DE69619602T2

DE69619602T2 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Substrats

Info

Publication number: DE69619602T2
Application number: DE69619602T
Authority: DE
Inventors: Kiyofumi Sakaguchi; Nobuhiko Sato; Kenji Yamagata; Takao Yonehara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2016-07-13
Also published as: EP0753886B1; DE69619602D1; CN1058354C; US6103598A; ES2171616T3; MY113920A; EP0753886A1; CN1149758A; TW317645B; SG66317A1; KR100249456B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines SOI-Substrats, welches eine herausragende monokristalline Schicht, wie etwa ein monokristalliner Wafer auf einem isolierenden Material, mit Gleichförmigkeit und Steuerbarkeit bei der Herstellung besitzt.

Verwandter Stand der Technik

Die Bildung einer monokristallinen Halbleiterschicht auf einem isolierenden Material ist als eine Silicium-auf- Isolatortechnik (SOI) wohl bekannt. Viele Studien sind in Bezug auf die SOI-Technik wegen vieler Vorteile unternommen worden, welche durch ein gewöhnliches Siliciumbulk-Substrat für integrierte Siliciumschaltungen nicht erreicht werden kann.
Ein Beispiel für in letzter Zeit berichtete SOIs ist ein sogenannter "laminierter SOI". Dieser laminierte SOI wird hergestellt durch Kontakt-Binden zweier Wafer mit den jeweiligen spiegelpolierten Flächen mit einem Isolierungsfilm auf wenigstens einer der Flächen, eine Wärmebehandlung zur Stärkung der Grenzflächenbindung, und Polieren oder Ätzen einer der Wafer, um einen monokristallinen dünnen Siliciumfilm mit einer gewünschten Dicke (eine aktive Schicht) auf einem Isolierungsfilm zu hinterlassen. In dieser Technik der laminierten SOI-Bildung ist der wichtigste Schritt des Polierens oder Ätzens des Siliciumsubstrats in einen Dünnfilm, in welchem das Siliciumsubstrat mit einer Dicke von einigen Hundert um (Mikrons) poliert wird oder gleichförmig auf eine Dicke von einigen um (Mikrons) oder weniger als ein um (Mikrons) geätzt wird. Dieses Verfahren ist in Bezug auf die Steuerung und Gleichförmigkeit technisch extrem schwierig.
Die Verfahren der Siliciumdünnfilmbildung werden in zwei Typen eingeteilt. In dem einen Typ des Verfahrens, wird der Dünnfilm gebildet, indem nur poliert wird (BPSOI: Binden und Polieren-SOI). In dem anderen Typ des Verfahrens wird eine Ätz-Stoppschicht unmittelbar auf dem Dünnfilm vorgesehen, um zurückgelassen zu werden, und das Ätzen wird in zwei Schritten ausgeführt, die das Ätzen des Substrats und das Ätzen der Ätz-Stoppschicht umfassen (BESOI: Bond and Etchback SOI).
In den BPSOI-Verfahren, kann die Dicke des Siliciumfilms, der zurückgelassen wird, nicht leicht gesteuert werden, da das Polierverfahren in Bezug auf die Standfläche der Poliermaschiene, auf welche die zu polierende Probe, gestellt wird, ausgeführt wird, und jede Dickeverteilung des tragenden Substratwafers selbst die Dickeverteilung der aktiven Schicht beeinflusst. Gewöhnlich sollte die Dicke der aktiven Schicht des SOI-Dünnfilms innerhalb einiger nm (10 Å) gesteuert werden. Jedoch kann das Substrat selbst in der Praxis nicht so gesteuert werden, dass es eine Dicke innerhalb eines derartigen Bereichs besitzt, und daher kann das BPSOI-Verfahren nicht leicht die Dicke der aktiven Schicht steuern.
In den meisten der BESOI-Verfahren wird die aktive Siliciumschicht andererseits durch Epitaxialwachstum auf einer zuvor gebildeten Ätz-Stoppschicht gebildet. Daher werden die BESOI-Verfahren zur Zeit als vorteilhaft zum Erreichen der Gleichförmigkeit der Filmdicke betrachtet, Jedoch enthält die Ätz-Stoppschicht häufig eine Verunreinigung mit einer höheren Konzentration und die Selektivität des Ätzens hängt in den meisten Fällen von der Verunreinigungskonzentration ab. Dies bedeutet, dass die Diffusion der Verunreinigungen beim Härten oder einer ähnlichen Wärmebehandlung nach dem Kontaktbinden die Ätz- Eigenschaften ändern kann. Im Allgemeinen ändert sich die Ätz-Rate oder die Ätz-Selektivität abhängig von der Verunreinigungskonzentration in einem Verhältnis von einigen zehn oder einigen hundert höchstens, was notwendigerweise exzessives Ätzen oder eine Dickeverteilung der aktiven Schicht verursacht.
Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem die aktive Schicht eine gleichförmige Dicke wie bei dem BESOI besitzt, und die Selektivität des Rückätzens um einen Faktor von einigen Zählern höher ist als beim herkömmlichen BESOI. In dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Oberfläche des Siliciumsubstrats durch anodische Oxidation porös gemacht, darauf lässt man eine aktive Siliciumschicht epitaxial wachsen, und die gebildete Siliciumschicht wird hierauf kontaktgebunden, und auf ein anderes Substrat übertragen, um ein SOI-Substrat herzustellen (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 5-21338). Dieses Verfahren basiert auf einer extrem hohen Ätzrate des porösen Siliciums durch ein Ätzmittel im Vergleich mit demjenigen des nicht porösen monokristallinen Siliciums, und ermöglicht die Herstellung eines herausragenden SOI- Substrats bei geringen Kosten.
Ein Ätzmittel, das für das zuvor erwähnte Verfahren anwendbar ist, ist durch die Anwender der vorliegenden Erfindung auch vorgeschlagen worden (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 6-342784, etc.). Gemäß diesen Studien, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung gemacht worden sind, kann die hohe Ätzselektivität des porösen Siliciums erhalten werden, indem ein Ätzmittel vom Flusssäuretyp, wie etwa einer Mischung aus Flusssäure und Wasserstoffperoxid, verwendet wird.
Es ist jedoch vor Kurzem berichtet worden, dass das Ätzmittel vom Flusssäuretyp Kristalldefekte in der aktiven Schicht ätzt (Proceedings of IEEE International SOI Conference, 1944, p. 111). Als Folge der durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung gemachten Untersuchungen, kann die Wirkung des Ätzmittels Nadellöcher in der aktiven Schicht bilden, der unterliegende Oxidfilm kann durch die Nadellöcher korrodieren oder kann Hohlräume in der Grenzfläche zwischen den Substraten bilden.
Beispiele für Verfahren zum Herstellen eines Silicon-on- Insulator-Substrats der zuvor beschriebenen Art, und welche insbesondere Verfahrensschritte, wie sie in der Präambel des angehängten Anspruches 1 bekannt gemacht wurden, einschließen, sind in den folgenden europäischen Patentanmeldungen offenbart: EP-A-0499488; EP-A-0469630; und EP-A-0554795.
Da, wie zuvor beschrieben, es sich als ein Problem herausgestellt hat, dass ein Ätzschaden in der epitaxialen nicht porösen Siliciumschicht verursacht wird und auch gegebenenfalls in der unterliegenden Silziumoxidisolierung, hat der Anmelder alternative Techniken in Betracht gezogen, um einen derartigen Schaden zu eliminieren oder wenigstens wesentlich zu vermindern.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass:
Der Schritt zum Entfernen des porösen Siliciums durchgeführt wird, indem als Ätzmittel eines mit der Eigenschaft zum Ätzen nicht porösen Siliciums und zum Ätzen Siliciumoxids bei jeweils Ätzraten von in beiden Fällen nicht mehr als 1 nm (10 Å) pro Minute verwendet wird.
Während Ätzmittel zum Durchführen des zuvor erwähnten selektiven Ätzens, wie zuvor beschrieben, darunter Lösungen aus Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) von gegebener Konzentration einschließen, ist es anerkannt, dass TMAH seit kurzem als anisotropes Ätzmittel für Silicium gilt. Beispiele für bekannte TMAH- Ätzmittellösungen sind in dem folgenden Artikel mit dem Titel "Anisotropes Ätzen von Silicium in TMAH-Lösungen", Tabata, O., et al. Sensors & Actuators, Bd. A34 Nr. 1, 1. Juli 1992, Seiten 51 bis 57 angegeben. Ätzmittel aus 5 bis 40 Gew.-% TMAH in wässriger Lösung werden beschrieben, wobei diese Ätzraten für nicht poröses Silicium deutlich über 1 nm (10 Å) pro Minute aufweisen.
