(57)【要約】【課題】ＳＯＩ層（第２半導体層）の平面的形状や広さによらずに、その反りや剥がれを防止できるようにした半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ基板１上にＳｉＧｅ層１１とＳｉ層（ＳＯＩ層）１３とを順次成膜する。次に、ＳｉＧｅ層１１の側面を露出させる溝ｈ２を形成する。そして、この溝ｈ２を介してＳｉＧｅ層１３をフッ硝酸溶液で除去することにより、Ｓｉ基板１とＳｉ層１３との間に空洞部２５を形成する。その後、高濃度のオゾン雰囲気中でＳｉ基板１に６００℃以下の熱処理を施すことによって、空洞部２５内にＳｉＯ2膜（ＢＯＸ層）３１を形成する。【選択図】図６
2008124058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１半導体層と第２半導体層とを順次形成する工程と、
前記第２半導体層と前記第１半導体層とを部分的にエッチングして、前記第２半導体層と前記第１半導体層とを貫く第１溝を形成する工程と、
前記第１半導体層を支持する支持体を前記第１溝内に形成する工程と、
前記第２半導体層と前記第１半導体層とを部分的にエッチングして、前記第１半導体層の側面を露出させる第２溝を形成する工程と、
前記第２半導体層よりも前記第１半導体層の方がエッチングされ易いエッチング条件で、前記第２溝を介して前記第１半導体層をエッチングすることによって、前記半導体基板と前記第２半導体層との間に空洞部を形成する工程と、
６００℃以下の表面反応プロセスで前記空洞部内に酸化膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記酸化膜を形成する工程では、高濃度のオゾン雰囲気中で前記半導体基板に６００℃以下の熱処理を施すことによって、当該酸化膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化膜を形成する工程では、希ガスおよび酸素を含む混合ガスのプラズマ雰囲気中で前記半導体基板に６００℃以下の熱処理を施すことによって、当該酸化膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化膜を形成する工程では、衝突噴流水の水蒸気雰囲気中で前記半導体基板に６００℃以下の熱処理を施すことによって、当該酸化膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記酸化膜を形成する前に、前記空洞部が形成された前記半導体基板をＨＦ溶液で洗浄する工程、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記酸化膜を形成する前に、前記空洞部が形成された前記半導体基板に水素アニール処理を施す工程、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記酸化膜を形成した後で、水蒸気雰囲気中または不活性雰囲気中で前記半導体基板に熱処理を施すことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体基板上に第１半導体層と第２半導体層とを順次形成する工程と、
前記第２半導体層と前記第１半導体層とを部分的にエッチングして、前記第２半導体層と前記第１半導体層とを貫く第１溝を形成する工程と、
前記第１半導体層を支持する支持体を前記第１溝内に形成する工程と、
前記第２半導体層と前記第１半導体層とを部分的にエッチングして、前記第１半導体層の側面を露出させる第２溝を形成する工程と、
前記第２溝を介して前記第１半導体層をエッチングすることによって、前記半導体基板と前記第２半導体層との間に空洞部を形成する工程と、
６００℃以下のＡＬＤプロセスで前記空洞部内に酸化膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記支持体を６００℃以下の成膜プロセスで形成することを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体基板上に絶縁層と第２半導体層とを積層してＳＯＩ構造を形成する際に、第２半導体層の反りや剥がれを防止できるようにした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術としては、例えば特許文献１、２および非特許文献１に開示されたものがある。これら文献に開示された方法はＳＢＳＩ法と呼ばれ、バルク基板上に部分的にＳＯＩ構造を形成する方法である。ＳＢＳＩ法では、Ｓｉ基板上にＳｉ／ＳｉＧｅ層を成膜し、ＳｉとＳｉＧｅとのエッチングレートの違いを利用してＳｉＧｅ層のみを選択的に除去することにより、Ｓｉ基板とＳｉ層との間に空洞部を形成する。そして、空洞部内で露出したＳｉ基板およびＳｉ層の各表面を７００〜１０００℃の温度で熱酸化することにより、Ｓｉ基板とＳｉ層との間にＳｉＯ2膜（以下、ＢＯＸ層ともいう。）を形成する。なお、このＳｉＯ2膜を形成する工程では、空洞部の真上に位置するＳｉ層が空洞部の側へ落ちてこないように、Ｓｉ層（以下、ＳＯＩ層ともいう。）を支持体で支持した状態で、ＳｉＯ2膜の形成を行う。
