(57)【要約】【課題】ＳＯＩ基板の作製工程において、熱処理の際に半導体ウエハに形成される膜の平坦性を向上させる。または、ＳＯＩ基板作製の生産性を向上させる。【解決手段】ボンド基板となる半導体ウエハには、その表面に絶縁層を形成し、加速されたイオンの照射によりその内部に脆化領域を形成する。そして、ガラス基板、半導体ウエハなどのベース基板とこの半導体ウエハを貼り合わせる。そして、加熱処理をして半導体ウエハを脆化領域で分割し、絶縁層を介してベース基板上に半導体層が設けられているＳＯＩ基板を作製する。このＳＯＩ基板を作製する前に、半導体ウエハに不純物濃度が低減された非酸化性雰囲気下で１１００℃以上の熱処理を行う。これにより、熱処理の際に半導体ウエハに形成される膜の平坦性を向上させることができる。【選択図】図１
2013048218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が０．１ｐｐｂ以上３００ｐｐｂ以下含まれる非酸化性雰囲気下で、第１の半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の第１の熱処理を行うことにより、第２の半導体ウエハを形成する第１の工程と、
前記第２の半導体ウエハ表面に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜を介して前記第２の半導体ウエハに加速されたイオンを照射することにより、前記第２の半導体ウエハ中に脆化領域を形成する第２の工程と、
前記絶縁膜を介して前記第２の半導体ウエハと、ベース基板とを貼り合わせる第３の工程と、
第２の熱処理を行うことにより、前記脆化領域において前記第２の半導体ウエハを分離し、前記絶縁膜を介して前記ベース基板に固定された半導体膜と、前記半導体膜が分離された第３の半導体ウエハとを形成する第４の工程と、を有するＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項２】
非酸化性雰囲気下で、第１の半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の第１の熱処理を行うことにより、第２の半導体ウエハを形成し、
前記第１の熱処理を行った炉内の温度を４００℃以上７００℃以下とした後、前記炉から前記第２の半導体ウエハを取り出す際の前記第２の半導体ウエハの移動速度を５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下でアンロード工程を行う第１の工程と、
前記第２の半導体ウエハ表面に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜を介して前記第２の半導体ウエハに加速されたイオンを照射することにより、前記第２の半導体膜中に脆化領域を形成する第２の工程と、
前記絶縁膜を介して前記第２の半導体ウエハと、ベース基板とを貼り合わせる第３の工程と、
第２の熱処理を行うことにより、前記脆化領域において前記第２の半導体ウエハを分離し、前記絶縁膜を介して前記ベース基板に固定された半導体膜と、前記半導体膜が分離された第３の半導体ウエハとを形成する第４の工程と、を有するＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記非酸化性雰囲気には、水が０．１ｐｐｂ以上３００ｐｐｂ以下含まれる、ＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記非酸化性雰囲気は、希ガス雰囲気、水素ガス雰囲気、又は希ガスと水素ガスの混合雰囲気である、ＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項５】
第１の非酸化性雰囲気下で、第１の半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の第１の熱処理を行うことにより、第２の半導体ウエハを形成し、
前記第１の熱処理を行った炉内の温度を４００℃以上７００℃以下とした後、前記炉から前記第２の半導体ウエハを取り出す際の前記第２の半導体ウエハの移動速度を５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下でアンロード工程を行う第１の工程と、
前記第２の半導体ウエハ表面に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜を介して前記第２の半導体ウエハに加速されたイオンを照射することにより、前記第２の半導体膜中に脆化領域を形成する第２の工程と、
前記絶縁膜を介して前記第２の半導体ウエハと、ベース基板とを貼り合わせる第３の工程と、
第２の熱処理を行うことにより、前記脆化領域において前記第２の半導体ウエハを分離し、前記絶縁膜を介して前記ベース基板に固定された半導体膜と、前記半導体膜が分離された第３の半導体ウエハを形成する第４の工程と、
前記第３の半導体ウエハの表面を平坦化し、第４の半導体ウエハを形成する第５の工程と、
前記第４の半導体ウエハを前記第２の半導体ウエハに用いて、前記第２乃至前記５の工程を１回以上行う第６の工程と、
第２の非酸化性雰囲気下で、前記第４の半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の第３の熱処理を行うことにより、第５の半導体ウエハを形成し、
前記第３の熱処理を行った炉内の温度を４００℃以上７００℃以下とした後、前記炉から前記第５の半導体ウエハを取り出す際の前記第５の半導体ウエハの移動速度を５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下でアンロード工程を行う第７の工程と、
前記第５の半導体ウエハを前記第２の半導体ウエハに用いて、前記第２乃至前記第５の工程を１回以上行う第８の工程と、
有し、
前記第１乃至第５の工程を順次１回行った後、前記第６乃至第８の工程を繰り返すことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の非酸化性雰囲気及び前記第２の非酸化性雰囲気には、水が０．１ｐｐｂ以上３００ｐｐｂ以下含まれる、ＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、
前記第１の非酸化性雰囲気は、希ガス雰囲気、水素ガス雰囲気、又は希ガスと水素ガスの混合雰囲気である、ＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか一において、
前記第２の非酸化性雰囲気は、希ガス雰囲気、水素ガス雰囲気、又は希ガスと水素ガスの混合雰囲気である、ＳＯＩ基板の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜を介して半導体膜が設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の基板の作製方法に関する。また、本発明は、ＳＯＩ基板を作製する際に使用された使用済みの半導体ウエハの再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁膜を介して半導体膜が設けられたＳＯＩ構造の基板（以下、ＳＯＩ基板という）は、低消費電力かつ高速動作可能なＬＳＩの作製に適した基板として注目されている。
【０００３】
ＳＯＩ基板を作製する方法の一つとして、水素イオン注入剥離法が知られている（例えば、特許文献１参照）。水素イオン注入剥離法は、水素イオンを注入したシリコンウエハ（ボンド基板）を、絶縁膜を介して別の基板（ベース基板）に貼り合わせ、その後の熱処理によって、イオン注入領域において分離することで、ベース基板上に絶縁膜を介してシリコン膜を得る方法である。上記水素イオン注入法を用いることで、ガラス基板等の絶縁基板上にシリコン膜を有するＳＯＩ基板を作製することができる（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
ＳＯＩ基板の作製方法として水素イオン注入剥離法を用いる場合には、一のボンド基板となる半導体ウエハから複数のＳＯＩ基板を作製できるため、ＳＯＩ基板の作製に占めるボンド基板のコストを低減することができるというメリットがある。シリコン膜が分離された後のボンド基板に対して再生処理を施すことで、使用後のボンド基板を、再度ＳＯＩ基板の作製に用いることができるためである。
【０００５】
しかしながら、ボンド基板には、その製法上、酸素が固溶しているため、ＳＯＩ基板作製過程での熱処理（代表的には、熱酸化膜形成工程およびボンド基板の分割工程における熱処理）によって、酸素析出物、転位、および積層欠陥などの酸素に起因する結晶欠陥が、半導体膜を構成するボンド基板の表面近傍に形成される。そのため、ボンド基板を再利用するには、この表面近傍の結晶欠陥を低減する必要がある。
【０００６】
したがって、ＳＯＩ基板の品質を維持して、ボンド基板を再利用するためには、ボンド基板の再生処理として、ＳＯＩ基板の作製過程で析出した酸素に起因する結晶欠陥を消滅することが必要になる。特許文献３では、このような結晶欠陥を消滅させるために、１１５０℃以上の高温の熱処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２１１１２８号公報
【特許文献２】特開２００４−８７６０６号公報
