專利名稱：用于高生產(chǎn)率soi的缺陷引入的掩埋氧化物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造高生產(chǎn)率絕緣體上硅(SOI)材料，特別是在半導(dǎo)體襯底內(nèi)制造缺陷引入的掩埋氧化物(DIBOX)區(qū)域的方法。與現(xiàn)有技術(shù)的BOX區(qū)域相比，由本發(fā)明的方法制備的DIBOX區(qū)域改善了結(jié)構(gòu)特性和電特性。此外，與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，本發(fā)明的方法制備的BOX區(qū)域具有較大的厚度。因此，本發(fā)明的方法節(jié)約了注入時間并最終節(jié)約了SOI晶片成本。
在半導(dǎo)體的制造中，現(xiàn)已開發(fā)了幾個工藝制備薄掩埋氧化物(BOX)區(qū)域設(shè)置于其中的SOI器件。在制備BOX區(qū)域的現(xiàn)有技術(shù)中使用的一個這種工藝稱做SIMOX(注氧隔離)。在該工藝中，使用高離子劑量(＞4×1017cm-2)的第一氧注入后接高溫退火(＞1300℃)制備BOX區(qū)。除了在該領(lǐng)域中的目前的優(yōu)勢外，大多數(shù)的現(xiàn)有技術(shù)SIMOX工藝制備電特性劣于熱產(chǎn)生氧化區(qū)的BOX區(qū)。此外，現(xiàn)有技術(shù)的SIMOX工藝經(jīng)常產(chǎn)生含掩埋在BOX內(nèi)的硅島的BOX區(qū)域。一般地，使用現(xiàn)有技術(shù)的SIMOX工藝制備的BOX區(qū)域具有厚約1000或2000的分離區(qū)域。這些厚度由注入氧的劑量確定，對于1000厚的BOX劑量在約4-5×1017cm-2的范圍內(nèi)，對于2000厚的BOX劑量在約8-10×1017cm-2的范圍內(nèi)。使用現(xiàn)有技術(shù)的SIMOX工藝不能得到較薄連續(xù)的BOX區(qū)域。此外，使用高離子劑量在半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生BOX區(qū)域的現(xiàn)有技術(shù)并不經(jīng)濟(jì)，通常為四到六倍體材料硅的成本。由于所述高成本使得不希望使用現(xiàn)有技術(shù)的SOI材料。
鑒于在半導(dǎo)體材料內(nèi)制備BOX區(qū)域的現(xiàn)有SIMOX工藝的以上缺點(diǎn)，需要提供一種在SOI材料內(nèi)產(chǎn)生BOX區(qū)域的新穎的改進(jìn)方法。具體地，需要提供一種新方法，其中可以在半導(dǎo)體襯底內(nèi)生成連續(xù)的具有較寬厚度范圍的BOX區(qū)域。
本發(fā)明的一個目的是提供一種含有缺陷引入的掩埋氧化物(BOX)區(qū)域的半導(dǎo)體材料的制備方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種方法，由此可以克服以上提到的現(xiàn)有技術(shù)SIMOX工藝的所有問題。
本發(fā)明的又一目的是提供一種使用約3×1017cm-2以下的氧劑量制備連續(xù)的BOX區(qū)域的方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種制備BOX區(qū)域的方法，該區(qū)域顯示出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特性和電特性。
本發(fā)明的還一目的是提供一種SOI材料內(nèi)的BOX區(qū)域，比使用常規(guī)方法制備的BOX區(qū)域具有更寬的厚度范圍。
利用本發(fā)明的方法可以獲得這些及其它目的和優(yōu)點(diǎn)，其中使用比上文現(xiàn)有技術(shù)中提到的更低的離子劑量在半導(dǎo)體材料內(nèi)形成缺陷引入的掩埋氧化區(qū)。
具體地，本發(fā)明的方法包括以下步驟(a)在半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的掩埋損傷區(qū)域；(b)靠近所述穩(wěn)定的掩埋損傷區(qū)域形成非晶層；(c)氧化步驟(b)制得的結(jié)構(gòu)；以及(d)任選地，退火步驟(c)得到的氧化結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使用在約200℃以上的高溫進(jìn)行低劑量離子注入步驟(在5×1016cm-2以上的數(shù)量級)，通過將氧離子注入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)進(jìn)行步驟(a)，半導(dǎo)體襯底裸露或含有如介質(zhì)帽蓋層等的帽蓋層。
