JP2007184626A - Ｓｏｉ基板の熱処理方法及び作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＳＯＩ基板等の表面平滑化、ボロン濃度の低減を、ウエハ内、ウエハ間の膜厚均一性を損ねずに実施する。
【解決手段】シリコン表面を有するＳＯＩ基板の熱処理方法において、ＳＯＩ基板のシリコン表面に形成された自然酸化膜を除去し、自然酸化膜が除去されたシリコン表面が、非酸化シリコンからなる平面に対向するように、表面が非酸化シリコンからなる支持部材によって前記ＳＯＩ基板を支持した状態で、ＳＯＩ基板を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＯＩ基板の熱処理方法及び作製方法に関し、更に詳しくは、シリコン膜を有するＳＯＩ基板の熱処理方法及び作製方法に関する。
シリコン系半導体デバイス、集積回路技術において、セミコンダクター オンインシュレーター（ＳＯＩ）構造、すなわち絶縁膜上の単結晶半導体膜を利用したデバイスは、寄生容量の低減、対放射線耐性に優れること、素子分離の容易化等により、トランジスタの高速化、低電圧化、低消費電力化、高集積化、および、ウエル工程の省略を始めとする工程簡略化を含めたトータルコストの削減をもたらす技術としてこれまでに幾多の研究がなされてきた。
ＳＯＩ構造を有する基板（ＳＯＩ基板）としては、ＳＯＳ（シリコンオンサファイア）、Ｓｉ単結晶基板を表面酸化後に、窓を開けてＳｉ基板を部分的に表出させ、その部分をシードとして横方向へエピタキシャル成長させ、ＳｉＯ2上へＳｉ単結晶膜（層）を形成した基板、Ｓｉ単結晶基板そのものを活性層として使用し、その下部に酸化シリコン膜を形成した基板、厚い多結晶Ｓｉ層上にＶ溝に囲まれて誘電分離されたＳｉ単結晶領域を有する基板、ＦＩＰＯＳ法（Ｆｕｌｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｂｙ ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ）による多孔質Ｓｉの酸化による誘電体分離によりＳＯＩ基板等である。
最近はＳＯＩの形成技術として、酸素打ち込み法（ＳＩＭＯＸ：Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）とウエハ貼り合わせ法が主流となってきた。ＳＩＭＯＸは１９７８年に報告された（Ｋ．Ｉｚｕｍｉ，Ｍ．Ｄｏｋｅｎ，ａｎｄ Ｈ．Ａｒｉｙｏｓｈｉ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．１４（１９７８）ｐ．５９３）。シリコン基板に酸素をイオン注入した後、高温で熱処理することで、埋め込み酸化シリコン膜とする方法である。
貼り合わせ法によるＳＯＩ形成では、貼り合わせ後に一方のウエハを薄層化する手法に多くのバリエーションがある。
（ＢＰＳＯＩ）もっとも基本的な手法は研磨を使用する。２枚のウエハの両方、ないしは、どちらか一方の表面に酸化シリコン層を形成したのち、貼り合わせる。その後、一方のウエハを研削、研磨により薄層化していく。
（ＰＡＣＥ）研磨で得られたＳＯＩ層の膜厚均一性を高めるために開発されたのが、Ｐｌａｓｍａ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｔｃｈｉｎｇ法（ＰＡＣＥ）法である。ウエハ上で数千ポイントという高密度の測定ポイントで膜厚を予め計測する。次にこの膜厚分布に対応させた走査速度で直径数ｍｍのプラズマ源を走査させて、エッチング量を膜厚分布に対応させて変化させることにより、膜厚分布を改善するのである。
（水素注入剥離法）最近、（Ｍ．Ｂｒｕｅｌ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，３１（１９９５）ｐ．１２０１）特開平５−２１１１２８号公報、ＵＳＰ５，３７４，５６４に新規な貼り合わせＳＯＩを報告した。この方法では、あらかじめ水素や不活性ガス等の軽元素を酸化したウエハ全面にイオン打ち込みしたウエハを貼り合わせ、熱処理する。すると、熱処理中にイオン打ち込まれた深さでウエハが剥離する。これにより、イオン打ち込みの投影飛程より上の層が他方のウエハ上に移設され、ＳＯＩ構造が形成される。
（エピタキシャル層移設法）特許第２６０８３５１号公報、ＵＳＰ５，３７１，０３７には、多孔質層上の単結晶層を別の基板上に移設するのに優れたＳＯＩ基板の作製方法が提案されている。
この方法は「ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）」とも呼称される。（Ｔ．Ｙｏｎｅｈａｒａ，Ｋ．Ｓａｋａｇｕｃｈｉ，Ｎ．Ｓａｔｏ，Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６４（１９９４），ｐ．２１０８）このようなＳＯＩ基板の分野においては、エッチングやイオン注入、及び、イオン注入に引き続く熱処理などにより導入された表面ラフネスを除去して表面を平滑化すること、および、単結晶層に拡散された高濃度ボロンを除去してボロン濃度の低いシリコン膜からなるＳＯＩ層を形成することはＭＯＳＦＥＴのゲート酸化膜耐圧やキャリア移動度の向上などデバイス特性の向上のための課題であり、これを克服する方法が、それぞれのＳＯＩ基板の作製法に対して提案されてきた。
水素注入剥離法では、イオンの投影飛程でウエハが分離した後の表面は平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）で１０ｎｍというラフネスがあり、表面層にはイオン注入損傷があり、タッチポリッシュと呼ばれる研磨で、表面層を少し除去することで平滑化と注入損傷層を除去している（Ｍ．Ｂｒｕｅｌ，ｅｔ．ａｌ．Ｐｒｏｃ．１９９５ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．ＳＯＩ Ｃｏｎｆ．（１９９５）ｐ．１７８）。
ＰＡＣＥ法の場合はプラズマエッチング直後の表面はピーク ツー バレーで１０．６６ｎｍの表面ラフネスが原子間力顕微鏡により測定される。このラフネスはｔｏｕｃｈ ｐｏｌｉｓｈと呼ばれる微小量の研磨によって元の表面と同等の０．６２ｎｍまで平滑化される。（Ｔ．Ｆｅｎｇ，Ｍ．Ｍａｔｌｏｕｂｉａｎ，Ｇ．Ｊ．Ｇａｒｄｏｐｅｅ，ａｎｄ Ｄ．Ｐ．Ｍａｔｈｕｒ，Ｐｒｏｃ．１９９４ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．ＳＯＩ Ｃｏｎｆ．（１９９４）ｐ．７７．）。
ＢＥＳＯＩ法においては、エッチング後に生じたピーク ツー バレーで５−７ｎｍ程度の表面ラフネスを除去するためにその３〜５倍の厚み、すなわち２０−３０ｎｍを除去する必要がある。この研磨の結果、膜厚均一性は平均すると０．００５μｍ（＝５ｎｍ）程度、均一性が劣化してくる。
すなわち、タッチポリッシュ又はキスポリッシュと呼ばれるような微小量の研磨においても、表面ラフネスが除去されるのと同時に必ず膜厚の減少を伴い、結果として膜厚均一性を劣化させることがある。研磨の終了は時間によって管理されることが一般的であるが、同じ研磨時間であっても、研磨液や研磨時の定盤の温度、さらには研磨布の劣化具合などによって面内、面間、バッチ間の研磨量は変動することが知られており、研磨量を一定に制御することは極めて難しい。特に、ウエハ外周の研磨量が多くなる現象が知られている。
又、ボロンが高濃度にＳＯＩ層の膜厚方向全体に拡散している場合には、研磨によって低濃度化することはできない。
酸素のイオン注入を用いるＳＩＭＯＸ法で作製されたＳＯＩ層の表面ラフネスはバルクに比べると１桁程度大きい。Ｓ．Ｎａｋａｓｈｉｍａ，Ｋ．Ｉｚｕｍｉ（Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．（１９９０）Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．９，ｐ．１９１８）によれば、１２６０℃（窒素中）２時間、ないしは、１３００℃（アルゴンを含む０．５％酸素）４時間の熱処理で、数十ｎｍ径の窪みが無数に存在するＳＩＭＯＸ基板の荒れは消失すると報告されている。一方、１１５０℃の熱処理では、表面の荒れは変化しないとある。しかしながら、このように１２００℃を越えるような高温の熱処理では、耐熱性の点から石英チューブが使用し難い。また、高温プロセスは、ウエハサイズの増大とともにスリップラインの導入を深刻化させる。
又、酸素打ち込み法においては、クリーンルームの空気に含有されるボロンが基板表面に付着し、かつ、この酸素打ち込み時に同時に打ち込まれてしまったり、イオン注入された酸素を埋め込み酸化シリコン層に転化せしめる高温の熱処理前に付着したボロンが熱処理によって、シリコン層内部全体に拡散することがある。クリーンルーム内空気に含まれるボロンは貼り合わせＳＯＩにおいても同様の問題を引き起こすことがある。
特開平５−２１８０５３号公報、特開平５−２１７８２１号公報には、水素を含む雰囲気中で熱処理を行うことによりＳＯＩ基板の表面を平滑化することが本発明者らにより提案されている。
ＳＯＩ基板のエッチング後の表面など市販の研磨されたシリコンウエハに比して粗な表面の凹凸形状が存在しても、それは水素アニールによって平滑化され、市販のシリコンウエハの表面（研磨された面）並みに改善される。同時に絶縁物上に形成された単結晶シリコン膜を表面に有する基板を水素中でアニールすることで、単結晶シリコン膜中のボロンを気相中に外方拡散させて単結晶シリコン膜中のボロン濃度を低濃度化される。ボロンのシリコン中での拡散速度は比較的速いが、酸化雰囲気中での熱処理、あるいは、不活性ガス中の熱処理においては、表面に形成された自然酸化膜等の酸化シリコン層中でのボロンの拡散速度が小さいため、ボロンはシリコン層に閉じ込められたままである。ところが、水素等を含む還元性雰囲気中でアニールすることでこの拡散バリアになっているＳＯＩ層表面の酸化シリコン膜を除去し、かつ、プロセス中での酸化膜の再形成を抑制できる結果、ボロンの外方拡散が促進され、ＳＯＩ層全体に高濃度のｂｏｒｏｎが存在する場合でも、外方拡散によりＳＯＩ層全体の不純物濃度をデバイス作製が可能なレベルまで低減することができる（Ｎ．Ｓａｔｏ ａｎｄ Ｔ．Ｙｏｎｅｈａｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５（１９９４）ｐ．１９２４）。
水素を含む雰囲気での熱処理は、シリコン層中のボロンの外方拡散とシリコン表面の大きなラフネスの平滑化を実現する極めて有効な方法である。
そして、水素を含む雰囲気中での熱処理はＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板においても、勿論好適であり水素雰囲気中、１２００℃以下の熱処理でラフネスが平滑化できることが上記論文で報告されている。
ＳＯＩ基板を水素アニールする場合、膜厚の減少率は、摂氏１１５０℃において０．０８ｎｍ／ｍｉｎと研磨と比べ極めて小さい。
しかし、ＳＯＩ基板ではなく、バルクＳｉウエハを水素アニールする場合は、Ｂ．Ｍ．Ｇａｌｌｏｉｓｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，７７（１９９４）ｐｐ．２９４９には、１０−１００ｎｍ／ｍｉｎと比較的大きい減少率が報告されている。
減少率やエッチング量が、制御できないと、熱処理後のウエハ面内、複数のウエハ同士の間での膜厚均一性が劣化しやすい。
ＳＯＩ基板におけるＳＯＩ層の膜厚ばらつきは、デバイス特性、特に完全空乏型のＳＯＩ−ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧等の特性に大きく影響するので、膜厚をウエハ内、ウエハ間共に高精度に制御することが極めて重要である。
上述した膜厚の均一性以外にもＳＯＩ基板に求められる要求はいくつかある。
ＳＯＩ基板を用いて製造する各種半導体デバイスの特性に応じて、求められるＳＯＩ層の膜厚も異なってくる。そこで、ＳＯＩ基板におけるＳＯＩ層の膜厚が、熱処理により変動しない方が、ＳＯＩ基板の設計上好ましい。
［発明の目的］本発明の目的は、エッチングの抑制が容易であり、複数の基板を処理しても常に均一な表面平滑化が可能なＳＯＩ基板の熱処理方法及び作製方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、膜厚均一性を維持しつつ、膜中に含有されるボロンのような不純物を効率よく低減できるＳＯＩ基板の熱処理方法及び作製方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、半導体基材を用いて製造されるデバイスの特性ばらつきを小さくできるＳＯＩ基板の熱処理方法及び作製方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、任意の膜厚が容易に得られ、且つ表面欠陥の少ない、低コストなＳＯＩ基板の熱処理方法及び作製方法を提供することにある。
