(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板を水素を含む還元性雰囲気下でアニールする工程、次いで、前記単結晶シリコン基板の表面を熱酸化して酸化シリコン層を形成する工程、前記酸化シリコン層側から前記単結晶シリコン基板にイオンを打ち込みイオン注入層を形成する工程、次いで、前記単結晶シリコン基板内部に埋め込み絶縁膜を形成する工程を有するＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項２】
前記水素を含む還元性雰囲気とは、水素１００％ガス、水素と希ガスの混合ガス、あるいは水素と窒素の混合ガスである請求項１記載のＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項３】
前記イオン注入層の形成に先だって、前記単結晶シリコン基板を洗浄する工程を有する請求項１記載のＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項４】
前記イオン注入層形成工程は、酸素イオンあるいは窒素イオンを打ち込むことにより行われる請求項１記載のＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項５】
前記埋め込み絶縁膜を形成した後、酸化性雰囲気下で熱処理する請求項１記載のＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項６】
前記埋め込み絶縁膜形成後、前記単結晶シリコン基板に表面処理を行なう請求項１記載のＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項７】
前記表面処理が、前記単結晶シリコン基板表面の研磨および／または水素アニール処理である請求項６記載のＳＯＩ基板の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、及び半導体基板の作製方法に関し、詳しくは、絶縁層上に単結晶シリコン層を有するSOI（Silicon On Insulator）基板の作製方法、及び当該方法により作製されたSOI基板に関する。特に、SIMOX（Sepalation by IMplanted OXygen）と呼ばれる方法により作製されるSOI基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁物上の単結晶Ｓｉ半導体層の形成は、シリコン  オン  インシュレーター（ＳＯＩ）技術として広く知られ、通常のＳｉ集積回路を作製するバルクＳｉ基板では到達しえない数々の優位点をＳＯＩ技術を利用したデバイスが有することから多くの研究が成されてきた。すなわち、ＳＯＩ技術を利用することで、
１． 誘電体分離が容易で高集積化が可能、
２． 対放射線耐性に優れている、
３． 浮遊容量が低減され高速化が可能、
４． ウエル工程が省略できる、
５． ラッチアップを防止できる、
６． 薄膜化による完全空乏型電界効果トランジスタが可能、
等の優位点が得られる（これらは例えば次の文献に詳しい。
Special Issue:“Single-crystal silicon on non-single-crystal insulators“;edited by G.W.Cullen,Journal of Crystal Growth,volume 63,no 3,pp 429〜590(1983)）。
【０００３】
さらにここ数年においては、ＳＯＩが、ＭＯＳＦＥＴの高速化、低消費電力化を実現する基板として多くの報告がなされている（IEEE SOI conference 1994）。
【０００４】
また、支持基板上に絶縁層を介してSOI層が存在するＳＯＩ構造を用いると、素子の下部に絶縁層があるので、バルクＳｉウエハ上に素子を形成する場合と比べて、素子分離プロセスが単純化できる結果、デバイスプロセス工程が短縮される。
【０００５】
すなわち、高性能化と合わせて、バルクＳｉ上のＭＯＳＦＥＴ、ＩＣに比べて、ウエハコスト、プロセスコストのトータルでの低価格化が期待されている。
【０００６】
SOI基板の形成に関する研究は1970年代頃から盛んであった。絶縁物であるサファイア基板の上に単結晶Ｓｉをヘテロエピタキシャル成長する方法（SOS：Sapphire on Silicon）や、多孔質Siの酸化による誘電体分離によりSOI構造を形成する方法（ＦＩＰＯＳ：Ｆｕｌｌｙ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＰｏｒｏｕｓＯｘｉｄｉｚｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）、貼り合わせ法、酸素イオン注入法がよく研究されている。
【０００７】
この酸素イオン注入法とは、Ｋ．Ｉｚｕｍｉによって始めて報告されたSIMOXと呼ばれる方法である（K. Izumi, M. Doken and H. Ariyoshi：Electron. Lett. 14, p.593（1978））。
【０００８】
この方法は、図11Aに示すようにシリコンウエハ103に酸素イオンを1017〜1018／ｃｍ2程度注入する（図11B）。その後、アルゴン・酸素雰囲気中で1320℃程度の高温でアニールし酸化層105を形成する（図11C）。その結果、イオン注入の投影飛程（Rp）に相当する深さを中心に注入された酸素イオンが，Siと結合して酸化Si層が形成され、SOI基板107を得るというものである（以降、SIMOXを利用して作製されたSOI基板を「SIMOXウエハ」という）。
【０００９】
このSOI基板に関しては、ＭＯＳＦＥＴの高速化、低消費電力化を実現する基板として多くの報告がなされている（Proceedings of 1994 IEEE International Silicon-on-Insulator Conferenceに詳しい記載がある）。
【００１０】
SOI基板を利用して作製される完全空乏型ＭＯＳＦＥＴは、駆動力の向上に伴う高速化、低消費電力化が期待されている。
【００１１】
また、ＳＯＩ構造を用いると、素子の下部に絶縁層があるので、バルクＳｉウエハ上に素子を形成する場合と比べて、素子分離プロセスが単純化できる結果、デバイスプロセス工程が短縮される。
【００１２】
すなわち、高性能化と合わせて、バルクＳｉ上のＭＯＳＦＥＴ、ＩＣに比べて、ウエハコスト、プロセスコストのトータルでの低価格化も期待されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
SIMOXウエハを作製するシリコン基板としては、一般にCZウエハが用いられている。CZウエハとは、チョクラルスキー（CZochrlski）法により作製される単結晶シリコン基板である。
【００１４】