本發(fā)明的步驟(b)包括使用步驟(a)中的相同或不同能量和離子進(jìn)行的更低離子劑量注入步驟。本發(fā)明的步驟(b)在約300℃以下的溫度進(jìn)行。本發(fā)明的該步驟中使用的離子劑量通常由約2×1014到約4×1015cm-2。
該低溫/低劑量離子注入步驟可以用單個溫度的單個步驟或范圍從約低溫到約300℃以下的多溫度的多步驟進(jìn)行。
氧化步驟的步驟(c)通常在如混有氧氣的N2或Ar的惰性氣氛中，在約1300℃以上的溫度進(jìn)行。在一些情況下，特別是當(dāng)在步驟(a)和(b)中注入類似的離子時，該步驟可以形成連續(xù)的BOX區(qū)域。
本發(fā)明任選的步驟是退火步驟，通常在含有惰性氣體和氧氣的混合氣體的環(huán)境在約1300℃以上的溫度進(jìn)行約5到約20小時。當(dāng)以上的氧化步驟沒有形成具有需要的結(jié)構(gòu)特性和電特性的BOX區(qū)域時，進(jìn)行可選的退火步驟。通常，在步驟(a)和(b)中注入如氧離子等的類似離子，氧化后形成BOX區(qū)域。
這里使用的術(shù)語“高的結(jié)構(gòu)特性”表示具有少量或沒有腐蝕凹坑密度(少于1×105cm-2)的結(jié)構(gòu)；少量或沒有頂部或底部Si/掩埋氧化物粗糙度(由TEM光譜觀察少于200)的結(jié)構(gòu)；低HF缺陷密度(小于5cm2)的結(jié)構(gòu)；低表面粗糙度(5均方根(Rms))的結(jié)構(gòu)；和如果有的話，硅以低密度(少于1×105cm2)和小尺寸(高度小于500)在掩埋的氧化區(qū)內(nèi)沉積。使用光學(xué)、原子力掃描和/或透射顯微鏡可以確定結(jié)構(gòu)特性。
這里使用的術(shù)語“高的電特性”表示BOX擊穿電場高(每厘米大于5兆伏)的結(jié)構(gòu)；BOX的微擊穿電壓高(大于30伏)的結(jié)構(gòu)；在給定電壓下BOX漏電流低(小于1納安培)的結(jié)構(gòu)；以及BOX缺陷密度低(小于2cm2)。
本發(fā)明的另一方案涉及通過本發(fā)明的方法在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成具有連續(xù)的BOX區(qū)域的SOI材料。由本發(fā)明形成的BOX區(qū)域具有可變但可控的連續(xù)的厚度，通常的范圍在約800到約2000的范圍，通過改變第一離子注入步驟由此基本劑量從約2×1017cm-2到約6×1017。利用現(xiàn)有技術(shù)的SIMOX工藝不能得到BOX厚度的這種可變、連續(xù)的范圍。
圖1(a)-(d)為本發(fā)明的不同工藝步驟之后半導(dǎo)體襯底的剖面圖。
圖2為示出了室溫注入產(chǎn)生的損傷如何增強(qiáng)了在高溫退火期間硅內(nèi)的氧擴(kuò)散并在離子注入?yún)^(qū)內(nèi)產(chǎn)生附加氧化物的曲線圖。
圖3為在例1中處理的一個晶片的TEM的圖示。
下面參考附圖更詳細(xì)地介紹提供在半導(dǎo)體襯底內(nèi)制備DIBOX的方法的本發(fā)明，其中類似的參考數(shù)字用于圖中類似和對應(yīng)的元件。
參考圖1(a)，示出了半導(dǎo)體襯底10，內(nèi)含使用本發(fā)明的步驟(a)和(b)在半導(dǎo)體襯底的表面內(nèi)形成的穩(wěn)定的掩埋損傷區(qū)12和非晶區(qū)域14?，F(xiàn)在介紹本發(fā)明的這兩個步驟以及其它方面和實(shí)施例。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是可以使用圖1(a)示出的覆蓋結(jié)構(gòu)以及含有半導(dǎo)體襯底表面上如介質(zhì)帽蓋層等不同掩模材料的構(gòu)圖的SOI結(jié)構(gòu)限定出SOI區(qū)域。為清楚起見，出現(xiàn)在半導(dǎo)體襯底10的表面上的掩模材料或介質(zhì)帽蓋層在圖中未示出。