【特許文献３】特開２００７−２５１１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
バッチ式の縦型拡散炉（加熱炉）を用いて複数の半導体ウエハに高温の熱処理を行う場合、炉内において、半導体ウエハの搬入搬出室に近い方や、ガス導入部において、ガスの乱れが生じることがある。このガスの乱れによって、半導体ウエハ（特に周縁部）には平坦性に劣る膜（例えば、自然酸化膜）が形成されてしまったり、半導体ウエハの表面が荒れたりする。
【０００９】
このように、平坦性に劣る膜が形成されたり、表面が荒れた半導体ウエハをボンド基板として、ベース基板と貼り合わせ、ＳＯＩ基板を作製すると、ボンド基板とベース基板との界面にエアボイドと呼ばれる貼り合わせ不良が生じる。エアボイドは、半導体素子の作製工程中にさらなる不良を引き起こすため、エアボイドが生じた領域の半導体膜は使用することができない。
【００１０】
したがって、熱処理において、半導体ウエハの表面に平坦性に劣る膜が形成されたり、表面が荒れてしまった場合は、表面の平坦性を向上させるために、研磨処理が行われることもある。しかし、研磨処理により、０．１μｍ〜１．５μｍ半導体ウエハを除去するため、一枚の半導体ウエハからＳＯＩ基板を作製できる枚数が低下する。また、研磨処理を行うことにより、製造コストも増加してしまう。
【００１１】
上述の対策として、半導体ウエハの搬入搬出室に近い方や、ガス導入部に近い方などに、ダミー基板を置くことが挙げられる。しかし、ダミー基板を置くことで、一度に処理できる基板の枚数が低下するため、ＳＯＩ基板の生産性が低下してしまう。
【００１２】
このように、熱処理の際に起こる半導体ウエハ表面の平坦性の劣化は、ＳＯＩ基板の貼り合わせ不良などを招き、ＳＯＩ基板の生産効率が低下する原因となる。
【００１３】
上記問題に鑑み、本発明の一態様は、半導体ウエハ表面の平坦性を向上させることを課題の一とする。または、本発明の一態様は、ＳＯＩ基板作製の生産性を向上させることを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
バッチ式の縦型拡散炉（加熱炉）を用いて複数の半導体ウエハに高温の熱処理を行う場合、炉内において、半導体ウエハの搬入搬出室に近い方や、ガス導入部において、半導体ウエハ表面の平坦性が劣化するのは、熱処理の際に使用する処理ガスに含まれる水、窒素、炭素などの不純物の影響が考えられる。そこで、本発明の一態様では、不純物濃度が低減された処理ガスを用いて、半導体ウエハの熱処理を行うことにより、半導体ウエハの平坦性を向上させる。また、熱処理の終了後、炉から半導体ウエハを取り出すアンロード工程を行う際に、半導体ウエハの移動速度を制御することにより、半導体ウエハ表面の平坦性が劣化することを防止する。
【００１５】
熱処理の際に用いられる処理ガスは、希ガス、水素ガス、希ガスと水素ガスとの混合ガスなどが挙げられる。これらの処理ガスに含まれる水、窒素、炭素などの不純物が、少なければ少ないほどよい。例えば、処理ガスに含まれる水は、０．１ｐｐｂ以上３００ｐｐｂ以下として、処理ガスに含まれる水をゼロに近いほど、極力除去する。これにより、熱処理の際、水と半導体ウエハとが反応して不均一に自然酸化膜が形成されるのを抑制できるため、半導体ウエハ表面の平均面粗さを低減することができる。
【００１６】
また、熱処理の終了後、炉から半導体ウエハを取り出す際の半導体ウエハの移動速度を５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下とする。これにより、アンロード工程の途中で、炉内に流れ込んだ処理ガス以外のガスと半導体ウエハとが反応して不均一に自然酸化膜が形成されるのを抑制できるため、半導体ウエハ表面の平均面粗さを低減することができる。
【００１７】
本発明の一態様は、水が０．１ｐｐｂ以上３００ｐｐｂ以下含まれる非酸化性雰囲気下で、第１の半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の第１の熱処理を行うことにより、第２の半導体ウエハを形成する第１の工程と、第２の半導体ウエハ表面に絶縁膜を形成した後、絶縁膜を介して第２の半導体ウエハに加速されたイオンを照射することにより、第２の半導体ウエハ中に脆化領域を形成する第２の工程と、絶縁膜を介して第２の半導体ウエハと、ベース基板とを貼り合わせる第３の工程と、第２の熱処理を行うことにより、脆化領域において第２の半導体ウエハを分離し、絶縁膜を介してベース基板に固定された半導体膜と、半導体膜が分離された第３の半導体ウエハとを形成する第４の工程と、を有するＳＯＩ基板の作製方法である。
【００１８】
また、本発明の一態様は、非酸化性雰囲気下で、第１の半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の第１の熱処理を行うことにより、第２の半導体ウエハを形成し、第１の熱処理を行った炉内の温度を４００℃以上７００℃以下とした後、炉から第２の半導体ウエハを取り出す際の第２の半導体ウエハの移動速度を５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下でアンロード工程を行う第１の工程と、第２の半導体ウエハ表面に絶縁膜を形成した後、絶縁膜を介して第２の半導体ウエハに加速されたイオンを照射することにより、第２の半導体ウエハ中に脆化領域を形成する第２の工程と、絶縁膜を介して第２の半導体ウエハと、ベース基板とを貼り合わせる第３の工程と、第２の熱処理を行うことにより、脆化領域において第２の半導体ウエハを分離し、絶縁膜を介してベース基板に固定された半導体膜と、半導体膜が分離された第３の半導体ウエハとを形成する第４の工程と、を有するＳＯＩ基板の作製方法である。
【００１９】
上記において、非酸化性雰囲気に含まれる水は０．１ｐｐｂ以上３００ｐｐｂ以下とすることが好ましい。
【００２０】
また、上記各構成において、非酸化性雰囲気は、希ガス雰囲気、水素ガス雰囲気、又は希ガスと水素ガスの混合雰囲気である。
【００２１】
また、本発明の一態様は、第１の非酸化性雰囲気下で、第１の半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の第１の熱処理を行うことにより、第２の半導体ウエハを形成し、第１の熱処理を行った炉内の温度を４００℃以上７００℃以下とした後、炉から第２の半導体ウエハを取り出す際の第２の半導体ウエハの移動速度を５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下でアンロード工程を行う第１の工程と、第２の半導体ウエハ表面に絶縁膜を形成した後、絶縁膜を介して第２の半導体ウエハに加速されたイオンを照射することにより、第２の半導体ウエハ中に脆化領域を形成する第２の工程と、絶縁膜を介して第２の半導体ウエハと、ベース基板とを貼り合わせる第３の工程と、第２の熱処理を行うことにより、脆化領域において第２の半導体ウエハを分離し、絶縁膜を介してベース基板に固定された半導体膜と、半導体膜が分離された第３の半導体ウエハを形成する第４の工程と、第３の半導体ウエハの表面を平坦化し、第４の半導体ウエハを形成する第５の工程と、第４の半導体ウエハを第２の半導体ウエハに用いて、第２乃至５の工程を１回以上行う第６の工程と、第２の非酸化性雰囲気下で、第４の半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の第３の熱処理を行うことにより、第５の半導体ウエハを形成し、第３の熱処理を行った炉内の温度を４００℃以上７００℃以下とした後、炉から第５の半導体ウエハを取り出す際の第５の半導体ウエハの移動速度を５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下でアンロード工程を行う第７の工程と、第５の半導体ウエハを第２の半導体ウエハに用いて、第２乃至第５の工程を１回以上行う第８の工程と、有し、第１乃至第５の工程を順次１回行った後、第６乃至第８の工程を繰り返すことを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法である。
【００２２】
上記において、第１の非酸化性雰囲気及び第２の非酸化性雰囲気には、水が０．１ｐｐｂ以上３００ｐｐｂ以下含まれる。
【００２３】
また、上記各構成において、第１の非酸化性雰囲気は、希ガス雰囲気、水素ガス雰囲気、又は希ガスと水素ガスの混合雰囲気である。また、第２の非酸化性雰囲気は、希ガス雰囲気、水素ガス雰囲気、又は希ガスと水素ガスの混合雰囲気である。
【００２４】
ここで、平均面粗さ（Ｒａ）とは、ＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている算術平均粗さＲａを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものである。基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値と表現でき、下記の式（１）で表される。
【００２５】
【数１】
2013048218.tif 000003
【００２６】
なお、測定面とは、全測定データの示す面であり、下記の式（２）で表される。
【００２７】
【数２】
2013048218.tif 000004
【００２８】
