JPH11251563A - Method and furnace for heat treating soi substrate and production of soi substrate employing them - Google Patents

Method and furnace for heat treating soi substrate and production of soi substrate employing them

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JPH11251563A
JPH11251563A JP37043998A JP37043998A JPH11251563A JP H11251563 A JPH11251563 A JP H11251563A JP 37043998 A JP37043998 A JP 37043998A JP 37043998 A JP37043998 A JP 37043998A JP H11251563 A JPH11251563 A JP H11251563A
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JP
Japan
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soi substrate
silicon
heat treatment
soi
substrate according
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JP37043998A
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Nobuhiko Sato
信彦 佐藤
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make smooth the surface constantly and uniformly even when a plurality of substrates are processed by heat treating an SOT substrate in reducing atmosphere while facing the plane of a material principally comprising nonoxidative silicon through a specified interval thereby facilitating suppression of etching. SOLUTION: A facing area composing member 3 having a plane 4 of a material principally comprising nonoxidative silicon is arranged on the side of the surface to be treated of an SOI basic material W through a specified interval AS. The materials W and the member 3 are contained in a reaction furnace 1 which is then evacuated through an evacuation pump 8 and heated by means of a heater 2. Subsequently, hydrogen gas is introduced from a gas source 5 and the temperature in the furnace and of the material is sustained at a specified level by controlling the heating value of the heater 2. Residual oxygen and moisture in the atmosphere are suppressed because the surface of silicon is oxidized upon temperature rise to form a coating thus impeding smoothing of the surface. Surface of a single crystal silicon film is thereby flattened.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、SOI基板の熱処
理方法、熱処理装置及び半導体基材の作製方法に関し、
更に詳しくは、シリコン膜を有するSOI基板の熱処理
方法、熱処理装置及びSOI基板の作製方法に関する。
The present invention relates to a heat treatment method for an SOI substrate, a heat treatment apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor substrate.
More specifically, the present invention relates to a heat treatment method, a heat treatment apparatus, and a method for manufacturing an SOI substrate of an SOI substrate having a silicon film.

【0002】[0002]

【従来の技術】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。
2. Description of the Related Art In a silicon-based semiconductor device and an integrated circuit technology, a semiconductor-on-insulator (SOI) structure, that is, a device using a single crystal semiconductor film on an insulating film has a reduced parasitic capacitance and excellent radiation resistance. As a technology that can increase the speed, lower the voltage, lower the power consumption, increase the integration of the transistor, and reduce the total cost, including simplification of the process including elimination of the well process, by facilitating element isolation, etc. Numerous studies have been done so far.

【0003】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 is
olation by porous Silico
n)による多孔質Siの酸化による誘電体分離によりS
OI基板等である。
As a substrate having an SOI structure (SOI substrate), after oxidizing the surface of an SOS (silicon on sapphire) or Si single crystal substrate, a window is opened to partially expose the Si substrate, and the portion is used as a seed. A substrate formed by epitaxially growing laterally and forming a Si single crystal film (layer) on SiO 2 , a substrate using a Si single crystal substrate itself as an active layer and forming a silicon oxide film thereunder, a thick polycrystalline Si layer A substrate having a Si single crystal region which is dielectrically separated and surrounded by a V-groove on the upper surface thereof by a FIPOS method (Full is
Olation by poor Silico
n) by dielectric separation by oxidation of porous Si
An OI substrate or the like.

【0004】最近はSOIの形成技術として、酸素打ち
込み法(SIMOX:Separation by I
mplanted 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。
Recently, as an SOI formation technique, an oxygen implantation method (SIMOX: Separation by I
(planted Oxygen) and the wafer bonding method have become mainstream. SIMOX was reported in 1978 (K. Izumi, M. Doken, and
H. Ariyoshi, Electron. Lett.
14 (1978) p. 593). This is a method in which oxygen is ion-implanted into a silicon substrate and then heat treatment is performed at a high temperature to form a buried silicon oxide film.

【0005】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。
In the SOI formation by the bonding method, there are many variations in a method of thinning one wafer after bonding.

【0006】(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。
(BPSOI) The most basic technique uses polishing. After a silicon oxide layer is formed on both or one of the two wafers, they are bonded to each other. Thereafter, one of the wafers is thinned by grinding and polishing.

【0007】(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 etchin
g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。
(PACE) Plasma was developed to improve the uniformity of the thickness of the SOI layer obtained by polishing.
assisted chemical etch
g method (PACE) method. The film thickness is measured in advance at a high-density measuring point of several thousand points on the wafer. Next, a plasma source having a diameter of several mm is scanned at a scanning speed corresponding to the film thickness distribution, and the etching amount is changed in accordance with the film thickness distribution, thereby improving the film thickness distribution.

【0008】(水素注入剥離法)最近、(M.Brue
l,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S
OI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。
(Hydrogen implantation stripping method) Recently, (M. Blue
1, Electronics Letters, 31
(1995) p. 1201) A new bonding S is disclosed in JP-A-5-211128, US Pat. No. 5,374,564.
OI was reported. In this method, an ion-implanted wafer is bonded to the entire surface of a wafer in which light elements such as hydrogen and inert gas have been oxidized in advance, and heat treatment is performed. Then, the wafer is peeled at the ion-implanted depth during the heat treatment. As a result, a layer above the projection range of the ion implantation is transferred to the other wafer, and an SOI structure is formed.

【0009】(エピタキシャル層移設法)特許第260
8351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優れたSOI
基板の作製方法が提案されている。
(Epitaxial layer transfer method) Patent No. 260
No. 8,351, US Pat. No. 5,371,037 discloses an excellent SOI in which a single crystal layer on a porous layer is transferred to another substrate.
A method for manufacturing a substrate has been proposed.

【0010】この方法は「ELTRAN(登録商標)」
とも呼称される。(T.Yonehara,K.Sak
aguchi,N.Sato,Appl,Phys.L
ett.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。
This method is called "ELTRAN (registered trademark)".
Also called. (T. Yonehara, K. Sak
aguchi, N .; Sato, Appl, Phys. L
ett. 64 (1994), p. 2108) In the field of such an SOI substrate, removing surface roughness introduced by etching, ion implantation, heat treatment subsequent to ion implantation, or the like to smooth the surface;
In addition, removing the high-concentration boron diffused in the single-crystal layer to form an SOI layer made of a silicon film having a low boron concentration is intended to improve device characteristics such as improvement of gate oxide film breakdown voltage and carrier mobility of MOSFET. A method for overcoming this problem has been proposed for each SOI substrate manufacturing method.

【0011】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.19
95 IEEE Int.SOI Conf.(199
5)p.178)。
In the hydrogen implantation delamination method, the surface after the wafer is separated in the projected range of the ion has a mean square roughness (Rrms).
Has a roughness of 10 nm, has ion implantation damage to the surface layer, and smoothes and removes the implant damage layer by slightly removing the surface layer by polishing called touch polishing (M. Bruel, et. al. Proc.
95 IEEE Int. SOI Conf. (199
5) p. 178).

【0012】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.Math
ur,Proc.1994 IEEE Int.SOI
Conf.(1994)p.77.)。
In the case of the PACE method, the surface immediately after plasma etching has a peak-to-valley surface roughness of 10.66 nm measured by an atomic force microscope. This roughness is smoothed to 0.62 nm, which is the same as the original surface, by a very small amount of polishing called touch polish. (T. Feng, M. Matrubian,
G. FIG. J. Gardopee, and D.M. P. Math
ur, Proc. 1994 IEEE Int. SOI
Conf. (1994) p. 77. ).

【0013】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(=5n
m)程度、均一性が劣化してくる。
In the BESOI method, in order to remove a surface roughness of about 5-7 nm in peak-to-valley generated after etching, it is necessary to remove a thickness 3 to 5 times the thickness, that is, 20 to 30 nm. As a result of this polishing, the film thickness uniformity averaged 0.005 μm (= 5n
m), the uniformity is degraded.

【0014】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。
That is, even in a small amount of polishing called a touch polish or a kiss polish, at the same time as the surface roughness is removed, the film thickness is necessarily reduced, and as a result, the film thickness uniformity may be deteriorated. . Generally, the end of polishing is controlled by time, but even within the same polishing time, in-plane or inter-plane depending on the polishing liquid, the temperature of the platen at the time of polishing, and the degree of deterioration of the polishing cloth. It is known that the polishing amount between batches fluctuates,
It is extremely difficult to control the polishing amount to be constant. In particular, a phenomenon that the polishing amount on the outer periphery of the wafer is increased is known.

【0015】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。
When boron is diffused at a high concentration throughout the thickness of the SOI layer, the concentration cannot be reduced by polishing.

【0016】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.Izu
mi(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。
The surface roughness of the SOI layer manufactured by the SIMOX method using oxygen ion implantation is about one digit larger than that of the bulk. S. Nakashima, K .; Izu
mi (J. Mater. Res. (1990) Vol.
5, No. 9, p. 1918), 1260 ° C
It is reported that the heat treatment of 2 hours (in nitrogen) or 4 hours at 1300 ° C. (0.5% oxygen containing argon) eliminates the roughness of the SIMOX substrate in which countless tens of nm-diameter dents are present. On the other hand, heat treatment at 1150 ° C. does not change the surface roughness. However, in such a high-temperature heat treatment exceeding 1200 ° C., it is difficult to use a quartz tube from the viewpoint of heat resistance. Also, the high temperature process increases the introduction of slip lines as the wafer size increases.

【0017】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。
In the oxygen implantation method, boron contained in clean room air adheres to the substrate surface,
In addition, boron may be implanted at the same time as the oxygen implantation, or boron attached before the high-temperature heat treatment for converting the ion-implanted oxygen into the buried silicon oxide layer may be diffused throughout the silicon layer by the heat treatment. Boron contained in the air in the clean room may cause the same problem in the bonded SOI.

【0018】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。
JP-A-5-218053, JP-A-5-218053
Japanese Patent Application No. 217821 proposes that the surface of an SOI substrate is smoothed by performing a heat treatment in an atmosphere containing hydrogen.

【0019】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.Phy
s.Lett.65(1994)p.1924)。
Even if a rough surface such as the etched surface of the SOI substrate has a rough surface as compared with a commercially available polished silicon wafer, it is smoothed by hydrogen annealing, and the surface of the commercially available polished silicon wafer (polishing). Surface) is improved to the same level. Simultaneously, by annealing a substrate having a single-crystal silicon film formed on an insulator on its surface in hydrogen, boron in the single-crystal silicon film is outwardly diffused into a gaseous phase so that boron in the single-crystal silicon film is removed. The concentration is reduced. Although the diffusion rate of boron in silicon is relatively fast,
In a heat treatment in an oxidizing atmosphere or a heat treatment in an inert gas, the diffusion rate of boron in a silicon oxide layer such as a natural oxide film formed on the surface is low, so that boron is confined in the silicon layer. Up to. However, by annealing in a reducing atmosphere containing hydrogen or the like, the silicon oxide film on the surface of the SOI layer serving as the diffusion barrier can be removed, and the re-formation of the oxide film during the process can be suppressed. Out diffusion is promoted and SOI
Even when a high concentration of boron exists in the entire layer, the impurity concentration of the entire SOI layer can be reduced to a level at which device fabrication is possible by out-diffusion (N. Sato).
and T. Yonehara, Appl. Phys
s. Lett. 65 (1994) p. 1924).

【0020】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。
The heat treatment in an atmosphere containing hydrogen is an extremely effective method for realizing the outward diffusion of boron in the silicon layer and the smoothness of a large roughness of the silicon surface.

【0021】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。
The heat treatment in an atmosphere containing hydrogen is, of course, suitable for SOI substrates by the SIMOX method, and the above-mentioned paper reports that the roughness can be smoothed by heat treatment at 1200 ° C. or less in a hydrogen atmosphere.

【0022】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/m
inと研磨と比べ極めて小さい。
When the SOI substrate is annealed with hydrogen, the reduction rate of the film thickness is 0.08 nm / m at 1150 ° C.
Very small compared to in and polishing.

【0023】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.Gallo
iset al.J.Am.Ceram.Soc.,7
7(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。
However, instead of the SOI substrate, bulk Si
When hydrogen annealing the wafer, B. M. Gallo
iset al. J. Am. Ceram. Soc. , 7
7 (1994) pp. 2949 has 10-100 nm
A relatively large reduction rate of / min has been reported.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】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。
If the reduction rate and the amount of etching cannot be controlled, the uniformity of the film thickness within the wafer surface after heat treatment and between a plurality of wafers tends to deteriorate.

【0025】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。
The variation in the thickness of the SOI layer on the SOI substrate depends on the device characteristics, especially on a fully depleted SOI-MOS.
Since the characteristics such as the threshold voltage of the transistor are greatly affected, it is extremely important to control the film thickness with high accuracy both within the wafer and between the wafers.

【0026】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。
In addition to the above-mentioned uniformity of the film thickness, there are some requirements for the SOI substrate.

【0027】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。
The required thickness of the SOI layer varies depending on the characteristics of various semiconductor devices manufactured using the SOI substrate. Therefore, it is preferable in terms of the design of the SOI substrate that the thickness of the SOI layer in the SOI substrate does not change due to the heat treatment.

【0028】[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熱処理方法、熱処理装置及びS
OI基板の作製方法を提供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a heat treatment method, a heat treatment apparatus, and a heat treatment method that can easily suppress etching and can always provide uniform surface smoothness even when a plurality of substrates are treated.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an OI substrate.

【0029】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
く低減できる熱処理方法、熱処理装置及びSOI基板の
作製方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a heat treatment method, a heat treatment apparatus, and a method for manufacturing an SOI substrate which can efficiently reduce impurities such as boron contained in a film while maintaining uniformity of the film thickness. It is in.

【0030】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
熱処理方法、熱処理装置及びSOI基板の作製方法を提
供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a heat treatment method, a heat treatment apparatus, and a method for manufacturing an SOI substrate, which can reduce variation in characteristics of a device manufactured using a semiconductor substrate.

【0031】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、低コストな熱処理
方法、熱処理装置及びSOI基板の作製方法を提供する
ことにある。
Still another object of the present invention is to provide a low-cost heat treatment method, a heat treatment apparatus, and a method for manufacturing an SOI substrate which can easily obtain an arbitrary film thickness and have few surface defects.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】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、非酸
化シリコンを主成分とする材料からなる平面に、前記S
OI基板を、所定の間隔をおいて対向させた状態で、前
記SOI基板を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理す
る工程を含む熱処理方法、熱処理装置及びSOI基板の
作製方法にある。
The essence of the present invention is to provide a method for heat-treating an SOI substrate having a silicon surface, the method comprising:
A heat treatment method, a heat treatment apparatus, and a method for manufacturing an SOI substrate including a step of heat-treating the SOI substrate in a reducing atmosphere containing hydrogen in a state where the OI substrate is opposed to the OI substrate at a predetermined interval.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】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。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

【0034】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。
This heat treatment apparatus includes an exhaustible reaction furnace 1 constituting a heat treatment chamber (vessel) for accommodating a semiconductor substrate (SOI substrate) W, and a heat treatment chamber 1 for heating the substrate W and gas in the furnace 1. A heater 2 and at least one hydrogen gas source 5
It is connected via two valves 6 and connected to an exhaust pump 8 via at least one valve 7.