このCZウエハには、バルクウエハ特有の欠陥であるCOP（Crystal Originated Particles）、FPD（Flow Pattern Defect）などのGrown‐in欠陥が含まれている。
【００１５】
このCOP（山本秀和、「大口径シリコンウエハへの要求課題」、第２３回ウルトラクリーンテクノロジーカレッジ、（Ａｕｇ．１９９６））やFPD（Ｔ．Ａｂｅ，Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ａｂｓｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｓｐｒｉｎｇ  Ｍｅｅｔｎｇ  ｖｏｌ．９５−１，ｐｐ．５９６，（Ｍａｙ，１９９５））のサイズは、およそ0.1〜0.2μm程度である。
【００１６】
なお、COP、FPDの詳細については後述する。
【００１７】
従来、このCZウエハを用いて超LSIを作製する場合、上述のGrown‐in欠陥のサイズに対して充分なマージンをもってデバイスが製造されていたためCOP等がデバイス特性に与える影響はほとんど無かった。
【００１８】
しかしながら、例えば、DRAMを例にとると、その設計ルールは、16M−DRAMで0.5μｍ、64M−DRAMでは、0.35μmと推移してきており、デバイス特性や歩留まりにCOPが与える影響が顕著になってきている。
【００１９】
とりわけ、1G−DRAMにおいては、設計ルールは、0.1〜0.15μmになるといわれている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、欠陥の少ないＳＯＩ基板の作製方法を提供することにある。
【００２１】
本発明の別の目的は、SOI層にCOP、FPD、OSFといったバルクシリコンウエハ特有の欠陥を含まない、あるいはより低減されたSOI基板の作製方法を提供することにある。また、埋め込み酸化膜の質が優れたSOI基板を提供することにある。
【００２２】
本発明のＳＯＩ基板の作製方法は、単結晶シリコン基板を水素を含む還元性雰囲気下でアニールする工程、次いで、前記単結晶シリコン基板の表面を熱酸化して酸化シリコン層を形成する工程、前記酸化シリコン層側から前記単結晶シリコン基板にイオンを打ち込みイオン注入層を形成する工程、次いで、前記単結晶シリコン基板内部に埋め込み絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、該イオン注入層の形成に先だって、該単結晶シリコン基板、あるいは保護層を有する単結晶シリコン基板を洗浄することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、該埋め込み絶縁膜形成後、酸化性雰囲気で熱処理することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明を図1に示すフロチャートを用いて説明する。
【００２７】
水素を含む還元性雰囲気で熱処理（以降、「水素アニール」という。）された単結晶シリコン基板を用意する（S1）。そして、該単結晶シリコン基板に酸素をイオン注入し、イオン注入層を形成する（S2）。その後、該単結晶シリコン基板を所望の条件下で熱処理し、該単結晶シリコン基板内部に埋め込み酸化膜（BOX：Buried Oxide）層を形成する（S3）。こうして、本発明におけるSIMOXウエハが得られる。
【００２８】
次に、より具体的に本発明を説明する。
【００２９】
図2Aに示すように、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理された表層部22を有する単結晶シリコン基板21を用意する。この表層部とは、バルクウエハ特有のCOPなどのGrown‐in欠陥や、OSF等の欠陥が非常に低減された低欠陥層のことである（以降、表層部22を「低欠陥層22」という場合もある。）。より具体的には、単結晶シリコン基板２１内におけるＣＯＰ、ＦＰＤあるいはＯＳＦの数が、同一基板内の他の領域に比べて少ない層である。なお、図2Aにおいては、水素アニールされている表層部22と他の領域２３とが明確に分かれているように示されているが、実際には、表層部22と領域23の境界は必ずしも明瞭なものではない。
【００３０】
次に、図2Bに示すように、酸素をイオン注入（打ち込み）し、イオン注入層24を形成する。
【００３１】
その後、所望の熱処理を行なうことで、イオン注入層24を利用して埋め込み酸化膜（BOX）層25を形成する。こうしてBOX層25上に単結晶シリコン層（SOI層）26を有するSOI基板27が得られる。
【００３２】
本発明により、SOI層26表面、及び内部にCOP等の欠陥を含まない、あるいはそれらの数が、通常のバルクウエハに比べて非常に少ない高品質のSIMOXウエハを得ることが可能になる。
【００３３】
SIMOXウエハの作製に通常用いられるCZウエハには、COP、FPD、OSFといったバルクウエハ特有の欠陥を多数内在あるいは、潜在的に内在させている。これらの欠陥について、その原因の厳密な解明はなされていないが、いずれもウエハ中に含まれる酸素濃度との相関が強く、酸素濃度が高いとCOP、OSF等の欠陥が発生しやすいことが報告されている（例えば、シリコン結晶・ウエハ技術の課題 （リアライズ社）p.５５）。
【００３４】
ここで、OSF（酸化誘起積層欠陥）とは、結晶ウエハの成長時にその核となる微小欠陥が導入され、酸化工程により顕在化するものである。例えば、ウエハ表面をウエット酸化することによってリング状のOSFが観察される場合がある。
【００３５】
また、熱処理をしないで観察できるCOP、FPDは、同一の原因による欠陥と考えられており、両者に厳密な定義規定はないものの、凡そCOPとは、RCA洗浄液の要素液の一つであるSC-1（NH4OH／H2O2）液にウエハを浸潤した後、光散乱を利用した微粒子検出器や異物検査装置で検出できるエッチピットを指し、後者のFPDは、Secco液（K2Cr2O7／ＨＦ／H2O）に30分程度浸漬した後、光学顕微鏡で観察されるエッチピットをいうものとされている。
【００３６】
本発明においては、シリコン基板表面を水素アニールし、上述のCOP等の欠陥を消滅、あるいはそれらの欠陥の数を低減させた表層部22を形成した後に、シリコン基板へ酸素イオン注入を行ないBOX層25を形成するので、SOI層26自体にもCOP等の欠陥の無い、あるいは非常に少ない層となる。
【００３７】
水素アニールによりCOPが消滅する原因について、図3を用いて説明する。
【００３８】
図中31はCOPを、32はシリコン原子を、33は酸化膜がついている様子をそれぞれ模式的に示したものである。
【００３９】
COP31の内壁には、数nmの酸化膜33が存在すると考えられている。そして、水素アニール処理を行なった場合、水素の還元作用によりこの酸化膜33が除去され、その後、Ｓｉ原子の再配列が起こり、欠陥部分は徐々に埋まっていき、最終的にはCOP31は消滅すると考えられている（電子材料、6月号、ｐ.22〜26（1998））。
