JP3472171B2 - 半導体基材のエッチング方法及びエッチング装置並びにそれを用いた半導体基材の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基材のエッ
チング方法、エッチング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半導体基材
のエッチング方法、エッチング装置及び半導体基材の作
製方法に関する。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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．）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
層全体に高濃度のボロン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 ａ
ｎｄ Ｔ．Ｙｏｎｅｈａｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．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。

【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。

【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。

【００２３】一方、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、Ｌ．Ｚｈｏｎｇ ｅｔ
ａｌ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６８（１９９
６）ｐ．１２２９には、１２００℃において、約０．１
ｎｍ／ｍｉｎと小さい減少率が報告されている。

【００２４】しかし、Ｂ．Ｍ．Ｇａｌｌｏｉｓ ｅｔ
ａｌ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，７７（１９９
４）ｐｐ．２９４９には、１０ｎｍ／ｍｉｎ〜１００ｎ
ｍ／ｍｉｎと比較的大きい減少率が報告されている。

【００２５】

【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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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、得られたＳＯＩ層の表面を熱酸化
した後、形成された熱酸化膜をフッ酸でウエットエッチ
ングすること（犠牲酸化）も考えられるが、それでは、
作製工程が複雑になってしまう。

【００２９】又、水素注入剥離法等にみられるように、
得られたＳＯＩ層の最表層は比較的多くの欠陥を含み易
いので、この欠陥を減らすことも大切である。

【００３０】［発明の目的］本発明の目的は、エッチン
グ量の制御が容易であり、複数の基板を処理しても常に
均一なエッチングが可能なエッチング方法、エッチング
装置及び半導体基材の作製方法を提供することにある。

【００３１】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
く低減できるエッチング方法、エッチング装置及び半導
体基材の作製方法を提供することにある。

【００３２】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
エッチング方法、エッチング装置及び半導体基材の作製
方法を提供することにある。

【００３３】本発明の更に他の目的は、犠牲酸化を行う
必要がなく任意の膜厚が容易に得られ、且つ表面欠陥の
少ない、低コストなエッチング方法、エッチング装置及
び半導体基材の作製方法を提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明のエッチング方法
は、シリコンからなる表面を有する半導体基材をエッチ
ングするエッチング方法において、酸化シリコンからな
る面に、前記半導体基材の前記シリコンからなる表面を
所定の間隔をおいて対向させた状態で、前記シリコンか
らなる表面を水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する工
程を含むことを特徴とする。

【００３５】又、本発明の半導体基材の作製方法は、２
つの基材を貼り合わせ、一方の基材の不要な部分を除去
して、得られたシリコンからなる表面を上記エッチング
方法によりエッチングする工程を含むことを特徴とす
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の好適な実施の形
態によるエッチング装置を示す模式図である。

【００３７】このエッチング装置は半導体基材Ｗを収容
する為のエッチング室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。

【００３８】基材Ｗの被処理面側には、表面に酸化シリ
コン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。

【００３９】本実施の形態によるエッチング方法は以下
のとおりである。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】すると、基材Ｗ表面（被処理面）にあるシ
リコンがエッチングされる。

【００４３】本発明によりエッチングされる基材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、前述した各種ＳＯＩウエハ、シリコン膜を有す
る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ウエハや、
研磨されていない表面を有するウエハ、貼り合わせ法や
ＳＩＭＯＸ法による作製工程途中のＳＯＩウエハ等が好
適な基材である。本発明においては、基材Ｗを水素を含
む還元性雰囲気中において熱処理を行う為、炉内に供給
するガスとしては、１００％水素ガス、希ガス等の不活
性ガスにより水素が１〜９９％程になるよう希釈された
水素ガス等が用いられる。特に水素を含む還元性雰囲気
の露点が−９２℃以下になるように充分脱水された炉内
に、水素精製器を通して比較的高純度のガスを導入する
とよい。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】溶融石英のような石英ガラスで構成したエ
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３．９×１０⁴ Ｐａより好ましくは６．６
×１０⁴ Ｐａにするとより好ましい。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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概ね３００℃以上はより好ましく
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。対向する面の構成材料の影響
は、圧力を低くすることによって同じ面間隔であって
も、対向面との相互作用によるエッチングを効率化でき
る。これは、ガス分子の拡散長が圧力の低下に伴い、長
くなるためである。

【００５４】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酸化シリコンが形成されて
いるものであれば何でもよいが、好ましくは、表面に酸
化シリコン膜を形成したＳｉウエハ、石英ウエハ等であ
り、対向面側に酸化シリコン膜があれば、エッチングす
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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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（エッチング
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
エッチングの増速効果が得られる。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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】また、シリコンやＳｉＣからなる部材の表
面に形成した酸化シリコン膜を基材に対して対向させて
エッチングを行うと酸化シリコン膜がエッチングによっ
て膜厚を減じ、消失した時点で、基材のエッチング速度
は１／１０程度に低下する。この現象を利用して、予め
酸化シリコン膜の厚みをエッチングして除去したいシリ
コン厚みに含まれるＳｉ原子量と同数のＳｉ原子が含ま
れる厚みに設定しておけば、Ｓｉの除去量を再現性よく
制御できる。対向面の酸化シリコン膜が熱酸化法により
形成された化学量論組成のＳｉＯ₂ 膜の場合、酸化シリ
コンの厚み（ｔ _ox）を除去したいシリコン膜厚のおよそ
２．２２倍に設定した対向面構成部材を用いるとよい。

【００６１】又、処理時間のマージンを見込む場合に
は、少なくとも上記厚みｔ_oxを除去したいシリコン膜の
厚さの２．２２倍以上に設定する。

【００６２】本発明においては、シリコン膜のエッチン
グレートを１．０×１０^-3ｎｍ／ｍｉｎ〜１．０ｎｍ／
ｍｉｎの範囲で容易に制御できるが、処理効率を考慮す
れば、温度を比較的高い１０８０℃以上に保ち０．０４
６ｎｍ／ｍｉｎ以上のレートでエッチングするか、温度
を１１００℃以上に保ち０．１１ｎｍ／ｍｉｎ以上のレ
ートでエッチングすることが好ましい。