【特許文献１】特開２００５−３５４０２４号公報
【特許文献２】特開２００６−１００３２２号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７５６１号公報
【非特許文献１】Ｔ．Ｓａｋａｉ  ｅｔ  ａｌ．“Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＢｏｎｄｉｎｇＳｉ  Ｉｓｌａｎｄｓ（ＳＢＳＩ）  ｆｏｒ  ＬＳＩ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＳｉＧｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ａｂｓｔｒａｃｔ，ｐｐ．２３０−２３１，Ｍａｙ（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の製造方法では、ＳＯＩ層の平面的パターンが大きかったり、あるいは、ＳＯＩ層が種々の平面的パターン形状を取ったりすることにより、ＳＯＩ層に反りや剥がれの不具合が生じやすく、製造歩留まりが低下し、ＳＯＩ構造を有するデバイス特性がバラツキやすいという問題を抱えていた。
【０００４】
ここで、本発明者は、この問題について種々の調査を行った。そして、その調査から、ＳＯＩ層と、ＳＯＩ層を支える支持体およびＢＯＸ層は熱膨張係数が異なり、この熱膨張係数の違いから両部材にストレスがかかり、支持体やＳＯＩ層に反りが生じ、ＢＯＸ層が密着不良となってしまうということがわかった。また、このＢＯＸ層の密着不良が原因で、プロセス処理中にＳＯＩ層が基板から剥がれてしまうということがわかった。そして、本発明者の調査により、ＢＯＸ層を形成する際の熱処理温度が、上記ＳＯＩ層の反り具合やＢＯＸ層の密着性に大きく影響するということがわかった。即ち、支持体には通常ＳｉＯ2等の絶縁膜を使用するが、基板やＳＯＩ層のＳｉ材料と、支持体ＳｉＯ2の熱膨張係数が大きく異なるため、熱処理工程の後で支持体とともにＳＯＩ層が大きく反ってしまう傾向がある。特に、Ｓｉ基板やＳＯＩ層を高温で熱酸化してＢＯＸ層を形成する場合には、ＳＯＩ層に大きなストレスがかかり、このストレスが原因となって、ＳＯＩ層が反ってしまう。
【０００５】
一方、ＣＶＤ法で空洞部内を埋め込む場合には、熱酸化に比べて、プロセスの低温度化が図れ、支持体やＳＯＩ層の反りを回避できる。しかしながら、ＣＶＤ法を用いた場合は、気相反応のため、表面反応である熱酸化に比べて空洞内部への酸化膜形成が困難である。すなわち、空洞入口への酸化膜蓄積は見られるものの、空洞内部での酸化膜蓄積が不足してしまう。このため、ＣＶＤ法によるＢＯＸ層酸化膜形成では、埋め込み性や密着性が劣るため、後の工程のウェットエッチング処理や熱処理工程においてＳＯＩ層が剥がれやすくなる。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＳＯＩ層、即ち、第２半導体層の平面的形状や広さによらずに、その反りや剥がれを防止できるようにした半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔発明１〜４〕  上記目的を達成するために、発明１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１半導体層と第２半導体層とを順次形成する工程と、前記第２半導体層と前記第１半導体層とを部分的にエッチングして、前記第２半導体層と前記第１半導体層とを貫く第１溝を形成する工程と、前記第１半導体層を支持する支持体を前記第１溝内に形成する工程と、前記第２半導体層と前記第１半導体層とを部分的にエッチングして、前記第１半導体層の側面を露出させる第２溝を形成する工程と、前記第２半導体層よりも前記第１半導体層の方がエッチングされ易いエッチング条件で、前記第２溝を介して前記第１半導体層をエッチングすることによって、前記半導体基板と前記第２半導体層との間に空洞部を形成する工程と、６００℃以下の表面反応プロセスで前記空洞部内に酸化膜を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、「半導体基板」は例えばバルクのシリコン（Ｓｉ）基板であり、「第１半導体層」は例えばシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層であり、「第２半導体層」は例えばＳｉ層である。また、半導体基板がＳｉ基板で、第２半導体層がＳｉ層の場合、「酸化膜」はＳｉＯ2である。さらに、「表面反応プロセス」とは、表面酸化のことである。
