals Co.,Ltd, Nippon Telegraph And Telephone Corporation, Ntt Electronics Technology Corporation filed Critical Komatsu Electronic Metals Co.,Ltd
Publication of CZ72695A3 publication Critical patent/CZ72695A3/cs
Publication of CZ281798B6 publication Critical patent/CZ281798B6/cs

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26506—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors
    • H01L21/26533—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors of electrically inactive species in silicon to make buried insulating layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76243—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using silicon implanted buried insulating layers, e.g. oxide layers, i.e. SIMOX techniques

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

Způsob výroby substrátu SOI, majícího na vnořené oxidové vrstvě monokrystalovou křemíkovou vrstvu odizolovanou od substrátu, spočívající v tom, že se do monokrystalového křemíkového substrátu implantují kyslíkové ionty a substrát se zpracuje žíháním při vysoké teplotě a v atomosféře inertního plynu za vzniku vnořené oxidové vrstvy. Po zpracování žíháním, při kterém tloušťka vnořené oxidové vrstvy dosáhne hodnoty teoreticky vypočtené z dávky implantovaných kyslíkových iontů, se substrát podrobí oxidačnímu zpracování při vysoké teplotě a v kyslíkové atmosféře. ŕ

Description

Oblast techniky
Vynález se týká substrátu SOI a způsobu výroby substrátu SOI majícího izolační vrstvu v jednokrystalovém křemíkovém substrátu.
Dosavadní stav techniky
Je velmi dobře známo, že z hlediska elektrických charakteristik prvků a separace individuálních prvků je výhodnější tenká jednokrystalová křemíková vrstva provedená na izolační vrstvě než realizovat integrovaný obvod na rozměrném jednokrystalovém křemíkovém substrátu.
Polovodičový substrát, který má v elektricky izolovaném stavu povrchovou jednokrystalovou křemíkovou vrstvu, ve které jsou vytvořeny uvedené prvky vytvořením izolační vrstvy (SiO2) v jednokrystalovém křemíkovém substrátu, je obecně označován jako substrát SOI (Silicon On Insulator). Takový polovodičový substrát může být vyroben bud laminační technikou, nebo technikou implantace kyslíkových iontů. Dříve používaná laminační technika spočívá v tom, že se nejdříve na jednokrystalovém křemíkovém substrátu vytvoří oxidová vrstva, načež se k této sestavě přilaminuje další jednokrystalový křemíkový substrát a tenká aktivní křemíková vrstva se získá zúžením jednoho z jednokrystalových křemíkových substrátů. Později používaná technika implantace kyslíkových iontů je označována jako technika SIMOX (Separation by IMplanted oxygen). Tato technika se jeví jako výhodnější, neboť umožňuje získat tenkou aktivní křemíkovou vrstvu způsobem, který je slučitelný s miniaturizační technikou výroby integrovaných obvodů. Při této technice se vytváří ponořená oxidová vrstva uvnitř křemíkového substrátu tím, že se po předchozí implantaci vysoké dávky kyslíkových iontů (160+) do jednokrystalového křemíkového substrátu ponechá reagovat křemík s kyslíkem v průběhu vysokoteplotního žíhacího procesu (1 100 až 1 200 ’C). Technikou SIMOX se v jednokrystalovém křemíkovém substrátu získá aktivní křemíková vrstva mající jednotnou tloušťku, přičemž není zapotřebí manipulovat s ostrým a lepivým substrátem jako je tomu u uvedené laminační techniky.
Nicméně vytvoření ponořené oxidové vrstvy ve výše uvedeném křemíkovém substrátu žíhacím procesem po předcházející implantaci kyslíkových iontů do jednokrystalového křemíkového substrátu má následující nedostatky.
Vysoce kvalitní substrát SIMOX má nízkou dislokační hustotu povrchového jednokrystalového křemíku, který se v elektricky izolovaném stavu nachází nad ponořenou oxidovou vrstvou. Jestliže při implantování kyslíkových iontů ulpí na povrchu jednokrystalového křemíkového substrátu 1 (obr. 9) nějaká částice, potom vzhledem k tomu, že ponořená oxidová vrstva je velmi tenká (80 až 90 nm) a že uvedená částice 10 působí jako maska, zůstane ve vrstvě 3. s vysokou dávkou implantovaných kyslíkových iontů oblast, do které kyslíkové ionty nemohly být implantovány. Při žíhacím procesu se z vrstvy 3 s vysokou dávkou implantovaných kyslíkových
-1CZ 281798 B6 iontů vytvoří ponořená oxidová vrstva 5, zatímco v oblasti této vrstvy, kam nemohly být v důsledku odstínění částicí 10 kyslíkové ionty implantovány, se vytvoří díra, což má za následek zhoršení izolačních vlastností. Kromě toho na obrázku 9 je zobrazena povrchová jednokrystalová křemíková vrstva 2 a povrchová oxidová vrstva 6, vytvořená žihacim procesem.
Diagram na obr. 10 znázorňuje závislost dislokační hustoty (hustota dislokací, tj. krystalových defektů) povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy na dávce kyslíkových iontů (viz J. Mater. Res., sv. 8, č. 3, březen 1993, str. 523-534). V substrátu se dosahuje zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy zvýšením dávky kyslíkových iontů, avšak při dávce kyslíkových iontů v rozmezí 1,0 x 10X8/cm2 - 2,0 x 1018/cm2 dochází ke zvýšení dislokační hustoty v povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvě. K výraznému zvýšení dislokační hustoty dochází zejména při dávkách kyslíkových iontů vyšších než 1,5 x 1018/cm2.
V substrátu, do kterého byly implantovány kyslíkové ionty v dávce, která nezpůsobuje zvýšení dislokační hustoty, tj. v dávce kyslíkových iontů v rozmezí 0,5 x 1018/cm2 0,9 x 1018/cm2, se však vytvoří ponořená oxidová vrstva, která má malou odolnost proti proražení elektrickým polem (proražení elektrickým polem 0-1 MV/cm) a tudíž slabou izolační schopnost (viz obr. 11).
V substrátu SIMOX majícím tenkou ponořenou oxidovou vrstvu existují velké nepravidelnosti na rozmezí mezi povrchovou jednokrystalovou křemíkovou vrstvou a ponořenou oxidovou vrstvou (zkráceně bude toto rozmezí označováno jako rozmezí ponořené oxidové vrstvy) (druhá odmocnina střední hrubosti (hrbolatosti) Rms je rovna asi 2 nm), v důsledku čehož se v široké míře mění i elektrické vlastnosti této sestavy. Za účelem dosaženi dostatečné plochosti uvedeného rozmezí ponořené oxidové vrstvy musí být substrát vystaven žíhacimu procesu dlouhou dobu, což je neúnosné vzhledem k jeho zvýšeným pořizovacím nákladům.
V souladu s výše uvedeným je prvním cílem vynálezu poskytnout substrát SOI, jehož tloušťka ponořené oxidové vrstvy může být zvětšena bez nezbytnosti zvýšit dávku implantovaných kyslíkových iontů a připustit tak riziko zvýšení míry krystalových defektů v povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvě. Druhým cílem vynálezu je poskytnout způsob výroby substrátu SOI, který je schopen zajistit sníženi hustoty děr v ponořené oxidové vrstvě. Třetím cílem vynálezu je poskytnout způsob výroby substrátu SOI, který by umožnil zlepšit plochost rozmezí vnořené oxidové vrstvy. Cílem vynálezu je rovněž poskytnout substrát SOI, který má malou hustotu krystalových defektů povrchové monokrystalové křemíkové vrstvy a jehož vnořená oxidová vrstva má větší tloušťku, než je teoretická tloušťka vnořené oxidové vrstvy, vypočtená z dávky implantovaných kyslíkových iontů, přičemž vnořená oxidová vrstva tohoto substrátu má nízkou tvorbu děr a zlepšenou plochost rozmezí vnořené oxidové vrstvy.
-2CZ 281798 B6
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je substrát SOI, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje monokrystalový křemíkový substrát, vnořenou oxidovou vrstvu, vytvořenou žíháním monokrystalového křemíkového substrátu s implantovanými kyslíkovými ionty při teplotě 1 150 až 1 415 °C a v atmosféře inertního plynu, a monokrystalovou křemíkovou vrstvu elektricky odizolovanou od monokrystalového křemíkového substrátu a vytvořenou na vnořené oxidové vrstvě pokračováním žíhacího procesu až do doby, kdy tloušťka vnořené oxidové vrstvy dosáhne hodnoty teoreticky vypočtené z dávky implantovaných kyslíkových iontů, přičemž po oxidačním zpracování je tloušťka vnořené oxidové vrstvy větší než 90 nm, dislokační hustota povrchové monokrystalové křemíkové vrstvy je menší nebo rovna 100/cm2, hustota děr ve vnořené oxidové vrstvě je menší nebo rovna 20/cm^ a druhá odmocnina střední hrubosti rozmezí vnořené oxidové vrstvy je menší nebo rovna 1 nm.