【0035】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。
On the surface to be treated of the substrate W, an opposing surface constituting member 3 having a flat surface 4 of a material mainly composed of non-oxidized silicon on its surface is arranged at a predetermined distance AS from the substrate W. I have. 9 is a support for supporting the base material W and the opposing surface constituting member 3.

【0036】本実施の形態による熱処理方法は以下のと
おりである。
The heat treatment method according to the present embodiment is as follows.

【0037】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。
First, the substrate W and the facing surface constituting member 3 are accommodated in the reaction furnace 1, and the inside of the furnace is evacuated by the exhaust pump 8 to reduce the pressure. Then, heating is performed by the heater 2.

【0038】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。
Next, hydrogen gas is introduced from the gas source 5 into the furnace. The amount of heat generated by the heater 2 is controlled to maintain the inside of the furnace and the temperature of the substrate W at a predetermined temperature.

【0039】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。
Then, the silicon on the surface of the substrate W (the surface to be processed) is annealed.

【0040】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S
OI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。
The substrate (SOI substrate) W to be heat-treated according to the present invention is bulk Si formed by a CZ method or the like.
Various types of S described above manufactured using a wafer, an epitaxial Si wafer having an epitaxially grown layer, and a Si wafer obtained by subjecting a bulk Si wafer to hydrogen annealing.
An OI wafer, a quartz glass substrate having a silicon film, and the like can be cited. Among them, an SOI wafer having a surface which is subjected to some surface treatment after polishing, an SOI wafer having an unpolished surface, a lamination, etc. A SOI wafer or the like in the middle of a manufacturing process by the SIMOX method or the SIMOX method is a suitable base material.

【0041】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。
In the present invention, since the substrate W is subjected to the heat treatment in a reducing atmosphere containing hydrogen, the gas supplied into the furnace is 100% hydrogen gas or an inert gas such as a rare gas. Hydrogen gas or the like diluted to about 99% is used. Especially in a furnace that has been sufficiently dehydrated so that the dew point of the reducing atmosphere containing hydrogen is -92 ° C or less,
A relatively high purity gas may be introduced through a hydrogen purifier.

【0042】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。
Since the residual oxygen and moisture in the atmosphere oxidize the silicon surface at the time of raising the temperature and hinder the smoothing of the surface as a film, it is necessary to keep the oxygen and moisture low. At a high temperature, an unexpected decrease in the silicon film thickness is caused by the oxidation and the etching action. Therefore, it is desirable to control the atmosphere so that the dew point is −92 ° C. or less as described above.

【0043】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。
As the pressure of the reducing atmosphere containing hydrogen,
Atmospheric pressure of any of pressurization, atmospheric pressure, and reduced pressure may be used, but preferably atmospheric pressure or lower.

【0044】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。
In order to improve the surface smoothing effect and the effect of out-diffusion of impurities, the pressure is preferably lower.

【0045】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。
When an etching furnace made of fused quartz is used, the lower limit of the pressure is 3.9 to prevent deformation of the furnace.
× preferably from 10 -4 Pa is more preferable to the 6.6 × 10 -4 Pa.

【0046】以上の点を考慮すると、大気圧乃至1.3
Pa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。
In consideration of the above points, atmospheric pressure to 1.3
It would be reasonable to select from the range of Pa according to the use environment.

【0047】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。
The flow rate of the gas containing hydrogen used in the present invention is not particularly limited. However, it is more preferable to obtain the flow rates described below.

【0048】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。
The flow velocity refers to the velocity of gas passing through a region excluding the sectional area of the semiconductor substrate from the sectional area of the furnace tube.

【0049】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。
If the flow rate is too high, the removal rate of the reaction product from the surface of the base material increases, and the effect of suppressing the etching decreases. On the other hand, if the flow rate is too slow, the removal of reaction products will be significantly reduced, and the ability of the semiconductor single crystal layer to remove impurities such as boron by outward diffusion will be reduced.

【0050】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・cm
2 。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。
In the present invention, the flow rate is 10 cc / min.
Cm 2 -300 cc / min · cm 2, more preferably 30 cc / min · cm 2 -150 cc / min · cm
2 . The flow rate is a parameter that controls the rate at which the reaction products on the substrate surface diffuse to the side of the substrate and are removed.

【0051】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。
In an atmosphere containing hydrogen, a nitrogen atmosphere,
In a rare gas atmosphere, 1200
Even at a temperature of not more than ° C., the surface is sufficiently smoothed together with etching. The temperature at the time of etching having the smoothing action according to the present invention depends on the composition and pressure of the gas. Specifically, the lower limit of the temperature is about 300 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. The lower limit of the temperature is equal to or lower than the melting point of Si. In particular, 1200 ° C. or lower is effective. When the progress of the smoothing is slow, a smooth surface can be obtained similarly by extending the heat treatment time.

【0052】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。
As the facing surface constituting member 3 used in the present invention, any material may be used as long as a material mainly composed of non-oxidized silicon is formed on at least the facing surface side.
Preferably, a Si wafer having a non-oxidized silicon film such as silicon nitride or silicon carbide formed on the surface of a Si wafer from which a natural oxide film has been removed, a quartz glass wafer having a non-oxidized silicon film such as Si, SiN or SiC formed on the surface, or the like If there is a non-oxide silicon film on the facing surface side, it is also preferable to use a wafer having the same structure as the substrate to be heat-treated.

【0053】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。
The surface to be processed should be flat and parallel to the surface to be processed. Further, the size and shape of the facing surface are the same as or larger than the surface to be processed of the substrate W, and those having substantially the same shape as the substrate are preferably used.

【0054】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。
Further, it is preferable that the opposing surface constituting member is also used as a support for the base material, for example, a tray or the like.

【0055】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。
The distance between the opposing surface and the substrate, that is, the distance of the distance AS depends on the size of the silicon surface (annealed surface) of the semiconductor substrate. When the thickness is 20 mm or less, more preferably 10 mm or less, an effect of suppressing etching due to interaction with the facing surface material can be obtained. The lower limit of the distance is not particularly limited, but is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more. This phenomenon starts when heat treatment is performed with the surface clean, so if a thick native oxide film is formed on the surface of the base material, dilute hydrofluoric acid is added before heat treatment. By removing the surface by etching, etc., the starting point of smoothing the surface is advanced.

【0056】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。
The smooth silicon surface thus obtained is
It can be suitably used from the viewpoint of semiconductor device production.

【0057】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。
In the present invention, it is easy to obtain a thin SOI layer having a thickness of 450 nm or less, particularly a very thin SOI layer having a uniform thickness of 20 nm to 250 nm.

【0058】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0.4
nm以下好ましくは、0.2nm以下、更には0.15
nm以下が容易に達成できる。
Then, the obtained surface is smoothed, and for example, Rrms in a 1 μm square area is at least 0.4.
nm or less, preferably 0.2 nm or less, and more preferably 0.15 nm or less.
nm or less can be easily achieved.

【0059】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。
The method of gas introduction is not limited to the method shown in FIG. 1, and it is preferable to adopt various forms described later.

【0060】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。
As a constituent material of the reaction furnace 1, it is preferable to use a material whose inner surface at least near the substrate W is made of non-oxidized silicon, for example, a SiC reaction tube. As the heater 2, a resistance heater, a high-frequency heater or a lamp is used.

【0061】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。
Here, the knowledge which motivated the present invention will be described.

【0062】(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。
(Knowledge Regarding Difference in Etching Amount Due to Opposing Material) The present inventors have studied heat treatment conditions in a reducing atmosphere containing hydrogen which can remove minute roughness on the surface of a silicon single crystal. It has been found that the etching rate of crystalline silicon varies greatly depending on the material of the surface (opposing surface) facing the single crystal silicon surface.

【0063】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。
FIG. 2 is a diagram showing the temperature dependence of the etching rate due to the material of the facing surface. The lower horizontal axis shows the reciprocal of the temperature T. The upper horizontal axis indicates the temperature corresponding to 1 / T. The vertical axis is the etching rate (nm / min)
Is plotted logarithmically. When an SOI substrate is used, the SOI layer can be relatively easily formed using a commercially available light reflection type film thickness gauge.
That is, the thickness of the single crystal silicon layer over the buried insulating film can be measured. The amount of change in film thickness before and after the heat treatment is measured while changing the heat treatment time, and the slope with respect to the etching time is obtained, whereby the etching rate can be obtained.

【0064】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。
The data A in the figure shows the etching rate at each temperature with the SiO 2 substrate facing the Si-facing surface. At this time, the activation energy was obtained from the slope of the approximate straight line by the least square method of these plots. was determined the E a, it was about 4.3eV.

【0065】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。
Data B shows the case where the heat treatment was performed with the Si substrate facing the SiO 2 facing surface.

【0066】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。
[0066] The data C is a case where the heat treatment so as to face the Si substrate on the Si facing surface, this time, the activation energy E a was about 4.1 eV.

【0067】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。
[0067] The data D is, SiO 2 and SiO 2 substrate
A case where the heat treatment to face the opposing surface, this time, the activation energy E a was about 5.9 eV.

【0068】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。
As shown in FIG. 2, in the heat treatment in the hydrogen atmosphere, the etching rate of silicon is changed by changing the material of the facing surface from silicon to silicon oxide, as shown by the difference between the etching rates of B and C in the figure. It was found that the speed was increased by about 9 times regardless of the temperature.

【0069】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。
When single-crystal silicon is opposed to each other, the etching rate is about 0.045 nm at 1200 ° C.
/ Min or less (C in the figure). The etching amount in the heat treatment for 60 minutes is 3 nm or less. On the other hand, when the silicon facing surface is made of silicon oxide, the etching rate is about 0.36 nm / min at 1200 ° C. (B in the figure), and the amount of etching per hour reaches 21.6 nm. This etching amount is close to the removal amount by touch polishing.

【0070】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、S
i基材をSiO2 対向面に対向させて熱処理した場合を
示す。
FIG. 3 is a diagram showing the etching amount when Si and SiO 2 are opposed to each other. The horizontal axis represents the etching time (minute), the vertical axis represents the etching thickness (nm), and the temperature T is 1200. In ° C., open circles indicate that the SiO 2
This is the case where heat treatment is performed so as to face the facing surface.
This shows a case where the heat treatment is performed with the i-base material facing the SiO 2 facing surface.

【0071】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。
As shown in FIG. 3, at the same time, when the heat treatment was performed with the SiO 2 substrate indicated by the white circle facing the Si-facing surface, the Si substrate indicated by the black circle was opposed to the SiO 2 -facing surface. The amount of etching is larger than that in the case where the etching is performed by the etching. In other words, when heat treatment is performed with SiO 2 and Si facing each other, the SiO 2 is removed by etching thicker.

【0072】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/cm
2 )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。
FIG. 4 shows a structure in which the opposite surface is made of SiO.Two No
And the opposite surface is SiOTwo Si etching
In, the Si surface and SiOTwo Each side of the surface is etch
FIG. 3 shows the number of Si atoms removed by
The horizontal axis indicates the etching time.
The vertical axis represents the number of atoms of Si removed (atoms / cm
Two ), In which white circles, triangles, and squares represent SiOTwo 
The black circles, triangles, and squares indicate the Si surface.

【0073】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。
As shown in FIG. 4, when the etching amount of the silicon oxide surface and the single-crystal silicon surface shown in FIG. 3 was converted into the number of silicon atoms, the results were almost the same as shown in FIG. . When heat treatment was performed with Si and SiO 2 facing each other, it was found that almost the same amount of Si atoms was lost from both surfaces.

【0074】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。
That is, the etching rate of silicon is increased by the interaction with the opposing silicon oxide surface, and the reaction formula is as follows, and silicon and silicon oxide react 1: 1.

【0075】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。
Si + SiO 2 → 2SiO Further, the etching rate of Si is affected by the distance from the opposing surface. When silicon is disposed on the facing surface, the etching speed is suppressed as the distance between the surfaces is reduced. On the other hand, when silicon oxide was disposed as the opposing surface, it was found that the etching speed was increased as the distance between the surfaces became shorter.

【0076】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 +SiO 2 →2S
iO+H2 という反応がある。Si表面から解離したS
i原子が気相中を輸送され、酸化シリコン表面でSiO
2 と反応して飽和蒸気圧の高いSiOに転化される。S
iH2 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。
The reduction of the atmosphere gas represented by hydrogen is
Hydrogen etching rate when hydrogen is not included
It was significantly smaller than the case. That is, the speed increase
The presence of a reducing gas typified by hydrogen is
I am giving. When silicon and silicon oxide face each other,
Etching is performed by removing any surface material represented by hydrogen.
Reacts with the primary gas to reach the other surface and reacts
In response, both surfaces are etched. example
If Si + HTwo → SiHTwo , SiHTwo + SiO Two → 2S
iO + HTwo There is a reaction. S dissociated from Si surface
i atoms are transported in the gas phase and SiO 2
Two And converted into SiO having a high saturated vapor pressure. S
iHTwo Is consumed from time to time, so etching on the Si surface
Promoted. When Si is opposed to each other,
When the dissociated Si atoms reach the saturation concentration in the gas phase,
Subsequent reactions are governed by diffusion in the gas phase. this
Time, since the saturated concentration of dissociated Si is not high,
The speed is hardly increased.

【0077】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。S
iO 2 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。
On the other hand, SiO is used for Si.Two When facing
Si atoms dissociated from the Si surface are
Because it is consumed, the reaction proceeds further without being suppressed. S
iO Two Since SiO generated on the surface side has a high vapor pressure,
The reaction is rate-limiting compared to the case where Sis face each other.
Peg.

【0078】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。
Further, when the material of the surface facing the single crystal silicon film was silicon carbide, the etching amount of the single crystal silicon film was almost the same as when the facing surface was silicon. Similarly, when the material of the facing surface was silicon nitride, the etching amount of the single crystal silicon film was similarly suppressed as in the case where the facing surface was silicon.

【0079】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。
That is, when the Si film is heat-treated in a reducing atmosphere containing hydrogen, the opposite surface is not made of silicon oxide, but is made of a material mainly containing one of silicon, silicon and carbon, and silicon and nitrogen. Use a material that does not contain oxygen as its main component. In short, by forming the facing surface with a material that does not react with silicon via the atmosphere, the etching rate of the silicon film is reduced to at least 1/10 or less as compared with the case where silicon oxide is used as the facing surface. That is, the etching amount can be substantially reduced to zero.

【0080】(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。
(Heat Treatment Apparatus) A typical example of the heat treatment apparatus used in the present invention is as shown in FIG. 1, but various modifications may be made as described below.

【0081】図5は別の実施の形態による熱処理装置を
示す。
FIG. 5 shows a heat treatment apparatus according to another embodiment.

【0082】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。
In the apparatus shown in FIG. 5, a part of the gas containing hydrogen from the gas source 5 passes through the space between the base material W and the facing surface constituting member 3, that is, through the working space AS, to the exhaust pump 8. It is configured to flow.

