JPH11265893A

JPH11265893A - 熱処理装置、および、これを用いた半導体部材の熱処理方法と製造方法

Info

Publication number: JPH11265893A
Application number: JP10363119A
Authority: JP
Inventors: Masataka Ito; 正孝伊藤; Nobuhiko Sato; 信彦佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】反応管からの金属汚染を低減できる熱処理装
置、および、これを用いた半導体部材の熱処理方法と製
造方法を提供する。【解決手段】第１の管の内部に配された第２の管およ
び加熱器を有する熱処理装置において、前記第１の管
は、密閉可能で、前記第２の管より耐衝撃性の高い石英
ガラスからなる管であり、前記第２の管の少なくとも内
面は、非酸化シリコンからなる面であり、ガスが、前記
加熱器により加熱された高温の酸化シリコンからなる面
を通過することなく、前記第２の管内部の処理空間に導
入されるように、ガス流路が構成されていることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路などの半
導体デバイスの作製に用いられる半導体部材を熱処理す
るための熱処理装置、および、これを用いた熱処理方法
と製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体部材に酸化膜を形成したり、ドナ
ーまたはアクセプターとして働く不純物を拡散する工程
においては、熱処理装置が用いられる。また、この熱処
理装置は、バルクＳｉウエハなどの半導体部材を水素含
有還元性雰囲気でアニールする工程に用いられている。

【０００３】図９は、このような熱処理装置の第１の従
来例を示す。この熱処理装置は、内管１と外管２とを有
しており、水素含有還元性ガスを導入口５から内管１内
に導入し、排気口６から排気する。また、内管１と外管
２との間には、導入口７から酸素含有ガスを導入し、排
気口８から排気することで、装置外部から内管１内への
銅（Ｃｕ）の侵入を防止する。なお、符号ＷはＳｉウエ
ハ、符号４はボードである。これと同じような装置が、
特開平５−１５２３０９号公報に開示されている。

【０００４】図１０は熱処理装置の第２の従来例を示
す。この熱処理装置は、炭化シリコン（ＳｉＣ）からな
る内管１と加熱器３との間に、酸素−水素火炎溶融法に
より作製されたＯＨ基を２００ｐｐｍ含む溶融石英から
なる開放型の外管２を有しており、この外管により、金
属不純物の拡散を防止している。これと同じような装置
は、特開平７−１９３０７４号公報に開示されている。

【０００５】図１１は熱処理装置の第３の従来例を示
す。この熱処理装置は、ＳｉＣからなる内管１と、溶融
石英からなる外管２とを有し、内管１と外管２と間に酸
素含有パージガスを導入口７から導入し、排気口８から
排気する。導入口１０からは冷却ガスを導入し、排気口
１１から冷却ガスを排気する。なお、符号９はヒートバ
リアとして機能するテーブルである。これと同じような
装置は、特開平８−３１７６１号公報に開示されてい
る。

【０００６】図１２は熱処理装置の第４の従来例を示
す。この熱処理装置は、溶融石英からなる内管１及び外
管２を有しており、外管２と加熱器３との間にＳｉＣか
らなる均熱管２０が配されている。酸素含有ガスは、ガ
ス供給口１２より内管１と外管２との間に下方より供給
され、内管１の上方に設けられた複数の導入口５より内
管１の内部に供給され、排気口６より排気される。な
お、符号１３は断熱材である。これと同様の装置は、特
開平７−１６１６５５号公報に開示されている。

【０００７】図１３は熱処理装置の第５の従来例を示
す。この熱処理装置は、ＳｉＣからなる内管１と、溶融
石英からなる外管２とを有しており、酸化性ガスなどの
処理ガスが、下方の導入口５から内管１内に導入され、
連通口１３から内管１と外管２との間に導出される。導
出された処理ガスは排気口６より排気される。これと同
様の装置は、特開平７−３０２７６７号公報に開示され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の従来例の装置も、汚染、処理ガス漏れ対策、反応管の
変形防止、反応管のクラック発生などの点において、未
だ解決すべき課題を残していた。また、水素含有還元性
雰囲気で熱処理を行う場合に、後述するように、半導体
部材の不本意なエッチングが生じることが、本発明者な
どの実験により判明した。

【０００９】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的は、反応管からの金属汚染を低減できる
熱処理装置、および、これを用いた半導体部材の熱処理
方法と製造方法を提供することにある。

【００１０】本発明の別の目的は、ガス漏れ、反応管の
変形が抑制された熱処理装置、および、これを用いた半
導体部材の熱処理方法と製造方法を提供することにあ
る。

【００１１】本発明の更に別の目的は、意図しないエッ
チング現象を抑制できる熱処理装置、および、半導体部
材の熱処理方法と製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は第１の管
の内部に配された第２の管および加熱器を有する熱処理
装置において、前記第１の管は、密閉可能で、前記第２
の管より耐衝撃性の高い石英ガラスからなる管であり、
前記第２の管の、少なくとも内面は、非酸化シリコンか
らなる面であり、ガスが、前記加熱器により加熱された
高温の酸化シリコンからなる面を通過することなく、前
記第２の管内部の処理空間に導入されるように、ガス流
路が構成されている熱処理装置にある。

【００１３】このため、本発明の熱処理装置では、第１
の管の内部に配された第２の管と、加熱器とを有する熱
処理装置において、更に、前記第２の管内へガスを導入
するための、前記加熱器より下方に設けられた導入口
と、前記第２の管上方に設けられた前記第１及び第２の
管を連通するための開口と、前記第１の管内からガスを
排気する為の、前記第１の管の下方に設けられた排気口
とを有し、前記第１の管は、密閉可能な溶融石英からな
り、前記第２の管は、密閉可能な非酸化シリコンからな
る表面を有し、前記加熱器は、前記第２の管内のヒート
バリアより上方に配されている。

【００１４】更に、本発明の半導体部材の製造方法は、
第１の基材と第２の基材とを貼り合わせ、前記第１の基
材の不要部分を前記第２の基材上から除去した後、上記
熱処理装置を用いて、前記第２の基材上のシリコンボデ
ィを水素含有還元性雰囲気下において熱処理するのであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態による熱処理装置を示す。図にお
いて、符号３２は炉心管（第１の管）、３１は内管（第
２の管）、３３は水素含有ガスの導入管である。密閉可
能な内管３１は、少なくとも、その内表面が非酸化シリ
コンからなる。また、炉心管３２は、溶融石英のような
耐衝撃性の高い石英ガラスからなる。