【００４０】
なお、水素アニール処理を利用して高品質のSIMOXウエハを得ようとする試みは、従来から行われている。
（適宜、図11A〜図11Cに付した番号を用いて説明する。）
【００４１】
特開平10−41241号公報においては、BOX層105形成後に水素アニール処理を行なうことを開示している。この水素アニール時の温度は、当該公報によればSOI層106内の格子間酸素の還元が行なわれる温度以上、かつBOX層105の界面の酸化膜までが還元されない温度以下の800℃から1000℃の範囲内で行なうとしている。
【００４２】
図4は、図11B中の領域114の部分を拡大したものである。シリコンウエハ内の酸素イオン注入層44における酸素濃度の分布は、投影飛程Rp（図中49）を中心にかなり広範囲に分布する。そして、所定の熱処理を施すと、酸素濃度の低い領域に存在する酸素は、酸素濃度の高い投影飛程Ｒｐ49を中心に集まり、熱処理前の分布に比べて、その分布は縮小する。なお、図４中の斜線部の濃淡は、酸素濃度の高低を模式的に示すものである。投影飛程４９を中心に酸素濃度が低くなっていく様子を表わしている。
【００４３】
しかしながら、イオン注入層44近傍にCOP41が存在すると、投影飛程49に酸素イオンが集まってくるとともに、COP４１の周囲にも酸素が集まってしまう。そして、ＣＯＰ４１は、図５に示すようにCOP５１は、BOX層５５の形成前に比べて、ＢＯＸ層形成のための熱処理後ではより大きなものへと成長してしまう。これは、前述のようにCOPは内壁に酸化膜を有しているため、COPの周囲に比べて酸素濃度が高くなっているためと考えられる。
【００４４】
BOX層５５形成後においては、特にBOX層５５近傍のCOP５１は成長して大きくなり、ＢＯＸ層形成後の工程でこのCOPを除去することは困難になる。
【００４５】
また、特開昭64−72633号公報や特開平8−46161号公報においては、シリコン基板に酸素イオン注入を行なった後、BOX層105を形成する為の熱処理を、アルゴン・酸素の混合ガス雰囲気ではなく、水素ガス雰囲気中で行なうことを開示している。
【００４６】
酸素イオン注入層１０４における酸素濃度は、投影飛程Rpを中心としてかなり広範囲に分布しいるが、熱処理によりこの分布は縮小しBOX層105が形成される。
【００４７】
従って、水素アニールによりBOX層105の界面付近に存在するCOPを消滅させようとした場合、BOX層105の形成に寄与し得る酸素までもが還元され、そして結果的に除去されてしまうことになる。すなわち、ＣＯＰの消滅とともに、ＢＯＸ層形成の為の酸素までもが失われてしまい、BOX層の厚さが減少する恐れがある。
【００４８】
本発明においては、シリコン基板への酸素イオン注入工程前に、シリコン基板へ水素アニール処理を行なう。
【００４９】
（シリコン基板）
シリコン基板としては、バルクシリコンウエハ、特にCZウエハを用い、これを水素アニールすることによりCOP等の欠陥少ない表層部22を有する基板を用いることが好適である。
【００５０】
また、水素アニールされるシリコン基板としては、CZウエハのみならず、MCZ法（Magnetic Field Applied Czochralski Method）により作製したシリコンウエハ（以下、「MCZシリコンウエハ」という。）を用いることもまた好ましいものである。MCZ法によりウエハを作製する場合、CZ法に比べ、シリコン中に含まれるCOPのサイズの増大を抑制しながらウエハの作製ができることが報告されている（電子材料 6月号（1998）, p.22）。このＭＣＺシリコンウエハに、水素アニールを施すと、CZウエハ以上により高品質な低欠陥層22を形成することができる。
【００５１】
水素アニールによりシリコン内部からボロンあるいはリン等の不純物元素が外方拡散することを考慮して、使用するシリコンウエハの比抵抗を定めるのもまた好ましいものである。
【００５２】
（水素アニールによる低欠陥層形成工程）
通常、CZシリコンウエハには、1018atoms／cm3程度の酸素が含まれるが、これを水素アニールすると、ウエハ中の酸素は外方拡散し、ウエハ表面及びその近傍の酸素濃度は低減する。
【００５３】
この酸素濃度の低減により、ウエハ表層部の改質が進み、COP、OSF等の欠陥が低減された表層部22（以下、表層部を「低欠陥層」という場合もある。）を形成することができる。
【００５４】
また、COPに関しては、CZシリコンウエハには、105〜107／cm3の密度で、COPが存在し、例えば8インチのCZウエハの場合、表面近傍には、単位ウエハ当たり400〜500個程度のCOPが存在する。しかしながら、このCZシリコンウエハを水素アニールすると、COPの数は激減し、表面近傍でのその数は、10個程度になる。すなわち実質的に無欠陥の層（DZ層；Denuded Zone）が形成される。なお、本発明にいう「単位ウエハ当たり」とは、一枚のウエハが占める表面積当たりのCOP等の数を意味する。例えば、８インチウエハの場合、凡そ３２４cm2当たりのCOPの数である。
【００５５】
水素アニールにより形成される低欠陥層22の厚さは、要求されるＳＯＩ層の厚さを考慮して500〜5000nm程度の厚さに形成することが好ましい。
【００５６】
低欠陥層22における酸素濃度は、5×1017 atoms／cm3以下、好ましくは1×1017atoms／cm3以下、更に好ましくは5×1016 atoms／cm3以下である。
【００５７】
低欠陥層22におけるCOPの密度が、単位体積あたりでは、0個／cm3以上5×106個／cm3以下、好ましくは0個／cm3以上1×106個／cm3以下、更に好ましくは、0個／cm3以上1×105個／cm3以下であることが望ましい。特に、表層部22の最表面からイオン打ち込みの投影飛程までの深さ領域におけるCOPの密度が上記規定値内であることが望ましい。
【００５８】
また、単位ウエハ当たりでは、８インチウエハの場合、低欠陥層22におけるCOP個数が、0個以上、500個以下、好ましくは0個以上100個以下、より好ましくは0個以上、50個以下、更に好ましくは0個以上10個以下であることが望ましい。特に、ウエハ表面における単位ウエハ当たりのCOPの数が上記の、１００個以下の範囲内であることが望ましい。
【００５９】
なお、ウエハ表面でのCOPの分布は、ウエハ中心から約６cm以内の中心付近に集中する傾向が強いので、ウエハ単位あたりのCOPの個数は、１２インチウエハ、あるいはそれ以上のウエハであっても８インチウエハの場合と同程度であることが望まれる。なお、「単位ウエハ当たり」とは、「ウエハの面積当たり」を意味し、例えば8インチの場合、単位ウエハ当たりというときには、およそ324cm2当たりのCOPの数である。
【００６０】
また、ウエハ表面の単位面積あたりでは、0個／cm2以上１.６個／cm2以下、より好ましくは０個／cm2以上０．５個／cm2以下、更に好ましくは0個／cm2以上０．０５個／cm2以下であることが望ましい。