【0083】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。
The method of arranging the base material W and the facing surface constituting member 3 is limited to being parallel to the longitudinal direction (horizontal direction in the figure) of the furnace tube constituting the furnace 1 as shown in FIG. It does not need to be done, and may be as shown in FIG. Alternatively, as described later, the base material W and the member 3 may be arranged in a horizontal furnace at an angle, or may be arranged upright.

【0084】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。
Further, a plurality of substrates W may be arranged in parallel in a furnace so as to be spaced apart from each other.

【0085】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。
FIG. 6 shows a heat treatment apparatus that can heat-treat such a plurality of substrates at once.

【0086】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。
The base material W1, whose surface is made of non-oxidized silicon,
W is arranged so that all of them face upward. At this time,
Since there is no facing surface on the surface of the base material W1 at the top,
Desired heat treatment is not performed on the surface of the substrate W1. Therefore, in this case, the base material W1 functions as a dummy base material. Except for the uppermost base material W1, the other base materials W are opposed to the back surface made of non-oxidized silicon of the base material W on which the upper surfaces are respectively located.
Annealed with little etching.

【0087】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。
When all the substrates W1 and W are arranged downward, the lowermost substrate is the dummy substrate.

【0088】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。
FIG. 6 shows a main part of the configuration of a so-called vertical furnace. If this is turned sideways, a horizontal furnace can be obtained in which a plurality of base materials can be annealed at once.

【0089】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。
The apparatus shown in FIG. 6 cannot anneal a plurality of substrates at once unless the substrate having the back surface made of non-oxidized silicon is processed.

【0090】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。
FIG. 7 shows an example in which the present invention can be applied to an SOI wafer having a silicon oxide film formed on the back surface or a substrate having silicon oxide on the back surface such as a substrate made of quartz glass. .

【0091】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。
That is, by interposing the opposing surface constituting member 31 at least the back surface of which is made of non-oxide silicon between the two base materials, the Si surface of the base material W2 is made of the back surface (the opposing surface) of the member 31 made of non-oxide silicon. 4).
With this configuration, the Si surface of the base material W2 is annealed without being etched.

【0092】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。
In FIG. 7, the shape of the member 31 is processed into a tray shape for holding the base material. However, the shape is not limited to such a shape and may be a simple plate shape. This member can be made of SiC, Si, or the like. Further, the surface of a base material made of quartz glass may be coated with Si, SiC, SiN or the like.

【0093】いずれの場合も対向面との距離が、直径1
00mm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。
In any case, the distance from the opposing surface is 1
In the case of a semiconductor substrate having a thickness of 00 mm or more, if the thickness is approximately 20 mm or less, and more preferably 10 mm or less, an effect of suppressing etching due to interaction with the facing surface material is obtained.

【0094】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。
The etching rate of silicon on the main surface (surface) of the substrate in the heat treatment step in a reducing atmosphere containing hydrogen is increased by the presence of oxidizing impurities such as moisture and oxygen contained in the atmosphere gas. Speeded up. If the flow rate of the atmospheric gas near the main surface is reduced to suppress the supply of moisture and oxygen, the amount of etching by these impurity gases decreases. In this way, the etching due to the mutual effect with the non-oxide silicon facing surface is suppressed. In particular, as shown in FIG. 8, the surface of the base material W installed in the furnace tube 1 is arranged so as to be orthogonal to the gas flows 11 and 14, and the opposing surface 4 made of non-oxidized silicon is separated by a distance. If the distance is set to 20 mm or less, the flow rate 12 of the atmospheric gas on the surface can be made substantially zero, and the etching effect by the opposed silicon oxide can be sufficiently obtained.

【0095】図8では、基材Wとして、シリコン基板2
1上に埋込み絶縁膜22とシリコンからなるSOI層2
3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。
In FIG. 8, a silicon substrate 2 is used as the base material W.
1. A buried insulating film 22 and an SOI layer 2 made of silicon
An example is shown in which an SOI substrate having an N.3 and an opposing surface component 3 made of a silicon substrate from which a natural oxide film has been removed are used.

【0096】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。
FIG. 9 is a modification of the heat treatment apparatus having the vertical furnace shown in FIG.

【0097】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。
The four base materials W and the dummy base material W1 are coaxially arranged and held on the projection of the boat 13 as a support.

【0098】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。
Here, an example is shown in which an Si substrate having no silicon oxide film formed on the front and back surfaces is used as the dummy base material W1, and an SOI substrate having no silicon oxide film formed on the back surface is used as the base material W. ing.

【0099】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。
Also in this example, the flow rate of the gas passing through the region (outer peripheral portion) excluding the cross-sectional area of the semiconductor substrate from the cross-sectional area of the furnace tube is 10 cc / min · cm 2 to 300 cc.
/ Min · cm 2 , the gas flow rate 12 in the direction parallel to the surface of the substrate W near the surface of the substrate W becomes smaller than the gas flow rate 11 in the direction perpendicular to the surface at the outer peripheral portion of the substrate W. Like that.

【0100】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/m
in・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。
Further, the flow rate 11 in the region (outer peripheral portion) excluding the cross-sectional area of the semiconductor base material from the cross-sectional area of the core tube is 30 cc / m.
in the in · cm 2 ~150cc / min · cm 2 or so, near the center of the flow rate 12 of gas on the surface of the substrate W may substantially zero.

【0101】図10は本発明による更に別の熱処理装置
を示す。
FIG. 10 shows still another heat treatment apparatus according to the present invention.

【0102】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、12
2,148はフランジである。126は密閉ふたであ
る。
This heat treatment apparatus includes an inner tube 31 having an inner surface made of non-oxidized silicon such as SiC, a furnace tube 132 made of quartz glass such as fused quartz, and a jacket having a surface made of non-oxidized silicon such as SiC. And a tube 145. 124, 125, 147 are O-rings, 12
Reference numeral 2148 denotes a flange. 126 is a closed lid.

【0103】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。
Then, the hydrogen-containing reducing gas is introduced into the space in which the wafer W is arranged from the lower inlet 105 through the flow path 141. This gas passes from the opening 135 through a check valve (136, 137) such as a check valve.
It flows into the flow path 142 between the core tube 132 and the inner tube 131. Then, the gas in the flow path 142 is exhausted from the exhaust port 106.

【0104】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。
The space 143 between the furnace tube 132 and the sealed mantle tube 145 has a lower purge gas inlet 146.
As a result, an inert gas such as He, Ar, Ne, N 2 , Ku, or Xe is introduced and exhausted from the upper purge gas exhaust port 144.

【0105】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。
The hydrogen gas does not come into contact with the silicon oxide heated to 1000 ° C. or higher until it is introduced into the high-temperature region of the space where the wafer W is placed. That is, since the heat barrier 109 made of foamed silica, which is silicon oxide, is outside the high-temperature heating area 150 by the heater 2, even if hydrogen gas is supplied through the flow path 141, almost no moisture is generated, and Incorporation into negligible is negligible.

【0106】高温加熱領域150内にあり且つ内管13
1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。
In the high temperature heating region 150 and the inner tube 13
1, the inner surface of the space in which the wafer is arranged, that is, the inner surface that is in contact with the high-temperature region, is entirely made of a non-oxidized silicon material such as SiC, so that the generation of moisture is also suppressed here.

【0107】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。
Since the gas in the inner pipe 131 is discharged from the opening 135 at the center of the pipe, a uniform gas flow can be obtained.

【0108】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1
31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。
Since the furnace tube is a sealed tube made of silicon oxide such as fused quartz, it has an excellent heat insulating effect and makes the temperature inside the high-temperature heating region 150 uniform. Also, inner tube 1
Even if hydrogen leaks from 31, it does not leak out of the furnace tube 132.

【0109】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。
Since the boat 13 for holding the wafer W also has a surface made of non-oxidized silicon such as SiC,
Does not generate moisture.

【0110】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。
With the sealed mantle tube 145 and the purge gas,
Metal impurities from the heater 2 are prevented from entering the inner tube.

【0111】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。
The upper part of the boat 13 is provided with a flat surface made of non-oxidized silicon such as SiC, which is opposed to the uppermost wafer W, and suppresses the etching of the uppermost wafer W.

【0112】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。
The back surface of the wafer W is shown on the back surface made of non-oxidized silicon by removing the oxide film to expose Si, or by covering it with a film of non-oxide silicon. In each of the heat treatment apparatuses described above, similarly to the apparatus of FIG.
For example, a material having a surface made of non-oxide silicon, for example, a material made of SiC, Si, SiN, or the like may be used instead of a material made of quartz glass or the like.

【0113】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。
As the heater 2, a resistance heater, a lamp heater, a high-frequency heater, or the like is used.

【0114】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。
Further, a load lock chamber for accommodating an inert gas and accommodating a wafer is attached to the furnace, and the inert gas in the load lock chamber is removed from the inert gas atmosphere in the furnace without exposing the furnace to an oxidizing atmosphere. It is preferable to load the wafer into the atmosphere.

【0115】(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。
(Method of Manufacturing SOI Substrate) Next, a method of manufacturing an SOI substrate using the heat treatment method of the present invention will be described.

【0116】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。
FIG. 11 shows a hydrogen implantation separation method, a PACE method,
Bonded SOI represented by epitaxial layer transfer method
4 shows a flowchart of a method for manufacturing a substrate.

【0117】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S
i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。
First, in step S1, a first base material is prepared. For example, Si with an insulating film having at least one surface oxidized
Hydrogen ions or rare gas ions are implanted into the wafer to form a separation layer (latent layer) at a predetermined depth. Or S
After the surface of the i-wafer is made porous, a non-porous Si layer is epitaxially grown.

【0118】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。
In the case of the PACE method, Si without an oxide film is used.
A wafer or a Si wafer whose surface has been oxidized is prepared.

【0119】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。
On the other hand, in step S2, a second base material is prepared. For example, a normal Si wafer whose surface is oxidized, a Si wafer from which a natural oxide film is removed, a quartz glass wafer, a metal substrate, and the like are prepared.

【0120】続いて、工程S3では、上記工程S1,S
2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。
Subsequently, in step S3, the above steps S1, S
The first and second base materials prepared in 2 are bonded directly or indirectly via an adhesive layer therebetween.

【0121】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。
At this time, it is better if at least one of the bonding surface of the first base material and the bonding surface of the second base material is formed of an insulator. Needless to say, when a substrate other than the SOI structure is manufactured.

【0122】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。
Furthermore, before bonding, the bonding surface made of an insulator may be irradiated with ions of hydrogen, oxygen, nitrogen, or a rare gas to activate the bonding surface.

【0123】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。
Next, in step S4, the first
And removing a part (unnecessary part) of the first base material from the second base material (assembly). The removal method is roughly divided into 2
There are various types, and one is a method of removing a part of the first base material from the back surface of the first base material by grinding and / or etching or the like. The other is a method of separating the back side portion and the front side portion of the first base material in the separation layer formed on the first base material. According to the latter method, since the unnecessary portion maintains the wafer shape, it can be used again as the first base material or the second base material. As a separation method,
There are a method of heat treatment, a method of spraying a fluid composed of a liquid or a gas on the side surface of the assembly, and a method of mechanically peeling off.

【0124】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0.2n
m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。
The surface of the silicon layer (SOI layer) of the assembly (SOI substrate) from which unnecessary portions have been removed has voids caused by the implanted ions, holes in the porous body, irregularities caused by grinding, etching, and the like. Has a rough surface. Therefore, in step S5, the upper layer portion of the roughened silicon layer is smoothed by performing the above-described heat treatment (hydrogen annealing). Thereby, the surface roughness is 0.2 n
m or less (1 μm square area). By optimizing the conditions, the surface can be made 0.15 nm or less, and even 0.1 nm or less.

【0125】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。
FIG. 12 shows an SOI represented by the SIMOX method.
4 shows a flowchart of a method for manufacturing a substrate.

【0126】まず、工程S11では、出発物質としてS
iウエハを用意する。
First, in step S11, S as a starting material
Prepare an i-wafer.

【0127】次に工程S12では、例えば加速電圧10
0keV〜300keV、2×10 17cm-2〜4×10
18cm-2程のドーズ量で酸素イオンを打ち込む。
Next, in step S12, for example, an acceleration voltage of 10
0 keV to 300 keV, 2 × 10 17cm-2~ 4 × 10
18cm-2Oxygen ions are implanted at a moderate dose.

【0128】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。
In step S13, the wafer into which oxygen ions have been implanted is heat-treated at a temperature of 1000 ° C. to 1400 ° C. to form a buried oxide film.

【0129】次いて、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。
Next, in step S14, if an oxide film is formed on the surface of the SOI layer, the surface oxide film is removed.

【0130】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。
The surface of the SOI layer of the SOI substrate thus obtained is caused by oxygen ion implantation (step S12) and formation of a buried oxide film (step S13) even when a polished wafer is used as a starting material. The surface has irregularities. Therefore, in step S15, the above-described heat treatment (hydrogen annealing) is performed to remove the upper layer portion having the unevenness of the SOI layer. At this time, the surface of the SOI layer after being etched by the smoothing effect has a smooth surface having an Rrms of 0.4 nm or less in a 1 μm square area and an Rrms of 1.5 nm or less in a 50 μm square area.

【0131】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。
[0131] Of the above-described methods for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, a process for manufacturing an SOI substrate using a hydrogen implantation separation method will be described in more detail with reference to FIG.

【0132】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-2〜1×1019
-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。
In step S21, Si as the first base material
At least the surface of the wafer 31 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer to be the buried insulating film 22, and a dose of 1 × 10 16 cm −2 to 1 × 10 19 c of hydrogen ions or rare gas ions is applied.
Ion implantation is performed at m −2 and an acceleration voltage of 10 keV to 500 keV. In addition to using the ion implantation apparatus, a method of implanting ions into the wafer from the plasma of hydrogen or a rare gas using the potential difference between the plasma and the wafer can be used as the ion implantation method. Thus, the separation layer 32 is formed.

【0133】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。
In step S22, another Si substrate 21 as a second base material is prepared, and if necessary, the natural oxide film on the bonding surface is removed, and the Si surface and the surface of the insulating film 22 are removed. Paste. Thus, an assembly in which the two Si substrates are bonded to each other is completed.

【0134】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。
In step S23, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere, and the assembly is separated in the separation layer 32. If a high-pressure fluid (for example, a liquid or a gas) is applied to the side surface of the assembly for separation, the separation layer becomes a weak layer having relatively low mechanical strength. The wafer 31 is separated (separated) from the assembly while remaining on the wafer.

【0135】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。
Alternatively, when heat treatment in an oxidizing atmosphere is performed at a high temperature of 500 ° C. or higher at the same time as or after the bonding step, hydrogen ions, nitrogen ions, or rare gas ions may be generated in the separation layer. The microbubbles grow, and the wafer 31 is separated from the assembly while the silicon film 22 remains on the wafer 21.

【0136】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。
The wafer 31 thus separated / removed from the assembly maintains the wafer shape although the thickness is reduced by the thickness of the silicon film 23. Can be used as material. In the case of reuse, a single-crystal silicon film may be grown by epitaxial growth after polishing the surface exposed by separation.

【0137】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。
The surface of the silicon film 25 after the separation is a rough surface having irregularities caused by microbubbles (microvoids). Therefore, in step S24, as described above, heat treatment is performed in a hydrogen-containing reducing atmosphere with the planes made of non-oxide silicon opposed to smooth the upper layer of the silicon film 25 having a rough surface.