また、指定面とは、粗さ計測の対象となる面であり、座標（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ１，Ｙ２）（Ｘ２，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）で表される４点により囲まれる長方形の領域とし、指定面が理想的にフラットであるとしたときの面積をＳ０とする。なお、Ｓ０は下記の式（３）で表される。
【００２９】
【数３】
2013048218.tif 000005
【００３０】
また、基準面とは、指定面の高さの平均値をＺ０とするとき、Ｚ＝Ｚ０で表される平面である。基準面はＸＹ平面と平行となる。なお、Ｚ０は下記の式（４）で表される。
【００３１】
【数４】
2013048218.tif 000006
【発明の効果】
【００３２】
本発明の一態様により、半導体ウエハ表面の平坦性を向上させることができる。これにより、ＳＯＩ基板を作製する際に、半導体ウエハとベース基板との貼り合わせに係る不良を抑制することができる。また、一枚の半導体ウエハから作製されるＳＯＩ基板の枚数を増加させることができる。
【００３３】
また、本発明の一態様により、一度に処理できる基板の枚数を増加させることができるため、ＳＯＩ基板の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法の一例を示すフローチャート。
【図２】縦型拡散炉の断面図。
【図３】本発明の一態様に係るＳＯＩ基板の作製方法の一例を示す断面図。
【図４】（Ａ）ウエハＡ１のＡＦＭの観察像、（Ｂ）ウエハＡ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフ。
【図５】（Ａ）ウエハＡ２のＡＦＭの観察像、（Ｂ）ウエハＡ２の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフ。
【図６】（Ａ）ウエハＢ１のＡＦＭの観察像、（Ｂ）ウエハＢ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフ。
【図７】（Ａ）ウエハＣ１のＡＦＭの観察像、（Ｂ）ウエハＣ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフ。
【図８】（Ａ）ウエハＣ２のＡＦＭの観察像、（Ｂ）ウエハＣ２の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００３６】
本実施の形態では、ＳＯＩ基板の作製方法について説明する。本実施の形態のＳＯＩ基板の作製方法では、ボンド基板となる半導体ウエハに対して、まず、非酸化性雰囲気下で半導体ウエハに１１００℃以上１３００℃以下の熱処理を行う。しかる後、半導体ウエハに絶縁膜および脆化領域を形成する。そして、絶縁膜を介して半導体ウエハとベース基板とを貼り合わせ、脆化領域で半導体ウエハを分割し、半導体膜、絶縁膜、およびベース基板を有するＳＯＩ基板を作製する。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、分割後の半導体ウエハを再利用するための再生処理についても説明する。本実施の形態では、再生処理は少なくとも、半導体膜が分離された表面を平坦化するための工程を含む。また、半導体ウエハをＮ回（Ｎは２以上の整数）ＳＯＩ基板の作製に使用する度に、再生処理として、平坦化処理に加えて、１１００℃以上１３００℃以下の熱処理を半導体ウエハに施す。つまり、高温の熱処理は半導体ウエハを再利用する度に行うのではなく、再生処理のＮ回に１回行われる。
【００３８】
〈ＳＯＩ基板作製方法のフローチャート〉
図１は、本実施の形態のＳＯＩ基板の作製方法の一例を示すフローチャートであり、ボンド基板として半導体ウエハを繰り返し使用する場合の再生処理工程を含んだフローチャートである。
【００３９】
まず、ステップＳ１に示すように、ボンド基板となるバルク状の半導体ウエハを用意する。半導体ウエハとしては、例えば、シリコンウエハ、ゲルマニウムウエハ、シリコンゲルマニウムウエハなど、第１４族元素でなる半導体ウエハを挙げることができる。ＳＯＩ基板から高性能な集積回路を形成するためには、半導体ウエハは単結晶半導体ウエハが好ましい。また、半導体ウエハはＦＺ法（フローティングゾーン法）で作製されたインゴットをスライスしたＦＺ半導体ウエハ、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で作製されたインゴットをスライスしたＣＺ半導体ウエハを用いることができる。また、ＣＺ半導体ウエハには、ＭＣＺ法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｌｉｅｄ  ＣＺ法）で作製されたインゴットをスライスしたＭＣＺ半導体ウエハがある。ＭＣＺ法とはＣＺ法の一種であり、半導体の融液に磁場を印加することで、融液の対流を抑制して半導体の結晶成長を制御する技術である。
【００４０】
半導体ウエハに対してＳＯＩ基板作製プロセス（ステップＳ４−Ｓ７）を行う前に、半導体ウエハに対して、非酸化性雰囲気下での熱処理を行う（ステップＳ２）。この熱処理は、半導体ウエハ中の酸素を外方拡散させて、表面近傍を無欠陥層（ＤＺ：Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ）とするためである。また、この熱処理によって、半導体ウエハ内部には、半導体ウエハ内部で過飽和の酸素が酸化物となって析出し、微小な結晶欠陥を生成する。このような酸素析出物による微小な欠陥はＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれている。半導体ウエハ内部に形成されたＢＭＤはＳＯＩ基板の作製過程で金属元素のゲッタリングシンクとして機能させることができる。
【００４１】
なお、本明細書において、ＤＺとは完全な無欠陥層のことではなく、ＢＭＤが存在しない領域の意味で使用される。
【００４２】
この熱処理は、バッチ式の加熱炉（拡散炉なども含む）で行うことができる。バッチ式の加熱炉は、一度に多数の基板を処理することができ、また温度の制御性が良い。
【００４３】
図２に、縦型の加熱炉の概略断面図を示す。縦型の加熱炉５００は、例えば、内管５０２と外管５０３とからなる処理室５０４（炉ともいう）と、ボート搬入搬出室５０５とを有する筐体５０１を備えている。また、処理室５０４とボート搬入搬出室５０５との間には、処理室５０４を開閉するための開閉装置５１５が設けられている。
【００４４】
ボート搬入搬出室５０５には、モータ駆動の送りねじ軸装置５０７によって構成されたボートエレベータ５０８が設置されている。ボートエレベータ５０８上には、シールキャップ５１２、シールキャップ５１２上には、ボート５０６が設けられている。ボート５０６には、複数の半導体ウエハ１００を配置することができる。
【００４５】
処理室５０４の外部には、ヒーター５０９が処理室５０４を包囲するように設けられており、ヒーター５０９は、筐体５０１に支持されることにより据え付けられた状態となっている。ヒーター５０９は、処理室５０４内を所定の温度に加熱制御することができる。
【００４６】
また、ガス導入管５１０が処理室５０４に接続され、所定の処理ガスがガス導入口５１１、５１４から処理室５０４内に供給される。さらに、処理室５０４には、ガス排出管５１３が接続され、処理室５０４内のガス圧力を所定の圧力に設定することができる。
【００４７】
本実施の形態における半導体ウエハの熱処理方法について説明する。なお、図２中の矢印は、処理ガスの進行方向を表す。
【００４８】
まず、ボート５０６に複数の半導体ウエハ１００が搬送されて配置される。その後、開閉装置５１５によって、処理室５０４を開放し、ボートエレベータ５０８を上昇させることで、処理室５０４内に複数の半導体ウエハ１００が配置されたボート５０６を収納する。これにより、処理室５０４は、シールキャップ５１２によって密閉される。
【００４９】
ここで、ボート搬入搬出室５０５から処理室５０４に半導体ウエハを収納するときのボート５０６（半導体ウエハ１００）の移動速度は、５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下とすることが好ましい。上述の移動速度で、ボート５０６をボート搬入搬出室５０５から処理室５０４に移動させることで、半導体ウエハ１００に不純物が付着することを抑制することができる。処理室５０４内に半導体ウエハ１００を収納する際、処理室５０４にアルゴン等の希ガスを導入して、処理室５０４内を非酸化性雰囲気としてもよい。または、希ガスの代わりに窒素を導入しても良い。窒素を導入する場合には、熱処理の開始までに処理室５０４内における窒素の濃度を３００ｐｐｂ以下に低減することが好ましい。
【００５０】
次に、ガス導入管５１０、ガス導入口５１４から、所定の処理ガスを供給し、所定のガス圧力及び温度となるように調整する。具体的に、ステップＳ２での熱処理温度は、酸素の外方拡散が生じる温度であり、１１００℃以上が好ましく、１２００℃以上がより好ましい。加熱温度の上限は半導体ウエハが変形しない温度であり、シリコンの融点１４１５℃を考慮して、熱処理温度は１１００℃以上１３００℃以下が好ましく、１２００℃以上１３００℃以下がより好ましい。
【００５１】
加熱炉での処理時間（被処理物の温度を処理温度で維持する時間）は、少なくとも１時間とする。加熱時間が短いと酸素の外方拡散が十分に行われず、半導体ウエハ表面近傍の酸素濃度が高くなるからである。熱処理の効果と生産性を考慮すると、処理時間は１時間以上２４時間以下が適当であり、６時間以上２０時間以下がより好ましい。
