株式会社 日立製作所 半導体製造装置グループ(グループ長＆ＣＥＯ：実松 俊弘)は、この
たび、ＬＳＩの高速化、低消費電力化を実現するＳＩＭＯＸウェハ（＊１）製造用の大電流酸
素イオン注入装置を開発し、ウェハメーカの協力により、世界で初めて３００ｍｍウェハの製
造に成功しました。
これにより、３００ｍｍＳＩＭＯＸウェハの量産化への道を開くとともに、ＳＯＩ（＊２）
技術を活用した高性能ＬＳＩの製品化の加速が期待できます。
現在、半導体業界では、ＬＳＩの微細化、高速・低消費電力化、およびコスト競争力を高め
るため、ウェハの大口径化が進んでいます。そして、これらを実現するブレークスルーとして
期待されている技術が、絶縁膜上に形成された薄いＳｉ層にデバイスを作り付ける薄膜ＳＯＩ
技術です。ＳＯＩ技術は、絶縁膜上に形成された薄いシリコン層にデバイスを作り付けるため、
トランジスタの寄生容量が減少でき、ＬＳＩの高速化、低消費電力化が可能となります。
現在、この特長を生かし、薄膜ＳＯＩ技術を採用したマイクロプロセッサが製品化されると
ともに、メモリデバイスや無線用の高周波デバイスなど、さまざまな分野への応用が検討され
ています。
現在考えられている薄膜ＳＯＩウェハの製造技術には、ＳＩＭＯＸ技術と貼り合せ技術の
２種類があります。ＳＩＭＯＸ技術は、Ｓｉ基板に酸素イオンを注入し、高温で熱処理を行い
ＳＯＩウェハを作成するものであり、貼り合せ方式と比較し、均一性に優れ、工程が容易でコ
スト的にも有利という特長があります。しかし、ＳＩＭＯＸ技術では、ウェハを約６００℃に
加熱した状態において、５０〜１００ｍＡの大電流酸素イオンビームによって、汚染やパーテ
ィクルの付着を極力減らし、数時間にわたってウェハ全面に均一にイオンを注入することが必
要です。そこで、このような条件を満たすイオン注入装置の開発が、ＳＩＭＯＸ技術の実用化
にとって最大の課題となっていました。
そこで当社は、半導体製造装置向けに長年蓄積してきた大電流、長寿命を実現するマイクロ
波イオン源（＊３）と、注入均一性・大口径基板への対応性に優れたイオン注入が可能なメカ
ニカルスキャン方式（＊４）を採用したＳＩＭＯＸウェハ量産用の大電流酸素イオン注入装置
の開発を進めてきました。
高性能なデバイスを歩留り良く製造するためには、ＳＯＩウェハの品質が重要であり、なか
でもデバイス特性に影響する重金属汚染の低減、および歩留りに影響を及ぼす欠陥の低減が不
可欠です。そのため、本装置では、重金属汚染を低減するために、材料をビームラインや注入
室を汚染させないものに限定するともに、ランプヒータやビームダンプの構造を最適化しまし
た。また、注入イオンを遮蔽して埋込み酸化膜層に欠陥を生じさせるパーティクル付着を減ら
すため、ウェハの保持・搬送機構や保持材料等において多くの設計上の工夫を行っています。
本装置を用い、２００ｍｍ、３００ｍｍウェハについて基本性能の評価を行いました。埋込
み酸化膜層、表面Ｓｉ単結晶層の面内膜厚分布を評価したところ、２００ｍｍウェハについて
は、±０．８％、３００ｍｍでは±１〜１．５％を達成し、現在の薄膜ＳＯＩウェハとしては
世界トップレベルの高い均一性が実証されました。これは、高い機械制御機能を付加した新し
いメカニカルスキャン方式と均一加熱を可能としたランプヒータ加熱制御の採用、およびビー
ム形状制御技術の高度化の成果といえます。
さらに、イオン注入後の熱処理プロセスが確立されている２００ｍｍウェハについて、詳細