本発明の骨子は、シリコン表面を有するＳＯＩ基板の熱処理方法において、前記ＳＯＩ基板の前記シリコン表面に形成された自然酸化膜を除去し、前記自然酸化膜が除去された前記シリコン表面が、非酸化シリコンからなる平面に対向するように、表面が非酸化シリコンからなる支持部材によって前記ＳＯＩ基板を支持した状態で、前記ＳＯＩ基板を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とするＳＯＩ基板の熱処理方法及びＳＯＩ基板の作製方法にある。
また、本発明は、シリコン表面を有するＳＯＩ基板の熱処理方法において、前記ＳＯＩ基板の前記シリコン表面が、非酸化シリコンの平面を有する対向面構成部材の非酸化シリコン表面に対向するように、前記対向面構成部材が二枚の前記ＳＯＩ基板間に配置された状態で、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とするＳＯＩ基板の熱処理方法及びＳＯＩ基板の作製方法にある。
本発明によれば、絶縁物上に形成された単結晶シリコン膜を表面に有する半導体基材の単結晶シリコン膜の膜厚減少量を抑制し、実質的に減じることなく、しかも、研磨で導入されるような加工歪み層等の結晶欠陥を導入することなく、単結晶シリコン膜表面を市販の単結晶シリコンウエハ並に平坦化することができる。すなわち、ＳＯＩ基板等の表面平滑化、ボロン濃度の低減を、ウエハ内、ウエハ間の膜厚均一性を損ねずに実施できる。
さらに、絶縁物上に形成された単結晶シリコン膜を表面に有する半導体基材を複数枚一括して処理する場合にも単結晶シリコン膜の膜厚減少量を抑制し、しかも、膜厚減少量のウエハ内、ウエハ間、バッチ間ばらつきも小さくすることができるので、ＳＯＩ基板に適用すれば、膜厚均一性を維持したまま、表面平滑化、ボロン濃度の低減を実現できる。
さらに熱処理温度は通常半導体プロセスに用いられる温度であるので、既存の半導体熱処理製造装置製造技術を用いて製造可能である。また、他工程と連続した熱処理とすることも可能である。
また、基体表面に加工された凹みの底のような研磨では平坦化できないような局所的な単結晶領域が平滑化できる。
図１は、本発明の好適な実施の形態による熱処理装置を示す模式図である。
この熱処理装置は半導体基材（ＳＯＩ基板）Ｗを収容する為の熱処理室（容器）を構成する排気可能な反応炉１と、基材Ｗ及び炉１内のガスを加熱する為のヒーター２とを有し、水素ガス源５に少なくとも１つのバルブ６を介して接続されるとともに、排気ポンプ８に少なくとも１つのバルブ７を介して接続されている。
基材Ｗの被処理面側には、表面に非酸化シリコンを主成分とする材料の平面４を有する対向面構成部材３が基材Ｗと所定の間隔ＡＳをおいて配されている。９は、基材Ｗと対向面構成部材３とを支持する支持体である。
本実施の形態による熱処理方法は以下のとおりである。
まず、反応炉１内に基材Ｗと対向面構成部材３とを収容し、炉内を排気ポンプ８によって排気し減圧する。そして、ヒーター２により加熱を行う。
次に、ガス源５から水素ガスを炉内に導入する。ヒーター２による発熱量を制御して、炉内及び基材Ｗの温度を所定の温度に維持する。
すると、基材Ｗ表面（被処理面）にあるシリコンがアニールされる。
本発明により熱処理される基材（ＳＯＩ基板）Ｗとしては、ＣＺ法等により作製されるバルクＳｉウエハ、エピタキシャル成長させた層を有するエピタキシャルＳｉウエハ、バルクＳｉウエハを水素アニール処理したＳｉウエハを利用して作製された前述した各種ＳＯＩウエハ、シリコン膜を有する石英ガラス基板等が挙げられるが、とりわけ研磨後何らかの表面処理が施されて表面に凹凸が形成されているＳＯＩウエハや、研磨されていない表面を有するＳＯＩウエハ、貼り合わせ法やＳＩＭＯＸ法による作製工程途中のＳＯＩウエハ等が好適な基材である。
本発明においては、基材Ｗを水素を含む還元性雰囲気中において熱処理を行う為、炉内に供給するガスとしては、１００％水素ガス、希ガス等の不活性ガスにより水素が１〜９９％程になるよう希釈された水素ガス等が用いられる。特に水素を含む還元性雰囲気の露点が−９２℃以下になるように充分脱水された炉内に、水素精製器を通して比較的高純度のガスを導入するとよい。
雰囲気内の残留酸素、水分は昇温時にはシリコン表面を酸化して被膜として表面の平滑化を阻害するので、低く抑制することが必要である。また、高温においては、酸化及びエッチング作用により予期しないシリコン膜厚の減少を引き起こすので、やはり、低く抑制することが必要である。そこで、上述したように露点が−９２℃以下になるように雰囲気を制御することが望ましい。
水素を含む還元性雰囲気の圧力としては、加圧、大気圧、減圧いずれの雰囲気圧力でもよいが、好ましくは大気圧以下が好ましい。
表面平滑化効果、不純物の外方拡散効果を向上させるためには、圧力は低い方が好ましい。
溶融石英で構成したエッチング炉を用いる場合には、炉の変形を防止する為、圧力の下限は３．９×１０-4Ｐａより好ましくは６．６×１０-4Ｐａにするとより好ましい。
以上の点を考慮すると、大気圧乃至１．３Ｐａの範囲から使用環境に応じて選択することが合理的であろう。
本発明に用いられる水素を含むガスの流量は特に制限はない。しかし以下に述べる流速が得られるようにするとより好ましい。
流速は炉心管の断面積より、半導体基材の断面積を除いた領域を通過するガスの速度をいう。
流速が速すぎると、基材表面からの反応生成物の除去速度が早まり、エッチング抑制効果が下がる。一方、流速が遅すぎると、反応生成物の除去が著しく低下するため、半導体単結晶層のボロン等の不純物を外方拡散による除去能力が低下する。
本発明において、流速は１０ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2 〜３００ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2 より好ましくは３０ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2〜１５０ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2 。流速は、基材表面での反応生成物が基材側方に拡散し、除去される速度を制御するパラメータである。
水素を含む雰囲気中では、窒素雰囲気や、希ガス雰囲気では、表面が平滑化しないような１２００℃以下の温度でも、十分にエッチングとともに表面の平滑化がなされる。本発明による平滑化作用のあるエッチング時の温度は、ガスの組成、圧力等に依存する。具体的にはその温度の下限は概ね３００℃以上より好ましくは、５００℃以上、さらに好ましくは８００℃以上、である。その温度の下限はＳｉの融点以下であるが、特に、１２００℃以下が有効である。また、平滑化の進行が遅い場合には、熱処理時間を延ばすことで同様に平滑な面を得ることができる。
本発明に用いられる対向面構成部材３としては、少なくとも対向面側に非酸化シリコンを主成分とする材料が形成されているものであれば何でもよいが、好ましくは、自然酸化膜を除去したＳｉウエハ表面に窒化シリコンや炭化シリコン等の非酸化シリコン膜を形成したＳｉウエハ、表面にＳｉやＳｉＮやＳｉＣ等の非酸化シリコン膜を形成した石英ガラスウエハ等であり、対向面側に非酸化シリコン膜があれば、熱処理すべき基材と同じ構造のウエハを用いることも好ましいものである。
そして対向面を平面として、被処理面と平行になるようにすべきである。又、対向面の大きさや形状は、基材Ｗの被処理面と同じかそれ以上の大きさをもち、基材とほぼ同じ形状のものが好ましく用いられる。
更には、対向面構成部材を、基材の保持体、例えばトレイ等と兼用させることも好ましいものである。
対向面と基材との間の距離即ち間隔ＡＳの距離は半導体基材のシリコンからなる表面（アニール面）の大きさに依存するが、直径１００ｍｍ以上の半導体基材においては、概ね２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下であれば、対向面材料との相互作用によるエッチングの抑制効果が得られる。距離の下限は、特に限定されないが、１ｍｍ以上より好ましくは３ｍｍ以上あった方がよい。本現象は表面が清浄な状態で熱処理することでその進行が開始するので、基材の表面に厚く自然酸化膜が形成されているような場合には、熱処理に先立って、これを希弗酸などによるエッチングで除去しておくことにより、表面の平滑化の開始時点が早まる。
こうして得られた平滑なシリコン表面は、半導体デバイス作製という点から見ても好適に使用することができる。
本発明においては、４５０ｎｍ厚以下の薄いＳＯＩ層、特に２０ｎｍ〜２５０ｎｍ厚の均一な厚さの非常に薄いＳＯＩ層を得ることが、容易に出来るようになる。
そして、得られる表面は平滑化され、例えば１μｍ角エリアにおけるＲｒｍｓが少なくとも０．４ｎｍ以下好ましくは、０．２ｎｍ以下、更には０．１５ｎｍ以下が容易に達成できる。
ガス導入の方式は、図１の方式に限定されることはなく、後述する各種の形態にすることも好ましいものである。
反応炉１の構成材料としては、少なくとも基材Ｗ付近の内面が非酸化シリコンからなる材料、例えばＳｉＣ反応管を用いることが好ましい。ヒーター２としては、抵抗加熱器、高周波加熱器やランプが用いられる。
ここで、本発明をなす動機付けとなった知見について説明しておく。
（対向材料によるエッチング量の差に関する知見）本発明者らは、シリコン単結晶表面の微小な荒れを除去できる水素を含む還元性雰囲気での熱処理の条件を検討していたところ、単結晶シリコンのエッチング速度は、該単結晶シリコン表面と向かい合う面（対向面）の材質によって大きく変化することを発見した。
図２は、対向面材料によるエッチング速度の温度依存性を示す図であり、下側の横軸は温度Ｔの逆数を示している。上側の横軸は１／Ｔに対応する温度を表示している。縦軸は、エッチングレート（ｎｍ／分）を対数プロットしてある。ＳＯＩ基板を用いる場合市販の光反射式の膜厚計を用いて、比較的容易にＳＯＩ層、すなわち、埋込絶縁膜上の単結晶シリコン層の膜厚を測定することができる。熱処理時間を変えて、熱処理前後の膜厚の変化量を測定し、そのエッチング時間に対する傾きを求めれば、エッチング速度が得られる。
図中データＡは、ＳｉＯ2 基材をＳｉ対向面に対向させて各温度でのエッチングレートを示しており、この際、これらプロットの最小二乗法による近似直線の傾きより活性化エネルギーＥaを求めたところ、約４．３ｅＶであった。
またデータＢは、Ｓｉ基材をＳｉＯ2 対向面に対向させて熱処理した場合を示す。
またデータＣは、Ｓｉ基材をＳｉ対向面に対向させて熱処理した場合であり、この際、活性化エネルギーＥa は、約４．１ｅＶであった。
またデータＤは、ＳｉＯ2 基材をＳｉＯ2 対向面に対向させて熱処理した場合であり、この際、活性化エネルギーＥaは、約５．９ｅＶであった。
図２に示す如く、水素雰囲気の熱処理では、シリコンのエッチング速度は対向面の材質をシリコンから酸化シリコンに変えることによって、図中のＢとＣのエッチング速度の差に示されるように、温度によらず、およそ９倍に増速されることが明らかになった。
単結晶シリコン同士が向かい合っている場合、エッチング速度は１２００℃で概ね０．０４５ｎｍ／ｍｉｎ以下と極めて小さい（図中Ｃ）。６０分の熱処理でのエッチング量は、３ｎｍ以下である。一方、シリコンの対向面を酸化シリコンとした場合、エッチング速度は１２００℃でおよそ０．３６ｎｍ／ｍｉｎであり（図中Ｂ）、１時間のエッチング量は２１．６ｎｍに達してしまう。このエッチング量はタッチポリッシュによる除去量に近い。
図３は、ＳｉとＳｉＯ2 が対向する場合のエッチング量を示す図であり、横軸はエッチング時間（分）であり、縦軸はエッチング厚（ｎｍ）であり、温度Ｔは１２００℃として、白丸は、ＳｉＯ2基材をＳｉ対向面に対向させて熱処理した場合であり、黒丸は、Ｓｉ基材をＳｉＯ2 対向面に対向させて熱処理した場合を示す。
図３に示すように、同一時間では、白丸に示すＳｉＯ2 基材をＳｉ対向面に対向させて熱処理した場合の方が、黒丸に示すＳｉ基材をＳｉＯ2対向面に対向させてエッチングした場合に比べて、エッチング量は大きくなっている。つまり、ＳｉＯ2 とＳｉとを対向させて熱処理した場合、ＳｉＯ2の方が厚くエッチング除去されるのである。
図４は、対向面をＳｉとしたＳｉＯ2 のエッチングと、対向面をＳｉＯ2 としたＳｉのエッチングにおいて、Ｓｉ面とＳｉＯ2面のそれぞれの面がエッチングされることにより除去されるＳｉ原子数を、図３より計算して図示したものであり、横軸はエッチング時間、縦軸は除去されたＳｉの原子数（ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）であり、図中、白色の丸、三角、四角は、ＳｉＯ2 面を示し、黒色の丸、三角、四角は、Ｓｉ面を示す。
図４に示すように、図３に示した酸化シリコン面と単結晶シリコン面のエッチング量をシリコン原子数に換算したところ、図４に示すように概ね一致して結果が得られた。ＳｉとＳｉＯ2 を対向させて熱処理した場合、両表面からは、ほぼ同量のＳｉ原子が失われることが判明した。
すなわち、シリコンのエッチング速度は対向する酸化シリコン面との相互作用により増速され、反応式は包括的には下記の如くで、シリコンと酸化シリコンが１：１に反応する。