【００５２】
また、処理ガスとして、ヘリウム、アルゴンなどの希ガス、水素、及び希ガスと水素の混合ガスを用いることができる。コスト面、安全性、雰囲気の制御性の点から、処理ガスとしてアルゴンガスを用いることが好ましい。上述の処理ガスを用いることにより、処理室５０４内を非酸化性雰囲気とする。また、上述のガスの流量は、５ＳＬＭ以上２０ＳＬＭ以下（８．３５ａｔｍ・ｃｍ３／ｓ以上３．３４×１０２ａｔｍ・ｃｍ３／ｓ以下）とする。なお、ＳＬＭ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ）とは、１ａｔｍ、０℃における１分間あたり流量（リットル）をいう。
【００５３】
さらに、水素および／または希ガスには、窒素、炭素、水などの不純物が含まれないことが好ましい。例えば、加熱炉に導入する水素および／または希ガスの純度を、７Ｎ（９９．９９９９９）以上、好ましくは８Ｎ（９９．９９９９９９％）以上、より好ましくは９Ｎ（９９．９９９９９９９％）以上（即ち、不純物濃度が１００ｐｐｂ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下、より好ましくは１ｐｐｂ未満）とする。また、非酸化性雰囲気に含まれる水の濃度は、０．０１ｐｐｂ以上１％以下、好ましくは０．１ｐｐｂ以上３００ｐｐｂ以下とすることが好ましい。非酸化性雰囲気に含まれる不純物の濃度を低減することにより、熱処理の際、不純物と半導体ウエハとが反応して不均一に自然酸化膜が形成されるのを抑制することができるため、半導体ウエハ表面の平均面粗さを低減することができる。
【００５４】
非酸化性雰囲気には、酸素が０．１ｐｐｂ以上１％以下含まれていてもよい。このような非酸化性雰囲気で半導体ウエハに熱処理を行うことにより、半導体ウエハに均一に酸化膜を形成することができる。半導体ウエハに形成される酸化膜（自然酸化膜）の膜厚は、数ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。自然酸化膜の膜厚が数ｎｍ未満であると、熱処理の際に半導体ウエハの表面が荒れてしまうおそれがあり、４０ｎｍを超えると半導体ウエハから酸素の外方拡散が効率よく行われないからである。例えば、水が３００ｐｐｂ含まれるアルゴン雰囲気中で、１２００℃で１６時間熱処理を行うと、半導体ウエハの表面には、１〜２ｎｍ程度の自然酸化膜が形成される。また、酸素ガスが１％含まれるアルゴン雰囲気中で、１２００℃で２時間熱処理を行うと、半導体ウエハの表面には、４０ｎｍ程度の酸化膜が形成される。酸化膜（自然酸化膜）の膜厚が上記の範囲内であれば、半導体ウエハから酸素の外方拡散を促進することができる。
【００５５】
熱処理が終了した後、加熱炉の処理室５０４内の温度を、４００℃以上７００℃以下に低下させる。加熱炉の処理室５０４内の温度は、１．５℃／分以上３．０℃／分以下で低下させていけばよい。
【００５６】
次に、熱処理を行った処理室５０４から、半導体ウエハを取り出すアンロード工程を行う。アンロード工程では、複数の半導体ウエハが配置されたボート５０６は、ボートエレベータ５０８を下降させることで、処理室５０４からボート搬入搬出室５０５に取り出される。また、アンロード工程を開始するとき、つまり、ボート５０６を処理室５０４から取り出すときの処理室５０４の温度は、４００℃以上８００℃以下としておく。半導体ウエハを処理室５０４から取り出すときの処理室５０４内の温度を４００℃未満とすると降温に時間がかかるため、生産性が低下し、８００℃を超えると、半導体ウエハ表面に形成される酸化膜表面の平坦性が劣化するためである。また、８００℃を超えると輻射熱により、ボート搬入搬出室５０５が影響を受けるおそれがある。
【００５７】
また、アンロード工程において、処理室５０４からボート搬入搬出室５０５に半導体ウエハ１００を取り出すときのボート５０６（半導体ウエハ１００）の移動速度は、５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下とすることが好ましい。移動速度が５０ｍｍ／分未満であると、処理室５０４からボート搬入搬出室５０５に移動する間に、ボート搬入搬出室５０５から処理室５０４内に流れ込んだ不純物が含まれるガス（処理に用いたガス以外のガス）によって、半導体ウエハ１００の表面に酸化膜が不均一に形成され、半導体ウエハ１００の平坦性が劣化する。特に、ボートの上部に設置された半導体ウエハ１００は、長時間不純物が含まれるガス中に置かれることになり、酸化膜の表面荒れが顕著となる。また、移動速度が５００ｍｍ／分を超えると、スリップなどの結晶欠陥が発生するおそれがある。したがって、５０ｍｍ／分以上５００ｍｍ／分以下とすることにより、酸化膜の表面の平坦性が良好な半導体ウエハ１００を得ることができる。
【００５８】
また、半導体ウエハ１００を取り出すアンロード工程を行うとき、半導体ウエハ１００に熱処理を行った処理室５０４内に、熱処理工程で処理室内に供給した処理ガスを供給しながら行ってもよい。例えば、上部のガス導入口５１１、及び下部のガス導入口５１４のそれぞれから、処理ガスを供給しながら行うことにより、処理室５０４内の雰囲気中に含まれる処理ガス以外のガス濃度を低下させることができる。また、下部のガス導入口５１４から、処理ガスを供給することにより、ボート搬入搬出室５０５から、処理室５０４内に処理ガス以外のガスが入り込むことを抑制することができる。
【００５９】
以上のようにして、半導体ウエハ１００に熱処理を行うことにより、半導体ウエハ１００の表面に形成された酸化膜の平均面粗さ（Ｒａ）を、０．４ｎｍ以下、好ましくは、０．２ｎｍ以下、さらに好ましくは０．１ｎｍ未満とすることができる。これにより、ベース基板との貼り合わせを行った際に、エアボイドなどの貼り合わせ不良の低減を図ることができる。また、熱処理後の半導体ウエハに研磨処理を行う必要がなくなるため、工程の簡略化を図ることができる。さらに、研磨処理により、半導体ウエハ１００を除去する必要がなくなるため、一回の熱処理によるＳＯＩ基板を作製することのできる枚数を増加させることができる。
【００６０】
また、ボート５０６内の半導体ウエハの位置に関係なく、半導体ウエハ１００の平坦性を向上させることができるため、ダミー基板を用いる必要がなくなる。これにより、一度に処理できる半導体ウエハの枚数を増加させることができる。この結果、ＳＯＩ基板の作製工程における生産性を向上させることができる。
【００６１】
次に、１回目のＳＯＩ基板の作製工程を行う。ステップＳ４−Ｓ７はＳＯＩ基板作製の工程である。図１のフローチャートにおいて、ｋは、ステップＳ１、Ｓ２で用意された半導体ウエハを用いてＳＯＩ基板の作製工程を実施する回数を示す。よって、ステップＳ２を行った後のステップＳ４においては、ｋ＝０となる（ステップＳ３）。図１においては、ＳＯＩ基板の作製工程をＮ回（Ｎは、２以上の整数）ごとに１回、再生処理として半導体ウエハを熱処理して、半導体ウエハ表面近傍の結晶欠陥を低減する。
【００６２】
ステップＳ４は半導体ウエハに対する処理であり、半導体ウエハに絶縁膜および脆化領域を形成する工程である。
【００６３】
半導体ウエハの少なくともベース基板との貼り合わせ面に絶縁膜を形成する。この絶縁膜は単層でも複数層でもよい。この絶縁膜を構成する層として、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などを形成することができる。また、これらの絶縁膜は、化学気相法（ＣＶＤ法）、スパッタ法、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ法）で形成することができる。また、半導体ウエハの酸化処理および／または窒化処理により絶縁膜を構成する層を形成することができる。
【００６４】
脆化領域は、運動エネルギーを有するイオンを半導体ウエハに照射することで形成することができる。脆化領域の形成には、イオン注入装置、イオンドーピング装置を用いることができる。
【００６５】
ステップＳ４において、絶縁膜の形成と脆化領域の形成の順序は限定されない。なお、脆化領域の形成時の金属による汚染を防ぐため、絶縁膜を少なくとも１層形成した後に、イオンを照射することが好ましい。例えば、ＨＣｌおよび酸素含有雰囲気で半導体ウエハを熱酸化して、酸化シリコン膜を半導体ウエハに形成した後、酸化シリコン膜を介して水素イオンを半導体ウエハに照射して、脆化領域を作製すればよい。また、脆化領域を形成した後、酸化シリコン膜上に、ＣＶＤ法などにより酸化窒化シリコン膜などの２層目の絶縁膜を形成してもよい。
【００６６】
ステップＳ５に示すように、ベース基板の準備を行う。ベース基板には、絶縁体でなる基板、バルク状の半導体ウエハを用いることができる。絶縁体でなる基板としては、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、およびサファイア基板等が挙げられる。なお、ガラス基板の材料としては、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどが挙げられる。また、ベース基板に適用される半導体ウエハとしては、例えば、シリコンウエハ、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム基板など、第１４族元素でなる半導体ウエハを挙げることができる。もちろん、ベース基板にはＳＯＩ基板の作製工程のプロセス温度に耐えうる基板を選択する。