な品質評価を行いました。その結果、イオン注入中に付着するパーティクル数が従来の１／３
〜１／４と大幅に減少できたことにより、ＳＩＭＯＸウェハの最大の課題であった埋め込み酸
化膜の欠陥が大幅に低減され、重金属汚染も問題のないレベルであることが確認されました。
今回の成果により、均一性に優れた３００ｍｍＳＩＭＯＸウェハ製造の見通しが得られまし
た。今後は、マンマシンインターフェイスなどのソフトウェアの充実、注入データの蓄積を図
り、本装置の早期製品化を進めていく予定です。
なお、本装置の概要については、平成１２年１２月６日から千葉県の幕張メッセで開催され
た「セミコンジャパン２０００」でパネル展示しました。
＜用語説明＞
（＊１）ＳＩＭＯＸ(Separation by IMplanted Oxygen)技術
Ｓｉウェハに酸素イオンを注入し熱処理を施すことで、Ｓｉ表面に薄い単結晶Ｓｉ層を
保持したまま、表面から一定の深さに埋込み酸化膜層を形成し、ＳＯＩ構造を形成する
技術。このイオン注入は、通常、加速エネルギー約１８０ｋｅＶ、酸素イオン注入量４×
１０１７イオン ／ｃｍ２、注入時の基板温度５５０〜６００℃で行われ、その後、
約１,３５０℃の熱処理を経て約１００ｎｍの膜厚の埋込み酸化膜層が形成される。
（＊２）ＳＯＩ(Silicon On Insulator)技術
縁膜上に形成された薄いＳｉ層にデバイスを作り付ける半導体技術。トランジスタの寄
生容量が減らせるため、ＬＳＩの高速化、低消費電力化に有利である。ＳＯＩウェハは、
通常、表面単結晶層、埋込み酸化膜層、Ｓｉ基板の積層構造になっている。ＣＭＯＳ ＬＳＩ
に適用する場合は、表面単結晶層は３０〜２００ｎｍと薄く、膜厚は±５％以下と均一で
あることが求められる。このような表面単結晶層の薄いＳＯＩウェハを、パワーデバイス
用に用いる表面単結晶層が数μｍと厚いＳＯＩウェハと区別して、薄膜ＳＯＩウェハと呼ぶ。
（＊３）マイクロ波イオン源
磁場とマイクロ波(周波数：２.４５ＧＨｚ)の相互作用を利用し、希望のイオン種を含む
ガスを電離して高密度のプラズマを生成、引き出し電界を印加してプラズマからイオンを引
き出す方式のイオン源。酸素のような化学的に活性なガスに対しても長時間安定に大電流酸
素イオンビームを発生できる。
（＊４）メカニカルスキャン方式
イオン注入には、ビームの位置を固定したまま、ウェハをビームに対して走査してウェハ
全面にイオン注入するメカニカルスキャン方式と、ウェハは動かさずにビームを走査してウ
ェハ全面にイオン注入するビームスキャン方式がある。メカニカルスキャン方式はウェハの
高精度機械走査機構が必要であるが、ビームスキャン方式のようにビーム走査に伴うビーム
形状変化の影響がない。ビーム形状が変化すると注入量が不均一となり、汚染の原因ともな
る。特に、本装置のようにイオンビーム電流が大きい場合には、ビーム形状変化を小さく保
ってビームスキャンを行うことは困難である。そのため、高均一・低汚染注入を実現するた
めには、メカニカルスキャン方式が有利である。
なお、実際の装置では、複数枚のウェハが円形のディスクの周辺に沿って保持される。
本装置では２００ｍｍウェハの場合は１８枚、３００ｍｍでは１２枚。メカニカルスキャン
の場合、このディスクを一定速度で回転させながら、ディスク全体を一方向に往復走査する。
ビームスキャンではディスク走査の代りにビームを一方向に走査する。
以 上
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