【００６３】又、このエッチングによりシリコン膜表面
を１０ｎｍ〜２００ｎｍ程エッチングすれば、表面欠陥
等を十分低減できる。とりわけＳＯＩ基板の場合には、
本発明を利用すれば５０ｎｍ〜５００ｎｍ厚のシリコン
膜にエッチングを施して２０ｎｍ〜２５０ｎｍ厚のＳＯ
Ｉ層を得ることが、容易に出来るようになる。

【００６４】又、犠牲酸化ではＨＦ欠陥が増加する傾向
にあるが、本発明ではこのような欠陥増加を抑制し得
る。

【００６５】そして、得られる表面も例えば１μｍ角エ
リアにおけるＲｒｍｓが少なくとも０．４ｎｍ以下好ま
しくは、０．２ｎｍ以下、更には０．１５ｎｍ以下が容
易に達成できる。

【００６６】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。

【００６７】反応炉１の構成材料としては、ＳｉＣを用
いてもよいが、石英ガラスがより好ましく用いられる。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】（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。

【００７１】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。

【００７２】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Ｅ_a を求めたところ、約
４．３ｅＶであった。

【００７３】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。

【００７４】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Ｅ_a は、約４．１ｅＶであった。

【００７５】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Ｅ_a は、約５．９ｅＶであった。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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
グ速度はそれほど高まらない。

【００８５】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。

【００８６】また、単結晶シリコン膜に対向する面の材
料をＳｉＣ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。

【００８７】すなわち、シリコンを水素含有雰囲気中で
熱処理する場合、対向面を酸化シリコンとすれば、シリ
コンのエッチング量はシリコンを対向面とする場合に比
して、およそ１０倍となる。

【００８８】（エッチング装置）本発明に用いられるエ
ッチング装置の代表例は図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。

【００８９】図５は別の実施の形態によるエッチング装
置を示す。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】図６はこのような複数の基材を一括してエ
ッチングできるエッチング装置を示している。

【００９４】表面に酸化シリコン膜を有する基材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の表面では所望のエッチングがなされな
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、エッチングされる。

【００９５】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。

【００９６】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
してエッチングできる横型炉になる。

【００９７】図６の装置は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
括してエッチングできない。

【００９８】そこで、裏面がＳｉやＳｉＣ，ＳｉＮのよ
うに非酸化シリコンからな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。

【００９９】即ち、２つの基材の間に少なくとも裏面が
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る。

【０１００】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。

【０１０１】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増速効果が得られる。

【０１０２】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。こうして酸化シリコン対向面との相互効果による
エッチング制御性が高まる。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、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。

【０１０３】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、表面に酸化シリコン膜が形成
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。

【０１０４】図９は、図５に示した縦型炉を有するエッ
チング装置を変更したものである。

【０１０５】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。

【０１０６】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たＳｉ基板を用い、基
材Ｗとして裏面に酸化シリコン膜２４が形成されたＳＯ
Ｉ基板を用いた例を示している。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】以上、説明した各エッチング装置において
も、図１の装置と同様、炉１、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と
よい。

【０１１０】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。

【０１１１】（半導体基材の作製方法）次に、本発明の
エッチング方法を利用した半導体基材の作製方法につい
て述べる。

【０１１２】図１０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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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、石英ウエハ
や金属基板等を用意する。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】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では上述したエッチングを施す
ことにより粗面となっているシリコン層の上層部を除去
する。この時、エッチングされたシリコン層表面は、併
せて起こる平滑化効果により、表面粗さが０．２ｎｍ以
下（１μｍ角エリア）の平滑な面になる、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。

【０１２１】図１１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。

【０１２２】まず、工程Ｓ１１では、出発物質としてＳ
ｉウエハを用意する。

【０１２３】次に工程Ｓ１２では、加速電圧１００ｋｅ
Ｖ〜３００ｋｅＶ、２×１０¹⁷ｃｍ ^-2〜４×１０¹⁸ｃｍ
^-2程のドーズ量で酸素イオンを打ち込む。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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、上述したエッチン
グを施すことにより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。

【０１２７】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、より詳しく述べる。

【０１２８】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^-2〜１×１０¹⁹ｃ
ｍ^-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。

【０１２９】工程Ｓ２２では、第２の基材としての別の
Ｓｉ基板２１の表面を酸化し、必要に応じて図１２のよ
うに貼り合わせ面にある酸化膜を除去し、露出した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。

【０１３０】工程Ｓ２３では、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。

【０１３１】或いは、貼り合わせ工程と同時又はその工
程後に５００℃以上の熱処理を行うと、分離層において
水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。

【０１３２】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。

【０１３３】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、酸化シリ
コンからなる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の上層部をエ
ッチング除去する。この時、エッチング後のシリコン膜
２５の表面は平滑な面になる。

【０１３４】図１２の例では、裏面に酸化シリコン膜２
４を有するウエハ２１を用いた為、工程Ｓ２３終了後の
ＳＯＩ基板の裏面にも酸化シリコン膜が残っている。よ
って、このようなＳＯＩ基板は図６、図９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。

【０１３５】この裏面の酸化シリコン膜の形成法として
は、図１２のように貼り合わせ前に形成しておく方法に
代えて、分離後に形成する方法、或いは、貼り合わせの
熱処理を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を形成する方法を採用してもよい。

【０１３６】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。

【０１３７】図１３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
ｍ³ 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。

【０１３８】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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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）。