また、発明２の半導体装置の製造方法は、発明１の半導体装置の製造方法において、前記酸化膜を形成する工程では、高濃度のオゾン雰囲気中で前記半導体基板に６００℃以下の熱処理を施すことによって、当該酸化膜を形成することを特徴とするものである。ここで、高濃度のオゾン雰囲気」とは、オゾン（Ｏ3）ガスの濃度が例えば９０％を超えるような雰囲気のことである。
【０００８】
また、発明３の半導体装置の製造方法は、発明１の半導体装置の製造方法において、前記酸化膜を形成する工程では、希ガスおよび酸素を含む混合ガスのプラズマ雰囲気中で前記半導体基板に６００℃以下の熱処理を施すことによって、当該酸化膜を形成することを特徴とするものである。ここで、「希ガス」とは、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等のことである。
【０００９】
また、発明４の半導体装置の製造方法は、発明１の半導体装置の製造方法において、前記酸化膜を形成する工程では、衝突噴流水の水蒸気雰囲気中で前記半導体基板に６００℃以下の熱処理を施すことによって、当該酸化膜を形成することを特徴とするものである。ここで、「衝突噴流水」とは、一方向と他方向とからそれぞれ水を勢い良く噴射させ、これらを互いに衝突させた水のことである。上記衝突によって、衝突噴流水の水分子はその一部が電子を放出する。このため、衝突噴流水の水蒸気は通常の水蒸気よりも酸化力が強くなっている。
【００１０】
発明１〜４の半導体装置の製造方法によれば、酸化膜を形成する際にその酸化種（例えば、酸素、オゾン、酸素ラジカル、水蒸気など）の空洞部内への導入が容易であり、空洞部の奥深いところまで酸化種を運ぶことができる。従って、空洞部内の全域において、酸化膜を均一な厚さに形成することができる。また、酸化膜を形成する際の温度が６００℃以下と低温であるため、熱膨張係数の違いにより支持体と第２半導体層との間に生じるストレスを緩和することができ、Ｓｉ層の反りを防止することができる。このように、空洞部内の全域において、酸化膜を均一な厚さに形成することができ、しかも、Ｓｉ層の反りを防止できるため、空洞部内を酸化膜で隙間無く埋め込むことが容易である。
なお、発明２〜４の半導体装置の製造方法によれば、酸素（Ｏ2）と比べて、オゾン（Ｏ3）、酸素ラジカル、水蒸気は半導体に対する酸化力がそれぞれ高いので、酸化膜を効率良く形成することができる。
【００１１】
〔発明５、６〕  発明５の半導体装置の製造方法は、発明２の半導体装置の製造方法において、前記酸化膜を形成する前に、前記空洞部が形成された前記半導体基板をＨＦ溶液で洗浄する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
また、発明６の半導体装置の製造方法は、発明２の半導体装置の製造方法において、前記酸化膜を形成する前に、前記空洞部が形成された前記半導体基板に水素アニール処理を施す工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
【００１２】
発明５、６の半導体装置の製造方法によれば、酸化膜を形成する前に空洞部の上面および下面がフッ素（Ｆ）や水素（Ｈ）で終端される。そして、酸化膜を形成する過程では、上記ＦやＨによる終端が酸化膜表面に引き継がれる。つまり、空洞部の上面および下面からそれぞれ成長する酸化膜の表面がＨ−ＦやＨ−Ｏで終端される。このため、空洞部の上面および下面からそれぞれ成長する酸化膜同士の界面にｄｉｐｏｌｅ−ｄｉｐｏｌｅ吸引力が働き、両界面の密着性を高めることができる。
【００１３】
〔発明７〕  発明７の半導体装置の製造方法は、発明１から発明６の何れか一の半導体の製造方法において、前記酸化膜を形成した後で、水蒸気雰囲気中または不活性雰囲気中で前記半導体基板に熱処理を施すことを特徴とするものである。
このような方法によれば、空洞部の上面および下面からそれぞれ成長する酸化膜同士の界面の密着性を高めることができる。例えば、半導体基板と第２半導体層が共にＳｉであり、水蒸気雰囲気中で半導体基板に熱処理を施す場合には、上下からそれぞれ成長するＳｉＯ2膜の表面がともに親水性に保たれ、両ＳｉＯ2膜間を水分子が橋をかけるように接続する。そして、酸化膜同士の界面にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成することができるので、界面での密着性が高められる。
【００１４】