【００６１】
また、低欠陥層22におけるFPDの単位面積当たりの数は、0個／cm2以上、5×102／cm2以下、より好ましくは0個／cm2以上、1×102／cm2以下である。
【００６２】
また、低欠陥層22をOSFで規定する場合には、単位面積当たりのOSFの密度が、0個／cm2以上100個／cm2以下、より好ましくは0個／cm2以上50個／cm2以下、更に好ましくは0個／cm2以上10個／cm2以下であることが望ましい。
【００６３】
低欠陥層22を形成するには、水素を含む還元性雰囲気で熱処理することにより行われるが、その雰囲気は、100％水素ガス、あるいは水素と希ガス（Ar、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ等）の混合ガス、あるいは水素と窒素の混合ガスで行なうことができる。
【００６４】
水素アニール時の温度は、500℃以上、シリコン基板の融点以下、好ましくは800℃以上、シリコン基板の融点以下、より好ましくは1000℃以上、シリコン基板の融点以下で行なうことが望ましい。とくに、１０００℃より大きく、かつシリコン基板の融点以下で水素アニールすることにより、ＣＯＰ等の低減が十分に図れる。シリコンの融点は、約1412℃である。
【００６５】
酸素の拡散速度及び熱処理炉に与える負担を考慮した場合、800℃以上1350℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは1000℃より大きく、1350℃以下である。
【００６６】
水素アニール時の水素を含む雰囲気圧力は、大気圧、減圧、加圧のいずれの雰囲気でも構わないが、大気圧若しくは大気圧（1×105Pa）以下、1×104Pa以上で行なうことが好適である。また大気圧に対して−100mmH2O程度の微減圧下で行なうこともより好適である。特に、熱処理する際の炉の構成にもよるが、減圧化で行なえば、酸素等の外方拡散によるCOP等の欠陥の低減をより効果的に行なうことができる。
【００６７】
水素アニールに用いる炉としては、通常用いられる縦型熱処理炉や、横形熱処理炉を用いることができる。ヒーターとしては、抵抗加熱器や高周波加熱器等を用いることができる。
【００６８】
あるいはRTA（Rapid Thermal Annealing）に用いられる熱放射を利用するランプ加熱により行なうこともできる。この場合のラピッドアニール装置としては、ハロゲンランプ、アークランプなどによる赤外線アニール装置、キセノンフラッシュランプなどによるフラッシュランプアニール装置などが用いられる。特にランプ加熱による場合は、短時間で水素アニールが可能となる。
【００６９】
水素アニールに要する時間としては、数秒〜数十時間、より好ましくは数秒から数時間で行なうことができる。
【００７０】
（酸素イオン注入工程）
低欠陥層である表層部22を有するシリコン基板21への酸素イオンの注入工程に先だって、表層部22の表面を酸化して、シリコン基板21上に酸化シリコン層を形成しておき、該酸化シリコン層側から酸素をイオン注入することは好ましいものである。酸化の方法としては、熱酸化が挙げられる。具体的には、窒素をキャリアガスとして酸素ガスを流す、いわゆるドライＯ2酸化，加熱水を通して酸素ガスを供給するウエットＯ2酸化，スチームによるスチーム酸化（１００％）、あるいは、スチームと一緒に窒素ガスを流すスチーム酸化、水素ガスと酸素ガスを燃焼させ、水蒸気にして供給するパイロジェニック酸化，酸素ガスを液体酸素を通して窒素ガスをキャリアとして流すＯ2分圧酸化，窒素ガスと酸素ガスと一緒に塩酸ガスを添加した塩酸酸化などがある。
【００７１】
この酸化シリコン層が保護層として機能し、シリコン基板表面のイオン注入工程による表面荒れを防ぐことができる。酸化シリコン層の代わりに、表層部22を窒化することにより窒化シリコン層を形成してもよい。
【００７２】
もちろん、熱ＣＶＤやプラズマCVD法により酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を表層部22上に堆積させることにより保護層としてもよい。
【００７３】
保護層の厚さとしては、数nm〜数μｍ程度が好ましい。
【００７４】
図2A〜図2Cにおいては、低欠陥層22内部にイオン注入層24が位置するように図示されているが、ＳＯＩ層26として機能する単結晶シリコン層が低欠陥層である限り、イオン注入層24は表層部22の内部でも、外部でも、表層部22と領域23との界面でも構わない。なお、図2Aにおける領域23とは、シリコン基板のうちの水素アニール処理により低欠陥層となっている領域（表層部22）以外の領域である。図2の表層部22内部に、イオン注入の投影飛程RP（注入深さ）があるようにイオン注入を行なうこともまた望ましいものである。
【００７５】
もちろん、シリコン基板全体が低欠陥層22であっても、シリコン基板の表面及び裏面が低欠陥層となっていてもよい。
【００７６】
例えば、図10A〜図10Dに示すように、イオン注入層124を形成しても良い。ここで、図10A〜図10Dを用いて本発明の一態様例を簡単に示す。
【００７７】
まず、Ｓｉ基体としての単結晶Ｓｉウエハからなる基板121を用意して、少なくとも主表面を水素を含む雰囲気中で熱処理し、表面にバルクに起因する欠陥を減じた表面層122を形成する。ここでは、基板121の残りの部分と表面層122がある境界をもって急峻に分かれている様に図示してあるが実際は除々に変化していくようになっている。さらに、必要に応じて表面層122上に保護層として機能する絶縁層128を形成してもよい（図10A）。
【００７８】
次に、基板121の主表面即ち表面層122側から、酸素イオンをイオン注入する。こうして、イオン注入層124は、表面基板121の下部領域123と表面層128との界面付近あるいは表面層122内部に形成される。好ましくは熱処理後イオン注入層124が酸化Ｓｉ層になった時に、熱処理された表面層122と基板の下部123との界面が酸化Ｓｉ層中に含まれる様に注入エネルギーとイオン注入量とを調整し、その条件でイオン注入する（図10B）。
【００７９】
次に、図10Cに示すように、基板121を熱処理する。
【００８０】
こうして基板121の主表面側にある単結晶のＳｉ層122の下方に埋込まれた酸化Ｓｉ層（埋め込み酸化Ｓｉ層）１２５が形成される。
【００８１】
こうして、酸化Ｓｉ層125上に残った単結晶Ｓｉ層１２２は水素を含む還元雰囲気中で熱処理されたものである為、ＦＰＤやＣＯＰの発生が抑制されている。
【００８２】
そして、表面の酸化膜128を除去すれば図10Dに示すように本発明による半導体基材（ＳＩＭＯＸウエハ）が得られる。もちろん、表面汚染を避けるため表面酸化膜128は、デバイスプロセス直前まで除去しなくてもよい。こうして得られた単結晶Ｓｉ層122は酸化Ｓｉ層125を介して平坦に、しかも均一に薄層化されて、ウエハ全域に、大面積に形成される。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。