在本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體襯底10包括在形成SOI器件中通常使用的常規(guī)半導(dǎo)體材料。這種半導(dǎo)體材料的例子包括硅(Si)、鍺(Ge)、Si/Ge合金、砷化鎵(GaAs)以及其它4-4、3-5、2-6二元或三元化合物，但不僅限于此。用于半導(dǎo)體襯底10最優(yōu)選的半導(dǎo)體材料是Si。
可以使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體襯底，或在使用之前清洗除去襯底內(nèi)或襯底上的任何污物。在本發(fā)明中可以使用本領(lǐng)域中公知的任何清洗方法除去所述污物。
接下來，用第一劑量的第一離子輻射半導(dǎo)體襯底10；第一劑量即基本劑量，它足以將所述第一離子注入到半導(dǎo)體襯底10內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的該步驟，利用SIMOX或其它等效的注入機(jī)將離子注入到半導(dǎo)體襯底10內(nèi)。通過該步驟注入的離子能夠在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的缺陷區(qū)域12。在本發(fā)明中使用的這種離子的例子為氧、氮、碳、鍺、鉍、銻、磷、砷等。本發(fā)明中最優(yōu)選使用的第一離子是氧。
如上所述，利用高溫度/低劑量的SIMOX離子注入步驟注入第一離子。因此，利用具有從約5到約60毫安的束電流并在從約30到約400keV能量下操作的離子注入裝置注入第一離子。優(yōu)選地，在從約170到約200keV能量下注入第一離子。第一注入離子的劑量即濃度從約5×1016到約6×1017cm-2，更優(yōu)選地第一離子的劑量從約2×1017到約5×1017cm-2。
該第一離子注入步驟或基本離子注入步驟在約200℃到約700℃的溫度下進(jìn)行約100到約200分鐘。最好本發(fā)明的步驟(a)在從約550℃到約575℃的溫度下進(jìn)行約150到約180分鐘。
使用以上定義的參數(shù)，將形成損傷區(qū)12使用的第一離子注入到約1000到約4000的深度。最好將形成損傷區(qū)12使用的第一離子注入到約3000到約4000的深度。
使用低溫/低劑量的離子注入步驟輻照含損傷區(qū)12的半導(dǎo)體襯底10的表面，產(chǎn)生連接到損傷區(qū)12的鄰接非晶區(qū)14。在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)產(chǎn)生非晶區(qū)14使用的第二注入離子可以與產(chǎn)生損傷區(qū)12使用的第一離子相同或不同。形成非晶區(qū)14使用的第二注入離子最優(yōu)選氧。應(yīng)該注意雖然圖1(a)示出了鄰接的非晶區(qū)淺于損傷區(qū)，但本發(fā)明也計(jì)劃使非晶區(qū)14與損傷區(qū)具有相同或更深的深度。
在形成非晶區(qū)14中使用的注入能量為約50到約200keV。最好通過使用能量從約170到約200keV的能量注入所述第二離子形成非晶區(qū)14。在形成非晶區(qū)14中使用的第二離子的劑量從約1×1014到約1×1016cm-2，最好從約3×1014到約2×1015cm-2。
與本發(fā)明在高溫下進(jìn)行的第一步驟不同，本發(fā)明的步驟(b)在低得多的溫度下進(jìn)行(小于300℃)。具體地，通過在約-269℃到約300℃的溫度注入第二離子約5秒到約20分鐘形成非晶區(qū)14。最好在約25℃到約150℃的溫度注入第二離子約30秒到約5分鐘進(jìn)行低溫/低劑量離子注入步驟。
使用以上定義的條件，將形成非晶區(qū)14使用的第二離子注入到約1000到4000的深度。最好將形成非晶區(qū)14使用的第二離子注入到約3000到約4000的深度。
在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)產(chǎn)生損傷區(qū)12和非晶區(qū)14之后，接著在使氧擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底10內(nèi)的條件下對半導(dǎo)體材料進(jìn)行氧化。在適當(dāng)條件下，形成連續(xù)的BOX區(qū)域16，如圖所示1(b)。