Předmětem vynálezu je rovněž způsob výše uvedeného substrátu SOI, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje implantování kyslíkových iontů do monokrystalového křemíkového substrátu, vytvořeni vnořené oxidové vrstvy žíhacím procesem při teplotě 1 150 až 1 415 ’C a v atmosféře inertního plynu, vytvoření povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy elektricky odizolované od substrátu na vnořené oxidové vrstvě pokračováním v žíhacím procesu až do doby, kdy tloušťka vnořené oxidové vrstvy dosáhne hodnoty teoreticky vypočtené z dávky implantovaných kyslíkových iontů a oxidací substrátu v oxidační atmosféře při teplotě vyšší nebo rovné 1 150 ’C a nižší, než je teplota tání monokrystalového křemíkového substrátu. Oxidace substrátu v oxidační atmosféře následující po žíhacím procesu se výhodně provádí v plynné kyslíkové atmosféře, jejíž koncentrace kyslíku je vyšší než je koncentrace kyslíku v atmosféře, ve které se provádí žíhací proces. Způsob podle vynálezu po oxidaci substrátu v oxidační atmosféře výhodné dále zahrnuje odstranění oxidové vrstvy z povrchu substrátu, provedení obětní oxidace při teplotě nižší nebo rovné 1 100 ’C a zeslabení povrchové křemíkové vrstvy získané obětní oxidací. Způsob podle vynálezu po žíhacím procesu výhodně dále zahrnuje provedení obětní oxidace při teplotě nižší nebo rovné 1 100 ’C, zeslabení povrchové křemíkové vrstvy odstraněním vrstvy získané obětní oxidací a oxidaci substrátu v oxidační atmosféře při teplotě 1 150 až 1 415 “C. Oxidace substrátu v oxidační atmosféře následující po žíhacím procesu se provádí v plynné kyslíkové atmosféře, jejíž koncentrace kyslíku je výhodně vyšší než 1 %. Oxidace substrátu v oxidační atmosféře se výhodně provádí při teplotě, která je odvozena z předběžně získaného grafu závislosti přírůstku tloušťky vnořené oxidové vrstvy na oxidační teplotě. Výhodně se oxidace substrátu v oxidační atmosféře provádí až do okamžiku, kdy přírůstek tloušťky vnořené oxidové vrstvy způsobí uzavření děr nacházejících se ve vnořené oxidové vrstvě. Výhodně se oxidace substrátu v oxidační atmosféře provádí až do okamžiku, kdy přírůstek tloušťky vnořené oxidové vrstvy způsobí vyhlazení rozmezí vnořené oxidové vrstvy. Výhodně způsob podle vynálezu zahrnuje implantování kyslíkových iontů do monokrystalového křemíkového substrátu, vytvoření vnořené oxidové vrstvy žíhacím procesem prováděným až do doby, kdy tloušťka vnořené oxidové vrstvy dosáhne hodnoty teoreticky vypočtené z dávky implantovaných kyslíkových
-3CZ 281798 B6 iontů, přičemž se substrát s implantovanými kyslíkovými ionty zahřívá v tepelné zóně, a zvětšení tloušťky vnořené oxidové vrstvy oxidací substrátu v atmosféře mající teplotu 1 150 až 1 415 C a koncentraci kyslíku vyšší než je koncentrace kyslíku v atmosféře, ve které se provádí žíhací proces.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je blíže objasněn pomocí odkazů na připojené výkresy , na kterých obr. 1 znázorňuje vývojové produkční schéma získání substrátu SOI, obr. 2 znázorňuje varianty teplotně-časových závislostí žíhacího zpracování a vysokoteplotního oxidačního zpracování, obr. 3 znázorňuje diagram závislosti přírůstku tloušťky ponořené oxidové vrstvy na oxidační teplotě, kdy se provádí oxidace asi 180 nm silného křemíkové vrstvy na povrchu jednokrystalového křemíkového substrátu při vysokoteplotním oxidačním procesu, obr. 4 znázorňuje diagram závislosti přírůstku tloušťky ponořené oxidové vrstvy na oxidační teplotě, kdy se vysokoteplotní oxidační proces provádí při oxidační době 4 hodin a při koncentraci 02 70 %, obr. 5 znázorňuje diagram závislosti přírůstku tloušťky ponořené oxidové vrstvy na parciálním tlaku kyslíku při vysokoteplotním oxidačním procesu, obr. 6 znázorňuje diagram závislosti druhé odmocniny střední hrubosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy Rms na přírůstku tloušťky ponořené oxidové vrstvy, obr. 7 znázorňuje srovnávací diagram hustoty děr v ponořené oxidové vrstvě pro případy, kdy byly substráty získány způsobem podle dosavadního stavu techniky a způsobem podle vynálezu, obr. 8 znázorňuje částečné schematické průřezové diagramy rozmezí mezi povrchovou jednokrystalovou křemíkovou vrstvou a ponořenou oxidovou vrstvou po implantaci kyslíkových iontů a a) po konvenčním zpracování substrátu SIMOX pouze žíháním, b) po dodatečné vysokoteplotním oxidačním zpracování substrátu SIMOX při koncentraci plynného kyslíku 0,5 % a c) po dodatečném vysokoteplotním oxidačním zpracováni substrátu SIMOX při koncentraci plynného kyslíku 30 %, obr. 9 znázorňuje vývojový schematický diagram ilustrující tvorbu děr v ponořené oxidové vrstvu, způsobenou částicemi ulpělými na povrchu substrátu a stínícími implantaci kyslíkových iontů do jednokrystalového křemíkového substrátu, obr. 10 znázorňuje diagram závislosti dislokační hustoty na dávce kyslíkových iontů a obr. 11 znázorňuje diagram závislosti elektrických izolačních vlastností ponořené oxidové vrstvy na dávce kyslíkových ion-4CZ 281798 B6 tů.
Příklady provedení vynálezu
Vynález představuje praktické využití zjištění, že je možné docílit růstu ponořené oxidové vrstvy v případě, kdy se separátně získaný substrát SIMOX mající ponořenou oxidovou vrstvu získanou žíháním po předcházející implantaci kyslíkových iontů podrobí dodatečnému vysokoteplotnímu oxidačnímu zpracování. Výše uvedený substrát SIMOX má povrchovou aktivní křemíkovou vrstvu o tloušťce 320 nm a ponořenou oxidovou vrstvu o tloušťce 89 a tento substrát se zpracuje při teplotě 1 350 ’C pod argonovou atmosférou, ve které je nastaven parciální tlak kyslíku 70 %, přičemž toto vysokoteplotní oxidační zpracování se provádí po dobu 4 hodin. Po provedení tohoto oxidačního zpracování bylo zjištěno, že tloušťka ponořené oxidové vrstvy vzrostla na 119 nm. Míra růstu ponořené oxidové vrstvy se řídí regulací doby zpracování tak, aby se dosáhlo tloušťky tepelně vytvořené povrchové oxidové vrstvy asi 400 nm (oxidovaná tloušťka povrchové křemíkové vrstvy je 180 nm), a to za různých oxidačních podmínek měněných teplotními podmínkami. Jak je to patrné z obr. 3, dosáhne se zvyšováním oxidační teploty zvýšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy (doba oxidace 77 min 405 min). K efektu zvětšování tloušťky uvedené vrstvy dochází až při teplotě vyšší než 1 150 ’C. Z toho vyplývá, že k narůstání ponořené oxidové vrstvy dochází vysokou měrou i když tloušťka povrchové oxidové vrstvy je stejná a že ponořená oxidová vrstva je silně oxidována v případě, kdy teplota je vyšší. Obr. 4 ilustruje situaci, kdy se zpracování provádí při době oxidace rovné 4 hodinám a při koncentraci O2 rovné 70 %. Z obrázku je znovu patrná závislost zvětšování tloušťky ponořené oxidové vrstvy na teplotě, a to v případě, kdy doba oxidace je stanovena specificky, přičemž je zřejmé, že při teplotě nižší než 1 150 °C je užitečný přírůstek ponořené oxidové vrstvy již pod detekčním prahem. Na obr. 3 a obr. 4 je na spodní horizontální ose teplota vynesena jako 104-násobek převrácené hodnoty absolutní teploty. Na horní horizontální ose je teplota vynesena ve stupních Celsia.
Jak je to patrné z uvedených obrázků, zvětšuje se tloušťka ponořené oxidové vrstvy s rostoucí oxidační teplotou.