【００８３】
さらに、必要に応じて表面酸化膜128を除去した後、再び水素を含む還元性雰囲気で熱処理しても良い。本熱処理により、表面のラフネスが平滑化される。ケミカルエッチング作用より機械的研磨作用の強いタッチポリシング（ＴｏｕｃｈＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いずに表面を平滑化できるので、表面に微小なスクラッチなどが導入されない。
【００８４】
酸素イオン注入工程の際の加速電圧は、1KeVから10MeVの範囲で行なうことができるが、加速電圧によりイオン注入層の厚さが変化するため、所望の条件を満たすよう数10KeVから500KeV程度で行なうことが好ましい。
【００８５】
注入線量は、1.0×1016／cm2〜1.0×1019／cm2、より好ましくは5.0×1016／cm2〜5.0×1018／cm2の間で行うことができる。
【００８６】
イオン注入時の温度は、−200℃から600℃の間で行なうことが好ましく、より好適には0℃から600℃以下で、更に好ましくは室温〜600℃以下で行なうことが望まれる。
【００８７】
シリコン基板への酸素のイオン打ち込みは、通常は、イオン源で作製した種々のイオンのうち、酸素イオン（O+）を質量分離装置で選択し、この選択されたO+イオンを所望の加速電圧で加速した後、加速により得られたイオンビームでシリコン基板にイオン注入する。この時、基板全面にイオンを注入するためイオンビームを走査しながらシリコン基板への注入工程を行なう。もちろん、この方法に限定されるものではない。
【００８８】
一方、酸素のイオン注入工程を、プラズマ・ドーピング（Plasma Immersion Ion Implantation）にて行なうことも好ましいものである（Jingbao Liu, et.al., Appl.phys.Lett.,67,2361(1995)）。
【００８９】
この場合、ビーム状ではなく、大面積への一括照射が可能であるため、酸素イオン打ち込みに要する時間の削減とともに、低コスト化を図ることも可能である。
【００９０】
また、ＳＯＩ基板における絶縁層として酸化シリコン層ではなく、窒化シリコンが求められる場合には、酸素イオンを打ち込む代わりに、窒素イオンを打ち込むことも可能である。
【００９１】
また、注入線量および／または注入エネルギー（加速電圧）を段階的に変化させ、複数回のイオン注入工程を行なうこともできる。注入エネルギーを変化させる場合には、2回目の注入エネルギーを1回目の注入エネルギーより小さくすることが好ましい。
【００９２】
複数回のイオン注入を行なう場合には、シリコン基板へ打ち込まれるイオン種を変えることもできる。2度のイオン注入工程を行なう場合には、まず第1のイオンのイオン注入を行ない、その後、第1のイオンよりも軽い第2のイオンのイオン注入を行なうことが好ましい。例えば、第1のイオンとして、酸素イオン、第2のイオンとして水素イオンである。
【００９３】
なお、イオン注入層形成工程前に、シリコン基板上面に保護層を形成していない場合は、イオン注入層形成工程後にシリコン基板表面に保護層を形成することも好ましいものである。この場合、BOX層形成時の高温熱処理による基板の表面荒れを防止することができる。
【００９４】
（ＢＯＸ層形成用熱処理工程）
埋め込み酸化膜であるBOX層形成時の熱処理雰囲気としては、酸素，窒素，Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅから選択されるガスを主成分とする雰囲気であり、より好ましくは酸素を不活性ガスで希釈したガス雰囲気（例えば、アルゴン・酸素の混合ガス雰囲気）である。
【００９５】
また、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理を行ないBOX層を形成することもできる。
【００９６】
BOX層形成時の熱処理温度としては、600℃以上シリコンの融点以下、好ましくは、800℃以上シリコンの融点以下、更に好ましくは1000℃以上１４００℃以下である。
【００９７】
なお、水素を還元性雰囲気中でBOX層を形成する場合には、特に800℃以上1000℃以下で行なうことが好ましい。
【００９８】
BOX層形成時の熱処理時間は、0.5時間以上20時間以下、好ましくは2時間以上10時間以下である。製造コスト下げるためにはなるべく短時間で行なうことが好ましいが、均一かつ連続したBOX層を形成すべく、熱処理時間を規定することが望まれる。
【００９９】
BOX層形成時の圧力としては、大気圧下、減圧下、高圧下で可能である。
【０１００】
なお、BOX層形成することによりSOI基板が得られるが、SOI層26の表面が荒れている場合には、必要に応じて、表面酸化膜を除去した後SOI層表面の平坦化工程を行なうことが好ましい。
【０１０１】
具体的には、化学的機械的研磨（CMP）や水素アニールにより平坦化を行なう。CMPを行なう際の、研磨剤としては、シリカガラス（borosilicate glass），二酸化チタン、窒化チタン、酸化アルミニウム、硝酸鉄（iron nitrate）、酸化セリウム、コロイダルシリカ、窒化シリコン、炭化シリコン、グラファイト、ダイアモンドなどの研磨粒、あるいはこれら研磨粒とＨ2Ｏ2やＫＩＯ3などの酸化剤やNaOH、KOH等のアルカリ溶液を混合した砥粒液を用いることができる。
【０１０２】
水素アニールによりSOI層表面の平坦化を行なう場合には、その雰囲気は、100％水素ガス、あるいは水素と希ガス（Ar、Ｎｅ等）の混合ガスで行なうことができる。水素アニールの際、SOI層内に含まれる硼素やリンが外方拡散するので、SOI層の高抵抗化を図ることができる。
【０１０３】
この場合の水素アニール時の温度は、800℃以上シリコンの融点以下、好ましくは800℃以上1350℃以下、より好ましくは850℃以上1250℃以下で行なうことが望ましい。
【０１０４】
水素アニール時の水素を含む雰囲気圧力は、大気圧、減圧のいずれの雰囲気でも構わないが、大気圧若しくは大気圧（1×105Pa）以下、1×104Pa以上で行なうことが好適である。また大気圧に対して−100mmH2O程度の微減圧下で行なうこともより好適である。
【０１０５】
また、図２の表層部22上に保護層を形成している場合には、BOX層25を形成後、保護層は必要に応じて除去する。当該保護層の除去は、研磨、研削、CMPやドライエッチング、ウエットエッチング（この場合のエッチャントとしては、ふっ硝酸系、エチレンジアミン系、KOH系、ヒドラジン系を用いることができる。また、フッ酸、あるいはフッ酸に過酸化水素及びアルコールの少なくとも一方を添加した混合液や、バッファードフッ酸に過酸化水素及びアルコールの少なくとも一方を添加した混合液を用いることができる。）により行なう。
【０１０６】