【００６７】
なお、本明細書において、酸化窒化物とは窒素原子よりも酸素原子の数が多い物質とし、窒化酸化物とは酸素原子より窒素原子の数が多い物質とする。
【００６８】
また、ステップＳ５において、必要に応じてベース基板上に単層または複数層の絶縁膜が形成される。この絶縁膜を構成する層として、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などを形成することができる。また、これらの絶縁膜は、化学気相法（ＣＶＤ法）、スパッタ法、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ法）で形成することができる。また、ベース基板に半導体ウエハを用いた場合は、半導体ウエハを酸化する、窒化する等の方法により絶縁膜を構成する層を形成することができる。
【００６９】
なお、図１のフローチャートにおいてステップＳ４とステップＳ５の順序は限定されない。
【００７０】
次に、ベース基板と半導体ウエハを貼り合わせる（ステップＳ６）。ベース基板に絶縁膜を形成しない場合は、ベース基板表面と半導体ウエハの絶縁膜表面とを接触させ、加圧することで、ベース基板と絶縁膜を貼り合わせる。また、ベース基板に絶縁膜を形成する場合は、ベース基板の絶縁膜表面と半導体ウエハの絶縁膜表面とを貼り合わせる。なお、ステップＳ６において、１枚のベース基板に対して、複数の半導体ウエハを貼り合わせてもよい。
【００７１】
次に、ステップＳ７を行う。ステップＳ７は、熱処理を施して、脆化領域で半導体ウエハを分割する工程である。この工程で、半導体膜、絶縁膜およびベース基板を含むＳＯＩ基板が形成される。ステップＳ７の熱処理は、ＲＴＡ装置、加熱炉、または周波数帯域が３００ＭＨｚ−３００ＧＨｚの電磁波の照射装置（具体的には、マイクロ波照射装置、ミリ波照射装置）で行うことができる。
【００７２】
以上により、１回目のＳＯＩ基板の作製工程が完了する。つまり、ステップＳ８において、ｋ＝１である。
【００７３】
次に、ステップＳ７で分割された半導体ウエハを再利用するために、再生処理を行う。図１においては、再生処理として、半導体ウエハの表面を平坦化する平坦化処理（ステップＳ９）と、半導体ウエハの結晶欠陥を低減するための熱処理（ステップＳ１１）の２つの処理が記載されている。
【００７４】
１回目のＳＯＩ基板の作製工程を行う前に、ステップＳ２の熱処理を半導体ウエハに施しているため、この時点では、ＳＯＩ基板の不良の原因となるような結晶欠陥が半導体ウエハの表面近傍に存在しないため、再生処理として欠陥低減のための高温の熱処理を行う必要がない。
【００７５】
したがって、ステップＳ１０に示すように、ステップＳ９の平坦化処理を行った後、ステップＳ１１の熱処理を行わずに、２回目のＳＯＩ基板の作製工程（Ｓ４−Ｓ７）を行う。
【００７６】
ステップＳ９の平坦化処理には、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの研磨処理、ウエットエッチングなどのエッチング処理、およびレーザ光の照射処理などが挙げられる。ステップＳ９では１または１以上の処理を行うことができ、少なくとも研磨処理を行うことが好ましい。半導体ウエハに研磨処理を行うことにより、半導体ウエハの表面の平均面粗さ（Ｒａ）を０．０８ｎｍ〜０．１２ｎｍとすることができる。
【００７７】
次に、ステップＳ９で平坦化された半導体ウエハを用いて、２回目のＳＯＩ基板の作製工程（Ｓ４−Ｓ７）を行う。そして、ＳＯＩ基板の作製工程の回数がＮ回になるまで、図１に示すように、再生処理（ステップＳ９）とＳＯＩ基板の作製工程（ステップＳ４−Ｓ７）を繰り返す。
【００７８】
そして、ステップＳ１０において、ステップＳ４−Ｓ７の実施回数がＮ回（ｋ＝Ｎ）になった場合、平坦化処理（ステップＳ９）の後に、非酸化性雰囲気下での熱処理を行う（ステップＳ１１）。
【００７９】
ステップＳ１１の熱処理は、半導体ウエハの酸素析出物による結晶欠陥（ＢＭＤ）を消滅するための熱処理である。ステップＳ４−Ｓ９を繰り返すことにより、半導体ウエハ内部にＢＭＤが発生し、また半導体ウエハのＤＺは次第に薄くなる。よって、ステップＳ４−Ｓ９を繰り返すと、半導体ウエハ表面近傍は、結晶欠陥の増加により、ＳＯＩ基板の半導体膜とすることができなくなる。
【００８０】
そこで、ステップＳ１１では、半導体ウエハに対して、非酸化性雰囲気下で１１００℃以上１３００℃以下の熱処理を行う。この熱処理は、半導体ウエハ中の酸素を外方拡散させる条件で行われ、ステップＳ２と同様に行うことができる。よって、ステップＳ１１の熱処理については、ステップＳ２の記載を参酌することができる。なお、図１のフローチャートにおいて、ステップＳ２とステップＳ１１の熱処理は同じ条件である必要はない。また、ステップＳ１１は複数回行われるが、それらの熱処理は同じ条件である必要はない。
【００８１】
そして、ステップＳ１１を行った後、ステップＳ３に戻る。そしてＳＯＩ基板の作製工程の回数ｋがゼロにリセットされる。そして、ステップＳ４−Ｓ９をＮ回行った後、ステップＳ１１の熱処理を行う。半導体ウエハを再利用できるかぎり、ステップＳ３−Ｓ１１が繰り返される。
【００８２】
ステップＳ２において、新品の半導体ウエハに上述の熱処理を行うことで、再利用するたびに高温の熱処理を半導体ウエハに施すことが不要になる。よって、高温の熱処理の回数が少なくなるため、半導体ウエハの機械的強度が低下することを抑えることができる。したがって、ステップＳ２により、ＳＯＩ基板作製のコスト削減、生産性の向上につながる。
【００８３】
また、ステップＳ２の熱処理を行うことで、ＳＯＩ基板の半導体膜を初期の半導体ウエハよりも酸素が低減されたＤＺから形成することが可能になる。したがって、ＳＯＩ基板からトランジスタなどの半導体装置を作製する過程で、半導体膜にＢＭＤが発生することが抑制されるため、信頼性の高い半導体装置を作製することが可能である。
【００８４】
なお、ステップＳ２において半導体ウエハの表面領域にＤＺをより確実に形成するには、ステップＳ１において、酸素濃度が２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の半導体ウエハを準備するとよい。このような半導体ウエハとして、例えば、市販のＣＺ単結晶ウエハが挙げられる。
【００８５】
半導体ウエハに含まれる酸素濃度を少なくすることで、半導体ウエハ表面近傍で酸素に起因する結晶欠陥の発生が抑制されるため、ステップＳ２でＤＺをより確実に形成でき、またＤＺを厚くすることが容易になる。ＤＺを確実に形成することは、ＳＯＩ基板の歩留まりの向上につながる。また、ＤＺを厚くすることは、半導体ウエハの再利用回数に対して、再生処理のための高温の熱処理の回数を少なくすること、および処理時間を短縮することにつながる。
【００８６】
また、半導体ウエハに対する熱処理の繰り返しによって、半導体ウエハ中のＢＭＤが成長して、転位、積層欠陥などの結晶欠陥になることもある。よって、半導体ウエハの酸素濃度を低くすることは、ＢＭＤに起因する結晶欠陥の発生を抑制するができ、半導体ウエハの利用回数の増加、およびＳＯＩ基板の半導体膜の品質向上などにつながる。
【００８７】
よって、ステップＳ１では、酸素濃度が２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を越えない半導体ウエハを準備するとよい。半導体ウエハの酸素濃度は１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が好ましく、１．４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下がより好ましい。酸素濃度が１．４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の半導体ウエハとしては、例えば、ＭＣＺ単結晶シリコンウエハなどがある。
【００８８】
半導体ウエハの酸素濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）や赤外分光法（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により測定することができる。本明細書においては、半導体ウエハの酸素濃度は赤外分光法で測定することにする。赤外分光法は、非破壊で半導体ウエハ全体の酸素濃度を算出することができる方法であり、単結晶シリコンウエハの場合、測定された赤外吸収スペクトルから、酸素濃度Ｏｃｏｎｃを算出するには、下記の式（５）および式（６）を用いる。
【００８９】
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−α１ｔ）        ・・・（５）
Ｏｃｏｎｃ＝α１×Ｋ                ・・・（６）
【００９０】
式（５）において、Ｉ０は赤外吸収スペクトルのバックグラウンドの透過率であり、Ｉは１１０６ｃｍ−１（９．１μｍ）付近に現れるピークの透過率であり、α１は同ピークの吸収係数であり、ｔは単結晶シリコンウエハの厚さである。式（６）において、Ｋは定数である。ここでは定数ＫとしてＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）規格の値４．８１×１０１７［ｃｍ−２］（ＡＳＴＭ−１２１）を用いる。