〔発明８〕  発明８の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１半導体層と第２半導体層とを順次形成する工程と、前記第２半導体層と前記第１半導体層とを部分的にエッチングして、前記第２半導体層と前記第１半導体層とを貫く第１溝を形成する工程と、前記第１半導体層を支持する支持体を前記第１溝内に形成する工程と、前記第２半導体層と前記第１半導体層とを部分的にエッチングして、前記第１半導体層の側面を露出させる第２溝を形成する工程と、前記第２溝を介して前記第１半導体層をエッチングすることによって、前記半導体基板と前記第２半導体層との間に空洞部を形成する工程と、６００℃以下のＡＬＤプロセスで前記空洞部内に酸化膜を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、「ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ」プロセスは、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。なお、ＡＬＤプロセスそのものは既知の技術であり、その詳細は例えば特許文献３に開示されている。
【００１６】
発明８の半導体装置の製造方法によれば、空洞部内で酸化膜を１層単位で形成できるので、空洞部内の全域において酸化膜を均一な厚さに形成することができる。また、６００℃以下の低温処理であるため、酸化膜の形成時に支持体の反りを抑えることができる。従って、空洞部内を酸化膜で隙間無く埋め込むことが容易であり、酸化膜の半導体基板および第２半導体層に対する密着性を高めることが可能である。
【００１７】
〔発明９〕  発明９の半導体装置の製造方法は、発明１から発明８の何れか一の半導体装置の製造方法において、前記支持体を６００℃以下の成膜プロセスで形成することを特徴とするものである。このような方法であれば、支持体の形成温度と酸化膜の形成温度との差を小さくすることができ、支持体に歪みが生じていない状態で酸化膜を形成することができるので、支持体やＳＯＩ層の反りを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（１）第１実施形態
図１〜図７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図であり、図１（Ａ）〜図７（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）〜図７（Ｂ）は図１（Ａ）〜図７（Ａ）をＡ１−Ａ´１〜Ａ７−Ａ´７線でそれぞれ切断したときの断面図である。また、図４（Ｃ）〜図６（Ｃ）は図４（Ａ）〜図６（Ａ）をＢ４−Ｂ´４〜Ｂ６−Ｂ´６線でそれぞれ切断したときの断面図である。
【００１９】
図１（Ａ）及び（Ｂ）において、Ｓｉ基板１上に図示しないシリコンバッファ（Ｓｉ−ｂｕｆｆｅｒ）層を形成し、その上にシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層１１を形成し、その上にシリコン（Ｓｉ）層１３を形成する。これらＳｉ−ｂｕｆｆｅｒ層、ＳｉＧｅ層１１、Ｓｉ層１３は、例えばエピタキシャル成長法で連続して形成する。
次に、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、Ｓｉ層１３、ＳｉＧｅ層１１及びＳｉ−ｂｕｆｆｅｒ層（図示せず）を部分的にエッチングする。これにより、素子分離領域（即ち、ＳＯＩ構造を形成しない領域）と平面視で重なる領域に、Ｓｉ層１３、ＳｉＧｅ層１１及びＳｉ−ｂｕｆｆｅｒ層を貫いてＳｉ基板１を底面とする支持体穴ｈ１を形成する。なお、支持体穴ｈ１を形成するエッチング工程では、Ｓｉ基板１の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、Ｓｉ基板１をオーバーエッチングして凹部を形成するようにしてもよい。
【００２０】
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、支持体穴ｈ１を埋め込むようにしてＳｉ基板１上の全面に支持体膜２１を形成する。支持体膜２１は例えばシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜であり、その形成は例えばＣＶＤ法で行う。また、支持体膜２１の形成温度は、例えば３００℃以上、６００℃以下の範囲が好ましい。
次に、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて支持体膜２１、Ｓｉ層１３、ＳｉＧｅ層１１及びＳｉ−ｂｕｆｆｅｒ層（図示せず）を順次、部分的にエッチングして、支持体膜２１から支持体２２を形成すると共に、Ｓｉ基板１の表面を露出させる溝ｈ２を形成する。なお、溝ｈ２を形成するエッチング工程では、Ｓｉ基板１の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、Ｓｉ基板１をオーバーエッチングして凹部を形成するようにしてもよい。
【００２１】