本発明においては、SOI層からCOPを低減あるいは消滅させることにより、デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。とくに今後ウエハの大口径化が進み、高品質結晶の引き上げが難しくなると言われており、バルクウエハの品質は落ちると考えられる。
【０１０７】
従って、酸素イオン注入工程前に、シリコン基板を水素アニール処理する必要性は高まってくる。
【０１０８】
以下、本発明の実施態様例について説明する。
【０１０９】
〔実施態様例1〕
図6A〜図6Dを用いて、本発明の第1の実施態様例を説明する。
【０１１０】
まず、シリコン基板61を用意して、少なくとも主表面を水素を含む還元性雰囲気中で熱処理する。この水素アニールによりCOP等の欠陥の無い、あるいはそれら欠陥の数が非常に少ない低欠陥層である表層部62が形成される（図6A）。
【０１１１】
そして、表層部62上に保護層68を形成する。保護層68は、例えば、表層部62表面を熱酸化して得られる酸化シリコン層である。もちろん、保護層68は、必要に応じて形成すれば良く、省略することも可能である。
【０１１２】
次に、シリコン基板61の主表面、即ち表層部62側から酸素イオンをイオン打ち込みし、イオン注入層64を形成する（図6C）。イオン打ち込みは、加速電圧と注入線量を調整し、所望の埋め込み酸化膜（BOX）層が得られるように行なう。
【０１１３】
図6Dに示すように、シリコン基板61に所定の熱処理を施し、イオン注入層64をBOX層65へと変化させる。その後、保護層68を除去することにより、COP等の欠陥を含まない（あるいは、含まれるそれらの欠陥の数が非常に少ない）SOI層66を得ることができる。もちろん、表面汚染を避けるため保護層68は、デバイスプロセス直前まで除去しなくてもよい。
【０１１４】
なお、SOI層66の表面が許容できない程に荒れている場合には、CMPや水素アニールなどの平坦化処理工程を行なう。
【０１１５】
こうしてSIMOXウエハ67が完成する。当該ウエハは、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。
【０１１６】
〔実施態様例2〕
本発明の第2の実施態様例について、まず図7のフローチャートを用いて説明する。
【０１１７】
水素アニールされた単結晶シリコン基板を用意する（S1）。単結晶シリコン基板上に表面保護膜形成後、該単結晶シリコン基板に酸素をイオン注入し、イオン注入層を形成する（S2）。その後、該単結晶シリコン基板を所望の条件下で熱処理し、該単結晶シリコン基板内部にBOX層を形成する（S3）。ここまでは、図1のフローチャートと同様である。なお、工程（S2）においては、必要に応じて保護膜形成工程を省略することもできる。
【０１１８】
本実施態様例においては、BOX層形成後、シリコン基板を洗浄する（S4）。そして、再度イオン注入層を形成する（S5）。その後、（S3）と同様に、再度熱処理を行ないBOX層を形成する（S6）。こうしてSIMOXウエハが完成する（S7）。イオン注入の際、基板表面にパーティクルが存在するとそこがマスクとなってしまい、イオン注入層が形成されない領域ができてしまうことがある。本実施態様例のように一旦BOX層を形成した後、シリコン基板表面を洗浄し、再度酸素をイオン注入することにより酸素イオンの注入ムラを防止することができる。
【０１１９】
図7においては、イオン注入工程を2度行なう場合を示したが、必要に応じて、イオン注入工程は、何度でも行なうことが可能である。また、工程（S1）後、工程（Ｓ２）前にシリコン基板を洗浄しておくこともまた好ましいものである。
【０１２０】
また、BOX層形成の為の熱処理（Ｓ３，Ｓ６）は最後のイオン注入工程が終了してから一度だけ行っても良い。
【０１２１】
本実施態様例について図8A〜図8Fを用いて説明する。
【０１２２】
水素アニールされ、COP等の欠陥が非常に少ない表層部82を有するシリコン基板81を用意する（図8A）。そして、表層部82上に保護層88を形成する（図8B）。89は、シリコン基板上に付着したパーティクルを示す。なお、保護層88は、イオン注入時の表面荒れを防ぐという点から好ましいものであるが、必要に応じて保護層はなくても良い。
【０１２３】
図8Cに示すように、イオン注入層84を形成する。パーティクル89がマスクとなり、イオン注入層が形成されない領域が生じてしまう。図8Cにおいては、イオン注入層84を表層部82の内部に形成しているが、もちろんこれに限定されるものではない。
【０１２４】
その後、所定の熱処理を行ない埋め込み酸化膜（BOX）層85を形成するが、パーティクル89の影響によりBOX層も不連続なものとなる（図8D）。
【０１２５】
次に、パーティクル89を除去すべく、シリコン基板86の洗浄を行なう（図示せず）。
【０１２６】
（多段注入：Multi−I／I）
洗浄後、再度イオン注入層74を形成し（図8E）、所望の熱処理によりBOX層75を形成する。
【０１２７】
表面保護層88を除去した後、SOI層86の表面を、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理すれば、非常に平滑なSOI層を有するSIMOXウエハが完成する（図8F）。
【０１２８】
シリコン基板の洗浄には、薬液としては、DHF（ＨＦとH2Oとの混合溶液）やAPM（NH4OHとH2O2を含む混合溶液）、HPM（HClとH2O2を含む混合溶液）、SPM（H2SO4とH2O2を含む混合溶液）、FPM（ＨＦとH2O2を含む混合溶液）、BHF（NH4Ｆ、HF及びH2Oとの混合溶液）などを用いることができる。
【０１２９】
〔実施態様例3〕
図9A〜図9Eは、本発明の第3の実施態様例を示す模式断面図である。
【０１３０】
水素アニール処理された表層部92および該表層部92上に保護層98を有するシリコン基板91を用意する（図9A）。必要に応じて、保護層98は省略してもよい。
【０１３１】
図9Bに示すように、該表層部98側から酸素イオンを注入し、イオン注入層94を形成する。
【０１３２】
その後、所望の熱処理を行ないBOX層95を形成する（図9C）。
【０１３３】
次に、必要に応じて保護層98を除去した後、シリコン基板91を酸化性雰囲気中で高温の熱処理、すなわちITOX処理（Internal Thermal OXidation）を行なう。
【０１３４】
このITOX処理によりSOI層92の表面に再び表面酸化膜99が形成されるだけでなく内部のBOX層95の厚さも厚くなり、BOX層の信頼性が向上する（図9D）。ITOX処理に先だって、保護層98を除去したが、当該除去工程は省略することもできる。
【０１３５】
なお、イオン注入層94形成に先だって、保護層98を形成していない場合には、イオン注入層94形成後に、保護層を形成しても良い。
【０１３６】
ここで酸化性雰囲気とは、具体的には、酸素と不活性ガス（ＡｒやＮｅなど）の混合ガスにより構成することが望ましい。
【０１３７】