Tloušťka ponořené oxidové vrstvy může tedy být zvětšena zvýV případě, že oxidační teplota 1 150 °C, potom dochází pouze doba oxidačního - - J šenim teploty oxidačního procesu, činí 1 150 ’C nebo je nižší než k mírnému zvětšení tloušťky a v případě, když procesu specificky činí 4 hodiny, potom je zvýšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy pod detekčním prahem a efekt zvýšení této vrstvy není patrný. Je-li naopak oxidační teplota zvýšena na 1 350 ’C, potom dochází ke zvětšení tloušťky uvedené vrstvy o asi 30 nm. Tloušťka ponořené oxidové vrstvy v konvenčním substrátu SIMOX činí 80 až 90 nm, avšak tloušťka ponořené oxidové vrstvy v substrátu SIMOX podle vynálezu dosahuje 100 až 110 nm v případě, že se oxidační zpracování provádí při teplotě 1 350 “C a že tloušťka povrchové oxidové vrstvy činí 400 nm. Je tedy nezbytné udržovat teplotu žíhání rovnou alespoň 1 150 ’C, aby se dosáhlo uspokojivého zvětšení tloušťky uvedené vrstvy. Kromě toho by měla být maximálně použita teplota, která je nižší než 1 415 ’C, což je teplota tání křemíku.
-5CZ 281798 B6
Obecně se předpokládá, že koncentrace kyslíku v kyslíkové atmosféře přispívá k narůstání tloušťky ponořené oxidové vrstvy, takže jestliže se po žíhacím procesu provádí oxidační zpracování při teplotě 1 350 C a po dobu 4 hodin a měří se přírůstky tloušťky ponořené oxidové vrstvy odpovídající změnám parciálního tlaku kyslíku v kyslíkové atmosféře, může být získán graf závislosti přírůstku tloušťky ponořené oxidové vrstvy na parciálním tlaku kyslíku znázorněný na obr. 5. Z tohoto grafu je zřejmé, že k patrnému zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy dochází v případě, že koncentrace kyslíku v kyslíkové atmosféře je vyšší než asi 1 %. Při koncentraci kyslíku 0,5 % je zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy příliš malé na to, aby mohlo být detekováno vzhledem k hrubosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy a efekt zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy je tedy detekován pouze v případech, kdy je koncentrace kyslíku v kyslíkové atmosféře vyšší než 1 %. Uvedené narůstání tloušťky ponořené oxidové vrstvy je způsobeno tím, že kyslík v uvedené atmosféře difunduje z alespoň povrchové křemíkové vrstvy a substrátové křemíkové vrstvy dovnitř substrátu, takže dodatečná tvorba SiO2 v oblasti rozmezí ponořené oxidové vrstvy může být při dané teplotě regulována parciálním tlakem kyslíku v uvedené kyslíkové atmosféře. Předpokládá se proto, že minimální koncentrace kyslíku v kyslíkové atmosféře zajišťující difúzi do křemíkové vrstvy by měla být vyšší než výše uvedené 1 %. Nicméně, jak je to patrné z obr. 5, může další zvyšování koncentrace kyslíku při určité dostatečně vysoké teplotě způsobit další zvětšování tloušťky ponořené oxidové vrstvy.
V případě, že je vzhledem k finální aplikaci substrátu žádoucí zeslabit tloušťku povrchové křemíkové vrstvy, potom se provádí tak zvané obětní oxidační zpracování. Toto obětní oxidační zpracování spočívá ve vytvoření určité oxidové vrstvy na povrchu tepelnou oxidací a v následném odstranění oxidové vrstvy z povrchu za použití o sobě známých technik sloužících k zeslabení povrchové křemíkové vrstvy, přičemž z povrchu se odstraňuje tloušťka oxidovaného křemíku rovná tloušťce nově vytvořené oxidové vrstvy. Aby se zabránilo vlivu tohoto obětního oxidačního zpracování na tloušťku ponořené oxidové vrstvy, provádí se toto zpracování při teplotě nižší, než jaká byla použita při žíháni, zejména při teplotě 1 100 °C nebo při teplotě ještě nižší. Nicméně uvedené obětní oxidační zpracování může být provedeno před nebo po realizaci procesu vedoucího ke zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy.
V souladu s výše uvedeným, spočívá výroba substrátu SOI podle vynálezu v tom, že zahrnuje následující stupně: implantaci kyslíkových iontů do jednokrystalového křemíkového substrátu, vytvoření ponořené oxidové vrstvy žíhacím procesem prováděným za použiti vysoké teploty a v inertní atmosféře, vytvoření na ponořené oxidové vrstvě povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy elektricky odizolované od substrátu pokračováním v žíhacím procesu až do okamžiku, kdy tloušťka ponořené oxidové vrstvy dosáhla určité hodnoty, která byla teoreticky vypočtena z dávky implantovaných kyslíkových iontů, a oxidaci substrátu za vysoké teploty v oxidační atmosféře. Teplota použitá při vysokoteplotním oxidačním procesu by měla být rovna teplotě 1 150 ’C nebo teplotě vyšší a nižší než teplota tání jednokrystalového křemíkového substrátu, přičemž vysokoteplotní oxidační zpracování následující po žíhacím
-6CZ 281798 B6 procesu by mělo být prováděno v atmosféře plynného kyslíku, jejíž koncentrace kyslíku je vyšší než koncentrace kyslíku v atmosféře, pod kterou se provádí žíhací proces.
Po uvedeném oxidačním procesu prováděném za vysoké teploty v oxidační atmosféře mohou být zařazeny následné stupně a sice odstranění oxidové vrstvy nacházející se na povrchu substrátu, provedení obětní oxidace při teplotě 1 100 ’C nebo při teplotě nižší a zeslabení povrchové křemíkové vrstvy odstraněním vrstvy získané obětní oxidací. Cílem obětní oxidace je oxidovat pouze povrchovou křemíkovou vrstvu, avšak v případě, že se substrát SOI takto oxiduje při teplotě vyšší než 1 150 °C, potom dochází k nekontrolovatelnému zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy, takže je žádoucí použít teplotu, která je nižší než výše uvedená maximální teplota. V souladu s tím lze uvést, že jestliže horní hranicí teploty, při které se provádí obětní oxidace, je 1 100 ’C, potom nedochází k dodatečnému ovlivnění tloušťky ponořené oxidové vrstvy.
Po provedení žíhacího procesu až do okamžiku, kdy tloušťka ponořené oxidové vrstvy dosáhne určité teoretické hodnoty vypočtené z dávky implantovaného kyslíku může být získán diagram závislosti zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy na oxidační teplotě. Zvětšením tloušťky ponořené oxidové vrstvy oxidací substrátu ve vysokoteplotní atmosféře za teplotních podmínek založených na předběžně získaném diagramu závislosti zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy na oxidační teplotě do té míry, že dojde k uzavření děr v pořené oxidové vrstvě, může být dosaženo odstranění defektů v těch místech ponořené oxidové vrstvy, do kterých nemohly být implantovány kyslíkové ionty v důsledku stínícího efektu částic ulpělých na povrchu substrátu v průběhu implantace kyslíkových iontů do substrátu, a zlepšení odolnosti ponořené oxidové vrstvy proti proražení elektrickým polem. Průměr a počet děr v ponořené oxidové vrstvě se mění v závislosti na podmínkách, za kterých probíhá implantace kyslíkových iontů, a je tedy obtížné stanovit parametry těchto děr. Předpokládá se, že průměr děr bude mít statistický charakter a zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy by mělo být řízeno tak, aby došlo ke zmenšení průměru hlavní skupiny děr. Tak například, jestliže průměr díry je 50 nm, potom by měla být tloušťka ponořené oxidové vrstvy zvětšena o polovinu tohoto průměru, tj. o 25 nm.
Zvětšením tloušťky ponořené oxidové vrstvy oxidací substrátu ve vysokoteplotní atmosféře za teplotních podmínek odvozených z grafu závislosti zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy na oxidační teplotě, které jsou v souladu se zvětšením tloušťky ponořené oxidové vrstvy nezbytným k vyhlazení rozmezí ponořené oxidové vrstvy, může být odpovídající implantací určité dávky kyslíkových iontů dosaženo snížení odchylek v elektrickém chování sestavy. Pokud jde o zlepšení hrubosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy, potom jestliže se ke každému zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy vypočte odpovídající druhá odmocnina střední hrubosti Rms, může být získán graf závislosti Rms na zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy znázorněný na obr. 6. S ohledem na tento graf by měla být stanovena oxidační teplota vedoucí ke zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy, které je nezbytné pro vyhlazení uvedeného rozmezí vedoucí zase ke zmenšení odchylek v elektrickém chování substrátu.
-7CZ 281798 B6