Ｓｉ＋ＳｉＯ2 →２ＳｉＯまた、かかるＳｉのエッチング速度は対向する面との距離の影響も受ける。シリコンを対向面に配置した場合には、面間距離を狭めるほどエッチング速度は抑制される。これに対して酸化シリコンを対向面として配置した場合には、逆に、面間距離を近づけるほどエッチング速度が増速されることがわかった。
また、雰囲気ガスに水素に代表される還元性ガスが含まれない場合のエッチング速度は水素を含む場合に比べると著しく小さかった。すなわち、係る増速エッチングには水素に代表される還元性ガスの存在が寄与している。シリコンと酸化シリコンが対向する場合、エッチングはいずれかの表面材料が水素に代表される還元性ガスとの反応を介して他方の表面にたどり着いて反応することによって、両表面がエッチングされる。例えば、Ｓｉ＋Ｈ2 →ＳｉＨ2 、ＳｉＨ2 ＋ＳｉＯ2→２ＳｉＯ＋Ｈ2 という反応がある。Ｓｉ表面から解離したＳｉ原子が気相中を輸送され、酸化シリコン表面でＳｉＯ2 と反応して飽和蒸気圧の高いＳｉＯに転化される。ＳｉＨ2は随時消費されるのでＳｉ表面でのエッチングも促進される。Ｓｉ同士が対向する場合には、Ｓｉ表面から解離したＳｉ原子が気相中で飽和濃度に到達すると、以後の反応は気相中の拡散によって律速される。この時、解離したＳｉの飽和濃度は高くないためにエッチング速度はほとんど高まらない。
一方、ＳｉにＳｉＯ2 を対向させた場合、Ｓｉ表面より解離したＳｉ原子は酸化膜表面において、消費されるため、反応は抑制されずさらに進行する。ＳｉＯ2表面側で生成されるＳｉＯは蒸気圧が高いため、Ｓｉ同士が対向する場合に比べると、反応は律速されにくい。
また、単結晶シリコン膜に対向する面の材料を炭化シリコンとした場合の単結晶シリコン膜のエッチング量は対向面をシリコンとした場合とほぼ同等であった。また、対向する面の材料を窒化シリコンとした場合も同様に単結晶シリコン膜のエッチング量は対向面をシリコンとした場合と同様に抑制された。
すなわち、Ｓｉ膜を水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する場合、対向する面を酸化シリコンではなく、シリコン、シリコンと炭素、シリコンと窒素のいずれか１つを主成分に含む材料即ち酸素を主成分としない材料にする。要するにシリコンと雰囲気を介して反応しない材料にて対向面を構成することによって、シリコン膜のエッチングレートは酸化シリコンを対向面とする場合に比して、少なくとも１／１０以下に低下する。即ち実質的にエッチング量を０にできる。
（熱処理装置）本発明に用いられる熱処理装置の代表例は図１に示したとおりであるが、以下に述べるように各種変更がなされたものでもよい。
図５は別の実施の形態による熱処理装置を示す。
図５の装置では、ガス源５からの水素を含むガスの一部は基材Ｗと対向面構成部材３との間の間隔、即ち作用空間ＡＳを通過して、排気ポンプ８へと流れるように構成されている。
そして、基材Ｗと対向面構成部材３との配置方法は、図１に示したように炉１を構成する炉管の長手方向（図中横方向）に平行にすることに限定されることはなく、図５のようにしてもよい。或いは後述するように、横型炉に基材Ｗと部材３とを傾斜させて配置したり、垂直に立てて配置してもよい。
又、１つの炉内に複数の基材Ｗをそれぞれ平行になるよう間隔をおいて重ねて配置することもできる。
図６はこのような複数の基材を一括して熱処理できる熱処理装置を示している。
表面が非酸化シリコンからなる基材Ｗ１，Ｗを全てが共に上向きになるように配置する。この時、最上位にある基材Ｗ１の表面には対向する面がない為、この基材Ｗ１の表面では所望の熱処理がなされない。よって、この場合、基材Ｗ１はダミー基材として機能する。最上位の基材Ｗ１を除く、他の基材Ｗは、それぞれ対向面が上にある基材Ｗの非酸化シリコンからなる裏面に対向している為、基材Ｗのシリコンからなる表面は、ほとんどエッチングされずにアニールされる。
全ての基材Ｗ１，Ｗを下向きに配置する場合は、最下位の基材がダミー基材となる。
又、図６はいわゆる縦型炉の構成の要部を示しているが、これを横に向ければ、複数の基材を一括してアニールできる横型炉になる。
図６の装置は非酸化シリコンからなる裏面を有する基材を処理する場合でなければ、複数の基材を一括してアニールできない。
そこで、裏面に酸化シリコン膜が形成されているＳＯＩウエハや、石英ガラスからなる基板のように裏面に酸化シリコンがある基材の場合にも適用できるようにした例を図７に示す。
即ち、２つの基材の間に少なくとも裏面が非酸化シリコンからなる対向面構成部材３１を介在させることにより、基材Ｗ２のＳｉ表面が部材３１の非酸化シリコンからなる裏面（対向面４）に対向させている。この構成により基材Ｗ２のＳｉ表面がエッチングされずにアニールされる。
又、図７では部材３１の形状を基材を保持するトレイ状に加工しているが、このような形状に限定されることはなく、単なる板状であってもよい。この部材はＳｉＣやＳｉ等により作製できる。又、石英ガラスからなる母材表面をＳｉ，ＳｉＣ，ＳｉＮ等でコートしたものでもよい。
いずれの場合も対向面との距離が、直径１００ｍｍ以上の半導体基材においては、概ね２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下であれば、対向面材料との相互作用によるエッチングの抑制効果が得られる。
また、水素を含む還元性雰囲気中での熱処理工程における基材の主面（表面）のシリコンのエッチング速度は雰囲気ガス中に含まれる水分、酸素分等の酸化性不純物の存在により増速される。これら水分や酸素の供給を抑制すべく主面近傍の雰囲気ガスの流速を小さくすれば、これら不純物ガスによるエッチング分は低下する。こうして非酸化シリコン対向面との相互効果によるエッチングが抑制される。特に図８に示すように、炉心管１に設置した基材Ｗの表面をガス流１１，１４に対して直交するように配置した上で、非酸化シリコンで構成される対向面４を間隔を２０ｍｍ以下として配置すれば、前記表面上の雰囲気ガスの流速１２を実質的に０とすることができ、対向する酸化シリコンによるエッチング効果を十分に引き出すことができる。
図８では、基材Ｗとして、シリコン基板２１上に埋込み絶縁膜２２とシリコンからなるＳＯＩ層２３を有するＳＯＩ基板と、自然酸化膜が除去されたシリコン基板からなる対向面構成部材３を用いる例を示している。
図９は、図５に示した縦型炉を有する熱処理装置を変更したものである。
４つの基材Ｗとダミー基材Ｗ１とが同軸上に配されて、支持体としてのボート１３の突起部に保持されている。
ここでは、ダミー基材Ｗ１として表面及び裏面に酸化シリコン膜が形成されていないＳｉ基板を用い、基材Ｗとして裏面に酸化シリコン膜が形成されていないＳＯＩ基板を用いた例を示している。
この例においても炉心管の断面積より半導体基材の断面積を除いた領域（即ち外周部）を通過するガスの流速が、１０ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2 〜３００ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2 となるようにして、基材Ｗの表面近傍で該表面と平行な方向のガス流速１２は、基材Ｗの外周部の該表面と垂直な方向のガス流速１１より小さくなるようにしている。
更に、炉心管の断面積より半導体基材の断面積を除いた領域（外周部）の流速１１を３０ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2 〜１５０ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2 程度にして、基材Ｗの表面の中心近傍のガスの流速１２を実質的に０にするとよい。
図１０は本発明による更に別の熱処理装置を示す。
この熱処理装置は、ＳｉＣ等の非酸化シリコンからなる内面を有する内管３１と、溶融石英のような石英ガラスからなる炉心管１３２と、ＳｉＣ等の非酸化シリコンからなる表面を有する外套管１４５と、を有している。１２４，１２５，１４７はＯリング、１２２，１４８はフランジである。１２６は密閉ふたである。
そして、水素含有還元性ガスは下方にある導入口１０５より流路１４１を通ってウエハＷが配置された空間に導入される。このガスは開口１３５から逆止弁のような逆流抑制手段（１３６，１３７）を通って、炉心管１３２と内管１３１との間の流路１４２に流れる。そして、排気口１０６より流路１４２内のガスが排気される。
炉心管１３２と密閉式の外套管１４５との間の空間１４３には下方にあるパージガス導入口１４６より、Ｈｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｎ2 ，Ｋｕ，Ｘｅ等の不活性ガスが導入され、上方のパージガス排気口１４４より排気される。
水素ガスはウエハＷが配置された空間の高温領域に導入されるまでは、１０００℃以上に加熱された酸化シリコンに接することがない。即ち、酸化シリコンである発泡石英のヒートバリア１０９は、加熱器２による高温加熱領域１５０の外にある為、流路１４１を通って、水素ガスが供給されても水分発生はほとんどなく、ガス中への取り込みは無視し得る程少ない。
高温加熱領域１５０内にあり且つ内管１３１内である空間即ちウエハが配置された空間の高温領域に接する内面は、全てＳｉＣ等の非酸化シリコン材料で構成されている為、ここでも水分の発生は抑制されている。
内管１３１内のガスは管の中心にある開口１３５より排出される為、均一なガス流が得られる。
炉心管は、溶融石英のような酸化シリコンからなる密閉式の管なので、断熱効果に優れ、高温加熱領域１５０の内部の温度を均一化している。又、内管１３１からの水素のリークが生じても、炉心管１３２の外に漏れることはない。
ウエハＷを保持するボート１３もＳｉＣのような非酸化シリコンからなる表面を有しているので、水分を発生させない。
密閉式外套管１４５とパージガスにより、加熱器２からの金属不純物の内管側への侵入を防止している。
ボート１３の上部は、最上位のウエハＷと対向する、ＳｉＣのような非酸化シリコンからなる平面を備えており、最上位ウエハＷのエッチングを抑止している。
又、ウエハＷの裏面は、酸化膜を除去してＳｉを露出させたり、非酸化シリコンの膜で被覆しておくことにより、非酸化シリコンからなる裏面に示している。以上、説明した各熱処理装置においても、図１の装置と同様、炉１，１３１、トレイ３１、支持体９，１３等は石英ガラス等により作製されたものを用いるのではなく、非酸化シリコンからなる表面を有するもの、例えばＳｉＣやＳｉやＳｉＮ等からなるものを用いるとよい。
又、ヒーター２としては、抵抗加熱器、ランプ加熱器、高周波加熱器等が用いられる。
更に、不活性ガスが導入可能な、ウエハを収容するロードロック室を炉に付設して炉内を酸化雰囲気に晒すことなくロードロック室内の不活性ガス雰囲気から炉内の不活性ガス雰囲気中にウエハを搬入することが好ましい。
（ＳＯＩ基板の作製方法）次に、本発明の熱処理方法を利用したＳＯＩ基板の作製方法について述べる。
図１１は、水素注入剥離法、ＰＡＣＥ法、エピタキシャル層移設法に代表される貼り合わせＳＯＩ基板の作製方法のフローチャートを示す。
まず、工程Ｓ１では第１の基材を用意する。例えば、少なくとも一表面を酸化した絶縁膜付Ｓｉウエハに水素イオンや希ガスイオンを注入し、所定の深さの位置に分離層（潜在層）を形成しておく。或いはＳｉウエハの表面を多孔質化した後、非多孔質Ｓｉ層をエピタキシャル成長させる。
又、ＰＡＣＥ法の場合は酸化膜のないＳｉウエハ又は表面を酸化させたＳｉウエハを用意する。
一方、工程Ｓ２では、第２の基材を用意する。例えば通常のＳｉウエハ表面を酸化させたＳｉウエハや、自然酸化膜を除去したＳｉウエハや、石英ガラスウエハや金属基板等を用意する。
続いて、工程Ｓ３では、上記工程Ｓ１，Ｓ２で用意した第１及び第２の基材を直接又は間に接着層を介して間接的に貼り合わせる。
この時、第１の基材の貼り合わせ面又は第２の基材の貼り合わせ面のうち少なくともいずれか一方が絶縁体で形成されていればよりよい。勿論ＳＯＩ構造以外の基材を作製する場合は、この限りではない。
更に、貼り合わせ前に絶縁体からなる貼り合わせ面に水素、酸素、窒素、希ガスのイオンを照射して貼り合わせ面を活性化してもよい。
次に、工程Ｓ４では、貼り合わされた第１及び第２の基材（アセンブリ）から第１の基材の一部（不要部分）を除去する。除去方法は大きく分けると２種類あり、一つは第１の基材の裏面から、研削及び／又はエッチング等により第１の基材の一部を除去する方法である。もう一つは第１の基材に形成された分離層において、第１の基材の裏面側部分と表面側部分とを分離する方法である。後者の方法によれば、不要部分はウエハ形状を維持しているので、再び、第１の基材又は第２の基材として利用することができる。分離方法としては、熱処理する方法、アセンブリの側面に液体や気体からなる流体を吹きつける方法、機械的に剥す方法等がある。
そして、不要部分が除去されたアセンブリ（ＳＯＩ基板）のシリコン層（ＳＯＩ層）の表面は、注入されたイオンにより生じた空隙、多孔質体の孔、研削、エッチング等に起因した凹凸を有する粗面になっている。そこで、工程Ｓ５では上述した熱処理（水素アニール）を施すことにより粗面となっているシリコン層の上層部を平滑化する。これにより、表面粗さが０．２ｎｍ以下（１μｍ角エリア）の平滑な面になる、条件を最適化すれば０．１５ｎｍ以下、更には０．１ｎｍ以下にすることもできる。