【００１６】更に、導入管３３は、内管３１と同様に、
その内表面が非酸化シリコンからなる。また、加熱器３
は、領域５０を所定の温度に加熱できるように、上端が
レベル５１に、下端がレベル５２になるように配設され
ている。そして、水素含有ガスは導入口５から装置に導
入され、導入管３３を通り、放出口３４より処理領域
（処理空間）５４内に放出される。また、下方にある排
気口６より水素含有ガスが排気される。

【００１７】しかし、加熱器３や炉心管３２より金属不
純物が放出されても、ＳｉＣなどからなる非酸化シリコ
ンの内面を有する内管３１によりブロックされるので、
領域５４内の半導体部材Ｗには到達し難くなっている。
また、導入管３３も非酸化シリコンの内面を有している
ので、導入管内の水素含有ガス中にも、金属不純物は侵
入し難くなっている。なお、領域５３内には金属不純物
が侵入することがあるが、排気口６により外部に排気さ
れる。

【００１８】そして、炉心管３２は溶融石英により形成
されているので、内管３１よりも耐衝撃性が高く、この
ため、熱による変形が少なく、また、クラックも発生し
難くなっている。更に、処理領域５４内は、内管３１よ
り断熱性に優れた溶融石英により閉じられた空間になっ
ている。

【００１９】水素ガスは、加熱器３により加熱された高
温の酸化シリコンからなる面、例えば、領域５３を通過
することなく、内管３１内の処理空間５４に導入され
る。なお、図中、符号２２は炉心管３２の搭載部、２
４、２５はＯリングのようなシール部材、２７は内管３
１の排気用開口であり、２６は炉蓋である。

【００２０】ここで、本発明者らが見い出した、水素含
有還元性雰囲気において半導体部材を熱処理する方法
（水素アニール）におけるエッチング作用について説明
する。即ち、水素アニールの詳細は、特開平５−２１８
０５３号公報、特開平５−２１７８２１号公報、Ｎ．Ｓ
ａｔｏ，ａｎｄＴ．ＹｏｎｅｈａｒａＡｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５（１９９４）ｐ．１９２４など
に記されているが、本発明者らは、まず、図２に示す装
置を用いて、ＳＯＩ基板（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）の水素アニールを行っ
た。

【００２１】図２において、符号３２は炉心管であり、
耐熱性・加工性に優れた溶融石英によって形成される。
炉心管３２の内部には、熱処理を施すＳＯＩウエハＷ、
ウエハＷを保持するボート４、および、ボート４を支持
するヒートバリア９が配置されている。ボート４には、
ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）成膜技術によって、不純物が極めて少ないＳ
ｉＣコーティング層を表面に形成した炭化珪素などの耐
熱材料が、また、ヒートバリア９には、発泡石英などの
耐熱性断熱材料が用いられる。

【００２２】なお、図中、符号２６は炉蓋であり、Ｏリ
ング２５を介して、炉心管３２の開口部を気密封止して
いるが、ボートエレベータ機構（図示せず）によって、
矢印Ａの方向に移動することができる。また、符号３は
加熱器であり、通電することにより発熱し、ウエハＷを
加熱することができる。

【００２３】この装置では、処理ガスが、導入口５から
導入管３３を経て、炉心管３２の上部から炉心管３２内
部に導入される。導入された処理ガスは、炉心管３２の
内部を下方に流れて、排気口６から排気される。これら
の導入口５、導入管３３および排気口６は、通常、溶融
石英によって形成されている。

【００２４】また、ボート４へのウエハＷの搭載作業
は、ボート４が炉心管３２の下方外部に出る位置まで、
炉蓋２６が下降した状態で、行われる。次いで、図２の
状態に炉蓋２６が上昇し、ボート４が炉心管３２内に挿
入されると共に、炉蓋２６が、Ｏリング２５を介して、
炉心管３２の開口部を気密封止する。これにより、水素
ガスを安全に使用することが可能となる。

【００２５】そして、導入口５から処理ガスとしての水
素ガスを導入して、炉心管３２の内部を水素含有還元性
雰囲気に置換すると共に、加熱器３の発熱抵抗体に通電
して、ボート４にあるウエハＷを所定の温度（例えば、
１２００℃）まで加熱することで、水素アニール処理が
行われる。所定の時間（例えば、１時間）の経過後、発
熱抵抗体への通電を停止し、ウエハＷを所定の温度まで
放熱し、冷却すると共に、導入口５から窒素ガスなどの
不活性ガスを導入して、炉心管３２内部の水素ガスを置
換する。しかる後に、炉蓋２６を下降させ、炉心管３２
の下方外部で、ボート４上のウエハＷを取り外す。この
ようにして、水素含有還元性雰囲気中でのＳＯＩ基板の
熱処理が行われ、基板上の半導体ボディ表面の平坦化・
平滑化が達成される。

【００２６】しかしながら、アニールされたＳＯＩ基板
のＳｉボディの厚さを測定してみると、厚さがアニール
前より減少していることが解った。これは、以下のよう
な理由による。即ち、水素アニール処理中に、水素ガス
と、炉心管３２および導入管３３の溶融石英とが、次の
反応を起こし、水分が生成される。

【００２７】Ｈ₂＋ＳｉＯ₂→ＳｉＯ＋Ｈ₂Ｏ次いで、ここで生成された水分がウエハＷに達すると、
水分とウエハＷのシリコンの間で、次の反応が生じ、シ
リコンのエッチング現象が起こる。Ｈ₂Ｏ＋Ｓｉ→Ｈ₂＋ＳｉＯこのエッチング現象は、ＳＯＩ基板の場合、絶縁体上の
単結晶シリコン層（ＳＯＩ層）膜厚の減少と共に、時に
は、膜厚のバラ付きを引き起こす。ＳＯＩ層膜厚のバラ
付きは、ここに形成される電子デバイス、特に、完全空
乏型のＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）の特性につい
て、その均一性の劣化原因となる。