【０１４２】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）。

【０１４３】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。

【０１４４】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。

【０１４５】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。

【０１４６】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をエッチング除去する。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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。多数枚同時エッチ
ングの場合に、ＳＯＩ基板の裏面を酸化シリコンからな
る対向面として利用する為には、基板２１の裏面に酸化
シリコン膜を形成する必要がある。

【０１５０】そこで、工程Ｓ３５の後にシリコン膜２３
をマスクして裏面に酸化シリコン膜を形成したり、貼り
合わせ工程Ｓ３３の前に基板２１の裏面に酸化シリコン
膜を形成したり、貼り合わされた状態（Ｓ３３）で基板
２１の裏面に酸化シリコン膜を形成すればよい。

【０１５１】図１４は、本発明によるエッチング前後の
シリコン表面の様子を模式的に示している。

【０１５２】Ｗ３は、エッチング前の基材の断面を示
し、Ｗ４は、エッチング後の基材の断面を示している。

【０１５３】エッチング前、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（Ｒｒｍ
ｓ）が０．２ｎｍ〜２０ｎｍ程であった粗面も、本発明
によるエッチングによって平滑化され、Ｒｒｍｓは０．
０７ｎｍ〜０．１５ｎｍ程になる。これは、研磨された
Ｓｉウエハと同等か、それよりも一層平滑な面に相当す
る値である。

【０１５４】図１４中、ｈは高低差（ピーク ツー バ
レー）、ｐは周期、ｔはエッチング厚さを示している。

【０１５５】本発明によれば、表面粗さは、少なくとも
３分の１程度平滑化されるので、例えば高低差ｈが数ｎ
ｍ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、エ
ッチングにより、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
な表面にすることができる。

【０１５６】この現象は、エッチングと同時に生じる表
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。

【０１５７】（実施例１：エピタキシャル層移設／横型
炉／対向面ＳｉＯ₂ ）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℃水素雰囲気で熱処理し
て多孔質シリコンの表面の孔をほとんど封止した。引き
続いて、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロル
シランを添加することにより該多孔質シリコン上に単結
晶シリコン膜を平均３００ｎｍプラス・マイナス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
リコンウエハとは別に第２のシリコンウエハを用意し、
それぞれのシリコンウエハに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て、清浄な
表面を形成したのち、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であった。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。エピタキ
シャル成長により形成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。

【０１５８】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、ばらつきはプラス・マイナス５ｎｍであ
った。ＳＯＩ層を２００ｎｍにするために、およそ１０
ｎｍ除去する必要があった。また、表面粗さを原子間力
顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６×
２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平
均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．
８ｎｍであった。また、ボロン濃度を二次イオン質量分
析法（ＳＩＭＳ）により測定したところ、単結晶シリコ
ン膜中のボロン濃度は１．２×１０¹⁸／ｃｍ³ であっ
た。

【０１５９】このＳＯＩウエハを裏面を予め弗酸などで
クリーニングして自然酸化膜等を除去した後、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。４つのＳＯＩウ
エハは、以下の４つの方式により設置した。 試料Ａ：図１５（ａ）：ＳＯＩウエハＷ１枚を、炉内に
水平に設置、ＳＯＩウエハＷの上方に表面に２００ｎｍ
の酸化シリコン膜４を形成したシリコンウエハ３を向か
い合わせに平行に設置。ウエハ間の距離は約１０ｍｍ； 試料Ｂ：図１５（ｂ）：ＳＯＩウエハＷ１枚を、炉内に
水平に設置、ＳＯＩウエハＷの上方にベアシリコンウエ
ハ８４を向かい合わせに平行に設置。ウエハ間の距離は
約１０ｍｍ； 試料Ｃ：図８（ｃ）：ＳＯＩウエハＷ１枚を、表面に２
００ｎｍの酸化シリコン膜４を形成したシリコンウエハ
３を対向させて炉内に傾斜して設置； 試料Ｄ：図８（ｄ）：ＳＯＩウエハＷ１枚を炉内の流れ
の上流方向にＳＯＩ層を向けるようにして、かつ表面に
２００ｎｍの酸化シリコン膜４を形成したシリコンウエ
ハ３を対向させて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不図示ではあるが、石英で構成
される治具を用いて支持した。

【０１６０】それぞれ、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。水素ガスの流量
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化した。

【０１６１】 ＳＯＩウエハの膜厚減少量は、酸化シリコンを対向面と
した場合、約１０ｎｍとなり、仕様に合致した膜厚にす
ることができた。一方、比較例即ち、対向面をシリコン
ウエハとした試料Ｂの場合には、膜厚減少量が１ｎｍと
極めて小さく、エッチングとは到底呼べるような処理に
はならなかった。

【０１６２】また、上記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 と市販シリコンウエハ（０．１３ｎｍ、０．３１ｎｍ）
並みに平滑化されていた。

【０１６３】単結晶シリコン膜中のボロン濃度について
も、それぞれ熱処理後に二次イオン質量分析（ＳＩＭ
Ｓ）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。

【０１６４】（実施例２：エピタキシャル層移設／縦形
炉／各種ボート／裏面酸化膜）比抵抗が０．０１７Ωｃ
ｍのボロンドープの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（誤差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２００
ｎｍ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表裏全面に形成
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
して、清浄な表面を形成したのち、それらを貼り合わせ
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。エピタキシャル成長により形成した単結晶シリコ
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。

【０１６５】１つの試料において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、ばらつきはプラス・
マイナス４．３ｎｍであった。また、表面粗さを原子間
力顕微鏡で１μｍ角、５０μｍ角の範囲について２５６
×２５６の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは
平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、
９．８ｎｍであった。また、ボロン濃度を二次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ）により測定したところ、単結晶シ
リコン膜中のボロン濃度は１．２×１０¹⁸／ｃｍ³ であ
った。

【０１６６】図９に示した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
がついたまま設置した。ガスは炉上部より下方へと流れ
る。