通過修改氧化條件也可以產(chǎn)生包括鄰接并連接到BOX區(qū)域16的高缺陷的硅18的薄層的中間結(jié)構(gòu)如圖1(C)所示。這種結(jié)構(gòu)在以SOI為基礎(chǔ)需要減小浮體效應(yīng)的集成電路中非常需要。當(dāng)形成該中間結(jié)構(gòu)時或當(dāng)基本離子注入的劑量小于4×1017cm2時，通常需要進(jìn)行進(jìn)一步的步驟即退火。
根據(jù)本發(fā)明，在混有氧氣的惰性氣氛中進(jìn)行氧化。通常，惰性氣氛包括氮?dú)?、氬氣、氦氣或它們的混合物，其中混有約5到約100％的氧氣。在氧化步驟期間，本發(fā)明中最優(yōu)選的氣氛使用混有約10到約40％氧氣的氬氣(Ar)。
在約1300℃到約1375℃的溫度下進(jìn)行約1到約24小時的氧化步驟。最好，在約1320℃到約1350℃的溫度下進(jìn)行約5到約12小時的氧化步驟。氧化步驟之后，在退火之前可以用HF除去或不除去形成的表面氧化物。
當(dāng)形成圖1(c)所示的中間結(jié)構(gòu)時，接著在能有效地改善以前形成的掩埋氧化區(qū)域的條件下，在如氮?dú)狻鍤獾鹊亩栊詺夥罩型嘶?。也可以在混有約0.2到約5％氧的惰性氣體氣氛中進(jìn)行退火步驟。圖1(d)示出了退火后含新的掩埋氧化區(qū)20的產(chǎn)品。通過在約1250℃到約1350℃的溫度下退火約1到約24小時形成掩埋氧化區(qū)20。更優(yōu)選地，在約1320℃到約1350的溫度下退火約5到約15小時。
除單獨(dú)的氧化和退火步驟之外，本發(fā)明也計(jì)劃將這兩個工藝組合到一個加熱周期內(nèi)。當(dāng)進(jìn)行本發(fā)明的該實(shí)施例時，對含有損傷區(qū)12和非晶區(qū)14的結(jié)構(gòu)進(jìn)行下面的處理首先，從室溫開始加熱結(jié)構(gòu)，使用約2到約10℃/min的直線上升速率，加熱到約1300℃到約1375℃的溫度。該初始加熱通常在混有氧的惰性氣體氣氛中進(jìn)行。當(dāng)初始加熱步驟中存在氧時，其含量通常在0.1到約10％。在初始加熱步驟中可以包括不同的保持溫度或所謂的‘高溫保溫周期’。當(dāng)需要這種高溫保溫周期時，通常在約1000℃持續(xù)約5到約120分鐘的時間周期。所述高溫保溫周期之后，以約1℃到約5℃/min的直線上升速率從1000℃加熱到需要的氧化溫度(約1300℃到約1375℃)。
此后，如上所述進(jìn)行氧化和退火，隨后在含0.1到5％氧的惰性氣體氣氛中中以約0.1℃到約5℃/min的冷卻速率冷卻到室溫。在加熱周期的冷卻部分中使用不同的保持溫度或高溫保溫周期。此外，可以在冷卻周期期間改變冷卻速率。例如，在從約900℃到約1100℃的溫度下，冷卻速率可以變?yōu)?.1℃到約10℃/min，直到得到約600℃到約800℃的溫度讀數(shù)。此后，冷卻速率變換為在3℃到約10℃/min范圍內(nèi)的另一速率。
應(yīng)該注意在高氧含量下進(jìn)行的以上介紹的退火步驟期間，產(chǎn)生兩個鄰接的穩(wěn)定的掩埋區(qū)域。具體地，由原始的多晶硅、顯微雙晶和堆垛缺陷組成的高缺陷區(qū)在非晶區(qū)內(nèi)形成?？梢韵嘈旁摵毕莸膶涌梢栽鰪?qiáng)氧到硅內(nèi)的擴(kuò)散，并在退火步驟期間與首先產(chǎn)生的缺陷產(chǎn)生層結(jié)合，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成掩埋的氧化區(qū)。
在本發(fā)明中形成的DIBOX結(jié)構(gòu)可以用于形成高性能的SOI器件或電路。含有本發(fā)明的DIBOX的這種器件或電路的例子包括微處理器、如DRAM或SRAM等的存儲單元、ASIC以及更大和更復(fù)雜的電路。由于對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說這些器件已公知，沒有必要詳細(xì)地介紹相同的部分是如何制備的。
利用本發(fā)明的方法形成的BOX區(qū)域16或20通常的厚度從約800到約2000。最好由本發(fā)明制備的BOX的厚度為約1000到約1500。通過簡單地重復(fù)本發(fā)明的步驟，可以在半導(dǎo)體材料內(nèi)產(chǎn)生具有不同厚度的任何數(shù)量的BOX區(qū)域。
應(yīng)該注意，如果非晶區(qū)不是由第二次注入形成，那么對于3×1017cm-2以下的離子劑量，BOX區(qū)域不連續(xù)。而且，由原子力顯微鏡觀察這些樣品有明顯的表面粗糙度(＞15Rms)。這種表面粗糙度與現(xiàn)代的高密度集成電路是不兼容的。相反，通過使用以上列出順序的注入和退火，即與氧化和退火結(jié)合的基本劑量注入和室溫注入，可以形成高連續(xù)性的BOX結(jié)構(gòu)，同時不會產(chǎn)生限制樣品使用范圍降低使用價值的表面粗糙度。在步驟(a)和(b)中注入氧的情況中，在氧化步驟之后直接形成連續(xù)的BOX區(qū)域。