【００２８】シリコンのエッチングを防ぐための方法と
して、炉心管３２に溶融石英に代えて、９００℃以上の
高温においても水素ガスと反応しない炭化珪素を用いる
ことが考えられる。しかしながら、炭化珪素は、衝撃に
対して脆い性質を持つ材料であるため、炉心管３２に炭
化珪素を用いた場合には、クラックなどの発生が予想さ
れる。このため、ガスの導入路および加熱器の構成を検
討する必要が生じた。

【００２９】また、炉心管３２に用いられる溶融石英に
は、１０ｗｔｐｐｍ〜１００ｗｔｐｐｍ程の微量の金属
（例えば、鉄ｅｔｃ．）が、不純物として含まれている
ので、１０００℃以上の高温で、水素アニール処理を行
うと、溶融石英から離脱したこれらの金属不純物が、水
素ガス中を経て、ウエハＷの表面に付着し、ウエハを汚
染する。この金属汚染は、ウエハＷの小数キャリアライ
フタイムを劣化し、ウエハＷ上に製作される電子デバイ
スの性能を劣化させる原因となる。

【００３０】そこで、金属汚染の発生を防ぐための第一
の方法として、炉心管３２に溶融石英に代えて、例え
ば、ＣＶＤ成膜技術によって、表面に不純物が極めて少
ないＳｉＣコーティング層を形成した炭化珪素を用いる
ことが考えられる。しかしながら、炭化珪素は、上述し
た通り、衝撃に対して脆い性質を持つ材料であるから、
クラックなどの発生が予想され、これにより、水素ガス
が漏洩する恐れがある。

【００３１】また、別の方法として、炉心管３２に溶融
石英に代えて、直接法により作製された合成石英を用い
ることが考えられる。前記溶融石英が天然の鉱物資源を
原料とするのに対して、この合成石英は、高純度のＳｉ
Ｃｌ₄から酸素水素火炎加水分解による直接堆積ガラス
化により、化学的に合成して得られる物であり、金属不
純物の含有量が１ｗｔｐｐｍ以下と極めて少ないという
特徴を有する。しかしながら、直接法による合成石英
は、溶融石英と比較して耐熱性に劣る。そのため、その
合成石英を炉心管３２に用いた場合にも、矢張り、高温
時の変形によりガスが漏洩する恐れがある。

【００３２】以上述べたように、図２の熱処理装置で
は、水素アニール処理を施したウエハＷに、金属汚染が
生じるという問題があった。また、図２の装置、方法で
は、水素アニール処理時に、水素ガスと溶融石英との反
応により生じる水分に起因して、シリコンのエッチング
現象が生じるという問題があった。

【００３３】同様にして、図９に示した例においては、
非酸化シリコンのインナーライナーがないのでエッチン
グが生じる。また、図１０に示した例においては、Ｓｉ
Ｃの単一管で処理空間を密閉しているので、ガス漏れが
起こり易い。更に、図１１に示した例においては、石英
ガラスからなるテーブル９の上部がヒータ３によって加
熱されるので、ここで水分が発生してしまう。

【００３４】図１２に示した例においても、水素アニー
ルに適用した場合、エッチングが生じてしまう。更に、
図１３に示した例においても、石英ガラスからなるテー
ブル９の上部が水分を発生し、これをとり込んだガスが
ウエハＷに供給される。よって、水素アニールに適用し
た場合には、エッチングが生じてしまう。

【００３５】このように、従来例において抱えている課
題を解決したものが本発明である。即ち、ここで、再び
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明す
る。本発明では、炉心管３２、導入口５、および排気口
６が、溶融石英によって、一体に形成されている。ま
た、ウエハＷを保持するボート４には、炭化珪素を用
い、ＣＶＤ成膜技術によって、その表面に不純物が極め
て少ないＳｉＣコーティング層を形成したものを用いて
いる。なお、ヒートバリア９は、断熱性のよい発泡石英
（多孔質酸化シリコン）によって形成されており、１０
００℃以上には加熱されない。

【００３６】第２の炉心管あるいはインナーライナーと
も呼べる内管３１は、上下端に開口部を有する筒状体で
あり、その下部側面に、排気口６に連なる開口部２７を
有する。内管３１は、炭化珪素材料を用い、その内表面
に、ＣＶＤ技術によるＳｉＣコーティング層を形成して
いる。また、符号２２は内管３１を搭載する内管搭載部
であり、内管の取り付け、取り外しの際には、内管エレ
ベータ（図示せず）によって、矢印Ｂの方向（上下）に
移動することができる。また、符号２４は炉蓋２６と内
管搭載部２２との間の気密を確保するためのＯリングで
あり、２５は内管搭載部２２と炉心管３２との間の気密
を確保するためのＯリングである。更には、符号２８
は、内管３１中のガスを開口部２７を介して排気口９に
導く導出管である。

【００３７】このような構成においては、ウエハＷを、
例えば、１０００℃以上の温度に加熱して、水素アニー
ル処理を実施する際、水素ガスは、導入口５、導入管３
３を経て、炉心管３２内に導入され、その一部は、内管
３１、導出管２８、排気口６を経て、外部に排出される
が、残りの水素ガスは、炉心管３２と内管３１との間隙
部分（領域５３）から排気口６を経て、外部に排出され
る。

【００３８】この場合、内管３１により、炉心管３２の
内側面で溶融石英から離脱した金属不純物や、炉心管３
２の内面で溶融石英と水素ガスの反応によって生じた水
分が、ウエハＷに到達するのを遮蔽する機能を発揮す
る。その結果、ウエハＷに生じる金属汚染やシリコンの
エッチングを低減するという効果が得られる。

【００３９】また、この実施の形態においては、内管３
１が破損、損傷して、高温の水素ガスが多少漏出して
も、炉心管３２が、内管３１を気密に囲んでおり、水素
ガスが外部に漏洩することを防止できる。よって、衝撃
や高温に対して耐久性の劣るＳｉＣのような材料が内管
３１に用いられても、問題はない。

【００４０】なお、この実施の形態では、炉心管３２と
内管３１の２重管の構成を示したが、これに加えて、炉
心管３２の外側に、加熱器３から生じる金属不純物を遮
断する目的で、第３の管として外套管（アウターライナ
ー）を併設することも可能である。この場合の外套管の
材質には、金属不純物の遮断効果が高く、外套管自体か
らの金属不純物の発生量も少ない材質が選択されること
が好ましく、その一例として、炭化珪素を母材に用い
て、その表面にＣＶＤ技術によるＳｉＣコーティング層
を形成した管を用いるのがよい。