【０１６７】ウエハ１は、図９の如く、水平に、かつ、
１枚のＳＯＩウエハの裏面の酸化シリコン２４が別のＳ
ＯＩウエハのＳＯＩ層２３の表面とおよそ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、支持体としての石英製のボー
ト１３上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上にはシリ
コン酸化膜４を形成したシリコンウエハ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、温度を
１１００℃まで昇温し、６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、平
均１０ｎｍプラス・マイナス１ｎｍ以下で、設計仕様ど
おりの膜厚２００ｎｍを実現することができた。

【０１６８】一方、ウエハを支持するボート１３をＳｉ
Ｃ製のものに代えて同様な実験を試みたところ、あるウ
エハではウエハ中央部のエッチング量は石英製ボートの
場合と同様に１０ｎｍであったが、ボートで支持されて
いる位置即ちウエハ周辺付近でのエッチング量が最小で
１ｎｍと小さくなり、結果として面内でのエッチング量
のばらつきを生じてしまった。すなわち、ボート材質を
ＳｉＯ₂ にすると好ましいことが判明した。

【０１６９】一方、熱処理前に裏面の酸化シリコン膜を
剥離して、ＳＯＩ層と向かい合う面がシリコンとなるよ
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
量は最大でも１ｎｍと小さかった。すなわち、向かい合
う面の材質をシリコンにするとエッチング効果が得られ
なかった。

【０１７０】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。

【０１７１】（実施例３：エピタキシャル層移設／縦形
炉／石英トレイ）比抵抗が０．０１７Ωｃｍのボロンド
ープＳｉからなる（１００）配向の８インチウエハ表面
を４９％ＨＦとエチルアルコールを２：１で混合した溶
液中で陽極化成してウエハの表面に多孔質シリコンを１
０μｍ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Ｈ
Ｆ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３４
０ｎｍプラス・マイナス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２００
ｎｍ形成した。酸化された結果単結晶シリコン膜の厚さ
は２５０ｎｍになった。このシリコンウエハと、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て、清浄な
表面を形成したのち、それらを貼り合わせた。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。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。

【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２４２ｎｍ、ばらつきはプラス・マイナス４ｎｍであ
った。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５
０μｍ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（Ｒｒｍ
ｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。ま
た、ボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）に
より測定したところ、単結晶シリコン膜中のボロン濃度
は１．２×１０¹⁸／ｃｍ³ であった。

【０１７３】石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にフ
ッ酸で裏面の自然酸化膜を除去したこれらＳＯＩウエハ
をすべて石英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。ウエハは図７の如く、水平に、
かつ、１枚のＳＯＩウエハを載せたトレイの裏面が別の
ＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ６ｍｍ間隔で向か
い合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が
一致するようにして、石英製のボート上に設置し、一番
上のＳＯＩウエハの上にも石英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、ＳＯ
Ｉ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、４１．５ｎｍであり、ＳＯＩ
層の膜厚は２００．５ｎｍになった。

【０１７４】すなわち、裏面に酸化シリコンがない場合
でも、ウエハを石英のトレイに載せて、直下のウエハの
対向面を石英にすることで、シリコン層をエッチングす
ることができた。

【０１７５】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１×１０¹⁵／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。

【０１７６】（実施例４：ＷＪによる分離）比抵抗が
０．０１７ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる（１０
０）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。その際、電流を変化させることにより、厚さ１μ
ｍ、多孔度６０％程度の高多孔度層、とその上に厚さ５
μｍ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、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３４０ｎｍプラス・マイナス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
ェット洗浄を施して、清浄な表面を形成したのち、それ
らを貼り合わせた。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
の作用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。この
うち第２のシリコンウエハの方を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。

【０１７７】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２４２ｎｍばらつきはプラス・マイナス６ｎｍであっ
た。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５０
μｍ角の範囲について２５６×２５６の測定ポイントで
測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）
でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。また、
ボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により
測定したところ、単結晶シリコン膜中のボロン濃度は
１．２×１０¹⁸／ｃｍ³ であった。

【０１７８】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が残存してい
ることを確認して設置した。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Ｓ
ＯＩウエハの裏面のシリコンが別のＳＯＩウエハのＳＯ
Ｉ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、石英製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハ
の上には表面と裏面に酸化シリコン膜を形成した市販の
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、ＳＯ
Ｉ層の膜厚を再び測定した。ＳＯＩウエハの膜厚減少量
は平均４３．２ｎｍであった。

【０１７９】すなわち、向かい合う面の材質を酸化シリ
コンにすることによって、シリコン層をエッチング所望
の膜厚に設定することができた。

【０１８０】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。

【０１８１】（実施例５：ＢＥＳＯＩ／縦形炉／石英ボ
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３００ｎｍプラス・マイナス５ｎ
ｍ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２００ｎｍ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て、清浄な表面を形成した。そ
して、それらに酸素プラズマ処理を施して両表面を活性
化したのち、それらを水洗し、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、４
００℃１０時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強
度を高めた。熱処理の雰囲気は窒素とした。このシリコ
ンウエハアセンブリの第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。

【０１８２】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１９０ｎｍ、ばらつきはプラス・マイナス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（Ｒｒｍ
ｓ）でそれぞれ２ｎｍ、２．２ｎｍであった。

【０１８３】石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこ
れらＳＯＩウエハを裏面に酸化シリコン膜があることを
確認して設置した。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
ハの裏面の酸化シリコンが別の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、石
英製のボート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上に
は、表面と裏面に酸化シリコン膜を形成したシリコンウ
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平均で４
０．８ｎｍで、ＳＯＩ層は１４９．２ｎｍとなり、設計
仕様である１５０ｎｍにほぼ近いものができた。