此外，如圖2所示，本發(fā)明的方法，即室溫注入和高溫退火，增強(qiáng)了氧在硅內(nèi)的擴(kuò)散。具體地，圖2中的圓圈表示理論上在離子劑量的基礎(chǔ)上可以形成多少掩埋氧化物。圖2中的方塊表示通過本發(fā)明方法的一個實(shí)施例產(chǎn)生多少實(shí)際的掩埋氧化物。在給定基本劑量下厚度的差異得到由本發(fā)明產(chǎn)生的額外熱掩埋氧化區(qū)。由此，本發(fā)明的方法不僅提高了BOX的電特性和結(jié)構(gòu)特性，也節(jié)約了注入時間和SOI晶片成本。
給出下面的例子是為了說明本發(fā)明的范圍。由于給出這些例子僅為說明的目的，因此本發(fā)明的實(shí)施并不局限于此。
例1在該例中，使用本發(fā)明的方法產(chǎn)生不同的DIBOX區(qū)域。具體地，使用下面的條件和步驟在三個Si晶片內(nèi)產(chǎn)生DIBOX區(qū)域晶片1(a)基本注入離子O+；注入能量185keV；注入劑量2×1017cm-2；注入溫度570℃，束電流50-55mA；(b)室溫注入離子O+；注入能量185keV；注入溫度室溫；束電流10-30mA；(c)氧化以4.5℃/min的直線上升速率從200℃上升到到1000℃，氣氛Ar和2％O2；在1000℃高溫保溫，30分鐘，氣氛100％O2；以2.6℃/min的直線上升速率從1000℃上升到1320℃，氣氛60％Ar和40％O2；保持12小時；(d)從(c)繼續(xù)退火溫度1320℃，保持10小時，氣氛Ar和2.25％O2；以1℃/min的直線下降速率下降到1000℃，以3℃/min的直線下降速率從1000℃降到800℃；以4.5℃/min的直線下降速率從800℃降到200℃。
晶片2
(a)基本注入離子O+；注入能量200keV；注入劑量3×1017cm-2；注入溫度570℃，束電流50-55mA；(b)室溫注入離子O+；注入能量200keV；注入溫度室溫；束電流10-30mA；(c)氧化以4.5℃/min的直線上升速率從200℃上升到1000℃，氣氛Ar和2％O2；在1000℃高溫保溫，30分鐘，氣氛100％O2；以2.6℃/min的直線上升速率從1000℃上升到1320℃，氣氛75％Ar和25％O2；保持12小時；(d)從(c)繼續(xù)退火溫度1320℃，保持10小時，氣氛Ar和2.25％O2；以1℃/min的直線下降速率下降到1000℃，以3℃/min的直線下降速率從1000℃降到800℃；以4.5℃/min的直線下降速率從800℃降到200℃。
晶片3(a)基本注入離子O+；注入能量185keV；注入劑量4.5×1017cm-2；注入溫度570℃，束電流50-55mA；(b)室溫注入離子O+；注入能量185keV；注入溫度室溫；束電流10-30mA；(c)氧化以4.5℃/min的直線上升速率從200℃上升到1000℃，氣氛Ar和2％O2；在1000℃高溫保溫，30分鐘，氣氛100％O2；以2.6℃/min的直線上升速率從1000℃上升到1320℃，氣氛60％Ar和40％O2；保持12小時；(d)從(c)繼續(xù)退火溫度1320℃，保持10小時，氣氛Ar和2.25％O2；以1℃/min的直線下降速率下降到1000℃，以3℃/min的直線下降速率從1000℃降到800℃；以4.5℃/min的直線下降速率從800℃降到200℃。
進(jìn)行以上步驟之后，對每個晶片拍下TEM照片。一個晶片的一個TEM的圖示顯示在圖3中。在圖3中，10代表Si襯底，16代表BOX區(qū)域；30代表由掩蔽Si襯底10形成的SOI區(qū)域。
對于晶片1，利用本發(fā)明的方法產(chǎn)生1000厚的掩埋氧化區(qū)。在晶片2中，BOX區(qū)域的厚度為1100，而晶片3中BOX區(qū)域的厚度為1700。
以上例子清楚地顯示出本發(fā)明的方法能夠制備不同厚度的BOX區(qū)域。