【0138】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。
In the example of FIG. 13, since the wafer 21 has the silicon oxide film 24 on the back surface by the heat treatment in the oxidizing atmosphere, the silicon oxide film 24 remains on the back surface of the SOI substrate after the step S23. I have. Therefore, with the surface of the silicon film 25 being masked, the silicon oxide film is removed with an etchant such as hydrofluoric acid. Thereafter, a plurality of SOI substrates can be etched at the same time by the present invention using the apparatus shown in FIGS.

【0139】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。
Alternatively, the heat treatment for bonding is performed in a non-oxidizing atmosphere, and the back oxide film 24 is simultaneously formed during the bonding process.
If the natural oxide film is removed before hydrogen annealing, the back surface becomes non-oxide silicon.

【0140】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。
Next, a method for manufacturing a semiconductor substrate using the epitaxial layer transfer method will be described in more detail.

【0141】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50〜2
0%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/c
3 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。
As shown in FIG. 14, first, in step S31,
A substrate 31 made of a single crystal of Si is prepared as a first base material, and a layer 33 having a porous structure is formed at least on a main surface side. Porous Si can be formed by anodizing a Si substrate in an HF solution. The porous layer has a sponge-like structure in which pores having a diameter of about 10 -1 nm to 10 nm are arranged at intervals of about 10 -1 nm to 10 nm. The density of the HF solution is 50 to 2 compared to the density of single crystal Si of 2.33 g / cm 3.
0 to 0.6%, changing the alcohol addition ratio, or changing the current density to 2.1 to 0.6 g / c.
m 3 . If the specific resistance and the electric conductivity type of the portion to be made porous are modulated in advance, the porosity can be changed based on this. In the p-type, under the same anodizing conditions, the specific degenerate substrate (P ) has a smaller pore diameter but a higher pore density by about one digit and higher porosity than the degenerate substrate (P + ).
That is, the porosity can be controlled by changing these conditions, and is not limited to any one of the methods. The porous layer 33 may be either a single layer or a structure in which a plurality of layers having different porosity are stacked. If the ion implantation is performed so that the projection range is included in the porous layer formed by anodization, bubbles are formed in the porous pore walls near the projection range, and the porosity can be increased. The ion implantation may be performed before or after the formation of the porous layer by anodization. Further, the porous layer 33
It may be after the single crystal semiconductor layer structure is formed thereon.

【0142】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。
Next, in step S32, at least one layer of a non-porous single crystal semiconductor is formed on the porous layer 33. The nonporous single crystal semiconductor layer 23 is arbitrarily selected from a single crystal Si layer formed by epitaxial growth, a layer in which the surface layer of the porous layer 33 is made nonporous, and the like. Further, when the silicon oxide layer 22 is formed on the single crystal Si layer 33 by a thermal oxidation method, the interface between the single crystal silicon layer and the buried oxide film can be an interface formed by thermal oxidation with a small interface state. Is preferred. In step S33, the main surface (bonding surface) of the semiconductor substrate on which the non-porous single-crystal Si layer 23 is formed is brought into close contact with the surface (bonding surface) of the second substrate 21 at room temperature. Before the contact, it is desirable to wash to remove deposits and foreign substances on the surface. The second substrate can be selected from Si, a substrate in which a Si oxide film is formed on a Si substrate, a light-transmitting substrate such as quartz, sapphire, etc., but is not limited thereto. The surface to be provided may be sufficiently flat and smooth. FIG. 13 shows a state in which the second substrate and the first substrate are bonded to each other with the insulating layer 22 interposed therebetween; however, the insulating layer 22 may not be provided.

【0143】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。
At the time of bonding, the insulating thin plate is
It is also possible to bond three sheets of scissors between the second substrate and the second substrate.

【0144】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。
Subsequently, the unnecessary portion on the back side of the first substrate 31 and the porous layer 33 are removed to remove the non-porous single-crystal Si layer 23.
Is expressed. This includes, but is not limited to, the two methods described above.

【0145】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S3
4)。
In the first method, the first substrate 21 is removed from the back side to expose the porous layer 33 (step S3).
4).

【0146】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)。
Subsequently, the porous layer 33 is removed to expose the non-porous single-crystal silicon layer 23 (Step S35).

【0147】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。
The removal of the porous layer is preferably performed by selective etching. At least mixture using the porous silicon containing hydrofluoric acid and hydrogen peroxide to non-porous single-crystal silicon, 10 5 fold selective etching. A surfactant may be added to the above-described etching solution to prevent air bubbles from adhering. Particularly, an alcohol such as ethyl alcohol is preferably used. If the porous layer is thin, this selective etching may be omitted.

【0148】第2の方法では、分離層となる多孔質層3
3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。
In the second method, the porous layer 3 serving as a separation layer is used.
The substrate is separated in 3 to obtain a state as in step S34 in FIG. As a method of separation, a method of applying an external force such as pressurizing, pulling, shearing, wedge, or the like; a method of applying ultrasonic waves; a method of applying heat; A method of heating in a pulsed manner to apply thermal stress or soften;
There is a method of ejecting a fluid such as a water jet or a gas jet, but the present invention is not limited to this method.

【0149】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。
The separation layer desirably has at least two layers having different porosity.

【0150】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。
Subsequently, in step S35, the porous layer 33 remaining on the surface side of the second substrate 21 is removed by etching. The porous etching method is the same as the method of exposing the porous layer 33 by etching. If the porous silicon layer 33 remaining on the second substrate 21 side is extremely thin and has a uniform thickness, wet etching of the porous layer with hydrofluoric acid and hydrogen peroxide need not be performed.

【0151】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。
Subsequently, in step S36, a heat treatment is performed in a reducing atmosphere containing hydrogen to anneal the upper layer portion 25 having the irregularities of the single crystal Si layer 23. At this time, it is possible to simultaneously reduce the boron concentration in the single crystal silicon layer and smooth the surface.

【0152】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。
In the semiconductor substrate obtained by the present invention, a single-crystal Si film 23 is flattened and uniformly thinned on the second substrate 21 with the insulating layer 22 interposed therebetween, and formed over a large area over the entire substrate. Have been. The semiconductor substrate obtained in this way can be suitably used from the viewpoint of producing an insulated electronic element.

【0153】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。
The separated first Si single crystal substrate 31 is subjected to removal of the porous layer remaining on the separation surface and, if the surface smoothness is unacceptably rough, the surface is smoothed. By doing so, the substrate can be used again as the first Si single crystal substrate 31 or the next second substrate 21.

【0154】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。
In the example shown in FIG. 13, no silicon oxide is formed on the back surface of the substrate 21. When the substrate 21 itself is made of silicon oxide like fused quartz, the silicon film 23 is masked after the step S35 to form a film of Si, SiC, SiN or the like on the back surface, or a silicon oxide tray is used. Hydrogen annealing.

【0155】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。
FIG. 15 schematically shows the state of the silicon surface before and after the heat treatment according to the present invention.

【0156】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。
W3 shows a cross section of the base material before the heat treatment according to the present invention, and W4 shows a cross section of the base material after the heat treatment.

【0157】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SiH
2 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。
When silicon does not face silicon oxide
In the case, SiH generated from the silicon surfaceTwo Represented by
Since gas components containing silicon are not consumed, saturated steam
When the pressure is reached, the gasification reaction of silicon,
Ringing is suppressed. Gas flow velocity near silicon film
By reducing the size, SiH generated from the silicon surface
Two High vapor pressure of silicon-containing gas components such as
Thus, etching of silicon can be suppressed.

【0158】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0.07n
m〜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。
Before heat treatment, when a 1 μm square area was observed with an atomic force microscope, a rough surface having a mean square roughness (Rrms) of about 0.2 nm to 20 nm was smoothed by the etching according to the present invention. Rrms is 0.07n
m to about 0.15 nm. This is a value equivalent to a polished Si wafer or a surface that is even smoother.

【0159】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。
In FIG. 15, h indicates a height difference (peak to valley), and p indicates a period.

【0160】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。
When the surface of the base material is smoothed by polishing or the like, the thickness t of the film 23 decreases. On the other hand, according to the present invention, the etching rate can be set to about 0.01 nm at 1150 ° C. Can be regarded as almost none.

【0161】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。
According to the present invention, the surface roughness is smoothed by at least about 1/3, more preferably by about 1/100. Even on a silicon surface on which large irregularities with p of several nm to several hundred nm are observed, at least a level difference is lower than that value, for example, 2 nm or less, more preferably 0.4 nm or less by heat treatment. You can also.

【0162】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。
This phenomenon is considered to be surface reconstruction. That is, on the rough surface, there are countless ridge portions having high surface energy, and many surfaces having higher plane orientations are exposed on the surface as compared with the plane orientation of the crystal layer. Is higher than the surface energy depending on the plane orientation of the single crystal surface. In the heat treatment in a reducing atmosphere containing hydrogen, for example, the surface Si is reduced by the reducing action of hydrogen.
It is considered that the energy barrier of the movement of the atoms is lowered, and the Si atoms excited by the thermal energy move to form a flat or smooth surface having a low surface energy. As the plane orientation of the single crystal surface has a lower index, the flattening / smoothing according to the present invention is promoted.

【0163】(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、1
100℃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30
0nm±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。
Example 1 Epitaxial Layer Transfer Method / Horizontal Furnace / Opposed Surface Si A (100) -oriented 6-inch wafer surface made of boron-doped Si having a specific resistance of 0.015 Ωcm was treated with 49% HF and ethyl alcohol in a ratio of 2: Anodizing was performed in the solution mixed in Step 1 to form porous silicon with a thickness of 10 μm on the surface of the wafer. This silicon wafer was heat-treated at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. This forms an ultra-thin oxide film on the surface of the porous layer and on the inner wall surface of the pore. Thereafter, the porous layer was immersed in a 1.25% HF aqueous solution for 30 seconds to remove the ultra-thin oxide film formed on the surface of the porous layer and on the inner wall surface of the hole near the surface, and then thoroughly washed with water and dried. Subsequently, this silicon wafer was set in an epitaxial growth apparatus, and 1
Heat treatment was performed in a hydrogen atmosphere at 100 ° C. to almost seal the pores on the surface of the porous silicon. Subsequently, by adding dichlorosilane as a silicon source gas to the hydrogen gas, a single crystal silicon film was formed on the porous silicon by an average of 30 μm.
It was formed with a thickness of 0 nm ± 5 nm. The silicon wafer was taken out of the epitaxial growth apparatus, placed in an oxidation furnace, and the surface of the single crystal silicon film was oxidized by a combustion gas of oxygen and hydrogen to form a 200 nm silicon oxide film.
As a result of the oxidation, the thickness of the single crystal silicon film became 210 nm. This silicon wafer and a second silicon wafer prepared separately were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after forming a clean surface (bonding surface), the wafers were bonded together. The bonded silicon wafer assembly was placed in a heat treatment furnace and subjected to a heat treatment at 1100 ° C. for 1 hour to increase the bonding strength of the bonded surface. The atmosphere for the heat treatment was a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen. The back surface of this silicon wafer assembly on the side of the first silicon wafer was ground to expose porous silicon. The porous silicon was immersed in a mixed solution of HF and hydrogen peroxide to remove the porous silicon by etching, and was thoroughly cleaned by wet cleaning. The single crystal silicon film was transferred onto a second silicon wafer together with the silicon oxide film, and an SOI wafer was manufactured.

【0164】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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1
0.1nm、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。
The thickness of the transferred single crystal silicon is set to in-plane 1
When each was measured at a lattice point of 0 mm, the average of the film thickness was 210 nm and the variation was ± 5 nm. When the surface roughness was measured at 256 × 256 measurement points in a range of 1 μm square and 50 μm square with an atomic force microscope, the surface roughness was 1 in terms of mean square roughness (Rrms).
0.1 nm and 9.8 nm. Further, when the boron concentration was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the boron concentration in the single crystal silicon film was 1.2 × 10 18
/ Cm 3 .

【0165】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。
After removing the silicon oxide formed on the back surface of the SOI wafer by etching with hydrofluoric acid or the like in advance, the SOI wafer was set in a horizontal heat treatment furnace having a cylindrical furnace tube made of fused quartz. Gas flows from one of the core tubes to the other. SOI wafers were tested for placement as follows.

【0166】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。
FIG. 16 is a schematic view showing the manner of installation. In FIG. 16, reference numeral 21 denotes a second silicon wafer as a support substrate, 22 denotes a silicon oxide film as a buried insulating film, and 23 denotes a silicon film. Is a single crystal silicon film. Sample A: FIG. 16 (a): One SOI wafer was set horizontally in the furnace; Sample B: FIG. 16 (b): One SOI wafer was set horizontally in the furnace, and the surface was oxidized above the SOI wafer Installed silicon wafers without film facing each other. Sample C, C ': FIG. 16 (c): Two SOI wafers were installed in parallel in a furnace at an angle; Samples D, D': FIG. 16 (d): SOI wafer Samples E and E ': two sheets are arranged so that the surfaces of the single-crystal silicon films 23 face each other, and the center of the wafer is on the center line of the furnace and perpendicular to the center line. 16 (e): The two SOI wafers are directed in parallel with the single crystal silicon film 23 in the upstream direction of the flow in the furnace so that the centers of the wafers are at equal intervals in parallel with the center line of the furnace. The wafer was set in a furnace 1 using a jig (not shown) made of SiC in each case.

【0167】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。
After the atmosphere in the furnace was replaced with hydrogen, the temperature was raised to 1100 ° C., maintained for 4 hours, lowered again, the gas atmosphere was replaced with nitrogen, the wafer was taken out, and the single crystal silicon film was removed. Was measured again. The film thickness reduction was as follows. The flow rate was 5 slm. The film thickness was measured on grid points at 10 mm intervals in the plane and averaged.

【0168】 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。
Etching Amount Thickness Variation Sample A: 15.2 nm 193.8 nm ± 9 nm Sample B: 3 nm 206 nm ± 5.2 nm Sample C: 10.4 nm 199.1 nm ± 8 nm (upstream wafer) Sample C ′: 1. 7 nm 208 nm ± 5 nm (downstream wafer) Sample D: 1.4 nm 208.3 nm ± 5 nm (upstream wafer) Sample D ′: 1.2 nm 208.5 nm ± 5.1 nm (downstream wafer) Sample E: 12.4 nm 197.3 nm ± 8.5 nm (upstream wafer) Sample E ′: 1.1 nm 208.7 nm ± 5 nm (downstream wafer) The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer is the same for all wafers when silicon is used as the facing surface. And 2 nm or less. On the other hand, in the comparative example, that is, when silicon is not prepared as the material of the opposing surface, and the inner surface of the cylindrical fused silica furnace tube is substantially the opposing surface, ie, samples A and C (upstream side) and E (upstream side) Had an etching amount exceeding 10 nm. That is,
By making the material of the facing plane silicon
The amount of etching was suppressed to at least 1/5 or less as compared with the case where there was no opposing surface of non-oxide silicon. The thickness variation was not deteriorated as compared to before the heat treatment.