【０１８４】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。

【０１８５】（実施例６：水素注入剥離／縦形炉／石英
ボート）比抵抗が１０ΩｃｍのボロンドープＳｉからな
る（１００）配向のＳｉ８インチウエハ表面３００ｎｍ
酸化したのち、注入条件を５０ＫｅＶ、４×１０¹⁶／ｃ
ｍ² として水素をイオン注入した。このシリコンウエハ
と、酸化膜を形成した第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て、清浄な表面を形成したのち、そ
れらを貼り合わせた。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。

【０１８６】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２８０ｎｍ、ばらつきはプラス・マイナス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（Ｒｒｍ
ｓ）でそれぞれ９．４ｎｍ、８．５ｎｍであった。

【０１８７】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つけたまま
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
の酸化シリコンが別の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、石英製のボ
ート上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上には表面に
酸化シリコン膜を形成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１１８０℃まで昇温し、２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平均で８０．
３ｎｍで、ＳＯＩ層は１９９．６ｎｍになった。

【０１８８】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。

【０１８９】また、断面ＴＥＭで水素雰囲気中の熱処理
前後の様子を観察したところ、熱処理前にＳＯＩ層表面
近傍に観察された転位群が熱処理後には観察されなかっ
た。熱処理によるエッチングで除去された領域に含まれ
ていた転位がエッチングでＳＯＩ層ごと除去されたため
と考えられる。

【０１９０】（実施例７：Ｓｉｍｏｘ／縦形炉／石英ボ
ート）比抵抗が１０ΩｃｍのボロンドープＳｉからなる
（１００）配向の８インチウエハの研磨済の表面に酸素
をイオン打込みした。打込み条件は、５５０℃、１８０
ＫｅＶ、４×１０¹⁷／ｃｍ² であった。このシリコンウ
エハを熱処理炉に設置し、Ａｒ＋Ｏ₂ の混合気中で１３
５０℃２０時間の熱処理を施して、埋め込み酸化膜を形
成した。

【０１９１】埋込酸化膜上の単結晶シリコンの膜厚を面
内１０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の
平均は２００ｎｍ、ばらつきはプラス・マイナス１０ｎ
ｍ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（Ｒ
ｒｍｓ）でそれぞれ０．５ｎｍ、２ｎｍであり、酸素イ
オン打込み前より粗くなった。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。

【０１９２】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つけたまま
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、石英製のボート
上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上には表面と裏面
に酸化シリコン膜を形成した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、１．２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、５０ｎｍであり、ＳＯＩ層の膜厚は１５０ｎｍプラ
ス・マイナス１０ｎｍになった。

【０１９３】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１．５
ｎｍ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。

【０１９４】（実施例８：エピタキシャル層移設／縦形
炉／石英トレイ）比抵抗が０．０１７Ωｃｍのボロンド
ープの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３２０ｎｍプラス・マイナス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２２０ｎｍになった。このシリコンウエハ
を熱酸化によって２００ｎｍの酸化シリコン膜を全面に
形成した第２のシリコンウエハを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
して、窒素プラズマで表面を活性化したのち、水洗し
て、乾燥させたのち、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。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。

【０１９５】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２２０ｎｍ、ばらつきはプラス・マイナス７ｎｍであ
った。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で１μｍ角、５
０μｍ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（Ｒｒｍ
ｓ）でそれぞれ１０．１ｎｍ、９．８ｎｍであった。ま
た、ボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）に
より測定したところ、単結晶シリコン膜中のボロン濃度
は１．２×１０¹⁸／ｃｍ³ であった。

【０１９６】石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこ
れらＳＯＩウエハをすべて石英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。ウエハは図９
の如く、水平に、かつ、１枚のＳＯＩウエハを載せたト
レイの裏面が別のＳＯＩウエハのＳＯＩ層表面とおよそ
６ｍｍ間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と
炉心管の中心線が一致するようにして、石英製のボート
９３上に設置し、一番上のＳＯＩウエハの上にも石英製
トレイに載せた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１０００℃
まで昇温し、１５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
エハの膜厚を１０ｎｍ減ずることができた。

【０１９７】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。

【０１９８】（実施例９：エピタキシャル層移設／横型
炉／対向面ＳｉＯ₂ ）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℃水素雰囲気で熱処理し
て多孔質シリコンの表面の孔をほとんど封止した。引き
続いて、水素ガスにシリコンソースガスとしてジクロル
シランを添加することにより該多孔質シリコン上に単結
晶シリコン膜を平均３００ｎｍ（誤差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
施して、清浄な表面を形成したのち、それらを貼り合せ
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。

【０１９９】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、ばらつきはプラス・マイナス５ｎｍであ
った。１５０ｎｍを設計仕様としたので、およそ６０ｎ
ｍ除去する必要があった。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２５６×２
５６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、９．８
ｎｍ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。

【０２００】このＳＯＩウエハを、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。

【０２０１】試料Ｅ ＳＯＩウエハを炉内の流れの上流
方向に単結晶シリコン膜を向けるようにして、かつ、表
面に１３３．３ｎｍの酸化シリコン膜を形成したシリコ
ンウエハを対向させて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。

【０２０２】試料Ｆ ＳＯＩウエハを炉内の流れの上流
方向に単結晶シリコン膜を向けるようにして、かつ、表
面に２００ｎｍの酸化シリコン膜を形成したシリコンウ
エハを対向させて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。

【０２０３】ウエハはいずれの場合も支持体としての石
英で構成される治具を用いて設置した。

【０２０４】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、２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、単結晶シリコン膜を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。

【０２０５】 熱処理後にＳＯＩ膜に対向する酸化シリコン膜の厚みを
測定したところ、試料Ｅでは酸化シリコンは完全に除去
されていた。一方、試料Ｆでは酸化シリコンは２３ｎｍ
だけ残存していた。すなわち、試料ＥではＳＯＩ層は酸
化シリコン膜がなくなるまでエッチングされ、酸化シリ
コン膜が消失した以降は、ＳＯＩ膜のエッチングは進行
しなかった。つまり、酸化シリコン厚によってエッチン
グされるシリコン量を制御できた。