Do substrátu se implantují kyslíkové ionty, načež se takto implantovaný substrát vloží do pece a zahřívá v atmosféře s nízkou koncentrací kyslíku, aby se zabránilo tvorbě povrchových jamek, přičemž žíhání se provádí tak, že se dosáhne tloušťky ponořené oxidové vrstvy, která je rovna teoretické tloušťce této vrstvy, vypočtené z dávky implantovaného kyslíku. V atmosféře s vysokou teplotou a zvýšenou koncentraci kyslíku může být oxidací substrátu majícího ponořenou oxidovou vrstvu dosaženo zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy. Křemíkový substrát, do kterého byly implantovány kyslíkové ionty se zavede do pece pro tepelné zpracování, ve které se udržuje teplota v rozmezí 800 až 850 °C a do které je zaveden inertní plyn nevytvářející krystalové defekty, načež se substrát dále zahřívá na teplotu až asi 1 100 až 1 300 ’C za účelem dosažení stabilního stavu jeho krystalu. Aby se zabránilo tvorbě povrchových jamek při žíhání, kontroluje se plynná atmosféra tak, aby zahrnovala kyslík v koncentraci asi 0,5 %. Když je zvyšování teploty za účelem dosaženi teploty vhodné pro zpracování žíháním v atmosféře s nízkou koncentrací kyslíku ukončeno, dosáhne teplota plynné atmosféry žíhací teplotu nebo teplotu vyšší. Je proto nezbytné regulovat koncentraci kyslíku tak, aby byl udržován v plynné atmosféře parciální tlak například 70 %, v důsledku čehož bude vysokoteplotní oxidace prováděna při konstantní teplotě. Oxidová vrstva roste na rozmezí ponořené oxidové vrstvy a její tloušťka závisí na množství implantovaných kyslíkových iontů, v důsledku čehož se tloušťka ponořené oxidové vrstvy stane silnější než teoretická tloušťka ponořené oxidové vrstvy.
Substrát SOI vyrobený výše uvedeným způsobem má tloušťku ponořené oxidové vrstvy větší než 90 nm, dislokační hustotu povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy nižší nebo rovnou
100 cir, hustotu děr v ponořené oxidové vrstvě menší nebo rovnou 20 cm2 a druhou odmocninu střední hrubosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy menší nebo rovnou 1 nm. V souladu s tím tedy vynález poskytuje kvalitní substrát SOI, ve kterém je zesílená ponořená oxidová vrstva, která má málo děr a jejíž rozmezí má zlepšenou plochost ve srovnání s konvenčním substrátem SIMOX.
Jak již bylo uvedeno výše, je substrát SIMOX, který byl konvenčně zpracován žíháním po předcházející implantaci kyslíkových iontů, podle vynálezu dále oxidován v atmosféře mající teplotu vyšší nebo rovnou 1 150 ’C a nižší než teplotu tání křemíku, čímž může být dosaženo zvětšeni tloušťky ponořené oxidové vrstvy nad tloušťku ponořené oxidové vrstvy podle dosavadního stavu techniky. Zvětšení tloušťky uvedené vrstvy může být dosaženo tím, že se oxidace při vysoké teplotě provádí při koncentraci kyslíku v atmosféře, pod kterou se tato oxidace provádí, vyšší než 1 %. V případě, že při implantaci kyslíkových iontů do substrátu ulpí na povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvě částice, v důsledku čehož se v ponořené oxidové vrstvě vytvoří díry, nebo že rozmezí ponořené oxidové vrstvy má zhoršenou plochost, potom dodatečná oxidová vrstva vytvořená v průběhu vysokoteplotní oxidace může zacelit díry v ponořené oxidové vrstvě a zlepšit plochost rozmezí ponořené oxidové vrstvy. V případě, že se před nebo po vysokoteplotním oxidačním zpracováním provede obětní oxidační zpracování, může být takto dosaženo ztenčení povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy na požadovanou úroveň.
-8CZ 281798 B6
Uvedené vysokoteplotní oxidační zpracování může být provedeno separátně od žíhacího procesu, přičemž se uvedenému vysokoteplotnímu oxidačnímu zpracování podrobí substrát, ve kterém již byla vytvořena ponořená oxidová vrstva v průběhu dřívějšího konvenčního žíhacího procesu, přičemž je však rovněž možné doplnit žíhací proces vysokoteplotním oxidačním zpracováním a oxidovat substrát bezprostředně po žíhacim procesu za účelem zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy. Jinými slovy, žíhací proces bude proveden v plynné atmosféře obsahující nízkou koncentraci kyslíku, za rostoucí teploty a oxidační zpracování se provádí potom, co byla zvýšena koncentrace kyslíku v uvedené atmosféře.
V následující části popisu budou popsána výhodná provedení vynálezu s odkazy na připojené výkresy.
Obr. 1 znázorňuje vývojový diagram produkce substrátu SOI podle vynálezu, přičemž tento substrát je v tomto vývojovém diagramu znázorněn v průřezu. Prvním stupněm způsobu výroby substrátu je implantace kyslíkových iontů, při které se do předem stanovené hloubky jednokrystalového křemíkového substrátu 1 implantují pomocí implantátoru kyslíkové ionty 160+. Dávka implantovaných kyslíkových iontů by však měla být v oblasti 0,5 x 1018/cm2, aby se zabránilo zvýšení dislokační hustoty povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy 2 a snížení odolnosti ponořené oxidové vrstvy proti průrazu elektrickým polem. Implantací uvedených kyslíkových iontů se v substrátu vytvoří vrstva 2 s vysokou koncentrací implantovaných kyslíkových iontů.
Druhým stupněm způsobu je vytvoření vrchního povlaku 4 na povrchu jednokrystalového křemíkového substrátu 1, přičemž tento povlak je tvořen oxidem křemičitým a je vytvořen za použití zařízení CVD. Je však třeba uvést, že vytvoření vrchního povlaku 4 nemusí být vždy nezbytné před provedením následujícího třetího stupně způsobu výroby substrátu SOI.
Třetím stupněm uvedeného způsobu je tak zvaný žíhací proces, při kterém se substrát zpracuje v atmosféře pece tvořené argonem a mající parciální tlak kyslíku 0,5 %, přičemž se teplota nejdříve udržuje na 850 °C a potom se zvýší na 1 350 ’C. Výše vysvětlený žíhací proces má stabilizovat krystalový stav tak, že se vrstva 3 s vysokou koncentrací implantovaných kyslíkových iontů převede na ponořenou oxidovou vrstvu 5. Žíhací procesem se vytvoří také povrchová oxidová vrstva 6. Až dosud způsob podle vynálezu zahrnuje provedení stupňů, které se provádí i při konvenčním způsobu výroby substrátu SOI.
Nyní bude popsán čtvrtý stupeň způsobu výroby substrátu SOI, kterým je vysokoteplotní oxidační proces, při kterém se jednokrystalový křemíkový substrát 1 zahřívá na teplotu vyšší nebo rovnou 1 150 °C a nižší, než je teplota tání tohoto substrátu, přičemž toto zahřívání trvá několik hodin. Koncentrace kyslíku v atmosféře, pod kterou se tento vysokoteplotní oxidační proces provádí, se udržuje na hodnotě vyšší než 1 % a nejvýše rovné 100 %. Jak je to patrné z obr. 1, existují tři varianty provedení vysokoteplotního oxidačního procesu. V levé části tohoto obrázku je schematicky ilustrován proces vedoucí ke zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy 5, vytvořené při žíhacím procesu, o tloušťku
-9CZ 281798 B6 dodatečně vytvořené dodatečné ponořené oxidové vrstvy 7. Při tomto vysokoteplotním oxidačním zpracování vznikne také zesílená povrchová oxidová vrstva 8. Ve střední části obr. 1 je vysvětleno, jak může být eliminována díra 9, vzniklá v ponořené oxidové vrstvě 5 v důsledku maskovacího účinku částice ulpělé na povrchu jednokrystalového křemíkového substrátu 1 při implantaci kyslíkových iontů do tohoto substrátu. V pravé části obr. 1 je objasněn vyhlazovací proces rozmezí ponořené oxidové vrstvy, při kterém mohou být srovnány nebo vyhlazeny povrchové nerovnosti ponořené oxidové vrstvy 5 vytvořením dodatečné ponořené oxidové vrstvy 7. Zlepšení plochosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy je zřejmé z obr. 6, na kterém je znázorněn diagram závislosti druhé odmocniny střední hrubosti Rms na rostoucí tloušťce ponořené oxidové vrstvy. V případě aplikace v rámci elektrického zařízení může být požadovaná míra vyhlazení rozmezí ponořené oxidové vrstvy závislá na zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy určovacím kritériem pro stanovení podmínek vysokoteplotního oxidačního procesu, přičemž tyto podmínky se stanoví v závislosti na tloušťce ponořené oxidové vrstvy, odečtené z uvedeného diagramu a odpovídající požadované hrubosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy. Uvedený čtvrtý stupeň způsobu může být kromě toho proveden až po odstranění povrchové oxidové vrstvy 6. vytvořené ve třetím stupni způsobu. Pátým stupněm způsobu výroby substrátu SOI je obětní oxidační proces, při kterém se dosáhne ztenčení povrchové jednokrystalově křemíkové vrstvy 2. Tento obětní oxidační proces může být proveden po odstranění zesílené povrchové oxidové vrstvy 8. Jinak může být obětní oxidační proces proveden mezi žíhacím procesem a vysokoteplotním oxidačním procesem. Nicméně, obětní oxidační proces může být takto proveden až po odstranění povrchové oxidové vrstvy 6.