図１２はＳＩＭＯＸ法に代表されるＳＯＩ基板の作製方法のフローチャートを示す。
まず、工程Ｓ１１では、出発物質としてＳｉウエハを用意する。
次に工程Ｓ１２では、例えば加速電圧１００ｋｅＶ〜３００ｋｅＶ、２×１０17ｃｍ-2〜４×１０18ｃｍ-2程のドーズ量で酸素イオンを打ち込む。
工程Ｓ１３では酸素イオンが注入されたウエハを１０００℃〜１４００℃の温度で熱処理して埋込酸化膜を形成する。
次いで、工程Ｓ１４ではＳＯＩ層の表面に酸化膜が形成されている場合には、その表面酸化膜を除去する。
こうして得られたＳＯＩ基板のＳＯＩ層の表面は出発物質として研磨されたウエハを用いたとしても、酸素イオン打ち込み（工程Ｓ１２）と、埋込酸化膜の生成（工程Ｓ１３）に起因した凹凸を有する表面となっている。そこで、工程Ｓ１５では、上述した熱処理（水素アニール）を施すことによりＳＯＩ層の凹凸を有する上層部を除去する。この時、平滑化効果によりエッチングされた後のＳＯＩ層表面は１μｍ角エリアにおけるＲｒｍｓが０．４ｎｍ以下５０μｍ角エリアにおけるＲｒｍｓが１．５ｎｍ以下の平滑な面になる。
以上説明した本発明による半導体基材の作製方法のうち、水素注入剥離法を利用したＳＯＩ基板の作製工程について、図１３を参照してより詳しく述べる。
工程Ｓ２１では、第１の基材としてのＳｉウエハ３１の少なくとも表面を熱酸化して埋込み絶縁膜２２となる酸化シリコン層を形成し、水素イオン又は希ガスイオンをドーズ量１×１０16ｃｍ-2〜１×１０19ｃｍ-2、加速電圧１０ｋｅＶ〜５００ｋｅＶにてイオン打ち込みを行う。イオン打ち込みの方法は、イオン打ち込み装置を用いる以外に、水素や希ガスのプラズマとウエハとの電位差を利用してそのプラズマからイオンをウエハに打ち込む方法を用いることもできる。こうして、分離層３２を形成する。
工程Ｓ２２では、第２の基材としての別のＳｉ基板２１を用意し、必要に応じて貼り合わせ面にある自然酸化膜を除去し、Ｓｉ表面と、絶縁膜２２の表面と、を貼り合わせる。こうして２つのＳｉ基板が貼り合わされたアセンブリが出来る。
工程Ｓ２３では、酸化性雰囲気中で熱処理を行うとともに分離層３２において、アセンブリを分離する。分離の為には、アセンブリの側面に高圧の流体（例えば、液体や気体）を付与すれば、分離層は比較的機械的に強度の弱い脆弱層となっている為、シリコン膜２２をウエハ２１上に残したままウエハ３１がアセンブリから剥離（分離）される。
或いは、貼り合わせ工程と同時又はその工程後に行われる酸化性雰囲気下での熱処理を５００℃以上の高温で行うと、分離層において水素イオン、窒素イオン又は希ガスイオンに起因して生じた微少気泡が成長し、シリコン膜２２をウエハ２１上に残したままウエハ３１がアセンブリから分離される。
このようにアセンブリから分離・除去されたウエハ３１は、シリコン膜２３の厚さ分、厚みが減少しているものの、ウエハ形状を維持しているので、再び第１又は第２の基材として利用できる。再利用の場合は、分離により露出した面を研磨した後、エピタキシャル成長により単結晶シリコン膜を成長させるとよい。
分離後のシリコン膜２５の表面は、微小気泡（微小空隙）に起因した凹凸を有する粗面となっている。そこで、工程Ｓ２４では上述したように、非酸化シリコンからなる平面を対向させて水素含有還元性雰囲気中で熱処理を行い粗面を有するシリコン膜２５の上層部を平滑化する。
図１３の例では、酸化性雰囲気での熱処理により裏面に酸化シリコン膜２４を有するウエハ２１になっている為、工程Ｓ２３終了後のＳＯＩ基板の裏面にも酸化シリコン膜２４が残っている。よって、シリコン膜２５の表面をマスクして、酸化シリコン膜をフッ酸等のエッチャントで除去する。その後、このＳＯＩ基板は図６、図９、図１０に示した装置を用いて複数枚同時に本発明によるエッチングが行える。
或いは、貼り合わせの熱処理を非酸化性雰囲気中で行い貼り合わせ工程時に同時に裏面酸化膜２４が形成されないようにし、水素アニール前に自然酸化膜を除去すれば裏面は非酸化シリコンとなる。
次に、エピタキシャル層移設法を利用した半導体基材の作製法についてより詳しく述べる。
図１４に示すようにまず工程Ｓ３１では、第１の基材としてＳｉ単結晶からなる基板３１を用意して、少なくとも主表面側に多孔質構造の層３３を形成する。多孔質Ｓｉは、Ｓｉ基板をＨＦ溶液中で陽極化成（Ａｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ）することにより形成できる。多孔質層は１０-1ｎｍ〜１０ｎｍ程度の直径の孔が１０-1ｎｍ〜１０ｎｍ程度の間隔で並んだスポンジのような構造をしている。その密度は、単結晶Ｓｉの密度２．３３ｇ／ｃｍ3 に比べて、ＨＦ溶液濃度を５０〜２０％に変化させたり、アルコール添加比率を可変したり、電流密度を変化させることで２．１〜０．６ｇ／ｃｍ3の範囲に変化させることができる。また、多孔質化される部分の比抵抗と電気伝導型を予め変調しておけば、これに基づいて多孔度を可変することが可能である。ｐ型においては、同じ陽極化成条件においては、縮退基板（Ｐ+）に比べ、比縮退基板（Ｐ- ）は孔径は細くなるものの孔密度が１桁程度増加し、多孔度が高い。すなわち、多孔度はこれらの諸条件を可変することによって制御することが可能であり、いずれかの方法に限定されるものではない。多孔質層３３は単層、多孔度の異なる層が複数積層された構造のいずれでも構わない。陽極化成により形成された多孔質層中に投影飛程が含まれるようにイオン注入を行えば、投影飛程近傍では多孔質の孔壁中に気泡が形成され、多孔度を高めることもできる。イオン注入は陽極化成による多孔質層形成の前であっても、後であっても構わない。さらには多孔質層３３上に単結晶半導体層構造を形成した後であっても構わない。
次に、工程Ｓ３２では多孔質層３３上に少なくとも１層の非多孔質単結晶半導体の層２３を形成する。非多孔質単結晶半導体の層２３は、エピタキシャル成長により形成した単結晶Ｓｉ層、多孔質層３３の表面層を非多孔質化した層などの中から任意に選ばれる。さらに、単結晶Ｓｉの層３３上に酸化シリコン層２２を熱酸化法により形成すると、単結晶シリコン層と埋め込み酸化膜の界面を界面準位の少ない熱酸化により形成された界面とすることができ、好適である。工程Ｓ３３では前記非多孔質単結晶Ｓｉの層２３を形成した半導体基板の主面（貼り合わせ面）を第２の基板２１の表面（貼り合わせ面）と室温で密着させる。密着させる前には表面の付着物、異物を除去するために洗浄することが望ましい。第２の基板は、Ｓｉ、Ｓｉ基板上に酸化Ｓｉ膜を形成したもの、石英等の光透過性基板、サファイアなどから選択することができるが、これに限定されるものではなく、貼り合わせに供される面が十分に平坦、平滑であれば構わない。図１３では、第２の基板と第１の基板とを絶縁層２２を介して貼り合わせた様子を示してあるが、絶縁層２２はなくてもよい。
貼り合わせに際しては絶縁性の薄板を第１及び第２の基板の間にはさみ３枚重ねで貼り合わせることも可能である。
続いて、第１の基板３１の裏面側の不要部分と多孔質層３３を除去して非多孔質単結晶Ｓｉ層２３を表出させる。これには、前述したとおり２つの方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。
第１の方法では、第１の基板２１を裏面側より除去して多孔質層３３を表出させる（工程Ｓ３４）。
続いて、多孔質層３３を除去して非多孔質単結晶シリコン層２３を表出させる（工程Ｓ３５）。
多孔質層の除去は選択エッチングによることが望ましい。少なくとも弗酸と過酸化水素水を含む混合液を用いると多孔質シリコンは非多孔質単結晶シリコンに対して、１０5 倍選択的にエッチングできる。上記したエッチング液には、気泡の付着を防止するための界面活性剤を添加してもよい。特にエチルアルコールのようなアルコールが好適に用いられる。多孔質層が薄ければ、この選択エッチングを省略してもよい。
第２の方法では、分離層となる多孔質層３３中で基板を分離して、図１３の工程Ｓ３４のような状態を得る。分離する方法としては、加圧、引っ張り、せん断、楔、等の外力をかける方法；超音波を印加する方法；熱をかける方法；酸化により多孔質Ｓｉを周辺から膨張させ多孔質Ｓｉ内に内圧をかける方法；パルス状に加熱し、熱応力をかけるか、あるいは軟化させる方法；ウォータージェット、ガスジェット等の流体を噴出する方法等があるがこの方法に限定されるものではない。
分離層は互いに異なる多孔度の層を少なくとも２つ有することが望ましい。
続いて、工程Ｓ３５では第２の基板２１の表面側に残留する多孔質層３３をエッチングにより除去する。多孔質のエッチング方法は前記多孔質層３３をエッチングにより表出させる方法と同様である。第２の基板２１側に残留した多孔質シリコン層３３が極めて薄く、均一な厚みであるならば、フッ酸と過酸化水素水とによる多孔質層のウエットエッチングは実施しなくてもよい。
続いて、工程Ｓ３６では水素を含む還元性雰囲気での熱処理を施し、単結晶Ｓｉ層２３の凹凸を有する上層部２５をアニールする。この時、単結晶シリコン層中のボロン濃度の低減及び、表面平滑化も同時に達成できる。
本発明で得られる半導体基板では、第２の基板２１上に単結晶Ｓｉ膜２３が絶縁層２２を介して平坦に、しかも均一に薄層化されて、基板全域に大面積に形成されている。こうして得られた半導体基板は、絶縁分離された電子素子作製という点から見ても好適に使用することができる。
分離された第１のＳｉ単結晶基板３１はその分離面に残留する多孔質層を除去して、更に表面平滑性が許容できないほど荒れている場合には表面平滑化を行う。こうすれば再度第１のＳｉ単結晶基板３１、あるいは次の第２の基板２１として使用できる。
図１３に示した例では、基板２１の裏面には酸化シリコンが形成されていない。基板２１そのものが溶融石英のように酸化シリコンからなる場合は、そこで、工程Ｓ３５の後にシリコン膜２３をマスクして裏面にＳｉ，ＳｉＣ，ＳｉＮ等の膜を形成したり、酸化シリコンのトレイを用いて水素アニールすればよい。
図１５は、本発明による熱処理前後のシリコン表面の様子を模式的に示している。
Ｗ３は、本発明による熱処理前の基材の断面を示し、Ｗ４は、その熱処理後の基材の断面を示している。
シリコンが酸化シリコンと対向しない場合、シリコン表面から生成されたＳｉＨ2 に代表されるシリコンを含むガス成分は消費されないため、飽和蒸気圧に達するとシリコンのガス化反応、すなわち、エッチングは抑制される。シリコン膜近傍におけるガス流速を小さくすることで、シリコン表面から生成されるＳｉＨ2等のシリコンを含むガス成分の蒸気圧を高く保持すれば、シリコンのエッチングは抑制できる。
熱処理前、１μｍ角のエリアを原子間力顕微鏡で観察した時、表面の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）が０．２ｎｍ〜２０ｎｍ程であった粗面も、本発明によるエッチングによって平滑化され、Ｒｒｍｓは０．０７ｎｍ〜０．１５ｎｍ程になる。これは、研磨されたＳｉウエハと同等か、それよりも一層平滑な面に相当する値である。
図１５中、ｈは高低差（ピーク ツー バレー）、ｐは周期を示している。
基材の表面を研磨等により平滑化すると膜２３の厚みｔが減少するのに対して、本発明によればエッチングレートは１１５０℃で０．０１ｎｍ程にできるので、膜厚減少はほぼ無しとみなせる。
本発明によれば、表面粗さは、少なくとも３分の１程度、より好ましくは１００分の１程度平滑化されるので、例えば高低差ｈが数ｎｍから数十ｎｍと大きく、周期ｐが数ｎｍから数百ｎｍの大きな凹凸が観察されるシリコン表面であっても、熱処理により、少なくとも高低差がその値より低い値例えば２ｎｍ以下より好ましくは０．４ｎｍ以下の平坦な表面にすることもできる。
この現象は、表面の再構成であると考えられる。即ち、荒れた表面では、表面エネルギーの高い稜状の部分が無数に存在し、結晶層の面方位に比して高次の面方位の面が多く表面に露出しているが、これらの領域の表面エネルギーは、単結晶表面の面方位に依存する表面エネルギーにくらべて高い。水素を含む還元性雰囲気の熱処理では、例えば水素の還元作用により表面Ｓｉ原子の移動のエネルギー障壁は下がり、熱エネルギーにより励起されたＳｉ原子が移動し、表面エネルギーの低い、平坦な又は平滑な表面を構成していくと考えられる。単結晶表面の面方位は低指数であるほど、本発明による平坦化・平滑化は促進される。