【0169】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope. The average square roughness (Rrms) was 1 μm square 50 μm square Sample A: 0.11 nm 0.35 nm Sample B: 0.13 nm 0.36 nm Sample C ': 0.11 nm 0.33 nm Sample D: 0.13 nm 0.35 nm (upstream) Sample D': 0.13 nm 0.35 nm (downstream) Sample E ': 0.12 nm 0.32 nm commercial Si wafer 0.13 nm 0.31 nm (reference) and commercial bulk Si silicon wafer (polished)
It was smoothed to the same level.

【0170】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。
The boron concentration in the single-crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment, and was found to be 5 × 10 15 / cm 3 or less. Had been reduced to

【0171】(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0.01
7Ωcm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、SO
Iウエハが作製された。
Example 2 Epitaxial Layer Transfer Method / Vertical Furnace / Various Boats / Backside Oxide Film Stripping Specific Resistance 0.01
The surface of an 8-inch Si wafer of (100) orientation made of boron-doped Si of 7 Ωcm is anodized in a solution in which 49% HF and ethyl alcohol are mixed at a ratio of 2: 1 to form porous silicon with a thickness of 10 μm on the surface of the wafer. did. After heat treating this silicon wafer at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere, it is immersed in a 1.25% HF aqueous solution for 30 seconds to remove the ultra-thin oxide film formed on the porous surface and in the vicinity of the surface, and then thoroughly washed with water. And dried. Subsequently, the silicon wafer was set in an epitaxial growth apparatus and heat-treated in a hydrogen atmosphere at 1100 ° C. while adding a very small amount of silane gas, thereby almost completely sealing the pores on the surface of the porous silicon. Subsequently, a single crystal silicon film was formed on the porous silicon with an average thickness of 310 nm ± 5 nm by adding dichlorosilane as a silicon source gas to hydrogen gas. The silicon wafer was taken out of the epitaxial growth apparatus, placed in an oxidation furnace, and the surface of the single crystal silicon film was oxidized by a combustion gas of oxygen and hydrogen to form a 200 nm silicon oxide film. As a result of the oxidation, the thickness of the single crystal silicon film became 210 nm. This silicon wafer and the second silicon wafer having a 200 nm silicon oxide film formed on the entire surface by thermal oxidation were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after forming a clean surface, the wafers were bonded together. The bonded silicon wafer set was placed in a heat treatment furnace and heat-treated at 1100 ° C. for 1 hour to increase the bonding strength of the bonded surfaces. The atmosphere of the heat treatment was heated in a mixture of nitrogen and oxygen, replaced with a combustion gas of oxygen and hydrogen, kept at 1100 ° C. for 1 hour, and cooled in a nitrogen atmosphere. The back surface of this silicon wafer assembly on the side of the first silicon wafer was ground to expose porous silicon. The porous silicon was immersed in a mixed solution of HF and hydrogen peroxide to remove the porous silicon by etching, and was thoroughly cleaned by wet cleaning. The single crystal silicon film is transferred together with the silicon oxide film onto the second silicon wafer,
An I wafer was made.

【0172】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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1
0.1nm、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。
The thickness of the transferred single crystal silicon is set to in-plane 1
When measured at lattice points of 0 mm, the average of the film thickness was 210 nm and the variation was ± 7 nm. When the surface roughness was measured at 256 × 256 measurement points in a range of 1 μm square and 50 μm square with an atomic force microscope, the surface roughness was 1 in terms of mean square roughness (Rrms).
0.1 nm and 9.8 nm. Further, when the boron concentration was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the boron concentration in the single crystal silicon film was 1.2 × 10 18
/ Cm 3 .

【0173】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。
After removing the silicon oxide film on the back surface of these SOI wafers by etching with hydrofluoric acid in advance, the silicon oxide film was set in a vertical heat treatment furnace having a furnace tube made of fused quartz as shown in FIG. The gas flows downward from the upper part of the furnace.

【0174】対向面構成部材3として市販のバルクSi
8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。
As the facing surface constituting member 3, commercially available bulk Si
An 8-inch wafer was used. As shown in FIG. 9, the wafer W is placed horizontally so that the silicon on the back surface of one SOI wafer faces the SOI layer surface of another SOI wafer at intervals of about 6 mm, and the center of the wafer and the core tube 1 It was set on a boat 4 made of SiC so that the center lines coincided with each other, and an 8-inch bulk Si wafer 3 was arranged at the same interval on the top SOI wafer. After the atmosphere in the furnace was replaced with hydrogen, the temperature in the furnace was raised to 1100 ° C., maintained for 4 hours, then lowered again, and the wafer was taken out.
The layer thickness was measured again. The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer was 1 nm or less in all the wafers.

【0175】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Si
Cにすることが好ましい。
On the other hand, when a similar experiment was attempted by replacing the boat supporting the wafer with a quartz glass boat, the etching amount at the center of the wafer was 1 nm or less as in the case of the SiC boat. In some wafers W, the etching amount near the position supported by the boat was as large as 8 nm at the maximum. That is, the boat material has a non-oxidized silicon surface, for example, Si
C is preferred.

【0176】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。
On the other hand, if the silicon oxide film on the back surface of the wafer was not peeled off before the heat treatment, and the surface facing the SOI layer was made of silicon oxide, and the heat treatment was performed in the same hydrogen atmosphere as above, the SOI wafer The amount of decrease in the thickness of the SOI layer facing the silicon wafer was as large as about 9 nm, and only the SOI wafer facing the top silicon wafer had an etching amount of 1 nm or less. That is, by using silicon as the material of the facing surface, the etching amount was suppressed to about 1/10.

【0177】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。
FIG. 17 shows the result. FIG. 17 is a diagram showing the position dependence of the amount of decrease in the thickness of the SOI layer by the heat treatment of the present embodiment in the furnace tube. The horizontal axis indicates the arrangement position (order from the top) of the wafer in the furnace tube, and the vertical axis indicates the amount of decrease in the film thickness (nm) due to the heat treatment. Reference F indicates data in the case where the back surface oxide film of the SOI wafer is removed in advance and the SOI layer is arranged so as to face the back surface made of silicon of another SOI wafer based on this example. As a comparative example, without removing the backside oxide film of the SOI wafer,
The case where the SOI layer is disposed so as to face the back surface oxide film of another SOI wafer is shown. Since a silicon wafer (dummy wafer) arranged to secure the uniform temperature of the furnace is arranged on the first SOI wafer, the front surface of the SOI wafer faces silicon on the back surface of the silicon wafer. ing.

【0178】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。
As is clear from FIG. 17, when the silicon oxide on the back surface is not removed, only the SOI wafer located at the top of the SOI wafer and facing the back surface of the Si wafer has a thickness reduction of 1 nm or less. However, the amount of decrease in the thickness of the SOI layer of another SOI wafer was about 10 nm.

【0179】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope, and the mean square roughness Rrms was 0.11 nm at 1 μm square and 0.1 mm at 50 μm square.
It was 35 nm, which was as smooth as a commercial silicon wafer. The boron concentration in the single crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment, and was found to be 5 × 10 15 / cm 3 or less, which was a level sufficient for device fabrication. I was

【0180】(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、1.2
5%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21
0nm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。
Example 3 Epitaxial Layer Transfer Method / Vertical Furnace / SiC Tray The surface of an (100) -oriented 8-inch Si wafer made of boron-doped Si having a specific resistance of 0.017 Ωcm was treated with 49% HF and ethyl alcohol in a ratio of 2: Anodizing was performed in the solution mixed in Step 1 to form porous silicon with a thickness of 10 μm on the surface of the wafer. After heat-treating this silicon wafer at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere,
It was immersed in a 5% HF aqueous solution for 30 seconds to remove the ultra-thin oxide film formed on the porous surface and in the vicinity of the surface, and then thoroughly washed with water and dried. Subsequently, the silicon wafer was set in an epitaxial growth apparatus and heat-treated in a hydrogen atmosphere at 1100 ° C. while adding a very small amount of silane gas, thereby almost completely sealing the pores on the surface of the porous silicon. Subsequently, a single crystal silicon film was formed on the porous silicon with an average thickness of 310 nm ± 5 nm by adding dichlorosilane as a silicon source gas to hydrogen gas. The silicon wafer was taken out of the epitaxial growth apparatus, placed in an oxidation furnace, and the surface of the single crystal silicon film was oxidized by a combustion gas of oxygen and hydrogen to form a 200 nm silicon oxide film. As a result of the oxidation, the thickness of the single crystal silicon film is 21
It became 0 nm. This silicon wafer and the second silicon wafer having a 200 nm silicon oxide film formed on the entire surface by thermal oxidation were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after forming a clean surface, the wafers were bonded together. The bonded silicon wafer assembly is placed in a heat treatment furnace and subjected to heat treatment at 1100 ° C. for 1 hour.
The bonding strength of the bonding surface was increased. The atmosphere of the heat treatment was heated in a mixture of nitrogen and oxygen, replaced with a combustion gas of oxygen and hydrogen, kept at 1100 ° C. for 1 hour, and cooled in a nitrogen atmosphere. The back surface of this silicon wafer assembly on the side of the first silicon wafer was ground to expose porous silicon. The porous silicon was immersed in a mixed solution of HF and hydrogen peroxide to remove the porous silicon by etching, and was thoroughly cleaned by wet cleaning. The single crystal silicon film was transferred onto a second silicon wafer together with the silicon oxide film, and an SOI wafer was manufactured.

【0181】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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1.2×10
18/cm3 であった。
The thickness of the transferred single-crystal silicon is set to in-plane 1
When each was measured at a lattice point of 0 mm, the average of the film thickness was 210 nm and the variation was +/− 7 nm. Also,
When the surface roughness was measured at 256 × 256 measurement points in a range of 1 μm square and 50 μm square with an atomic force microscope, the surface roughness was 10.1 nm and 9.8 nm as mean square roughness (Rrms), respectively. Was. When the boron concentration was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the boron concentration in the single crystal silicon film was 1.2 × 10
18 / cm 3 .

【0182】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S
OI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。
All of these SOI wafers were placed on a SiC tray as shown in FIG. 7 and placed in a vertical heat treatment furnace comprising a fused quartz furnace tube as shown in FIG. The gas flows downward from the upper part of the furnace. The wafer is horizontal and 1
The back of the SiC tray on which one SOI wafer is
The OI wafer is placed on a SiC boat so as to face the SOI layer surface of the OI wafer at an interval of about 6 mm, and the center of the wafer coincides with the center line of the furnace tube. Also, commercially available silicon wafers placed on a tray made of SiC were arranged at the same interval. After replacing the atmosphere in the furnace with hydrogen, the temperature was raised to 1180 ° C., and maintained for 1 hour. Then, the temperature was lowered again, the wafer was taken out, and the thickness of the SOI layer was measured again. The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer was 1 nm or less in all the wafers.

【0183】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。
On the other hand, when an SiO 2 tray was used instead of the SiC tray, and the surface facing the SOI layer was made of silicon oxide, and heat treatment was performed in the same hydrogen atmosphere as above, the SOI wafer faced. The thickness reduction of the SOI layer was as large as about 40 nm.

【0184】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。
Even when the silicon oxide on the back surface of the SOI wafer is not removed, the SOI wafer is placed on the SiC tray,
By making the opposite surface of the SOI wafer SiC, the amount of decrease in film thickness could be suppressed.

【0185】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured by an atomic force microscope, and the mean square roughness (Rrms) was 0.11 nm at 1 μm square and 0.30 nm at 50 μm square. It was smoothed to the same level as a wafer. The boron concentration in the single crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment, and was found to be 5 × 10 15 / cm 3 or less, which was a level sufficient for device fabrication. I was

【0186】(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2
00nm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。
Example 4 Method of Transferring WJ Separated Epitaxial Layer The surface of an 8-inch (100) -oriented Si wafer made of boron-doped Si having a specific resistance of 0.017 Ωcm was set to 49.
Anodizing was performed in a solution of 2% HF and ethyl alcohol in a ratio of 2: 1 to form porous silicon with a thickness of 6 μm on the surface of the wafer. At this time, by changing the current, a high porosity layer having a thickness of 1 μm and a porosity of about 60% and a low porosity layer having a thickness of 5 μm and a porosity of 20% were formed thereon. After heat-treating this silicon wafer at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere, it was immersed in a 1.25% HF aqueous solution for 30 seconds to form an ultra-thin film formed on the surface of the low-porosity porous layer and on the inner wall surface of the hole near the surface After removing the oxide film, it was thoroughly washed with water and dried. Subsequently, the silicon wafer was set in an epitaxial growth apparatus and heat-treated in a hydrogen atmosphere at 1100 ° C. while adding a very small amount of silane gas, thereby almost completely sealing the pores on the surface of the porous silicon. Subsequently, dichlorosilane or silane was added as a silicon source gas to the hydrogen gas to form a single crystal silicon film on the porous silicon with an average thickness of 310 nm ± 5 nm.
The silicon wafer is taken out of the epitaxial growth apparatus, placed in an oxidation furnace, and the surface of the single crystal silicon film is oxidized by a combustion gas of oxygen and hydrogen to form a silicon oxide film.
00 nm was formed. As a result of the oxidation, the thickness of the single crystal silicon film became 210 nm. This silicon wafer and the second silicon wafer having a 200 nm silicon oxide film formed on the entire surface by thermal oxidation were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after forming a clean surface, the wafers were bonded together. The bonded silicon wafer assembly was placed in a heat treatment furnace and subjected to a heat treatment at 1100 ° C. for 1 hour to increase the bonding strength of the bonded surface. The atmosphere of the heat treatment was heated in a mixture of nitrogen and oxygen, replaced with a combustion gas of oxygen and hydrogen, kept at 1100 ° C. for 1 hour, and cooled in a nitrogen atmosphere. A high-pressure water jet was applied to the side surface of the silicon wafer assembly by a water jet, and the silicon wafer assembly was separated in a high-porosity porous layer by a fluid wedge to expose the porous layer. It was immersed in a mixed solution of HF and hydrogen peroxide solution to selectively remove residual porous silicon by etching, and was thoroughly washed by wet washing. The single crystal silicon film was transferred onto a second silicon wafer together with the silicon oxide film, and an SOI wafer was manufactured.

【0187】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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1.2×10 18/c
3 であった。
The thickness of the transferred single-crystal silicon is set to in-plane 1
The average of the film thickness was measured at each of the 0 mm grid points.
Was 210 nm and the variation was ± 7 nm. Also the surface
Roughness in the range of 1 μm square and 50 μm square by atomic force microscope
About 256 × 256 measurement points
And the surface roughness was 10.10, respectively, as the mean square roughness Rrms.
1 nm and 9.8 nm. In addition, the boron concentration
When measured by ion mass spectrometry (SIMS),
The boron concentration in the single crystal silicon film is 1.2 × 10 18/ C
mThree Met.

【0188】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。
The silicon oxide film on the back surface of these SOI wafers was removed by etching with hydrofluoric acid in advance and then placed in a vertical heat treatment furnace comprising a furnace tube made of fused quartz. The gas flows downward from the upper part of the furnace. The wafer is as shown in FIG.
Horizontally, the silicon on the back side of one SOI wafer faces the SOI layer surface of another SOI wafer at intervals of about 6 mm, and the center of the wafer and the center line of the core tube coincide with each other. It was set on a boat made of SiC, and a commercially available bulk silicon wafer from which a natural oxide film had been removed was arranged at the same interval on the top SOI wafer.
After replacing the atmosphere in the furnace with hydrogen, the temperature was set to 1100 ° C.
After heating for 4 hours, the temperature was lowered again, the wafer was taken out, and the thickness of the SOI layer was measured again. The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer was 1 nm or less in all the wafers.