Třetí stupeň způsobu výroby substrátu SOI, tj. žíhací proces může být proveden simultánním zvýšením teploty a vysokoteplotní oxidace může být také provedena potom, co byla teplota zvýšena. Zejména se substrát, který má být zpracován, předběžně vloží do pece, která je naplněna plynem, pod kterým se žíhání provádí, při předem stanovené teplotě za účelem provedení výše vysvětleného žíhacího procesu tvořícího třetí stupeň způsobu, přičemž když teplota přesáhne 1 200 ’C a dosáhne například hodnoty 1 350 ’C, potom se tato teplota udržuje. Do takto provozované pece se potom zavede dodatečný kyslík k dosažení parciálního tlaku kyslíku 70 % a může být proveden čtvrtý stupeň způsobu, tj. vysokoteplotní oxidační zpracování. Příklady těchto procesů jsou schematicky znázorněny na obr.2a až 2c. Na obr. 2a se výchozí teplota pece pohybuje v rozmezí od 800 do 850 ’C a pec je vyplněna žíhacím plynem (= plyn pod kterým se provádí žíhací proces), načež se teplota pece zvyšuje za účelem vytvoření ponořené oxidové vrstvy
5. V tomto případě se vysokoteplotní oxidační proces provádí po žíhacím procesu a nezávisle na tomto žíhacím procesu. Tento vysokoteplotní oxidační proces se provádí zvýšením parciálního tlaku kyslíku k dosažení předem stanovené koncentrace kyslíku 70 % v atmosféře v peci, zvýšením teploty až na 1 350 ’C a udržováním této teploty. Nyní bude popsána situace znázorněná na obr. 2b, v rámci které se procesy, které byly podle obr. 2a provedeny separátně, provádí bezprostředně následně. Po realizací žíhacího procesu se zvýší parciální tlak kyslíku v peci, načež se realizuje vysokoteplotní oxidační proces. Na obr. 2c je ilustrována situace, kdy se žíhací proces realizuje pouze v průběhu zvyšování teploty a také bezprostředně před provedením vysokoteplotního
-10CZ 281798 B6 oxidačního procesu.
Nicméně není vždy nezbytné provádět žíhací proces a vysokoteplotní oxidační proces při stejné teplotě, přičemž vysokoteplotní oxidační proces může být například proveden při teplotě 1 300 °C.
V následující části popisu bude uveden experimentální příklad vynálezu.
Dávka kyslíkových iontů 0,4 x 1018/cm2 s energií 180 keV se implantuje do jednokrystalového křemíkového substrátu za účelem vytvoření vrstvy s vysokou koncentrací kyslíkových iontů v předem stanovené hloubce uvedeného substrátu.
Teplota žíhání činí 1 350 °C a ponořená oxidová vrstva se tvoří po dobu 4 hodin v argonové atmosféře obsahující 0,5 % kyslíku.
Vysokoteplotní oxidace se provádí při teplotě 1 350 °C a tloušťka ponořené oxidové vrstvy se zvětšuje po dobu 4 hodin. Koncentrace 02 v atmosféře je dostatečná k tomu, aby byla v rozmezí vymezeném koncentrací vyšší než 1 % a koncentrací nižší nebo rovnou 100 %, avšak v tomto příkladu je uvedená koncentrace udržována na hodnotách 30 a 70 %. v případě, že koncentrace kyslíku činí 1 %, jde o koncentraci, která je příliš nízká k tomu, aby vedla ke zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy.
Obětní oxidační proces snižující tloušťku povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy se provádí při teplotě 1 100 °C. Potom se povrchová oxidová vrstva odstraní za účelem získání substrátu aplikovatelného v rámci určité sestavy.
V následující části popisu budou popsána provedení týkající se jednotlivých vysokoteplotních oxidačních zpracování substrátu SIMOX provedených za účelem zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy, zacelení děr v ponořené oxidové vrstvě a vyhlazení rozmezí ponořené oxidové vrstvy.
Koordinační vztah mezi oxidační teplotou a zvětšením tloušťky ponořené oxidové vrstvy je uveden na diagramech znázorněných na obr. 3 a obr. 4. Uvedená tloušťka se měří pomocí elipsometrické spektroskopie. Pro diagram na obr. 3 platí, že se oxiduje povrch asi 180 nm jednokrystalové křemíkové vrstvy, zatímco pro obr. 4 platí, že doba oxidace činí 4 hodiny a koncentrace kyslíku v oxidační atmosféře činí 70 %. Jak je to patrné z obou diagramů, může být v odezvu na zvýšení oxidační teploty dosaženo zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy. V případě, že je teplota vysokoteplotní oxidace nižší než 1 100 ’C, dosáhne se jen mírného zvýšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy, přičemž trvá-li navíc tato oxidace čtyři hodiny, je zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy příliš malé na to, aby mohlo být detekováno. Avšak v případě, že teplota vysokoteplotního oxidačního zpracování je vyšší než 1 350 °C, potom se dosáhne zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy až o asi 30 nm. Zatímco tloušťka ponořené oxidové vrstvy v dosud známých konvenčních substrátech SIMOX činí 80 až 90 nm, činí tloušťka ponořené oxidové vrstvy v substrátu získaném způso
-11CZ 281798 B6 bem podle vynálezu 100 až 110 nm v případě, že vysokoteplotní oxidační proces byl prováděn při teplotě 1 350 °C a že tloušťka povrchové oxidové vrstvy činila 400 nm.
Z grafu na obr. 7 je patrné, že hustota děr v ponořené oxidové vrstvě se sníží z hodnoty 53 cm2 platné pro substrát podle dosavadního stavu techniky na hodnotu 18 cm2 platnou pro substrát podle vynálezu v případě, že se vysokoteplotní oxidační proces provádí v atmosféře s koncentrací kyslíku 30 %, při teplotě 1 350 ’C a po dobu 4 hodin. Jestliže se oxidační proces provádí při teplotě 1 100 ’C, nelze detekovat zvětšení tloušťky ponořené oxidové vrstvy a není pozorováno snížení hustoty dér v ponořené oxidové vrstvě.
Zkoumání míry plochosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy může být provedeno odstraněním povrchové oxidové vrstvy substrátu SIMOX kyselinou fluorovodíkovou, odstraněním povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy roztokem hydroxidu draselného a pozorováním nepravidelností rozmezí ponořené oxidové vrstvy elektronovým mikroskopem. Obr. 8a znázorňuje částečný řez rozmezím ponořené oxidové vrstvy konvenčního substrátu SIMOX použitého jako srovnávací vzorek. Tento substrát byl po implantaci kyslíkových iontů žíhán po dobu 4 hodin v argonové atmosféře obsahující 0,5 % kyslíku při teplotě 1 350 ’C. Mikrohrubost rozmezí ponořené oxidové vrstvy (Rms) činí 1,881 nm a hloubka nerovností měřená od vrcholu ke dnu (P - V) činí 12,373 nm. Obr. 8b ukazuje výsledek zkoumání substrátu SIMOX, který je zde použit také jako srovnávací vzorek a který byl získán implantací kyslíkových iontů, žíháním provedeným po dobu čtyř hodin při teplotě 1 350 ’C v argonové atmosféře obsahující 0,5 % kyslíku, a dodatečným zpracováním provedeným po dobu čtyř hodin při teplotě a v argonové atmosféře obsahující 0,5 % kyslíku. Poněvadž koncentrace kyslíku je při dodatečném zpracování příliš malá, dosahuje se v tomto případě mikrohrubosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy (Rms) 1,658 nm a hloubky nepravidelností od vrcholu ke dnu (P - V) 8,760 nm, což oproti předcházejícímu případu nepředstavuje výrazné zlepšení. Podle vynálezu se do substrátu implantují kyslíkové ionty, žíhací proces se provádí po dobu čtyř hodin při teplotě 1 350 °C v argonové atmosféře obsahující 0,5 % kyslíku a dodatečné vysokoteplotní oxidační zpracování se provádí po dobu čtyř hodin při teplotě 1 350 °C v argonové atmosféře obsahující 30 % kyslíku. Jak je to patrné z obr. 8c dosahuje se v tomto případě výrazného zlepšení plochosti rozmezí ponořené oxidové vrstvy reprezentované mikrohrubosti (Rms) rovnou 0,854 nm a hloubkou nerovností od vrcholu ke dnu (P - V) rovnou 5,122 nm.
Při implantování kyslíkových iontů v dávce 0,4 x 1018/cm2 se sníží hustota dér v ponořené oxidové vrstvě na jednu třetinu konvenční hustoty a tloušťka ponořené oxidové vrstvy se zvětší, takže elektrické izolační vlastnost se zlepší ze 40 na 64 V.