【００４１】このように、本発明では、高温領域５０に
ある内管３１と導入管３３の材料としては、ＣＶＤ膜に
よるＳｉＣコーティングを施した炭化珪素材料が好適で
あるが、これに限らず、当該雰囲気ガス中で金属を出さ
ない、高純度で高耐熱の非酸化シリコン材料を用いるこ
とができる。このような材質の材料としては、窒化ボロ
ン（ＢＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）などのセラミックスの他、シリコンを挙げるこ
とができる。

【００４２】これらは処理ガス中で、あるいは、これと
反応して、半導体材料表面をエッチングする物質を発生
しない材質で構成されている。なお、ここで、「半導体
材料をエッチングする物質」とは、例えば、水分のよう
に、単独あるいは雰囲気ガスを伴って、半導体材料との
間で化学反応を起こして、半導体材料をエッチングする
物質のことである。また、上記「材質」とは、単独で当
該物質を放出しないのは勿論のこと、雰囲気ガスとの間
での化学反応による生成物としても、当該物質を生成し
ない材質のことであり、例えば、炭化珪素材料を用い
て、ＣＶＤ膜によるＳｉＣコーティングを施す場合が挙
げられるが、これに限らず、高純度で、雰囲気ガスに対
して化学的活性が低く、特に、雰囲気ガスと反応して水
分を発生することのない材質が好適である。このような
材料としては、上述のものを用いることもできる。

【００４３】而して、管３１により、高温領域５０にあ
る炉心管３２の内面で、石英材料と水素ガスの反応によ
って生じた水分などの、半導体材料をエッチングする物
質が、ウエハＷに到達するのを遮蔽する機能を発揮する
が、同時に、それ自体としても、半導体材料をエッチン
グする物質を放出せず、あるいは、放出量を低減してい
ることで、ウエハＷ上で、無用、有害なシリコンのエッ
チングを低減する効果が得られる。なお、炉心管３２の
材質を石英ガラスにすると、透光性に優れるため、加熱
器３が発する赤外線を、効率よく透過して、ウエハＷを
加熱することができる。

【００４４】なお、図１の場合、内管３１や導入管３３
自体をＳｉＣで構成したが、少なくとも、高温領域５０
に位置する内管内面、および、少なくとも高温領域５０
に位置する導入管内面が、ＳｉＣでコーティングされた
ものであっても良い。また、本発明においては、密閉可
能、即ち、排気可能な炉心管としては、周知の電気溶融
法や火炎溶融法により作製された溶融石英以外にも、プ
ラズマ法やスート法やゾルゲル法などにより作製された
合成石英であってもよい。これらの石英ガラスは、ＯＨ
基の量が３００ｐｐｍ以下の低ＯＨ石英ガラスであるた
めに、その１２００℃における粘性率が１０¹¹以上であ
り、高温熱処理にも充分変形に耐え得る。

【００４５】本発明に用いられる第３の管、即ち、外套
管としては、開放式または密閉式の管が用いられ、必要
に応じて、炉心管３２との間にパージガスを流すように
構成し得る。この場合も、高温領域５０に外套管が配さ
れていればよい。また、本発明に用いられる加熱器３と
しては、ＦｅＣｒＡｌ合金、Ｔａ合金、セラミック、カ
ーボンなどの発熱体を用いたもの、ハロゲンランプを用
いたものなどであり、必要に応じて、熱伝導性の良い均
熱板を付設したものでもよい。（第２の実施の形態）次に、図３を参照して、本発明の
第２の実施形態を説明する。ここでは、炉心管３２、炉
心管３２の上部に設けられた導入口５、および、排気口
６は、何れも、溶融石英によって、一体に構成されてい
る。また、第２の炉心管（内管）３１は有頭筒状であ
り、下端部側面に、ガス導出部としての開口部２７を有
すると共に、頂部に導入管３３を有し、その内壁に、Ｃ
ＶＤ技術によるＳｉＣコーティング層を有するものであ
る。

【００４６】また、ウエハＷを、例えば、１０００℃以
上の温度に加熱して、水素アニール処理を実施する際
に、雰囲気ガスとしての水素ガスは、導入口５、導入管
３３を経て、内管３１内に導入され、更に、開口部２
７、排気口６を経て外部に排気される。

【００４７】この実施の形態においては、第１の実施の
形態で得られたのと同様の作用効果が得られるが、更
に、ウエハＷが配置された空間が、導入管３３、開口部
２７および炉蓋２６と接触する部分を除いて、内管３１
によって、外部の空間と遮断されている。例えば、第１
の実施の形態においては、ガス流の調整を誤まると、炉
心管３２と水素ガスとが接して、離脱金属不純物および
水分が生じ、それが水素ガス流に放出され、内管３１の
内部に回り込み、そこに有るウエハＷに達する恐れが残
されているが、この実施の形態では、そのような事態は
生じ得ない。

【００４８】また、この実施の形態は、ウエハＷが配置
された空間の、高温領域５０において、石英ガラスと水
素ガスとが接触しない構造となっている。そのため、ウ
エハＷが配置された空間内で、水素ガス中に石英ガラス
から生じる離脱金属不純物や水分が生じる恐れがない。

【００４９】なお、ここでは、ヒートバリア９と炉蓋２
６とは、ウエハＷが配置された空間内で、水素ガスと接
しているが、これらの配置された部分は、ヒーター３に
よって加熱される領域５０の外であるから、高温にはな
り得ず、離脱金属不純物や水分が生じることはない。更
に、この実施の形態では、水素ガスが導入管３３から導
入されるため、ウエハＷを基準にして、水素ガスの流れ
の上流に当たる高温領域で、水素ガスと石英ガラスとが
接触しない構造となっている。

【００５０】以上の点を要約すると、以下の通りであ
る。

【００５１】（１）内管による閉空間構造：ウエハＷが
配置された空間が、雰囲気ガスの導入部（導入管３３）
や雰囲気ガス導出部（開口部２７）、および、炉蓋２６
で閉じられる開口部を除いて、管３１によって、外部の
空間と遮断されている。なお、ここで、「半導体部材が
配置された空間」とは、ウエハＷとその周囲の部分を指
す。また、この雰囲気ガス導入部、雰囲気ガス導出部の
配置や設置数は、この実施の形態の記載に限定されるも
のではなく、適宜、必要に応じて選択される。