【0189】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。
On the other hand, when the silicon oxide film on the back surface is not peeled off before the heat treatment and the surface facing the SOI layer is the silicon oxide film and the heat treatment is performed in the same hydrogen atmosphere as above, the SOI The decrease in the thickness of the SOI layer facing the wafer was as large as about 9 nm, and the etching amount was only 1 nm or less for only the SOI wafer facing the top silicon wafer. That is, by using silicon as the material of the facing surface, the etching amount was suppressed to about 1/10.

【0190】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope, and the mean square roughness (Rrms) was 0.12 nm at 1 μm square and 0.34 nm at 50 μm square. It was smoothed to the same level as a wafer. The boron concentration in the single crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment, and was found to be 5 × 10 15 / cm 3 or less, which was a level sufficient for device fabrication. I was

【0191】(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℃1
0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。
(Example 5: BESOI / vertical furnace / SiC)
Boat) Boron doped Si with specific resistance 0.007Ωcm
Is placed in an epitaxial growth apparatus, heat-treated in a hydrogen atmosphere at 1100 ° C., lowered to a temperature of 900 ° C., and then added with dichlorosilane as a silicon source gas to hydrogen gas to produce single-crystal silicon. The film was formed with an average thickness of 310 nm ± 5 nm. The silicon wafer was taken out of the epitaxial growth apparatus, placed in an oxidation furnace, and the surface of the single crystal silicon film was oxidized by a combustion gas of oxygen and hydrogen to form a 200 nm silicon oxide film. As a result of the oxidation, the thickness of the single crystal silicon film became 210 nm. This silicon wafer and a second silicon wafer having a 200 nm silicon oxide film formed on the entire surface by thermal oxidation were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after forming a clean surface, both surfaces (bonded surfaces) were activated with oxygen plasma, washed with water, and bonded to the wafers. The bonded silicon wafer assembly is placed in a heat treatment furnace,
Heat treatment was performed for 0 hour to increase the bonding strength of the bonded surface. The atmosphere for the heat treatment was nitrogen. The back surface of this silicon wafer set on the side of the first silicon wafer was ground until the thickness of the first silicon wafer became about 5 μm. After this,
It was immersed in a 1: 3: 8 mixture of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid to selectively etch the P + layer. The single crystal silicon film was transferred onto a second silicon wafer together with the silicon oxide film, and an SOI wafer was manufactured.

【0192】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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2
nm、2.2nmであった。
The thickness of the transferred single-crystal silicon is set to in-plane 1
When each was measured at a lattice point of 0 mm, the average of the film thickness was 210 nm and the variation was ± 20 nm. When the surface roughness was measured at 256 × 256 measurement points in a range of 1 μm square and 50 μm square with an atomic force microscope, the surface roughness was 2 in terms of mean square roughness (Rrms).
nm and 2.2 nm.

【0193】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。
These SOI wafers were placed in a vertical heat treatment furnace comprising a furnace tube made of fused quartz after the silicon oxide film on the back surface was removed by etching with hydrofluoric acid in advance. The gas flows downward from the upper part of the furnace. The wafer is as shown in FIG.
Horizontally, the silicon on the back side of one SOI wafer faces the SOI layer surface of another SOI wafer at intervals of about 6 mm, and the center of the wafer and the center line of the core tube coincide with each other. It was set on a boat made of SiC, and a commercially available silicon wafer from which a natural oxide film had been removed was arranged at the same interval on the top SOI wafer. After replacing the atmosphere in the furnace with hydrogen, the temperature was raised to 1100 ° C., and maintained for 4 hours. After that, the temperature was lowered again, the wafer was taken out, and the thickness of the SOI layer was measured again. The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer was 1 nm or less in all the wafers.

【0194】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope, and the mean square roughness (Rrms) was 0.11 nm for a 1 μm square and 0.35 nm for a 50 μm square. It was smoothed to the same level as a wafer. The boron concentration in the single-crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment, and was reduced to 5 × 10 15 / cm 3 or less in all cases. .

【0195】(実施例6:水素注入剥離法/縦形炉/S
iC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400
nm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。
Example 6 Hydrogen Injection Peeling Method / Vertical Furnace / S
iC boat) A surface of an (100) -oriented 8-inch wafer made of boron-doped Si having a resistivity of 10 Ωcm
After being oxidized by nm, hydrogen was ion-implanted. The implantation conditions are 50 KeV and 4 × 10 16 / cm 2 . This silicon wafer and a second silicon wafer prepared separately were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after forming a clean surface (bonding surface), the wafers were bonded together.
The bonded silicon wafer assembly was placed in a heat treatment furnace and heat-treated at 800 ° C. for 10 hours to increase the bonding strength of the bonded surface. The atmosphere for the heat treatment was nitrogen. During this heat treatment, the silicon wafer assembly separated at a depth corresponding to the projected range of the ion implantation. The single crystal silicon film was transferred onto a second silicon wafer together with the silicon oxide film, and an SOI wafer was manufactured.

【0196】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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。
The thickness of the transferred single-crystal silicon is set to in-plane 1
When measured at lattice points of 0 mm, the average of the film thickness was 210 nm and the variation was ± 10 nm. When the surface roughness was measured at 256 × 256 measurement points in a range of 1 μm square and 50 μm square with an atomic force microscope, the surface roughness was 9.4 nm and 8.5 nm in terms of mean square roughness (Rrms), respectively. Met.

【0197】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。
These SOI wafers were placed in a vertical heat treatment furnace comprising a furnace tube made of fused quartz after the silicon oxide film on the back surface was removed by etching with hydrofluoric acid in advance. The gas flows downward from the upper part of the furnace. The wafer is as shown in FIG.
Horizontally, the silicon on the back side of one SOI wafer faces the SOI layer surface of another SOI wafer at intervals of about 6 mm, and the center of the wafer and the center line of the core tube coincide with each other. It was set on a boat made of SiC, and a commercially available silicon wafer from which a natural oxide film had been removed was arranged at the same interval on the top SOI wafer. After the atmosphere in the furnace was replaced with hydrogen, the temperature was raised to 1150 ° C., and maintained for 1.5 hours. Then, the temperature was lowered again, the wafer was taken out, and the thickness of the SOI layer was measured again. The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer was 1 nm or less in all the wafers.

【0198】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope, and the mean square roughness (Rrms) was 0.11 nm for a 1 μm square and 0.35 nm for a 50 μm square. It was smoothed to the same level as a wafer. The boron concentration in the single-crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment, and was reduced to 5 × 10 15 / cm 3 or less in all cases. .

【0199】(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。
(Example 7: Simox / vertical furnace / SiC)
(Boat) Oxygen was ion-implanted into the surface of a (100) -oriented 8-inch wafer made of boron-doped Si having a specific resistance of 10 Ωcm. The injection conditions are 550 ° C., 180 KeV, 4
× 10 17 / cm 2 . This silicon wafer was placed in a heat treatment furnace and subjected to heat treatment at 1350 ° C. for 20 hours in a mixture of Ar + O 2 to form a buried oxide film.

【0200】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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。
The thickness of the transferred single-crystal silicon is set to in-plane 1
When measured at lattice points of 0 mm, the average of the film thickness was 200 nm and the variation was ± 10 nm. When the surface roughness was measured at 256 × 256 measurement points in a range of 1 μm square and 50 μm square with an atomic force microscope, the surface roughness was 0.5 nm and 2 nm as mean square roughness (Rrms), respectively. Was. Further, when the boron concentration in the single crystal silicon film was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), it was 5 × 10 17 / cm 3 in all cases.

【0201】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。
These SOI wafers were placed in a vertical heat treatment furnace comprising a furnace tube made of fused quartz after the silicon oxide film on the back surface was removed by etching with hydrofluoric acid in advance. The gas flows downward from the upper part of the furnace. The wafer is as shown in FIG.
Horizontally, the silicon on the back side of one SOI wafer faces the SOI layer surface of another SOI wafer at intervals of about 6 mm, and the center of the wafer and the center line of the core tube coincide with each other. It was set on a boat made of SiC, and a commercially available silicon wafer from which a natural oxide film had been removed was arranged at the same interval on the top SOI wafer. After the atmosphere in the furnace was replaced with hydrogen, the temperature was raised to 1150 ° C., and maintained for 1.5 hours. Then, the temperature was lowered again, the wafer was taken out, and the thickness of the SOI layer was measured again. The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer was 1 nm or less in all the wafers.

【0202】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope, and the mean square roughness (Rrms) was 0.3 nm for a 1 μm square and 1.5 nm for a 50 μm square. It was smoothed to the same level as a wafer. The boron concentration in the single-crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment, and was reduced to 5 × 10 15 / cm 3 or less in all cases. .

【0203】(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10
μm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、1
100℃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。
(Example 8: Non-porous layer transfer method / vertical furnace /
(SiC boat) Anodizing a (100) oriented 8-inch wafer surface made of boron-doped Si with a specific resistance of 0.017 Ωcm in a solution of 49% HF and ethyl alcohol mixed at a ratio of 2: 1 to form a porous surface on the wafer surface 10 silicon
It was formed with a thickness of μm. This silicon wafer is heat-treated at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere, and then 1.25% HF
The substrate was immersed in an aqueous solution for 30 seconds to remove the ultrathin oxide film formed on the surface of the porous layer and in the vicinity of the surface. Subsequently, this silicon wafer is placed in a vertical heat treatment furnace, and heat-treated in a hydrogen atmosphere at 1100 ° C. to seal the pores on the surface of the porous silicon, and to make the surface of the porous layer non-porous to make it extremely thin and non-porous. A single crystal silicon thin film was formed. This silicon wafer and the second silicon wafer having a 200 nm silicon oxide film formed on the entire surface by thermal oxidation were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after forming a clean surface, the wafers were bonded together. The bonded silicon wafer assembly is placed in a heat treatment furnace and
Heat treatment was performed at 100 ° C. for 1 hour to increase the bonding strength of the bonded surface. The temperature of the heat treatment was raised in a mixture of nitrogen and oxygen, and replaced with a combustion gas of oxygen and hydrogen at 1100 ° C.
The temperature was maintained for a period of time and the temperature was lowered in a nitrogen atmosphere. The back surface on the first silicon wafer side of this silicon wafer assembly was ground to expose the porous silicon layer. The porous silicon layer was immersed in a mixed solution of HF and hydrogen peroxide to remove the porous silicon layer by etching, and washed well by wet washing. Thus, the non-porous single-crystal silicon film was transferred onto the second silicon wafer, and an SOI wafer was manufactured.

【0204】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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。
The thickness of the transferred single crystal silicon is set to in-plane 1
When measured at lattice points of 0 mm, the average of the film thickness was 10 nm. The surface roughness was measured with an atomic force microscope in the range of 1 × 50 μm square to 256 × 256.
The surface roughness was 10.1 nm and 9.8 nm in terms of mean square roughness (Rrms), respectively.
Met.

【0205】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S
OI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SO
I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。
After the silicon oxide film on the back surface of the SOI wafer thus obtained was removed by etching with hydrofluoric acid in advance, the silicon oxide film was placed in a vertical heat treatment furnace comprising a fused silica furnace tube.
An OI wafer was set. The gas flows downward from the upper part of the furnace. As shown in FIG. 9, the wafer is horizontally and one SO
So that the back surface made of silicon of the I wafer faces the SOI layer surface of another SOI wafer at intervals of about 6 mm,
In addition, the wafer is placed on a SiC boat such that the center of the wafer coincides with the center line of the furnace tube, and a commercially available silicon wafer from which a natural oxide film has been removed is placed on the top SOI wafer at the same interval. Arranged. After replacing the atmosphere in the furnace with hydrogen, the temperature was raised to 1100 ° C., and maintained for 4 hours. After that, the temperature was lowered again, the wafer was taken out, and the thickness of the SOI layer was measured again. The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer was 1 nm or less in all the wafers.

【0206】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。
On the other hand, when the silicon oxide film on the back surface is not peeled off before the heat treatment, and the silicon oxide film on the back surface of the wafer becomes the silicon oxide on the back surface of the wafer, and the heat treatment in the same hydrogen atmosphere as above is performed. The decrease in the thickness of the SOI layer facing the SOI wafer was as large as about 5 nm, and pit-shaped portions of the silicon oxide were observed in some places. Only the SOI wafer facing the uppermost silicon wafer had an etching amount of 1 nm or less, and a pit-free SOI layer was formed. That is, by using a material of the facing surface as a kind of non-silicon oxide silicon, the amount of etching was suppressed and the generation of pits was suppressed.

【0207】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。
The surface roughness of the single crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope, and the mean square roughness (Rrms) was 0.11 nm at 1 μm square and 0.35 nm at 50 μm square. It was smoothed to the same level as a wafer.

【0208】(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0.01
7Ωcm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、110
0℃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。
(Example 9: Epitaxial transfer method on quartz glass / vertical furnace / SiC tray) Specific resistance is 0.01
The surface of an 8-inch (100) -oriented wafer made of boron-doped Si of 7 Ωcm was anodized in a mixed solution of 49% HF and ethyl alcohol at a ratio of 2: 1 to form porous silicon with a thickness of 10 μm on the wafer surface. . After heat-treating this silicon wafer at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere, it was immersed in a 1.25% HF aqueous solution for 30 seconds to remove the ultrathin oxide film formed on the surface of the porous layer and on the inner wall of the hole near the surface. Thereafter, it was thoroughly washed with water and dried. Subsequently, this silicon wafer is set in an epitaxial growth apparatus, and
Heat treatment was performed in a hydrogen atmosphere at 0 ° C. while adding a very small amount of silane gas to almost seal the pores on the surface of the porous silicon layer. Subsequently, a single crystal silicon film was formed on the porous silicon layer with an average thickness of 310 nm ± 5 nm by adding dichlorosilane as a silicon source gas to hydrogen gas. The silicon wafer was taken out of the epitaxial growth apparatus, placed in an oxidation furnace, and the surface of the single crystal silicon film was oxidized by a combustion gas of oxygen and hydrogen to form a 200 nm silicon oxide film. As a result of the oxidation, the thickness of the single crystal silicon film became 210 nm. This silicon wafer and the second silicon wafer having a 200-nm silicon oxide film formed on the entire surface by thermal oxidation were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after activating the surface (bonding surface) with nitrogen plasma, washing and drying, the wafers were bonded together. The bonded silicon wafer assembly is set in a heat treatment furnace and 400
Heat treatment was performed at 10 ° C. for 10 hours to increase the adhesive strength of the bonded surface. The back surface on the first silicon wafer side of this silicon wafer assembly was ground to expose the porous silicon layer. The porous silicon layer was immersed in a mixed solution of HF and hydrogen peroxide to remove the porous silicon layer by etching, and washed well by wet washing. The single crystal silicon film was transferred onto a second silicon wafer together with the silicon oxide film, and an SOI wafer was manufactured.