【０２０６】更に、本発明により得られた基材の表面に
ヘテロエピタキシーによりＳｉ以外の半導体材料を成膜
することもできる。

【０２０７】

【発明の効果】本発明によれば、エッチング量の制御が
容易であり、複数の基板を処理しても常に均一なエッチ
ングが可能なエッチング方法、エッチング装置及び半導
体基材の作製方法を提供することができる。

【０２０８】また、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エ
ッチング方法、エッチング装置及び半導体基材の作製方
法を提供することができる。

【０２０９】また、更に、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エッチング方
法、エッチング装置及び半導体基材の作製方法を提供す
ることができる。

【０２１０】また、更に、犠牲酸化を行う必要がなく任
意の膜厚が容易に得られ、且つ表面欠陥の少ない、低コ
ストなエッチング方法、エッチング装置及び半導体基材
の作製方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるエッチング装置の
模式的断面図である。

【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。

【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。

【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。

【図５】本発明の別の実施の形態によるエッチング装置
の模式的断面図である。

【図６】本発明の更に別の実施の形態によるエッチング
装置の主要部の模式的断面図である。

【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。

【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。

【図９】本発明の別の実施の形態によるエッチング装置
の主要部の模式的断面図である。

【図１０】本発明のエッチング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。

【図１１】本発明のエッチング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。

【図１２】本発明のエッチング方法と水素注入剥離法と
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。

【図１３】本発明のエッチング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。

【図１４】本発明のエッチング方法による作用を説明す
る為の模式図である。

【図１５】エッチング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。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−168768（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−28323（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−146620（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−123027（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−308355（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−200078（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−307084（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−249749（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−86540（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−115511（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/302