【００５２】而して、ウエハＷが配置された空間が、外
部の空間と遮断されているために、炉心管３２と水素ガ
スとが接して生じる離脱金属不純物および水分が、水素
ガス中に放出されても、内管３１の内部に回り込むこと
が防止され、金属汚染やシリコンのエッチングを、より
一層低減するという効果が得られる。

【００５３】（２）閉空間中での金属・水分混入排除：
ウエハＷが配置された空間の高温領域において、炉心管
３２と雰囲気ガスとが接触しない構造である。なお、こ
こで、「半導体部材が配置された空間の高温領域５４」
とは、ヒーター３により加熱されて、熱処理温度と同等
程度の高温になる領域５０の中である。

【００５４】而して、その高温領域５４において、石英
ガラスと水素ガスとが接触しない構造となっているた
め、シリコンのエッチングが防止され、あるいは、より
一層低減するという効果が得られる。

【００５５】（３）雰囲気ガス上流での金属・水分混入
排除：前記水素ガスがウエハＷの上流の高温領域におい
て、炉心管３２と接触しない構造である。なお、ここ
で、「半導体部材より上流の高温領域」とは、水素ガス
の流路中において、ウエハＷよりも上流であり、かつ、
ヒーター３により加熱されて、高温になる部分である
が、図３の装置には存在しない。即ち、図１の例であれ
ば、導入管３３の領域５０内にある部分である。なお、
導入口５は、上流に位置するが、ヒーター３によって加
熱されておらず、温度上昇が小さいので、これに含まれ
ない。

【００５６】而して、上流の高温領域で、水素ガスと石
英ガラスとが接触しない構造となっているため、石英ガ
ラスから生じた離脱金属不純物および水分が、水素ガス
に混入して、ウエハＷに達するのを防ぐ作用が得られ
る。従って、これらに起因して、金属汚染やシリコンの
エッチングが防止され、あるいは、より一層低減すると
いう効果が得られる。

【００５７】（第３の実施の形態）更に、図４を参照し
て、本発明の第３の実施形態を説明する。ここでは、導
入口５は、内管３１の下端部にあり、内管搭載部２２と
一体的に形成されている。また、符号３５は内管３１の
上端部に形成された、ガス導出部としての開口部を示
す。

【００５８】ここでは、ウエハＷを、例えば、１０００
℃以上の温度に加熱して、水素アニール処理を実施する
際に、水素ガスは、導入口５から内管３１の下端部で導
入され、内管３１内を上部に流れた後、内管３１の上端
部から、開口部３５を経て炉心管３２内に導出される。
次いで、水素ガスは、炉心管３２と内管３１の間隙部を
介して下方に流れ、炉心管３２の下端付近に設けられた
排気口９から排出される。

【００５９】この実施の形態においては、第２の実施の
形態で得られるのと同様の作用効果が生じると共に、水
素ガスの導入・導出部を、図４のように配置したため
に、水素ガス流の滞留が生じることなく、ガスの置換を
迅速に実施することができる。また、この実施の形態に
おいては、水素ガスの導入・導出部を上述のように配置
したため、導入口５と排気口６とを、何れも装置下部に
配置することが可能であり、外部配管との接続作業や接
続部の点検作業が容易になる。

【００６０】なお、ヒートバリア９は発泡石英などの石
英ガラスからなる。そして、水素ガスは、ヒートバリア
９の表面に接触する流路４１を介して、ウエハＷ側に供
給されるが、このヒートバリア９が高温領域５０の外で
あるから、水分の発生は抑えられ、エッチングも抑制さ
れる。

【００６１】（第４の実施の形態）次に、図５を参照し
て、本発明の第４の実施の形態を説明する。導出口に
は、開口部３５の周囲に設けられた突起部３６と、開口
部３５を覆う蓋３７からなる逆止弁が設けられている。
突起部３６は、内管３１と同一のＳｉＣで、一体的に形
成されている。また、蓋３７も内管３１と同様、ＳｉＣ
で形成されている。

【００６２】そして、ＳｉＣの内管３１の内部の圧力が
内管３１の外より高くなると、内圧によって蓋３７が浮
き上がって、内管３１の開口部３５との間に隙間が生じ
る。而して、内管３１内の水素ガスは、この隙間を通っ
て、内管３１内から、それと炉心管３２との間隙部４２
に排出されるが、逆向きの流れは防止されることにな
る。なお、突起部３６は蓋３７が開口部３５から外れる
のを防止する。

【００６３】この実施の形態においては、逆止弁を備え
たことにより、水素ガスと溶融石英の炉心管３２との接
触による離脱金属不純物および水分が、内管３１内に逆
流することがなく、これらに起因して、金属汚染やシリ
コンのエッチングが防止され、あるいは、より一層低減
するという効果が得られる。

【００６４】また、この実施の形態では、炉心管３２と
内管３１との間隙に存在する水素ガスが、内管３１内に
流入するのを防止する流入防止手段を備えている。な
お、流入防止手段には、逆止弁が該当するが、他の手段
として、例えば、ガス流路に単純な狭隘部を設けるなど
の手段であっても良い。

【００６５】（第５の実施の形態）図６は本発明による
熱処理装置を示す。この熱処理装置は、ＳｉＣなどの非
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３２と、ＳｉＣな
どの非酸化シリコンからなる表面を有する外套管４５と
を有している。なお、符号２４、２５、４７はＯリング
であり、４８はフランジである。

【００６６】そして、水素含有還元性ガスは、下方にあ
る導入口５より流路４１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３５から逆止弁３
６、３７を通って、炉心管３２と内管３１との間の流路
４２に流れる。そして、排気口６より流路４２内のガス
が排気される。

【００６７】炉心管３２と密閉式の外套管４５との間の
空間４３には、下方にあるパージガス導入口４６より、
Ｈｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｎ₂，Ｋｒ，Ｘｅなどの不活性ガス
が導入され、上方のパージガス排気口４４より排気され
る。

【００６８】そして、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９は、加熱
器３による高温加熱領域５０の外にあるため、流路４１
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が無視し得る程少ない。

【００６９】高温加熱領域５０内にあって、内管３１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などの非酸化シリコン材
料で構成されているため、ここでも水分の発生は抑制さ
れている。