雖然相對于優(yōu)選實(shí)施例具體顯示并介紹了本發(fā)明，顯然本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以做出以上和其它改變，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一種在半導(dǎo)體材料中制備缺陷引入的掩埋氧化區(qū)的方法，包括(a)在半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的掩埋損傷區(qū)域；(b)與所述穩(wěn)定的掩埋損傷區(qū)域鄰接形成非晶層；以及(c)氧化步驟(b)制得的結(jié)構(gòu)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于還包括(d)退火步驟(c)中得到的氧化結(jié)構(gòu)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于所述半導(dǎo)體襯底包括選自硅、鍺、Si/Ge合金、GeAs以及其它4-4、3-5或2-6的二元或三元化合物組成的組中的半導(dǎo)體材料。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，特征在于所述半導(dǎo)體襯底是硅。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于所述半導(dǎo)體襯底裸露或含有至少一個介質(zhì)帽蓋層。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于步驟(a)包括使用約30到約400keV能量的第一離子，在約200℃到約700℃的溫度下輻照所述半導(dǎo)體襯底的表面約100到約200分鐘。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，特征在于在約170到約200keV能量下，在約550℃到約575℃的溫度下注入所述第一離子約150到約180分鐘。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，特征在于所述第一離子選自由氧、氮、碳、鍺、鉍、銻、磷和砷組成的組中。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，特征在于所述第一離子是氧。
10．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，特征在于以約5×1016到約6×1017cm-2的劑量注入所述第一離子。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，特征在于以約2×1016到約5×1017cm-2的劑量注入第一離子。
12．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，特征在于第一離子注入到約1000到約4000的深度。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，特征在于第一離子注入到約3000到約4000的深度。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于步驟(b)使用能量為50到約200keV的第二離子，在約-269℃到約300℃的溫度下輻照所述半導(dǎo)體襯底的所述表面約5秒到約20分鐘。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，特征在于在約170到約200keV能量下，在約25℃到約200℃的溫度下注入所述第二離子約30秒到約5分鐘。
16．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，特征在于所述第二離子選自由氧、氮、碳、鍺、鉍、銻、磷和砷組成的組中。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，特征在于所述第二離子是氧。
18．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，特征在于以約1×1014到約1×1016cm-2的劑量注入所述第二離子。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的方法，特征在于以約3×1014到約2×1015cm-2的劑量注入第二離子。
20．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，特征在于第二離子注入到約1000到約4000的深度。
21．根據(jù)權(quán)利要求19的方法，特征在于第二離子注入到約3000到約4000的深度。