Claims (76)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン表面を有する半導体基材をエッ
   チングするエッチング方法において、 酸化シリコンからなる平面に、前記半導体基材の前記シ
   リコン表面を所定の間隔をおいて対向させた状態で、前
   記シリコン表面を水素を含む還元性雰囲気中で熱処理す
   る工程を含むことを特徴とする半導体基材のエッチング
   方法。
2. 【請求項２】 前記半導体基材は、単結晶シリコン膜を
   有するＳＯＩ基板である請求項１記載の半導体基材のエ
   ッチング方法。
3. 【請求項３】 前記シリコンからなる表面の１μｍ角の
   領域における平均二乗粗さは、０．２ｎｍ以上である請
   求項１又は２に記載の半導体基材のエッチング方法。
4. 【請求項４】 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又は２に記載の半導体基材のエッチン
   グ方法。
5. 【請求項５】 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又は２に記載の半導体基材
   のエッチング方法。
6. 【請求項６】 エッチング前の前記シリコンからなる表
   面は、微小空隙に起因する粗面を有する請求項１又は２
   記載の半導体基材のエッチング方法。
7. 【請求項７】 前記単結晶シリコン膜を有する半導体基
   材は、あらかじめ分離位置を規定する為の分離層を内在
   させた第１のシリコン基材と第２の基材を貼り合わせ、 該貼り合わされた基材を、前記分離位置を規定する為の
   分離層で分離することによって、前記第２の基材上に移
   設された単結晶シリコン膜を有するＳＯＩ基板である請
   求項２記載の半導体基材のエッチング方法。
8. 【請求項８】 前記分離層は、不活性ガス又は、水素を
   イオン注入した層である請求項７に記載の半導体基材の
   エッチング方法。
9. 【請求項９】 前記分離層は、多孔質層である請求項７
   に記載の半導体基材のエッチング方法。
10. 【請求項１０】 前記半導体基材はシリコンウエハに酸
    素をイオン注入し、熱処理することにより得られた埋込
    酸化層を有する請求項２記載の半導体基材のエッチング
    方法。
11. 【請求項１１】 前記エッチング工程において、前記シ
    リコン表面近傍で該表面と平行な方向のガス流速は、該
    半導体基材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請求項１に記載の半導
    体基材のエッチング方法。
12. 【請求項１２】 前記半導体基材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請求項１１記
    載の半導体基材のエッチング方法。
13. 【請求項１３】 前記半導体基材のシリコン表面に対向
    して、酸化シリコン膜を表面に形成したシリコンウエハ
    を配置し、前記シリコンウエハの該酸化シリコン膜がエ
    ッチングされて下地シリコンが露出するまで熱処理する
    請求項１に記載の半導体基材のエッチング方法。
14. 【請求項１４】 前記半導体基材の前記シリコン表面に
    対向させて酸化シリコンにより構成されるトレイを配す
    る請求項１に記載の半導体基材のエッチング方法。
15. 【請求項１５】 前記水素を含む還元性雰囲気は、１０
    ０％水素、又は水素と不活性ガスからなる請求項１に記
    載の半導体基材のエッチング方法。
16. 【請求項１６】 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に記載の半導体基材の
    エッチング方法。
17. 【請求項１７】 前記半導体基材を支持する部材は、少
    なくとも表面が酸化シリコンを主成分とする材料により
    構成されている請求項１に記載の半導体基材のエッチン
    グ方法。
18. 【請求項１８】 前記半導体基材はその表面が、容器内
    の水素を含む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に記載の半導体基材のエッチング
    方法。
19. 【請求項１９】 前記シリコン膜を有する半導体基材を
    複数、容器内に所定の間隔で平行にかつ同軸上に並べ、
    該半導体基材の周囲に水素を含むガスを流し、前記単結
    晶シリコン膜表面上でのガスの流れが実質的に０になる
    ようにして、熱処理する請求項１記載の半導体基材のエ
    ッチング方法。
20. 【請求項２０】 前記半導体基材の前記単結晶シリコン
    膜に水素を含むガスを介して対向させて石英板を配置し
    て熱処理する請求項１に記載の半導体基材のエッチング
    方法。
21. 【請求項２１】 前記半導体基材の裏面に酸化シリコン
    を形成し、かつ、前記半導体基材の裏面を他の前記半導
    体基材のシリコン表面と水素を含むガスを介して対向さ
    せる請求項１に記載の半導体基材のエッチング方法。
22. 【請求項２２】 内壁面が酸化シリコンからなる容器内
    に前記基材を配する請求項１記載の半導体基材のエッチ
    ング方法。
23. 【請求項２３】 内壁面が酸化シリコンからなる容器内
    に、複数の前記半導体基材が平行になるように表面が酸
    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
    の半導体基材を配する請求項１記載の半導体基材のエッ
    チング方法。
24. 【請求項２４】 前記シリコン表面を１０ｎｍ〜２００
    ｎｍ程エッチングにより除去する請求項１記載の半導体
    基材のエッチング方法。
25. 【請求項２５】 前記シリコン表面のエッチングレート
    は１．０×１０^-3ｎｍ／ｍｉｎ〜１．０ｎｍ／ｍｉｎで
    ある請求項１記載の半導体基材のエッチング方法。
26. 【請求項２６】 エッチング後の前記シリコン表面の１
    μｍ角の領域における平均二乗粗さを０．４ｎｍ以下に
    する請求項１、２３〜２５のいずれかに記載の半導体基
    材のエッチング方法。
27. 【請求項２７】 前記酸化シリコンの厚さは、前記シリ
    コン表面のエッチング厚さの２．２倍以上である請求項
    １、２３〜２５のいずれかに記載の半導体基材のエッチ
    ング方法。
28. 【請求項２８】 複数の前記半導体基材を、所定の間隔
    にて同じ向きになるよう同軸上に配し、 先頭の前記半導体基材の前記シリコン表面に対向するよ
    うに、表面に酸化シリコン膜を有するダミー基板又は石
    英ウエハ基板を配する請求項１、１９、２３のいずれか
    に記載の半導体基材のエッチング方法。
29. 【請求項２９】 前記シリコン表面を呈する単結晶シリ
    コン膜は、エピタキシャル成長により形成されたＳＯＩ
    層である請求項２、２３〜２５のいずれかに記載の半導
    体基材のエッチング方法。
30. 【請求項３０】 エッチング前の前記シリコン表面を呈
    する単結晶シリコン膜は、５０ｎｍ〜５００ｎｍ厚であ
    る請求項２、２３〜２５のいずれかに記載の半導体基材
    のエッチング方法。
31. 【請求項３１】 酸化シリコン膜を支持材料の表面に形
    成した対向面構成部材を前記基材に対向させて配置し、
    該酸化シリコン膜がエッチングされて支持材料面が露出
    するに十分な時間、前記熱処理することを特徴とする請
    求項１に記載の半導体基材のエッチング方法。
32. 【請求項３２】 エッチング後の前記シリコン表面を呈
    する単結晶シリコン膜は、２０ｎｍ〜２５０ｎｍ厚であ
    る請求項２、２３〜２５のいずれかに記載の半導体基材
    のエッチング方法。
33. 【請求項３３】 厚さ５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内か
    ら選ばれる厚さをもつ前記シリコン表面を呈する単結晶
    シリコン膜を、２０ｎｍ〜２５０ｎｍ厚になるまでエッ
    チングする請求項２、２３〜２５のいずれかに記載の半
    導体基材のエッチング方法。
34. 【請求項３４】 請求項１のエッチング方法を実行する
    エッチング装置。
35. 【請求項３５】 前記半導体基材を収容し、減圧にし得
    る石英ガラス製の反応炉を有する請求項３４記載のエッ
    チング装置。
36. 【請求項３６】 シリコン膜を有する半導体基材の作製
    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ことにより、前
    記シリコン膜の表面をエッチングするエッチング工程
    と、を含む半導体基材の作製方法。
37. 【請求項３７】 シリコン膜を有する半導体基材の作製
    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、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ことにより、前記