Claims (10)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Substrát SOI, vyznačený tím, že obsahuje monok- rystalový křemíkový substrát (1), vnořenou oxidovou vrstvu (5), vytvořenou žíháním monokrystalového křemíkového substrátu (1) s implantovanými kyslíkovými ionty při teplotě 1 150 až
    1 415 °C a v atmosféře inertního plynu, a monokrystalovou křemíkovou vrstvu (2) elektricky odizolovanou od monokrystalového křemíkového substrátu (1) a vytvořenou na vnořené oxidové vrstvě (5) pokračováním žíhacího procesu až do doby, kdy tloušťka vnořené oxidové vrstvy (5) dosáhne hodnoty teoreticky vypočtené z dávky implantovaných kyslíkových iontů, přičemž po oxidačním zpracování je tloušťka vnořené oxidové vrstvy (5) větší než 90 nm, dislokační hustota povrchové monokrystalové křemíkové vrstvy (2) je menší nebo rovna 100/cm2, hustota děr ve vnořené oxidové vrstvě (5) je menší nebo rovna 20/cm2 a druhá odmocnina střední hrubosti rozmezí vnořené oxidové vrstvy (5) je menší nebo rovna 1 nm.
  2. 2. Způsob výroby substrátu SOI podle nároku 1, vyznačený tím, že zahrnuje implantování kyslíkových iontů do monokrystalového křemíkového substrátu, vytvoření vnořené oxidové vrstvy žíhacím procesem při teplotě 1 150 až 1 415 ’C a v atmosféře inertního plynu, vytvoření povrchové jednokrystalové křemíkové vrstvy elektricky odizolované od substrátu na vnořené oxidové vrstvě pokračováním v žíhacím procesu až do doby, kdy tloušťka vnořené oxidové vrstvy dosáhne hodnoty teoreticky vypočtené z dávky implantovaných kyslíkových iontů a oxidací substrátu v oxidační atmosféře při teplotě vyšší nebo rovné 1 150 C a nižší, než je teplota tání monokrystalového křemíkového substrátu.
  3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že oxidace substrátu v oxidační atmosféře následující po žíhacím procesu se provádí v plynné kyslíkové atmosféře, jejíž koncentrace kyslíku je vyšší než koncentrace kyslíku v atmosféře, ve které se provádí žíhací proces.
  4. 4. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že po oxidaci substrátu v oxidační atmosféře dále zahrnuje odstranění oxidové vrstvy z povrchu substrátu, provedení obětní oxidace při teplotě nižší nebo rovné 1 100 °C a zeslabení povrchové křemíkové vrstvy získané obětní oxidací.
  5. 5. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že po ží- hacím procesu dále zahrnuje provedeni obětní oxidace při teplotě nižší nebo rovné 1 100 °C, zeslabení povrchové křemíkové vrstvy odstraněním vrstvy získané obětní oxidací a oxidací substrátu v oxidační atmosféře při teplotě 1 150 až 1 415 °C.
  6. 6. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že oxidace substrátu v oxidační atmosféře následující po žíhacím procesu se provádí v plynné kyslíkové atmosféře, jejíž koncentrace kyslíku je vyšší než 1 %.
    -13CZ 281798 B6
  7. 7. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že se oxidace substrátu v oxidační atmosféře provádí při teplotě, která je odvozena z předběžně získaného grafu závislosti přírůstku tloušťky vnořené oxidové vrstvy na oxidační teplotě.
  8. 8. Způsob podle nároku 7, vyznačený tím, že oxidace substrátu v oxidační atmosféře se provádí až do okamžiku, kdy přírůstek tloušťky vnořené oxidové vrstvy způsobí uzavření děr nacházejících se ve vnořené oxidové vrstvě.
  9. 9. Způsob podle nároku 7, vyznačený tím, že oxidace substrátu v oxidační atmosféře se provádí až do okamžiku, kdy přírůstek tloušťky vnořené oxidové vrstvy způsobí vyhlazení rozmezí vnořené oxidové vrstvy.
  10. 10. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že zahrnuje implantování kyslíkových iontů do monokrystalového křemíkového substrátu, vytvoření vnořené oxidové vrstvy žíhacím procesem prováděným až do doby, kdy tloušťka vnořené oxidové vrstvy dosáhne hodnoty teoreticky vypočtené z dávky implantovaných kyslíkových iontů, přičemž se substrát s implantovanými kyslíkovými ionty zahřívá v tepelné zóně, a zvětšení tloušťky vnořené oxidové vrstvy oxidací substrátu v atmosféře mající teplotu 1 150 až 1 415 ’C a koncentraci kyslíku vyšší, než je koncentrace kyslíku v atmosféře, ve které se provádí žíhací proces.
CZ95726A 1994-03-23 1995-03-22 Substrát SOI a způsob jeho výroby CZ281798B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6076538A JP3036619B2 (ja) 1994-03-23 1994-03-23 Ｓｏｉ基板の製造方法およびｓｏｉ基板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ72695A3 CZ72695A3 (en) 1995-11-15
CZ281798B6 true CZ281798B6 (cs) 1997-02-12