【００７０】内管３１内のガスは、管の中心にある開口
３５より排出されるため、均一なガス流が得られる。そ
して、炉心管３２は溶融石英により形成されているの
で、内管３１よりも耐衝撃性が高く、このため、熱によ
る変形が少なく、また、クラックも発生し難くなってい
る。更に、処理領域５４内は、内管３１より断熱性に優
れた溶融石英のような酸化シリコンにより閉じられた空
間になっているから、水素のリークが生じても、炉心管
３２の外に漏れることはない。

【００７１】ウエハＷを保持するボート４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。また、密閉式外套管４５とパージ
ガスにより、加熱器３からの金属不純物の内管側への侵
入を防止している。

【００７２】（熱処理方法）本発明において、第１の実
施の形態から第５の実施の形態において実施される熱処
理方法について、以下に説明する。即ち、図１、図３〜
図６に示した装置の内管３１内には、Ｓｉウエハのよう
な半導体部材を配置する。内管３１内に水素含有ガスを
導入し、半導体部材を還元性雰囲気下におく。

【００７３】水素含有ガスの導入開始前または導入開始
後に、所定の温度まで加熱を行う。この熱処理時の温度
は、９００℃以上、シリコンの融点以下、そして、より
好ましくは、１０００℃以上１２００℃以下とする。熱
処理時間は、熱処理によるアニール効果をどれだけ期待
するかによるが、例えば、３分〜５時間程度の範囲から
適宜選択される。こうして、半導体部材の熱処理が完了
する。

【００７４】本発明に用いられる半導体部材としては、
ＣＺＳｉウエハ、ＳＯＩＳｉウエハ、石英ガラス上にＳ
ｉ膜またはＳｉランド（島）を有するウエハである。そ
して、これらのウエハは、半導体デバイスの製造工程
前、中、後いずれの状態のウエハであってもよい。

【００７５】とりわけ、研磨されていない粗面を有する
ＳＯＩウエハの水素アニールに本発明は好適である。本
発明に用いられる処理ガスとしては、水素１００％ガ
ス、または１％〜９９％の水素と不活性ガスとを含む混
合ガスである。

【００７６】本発明に用いられる水素含有還元性雰囲気
の圧力としては、加圧、常圧、減圧いずれの圧力でもよ
いが、好ましくは、１．０２×１０⁵Ｐａ〜１．３３Ｐ
ａ、より好ましくは、１．０２×１０⁵Ｐａ〜１．３３
×１０³Ｐａである。

【００７７】（半導体部材の製造方法）次に、本発明の
熱処理方法を利用した半導体部材の製造方法について述
べる。図７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。

【００７８】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Ｓ
ｉ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。ある
いは、Ｓｉウエハの表面を多孔質化した後、非多孔質Ｓ
ｉ層をエイピタキシャル成長させる。また、ＰＡＣＥ法
の場合は、酸化膜のないＳｉウエハまたは表面を酸化さ
せたＳｉウエハを用意する。

【００７９】一方、工程Ｓ２では、第２の基材を用意す
る。例えば、通常のＳｉウエハや、表面を酸化させたＳ
ｉウエハや、自然酸化膜を除去したＳｉウエハや、石英
ウエハや金属基板などを用意する。

【００８０】続いて、工程Ｓ３では、上記工程Ｓ１、Ｓ
２で用意した第１および第２の基材を直接に、または、
間に接着層を介して間接的に、貼り合わせる。この時、
第１の基材の貼り合わせ面または第２の基材の貼り合わ
せ面のうち、少なくともいずれか一方が絶縁体で形成さ
れていれば、よりよい。勿論、ＳＯＩ構造以外の基材を
作製する場合は、この限りではない。更に、貼り合わせ
前に、絶縁体からなる貼り合わせ面に水素、酸素、窒
素、希ガスのイオンを照射して、貼り合わせ面を活性化
してもよい。

【００８１】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
および／またはエッチングなどにより、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、不要部分がウエハ形状を維持しているので、その
後、再び、第１の基材または第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、熱処理して剥す方
法、アセンブリの側面に液体や気体からなる流体を吹き
つけて剥す方法、機械的に剥す方法などがある。

【００８２】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、エッチングなどに起因した凹凸を有する粗面になっ
ている。そこで、次の工程Ｓ５では、上述した熱処理装
置を用いて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。この時、エッ
チングされたシリコン層表面は、平滑化効果により、表
面粗さが０．２ｎｍ以下（１μｍ角エリア）の平滑な面
になる。これは、条件を最適化すれば、０．１５ｎｍ以
下、更に、０．１ｎｍ以下にすることもできる。

【００８３】次に、エピタキシャル層移設法を利用した
半導体部材の製造法について、より詳しく述べる。図８
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１３１を用意して、少なく
とも、主表面側に多孔質構造の層１３３を形成する。こ
の多孔質Ｓｉは、Ｓｉ基板をＨＦ溶液中で陽極化成する
ことにより形成できる。多孔質層は、１０^-1ｎｍ〜１０
ｎｍ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、Ｈ
Ｆ溶液濃度を５０〜２０％に変化させたり、アルコール
添加比率を可変したり、電流密度を変化させることで、
２．１〜０．６ｇ／ｃｍ³の範囲に変化させることがで
きる。また、多孔質化される部分の比抵抗と電気伝導型
を予め変調しておけば、これに基づいて多孔度を可変す
ることが可能である。

【００８４】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。即ち、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１３３は単層か、
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。なお、このイオン注入は、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１３３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。

【００８５】次に、工程Ｓ３２では、多孔質層１３３上
に、少なくとも１層の非多孔質単結晶半導体の層１２３
を形成する。非多孔質単結晶半導体の層１２３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
１３３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１３３上に酸化シリ
コン層１２２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。

【００８６】工程Ｓ３３では、前記非多孔質単結晶Ｓｉ
の層１２３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１２１の表面（貼り合わせ面）と室
温で密着させる。なお、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、石英などの光透過性基板、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。

【００８７】図８には、第２の基板と第１の基板とを、
絶縁層１２２を介して貼り合わせた様子が示してある
が、絶縁層１２２は、なくてもよい。貼り合わせに際し
ては、絶縁性の薄板を第１及び第２の基板の間にはさ
み、３枚重ねで貼り合わせることも可能である。