    シリコン膜の表面をエッチングするエッチング工程と、
    を含む半導体基材の作製方法。
38. 【請求項３８】 前記第２の基材の裏面に、前記酸化シ
    リコンからなる面を提供する酸化シリコン膜を形成する
    工程を含む請求項３６又は３７記載の半導体基材の作製
    方法。
39. 【請求項３９】 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３６又は３７記載の半導体基材の作製方
    法。
40. 【請求項４０】 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、前記エッチング工程を行う請求項３６記
    載の半導体基材の作製方法。
41. 【請求項４１】 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
    エッチング工程を行う請求項３６記載の半導体基材の作
    製方法。
42. 【請求項４２】 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、前記エッチング工程を行
    う請求項３６記載の半導体基材の作製方法。
43. 【請求項４３】 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３７記載の半導体
    基材の作製方法。
44. 【請求項４４】 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３７記載の半導体基材
    の作製方法。
45. 【請求項４５】 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
    ７記載の半導体基材の作製方法。
46. 【請求項４６】 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３６又は３７に記載の半導体基材の作
    製方法。
47. 【請求項４７】 前記シリコン膜の表面は、多孔質Ｓｉ
    層に起因する粗面を有することを特徴とする請求項３６
    又は３７に記載の半導体基材の作製方法。
48. 【請求項４８】 前記分離層は、不活性ガス又は、水素
    をイオン注入した層であることを特徴とする請求項３６
    に記載の半導体基材の作製方法。
49. 【請求項４９】 前記分離層は、多孔質層であることを
    特徴とする請求項３６に記載の半導体基材の作製方法。
50. 【請求項５０】 前記エッチング工程において、前記半
    導体基材表面近傍で該表面と平行な方向のガス流速は、
    該半導体基材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３６又は３７に記載の半導体基材の作製方法。
51. 【請求項５１】 前記半導体基材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５０記載の半導体基材の作製方法。
52. 【請求項５２】 前記半導体基材のシリコン膜に対向し
    て、酸化シリコン膜を表面に形成したシリコンウエハを
    配置し、前記シリコンウエハの該酸化シリコン膜がエッ
    チングされて下地シリコンが露出するまで、熱処理する
    ことを特徴とする請求項３６又は３７に記載の半導体基
    材の作製方法。
53. 【請求項５３】 前記半導体基材の前記シリコン膜に対
    向させて酸化シリコンにより構成されるトレイを配する
    ことを特徴とする請求項３６又は３７に記載の半導体基
    材の作製方法。
54. 【請求項５４】 前記水素を含む還元性雰囲気は、１０
    ０％水素、又は水素と不活性ガスからなることを特徴と
    する請求項３６又は３７に記載の半導体基材の作製方
    法。
55. 【請求項５５】 前記水素を含む還元性雰囲気の露点
    は、−９２℃以下であることを特徴とする請求項３６又
    は３７に記載の半導体基材の作製方法。
56. 【請求項５６】 前記半導体基材を支持する部材は、少
    なくとも表面が酸化シリコンを主成分とする材料により
    構成されていることを特徴とする請求項３６又は３７に
    記載の半導体基材の作製方法。
57. 【請求項５７】 前記半導体基材はその表面が、容器内
    の水素を含むガスの主たる流れに対して垂直になるよう
    に配置されることを特徴とする請求項３６又は３７に記
    載の半導体基材の作製方法。
58. 【請求項５８】 前記シリコン膜を有する半導体基材を
    複数、容器内に所定の間隔で平行にかつ同軸上に並べ、
    該半導体基材の周囲に水素を含むガスを流し、前記シリ
    コン膜表面上でのガスの流れが実質的に０になるように
    して、熱処理することを特徴とする請求項３６又は３７
    に記載の半導体基材の作製方法。
59. 【請求項５９】 前記半導体基材の前記シリコン膜に水
    素を含むガスを介して対向させて石英板を配置して熱処
    理することを特徴とする請求項３６又は３７に記載の半
    導体基材の作製方法。
60. 【請求項６０】 前記半導体基材の裏面に酸化シリコン
    を形成し、かつ、前記半導体基材の裏面を他の前記半導
    体基材のシリコン膜表面と水素を含むガスを介して対向
    させることを特徴とする請求項３６又は３７に記載の半
    導体基材の作製方法。
61. 【請求項６１】 内壁面が酸化シリコンからなる容器内
    に前記基材を配する請求項３６又は３７記載の半導体基
    材の作製方法。
62. 【請求項６２】 内壁面が酸化シリコンからなる容器内
    に、複数の前記半導体基材が平行になるように表面が酸
    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
    の半導体基材を配する請求項３６又は３７記載の半導体
    基材の作製方法。
63. 【請求項６３】 前記シリコン膜の表面を１０ｎｍ〜２
    ００ｎｍ程エッチングにより除去する請求項３６又は３
    ７記載の半導体基材の作製方法。
64. 【請求項６４】 前記シリコン膜の表面のエッチングレ
    ートは１．０×１０ ^-3ｎｍ／ｍｉｎ〜１．０ｎｍ／ｍｉ
    ｎである請求項３６又は３７記載の半導体基材の作製方
    法。
65. 【請求項６５】 エッチング後の前記シリコン膜の表面
    の平均二乗粗さを０．４ｎｍ以下にする請求項３６又は
    ３７記載の半導体基材の作製方法。
66. 【請求項６６】 前記酸化シリコンの厚さは、前記シリ
    コンからなる表面のエッチング厚さの２．２倍以上であ
    る請求項３６又は３７記載の半導体基材の作製方法。
67. 【請求項６７】 複数の前記半導体基材を、所定の間隔
    にて同じ向きになるよう同軸上に配し、先頭の前記半導
    体基材の前記シリコン膜の表面に対向するように、表面
    に酸化シリコン膜を有するダミー基板又は石英ウエハ基
    板を配する請求項３６又は３７記載の半導体基材の作製
    方法。
68. 【請求項６８】 前記単結晶シリコン膜は、エピタキシ
    ャル成長により形成されたＳＯＩ層である請求項３６又
    は３７記載の半導体基材の作製方法。
69. 【請求項６９】 エッチング前の前記シリコン膜は、５
    ０ｎｍ〜５００ｎｍ厚である請求項３６又は３７記載の
    半導体基材の作製方法。
70. 【請求項７０】 エッチング後の前記シリコン膜は、２
    ０ｎｍ〜２５０ｎｍ厚である請求項３６又は３７記載の
    半導体基材の作製方法。
71. 【請求項７１】 厚さ５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内か
    ら選ばれる厚さをもつ前記シリコン膜を、２０ｎｍ〜２
    ５０ｎｍ厚になるまでエッチングする請求項３６又は３
    ７記載の半導体基材の作製方法。
72. 【請求項７２】 前記熱処理の温度は３００℃以上シリ
    コンの融点以下である請求項１記載の半導体基材のエッ
    チング方法。
73. 【請求項７３】 前記熱処理の温度は８００℃以上シリ
    コンの融点以下である請求項１記載の半導体基材のエッ
    チング方法。
74. 【請求項７４】 前記熱処理の温度は３００℃以上シリ
    コンの融点以下である請求項３６又は３７記載の半導体
    基材の作製方法。
75. 【請求項７５】 前記熱処理の温度は、８００℃以上シ
    リコンの融点以下である請求項３６又は３７記載の半導
    体基材の作製方法。
76. 【請求項７６】 炉内の前記半導体基材の外周部を流れ
    るガスの流速を１０ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ² 以上３００ｃ
    ｃ／ｍｉｎ・ｃｍ² 以下とする請求項１記載の半導体基
    材のエッチング方法、又は請求項３６又は３７記載の半
    導体基材の作製方法。