表面の酸化膜形成速度を抑制し、内部の酸化膜厚の増加を促進するには、雰囲気中の酸素濃度を下げ、熱処理温度を上げることが望ましい。
【０１３８】
ITOX処理の際の雰囲気としては、酸素を含む雰囲気、具体的には、酸素と不活性ガス（ＡｒやＮｅなど）であることが好ましい。また、雰囲気の圧力としては大気圧下、減圧下、高圧下で行なうことができる。雰囲気中の酸素濃度は、1％から100％の範囲内であれば良い。
【０１３９】
温度は、1000℃以上、シリコンの融点以下、より好ましくは1150℃以上シリコンの融点以下の範囲内で行なうことが好ましい。
【０１４０】
そして、必要に応じて表面酸化膜99を除去することにより、SOI層表面にはCOP等の欠陥が非常に少ない、そして信頼性の高いBOX層を有するSIMOXウエハ97を得ることができる。もちろん、表面汚染を避けるため保護層99は、デバイスプロセス直前まで除去しなくてもよい。
【０１４１】
なお、表面酸化膜99を除去した後、水素を含む還元性雰囲気で熱処理することによりSOI層92の表面平坦性を上げることができる。
【０１４２】
【実施例】
（実施例1）
Ｓｉ基体としてＣＺ法により作製された8インチの単結晶Ｓｉ基板（CZウエハ）を２枚用意した。１枚は、水素を含む還元性雰囲気中で熱処理を行なった。その際の条件は、水素１００％雰囲気で、１２００℃、２時間とした。なお、他の１枚は、比較の為上記熱処理は行なわなかった。
【０１４３】
酸素イオンを加速エネルギー１８０ｋｅＶで1.5×１０18ｃｍ-2イオン打ち込み（イオン注入）した。打ち込み時の基板の温度は、５５０℃とした。
【０１４４】
その後、それぞれの基板をＯ2（１０％）／Ａｒ（９０％）雰囲気中で１３５０℃、４時間の熱処理を行った。
【０１４５】
単結晶Ｓｉ半導体層（ＳＯＩ層）179ｎｍ／埋め込み酸化Ｓｉ層（BOX層）400ｎｍのSIMOXウエハ（ＳＯＩウエハ）がそれぞれ出来上がった。
【０１４６】
その後、SOI層表面のCOPを検出するため、SOIウエハをSC−１洗浄液（1.0wt％のNH4OHと、6.0wt％のH202と水との混合液）で10分間処理した。そして、表面パーティクル検査機（例えば、KLA−Tencor社製SP−1）を用いてSOIウエハ表面のCOP（０.１〜0.2μ程度）の数をカウントした。
【０１４７】
水素アニール処理していないSi基体を用いてSOIウエハを形成した場合は、単位ウエハ当たり200個であった。
【０１４８】
一方、酸素イオンを打ち込む前に、CZウエハを水素アニール処理したSi基体を用いたSOIウエハでは、単位ウエハ当たりのCOPの数は、5個であった。このように、CZ−Si基板に起因する欠陥であるCOPの数を充分に減少させたSOIウエハを得ることができた。
【０１４９】
なお、SOI層の表面およそ79ｎｍを研磨あるいは酸化と酸化膜剥離により除去した後に、単位ウエハ当たりのCOPの数を比較した場合には、水素アニール処理をしていないSOIウエハで250個であり、酸素イオン注入工程前に水素アニール処理を施したSOIウエハで７個あった。
【０１５０】
また、酸素イオン注入工程前にSi基体表面を酸化し保護層を形成しておくと、イオン打ち込みによる表面荒れを効果的に防ぐことができる。
【０１５１】
BOX層形成後、さらに水素アニールを施すことによりCOP等の欠陥の低減を図ることもできる。
【０１５２】
なお、イオン注入層形成に先だって、シリコン基板表面を熱酸化し、保護層としての酸化シリコン層を形成しておくことも好ましい。通常のＣＺウエハ表面を熱酸化して酸化シリコン層を形成すると、ウエハ中にOSFが生じることがあり、その欠陥がＳＯＩ層になる領域にあれば、ＳＯＩ基板としてのSOI層にも影響を及ぼしてしまうが、本発明においては、水素アニール処理が施された表層部22の表面を酸化するので、OSFの導入を防止することができる。これは、保護層を形成するに先だって、シリコン基板を水素アニールすることにより、基板表面の酸素濃度が低減するためと考えられる。
【０１５３】
（実施例2）
Ｓｉ基体としてＣＺ法により作製された単結晶Ｓｉ基板７枚用意し、水素を含む還元性雰囲気中での熱処理を下記の条件で行なった。
【０１５４】
（１）Ｈ2１００％で、１２００℃、１時間
（２）Ｈ2１００％で、１２００℃、２時間
（３）Ｈ2１００％で、１２００℃、４時間
（４）Ｈ2１００％で、１１００℃、４時間
（５）Ｈ2４％，Ａｒ９６％で、１１００℃、４時間
（６）Ｈ2１００％で、１１５０℃、１０分
（７） 酸素イオン注入工程前の水素アニール処理なし
なお、比較のため１枚のCZウエハには、水素アニール処理を施さなかった。
【０１５５】
さらに、これらＳｉ基体上の熱処理された表面層の表面を熱酸化して５０ｎｍの表面酸化Ｓｉ膜を形成した。この酸化膜は、イオン注入時の表面荒れを防止することが目的である。もちろん、必要に応じてこの酸化膜はなくても良い。
【０１５６】
表面の酸化Ｓｉ膜を通してＯ+を１８０ｋｅＶで２×１０18ｃｍ-2イオン打ち込み（イオン注入）した。打ち込み時の温度は、５５０℃とした。これによって、欠陥の少ない表面層と元の基板との界面付近に濃度ピークを持つイオン注入層が形成された。
【０１５７】
この後、基板をＯ2（１０％）／Ａｒ（９０％）雰囲気中で１３５０℃、４時間の熱処理を行った。表面酸化膜を除去すると、単結晶Ｓｉ半導体層（ＳＯＩ層）１５０ｎｍ／埋め込み酸化Ｓｉ層４００ｎｍのＳＯＩウエハがそれぞれ出来上がった。
【０１５８】
SOI層表面のCOPを検出するため、SOIウエハをSC−１洗浄液（1.0wt％のNH4OHと、6.0wt％のH202と水との混合液）で10分間処理した。そして、表面パーティクル検査機（例えば、KLA−Tencor社製SP−1）を用いてSOIウエハ表面のCOPの数をカウントした。
【０１５９】
水素アニール処理していないSi基体を用いてSOIウエハを形成した場合は、単位ウエハ当たり200個であった。一方（１）〜（６）のSOIウエハにおけるCOPの数は、多少のバラツキはあるもののいずれも２０個以下であった。特に、（３）のSOIウエハに関しては、単位ウエハ当たりのCOPの数が、３個と実質的にCOP等の欠陥のないSOIウエハが得られた。
【０１６０】
なお、完成したＳＯＩ基板を４９％ＨＦ溶液中に１０分浸漬したのち光学顕微鏡で観察した。ＳＯＩ層にＣＯＰが内在する場合には、ＨＦがＣＯＰ部を通して酸化Ｓｉ層をエッチングし、円状に酸化Ｓｉ層がなくなった欠陥が観察される。水素雰囲気中熱処理を行わない（７）の場合は、HF defectは１．５コ／ｃｍ2程度であるが、（３）のSOIウエハの場合には、HF defectは０．０５コ／ｃｍ2であった。
【０１６１】
（実施例3）
実施例２の（２）の条件と同様に1200℃、２時間、100％の水素雰囲気中で熱処理したＣＺ−Ｓｉウエハを用意した。
【０１６２】
表面の酸化Ｓｉ層を通してＯ+を１８０ｋｅＶで２×１０17ｃｍ-2イオン注入した。注入時の温度は、５５０℃とした。
【０１６３】