In den beigefügten Zeichnungen;
Fig. 1A bis 1E veranschaulichen schematisch ein Beispiel für das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2A bis 2G veranschaulichen schematisch ein anderes Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3A bis 3G veranschaulichen schematisch ein weiteres Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4A bis 4E veranschaulichen schematisch ein weiteres Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5A bis 5H veranschaulichen schematisch ein weiteres Beispiel für das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6A bis 6F veranschaulichen schematisch ein weiteres Beispiel für das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7A bis 7E veranschaulichen schematisch ein weiteres Beispiel für das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8A bis 8B veranschaulichen schematisch ein Gerät zum Porösmachen eines Siliciumsubstrats.
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Ätzrate von monokristallinem Silicium und SiO&sub2; durch eine TMAH- Lösung von der TMAH-Konzentration zeigt.
Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Ätzrate von monokristallinem Silicium und SiO&sub2; durch eine Flusssäure-Wasserstoffperoxidmischung von der Flusssäurekonzentration zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das Verfahren zum Herstellen eines SOI-Substrats der vorliegenden Erfindung wird in der zuvor erwähnten Weise durchgeführt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Substrat hergestellt, indem ein Oberflächenteil eines nicht porösen monokristallinen Siliciumsubstrats porös gemacht wird, und indem man eine Epitaxialschicht aus nicht porösen monokristallinem Silicium auf dem porösen monokristallinen Silicium wachsen lässt. Das erste Substrat ist an das zweite Substrat derart kontaktgebunden, dass die epitaxial gewachsene nicht poröse monokristalline Siliciumschicht zwischen den Substraten liegt, und nachfolgend ein Teil oder das Ganze des zurückbleibenden nicht veränderten nicht porösen monokristallinen Silicium des ersten Substrats mechanisch durch Polieren oder Schleifen entfernt wird.
Der poröse Teil des Siliciumsubstrats kann durch anodische Oxidation des nicht porösen monokristallinen Siliciumsubstrats gebildet werden. Die resultierende poröse Siliciumschicht besitzt viele Poren eines durchschnittlichen Durchmessers von ungefähr 60 nm (600 Å), und ist doch monokristallin.
Das selektive Ätzen der porösen monokristallinen Siliciumschicht schreitet durch den folgenden Ätzmechanismus voran. Zunächst dringt eine Ätzlösung durch den Kapillareffekt in die Poren ein und beginnt die Wände der Poren zu ätzen. Wenn die Ätzrate des monokristallinen Siliciums ausreichend niedrig ist, durchdringt die Ätzlösung die poröse Schicht, um die Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht (die nicht poröse monokristalline Siliciumschicht, die durch das Epitaxialwachstum auf der porösen Schicht gebildet ist) und die poröse Schicht zu erreichen, bevor die inneren Porenwände der porösen Schicht vollständig geätzt worden sind. Wenn die Dicke der inneren Wände durch Ätzen 0 geworden ist, kollabiert die gesamte poröse Schicht und verschwindet. Bei diesem Ätzen wird die aktive Schicht auch geringfügig geätzt. Praktisch beträgt die Menge des Ätzens der aktiven Schicht ungefähr die Hälfte oder weniger der inneren Wanddicke der porösen Schicht, das heißt einige nm (10 Å), und daher bleibt das meiste der aktiven Schicht ungeätzt, sogar wenn die dicke poröse Schicht durch Ätzen vollständig entfernt wird.
Wenn die Ätzrate des monokristallinen Siliciums durch die Ätzlösung andererseits ausreichend hoch ist, schreitet das Ätzen von der externen Fläche der porösen Schicht schneller voran als die Durchdringung der Ätzlösung durch den Kapillareffekt in die Poren, und die poröse Schicht wird bei einer gleichförmigen Rate von der externen Fläche geätzt, bis die inneren Wände der Poren kollabieren. Nachfolgend wird die aktive Schicht auch mit der gleichen Rate mit schlechter Ätzselektivität geätzt.
Im einzelnen schreitet das Ätzen selektiv voran, wenn die Bedingung von ys < yp erfüllt ist, wobei ys die Menge (Dicke) des Ätzens von der externen Fläche der porösen Schicht zur Zeit t ist und yp die Distanz der Durchdringung der Ätzlösung in die poröse Schicht zur Zeit t ist. Der Wert ys hängt auch von der Ätzrate a ab und der Wert yp hängt von der Rate k des Eindringens der Ätzlösung in die Poren ab. Der Wert yp ist eine Funktion des Durchmessers und anderer Eigenschaften der Poren. Gewöhnlich wird nur ein poröses Material mit begrenzten Eigenschaften (Porösität etc.) für ein ausreichendes epitaxiales Wachstum eines guten monokristallinen Dünnfilms darauf verwendet. Daher ist der k-Wert nahezu konstant, und die Ätzselektivität wird nur durch den Wert von a ermittelt.