（実施例１：エピタキシャル層移設法／横型炉／対向面Ｓｉ）比抵抗が０．０１５ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の６インチウエハ表面を４９％ＨＦとエチルアルコールを２：１で混合した溶液中で陽極化成してウエハの表面に多孔質シリコンを１０μｍの厚みで形成した。このシリコンウエハを酸素雰囲気中４００℃で１時間熱処理した。こうすると多孔質層の表面及び孔内壁面に極薄酸化膜が形成される。その後、１．２５％のＨＦ水溶液に３０秒浸け、多孔質層の表面および表面近傍の孔内壁面に形成された極薄酸化膜を除去した後、よく水洗して乾燥させた。続いてこのシリコンウエハをエピタキシャル成長装置に設置し、１１００℃水素雰囲気で熱処理して多孔質シリコンの表面の孔をほとんど封止した。引き続いて、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロルシランを添加することにより該多孔質シリコン上に単結晶シリコン膜を平均３００ｎｍ±５ｎｍの厚みで形成した。このシリコンウエハをエピタキシャル成長装置より取り出して、酸化炉に設置し、酸素と水素の燃焼ガスにより該単結晶シリコン膜表面を酸化して酸化シリコン膜を２００ｎｍ形成した。酸化された結果単結晶シリコン膜の厚さは２１０ｎｍになった。このシリコンウエハと別に用意した第２のシリコンウエハとにそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、清浄な表面（貼り合わせ面）を形成したのち、それらウエハ同士を貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハアセンブリを熱処理炉に設置し、１１００℃１時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素、酸素の混合雰囲気とした。このシリコンウエハアセンブリの第１のシリコンウエハ側の裏面を研削して、多孔質シリコンを露出させた。ＨＦと過酸化水素水の混合溶液中に浸して、多孔質シリコンをエッチングにより除去し、ウェット洗浄にてよく洗浄した。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第２のシリコンウエハ上に移設され、ＳＯＩウエハが作製された。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は２１０ｎｍばらつきは±５ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。また、ボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定したところ、単結晶シリコン膜中のボロン濃度は１．２×１０18／ｃｍ3であった。
このＳＯＩウエハを裏面に形成されている酸化シリコンを予め弗酸などでエッチングして除去した後、溶融石英製の円筒状の炉心管からなる横形熱処理炉内に設置した。ガスは炉心管の一方より他方へと流れる。ＳＯＩウエハは、以下のような設置の仕方を試験した。
図１６は、設置の仕方を示す概略図であり、図１６において、２１は支持基板としての第２のシリコンウエハ、２２は埋込絶縁膜としての酸化シリコン膜、２３はシリコン膜としての単結晶シリコン膜である。
試料Ａ ：図１６（ａ）：ＳＯＩウエハ１枚を炉内に水平に設置；
試料Ｂ ：図１６（ｂ）：ＳＯＩウエハ１枚を炉内に水平に設置、ＳＯＩウエハの上方に表面に酸化膜のないシリコンウエハを向かい合わせに設置。ウエハ間の距離は約１０ｍｍ；
試料Ｃ，Ｃ′：図１６（ｃ）：ＳＯＩウエハ２枚を平行して炉内に傾斜して設置；
試料Ｄ，Ｄ′：図１６（ｄ）：ＳＯＩウエハ２枚を単結晶シリコン膜２３表面同士を対向させて、かつ、ウエハの中心が炉の中心線上にくるようにして、かつ中心線に垂直になるようにして配置；
試料Ｅ，Ｅ′：図１６（ｅ）：ＳＯＩウエハ２枚を炉内の流れの上流方向に単結晶シリコン膜２３を向けるようにして平行に等間隔でウエハの中心が炉の中心線上にくるようにして、かつ、中心線に垂直になるようにして設置；
ウエハはいずれの場合もＳｉＣで構成される治具（不図示）を用いて炉１内に設置した。
炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を１１００℃まで昇温し、４時間保持したのち、再び降温し、ガス雰囲気を窒素に置換したのち、ウエハを取出し、単結晶シリコン膜の膜厚を再び測定した。膜厚減少量は以下の通りであった。流量は５ｓｌｍであった。膜厚は面内で１０ｍｍ間隔の格子点上で測定して平均した。
エッチング量 膜厚 ばらつき 試料Ａ ： １５．２ｎｍ １９３．８ｎｍ ±９ｎｍ 試料Ｂ ： ３ｎｍ ２０６ｎｍ ±５．２ｎｍ 試料Ｃ ： １０．４ｎｍ １９９．１ｎｍ ±８ｎｍ（上流側ウエハ）
試料Ｃ′： １．７ｎｍ ２０８ｎｍ ±５ｎｍ（下流側ウエハ）
試料Ｄ ： １．４ｎｍ ２０８．３ｎｍ ±５ｎｍ（上流側ウエハ）
試料Ｄ′： １．２ｎｍ ２０８．５ｎｍ ±５．１ｎｍ（下流側ウエハ）
試料Ｅ ： １２．４ｎｍ １９７．３ｎｍ ±８．５ｎｍ（上流側ウエハ）
試料Ｅ′： １．１ｎｍ ２０８．７ｎｍ ±５ｎｍ（下流側ウエハ）
ＳＯＩウエハの膜厚減少量は、シリコンを対向面とした場合、全てのウエハにおいて、２ｎｍ以下であった。一方、比較例即ち、対向面の材料としてシリコンを用意せず、円筒状の溶融石英炉心管内面が実質的に対向面となる場合、即ち試料Ａ，Ｃ（上流側）、Ｅ（上流側）には、エッチング量が１０ｎｍを超えていた。すなわち、向かい合う平面の材質をシリコンにすることによって、エッチング量は非酸化シリコンの対向面がない場合に比べて少なくとも１／５以下に抑制された。膜厚ばらつきは、熱処理前と比べ、劣化していなかった。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は １μｍ角 ５０μｍ角 試料Ａ ： ０．１１ｎｍ ０．３５ｎｍ 試料Ｂ ： ０．１３ｎｍ ０．３６ｎｍ 試料Ｃ′： ０．１１ｎｍ ０．３３ｎｍ 試料Ｄ ： ０．１３ｎｍ ０．３５ｎｍ（上流側）
試料Ｄ′： ０．１３ｎｍ ０．３５ｎｍ（下流側）
試料Ｅ′： ０．１２ｎｍ ０．３２ｎｍ 市販のＳｉウエハ ０．１３ｎｍ ０．３１ｎｍ（参考）
と市販のバルクＳｉシリコンウエハ（研磨されたもの）並みに平滑化されていた。
単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０15／ｃｍ3 以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルに低減されていた。
（実施例２：エピタキシャル層移設法／縦形炉／各種ボート／裏面酸化膜剥離）比抵抗が０．０１７ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチＳｉウエハ表面を４９％ＨＦとエチルアルコールを２：１で混合した溶液中で陽極化成してウエハの表面に多孔質シリコンを１０μｍの厚みで形成した。このシリコンウエハを酸素雰囲気中４００℃で１時間熱処理した後、１．２５％のＨＦ水溶液に３０秒浸け、多孔質の表面および表面近傍に形成された極薄酸化膜を除去した後、よく水洗して乾燥させた。続いてこのシリコンウエハをエピタキシャル成長装置に設置し、１１００℃水素雰囲気で極微量のシランガスを添加しながら熱処理して多孔質シリコンの表面の孔をほとんど封止した。引き続いて、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロルシランを添加することにより該多孔質シリコン上に単結晶シリコン膜を平均３１０ｎｍ±５ｎｍの厚みで形成した。このシリコンウエハをエピタキシャル成長装置より取り出して、酸化炉に設置し、酸素と水素の燃焼ガスにより該単結晶シリコン膜表面を酸化して酸化シリコン膜を２００ｎｍ形成した。酸化された結果単結晶シリコン膜の厚さは２１０ｎｍになった。このシリコンウエハと、熱酸化によって２００ｎｍの酸化シリコン膜を全面に形成した第２のシリコンウエハと、にそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、清浄な表面を形成したのち、それらウエハ同士を貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハ組を熱処理炉に設置し、１１００℃１時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素、酸素の混合気中で昇温し、酸素と水素の燃焼ガスに置換して１１００℃１時間保持し、窒素雰囲気中で降温した。このシリコンウエハアセンブリの第１のシリコンウエハ側の裏面を研削して、多孔質シリコンを露出させた。ＨＦと過酸化水素水の混合溶液中に浸して、多孔質シリコンをエッチングにより除去し、ウェット洗浄にてよく洗浄した。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第２のシリコンウエハ上に移設され、ＳＯＩウエハが作製された。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は２１０ｎｍばらつきは±７ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。また、ボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定したところ、単結晶シリコン膜中のボロン濃度は１．２×１０18／ｃｍ3であった。
これらＳＯＩウエハの裏面の酸化シリコン膜をあらかじめ弗酸でエッチングして除去したのち、図９に示したような溶融石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉に設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。
対向面構成部材３として市販のバルクＳｉ８インチウエハを用いた。ウエハＷは図９の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハの裏面のシリコンが別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管１の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート４上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上にはバルクＳｉ８インチウエハ３を同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、炉内温度を１１００℃まで昇温し、４時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出し、ＳＯＩ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量は全てのウエハにおいて、１ｎｍ以下であった。
一方、ウエハを支持するボートを石英ガラス製のものに代えて同様な実験を試みたところ、ウエハ中央部のエッチング量はＳｉＣ製ボートの場合と同様に１ｎｍ以下であったが、ある１つのウエハＷにおいてボートで支持されている位置付近でのエッチング量が最大で８ｎｍと大きくなったものがあった。すなわち、ボート材質は非酸化シリコンの表面をもつもの、例えばＳｉＣにすることが好ましい。
一方、熱処理前にウエハ裏面の酸化シリコン膜を剥離せず、ＳＯＩ層と向かい合う面が酸化シリコンとなるようにして、上と同じ水素雰囲気中の熱処理を施した場合には、ＳＯＩウエハと向かい合ったＳＯＩ層の膜厚減少量はおよそ９ｎｍと大きく、一番上のシリコンウエハと向かい合ったＳＯＩウエハのみ、エッチング量は１ｎｍ以下であった。すなわち、向かい合う面の材質をシリコンにすることによって、エッチング量はおよそ１／１０に抑制された。
この結果を図１７に示した。図１７は、本実施例の熱処理によるＳＯＩ層の膜厚減少量の炉心管内の位置依存を示す図である。横軸は炉心管内のウエハの配置位置（上からの順番）を示し、縦軸は、熱処理による膜厚の減少量（ｎｍ）を示す。また、符号Ｆは、本例に基づいて、予めＳＯＩウエハの裏面酸化膜を剥離した後、ＳＯＩ層を他のＳＯＩウエハのシリコンからなる裏面と対向させて配置した場合のデータを示し、符号Ｇは比較例として、ＳＯＩウエハの裏面酸化膜を剥離せず、ＳＯＩ層を他のＳＯＩウエハの裏面酸化膜と対向させて配置した場合を示す。なお、１枚目のＳＯＩウエハの上には、炉の均熱性を確保するために配置したシリコンウエハ（ダミーウエハ）が配置されているので、そのシリコンウエハの裏面のシリコンにＳＯＩウエハ表面が対向している。
図１７より明らかな通り、裏面の酸化シリコンを除去しない場合は、ＳＯＩウエハのうち、一番上に位置し、Ｓｉウエハの裏面と対向したＳＯＩウエハのみ膜厚減少量が１ｎｍ以下だったが、他のＳＯＩウエハのＳＯＩ層の膜厚減少量は１０ｎｍ程であった。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さＲｒｍｓは１μｍ角で０．１１ｎｍ、５０μｍ角で０．３５ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０15／ｃｍ3以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルに低減されていた。