この後、基板をＯ2（１０％）／Ａｒ（９０％）雰囲気中で１３５０℃、４時間の熱処理を行った。できた埋め込み酸化Ｓｉ膜は１００ｎｍ程度の厚みであった。
【０１６４】
このウエハを洗浄した後、再度Ｏ+を１８０ｋｅＶで５×１０17ｃｍ-2イオン注入し、同様の熱処理を行った。この洗浄→注入→熱処理を酸素の全注入量が２×１０18ｃｍ-2になるまで繰り返した。
【０１６５】
表面酸化膜を除去すると、ＳＯＩ層１５０ｎｍ／埋め込み酸化Ｓｉ層４００ｎｍのＳＯＩウエハが出来上がった。
【０１６６】
このＳＯＩ層表面を実施例１と同様にしてCOPの数を測定したところ、単位ウエハ当たり５個程度と、ＣＺ−Ｓｉ基板に起因するＣＯＰ、ＦＰＤ等の欠陥は実質的になかった。
【０１６７】
（実施例4）
実施例２の（２）と同様にＣＺ−Ｓｉウエハを水素雰囲気中で熱処理し、表面に欠陥の少ない層をもつＳｉウエハを用意した。
【０１６８】
さらに、表面の単結晶Ｓｉ層（ＳＯＩ層）表面に熱酸化により２０ｎｍの酸化Ｓｉ膜を形成した。
【０１６９】
表面の酸化Ｓｉ膜を通してＯ+を１８０ｋｅＶで４×１０17ｃｍ-2イオン注入した。注入時の温度は、５５０℃とした。
【０１７０】
この後、基板をＯ2（１０％）／Ａｒ（９０％）雰囲気中で１３５０℃、４時間の熱処理を行い、イオン注入層を埋込酸化Ｓｉ層にした。こうしてＳＯＩ層３００ｎｍ／埋め込み酸化Ｓｉ層９０ｎｍＳＯＩのウエハが出来上がった。
【０１７１】
この後、更に、Ｏ2（７０％）／Ａｒ（３０％）雰囲気中で１３５０℃、４時間の熱処理を行った。ＳＯＩ層上の表面酸化膜を除去すると、ＳＯＩ層１７５ｎｍ／埋め込み酸化Ｓｉ層１１０ｎｍのＳＯＩウエハが出来上がった。
【０１７２】
このＳＯＩ層は、水素雰囲気中の熱処理により欠陥が少なくなった単結晶Ｓｉ層の一部であるので、ＣＺ−Ｓｉ基板に起因するＣＯＰ、ＦＰＤ等の欠陥は、単位ウエハ当たり5個程度であった。
【０１７３】
（実施例5）
Ｓｂドープｎ型、比抵抗０．００５Ω・ｃｍ（１００）Ｓｉウエハを、1200℃、100％水素雰囲気中で2時間、熱処理した、Ｓｉ基体を用意した。
【０１７４】
さらに、この基体の表面に熱酸化により５０ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。
【０１７５】
ウエハ表面の酸化シリコン膜を通してＯ+を１８０ｋｅＶで４×１０17ｃｍ-2イオン注入した。注入時の温度は、５５０℃とした。
【０１７６】
この後、このウエハをＯ2（１０％）／Ａｒ（９０％）雰囲気中で１３５０℃、４時間の熱処理を行った。ＳＯＩ層３００ｎｍ／埋め込み酸化膜９０ｎｍのＳＯＩウエハが出来上がった。
【０１７７】
この後、更にＯ2（７０％）／Ａｒ（９０％）雰囲気中で１３５０℃、４時間の熱処理を行った。ウエハ表面の酸化膜を除去すると、ＳＯＩ層２００ｎｍ／埋め込み酸化膜１２０ｎｍのＳＯＩウエハが出来上がった。
【０１７８】
このＳＯＩ層にはＣＺ−Ｓｉ基板に起因するＣＯＰ、ＦＰＤ等の欠陥が、実質的無いSOI層表面を有するSOIウエハが得られた。
【０１７９】
（実施例6）
比抵抗０．０１Ω・ｃｍのＰ+型ＣＺ−Ｓｉウエハを用意した。
【０１８０】
水素アニールをＨ2１００％で、１２００℃、２時間行なった。
【０１８１】
さらに、それぞれの基板表面に熱酸化により５０ｎｍのＳｉＯ2 層を形成した。表面の酸化Ｓｉ膜を通してＯ+を１８０ｋｅＶで２×１０18ｃｍ-2イオン注入した。注入時の温度は、５５０℃とした。
【０１８２】
この後、基板をＯ2（１０％）／Ａｒ（９０％）雰囲気中で１３５０℃、４時間の熱処理を行った。表面酸化Ｓｉ膜を除去すると、ＳＯＩ層１５０ｎｍ／埋め込み酸化膜４００ｎｍのＳＯＩウエハが出来上がった。
【０１８３】
このＳＯＩ層には、ＣＺ−Ｓｉ基板に起因するＣＯＰ、ＦＰＤ等の欠陥は実質的に無かった。
【０１８４】
この後、ＳＯＩウエハをパラジウム合金を用いた水素精製器で純化された高純度水素１００％雰囲気中で熱処理を行った（１１００℃、４ｈ）。この後ＳＯＩウエハの表面ラフネスを測定したところ熱処理前の（２乗平均粗さ；root mean square）Ｒｒｍｓ＝０．５ｎｍが、０．３ｎｍに改善されていた。
【０１８５】
またこのＳＯＩウエハの硼素濃度もＳＯＩ層中で熱処理前に２×１０18／ｃｍ3であったものが、熱処理後５×１０15／ｃｍ3以下に低減されていた。
【０１８６】
SOI層形成後に、SOI層表面に水素アニールを施すことは、表面のラフネスを低減させたり、基板内の不純物濃度の低減させることができるという点からも好ましいものである。
【０１８７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｓｉ基体を水素を含む還元性雰囲気中で熱処理し、ＣＯＰ等を減じた層内、あるいはその下方にイオン注入層を形成し、熱処理して埋込酸化Ｓｉ層を形成することができるので、CZウエハなどのバルクＳｉに特有の欠陥を排除（低減）することができるため、デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。今後ウエハの大口径化が進み、高品質結晶の引き上げが難しくなると言われており、バルクウエハの品質は落ちるといわれている。従って、ますます、ＳＩＭＯＸウエハを形成するに際して、酸素イオン注入工程前に、シリコン基板を水素を含む還元性雰囲気で熱処理を行なうことの必要性は高まると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体基板の作製方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】Ａ〜Ｃは本発明の半導体基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図３】シリコン基板に含まれるCOPを説明するための模式図である。
【図４】シリコン基板に含まれるCOPについて説明するための模式図である。
【図５】シリコン基板に含まれるCOPについて説明するための模式図である。
【図６】Ａ〜Ｄは本発明の第1の実施態様例を説明するための模式的断面図である。
【図７】本発明の第2の実施態様例を説明するためのフローチャートである。
【図８】Ａ〜Ｆは本発明の第2の実施態様例を説明するための模式的断面図である。
【図９】Ａ〜Ｅは本発明の第3の実施態様例を説明するための模式的断面図である。
【図１０】Ａ〜Ｄは本発明の第1の実施態様例の別の例を説明するための模式的断面図である。
【図１１】Ａ〜Ｃは従来のSIMOXウエハの作製工程を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
２１  シリコン基板
２２  低欠陥層
２４  イオン注入層
２５  埋め込み酸化膜層
２６  ＳＯＩ層
２７  ＳＯＩ基板
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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