【0209】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内1
0mm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1
0.1nm、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。
The thickness of the transferred single-crystal silicon is set to in-plane 1
When measured at lattice points of 0 mm, the average of the film thickness was 210 nm and the variation was ± 7 nm. When the surface roughness was measured at 256 × 256 measurement points in a range of 1 μm square and 50 μm square with an atomic force microscope, the surface roughness was 1 in terms of mean square roughness (Rrms).
0.1 nm and 9.8 nm. Further, when the boron concentration was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the boron concentration in the single crystal silicon film was 1.2 × 10 18
/ Cm 3 .

【0210】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、S
OI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。
All of these SOI wafers were loaded on a SiC tray from an inert gas atmosphere in a load lock chamber (not shown) to a vertical heat treatment furnace comprising a furnace tube made of fused quartz. The inert gas flows downward from the upper part of the furnace. As shown in FIGS. 7 and 9, the wafer is horizontally and one SOI
So that the back surface of the tray 31 on which the wafer is placed faces the SOI layer surface of another SOI wafer at intervals of about 6 mm,
A commercially available silicon wafer placed on a SiC tray was placed on a SiC boat so that the center of the wafer coincided with the center line of the furnace tube. They were arranged at intervals. After the atmosphere in the furnace was replaced with hydrogen from an inert gas, the temperature was raised to 1000 ° C., maintained for 15 hours, then lowered again, replaced with an inert gas, and filled with an inert gas from the furnace. Unloaded into the load lock chamber, takes out the wafer from the load lock chamber,
The thickness of the OI layer was measured again. The amount of decrease in the thickness of the SOI wafer was 1 nm or less in all the wafers.

【0211】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope. The mean square roughness (Rrms) was 0.11 nm for a 1 μm square and 0.50 nm for a 50 μm square. It was smoothed to the same level as a wafer. The boron concentration in the single crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment. As a result, the concentration was reduced to 1 × 10 16 / cm 3 or less. I was

【0212】(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、1
100℃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20
0nm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。
(Example 10: WJ separation epitaxial layer transfer method / vertical furnace) A (100) -oriented 8-inch Si wafer made of boron-doped Si having a specific resistance of 0.017 Ωcm was treated with 49% HF and ethyl alcohol in a ratio of 2: Anodization was performed in the solution mixed in Step 1 to form porous silicon with a thickness of 3 μm on the surface of the wafer. At this time, by changing the current, a high porosity layer having a thickness of 2 μm and a porosity of about 45% and a low porosity layer having a thickness of 1 μm and a porosity of 20% were formed thereon. This silicon wafer was heat-treated at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. Thus, a thin oxide film is formed on the surface of the porous layer and the inner wall surface of the hole. Then, 1.
After immersing in a 25% aqueous HF solution for 30 seconds to remove the ultrathin oxide film formed on the surface of the low-porosity porous layer and on the inner wall surface of the pore near the surface, the film was thoroughly washed with water and dried. Subsequently, this silicon wafer was set in an epitaxial growth apparatus, and 1
Heat treatment was performed in a hydrogen atmosphere at 100 ° C. while adding a very small amount of silane gas to almost seal the pores on the surface of the porous silicon with low porosity. Subsequently, by adding dichlorosilane as a silicon source gas to hydrogen gas, a single-crystal silicon film was formed with an average thickness of 310 nm ± 5 nm on the low-porosity porous silicon whose pores were sealed. The silicon wafer is taken out of the epitaxial growth apparatus, placed in an oxidation furnace, and the surface of the single crystal silicon film is oxidized by a combustion gas of oxygen and hydrogen to form a silicon oxide film.
0 nm was formed. As a result of the oxidation, the thickness of the single crystal silicon film became 210 nm. This silicon wafer and the second silicon wafer having a 200 nm silicon oxide film formed on the entire surface by thermal oxidation were subjected to wet cleaning generally used in a silicon device process or the like. Then, after forming a clean surface, the wafers were bonded together. The bonded silicon wafer assembly was placed in a heat treatment furnace and subjected to a heat treatment at 1100 ° C. for 1 hour to increase the bonding strength of the bonded surface. The atmosphere of the heat treatment was heated in a mixture of nitrogen and oxygen, replaced with a combustion gas of oxygen and hydrogen, kept at 1100 ° C. for 1 hour, and cooled in a nitrogen atmosphere. A high-pressure water stream by a water jet is applied to the side surface of the silicon wafer assembly, the silicon wafer assembly is separated in a highly porous porous layer by a fluid wedge, and the silicon wafer assembly is separated from the monocrystalline silicon film on the second silicon wafer. The porous layer was exposed. The single crystal silicon film is transferred together with the silicon oxide film onto the second silicon wafer, and the SOI having a residual porous silicon layer on the surface is formed.
A wafer was made.

【0213】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6m
m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1
100℃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。
After the silicon oxide film on the back surface of the SOI wafer having the residual porous layer was removed by etching with hydrofluoric acid in advance, it was set in the vertical heat treatment furnace shown in FIG. The gas flows downward from the upper part of the furnace. Fig. 9
And the silicon on the back surface of one SOI wafer is approximately 6 m from the surface of the SOI layer of another SOI wafer.
It was set on a SiC boat so that it faced at m intervals and the center of the wafer and the center line of the furnace tube were aligned, and the natural oxide film was removed on the top SOI wafer. Were placed at the same intervals on a commercially available bulk silicon wafer. After replacing the atmosphere in the furnace with hydrogen, set the temperature to 1
After the temperature was raised to 100 ° C. and maintained for 4 hours, the temperature was lowered again and the wafer was taken out.

【0214】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。
The surface roughness of the single-crystal silicon film after the heat treatment was measured with an atomic force microscope, and the mean square roughness (Rrms) was 0.12 nm at 1 μm square and 0.34 nm at 50 μm square. It was smoothed to the same level as a wafer. The boron concentration in the single crystal silicon film was also measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) after the heat treatment, and was found to be 5 × 10 15 / cm 3 or less, which was a level sufficient for device fabrication. I was

【0215】[0215]

【発明の効果】以上説明した各実施例によれば、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。
According to each of the embodiments described above, the amount of decrease in the thickness of the single crystal silicon film of the semiconductor base material having the single crystal silicon film formed on the insulator on the surface is suppressed and substantially reduced. The surface of the single-crystal silicon film can be flattened to the same level as a commercially available single-crystal silicon wafer without reduction and without introducing crystal defects such as a work-strained layer introduced by polishing. That is, the surface of the SOI substrate or the like can be smoothed and the boron concentration can be reduced without impairing the film thickness uniformity within the wafer and between the wafers.

【0216】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。
Further, even when a plurality of semiconductor substrates each having a single-crystal silicon film formed on an insulator on the surface are processed at a time, a decrease in the thickness of the single-crystal silicon film is suppressed.
In addition, since the variation in the amount of reduced film thickness within a wafer, between wafers, and between batches can be reduced, application to SOI substrates achieves surface smoothing and reduced boron concentration while maintaining uniform film thickness. it can.

【0217】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。
Further, since the heat treatment temperature is a temperature usually used in a semiconductor process, it can be manufactured by using the existing semiconductor heat treatment manufacturing apparatus manufacturing technology. Further, heat treatment can be performed continuously with other steps.

【0218】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。
In addition, a local single crystal region which cannot be flattened by polishing, such as the bottom of a dent formed on the surface of the substrate, can be smoothed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】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。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】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。
FIG. 2 is a diagram showing the temperature dependence of an etching rate by a facing surface material.

【図3】SiとSiO2 が対向する場合のエッチング量
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an etching amount when Si and SiO 2 are opposed to each other.

【図4】SiとSiO2 が対向する場合の除去されるS
i原子量を示す図である。
FIG. 4 shows S removed when Si and SiO 2 face each other.
It is a figure which shows i atomic weight.

【図5】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。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図6】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。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図7】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。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of an opposing surface constituting member used in the present invention.

【図8】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。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing another example of the opposing surface constituting member used in the present invention.

【図9】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。
FIG. 9 is a schematic sectional view of a main part of a heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図10】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。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図11】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。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a semiconductor substrate using the heat treatment method of the present invention.

【図12】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。
FIG. 12 is a flowchart showing another example of a method for manufacturing a semiconductor substrate using the heat treatment method of the present invention.

【図13】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。
FIG. 13 is a schematic view for explaining a method for manufacturing a semiconductor substrate using the heat treatment method and the ion implantation separation method of the present invention.

【図14】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。
FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor substrate using the heat treatment method and the epitaxial layer transfer method of the present invention.

【図15】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。
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a smoothing action by the heat treatment method of the present invention.

【図16】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。
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a method of arranging a substrate during heat treatment.

【図17】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。
FIG. 17 is a view showing the furnace position dependence of a film thickness reduction amount by heat treatment.