Family

ID=13608053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ95726A CZ281798B6 (cs) 1994-03-23 1995-03-22 Substrát SOI a způsob jeho výroby

Country Status (8)

Country Link
US (2) US5658809A (cs)
EP (1) EP0675534B1 (cs)
JP (1) JP3036619B2 (cs)
KR (1) KR0145824B1 (cs)
CZ (1) CZ281798B6 (cs)
DE (1) DE69515189T2 (cs)
FI (1) FI951340A (cs)
TW (1) TW401609B (cs)

Families Citing this family (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3036619B2 (ja) * 1994-03-23 2000-04-24 コマツ電子金属株式会社 Ｓｏｉ基板の製造方法およびｓｏｉ基板
JP3427114B2 (ja) * 1994-06-03 2003-07-14 コマツ電子金属株式会社 半導体デバイス製造方法
JP3204855B2 (ja) * 1994-09-30 2001-09-04 新日本製鐵株式会社 半導体基板の製造方法
US5989981A (en) * 1996-07-05 1999-11-23 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Method of manufacturing SOI substrate
JPH10223551A (ja) * 1997-02-12 1998-08-21 Nec Corp Ｓｏｉ基板の製造方法
JPH10284431A (ja) * 1997-04-11 1998-10-23 Sharp Corp Ｓｏｉ基板の製造方法
KR20010013993A (ko) * 1997-06-19 2001-02-26 야마모토 카즈모토 Ｓｏｉ 기판과 그 제조 방법, 및 반도체 디바이스와 그제조 방법
JPH1126390A (ja) * 1997-07-07 1999-01-29 Kobe Steel Ltd 欠陥発生防止方法
JPH1197377A (ja) * 1997-09-24 1999-04-09 Nec Corp Ｓｏｉ基板の製造方法
JPH11168106A (ja) * 1997-09-30 1999-06-22 Fujitsu Ltd 半導体基板の処理方法
KR100258096B1 (ko) * 1997-12-01 2000-06-01 정선종 에스오아이(soi) 기판 제조방법
US6617034B1 (en) * 1998-02-02 2003-09-09 Nippon Steel Corporation SOI substrate and method for production thereof
US6117711A (en) * 1998-03-02 2000-09-12 Texas Instruments - Acer Incorporated Method of making single-electron-tunneling CMOS transistors
FR2777115B1 (fr) * 1998-04-07 2001-07-13 Commissariat Energie Atomique Procede de traitement de substrats semi-conducteurs et structures obtenues par ce procede
JP3762144B2 (ja) 1998-06-18 2006-04-05 キヤノン株式会社 Ｓｏｉ基板の作製方法
KR100292818B1 (ko) * 1998-07-02 2001-11-05 윤종용 모오스트랜지스터제조방법
JP2000082679A (ja) * 1998-07-08 2000-03-21 Canon Inc 半導体基板とその作製方法
JP2003289051A (ja) * 1998-09-10 2003-10-10 Nippon Steel Corp Ｓｉｍｏｘ基板およびその製造方法
US6753229B1 (en) * 1998-12-04 2004-06-22 The Regents Of The University Of California Multiple-thickness gate oxide formed by oxygen implantation
JP3911901B2 (ja) 1999-04-09 2007-05-09 信越半導体株式会社 Ｓｏｉウエーハおよびｓｏｉウエーハの製造方法
US6362075B1 (en) * 1999-06-30 2002-03-26 Harris Corporation Method for making a diffused back-side layer on a bonded-wafer with a thick bond oxide
US6180487B1 (en) 1999-10-25 2001-01-30 Advanced Micro Devices, Inc. Selective thinning of barrier oxide through masked SIMOX implant
US6683004B1 (en) 1999-11-25 2004-01-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a semiconductor device, and semiconductor device manufactured thereby
US6235607B1 (en) * 1999-12-07 2001-05-22 Advanced Micro Devices, Inc. Method for establishing component isolation regions in SOI semiconductor device
US6476446B2 (en) 2000-01-03 2002-11-05 Advanced Micro Devices, Inc. Heat removal by removal of buried oxide in isolation areas
US6613643B1 (en) 2000-01-28 2003-09-02 Advanced Micro Devices, Inc. Structure, and a method of realizing, for efficient heat removal on SOI
KR100765860B1 (ko) 2000-03-10 2007-10-10 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 Ｓｉｍｏｘ기판 및 그의 제조 방법
US6486043B1 (en) 2000-08-31 2002-11-26 International Business Machines Corporation Method of forming dislocation filter in merged SOI and non-SOI chips
JP4501263B2 (ja) * 2000-09-20 2010-07-14 三菱マテリアル株式会社 Ｓｏｉ基板の製造方法
US6414355B1 (en) 2001-01-26 2002-07-02 Advanced Micro Devices, Inc. Silicon-on-insulator (SOI) chip having an active layer of non-uniform thickness
US6548369B1 (en) * 2001-03-20 2003-04-15 Advanced Micro Devices, Inc. Multi-thickness silicon films on a single semiconductor-on-insulator (SOI) chip using simox
JP2002289820A (ja) * 2001-03-28 2002-10-04 Nippon Steel Corp Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法およびｓｉｍｏｘ基板
JP2002289552A (ja) 2001-03-28 2002-10-04 Nippon Steel Corp Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法およびｓｉｍｏｘ基板
US6596570B2 (en) * 2001-06-06 2003-07-22 International Business Machines Corporation SOI device with reduced junction capacitance
US20030230778A1 (en) 2002-01-30 2003-12-18 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation SOI structure having a SiGe Layer interposed between the silicon and the insulator
US7535100B2 (en) * 2002-07-12 2009-05-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Wafer bonding of thinned electronic materials and circuits to high performance substrates
TW577124B (en) * 2002-12-03 2004-02-21 Mosel Vitelic Inc Method for estimating the forming thickness of the oxide layer and determining whether the pipes occur leakages
US6770495B1 (en) * 2003-01-15 2004-08-03 Advanced Micro Devices, Inc. Method for revealing active regions in a SOI structure for DUT backside inspection
CN100418194C (zh) * 2003-02-19 2008-09-10 信越半导体股份有限公司 Soi晶片的制造方法及soi晶片
EP1598452B1 (en) * 2003-02-25 2015-10-14 SUMCO Corporation Method for growing silicon single crystal, method for manufacturing silicon wafer, and method for manufacturing soi substrate.
US7112509B2 (en) * 2003-05-09 2006-09-26 Ibis Technology Corporation Method of producing a high resistivity SIMOX silicon substrate
JP4701085B2 (ja) * 2003-12-16 2011-06-15 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション シリコン・オン・インシュレータ・ウェハを製造するための方法
JP2005229062A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Canon Inc Ｓｏｉ基板及びその製造方法
JP2006032785A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Sumco Corp Ｓｏｉ基板の製造方法及びｓｏｉ基板
US7358586B2 (en) * 2004-09-28 2008-04-15 International Business Machines Corporation Silicon-on-insulator wafer having reentrant shape dielectric trenches
JP4609026B2 (ja) * 2004-10-06 2011-01-12 信越半導体株式会社 Ｓｏｉウェーハの製造方法
JP2006173568A (ja) 2004-12-14 2006-06-29 Korea Electronics Telecommun Ｓｏｉ基板の製造方法
US7211474B2 (en) * 2005-01-18 2007-05-01 International Business Machines Corporation SOI device with body contact self-aligned to gate
US7071047B1 (en) 2005-01-28 2006-07-04 International Business Machines Corporation Method of forming buried isolation regions in semiconductor substrates and semiconductor devices with buried isolation regions
US20060228492A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-12 Sumco Corporation Method for manufacturing SIMOX wafer
JP4876442B2 (ja) 2005-06-13 2012-02-15 株式会社Ｓｕｍｃｏ Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法およびｓｉｍｏｘウェーハ
JP2007005563A (ja) 2005-06-23 2007-01-11 Sumco Corp Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法
KR100752182B1 (ko) * 2005-10-12 2007-08-24 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
JP2007208023A (ja) 2006-02-02 2007-08-16 Sumco Corp Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法
JP2007227424A (ja) 2006-02-21 2007-09-06 Sumco Corp Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法
JP5157075B2 (ja) * 2006-03-27 2013-03-06 株式会社Ｓｕｍｃｏ Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法
JP5061489B2 (ja) 2006-04-05 2012-10-31 株式会社Ｓｕｍｃｏ Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法
JP2008244261A (ja) 2007-03-28 2008-10-09 Shin Etsu Handotai Co Ltd Ｓｏｉ基板の製造方法
US7955950B2 (en) * 2007-10-18 2011-06-07 International Business Machines Corporation Semiconductor-on-insulator substrate with a diffusion barrier
KR100937599B1 (ko) * 2007-12-17 2010-01-20 한국전자통신연구원 반도체 장치 및 그 형성 방법
FR2926925B1 (fr) * 2008-01-29 2010-06-25 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d'heterostructures
US7955909B2 (en) * 2008-03-28 2011-06-07 International Business Machines Corporation Strained ultra-thin SOI transistor formed by replacement gate
US7998815B2 (en) * 2008-08-15 2011-08-16 Qualcomm Incorporated Shallow trench isolation
KR100987794B1 (ko) 2008-12-22 2010-10-13 한국전자통신연구원 반도체 장치의 제조 방법
JP2009147383A (ja) * 2009-03-26 2009-07-02 Hitachi Kokusai Electric Inc 熱処理方法
JP5387451B2 (ja) * 2010-03-04 2014-01-15 信越半導体株式会社 Ｓｏｉウェーハの設計方法及び製造方法
JP2011176320A (ja) * 2011-03-07 2011-09-08 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
FR3034565B1 (fr) * 2015-03-30 2017-03-31 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d'une structure presentant une couche dielectrique enterree d'epaisseur uniforme
US9837334B2 (en) * 2015-03-30 2017-12-05 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Programmable active cooling device
US11891821B2 (en) 2021-10-14 2024-02-06 John H. Kipp, Jr. Mini-concrete trowel attachment assembly