次に、図４（Ａ）〜（Ｃ）において、溝ｈ２を介してフッ硝酸溶液をＳｉ層１３及びＳｉＧｅ層１１のそれぞれの側面に接触させて、ＳｉＧｅ層１１を選択的にエッチングして除去する。これにより、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、Ｓｉ層１３とＳｉ基板１との間に空洞部２５を形成する。ここで、フッ硝酸溶液を用いたウェットエッチングでは、Ｓｉと比べてＳｉＧｅのエッチングレートが大きい（即ち、Ｓｉに対するエッチングの選択比が大きい）ので、Ｓｉ層１３を残しつつＳｉＧｅ層１１だけをエッチングして除去することが可能である。空洞部２５の形成後、Ｓｉ層１３はその上面と側面とが支持体２２によって支えられることとなる。
【００２２】
次に、図５（Ａ）〜（Ｃ）において、Ｓｉ基板１を希フッ酸溶液で洗浄処理する。そして、Ｓｉ基板１を高濃度のオゾン（Ｏ3）雰囲気中に配置し、この状態でＳｉ基板１に３００℃以上、６００℃以下の範囲で熱処理を施す。これにより、図８に示すように、空洞部の上面であるＳｉ層１３の裏面と、空洞部の下面であるＳｉ基板１の表面（Ｓｉ−ｂｕｆｆｅｒ層を含む）とにおいて、それぞれＳｉの表面酸化を進行させることができ、空洞部の上面から下側へ成長するＳｉＯ2膜３１ａと、空洞部の下面から上側へ成長するＳｉＯ2膜３１ｂとを、空洞部の厚さ方向での中心付近で接触させることができる。
【００２３】
ここで、Ｏ3を用いた熱処理（以下、オゾン酸化ともいう。）は、気相反応を伴わない表面反応プロセスである。それゆえ、図５（Ａ）〜（Ｃ）において、Ｏ3が溝ｈ２から横穴の空洞部２５内に入り込み、空洞部２５内を（ＳｉＯ2膜３１ａおよび３１ｂからなる）ＳｉＯ2膜３１で埋め込むことができる。オゾン酸化は表面反応プロセスであるため、ＣＶＤ法のような気相反応により空洞部２５の入口だけが埋まってしまい、Ｂｏｘ層に空洞が残って、Ｂｏｘ層の機械的強度や密着強度、そしてウェットエッチング耐性が弱ってしまう、というような不具合を回避できる。
【００２４】
また、酸素（Ｏ2）と比べて、Ｏ3は反応性が高いので、６００℃以下の低温度でもＳｉＯ2膜を短時間のうちに形成することが可能である。本発明者の調査では、酸化時の温度を６００℃以下に設定した場合、ＳｉとＳｉＯ2の熱膨張係数の違いによるストレスが緩和される。このため、従来の８００℃程度の高温熱酸化時に発生していたＳｉ層の反り、あるいは、剥がれを回避することができる。
【００２５】
さらに、この例では、オゾン酸化前にＳｉ基板１全体を希フッ酸溶液で洗浄処理しているので、空洞部２５の上面および下面がフッ素（Ｆ）や水素（Ｈ）で終端される。そして、ＳｉＯ2膜３１を形成する過程では、上記ＦやＨによる終端が酸化膜表面に引き継がれる。つまり、図８において、空洞部の上面から成長するＳｉＯ2膜３１ａの表面と、空洞部の下面から成長するＳｉＯ2膜３１ｂの表面がそれぞれＨ−Ｆで終端され、両ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ間に強いｄｉｐｏｌｅ−ｄｉｐｏｌｅ吸引力が働き、ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ同士の界面の密着を促進することができる。
【００２６】
さらに、上記の希フッ酸溶液を用いた洗浄処理に代わって（或いは、追加して）オゾン酸化前に水素アニール処理を行うと、ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂのそれぞれの表面がＨ−Ｏで終端される。その結果、Ｈ−Ｆ終端の場合と同様に、ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ同士の界面の密着を促進することができる。
なお、このオゾン酸化は、炉内全体が６００℃以下のプロセス温度に均一に保たれるホットウォール型の酸化炉を用いて行っても良いし、あるいは、炉内全体を高温にするのではなく、炉内に配置されているサセプタ（即ち、Ｓｉ基板１が配置される台）のみを赤外線ランプで加熱して、サセプタを介してＳｉ基板１を間接的に加熱するようなランプアニール酸化炉を用いて行っても良い。
【００２７】
次に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2膜３１を形成した後は、Ｓｉ基板１に例えば８００℃以上の高温アニールを施す。これにより、ＳｉＯ2膜同士の界面においてＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が強化され、３．１８ÅのＳｉ−Ｏ−Ｓｉ分子間距離をもつ緻密な酸化膜が形成される。この８００℃以上の熱処理は、例えば水蒸気雰囲気中または不活性雰囲気中で行う。ここで、希ガスとは、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等のことである。また、不活性雰囲気とは、希ガスや窒素（Ｎ2）などの反応性に乏しいガス雰囲気のことである。なお、後工程プロセス処理、例えば、イオン注入層後や、ゲート絶縁膜形成後のアニールでも、同様の効果（即ち、酸化膜の緻密化）を得ることができる。