Claims (66)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン表面を有するSOI基材の熱処
理方法において、 非酸化シリコンを主成分とする材料からなる平面に、前
記SOI基板を、所定の間隔をおいて対向させた状態
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SOI基板の熱処理方法。
1. A heat treatment method for an SOI substrate having a silicon surface, wherein the SOI substrate is opposed to a plane made of a material mainly containing non-silicon oxide at a predetermined interval. A heat treatment method for an SOI substrate, comprising a step of heat treating the substrate in a reducing atmosphere containing hydrogen.
【請求項2】 前記材料は、シリコン、炭化シリコン、
窒化シリコンのいずれかからなる請求項1記載のSOI
基板の熱処理方法。
2. The method according to claim 1, wherein the material is silicon, silicon carbide,
2. The SOI according to claim 1, wherein the SOI is made of any one of silicon nitride.
Heat treatment method for the substrate.
【請求項3】 前記シリコン表面は研磨されていない面
である請求項1記載のSOI基板の熱処理方法。
3. The method according to claim 1, wherein the silicon surface is an unpolished surface.
【請求項4】 前記シリコン表面は、多孔質Si層に起
因する粗面を有する請求項1記載のSOI基板の熱処理
方法。
4. The method according to claim 1, wherein the silicon surface has a rough surface caused by a porous Si layer.
【請求項5】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方法
において、 前記シリコン表面は、微小空隙に起因する粗面を有する
SOI基板の熱処理方法。
5. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the silicon surface has a rough surface caused by minute voids.
【請求項6】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方法
において、 前記SOI基板は、酸素イオン注入と熱処理とにより得
られた埋込絶縁膜を有するSOI基板の熱処理方法。
6. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the SOI substrate has a buried insulating film obtained by oxygen ion implantation and heat treatment.
【請求項7】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方法
において、 前記平面は、自然酸化膜が除去された面であるSOI基
板の熱処理方法。
7. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the plane is a surface from which a natural oxide film has been removed.
【請求項8】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方法
において、 複数の前記SOI基板を前記シリコン表面が互いに平行
になるように対向させるSOI基板の熱処理方法。
8. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the plurality of SOI substrates are opposed to each other so that the silicon surfaces are parallel to each other.
【請求項9】 請求項8記載のSOI基板の熱処理方法
において、 一方の前記SOI基板は、他方の前記SOI基板の酸化
膜が除去された裏面に対面させるSOI基板の熱処理方
法。
9. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 8, wherein one of the SOI substrates faces a back surface of the other SOI substrate from which an oxide film has been removed.
【請求項10】 請求項8記載のSOI基板の熱処理方
法において、 互いの前記シリコン表面を対面させるSOI基板の熱処
理方法。
10. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 8, wherein the silicon surfaces face each other.
【請求項11】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 前記SOI基板を複数、所定の間隔にて、同じ向きにな
るように同軸上に配し、 先頭の前記SOI基板の前記シリコン表面に対向するよ
うに前記平面を有するダミー基板を配するSOI基板の
熱処理方法。
11. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the plurality of SOI substrates are coaxially arranged at predetermined intervals so as to be in the same direction, and the silicon surface of the top SOI substrate is provided. A heat treatment method for an SOI substrate, wherein a dummy substrate having the plane is disposed so as to face the SOI substrate.
【請求項12】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 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SOI基板の熱処理方法。
12. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the SOI substrate is disposed in a container having an inner wall surface made of non-oxide silicon.
【請求項13】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 酸化シリコンからなる外管と、非酸化シリコンからなる
内面を有する内管と、を有する容器内に前記SOI基板
を配するSOI基板の熱処理方法。
13. The SOI substrate according to claim 1, wherein the SOI substrate is disposed in a container having an outer tube made of silicon oxide and an inner tube having an inner surface made of non-oxide silicon. Heat treatment method.
【請求項14】 請求項13記載のSOI基板の熱処理
方法において、 前記内管内に水素ガスを供給し、該内管と前記外管との
間の流路を介して該内管から水素ガスを排気するSOI
基板の熱処理方法。
14. The SOI substrate heat treatment method according to claim 13, wherein a hydrogen gas is supplied into the inner tube, and the hydrogen gas is supplied from the inner tube through a flow path between the inner tube and the outer tube. SOI to exhaust
Heat treatment method for the substrate.
【請求項15】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 内壁面が非酸化シリコンからなる容器内に、複数の前記
SOI基板が平行にな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支持した前記複数のSOI基板
を配するSOI基板の熱処理方法。
15. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein a support member whose surface is made of non-oxide silicon is placed in a container whose inner wall surface is made of non-oxide silicon so that the plurality of SOI substrates are parallel to each other. A heat treatment method for an SOI substrate on which the plurality of supported SOI substrates are arranged.
【請求項16】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 熱処理後の前記シリコン表面の1μm角の領域における
平均二乗粗さを0.4nm以下にするSOI基板の熱処
理方法。
16. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein a mean square roughness in a 1 μm square region of the silicon surface after the heat treatment is 0.4 nm or less.
【請求項17】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 複数の前記SOI基板を、所定の間隔にて同じ向きにな
るよう同軸上に配し、 先頭の前記SOI基板のシリコン表面に対向するよう
に、少なくとも表面が非酸化シリコンからなるダミー基
板を配するSOI基板の熱処理方法。
17. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the plurality of SOI substrates are coaxially arranged at predetermined intervals so as to be in the same direction, and face the silicon surface of the first SOI substrate. Heat treatment method for an SOI substrate in which a dummy substrate at least on the surface of which is made of non-oxide silicon is disposed.
【請求項18】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 前記SOI基板は、エピタキシャル成長により形成され
たSi層を有するSOI基板の熱処理方法。
18. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the SOI substrate has an Si layer formed by epitaxial growth.
【請求項19】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 前記SOI基板のSOI層は、450nm厚以下である
SOI基板の熱処理方法。
19. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the SOI layer of the SOI substrate has a thickness of 450 nm or less.
【請求項20】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 前記SOI基板のSOI層は、20nm〜250nm厚
であるSOI基板の熱処理方法。
20. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the SOI layer of the SOI substrate has a thickness of 20 nm to 250 nm.
【請求項21】 前記SOI基板の主面近傍で該主面と
平行な方向のガス流速は、該SOI基板の外周部の該主
面と垂直な方向のガス流速より小さくなるようにして処
理する請求項1に記載のSOI基板の熱処理方法。
21. The process is performed so that the gas flow rate in the direction parallel to the main surface near the main surface of the SOI substrate is smaller than the gas flow rate in the direction perpendicular to the main surface at the outer peripheral portion of the SOI substrate. The method for heat treating an SOI substrate according to claim 1.
【請求項22】 前記SOI基板の主面近傍のガスの流
速が実質的に0になるようにして処理する請求項21に
記載のSOI基板の熱処理方法。
22. The method for heat treating an SOI substrate according to claim 21, wherein the treatment is performed such that the gas flow rate near the main surface of the SOI substrate becomes substantially zero.
【請求項23】 前記SOI基板の裏面の酸化シリコン
膜を除去して非酸化シリコンからなる裏面を表出させる
請求項1に記載のSOI基板の熱処理方法。
23. The SOI substrate heat treatment method according to claim 1, wherein the silicon oxide film on the back surface of the SOI substrate is removed to expose a back surface made of non-oxide silicon.
【請求項24】 前記SOI基板を、非酸化シリコンか
らなる裏面を有するトレイに、SOI層を上向きにして
載せ、複数の該トレイに載せた前記SOI基板を前記ト
レイの裏面に対向させて、配置した請求項1に記載のS
OI基板の熱処理方法。
24. The SOI substrate is placed on a tray having a back surface made of non-oxidized silicon, with the SOI layer facing upward, and the SOI substrates placed on a plurality of trays are arranged facing the back surface of the tray. The S according to claim 1,
Heat treatment method for OI substrate.
【請求項25】 前記SOI基板に対向させて水素ガス
を介して炭化珪素を主成分とする対向面構成部を配置し
て熱処理する請求項1記載のSOI基板の熱処理方法。
25. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein a heat treatment is performed by arranging an opposing surface component mainly composed of silicon carbide via a hydrogen gas in opposition to the SOI substrate.
【請求項26】 前記水素を含む還元性雰囲気は、水
素、ないしは、水素と不活性ガスから実質的になる請求
項1に記載のSOI基板の熱処理方法。
26. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the reducing atmosphere containing hydrogen substantially consists of hydrogen or hydrogen and an inert gas.
【請求項27】 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に記載のSOI基板の
熱処理方法。
27. The method according to claim 1, wherein a dew point of the reducing atmosphere containing hydrogen is −92 ° C. or less.
【請求項28】 前記SOI基板を支持する部材は、少
なくとも表面が、Si,SiC又はSiNを主成分とす
る材料により構成されている請求項1に記載のSOI基
板の熱処理方法。
28. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein at least the surface of the member supporting the SOI substrate is made of a material mainly containing Si, SiC or SiN.
【請求項29】 前記SOI基板は、その主面が、容器
内に導入されるガスの主たる流れに対して垂直になるよ
うに配置される請求項1に記載のSOI基板の熱処理方
法。
29. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the SOI substrate is disposed such that a main surface thereof is perpendicular to a main flow of a gas introduced into the container.
【請求項30】 請求項1記載の熱処理方法を実行する
エッチング装置を有するSOI基板の熱処理装置。
30. An SOI substrate heat treatment apparatus having an etching apparatus for performing the heat treatment method according to claim 1.
【請求項31】 請求項30記載のSOI基板の熱処理
装置において、 前記SOI基板を収容し、減圧にし得る非酸化シリコン
からなる内面を有する炉を備えたSOI基板の熱処理装
置。
31. The apparatus for heat treating an SOI substrate according to claim 30, further comprising a furnace containing the SOI substrate and having an inner surface made of non-oxidized silicon that can be reduced in pressure.
【請求項32】 請求項1の熱処理方法によりSOI基
板の表面を平滑化する工程を含むSOI基板の作製方
法。
32. A method for manufacturing an SOI substrate, comprising the step of smoothing the surface of the SOI substrate by the heat treatment method of claim 1.
【請求項33】 請求項1の熱処理方法によりSOI基
板のSOI層の不純物濃度を低くする工程を含むSOI
基板の作製方法。
33. An SOI method comprising the step of lowering the impurity concentration of an SOI layer of an SOI substrate by the heat treatment method of claim 1.
How to make a substrate.
【請求項34】 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
位置を規定する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に非酸化
シリコンからなる平面を対向させて、水素を含む還元性
雰囲気中で、前記シリコン膜を熱処理する工程と、を含
むSOI基板の作製方法。
34. A method for manufacturing an SOI substrate having a silicon film, comprising: a step of bonding a first base material and a second base material having an internal separation layer for defining a separation position; Transferring the silicon film onto the second base material by separating the first and second base materials in a layer that defines the separation position; and transferring the silicon film onto the second base material. Heat-treating the silicon film in a reducing atmosphere containing hydrogen with the flat surface made of non-oxidized silicon facing the silicon film.
【請求項35】 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に、非酸化シリ
コンからなる平面を、対向させて、水素を含む還元性雰
囲気中で、前記シリコン膜を熱処理する工程と、を含む
SOI基板の作製方法。
35. A method for manufacturing an SOI substrate having a silicon film, comprising: bonding a first base material and a second base material; and bonding the first and second base materials to the first base material. A removing step of removing a part of the base material while leaving a silicon film on the second base material; and a non-polished surface of the silicon film, a flat surface made of non-oxidized silicon, Heat treating the silicon film in a reducing atmosphere containing hydrogen.
【請求項36】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 前記第2の基材の裏面の酸化シリコン膜を除去する工程
を含むSOI基板の作製方法。
36. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the method includes a step of removing a silicon oxide film on a back surface of the second base material.
【請求項37】 多孔質シリコン層上に非多孔質の単結
晶シリコン膜を形成した前記第1の基材を用意し、該非
多孔質単結晶シリコン膜を、第2の基材に貼り合わせ、
更に、エッチング前に前記多孔質シリコンを除去する工
程を含む請求項34又は35記載のSOI基板の作製方
法。
37. The first base material having a non-porous single-crystal silicon film formed on a porous silicon layer, and bonding the non-porous single-crystal silicon film to a second base material;
36. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, further comprising a step of removing the porous silicon before etching.
【請求項38】 前記分離層は多孔質層であり、分離後
に前記シリコン膜上に残留する多孔質層を選択的にエッ
チングした後、前記熱処理工程を行う請求項34記載の
SOI基板の作製方法。
38. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the separation layer is a porous layer, and the heat treatment step is performed after selectively etching a porous layer remaining on the silicon film after separation. .
【請求項39】 前記分離層は多孔質層であり、分離後
に前記シリコン膜上に多孔質層を残留させた状態で前記
熱処理工程を行う請求項34記載のSOI基板の作製方
法。
39. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the separation layer is a porous layer, and the heat treatment step is performed after the separation, with the porous layer remaining on the silicon film.
【請求項40】 前記分離層は、不活性ガス又は水素イ
オンを注入した層であり、分離後に露出した前記シリコ
ン膜表面を研磨することなく、前記熱処理工程を行う請
求項34記載のSOI基板の作製方法。
40. The SOI substrate according to claim 34, wherein the separation layer is a layer into which an inert gas or hydrogen ions are implanted, and the heat treatment step is performed without polishing the surface of the silicon film exposed after separation. Production method.
【請求項41】 前記除去工程は、前記シリコン膜上に
残る多孔質層の除去工程を含む請求項35記載のSOI
基板の作製方法。
41. The SOI according to claim 35, wherein the removing step includes a step of removing a porous layer remaining on the silicon film.
How to make a substrate.
【請求項42】 前記除去工程後には前記シリコン膜上
に多孔質層が残留している請求項35記載のSOI基板
の作製方法。
42. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 35, wherein a porous layer remains on the silicon film after the removing step.
【請求項43】 前記除去工程後の前記シリコン膜の表
面はプラズマエッチング処理された表面である請求項3
5記載のSOI基板の作製方法。
43. The surface of the silicon film after the removing step is a surface subjected to a plasma etching process.
6. The method for manufacturing an SOI substrate according to 5.
【請求項44】 前記シリコン膜表面の1μm角の領域
における平均二乗粗さは、0.2nm以上であることを
特徴とする請求項34又は35に記載のSOI基板の作
製方法。
44. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein a mean square roughness in a 1 μm square region on the surface of the silicon film is 0.2 nm or more.
【請求項45】 前記熱処理工程において、前記SOI
基板の表面近傍で該表面と平行な方向のガス流速は、該
SOI基板の外周部の該表面と垂直な方向のガス流速よ
り小さくなるようにして処理することを特徴とする請求
項34又は35に記載のSOI基板の作製方法。
45. In the heat treatment step, the SOI
36. The process according to claim 34, wherein the gas flow in the direction parallel to the surface near the surface of the substrate is smaller than the gas flow in the direction perpendicular to the surface of the outer peripheral portion of the SOI substrate. 3. The method for manufacturing an SOI substrate according to 1.
【請求項46】 前記SOI基板の表面近傍のガスの流
速が実質的に0になるようにして処理することを特徴と
する請求項45記載のSOI基板の作製方法。
46. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 45, wherein the processing is performed such that the gas flow rate near the surface of the SOI substrate becomes substantially zero.
【請求項47】 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34又は35に記載のS
OI基板の作製方法。
47. The S according to claim 34, wherein the dew point of the reducing atmosphere containing hydrogen is −92 ° C. or less.
A method for manufacturing an OI substrate.
【請求項48】 前記SOI基板を支持する部材は、少
なくとも表面が、Si,SiC又はSiNを主成分とす
る材料により構成されている請求項34又は35に記載
のSOI基板の作製方法。
48. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein at least a surface of the member supporting the SOI substrate is made of a material mainly containing Si, SiC or SiN.
【請求項49】 前記SOI基板は、その主面が、容器
内に導入されるガスの主たる流れに対して垂直になるよ
うに配置される請求項34又は35に記載のSOI基板
の作製方法。
49. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the SOI substrate is disposed so that a main surface thereof is perpendicular to a main flow of a gas introduced into the container.
【請求項50】 前記SOI基板の裏面の酸化シリコン
膜を除去して非酸化シリコンからなる裏面を表出させる
請求項34又は35に記載のSOI基板の作製方法。
50. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the silicon oxide film on the rear surface of the SOI substrate is removed to expose a rear surface made of non-oxide silicon.
【請求項51】 前記SOI基板を、非酸化シリコンか
らなる裏面を有するトレイに、SOI層を上向きにして
載せ、複数の該トレイに載せた前記SOI基板を前記ト
レイの裏面に対向させて配置した請求項34又は35に
記載のSOI基板の作製方法。
51. The SOI substrate is placed on a tray having a back surface made of non-oxidized silicon with an SOI layer facing upward, and the SOI substrates placed on a plurality of trays are arranged facing the back surface of the tray. A method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34 or 35.
【請求項52】 前記SOI基板に対向させて水素ガス
を介して炭化珪素を主成分とする対向面構成部材を配置
して熱処理する請求項34又は35記載のSOI基板の
作製方法。
52. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein a heat treatment is performed by arranging an opposing surface constituent member containing silicon carbide as a main component via the hydrogen gas in opposition to the SOI substrate.
【請求項53】 前記水素を含む還元性雰囲気は、水
素、ないしは、水素と不活性ガスから実質的になる請求
項34又は35に記載のSOI基板の作製方法。
53. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the reducing atmosphere containing hydrogen substantially consists of hydrogen or hydrogen and an inert gas.
【請求項54】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 熱処理後の前記シリコン膜の表面の平均二乗粗さを0.
4nm以下にするSOI基板の作製方法。
54. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein a mean square roughness of the surface of the silicon film after the heat treatment is set to 0.1.
A method for manufacturing an SOI substrate with a thickness of 4 nm or less.
【請求項55】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 複数の前記SOI基板を、所定の間隔にて同じ向きにな
るよう同軸上に配し、 先頭の前記SOI基板の前記シリコン膜の表面に対向す
るように、表面が非酸化シリコンからなるダミー基板を
配するSOI基板の作製方法。
55. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the plurality of SOI substrates are coaxially arranged at predetermined intervals so as to be in the same direction, and the silicon of the top SOI substrate is formed. A method for manufacturing an SOI substrate in which a dummy substrate whose surface is made of non-oxidized silicon is provided so as to face the surface of the film.
【請求項56】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 前記シリコン膜は、エピタキシャル成長により形成され
たSOI層であるSOI基板の作製方法。
56. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34 or 35, wherein the silicon film is an SOI layer formed by epitaxial growth.
【請求項57】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 エッチング前の前記シリコン膜は、450nm以下の厚
であるSOI基板の作製方法。
57. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the silicon film before etching has a thickness of 450 nm or less.
【請求項58】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 エッチング後の前記シリコン膜は、20nm〜250n
m厚であるSOI基板の作製方法。
58. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the silicon film after etching has a thickness of 20 nm to 250 nm.
A method for manufacturing an SOI substrate having a thickness of m.
【請求項59】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 前記熱処理の温度は300℃以上シリコンの融点以下で
あるSOI基板の作製方法。
59. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is higher than or equal to 300 ° C. and lower than or equal to the melting point of silicon.
【請求項60】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 前記熱処理の温度は800℃以上シリコンの融点以下で
あるSOI基板の作製方法。
60. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is equal to or higher than 800 ° C. and equal to or lower than the melting point of silicon.
【請求項61】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 前記熱処理の温度は300℃以上シリコンの融点以下で
あるSOI基板の作製方法。
61. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the temperature of the heat treatment is higher than or equal to 300 ° C. and lower than or equal to the melting point of silicon.
【請求項62】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 前記熱処理の温度は、800℃以上シリコンの融点以下
であるSOI基板の作製方法。
62. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, wherein the temperature of the heat treatment is equal to or higher than 800 ° C. and equal to or lower than the melting point of silicon.
【請求項63】 請求項34又は35記載のSOI基板
の作製方法において、 炉内の前記SOI基板の外周部を流れるガスの流速を1
0cc/min・cm 2 以上300cc/min・cm
2 以下とするSOI基板の作製方法。
63. The SOI substrate according to claim 34 or 35.
In the manufacturing method, the flow rate of the gas flowing through the outer periphery of the SOI substrate in the furnace is set to 1
0cc / min.cm Two More than 300cc / min.cm
Two A method for manufacturing an SOI substrate described below.
【請求項64】 請求項34記載のSOI基板の作製方
法において、 貼り合わされた前記第1及び第2の基材の側面に流体を
吹き付けて機械的に剥離する工程を含むSOI基板の作
製方法。
64. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 34, further comprising a step of spraying a fluid onto the side surfaces of the bonded first and second base materials to mechanically separate the side surfaces.
【請求項65】 請求項64記載のSOI基板の作製方
法において、 前記分離層は、多孔度の異なる少なくとも2つの層を有
するSOI基板の作製方法。
65. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 64, wherein the separation layer has at least two layers having different porosity.
【請求項66】 請求項1記載のSOI基板の熱処理方
法において、 炉内を酸化性雰囲気にさらすことなくロードロック室か
ら該炉内に該SOI基板を搬入するSOI基板の熱処理
方法。
66. The heat treatment method for an SOI substrate according to claim 1, wherein the SOI substrate is carried into the furnace from a load lock chamber without exposing the inside of the furnace to an oxidizing atmosphere.
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