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4749660A (en) * 1986-11-26 1988-06-07 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Method of making an article comprising a buried SiO2 layer
FR2616590B1 (fr) * 1987-06-15 1990-03-02 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une couche d'isolant enterree dans un substrat semi-conducteur par implantation ionique et structure semi-conductrice comportant cette couche
KR910009318B1 (ko) * 1987-09-08 1991-11-09 미쓰비시 뎅끼 가부시기가이샤 반도체 장치의 제조 및 고내압 파묻음 절연막 형성방법
US4824698A (en) * 1987-12-23 1989-04-25 General Electric Company High temperature annealing to improve SIMOX characteristics
JPH01239867A (ja) * 1988-03-19 1989-09-25 Fujitsu Ltd 絶縁膜上半導体の形成方法
US5116771A (en) * 1989-03-20 1992-05-26 Massachusetts Institute Of Technology Thick contacts for ultra-thin silicon on insulator films
US5196355A (en) * 1989-04-24 1993-03-23 Ibis Technology Corporation Simox materials through energy variation
JPH03240230A (ja) * 1990-02-19 1991-10-25 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
US5310689A (en) * 1990-04-02 1994-05-10 Motorola, Inc. Method of forming a SIMOX structure
JP2607399B2 (ja) * 1991-02-19 1997-05-07 日本電信電話株式会社 半導体基板の製造方法
IT1255764B (it) * 1992-05-15 1995-11-15 Enichem Struttura soi con ossido sottile e profondo ottenuta per impiantazioneionica ad alta energia e successivi trattamenti termici.
US5429955A (en) * 1992-10-26 1995-07-04 Texas Instruments Incorporated Method for constructing semiconductor-on-insulator
JPH0794688A (ja) * 1993-09-21 1995-04-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Ｓｏｉ 基板の製造方法
JP3036619B2 (ja) * 1994-03-23 2000-04-24 コマツ電子金属株式会社 Ｓｏｉ基板の製造方法およびｓｏｉ基板

Also Published As

Publication number Publication date
DE69515189D1 (de) 2000-04-06
JPH07263538A (ja) 1995-10-13
FI951340A (fi) 1995-09-24
FI951340A0 (fi) 1995-03-22
EP0675534A3 (en) 1996-11-13
EP0675534A2 (en) 1995-10-04
KR0145824B1 (ko) 1998-11-02
EP0675534B1 (en) 2000-03-01
US5658809A (en) 1997-08-19
TW401609B (en) 2000-08-11
KR950027901A (ko) 1995-10-18
US5918136A (en) 1999-06-29
DE69515189T2 (de) 2000-11-23
JP3036619B2 (ja) 2000-04-24
CZ72695A3 (en) 1995-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ281798B6 (cs) Substrát SOI a způsob jeho výroby
KR100637364B1 (ko) 반도체기판처리방법
EP2686878B1 (en) Silicon on insulator structures having high resistivity regions in the handle wafer and methods for producing such structures
US6593173B1 (en) Low defect density, thin-layer, SOI substrates
US5429955A (en) Method for constructing semiconductor-on-insulator
KR100803811B1 (ko) 반도체 웨이퍼의 표면 상태를 향상시키기 위한 방법
US7947571B2 (en) Method for fabricating a semiconductor on insulator substrate with reduced Secco defect density
KR20100120283A (ko) Ｓｏｉ 기판의 표면 처리 방법
JP3204855B2 (ja) 半導体基板の製造方法
EP0339852A2 (en) Method of fabricating a layer on a substrate
KR20070096969A (ko) Ｓｉｍｏｘ 웨이퍼의 제조 방법
JP4931212B2 (ja) 改質シリコンへの低ドーズ酸素注入による薄い埋め込み酸化物
JPH1126390A (ja) 欠陥発生防止方法
CN101124666B (zh) 降低半导体晶片中的陷阱密度的方法
KR100765860B1 (ko) Ｓｉｍｏｘ기판 및 그의 제조 방법
EP1786023A1 (en) Simox substrate manufacturing method
US20020098664A1 (en) Method of producing SOI materials
JP4609026B2 (ja) Ｓｏｉウェーハの製造方法
JP2000031079A (ja) Ｓｏｉ基板の製造方法
Lai et al. Effects of surface preparation on the electrical and reliability properties of ultrathin thermal oxide
JP2010027731A (ja) Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法及びｓｉｍｏｘウェーハ
KR100227641B1 (ko) 반도체 소자의 게이트 산화막 형성 방법
RU2023326C1 (ru) СПОСОБ СОЗДАНИЯ НА ОБРАЗЦАХ CdxHg1-xTe P-ТИПА СТРУКТУР С ГЛУБОКОКОМПЕНСИРОВАННЫМ СЛОЕМ

Legal Events

Date Code Title Description
IF00 In force as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20000322