【００２８】
次に、この高温アニールを施した後は、ＣＶＤ法などの方法により、Ｓｉ基板１全面に絶縁膜を成膜して支持体穴ｈ１や、フッ硝酸導入用の溝ｈ２を埋め込む。絶縁膜は、例えばＳｉＯ2膜やシリコン窒化（Ｓｉ3Ｎ4）膜である。そして、Ｓｉ基板１の全面を覆う絶縁膜を例えばＣＭＰにより平坦化し、さらに、必要な場合は絶縁膜をウェットエッチングする。これにより、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、Ｓｉ層１３上から絶縁膜３３が完全に取り除かれて、ＳＯＩ構造が完成する。
【００２９】
このように、本発明の第１実施形態によれば、Ｏ3の空洞部２５内への導入が容易であり、空洞部２５の奥深いところまで酸化種を運ぶことができる。従って、空洞部２５内の全域において、ＳｉＯ2膜を均一な厚さに形成することができる。また、オゾン酸化の温度が６００℃以下と低温であるため、熱膨張係数の違いにより支持体とＳｉ層１３との間に生じるストレスを緩和することができ、Ｓｉ層１３の反りを防止することができる。つまり、ＳｉＯ2膜３１の形成時に、空洞部２５内の全域においてその上面から下面までの距離のバラツキを抑えることができる。
【００３０】
このため、空洞部２５内をＳｉＯ2膜３１で隙間無く埋め込み密着することが容易であり、Ｓｉ層１３の平面的形状や広さによらずに、その反りや剥がれを抑制することができ、高歩留まりで、必要な場所にＳＯＩ構造を形成することができる。
なお、この第１実施形態では、６００℃以下の表面反応プロセス（即ち、表面酸化）の一例として、オゾン酸化でＳｉＯ2膜３１を形成することについて説明したが、本発明の表面反応プロセスはこれに限られることはない。例えば、オゾン酸化を行う代わりに、下記ａ）、ｂ）の方法を行うことによって、空洞部２５内にＳｉＯ2膜３１を形成しても良い。
【００３１】
ａ）  Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等の希ガスおよび酸素を含む混合ガスのプラズマ雰囲気中で、Ｓｉ基板１に６００℃以下の熱処理を施すことによって、空洞部２５内にＳｉＯ2膜３１を形成する。この方法によれば、混合ガスのプラズマ酸化では、ラジカル元素が空洞上下の酸化膜密着を促進するため、更に、強固な密着特性を得ることが可能である。
【００３２】
ｂ）  衝突噴流水の水蒸気雰囲気中で、Ｓｉ基板１に６００℃以下の熱処理を施すことによって、空洞部２５内にＳｉＯ2膜３１を形成する。ここで、衝突噴流水とは、一方向と他方向とからそれぞれ水を勢い良く噴射させ、これらを互いに衝突させた水のことである。上記衝突によって、衝突噴流水の水分子はその一部が電子を放出する。このため、衝突噴流水の水蒸気は通常の水蒸気よりも酸化力が強くなっている。
【００３３】
水蒸気雰囲気中で酸化する場合には、空洞部２５の上下に形成されるＳｉＯ2膜の表面は親水性に保たれ、このＳｉＯ2膜間を水分子が橋を掛けるように接続し、水分子がＳｉＯ2膜中に拡散する。その結果、ＳｉＯ2膜同士の界面は容易にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合になる。この反応を（１）式に示す。
【００３４】
Ｓｉ−ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ（界面）＋  Ｓｉ−ＯＨ
⇒  Ｓｉ−ＯＨ  ＋  Ｓｉ−ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ  （酸化膜中に拡散）
⇒  Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ  ＋  ２Ｈ2Ｏ  （酸化膜中に拡散）            ・・・（１）
【００３５】
このように、オゾン酸化、プラズマ酸化、水蒸気酸化のいずれの場合も、本発明ではその処理温度が６００℃以下であり、支持体膜の成膜プロセスとの温度差が少ないため、酸化時に支持体２１とＳｉ層１３に加わるストレスは小さくＳｉ層１３に反りはほとんど生じない。このため、Ｓｉ層１３の裏面から成長するＳｉＯ2膜３１ａを均一な膜厚で形成でき、その表面の平坦性を分子レベルとすることができる。
【００３６】
一方、Ｓｉ基板１の表面から成長するＳｉＯ2膜３１ｂについても膜厚均一性を分子レベルとすることができる。本実施の形態によれば、ＳｉＯ2膜３１形成中のＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ間の距離について、そのバラツキを２〜３分子レベル以内に抑制することができる。それゆえ、ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ間の距離がおよそ１ｎｍ程度と極めて小さくなるまで、酸化種（酸素、オゾン、水の分子やラジカル分子）を空洞上下酸化膜表面に送ることができる。また、これら酸化種はＳｉＯ2膜３１中を拡散して、ＳｉＯ2膜３１ａ−Ｓｉ層１３界面や、ＳｉＯ2膜３１ｂ−Ｓｉ基板１界面に到達し、当該界面でＳｉが酸化される。