（実施例３：エピタキシャル層移設法／縦形炉／ＳｉＣトレイ）比抵抗が０．０１７ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチＳｉウエハ表面を４９％ＨＦとエチルアルコールを２：１で混合した溶液中で陽極化成してウエハの表面に多孔質シリコンを１０μｍの厚みで形成した。このシリコンウエハを酸素雰囲気中４００℃で１時間熱処理した後、１．２５％のＨＦ水溶液に３０秒浸け、多孔質の表面および表面近傍に形成された極薄酸化膜を除去した後、よく水洗して乾燥させた。続いてこのシリコンウエハをエピタキシャル成長装置に設置し、１１００℃水素雰囲気で極微量のシランガスを添加しながら熱処理して多孔質シリコンの表面の孔をほとんど封止した。引き続いて、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロルシランを添加することにより該多孔質シリコン上に単結晶シリコン膜を平均３１０ｎｍ±５ｎｍの厚みで形成した。このシリコンウエハをエピタキシャル成長装置より取り出して、酸化炉に設置し、酸素と水素の燃焼ガスにより該単結晶シリコン膜表面を酸化して酸化シリコン膜を２００ｎｍ形成した。酸化された結果単結晶シリコン膜の厚さは２１０ｎｍになった。このシリコンウエハと、熱酸化によって２００ｎｍの酸化シリコン膜を全面に形成した第２のシリコンウエハと、にそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、清浄な表面を形成したのち、それらウエハ同士を貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハアセンブリを熱処理炉に設置し、１１００℃１時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素、酸素の混合気中で昇温し、酸素と水素の燃焼ガスに置換して１１００℃１時間保持し、窒素雰囲気中で降温した。このシリコンウエハアセンブリの第１のシリコンウエハ側の裏面を研削して、多孔質シリコンを露出させた。ＨＦと過酸化水素水の混合溶液中に浸して、多孔質シリコンをエッチングにより除去し、ウェット洗浄にてよく洗浄した。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第２のシリコンウエハ上に移設され、ＳＯＩウエハが作製された。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は２１０ｎｍばらつきは＋／−７ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。また、ボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定したところ、単結晶シリコン膜中のボロン濃度は１．２×１０18／ｃｍ3であった。
図９のような溶融石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこれらＳＯＩウエハをすべて図７に示したようなＳｉＣ製のトレイに載せて設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハを載せたＳｉＣトレイの裏面が別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上にもＳｉＣ製のトレイに載せた市販のシリコンウエハを同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を１１８０℃まで昇温し、１時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出し、ＳＯＩ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量は全てのウエハにおいて、１ｎｍ以下であった。
一方、ＳｉＣトレイに代えてＳｉＯ2 トレイを用い、ＳＯＩ層と向かい合う面が酸化シリコンとなるようにして、上と同じ水素雰囲気中の熱処理を施した場合には、ＳＯＩウエハと向かい合ったＳＯＩ層の膜厚減少量はおよそ４０ｎｍと大きかった。
ＳＯＩウエハ裏面の酸化シリコンを除去しない場合でも、ＳＯＩウエハをＳｉＣトレイに載せて、ＳＯＩウエハの対向面をＳｉＣにすることで、膜厚減少量は抑制できた。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は１μｍ角で０．１１ｎｍ、５０μｍ角で０．３０ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０15／ｃｍ3以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルに低減されていた。
（実施例４：ＷＪ分離エピタキシャル層移設法）比抵抗が０．０１７ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチＳｉウエハ表面を４９％ＨＦとエチルアルコールを２：１で混合した溶液中で陽極化成してウエハの表面に多孔質シリコンを６μｍの厚みで形成した。その際、電流を変化させることにより、厚さ１μｍ、多孔度６０％程度の高多孔度層、とその上に厚さ５μｍ多孔度２０％の低多孔度層を形成した。このシリコンウエハを酸素雰囲気中４００℃で１時間熱処理した後、１．２５％のＨＦ水溶液に３０秒浸け、低多孔度の多孔質層の表面および表面近傍の孔内壁面に形成された極薄酸化膜を除去した後、よく水洗して乾燥させた。続いてこのシリコンウエハをエピタキシャル成長装置に設置し、１１００℃水素雰囲気で極微量のシランガスを添加しながら熱処理して多孔質シリコンの表面の孔をほとんど封止した。引き続いて、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロルシランないしはシランを添加することにより該多孔質シリコン上に単結晶シリコン膜を平均３１０ｎｍ±５ｎｍの厚みで形成した。このシリコンウエハをエピタキシャル成長装置より取り出して、酸化炉に設置し、酸素と水素の燃焼ガスにより該単結晶シリコン膜表面を酸化して酸化シリコン膜を２００ｎｍ形成した。酸化された結果単結晶シリコン膜の厚さは２１０ｎｍになった。このシリコンウエハと、熱酸化によって２００ｎｍの酸化シリコン膜を全面に形成した第２のシリコンウエハと、にそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、清浄な表面を形成したのち、それらウエハ同士を貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハアセンブリを熱処理炉に設置し、１１００℃１時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素、酸素の混合気中で昇温し、酸素と水素の燃焼ガスに置換して１１００℃１時間保持し、窒素雰囲気中で降温した。このシリコンウエハアセンブリの側面にウォータージェットによる高圧の水流をあて、流体くさびによって高多孔度多孔質層中でこのシリコンウエハアセンブリを分離して、多孔質層を露出させた。ＨＦと過酸化水素水の混合溶液中に浸して、残留多孔質シリコンをエッチングにより選択的に除去し、ウェット洗浄にてよく洗浄した。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第２のシリコンウエハ上に移設され、ＳＯＩウエハが作製された。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は２１０ｎｍばらつきは±７ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さＲｒｍｓでそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。また、ボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定したところ、単結晶シリコン膜中のボロン濃度は１．２×１０18／ｃｍ3であった。
溶融石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこれらＳＯＩウエハの裏面の酸化シリコン膜をあらかじめ弗酸でエッチングして除去したのち、設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは図９の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハの裏面のシリコンが別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上には自然酸化膜を除去した市販のバルクシリコンウエハを同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を１１００℃まで昇温し、４時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出し、ＳＯＩ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量は全てのウエハにおいて、１ｎｍ以下であった。
一方、熱処理前に裏面の酸化シリコン膜を剥離せず、ＳＯＩ層と向かい合う面がその酸化シリコン膜となるようにして、上と同じ水素雰囲気中の熱処理を施した場合には、ＳＯＩウエハと向かい合ったＳＯＩ層の膜厚減少量はおよそ９ｎｍと大きく、一番上のシリコンウエハと向かい合ったＳＯＩウエハのみ、エッチング量は１ｎｍ以下であった。すなわち、向かい合う面の材質をシリコンにすることによって、エッチング量はおよそ１／１０に抑制された。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は１μｍ角で０．１２ｎｍ、５０μｍ角で０．３４ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０15／ｃｍ3以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルに低減されていた。
（実施例５：ＢＥＳＯＩ／縦形炉／ＳｉＣボート）比抵抗が０．００７ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチウエハをエピタキシャル成長装置に設置し、１１００℃水素雰囲気で熱処理し、温度を９００℃に下げた後、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロルシランを添加することにより単結晶シリコン膜を平均３１０ｎｍ±５ｎｍの厚みで形成した。このシリコンウエハをエピタキシャル成長装置より取り出して、酸化炉に設置し、酸素と水素の燃焼ガスにより該単結晶シリコン膜表面を酸化して酸化シリコン膜を２００ｎｍ形成した。酸化された結果単結晶シリコン膜の厚さは２１０ｎｍになった。このシリコンウエハと熱酸化によって２００ｎｍの酸化シリコン膜を全面に形成した第２のシリコンウエハと、にそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、清浄な表面を形成したのち、酸素プラズマで両表面（貼り合わせ面）を活性化したのち、水洗し、それらウエハを貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハアセンブリを熱処理炉に設置し、４００℃１０時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素とした。このシリコンウエハ組の第１のシリコンウエハ側の裏面を第１のシリコンウエハの厚みが５μｍ程度になるまで研削した。この後、弗酸と硝酸と酢酸の１：３：８混合液に浸け、Ｐ+層を選択エッチングした。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第２のシリコンウエハ上に移設され、ＳＯＩウエハが作製された。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は２１０ｎｍばらつきは±２０ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ２ｎｍ、２．２ｎｍであった。
溶融石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこれらＳＯＩウエハを裏面の酸化シリコン膜をあらかじめ弗酸でエッチングして除去したのち、設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは図９の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハの裏面のシリコンが別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上には自然酸化膜を除去した市販のシリコンウエハを同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を１１００℃まで昇温し、４時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出し、ＳＯＩ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量は全てのウエハにおいて、１ｎｍ以下であった。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は１μｍ角で０．１１ｎｍ、５０μｍ角で０．３５ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０15／ｃｍ3以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルであった。