【００８８】続いて、第１の基板１３１の裏面側の不要
部分と多孔質層１３３を除去して、非多孔質単結晶Ｓｉ
層１２３を表出させる。これには、前述した通り、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。

【００８９】第１の方法では、第１の基板１２１を裏面
側より除去して、多孔質層１３３を表出させる（工程Ｓ
３４）。続いて、多孔質層１３３を除去して非多孔質単
結晶シリコン層１２３を表出させる（工程Ｓ３５）。な
お、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。

【００９０】第２の方法では、分離層となる多孔質層１
３３中で基板を分離して、図８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、楔など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
法などがあるが、これらの方法に限定されるものではな
い。

【００９１】続いて、工程Ｓ３５では、第２の基板１２
１の表面側に残留する多孔質層１３３をエッチングによ
り除去する。この多孔質のエッチング方法は、前記多孔
質層１３３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１２１側に残留した多孔質シリコン層
１３３が極めて薄く、均一な厚みであるならば、フッ酸
と過酸化水素水とによる多孔質層のウエットエッチング
は、実施しなくてもよい。続いて、工程Ｓ３６では図
１、図３〜図６の装置を用いて、水素を含む還元性雰囲
気での熱処理を施し、単結晶Ｓｉ層１２３の凹凸を表面
平滑化する。

【００９２】本発明で得られる半導体基板では、第２の
基板１２１上に単結晶Ｓｉ膜１２３が絶縁層１２２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。

【００９３】分離された第１のＳｉ単結晶基板１３１
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１３１、あるいは、次の第２の基板１２１として使用
できる。

【００９４】

【実施例】（実施例１）直径５インチのシリコンウエハ
を、熱処理温度：１１００℃、熱処理時間：４時間、水
素ガス流量：１０リットル／分の条件で、水素アニール
処理した。本発明による金属汚染の低減効果を確認する
ために、図２の装置を用いた熱処理方法による場合と、
図１の装置を用いた熱処理による場合とを比較した。内
管３１には、表面にＣＶＤコーティングＳｉＣ層を持つ
炭化珪素材料を用いた。そして、熱処理後のウエハのキ
ャリアライフタイムを測定することにより、両者に生じ
た金属汚染の比較を行った。

【００９５】

【表１】その結果、表１に見られるように、本例による熱処理方
法では、従来の方法と比較して、キャリアライフタイム
が約２倍に改善されており、水素アニールによるウエハ
の金属汚染を低減する効果が確認された。

【００９６】（実施例２）比抵抗が０．０１７Ωｃｍの
ボロンドープ８インチ（１００）Ｓｉウエハ表面を、４
９％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時間熱処理して、孔表面に薄い酸化
膜を形成した。そして、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、
その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℃の水素雰囲気で、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。

【００９７】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２００ｎ
ｍ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などで用いられるウエット洗浄
を施して、清浄な表面を形成し、その後に、貼り合わせ
た。貼り合わせたシリコンウエハのアセンブリを、酸素
含有雰囲気で、１１００℃で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。

【００９８】なお、この熱処理では、窒素、酸素の混合
気中で昇温し、酸素ガスに置換して、１１００℃で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、ウエ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。

【００９９】移設された単結晶シリコンの膜厚を、面内
１０ｍｍの格子点で、それぞれ、測定したところ、膜厚
の平均は２１０ｎｍ、ばらつきは±７ｎｍであった。ま
た、表面粗さを、原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ
角の範囲について、２５６×２５６の測定ポイントで測
定したところ、表面粗さは、平均の二乗粗さ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
が１．２×１０¹⁸／ｃｍ³であった。

【０１００】図６に示した熱処理装置に、こうして作製
したＳＯＩウエハを、複数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後に、設置した。
ＳＯＩウエハは、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、
市販のシリコンウエハを同じ間隔で配置した。そして、
炉内の雰囲気を水素に置換した後、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。また、比較
のために、同じように作製したＳＯＩウエハを、図２の
装置で水素アニールした。

【０１０１】

【表２】その結果、表２に見られるように、本発明では、従来と
比較して、最大エッチング量が１／８に改善されてお
り、それに伴いエッチング量のバラ付きも大幅に改善さ
れることが明らかになった。このことから、本発明をＳ
ＯＩ基板に適用することにより、ＳＯＩ層のエッチング
量を低減し、膜厚の均一性に優れたＳＯＩ基板が得られ
ることが確認できた。

【０１０２】

【発明の効果】本発明は、以上述べたようになり、酸化
シリコンの炉心管を汚染源とするウエハの金属汚染およ
び酸化シリコンとウエハのシリコンボディの反応による
シリコンボディのエッチングが実質的に生じない熱処理
装置および熱処理方法を提供できる。そして、本発明の
熱処理装置による半導体部材の製造方法によれば、優れ
た半導体部材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱処理装置の一例を示す断面図で
ある。

【図２】熱処理装置の断面図である。

【図３】本発明による第２の実施の形態の熱処理装置の
断面図である。

【図４】本発明による第３の実施の形態の熱処理装置の
断面図である。

【図５】本発明による第４の実施の形態の熱処理装置の
断面図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態を示す熱処理装置の
断面図である。