【００９１】
式（５）から吸収係数α１を求め、そして、式（６）に示すように吸収係数α１に定数Ｋを乗じることで、酸素濃度Ｏｃｏｎｃを求めることができる。なお、赤外吸収スペクトルのバックグラウンドの影響を除去するためのレファレンスとして用いた試料が空気である場合、式（６）のα１にα２＝α１−０．４［ｃｍ−１］を代入することで、酸素濃度Ｏｃｏｎｃを求めることができる。
【００９２】
なお、ステップＳ１０において、半導体ウエハに形成されたＤＺの厚さによって、ステップＳ１１の熱処理の要否を決定してもよい。半導体ウエハに形成されたＤＺの厚さは、半導体ウエハに形成された結晶欠陥を測定することで評価することができる。半導体ウエハに形成された結晶欠陥の測定方法は、非破壊で半導体ウエハの結晶欠陥を評価できればよく、例えば、赤外光吸収分光法、赤外干渉法、ラマン分光法、カソードルミネッセンス法、フォトルミネッセンス法、およびマイクロ波光導伝減衰法などが挙げられる。マイクロ波光導伝減衰（μ−ＰＣＤ：Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｄｅｃａｙ）法は、マイクロ波の反射率の時間変化から、測定試料の結晶状態を反映する少数キャリアのライフタイムを非破壊で測定する方法である。
【００９３】
なお、図１のフローチャートでは、半導体ウエハ再生のための熱処理（ステップＳ１１）は、ＳＯＩ基板の作製工程をＮ回行った後で実施されるが、Ｎの値は特に限定されない。例えば、半導体ウエハのＢＭＤが増加し、また半導体ウエハのＤＺが薄くなるまで行うことができる。したがって、Ｎの値は、ステップＳ２またはステップＳ１１に示す熱処理の後に、半導体ウエハに含まれる酸素の濃度や、半導体ウエハに形成されたＤＺの厚さなどで決めることができる。また、Ｎの値は、ステップＳ１１を実施する度に異なっていてもよい。例えば、ＳＯＩ基板の作製工程を６回繰り返した後に１回目のステップＳ１１の熱処理を行い、次に、ＳＯＩ基板の作製工程を４回繰り返した後に２回目のステップＳ１１の熱処理を行うことができる。
【００９４】
次に、断面図を用いて、ＳＯＩ基板の作製工程の一例を説明する。以下、図１及び図３を参照して、ＳＯＩ基板の作製例を説明する。
【００９５】
〈ＳＯＩ基板の作製方法〉
図３（Ａ）乃至図３（Ｉ）を参照して、ＳＯＩ基板の作製方法の一例を説明する。
【００９６】
図３（Ａ）は、図１のステップＳ１に対応する工程を説明する断面図である。本作製例においては、ボンド基板として、新品の単結晶のシリコンウエハ１０１（以下、シリコンウエハと呼ぶ）を用いる。
【００９７】
図３（Ｂ）は、図１のステップＳ２に対応する工程を説明する断面図である。本作製例においては、シリコンウエハに非酸化性雰囲気下で１１００℃以上１３００℃以下の熱処理を行う。ここでは、縦型加熱炉を用いて、シリコンウエハを１２００℃で１６時間加熱する。加熱処理の雰囲気はアルゴン雰囲気とする。
【００９８】
図１のステップＳ２で説明したように、新品のシリコンウエハにこの熱処理を行うことで、シリコンウエハにＤＺ層（ＤＺ層は図示しない）を形成することができる。図３（Ｂ）は、ＤＺ層が形成されたシリコンウエハ１０２を表す。
【００９９】
シリコンウエハにＤＺ層を形成することにより、再生処理の度に高温の熱処理をせずに、シリコンウエハを複数回利用することができる。高温の熱処理をせずに再利用できる回数は、熱処理の温度および時間や、ＤＺ層の厚さや、再生処理での研磨処理の条件などに依存するが、上記の条件でのステップＳ２の高温熱処理を行うことによって、研磨量が４μｍ以下であれば、図１のステップＳ１１の高温の熱処理を行わずに、市販のＭＣＺ単結晶シリコンウエハを少なくとも１６回利用することが可能である。また、図１に示すフローチャートに従い、ＳＯＩ基板を作製することで、１枚のシリコンウエハ（厚さ：０．７ｍｍ）から、少なくとも４０回以上、ＳＯＩ基板を作製することができる。
【０１００】
また、図１のステップＳ２で説明したように、熱処理において、処理ガスの不純物を低減する、又は熱処理後のアンロード工程において、処理室から搬入搬出室に取り出す際のシリコンウエハの移動速度を制御することにより、シリコンウエハ１０２表面の平均面粗さを低減することができる。具体的には、シリコンウエハ１０２表面の平均面粗さを、０．４ｎｍ以下、好ましくは、０．２ｎｍ以下、さらに好ましくは０．１ｎｍ未満とすることができる。
【０１０１】
図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）は、図１のステップＳ４に対応する工程を説明する断面図である。熱処理が終了したら、図３（Ｃ）に示すように、シリコンウエハ１０１に絶縁膜を形成する。ここでは、シリコンウエハ１０２を熱酸化して、酸化シリコン膜１１２を形成する。熱酸化処理は、ドライ酸化でもよいが、Ｏ２ガスにハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガスが添加された雰囲気下での熱酸化処理が好ましい。このようなガスとしてＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ３、ＢＣｌ３、Ｆ２、およびＢｒ２等から選ばれた一種類または複数種類のガスを用いることができる。
【０１０２】
例えば、Ｏ２に対し０．５体積％以上１０体積％以下のＨＣｌを含む雰囲気中で、９００℃以上１１００℃以下で熱処理することで、塩素を含む酸化シリコン膜１１２を形成することができる。ここでの処理時間は０．１時間以上６時間以下とする。また、酸化シリコン膜１１２の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする。ここでは、３体積％ＨＣｌを含むＯ２ガス雰囲気下で、シリコンウエハ１０２を９５０℃で熱処理して、酸化シリコン膜１１２（熱酸化物膜）を厚さ１００ｎｍ形成する。
【０１０３】
図３（Ｂ）に示すように、シリコンウエハ１０２表面の平坦性を向上させておくことにより、図３（Ｃ）に示す酸化シリコン膜１１２の平坦性も向上させることができる。具体的には、酸化シリコン膜１１２の平坦性を、０．４ｎｍ以下、好ましくは、０．２ｎｍ以下、さらに好ましくは０．１ｎｍ未満とすることができる。
【０１０４】
次に、図３（Ｄ）に示すように、イオン１２０を照射して、シリコンウエハ１０２中に脆化領域１１３を形成する。イオン１２０の照射には、イオン注入装置またはイオンドーピング装置を用いることができる。イオン注入装置は、ソースガスを励起してイオン種を生成し、生成されたイオン種を質量分離して、所定の質量を有するイオン種を被処理物に照射する。イオンドーピング装置は、プロセスガスを励起してイオン種を生成し、生成されたイオン種を質量分離せずに被処理物に照射する。なお、質量分離装置を備えているイオンドーピング装置では、イオン注入装置と同様に、質量分離を伴うイオンの照射を行うこともできる。
【０１０５】
イオン１２０は電界により加速され、運動エネルギーを有するため、イオン１２０の照射により、シリコンウエハ１０２の表面から所定の深さの領域に脆化領域１１３を形成することができる。脆化領域１１３が形成される深さは、イオン１２０の加速エネルギーや、イオン１２０の入射角によって制御することができ、脆化領域１１３は、イオン１２０の平均侵入深さと同程度の深さの領域に形成されることになる。また、上述の脆化領域１１３が形成される深さにより、シリコンウエハ１０２から分離される半導体膜の厚さが決定される。脆化領域１１３が形成される深さは、シリコンウエハ１０２の表面から３０ｎｍ以上１μｍ以下であり、好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【０１０６】
イオン１２０の代表的なソースガスはＨ２ガスである。Ｈ２ガスの他にヘリウムやアルゴンなどの希ガス、フッ素ガスや塩素ガスに代表されるハロゲンガス、フッ素化合物ガス（例えば、ＢＦ３）などのハロゲン化合物ガスを用いることができる。ソースガスには１種類のガスだけでなく、複数種類のガスを用いることができる。
【０１０７】
脆化領域１１３を形成するため、イオン１２０の照射を複数回行うこともできる。この場合、ソースガスを異ならせてイオン照射を行っても良いし、同じソースガスを用いてもよい。例えば、ソースガスとして希ガスを用いてイオン照射を行った後、水素を含むガスをソースガスとして用いてイオン照射を行うことができる。あるいは、初めにハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガスを用いてイオン照射を行い、次に、水素を含むガスを用いてイオン照射を行うこともできる。
【０１０８】
ここでは、脆化領域１１３の形成にイオンドーピング装置を用い、イオン１２０のソースガスにＨ２ガスを用いる。例えば、加速電圧５０ｋＶ、ドーズ量２．７×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の条件で、酸化シリコン膜１１２を介して水素イオンをシリコンウエハ１０２に照射する。
【０１０９】
図３（Ｅ）は、図１のステップＳ６に対応する工程を説明する断面図である。図３（Ｅ）に示すように、ベース基板とシリコンウエハ１０２とを貼り合わせる。ここでは、ベース基板としてガラス基板２００を用いる。ガラス基板２００の代わりに、シリコンウエハ１０１と同じ、単結晶シリコンウエハを用いてもよい。また、ガラス基板２００にＰＥＣＶＤ法などにより、図１のステップＳ５で述べたように、絶縁膜を形成してもよい。