（実施例６：水素注入剥離法／縦形炉／ＳｉＣボート）比抵抗が１０ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチウエハの表面を４００ｎｍ酸化したのち、水素をイオン注入した。注入条件は、５０ＫｅＶ、４×１０16／ｃｍ2。このシリコンウエハと別に用意した第２のシリコンウエハとにそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、清浄な表面（貼り合わせ面）を形成した後、それらウエハ同士を貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハアセンブリを熱処理炉に設置し、８００℃１０時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素とした。この熱処理中にシリコンウエハアセンブリはイオン注入の投影飛程に相当する深さで分離した。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第２のシリコンウエハ上に移設され、ＳＯＩウエハが作製された。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は２１０ｎｍばらつきは±１０ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ９．４ｎｍ、８．５ｎｍであった。
溶融石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこれらＳＯＩウエハを裏面の酸化シリコン膜をあらかじめ弗酸でエッチングして除去したのち、設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは図９の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハの裏面のシリコンが別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上には自然酸化膜を除去した市販のシリコンウエハを同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を１１５０℃まで昇温し、１．５時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出し、ＳＯＩ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量は全てのウエハにおいて、１ｎｍ以下であった。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は１μｍ角で０．１１ｎｍ、５０μｍ角で０．３５ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０15／ｃｍ3以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルであった。
（実施例７：Ｓｉｍｏｘ／縦形炉／ＳｉＣボート）比抵抗が１０ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチウエハの表面に酸素をイオン注入した。注入条件は、５５０℃、１８０ＫｅＶ、４×１０17／ｃｍ2。このシリコンウエハを熱処理炉に設置し、Ａｒ＋Ｏ2 の混合気中１３５０℃２０時間の熱処理を施して、埋め込み酸化膜を形成した。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は２００ｎｍばらつきは±１０ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ０．５ｎｍ、２ｎｍであった。また、単結晶シリコン膜中のボロン濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０17／ｃｍ3であった。
溶融石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこれらＳＯＩウエハを裏面の酸化シリコン膜をあらかじめ弗酸でエッチングして除去したのち、設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは図９の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハの裏面のシリコンが別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上には自然酸化膜を除去した市販のシリコンウエハを同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を１１５０℃まで昇温し、１．５時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出し、ＳＯＩ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量は全てのウエハにおいて、１ｎｍ以下であった。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は１μｍ角で０．３ｎｍ、５０μｍ角で１．５ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０15／ｃｍ3以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルであった。
（実施例８：非多孔質層移設法／縦形炉／ＳｉＣボート）比抵抗が０．０１７ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチウエハ表面を４９％ＨＦとエチルアルコールを２：１で混合した溶液中で陽極化成してウエハの表面に多孔質シリコンを１０μｍの厚みで形成した。このシリコンウエハを酸素雰囲気中４００℃で１時間熱処理した後、１．２５％のＨＦ水溶液に３０秒浸け、多孔質層の表面および表面近傍に形成された極薄酸化膜を除去した後、よく水洗して乾燥させた。続いてこのシリコンウエハを縦形熱処理炉に設置し、１１００℃水素雰囲気で熱処理して多孔質シリコンの表面の孔を封止して、多孔質層の表面を非多孔質化して極薄非多孔質単結晶シリコン薄膜を形成した。このシリコンウエハと、熱酸化によって２００ｎｍの酸化シリコン膜を全面に形成した第２のシリコンウエハと、にそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、清浄な表面を形成したのち、それらウエハ同士を貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハアセンブリを熱処理炉に設置し、１１００℃１時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素、酸素の混合気中で昇温し、酸素と水素の燃焼ガスに置換して１１００℃１時間保持し、窒素雰囲気中で降温した。このシリコンウエハアセンブリの第１のシリコンウエハ側の裏面を研削して、多孔質シリコン層を露出させた。ＨＦと過酸化水素水の混合溶液中に浸して、多孔質シリコン層をエッチングにより除去し、ウェット洗浄にてよく洗浄した。こうして、非多孔質の単結晶シリコン膜は第２のシリコンウエハ上に移設され、ＳＯＩウエハが作製された。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は１０ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。
こうして得られたＳＯＩウエハの裏面の酸化シリコン膜をあらかじめ弗酸でエッチングして除去したのち、溶融石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にＳＯＩウエハを設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは、図９の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハのシリコンからなる裏面が別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上には自然酸化膜を除去した市販のシリコンウエハを同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を１１００℃まで昇温し、４時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出し、ＳＯＩ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量は全てのウエハにおいて、１ｎｍ以下であった。
一方、熱処理前に裏面の酸化シリコン膜を剥離せず、ＳＯＩ層と向かい合う面がウエハ裏面上の酸化シリコンとなるようにして、上と同じ水素雰囲気中の熱処理を施した場合には、ＳＯＩウエハと向かい合ったＳＯＩ層の膜厚減少量はおよそ５ｎｍと大きく、ところどころにピット状に酸化シリコンがエッチングされた場所が観察された。一番上のシリコンウエハと向かい合ったＳＯＩウエハのみ、エッチング量は１ｎｍ以下で、ピットのないＳＯＩ層が形成された。すなわち、向かい合う面の材質を非酸化シリコンの一種のシリコンにすることによって、エッチング量を抑制し、ピットの発生を抑制できた。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は１μｍ角で０．１１ｎｍ、５０μｍ角で０．３５ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。
（実施例９：石英ガラス上へのエピタキシャル移設法／縦形炉／ＳｉＣトレイ）比抵抗が０．０１７ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチウエハ表面を４９％ＨＦとエチルアルコールを２：１で混合した溶液中で陽極化成してウエハの表面に多孔質シリコンを１０μｍの厚みで形成した。このシリコンウエハを酸素雰囲気中４００℃で１時間熱処理した後、１．２５％のＨＦ水溶液に３０秒浸け、多孔質層の表面および表面近傍の孔内壁に形成された極薄酸化膜を除去した後、よく水洗して乾燥させた。続いてこのシリコンウエハをエピタキシャル成長装置に設置し、１１００℃水素雰囲気で極微量のシランガスを添加しながら熱処理して多孔質シリコン層の表面の孔をほとんど封止した。引き続いて、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロルシランを添加することにより該多孔質シリコン層上に単結晶シリコン膜を平均３１０ｎｍ±５ｎｍの厚みで形成した。このシリコンウエハをエピタキシャル成長装置より取り出して、酸化炉に設置し、酸素と水素の燃焼ガスにより該単結晶シリコン膜表面を酸化して酸化シリコン膜を２００ｎｍ形成した。酸化された結果単結晶シリコン膜の厚さは２１０ｎｍになった。このシリコンウエハと熱酸化によって２００ｎｍの酸化シリコン膜を全面に形成した第２のシリコンウエハとにそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、窒素プラズマで表面（貼り合わせ面）を活性化したのち、水洗して、乾燥させたのち、それらのウエハ同士を貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハアセンブリを熱処理炉に設置し、４００℃１０時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。このシリコンウエハアセンブリの第１のシリコンウエハ側の裏面を研削して、多孔質シリコン層を露出させた。ＨＦと過酸化水素水の混合溶液中に浸して、多孔質シリコン層をエッチングにより除去し、ウェット洗浄にてよく洗浄した。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第２のシリコンウエハ上に移設され、ＳＯＩウエハが作製された。
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は２１０ｎｍばらつきは±７ｎｍであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。また、ボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定したところ、単結晶シリコン膜中のボロン濃度は１．２×１０18／ｃｍ3であった。