22．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于所述步驟(b)以單溫度的單個步驟或范圍從約-269℃到約300℃的多溫度的多步驟進(jìn)行。
23．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于在混有約5到100％氧氣的惰性氣體氣氛中進(jìn)行所述步驟(c)。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，特征在于在混有約10到40％氧氣的Ar中進(jìn)行所述步驟(c)。
25．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于在約1300℃到約1375℃的溫度下進(jìn)行所述步驟(c)約1到約24小時。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，特征在于在約1320℃到約1350℃的溫度下進(jìn)行步驟(c)約5到約15小時。
27．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，特征在于所述步驟(d)在惰性氣體氣氛或混有約10到40％氧氣的惰性氣體氣氛中、在約1250℃到約1350℃的溫度下進(jìn)行約1到約24小時。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的方法，特征在于在約1320℃到約1350℃的溫度下進(jìn)行步驟(d)約5到約15小時。
29．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于在步驟(a)和(b)中使用氧離子。
30．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，特征在于形成厚度約800到約2000的掩埋氧化區(qū)。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的方法，特征在于形成厚度約1000到約1500的掩埋氧化區(qū)。
32．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，特征在于步驟(c)和(d)組合成一個加熱周期。
33．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，特征在于所述一個加熱周期包括以下步驟(a)從室溫開始加熱結(jié)構(gòu)，使用約3℃到約10℃/min的直線上升速率，加熱到約1300℃到約1375℃的溫度；(b)在約1300℃到約1375℃的溫度氧化所述結(jié)構(gòu)約1到24小時；(c)從約1250℃到約1350℃的溫度退火所述結(jié)構(gòu)約1到24小時；(d)以約0.10到約5℃/min的速率從所述退火溫度將所述結(jié)構(gòu)冷卻到室溫。
34．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于所述半導(dǎo)體襯底已構(gòu)圖或未構(gòu)圖。
35．一種絕緣體上的硅材料，包括具有按權(quán)利要求1的方法形成的其中有連續(xù)掩埋氧化區(qū)的半導(dǎo)體襯底。
36．一種絕緣體上的硅材料，包括按權(quán)利要求2的方法形成的其中有連續(xù)掩埋氧化區(qū)的半導(dǎo)體襯底。
37．一種絕緣體上的硅材料，包括按權(quán)利要求33的方法形成的其中有連續(xù)掩埋氧化區(qū)的半導(dǎo)體襯底。
全文摘要
提供了一種在半導(dǎo)體襯底內(nèi)制備缺陷引入掩埋氧化(DIBOX)區(qū)域的方法，其中包括產(chǎn)生穩(wěn)定的缺陷區(qū)的第一低能量注入步驟；產(chǎn)生與穩(wěn)定的缺陷區(qū)鄰接的非晶層的第二低能量注入步驟；氧化并可選地退火。這里還提供了包括具有所述DIBOX的所述半導(dǎo)體襯底的絕緣體上硅(SOI)材料。
文檔編號H01L21/762GK1227963SQ9812294
公開日1999年9月8日 申請日期1998年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月22日
發(fā)明者D·K·薩達(dá)納, J·P·德索薩 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司