【０１１０】
貼り合わせる前に、シリコンウエハ１０２およびガラス基板２００に洗浄処理を行い、貼り合わせ面を清浄にする。ガラス基板２００の表面と酸化シリコン膜１１２の表面とを接触させた状態で、シリコンウエハ１０２およびガラス基板２００を押圧することで、ガラス基板２００と酸化シリコン膜１１２が接合し、ガラス基板２００とシリコンウエハ１０２とが貼り合わされる。
【０１１１】
ガラス基板２００とシリコンウエハ１０２との貼り合わせにおいて、ガラス基板２００及びシリコンウエハ１０２の平均面粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍを超えると、ガラス基板２００とシリコンウエハ１０２との貼り合わせ界面にエアボイドなどの貼り合わせ不良が生じる可能性がある。また、ガラス基板２００及びシリコンウエハ１０２の平均面粗さが０．８ｎｍ以上であると、ガラス基板２００とシリコンウエハ１０２との自発接合ができなくなることが本発明者らによって確認されている。よって、ガラス基板２００の平均面粗さも、０．８ｎｍ未満、好ましくは０．４ｎｍ以下、さらに好ましくは０．２ｎｍであることが好ましい。
【０１１２】
本発明の一態様においては、シリコンウエハ１０２の熱処理によって形成される酸化膜の平均面粗さを０．４ｎｍ以下、好ましくは、０．２ｎｍ以下、さらに好ましくは０．１ｎｍ未満とすることができる。これにより、シリコンウエハ１０２に形成される酸化シリコン膜１１２の表面における平均面粗さも０．４ｎｍ以下、好ましくは、０．２ｎｍ以下、さらに好ましくは０．１ｎｍ未満とすることができる。この結果、シリコンウエハ１０２とガラス基板２００とを貼り合わせた際に、エアボイドなどの貼り合わせ不良の低減を図ることができる。
【０１１３】
次に、ガラス基板２００およびシリコンウエハ１０２を熱処理して、貼り合わせの強度を高めてもよい。この熱処理温度は、脆化領域１１３で分離が進行しない温度とする必要があり、２００℃以上３００℃以下とすればよい。
【０１１４】
図３（Ｆ）は、図１のステップＳ７に対応する工程を説明する断面図である。図３（Ｆ）に示すように、シリコンウエハ１０２を脆化領域１１３で分割し、シリコンウエハ１０２から単結晶シリコン膜１１４を形成する。ここでは、加熱炉において、ガラス基板２００に固定されたシリコンウエハ１０２の熱処理を行う。熱処理の温度は４００℃以上が好ましく、ガラス基板２００（ベース基板）の耐熱温度などによって制限される。この熱処理には、加熱炉やＲＴＡ装置を用いることができる。熱処理を行うことで、脆化領域１１３に亀裂が生じ、シリコンウエハ１０３と、単結晶シリコン膜１１４、酸化シリコン膜１１２、およびガラス基板２００でなるＳＯＩ基板とに分離される。シリコンウエハ１０３は、再生処理前のウエハである。
【０１１５】
ここでは、加熱炉において、ガラス基板２００と酸化シリコン膜１１２間の接合強度を高める処理と、シリコンウエハ１０２の分割処理を一連の熱処理で行う。具体的には、ガラス基板２００に固定されたシリコンウエハ１０２を、加熱炉において、まず２００℃で２時間加熱し、次いで、温度を６００℃に上昇し２時間加熱する。
【０１１６】
次に、図３（Ｇ）に示すように、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン膜１１４を平坦化し、単結晶シリコン膜１１５を形成する。ここでは、ＳＯＩ基板のベース基板が耐熱性の低いガラス基板２００であるので、熱処理による平坦化が困難なため、平坦化処理として、単結晶シリコン膜１１４にレーザ光を照射する。なお、このレーザ光照射処理を行う前に、必要に応じて、単結晶シリコン膜１１４をエッチングする処理を行ってもよい。このエッチング処理で単結晶シリコン膜１１４表面に残存している脆化領域１１３を除去することができる。
【０１１７】
レーザ光照射処理に用いるレーザには、例えば、ＸｅＣｌレーザ、ＫｒＦレーザ等のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等の気体レーザがある。また、固体レーザも用いることができ、例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ等がある。レーザ光としては、これらレーザ発振器の基本波、高調波（第２高調波、第３高調波、第４高調波等）を用いることができる。なお、これらの固体レーザには、同じレーザ媒質を用いても、発振の仕方が連続発振、または疑似連続となる発振器もある。
【０１１８】
レーザ光を照射すると、単結晶シリコン膜１１４がレーザ光を吸収し、溶融する。溶融した領域はレーザ光のエネルギーが供給されなくなると急激に温度が下がり、固化する。そのため、平坦性が向上された単結晶シリコン膜１１５を形成することができる。また溶融によって、単結晶シリコン膜１１４の結晶を再配列させることができるため、単結晶シリコン膜１１５中のダングリングボンドなどを減少させることができる。よって、レーザ光照射処理によって、平坦性および結晶性が向上された単結晶シリコン膜１１５が形成される。
【０１１９】
しかしながら、単結晶シリコン膜１１５中に存在するＢＭＤは、レーザ光の照射処理でほとんど消滅しない。そのため、耐熱温度が１１００℃以下のベース基板を用いた場合、ＳＯＩ基板の作製前に半導体ウエハに高温の熱処理を行うことは、ＳＯＩ基板の品質向上に非常に有効である。それはベース基板の耐熱温度が１１００℃以下であると、ベース基板上の半導体層からＢＭＤを効果的に消滅できる温度での熱処理を行うことができず、また、この熱処理に代わる適切な手段がないからである。そのために、低耐熱性のベース基板を用いる場合には、酸素析出物ができるだけ少ない状態で半導体層をベース基板に形成することが要求される。したがって、酸素濃度が低減されたＤＺから半導体膜を形成することは、低耐熱性のベース基板でなるＳＯＩ基板の品質の向上に非常に有効である。よって、本実施の形態により、ガラス基板のように耐熱温度が７００℃以下のベース基板を用いても、品質の良いＳＯＩ基板を作製することが可能になる。
【０１２０】
また、図３（Ｇ）のＳＯＩ基板の単結晶シリコン膜１１５を薄くする薄膜化工程を行ってもよい。ここでは、ベース基板にガラス基板２００が用いられているため、薄膜化処理には、ドライエッチング処理および／またはウエットエッチング処理を適用すればよい。ベース基板に半導体ウエハが用いられている場合は、研磨処理、熱酸化処理、エッチング処理を組み合わせた公知の薄膜化処理を行えばよい。
【０１２１】
以下、単結晶シリコン膜１１４が分離されたシリコンウエハ１０１の再生処理について説明する。再生処理には、平坦化処理（図３（Ｈ）参照）、および非酸化性雰囲気下での１１００℃以上の温度での熱処理（図３（Ｉ）参照）がある。図１のステップＳ９で示したように、図３（Ｈ）の平坦化処理は、ボンド基板を再処理する度に行われる。図３（Ｈ）には、平坦化処理により再生された再生シリコンウエハ１０４が示されている。この再生シリコンウエハ１０４は、図３（Ｃ）のボンド基板（シリコンウエハ１０２）として再利用される。
【０１２２】
また、図１のステップＳ１１に示したように、図３（Ｉ）の熱処理は間欠的に行われ、ＳＯＩ基板の作製工程（図３（Ｃ）乃至図３（Ｆ））を複数回行った後の再生処理として、図３（Ｈ）の平坦化処理の後に、再生シリコンウエハ１０４に行われる。熱処理後の再生シリコンウエハ１０５が、図３（Ｃ）のボンド基板（シリコンウエハ１０２）として再利用される。
【０１２３】
図３（Ｈ）の平坦化処理によって再生シリコンウエハ１０４を作製するには、例えば、次のように行うことができる。まず、バッファードフッ酸によるウエットエッチングで、シリコンウエハ１０３に残存している酸化シリコン膜１１２を除去する。そして、単結晶シリコン膜１１４の分離面をＣＭＰ装置で研磨する。また、ＣＭＰ装置で研磨する前に、ダッシュ液、サト液、またはフッ酸と過酸化水素の混合液などによるエッチング処理を行ってもよい。このエッチング処理により、シリコンウエハ１０３の周辺部の突出部（ガラス基板２００に貼り合わせられなかった部分）を除去することができるため、ＣＭＰ装置での研磨量を少なくすることができる。
【０１２４】
また、図３（Ｉ）の熱処理によって再生シリコンウエハ１０５を作製するには、例えば、図３（Ｂ）の熱処理と同様、加熱炉を用いて、アルゴン雰囲気下で再生シリコンウエハ１０４を１２００℃で１時間以上加熱するとよい。
【０１２５】
以上の工程により、ＳＯＩ基板を作製、及び分割後の半導体ウエハを再生することができる。
【０１２６】
酸素濃度２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の半導体ウエハに熱処理を行うことにより、半導体ウエハにＤＺを形成することができる。半導体ウエハにＤＺが形成されることにより、図１に示すステップＳ４−Ｓ９（ＳＯＩ基板作製工程）を複数回行うことができる。また、再利用するたびに高温の熱処理を半導体ウエハに施すことが不要になる。よって、高温の熱処理の回数が少なくなるため、半導体ウエハの機械的強度が低下することを抑えることができる。したがって、ステップＳ２により、ＳＯＩ基板作製のコスト削減、生産性の向上につながる。
【０１２７】
熱処理の際に用いられる処理ガスに含まれる不純物濃度を低減することにより、熱処理の際、不純物と半導体ウエハとが反応して不均一に自然酸化膜が形成されるのを抑制することができるため、半導体ウエハの平均面粗さを低減することができる。