ロードロック室（不図示）の不活性ガス雰囲気中から溶融石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこれらＳＯＩウエハをすべてＳｉＣ製のトレイに載せて搬入した。不活性ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは図７、図９の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハを載せたトレイ３１の裏面が別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上にもＳｉＣ製のトレイに載せた市販のシリコンウエハを同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を不活性ガスから水素に置換したのち、温度を１０００℃まで昇温し、１５時間保持したのち、再び降温し、再び不活性ガスに置換して炉から不活性ガスで満たされたロードロック室に搬出し、ロードロック室からウエハを取出し、ＳＯＩ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量は全てのウエハにおいて、１ｎｍ以下であった。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は１μｍ角で０．１１ｎｍ、５０μｍ角で０．５０ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも１×１０16／ｃｍ3以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルに低減されていた。
（実施例１０：ＷＪ分離エピタキシャル層移設法／縦型炉）比抵抗が０．０１７ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１００）配向の８インチＳｉウエハ表面を４９％ＨＦとエチルアルコールを２：１で混合した溶液中で陽極化成してウエハの表面に多孔質シリコンを３μｍの厚みで形成した。その際、電流を変化させることにより、厚さ２μｍ、ポロジティ４５％程度の高多孔度層、とその上に厚さ１μｍポロジティ２０％の低多孔度層を形成した。このシリコンウエハを酸素雰囲気中４００℃で１時間熱処理した。こうすると多孔質層の表面と孔内壁面に薄い酸化膜が形成される。その後、１．２５％のＨＦ水溶液に３０秒浸け、低多孔度の多孔質層の表面および表面近傍の孔内壁面に形成された極薄酸化膜を除去した後、よく水洗して乾燥させた。続いてこのシリコンウエハをエピタキシャル成長装置に設置し、１１００℃水素雰囲気で極微量のシランガスを添加しながら熱処理して低多孔度の多孔質シリコンの表面の孔をほとんど封止した。引き続いて、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロルシランを添加することにより孔が封止された低多孔度の該多孔質シリコン上に単結晶シリコン膜を平均３１０ｎｍ±５ｎｍの厚みで形成した。このシリコンウエハをエピタキシャル成長装置より取り出して、酸化炉に設置し、酸素と水素の燃焼ガスにより該単結晶シリコン膜表面を酸化して酸化シリコン膜を２００ｎｍ形成した。酸化された結果単結晶シリコン膜の厚さは２１０ｎｍになった。このシリコンウエハと、熱酸化によって２００ｎｍの酸化シリコン膜を全面に形成した第２のシリコンウエハと、にそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施した。そして、清浄な表面を形成したのち、それらウエハ同士を貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハアセンブリを熱処理炉に設置し、１１００℃１時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素、酸素の混合気中で昇温し、酸素と水素の燃焼ガスに置換して１１００℃１時間保持し、窒素雰囲気中で降温した。このシリコンウエハアセンブリの側面にウォータージェットによる高圧の水流をあて、流体くさびによって高多孔度多孔質層中でこのシリコンウエハアセンブリを分離して、第２のシリコンウエハ上の単結晶シリコン膜の上に多孔質層を露出させた。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第２のシリコンウエハ上に移設され、残留多孔質シリコン層を表面に有するＳＯＩウエハが作製された。
これら残留多孔質層を有するＳＯＩウエハの裏面の酸化シリコン膜をあらかじめ弗酸でエッチングして除去したのち、図１０に示した縦形熱処理炉に設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは図９の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハの裏面のシリコンが別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、ＳｉＣ製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上には自然酸化膜を除去したを市販のバルクシリコンウエハを同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を１１００℃まで昇温し、４時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出した。
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は１μｍ角で０．１２ｎｍ、５０μｍ角で０．３４ｎｍと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定したところ、いずれも５×１０15／ｃｍ3以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルに低減されていた。
本発明の一実施の形態による熱処理装置の模式的断面図である。 対向面材料によるエッチング速度の温度依存性を示す図である。 ＳｉとＳｉＯ2 が対向する場合のエッチング量を示す図である。 ＳｉとＳｉＯ2 が対向する場合の除去されるＳｉ原子量を示す図である。 本発明の別の実施の形態による熱処理装置の模式的断面図である。 本発明の更に別の実施の形態による熱処理装置の主要部の模式的断面図である。 本発明に用いられる対向面構成部材の一例を示す模式的断面図である。 本発明に用いられる対向面構成部材の別の例を示す模式的断面図である。 本発明の別の実施の形態による熱処理装置の主要部の模式的断面図である。 本発明の更に別の実施の形態による熱処理装置の模式的断面図である。 本発明の熱処理方法を利用した半導体基材の作製方法の一例のフローチャートを示す図である。 本発明の熱処理方法を利用した半導体基材の作製方法の別の例のフローチャートを示す図である。 本発明の熱処理方法とイオン注入剥離法とを利用した半導体基材の作製方法を説明する為の模式図である。 本発明の熱処理方法とエピタキシャル層移設法とを利用した半導体基材の作製方法を説明する為の模式図である。 本発明の熱処理方法による平滑化作用を説明する為の模式図である。 熱処理時における基材の配置方法を説明する為の模式図である。 熱処理による膜厚減少量の炉内位置依存性を示す図である。
符号の説明
１ 反応炉
２ ヒーター
３ 対向面構成部材
４ 平面
５ 水素ガス源
６ バルブ
７ バルブ
８ 排気ポンプ
９ 支持体

Claims (13)

  1. シリコン表面を有するＳＯＩ基板の熱処理方法において、
    前記ＳＯＩ基板の前記シリコン表面に形成された自然酸化膜を除去する工程と、
    前記自然酸化膜が除去された前記シリコン表面が、非酸化シリコンからなる平面に対向するように、表面が非酸化シリコンからなる支持部材によって前記ＳＯＩ基板を支持した状態で、前記ＳＯＩ基板を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程と、を含むことを特徴とするＳＯＩ基板の熱処理方法。
  2. シリコン表面を有するＳＯＩ基板の熱処理方法において、
    前記ＳＯＩ基板の前記シリコン表面が、非酸化シリコンの平面を有する対向面構成部材の該非酸化シリコン表面に対向するように、前記対向面構成部材が二枚の前記ＳＯＩ基板間に配置された状態で、
    水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とするＳＯＩ基板の熱処理方法。
  3. 前記平面は、シリコン、炭化シリコン、窒化シリコンのいずれかの材料により構成されている請求項１又は２記載のＳＯＩ基板の熱処理方法。
  4. 内壁面が非酸化シリコンからなる容器内に前記ＳＯＩ基板を配する請求項１又は２記載のＳＯＩ基板の熱処理方法。
  5. 前記水素を含む還元性雰囲気の露点は、−９２℃以下である請求項１又は２に記載のＳＯＩ基板の熱処理方法。
  6. 前記支持部材の表面は、シリコン、炭化シリコン、窒化シリコンのいずれかの材料により構成されている請求項１又は２に記載のＳＯＩ基板の熱処理方法。
  7. 前記ＳＯＩ基板は、前記シリコン表面と非酸化シリコンからなる平面とが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の間隔をおいて対向するように前記支持部材によって支持されることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩ基板の熱処理方法。
  8. 前記ＳＯＩ基板は、前記シリコン表面と非酸化シリコンからなる平面とが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の間隔をおいて対向するように前記対向面構成部材によって支持されることを特徴とする請求項２記載のＳＯＩ基板の熱処理方法。
  9. シリコン膜を有するＳＯＩ基板の作製方法において、
    分離位置を規定する為の分離層を内在させた第１の基材と第２の基材を貼り合わせる工程と、
    該貼り合わされた前記第１及び第２の基材を、前記分離層において分離することによって、シリコン膜を前記第２の基材上に移設する工程と、
    前記シリコン膜に形成された自然酸化膜を除去する工程と、
    前記自然酸化膜が除去された前記シリコン膜が、非酸化シリコンからなる平面に対向するように、表面が非酸化シリコンからなる支持部材によって前記第２の基材を支持した状態で、前記シリコン膜を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程と、を含むことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
  10. シリコン膜を有するＳＯＩ基板の作製方法において、
    分離位置を規定する為の分離層を内在させた第１の基材と第２の基材を貼り合わせる工程と、
    該貼り合わされた前記第１及び第２の基材を、前記分離層において分離することによって、シリコン膜を前記第２の基材上に移設する工程と、
    前記第２の基材上に移設された前記シリコン膜を、非酸化シリコンの平面を有する対向面構成部材の非酸化シリコン表面に対向するように、前記対向面構成部材が二枚の前記ＳＯＩ基板間に配置された状態で、前記シリコン膜を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程と、を含むことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
  11. 前記分離層は、多孔質シリコン層であることを特徴とする請求項９又は１０記載のＳＯＩ基板の作製方法。
  12. シリコン膜を有するＳＯＩ基板の作製方法において、
    第１の基材と第２の基材とを貼り合わせる工程と、
    貼り合わされた前記第１及び第２の基材から前記第１の基材の一部を、前記第２の基材上にシリコン膜を残して除去する除去工程と、
    前記シリコン膜に形成された自然酸化膜を除去する工程と、
    自然酸化膜が除去された前記シリコン膜の表面が、非酸化シリコンからなる平面に対向するように、表面が非酸化シリコンからなる支持部材によって前記第２の基材を支持した状態で、前記シリコン膜を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程と、を含むことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
  13. シリコン膜を有するＳＯＩ基板の作製方法において、
    第１の基材と第２の基材とを貼り合わせる工程と、
    貼り合わされた前記第１及び第２の基材から前記第１の基材の一部を、前記第２の基材上にシリコン膜を残して除去する除去工程と、
    前記シリコン膜の研磨されていない表面を、非酸化シリコンの平面を有する対向面構成部材の非酸化シリコン表面に対向するように、前記対向面構成部材が二枚の前記ＳＯＩ基板間に配置された状態で、前記シリコン膜を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工程と、を含むことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
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