【図７】本発明の実施の形態による半導体部材の製造方
法のフローチャートを示す図である。

【図８】本発明の実施の形態による半導体部材の製造方
法を説明する為の模式図である。

【図９】従来の熱処理装置の断面図である。

【図１０】従来の熱処理装置の断面図である。

【図１１】従来の熱処理装置の断面図である。

【図１２】従来の熱処理装置の断面図である。

【図１３】従来の熱処理装置の断面図である。

【符号の説明】

Ｗウエハ１内管２外管３加熱器４ボード５導入口６排気口７導入口８排気口９テーブル（ヒートバリア）１０導入口１１排気口１２ガス供給口１３断熱材１４連通口２０均熱管２２搭載部２４、２５シール部材（Ｏリング）２６炉蓋２７排気用開口３１内管３２炉心管（第１の管）３３導入管３４放出口３５開口部３６突起部（逆止弁）３７蓋（逆止弁）４１、４２流路４３空間４４パージガス排出口４５外套管４６パージガス導入口４７Ｏリング４８フランジ５０領域５１、５２レベル５３領域５４領域（処理空間）１２１第２の基板１２２酸化シリコン層（絶縁層）１２３非多孔質単結晶半導体の層１３１第１の基材（Ｓｉ単結晶）１３３多孔質層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の管の内部に配された第２の管およ
び加熱器を有する熱処理装置において、前記第１の管は、密閉可能で、前記第２の管より耐衝撃
性の高い石英ガラスからなる管であり、前記第２の管の少なくとも内面は、非酸化シリコンから
なる面であり、ガスが、前記加熱器により加熱された高温の酸化シリコ
ンからなる面を通過することなく、前記第２の管内部の
処理空間に導入されるように、ガス流路が構成されてい
ることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】請求項１において、前記石英ガラスは溶
融石英であり、前記非酸化シリコンは炭化シリコンであ
ることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】請求項１において、前記非酸化シリコン
はシリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミ
ニウム、窒化ボロンから選択される材料であることを特
徴とする熱処理装置。
【請求項４】請求項１において、前記第２の管は表面
が炭化シリコン膜で被覆されていることを特徴とする熱
処理装置。
【請求項５】請求項１において、前記酸化シリコンか
らなる面は９００℃以上に加熱されることを特徴とする
熱処理装置。
【請求項６】請求項１において、前記酸化シリコンか
らなる面は１０００℃以上に加熱されることを特徴とす
る熱処理装置。
【請求項７】請求項１において、前記水素ガスは、不
活性ガスとともに第２の管内に導入されることを特徴と
する熱処理装置。
【請求項８】請求項１において、前記処理空間の上流
にも、前記第２の管が延在していることを特徴とする熱
処理装置。
【請求項９】請求項１において、第２の管内への水素
ガスの導入口は、前記処理空間の外側にあり、第２の管
からの水素ガスの導出部は、前記処理空間の導入口に対
して反対側の前記処理空間の外側にあることを特徴とす
る熱処理装置。
【請求項１０】請求項１において、前記第１の管と前
記加熱器との間には第３の管が設けられていることを特
徴とする熱処理装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記第３の管は
密閉可能な管であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１２】請求項１０において、前記第３の管は
少なくとも表面が非酸化シリコンからなることを特徴と
する熱処理装置。
【請求項１３】請求項１０において、前記第３の管は
炭化シリコンからなることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１４】請求項１０において、前記第３の管と
前記第１の管との間にパージガスを流すことを特徴とす
る熱処理装置。
【請求項１５】請求項１０において、前記第２の管及
び前記第３の管はいずれも密閉可能な管であることを特
徴とする熱処理装置。
【請求項１６】請求項１において、前記第２の管内
に、非酸化シリコンからなる表面を有する支持体と、酸
化シリコンからなる表面を有するヒートバリアが配され
る構成になっていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１７】請求項１において、前記第２の管内に
配されるヒートバリアより上方に前記加熱器が配されて
いることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１８】請求項１において、前記第２の管内の
下方より水素ガスが導入され、前記第１の管内の下方よ
り水素ガスが排気されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１９】請求項１において、前記第１の管の外
側下方よりパージガスが導入され、前記第１の管の外側
上方よりパージガスが排気されることを特徴とする熱処
理装置。
【請求項２０】第１の管の内部に配された第２の管
と、加熱器とを有する熱処理装置において、更に、前記第２の管内へガスを導入するための、前記加
熱器より下方に設けられた導入口と、前記第２の管上方に設けられた前記第１及び第２の管を
連通するための開口と、前記第１の管内からガスを排気するための、前記第１の
管の下方に設けられた排気口と、を有し、前記第１の管は、密閉可能な溶融石英からなり、前記第２の管は、密閉可能な非酸化シリコンからなる表
面を有し、前記加熱器は、前記第２の管内のヒートバリアより上方
に配されている熱処理装置。
【請求項２１】請求項２０において、更に、第１の管
の外側に、非酸化シリコンからなる表面を有する密閉可
能な第３の管を有しており、前記第３の管の下方にパー
ジガス導入口が、上方にパージガス排気口が設けられて
いることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２２】請求項２０において、前記ヒートバリ
アは発泡石英を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２３】請求項２０において、前記ヒートバリ
アは１０００℃以上に加熱されないことを特徴とする熱
処理装置。
【請求項２４】請求項１または２０の熱処理装置を用
いて、半導体部材の熱処理を行う熱処理方法。
【請求項２５】請求項２４において、前記半導体部材
はシリコンボディを有することを特徴とする熱処理方
法。
【請求項２６】請求項２４において、水素含有還元性
雰囲気下において、９００℃以上の温度で熱処理を行う
ことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２７】請求項２６において、１０００℃以上
で熱処理を行うことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２８】請求項２４において、前記半導体部材
はＳＯＩ基板であることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２９】請求項２５において、前記半導体部材
は、貼り合わせＳＯＩ基板であることを特徴とする熱処
理方法。
【請求項３０】第１の基材と第２の基材とを貼り合わ
せ、前記第１の基材の不要部分を前記第２の基材上から
除去した後、請求項１または２０の熱処理装置を用い
て、前記第２の基材上のシリコン層を水素含有還元性雰
囲気下において熱処理することを特徴とする半導体部材
の製造方法。
【請求項３１】請求項３０において、前記第１の基材
に分離層を形成し、該分離層において前記不要部を剥離
することにより不要部の除去を行うことを特徴とする半
導体部材の製造方法。
【請求項３２】請求項３０において、前記第１の基材
の不要部を研削、研磨、エッチングのうち少なくともい
ずれか１つの方法により除去することを特徴とする半導
体部材の製造方法。
【請求項３３】請求項３０において、前記シリコン層
はエピタキシャル層であることを特徴とする半導体部材
の製造方法。
【請求項３４】請求項３０において、第１のシリコン
単結晶基板の主面に多孔質層を形成する工程と、前記多
孔質層上に単結晶シリコン層を形成する工程と、前記第
１のシリコン単結晶基板の主面と第２の基板の表面とを
貼り合わせる工程と、前記多孔質層を除去して前記単結
晶シリコン層を表出させる工程を含むことを特徴とする
半導体部材の製造方法。
【請求項３５】請求項９において、前記導出部は、第
１の管内に開口しており、第１の管には、その内部空間
を経由して外部に水素ガスを排気する排気口が設けられ
ていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３６】請求項９において、前記導出部には、
第１の管内のガスが第２の管内に流入するのを防止する
為の流入防止手段が設けられていることを特徴とする熱
処理装置。