【０１２８】
平均面粗さが低減された半導体ウエハと、ベース基板とを貼り合わせることで、半導体ウエハとベース基板との界面にエアボイドなどの貼り合わせ不良が生じることを防止することができる。
【０１２９】
また、複数の半導体ウエハを処理できる縦型の加熱炉を用いる場合、ダミー基板が不要になる、又はダミー基板の枚数を低減することができるため、一度に処理できる基板の枚数を増やすことができる。
【０１３０】
以上により、ＳＯＩ基板の生産性を向上することができる。
【実施例１】
【０１３１】
本実施例では、新品のＣＺ単結晶シリコンウエハ（以下、ＣＺウエハと呼ぶ）に熱処理を行った後のＣＺウエハの表面の平坦性について調査した結果について説明する。
【０１３２】
まず、新品のＣＺウエハとして、（株式会社ＳＵＭＣＯ製  ５インチ平方、ｐ型、面方位（１００））を用いた。新品のＣＺウエハを、３枚用意した。
【０１３３】
次に、３枚のＣＺウエハに対して、洗浄を行った。具体的には、硫酸過酸化水素水混合溶液（ＳＰＭ）、塩酸過酸化水素水混合溶液（ＨＰＭ）、フッ酸過酸化水素水混合溶液（ＦＰＭ）等の洗浄液を順番に用いて洗浄を行った。
【０１３４】
次に、図２に示すような縦型の加熱炉を用いて、３枚のＣＺウエハに熱処理を行った。本実施例で用いた加熱炉のボートには、１３０枚のウエハを配置することができる。
【０１３５】
条件１として、３枚のＣＺウエハのうち、２枚のＣＺウエハをボートに配置し、処理室に搬入し、３００ｐｐｂの水を含むアルゴンガス雰囲気で、１２００℃、１６時間の熱処理を行った。条件１における２枚のＣＺウエハのうち、ボートの下から１１７番目に配置されたＣＺウエハをウエハＡ１、ボートの下から１７番目に配置されたＣＺウエハをウエハＡ２として説明する。
【０１３６】
また、条件２として、残りの１枚のＣＺウエハをボートに配置し、処理室に搬入し、１％の窒素ガスを含むアルゴン雰囲気で、１２００℃、２時間の熱処理を行った。条件２において、ボートの下から１１９番目に配置されたＣＺウエハをウエハＢ１として説明する。
【０１３７】
次に、ＣＺウエハの平坦性について測定した。ＣＺウエハの平坦性は、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、以下ＡＦＭと記す）によって測定した。
【０１３８】
ウエハＡ１及びウエハＡ２において、平均面粗さ（Ｒａ）を８点測定した。表１に、ウエハＡ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を示し、表２に、ウエハＡ２の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を示す。なお、各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）は、測定面積１μｍ×１μｍとして測定した。
【０１３９】
【表１】
2013048218.tif 000007
【０１４０】
【表２】
2013048218.tif 000008
【０１４１】
ウエハＢ１及びウエハＢ２において、平均面粗さ（Ｒａ）を８点測定した。表３に、ウエハＢ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を示す。なお、各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ×１μｍとして測定した。
【０１４２】
【表３】
2013048218.tif 000009
【０１４３】
図４（Ａ）は、ウエハＡ１のＡＦＭの観察像であり、図４（Ｂ）は、ウエハＡ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフである。また、図５（Ａ）は、ウエハＡ２のＡＦＭの観察像であり、図５（Ｂ）は、ウエハＡ２の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフである。
【０１４４】
図６（Ａ）は、ウエハＢ１のＡＦＭの観察像であり、図６（Ｂ）は、ウエハＢ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフである。なお、各ポイントの測定面積は、１μｍ×１μｍである。
【０１４５】
表３及び図６に示すように、１％の窒素ガスを含むアルゴン雰囲気で熱処理が行われたウエハＢ１の平均面粗さ（Ｒａ）は、ウエハの周縁部で２ｎｍ〜５ｎｍであり、ウエハの中央部で０．５ｎｍ程度であることがわかった。これに対し、表１、表２、図４、及び図５に示すように、３００ｐｐｂの水を含むアルゴン雰囲気で熱処理が行われたウエハＡ１の平均面粗さ（Ｒａ）は、ウエハの周縁部で０．２ｎｍ〜０．３ｎｍであり、ウエハの中央部で０．０３ｎｍ程度であることがわかった。また、ウエハＡ２の平均面粗さ（Ｒａ）は、ウエハの周縁部及び中央部においても０．０３ｎｍ〜０．０４ｎｍであることがわかった。
【０１４６】
以上の結果から、非酸化性雰囲気中の不純物の濃度を低減することにより、半導体ウエハ表面の平均面粗さを低減し、半導体ウエハの平坦性を向上できることがわかった。
【実施例２】
【０１４７】
本実施例では、新品のＣＺウエハに熱処理を行った後のＣＺウエハの表面の平坦性についてさらに調査した結果について説明する。
【０１４８】
まず、新品のＣＺウエハとして、（株式会社ＳＵＭＣＯ製  ５インチ平方、ｐ型、面方位（１００））を用いた。新品のＣＺウエハを、２枚用意した。
【０１４９】
次に、２枚のＣＺウエハに対して、洗浄を行った。具体的には、硫酸過酸化水素水混合溶液（ＳＰＭ）、塩酸過酸化水素水混合溶液（ＨＰＭ）、フッ酸過酸化水素水混合溶液（ＦＰＭ）等の洗浄液を順番に用いて洗浄を行った。
【０１５０】
次に、図２に示すような縦型の加熱炉を用いて、２枚のＣＺウエハに熱処理を行った。本実施例で用いた加熱炉のボートには、１３０枚のウエハを配置することができる。
【０１５１】
２枚のＣＺウエハをボートに配置し、処理室に搬入し、１．２ｐｐｂの水を含むアルゴンガス雰囲気で、１２００℃、１６時間の熱処理を行った。２枚のＣＺウエハのうち、ボートの下から１１９番目に配置されたＣＺウエハをウエハＣ１、ボートの下から１９番目に配置されたＣＺウエハをウエハＣ２として説明する。
【０１５２】
次に、ＣＺウエハの平坦性について測定した。ＣＺウエハの平坦性は、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、以下ＡＦＭと記す）によって測定した。
【０１５３】
ウエハＣ１及びウエハＣ２において、平均面粗さ（Ｒａ）を８点測定した。表４に、ウエハＣ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を示し、表５に、ウエハＣ２の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を示す。なお、各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ×１μｍとして測定した。
【０１５４】
【表４】
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【０１５５】
【表５】
2013048218.tif 000011
【０１５６】
図７（Ａ）は、ウエハＣ１のＡＦＭの観察像であり、図７（Ｂ）は、ウエハＣ１の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフである。また、図８（Ａ）は、ウエハＣ２のＡＦＭの観察像であり、図８（Ｂ）は、ウエハＣ２の各ポイントの平均面粗さ（Ｒａ）を表すグラフである。
【０１５７】
表４、表５、図７、及び図８に示す結果から、１．２ｐｐｂの水を含むアルゴン雰囲気で熱処理が行われたウエハＣ１の平均面粗さ（Ｒａ）は、ウエハ全体において、０．０３ｎｍ〜０．０７ｎｍであり、ウエハＣ２の平均面粗さ（Ｒａ）は、ウエハ全体において、０．０３ｎｍ〜０．０６ｎｍであることがわかった。
【０１５８】
以上の結果から、非酸化性雰囲気中の不純物濃度を極めて低減することにより、縦型の加熱炉において、ボートのどの位置に半導体ウエハを配置しても、半導体ウエハの平均面粗さを低減し、半導体ウエハの平坦性を向上させることができることがわかった。
【符号の説明】
【０１５９】
１００    半導体ウエハ
１０１    シリコンウエハ
１０２    シリコンウエハ
１０３    シリコンウエハ
１０４    再生シリコンウエハ
１０５    再生シリコンウエハ
１１２    酸化シリコン膜
１１３    脆化領域
１１４    単結晶シリコン膜
１１５    単結晶シリコン膜
１２０    イオン
２００    ガラス基板
５００    加熱炉
５０１    筐体
５０２    内管
５０３    外管
５０４    処理室
５０５    ボート搬入搬出室
５０６    ボート
５０７    軸装置
５０８    ボートエレベータ
５０９    ヒーター
５１０    ガス導入管
５１１    ガス導入口
５１２    シールキャップ
５１３    ガス排出管
５１４    ガス導入口
５１５    開閉装置
【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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