このため、ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ間の距離を、空洞部２５内の全域でほぼゼロにすることができる。また、ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ間にはｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ  分子間力が働き、ＳｉＯ2膜間を密着させることができる。
【００３７】
（２）第２実施形態
上記の第１実施形態では、空洞部２５の上面であるＳｉ層１３の裏面と、空洞部２５の下面であるＳｉ基板１の表面とをそれぞれ酸化してＳｉＯ2膜３１を形成することについて説明した。しかしながら、ＳｉＯ2膜３１の形成方法は表面酸化に限られることはなく、６００℃以下のＡＬＤプロセスで行っても良い。例えば、空洞部２５形成後のＳｉ基板１をＡＬＤ装置の処理室内に配置し、トリエトキシシラン（ＴＲＩＥＳ）とＯ3とを処理室内に交互に供給して、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ2膜３１を成膜する。成膜に必要な温度は５００℃以下である。
【００３８】
このような方法であれば、空洞部２５内でＳｉＯ2膜３１ａおよび３１ｂを１層単位で形成できるので、空洞部２５内の全域においてＳｉＯ2膜３１ａおよび３１ｂを均一な厚さに形成することができる。また、６００℃以下の低温であるため、ＳｉＯ2膜３１の形成時に支持体の反りを抑えることができ、ＡＬＤプロセスが終了するまで空洞部２５の上面から下面までの距離を均一に保つことができる。従って、空洞部２５内をＳｉＯ2膜３１で隙間無く埋め込むことが容易であり、ＳｉＯ2膜３１ａおよびＳｉＯ2膜３１ｂの密着性を高めることが可能である。
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、Ｓｉ層１３に反りが無く、ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ間の距離について、そのバラツキを分子レベルで制御することができる。そして、ＳｉＯ2膜３１ａ、３１ｂ間を、ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ  分子間力の働き、及び、ラジカル元素、水分子、水素終端など、化学的な力の働きを活用して密着させることができる。
【００４０】
上記の第１、第２実施形態では、Ｓｉ基板１が本発明の「半導体基板」に対応し、ＳｉＧｅ層１１が本発明の「第１半導体層」に対応し、Ｓｉ層１３が本発明の「第２半導体層」に対応している。また、支持体穴ｈ１が本発明の「第１溝」に対応し、溝ｈ２が本発明の「第２溝」に対応している。さらに、ＳｉＯ2膜３１が本発明の「酸化膜」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その１）。
【図２】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その２）。
【図３】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その３）。
【図４】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その４）。
【図５】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その５）。
【図６】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その６）。
【図７】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その７）。
【図８】ＳｉＯ2膜３１およびその周辺を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１  Ｓｉ基板、１１  ＳｉＧｅ層、１３  Ｓｉ層（ＳＯＩ層）、２１  支持体膜、２２  支持体、２５  空洞部、３１、３１ａ、３１ｂ  ＳｉＯ2膜（ＢＯＸ層）、３３  絶縁膜、ｈ１  支持体穴、ｈ２  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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