Der Wert der Ätzrate a sollte nicht größer als ungefähr 1 nm (10 Å)/min sein, vorzugsweise ungefähr 0,2 nm (2 Å)/min aus den Resultaten der Experimente sein. Ein Wert a von weniger als 0,1 nm (1 Å)/min ist nicht geeignet, da die gesamte Ätzzeit exzessiv lang ist trotz der ausreichenden Selektivität. Ein Wert a von mehr als 1 nm (10 Å)/min ist nicht geeignet, da die Ätzselektivität geringer ist und der verbleibende monokristalline Dünnfilm unerwünschterweise exzessiv geätzt wird, um eine größere Filmdickeverteilung zu verursachen.
Herkömmlicherweise wird das selektive Ätzen unter Verwendung einer flusssäureartigen Ätzlösung durchgeführt, welche eingestellt wird, um eine ausreichend geringe Rate des Ätzens von monokristallinem Silicium zu zeigen, typischerweise exemplifiziert durch eine 1 : 5-Mischung aus Flusssäure (49%) und wässrigen Sauerstoffperoxid (30%).
Dies ist soweit vernünftig, als nur das selektive Ätzen betroffen ist. Herkömmliche selektive Ätzlösungen werden ohne Betrachtung der Ätzrate der Defekte in der aktiven Schicht oder des Ätzens der unterliegenden Oxidschicht vorgesehen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben das selektive Ätzen des porösen Siliciums unter Verwendung einer Ätzlösung durchgeführt, welche das monokristalline Silicium mit einer ausreichend geringen Rate wie herkömmliche Ätzlösungen ätzt und doch das unterliegende SiO&sub2; mit einer geringen Rate ätzt.
Ein Beispiel der verwendeten Ätzlösung ist eine organische Alkali, TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid)- Lösung. Die wässrige TMAH-Lösung ätzt Silicium mit einer Rate, die von der Konzentration der Lösung wie in Fig. 9 gezeigt, abhängt. Die Ätzrate von SiO&sub2; mit dieser Lösung ist unterhalb der Nachweisgrenze unabhängig von der Lösungskonzentration. Demzufolge wird für das selektive Ätzen des porösen Materials mit einer Ätzrate von nicht höher als 1 nm (10 Å)/min die TMAH-Lösung mit einer Konzentration von nicht mehr als ungefähr 50 ppm verwendet.
Ein anderes Beispiel für die verwendete Ätzlösung ist eine Mischung aus Flusssäure und wässrigem Wasserstoffperoxid wie in Fig. 10 gezeigt. Diese Lösung ätzt im Unterschied zu der TMAH-Lösung das Silicium mit einer Rate von ungefähr 0,2 bis 0,3 nm (2 bis 3 Å)/min, invariabel über den breiten Konzentrationsbereich, und ätzt SiO&sub2; mit einer Rate als eine Funktion der Konzentration. Demzufolge sollte zum Ätzen von sowohl dem porösen Material als auch SiO&sub2; mit einer Ätzrate von nicht mehr als 1 nm (10 Å)/min die Flusssäure mit einer Konzentration von nicht mehr als ungefähr 0,5% relativ zu der wässrigen Wasserstoffperoxidlösung verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, dass der Ersatz von 80% des vorstehenden Wasserstoffperoxids mit Wasser die Ätzeigenschaften nicht wesentlich ändert.
Die alkaliartigen Ätzlösungen beinhalten wässrige KOH- Lösungen, wässrige NaOH-Lösungen, wässrige Ammoniak- Lösungen (NH&sub4;OH). Diese Lösungen ätzen SiO&sub2; mit einer extrem niedrigen Ätzrate, unabhängig von der Lösungskonzentration, ähnlich wie das TMAH.
Die flusssäureartigen Ätzlösungen beinhalten Mischungen aus Flusssäure, Salpetersäure und Wasser und Mischungen aus Flusssäure, Salpetersäure, Essigsäure und Wasser. Diese Ätzlösungen besitzen Konzentrations- /Ätzeigenschaften, die ähnlich zu denjenigen der Flusssäure-Wasserstoffperoxidmischungen in einem bestimmten Bereich sind.
Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch das Ätzmittel, das zum Ätzen der porösen Schicht, wie vorstehend beschrieben, verwendet wird und beinhaltet einige Ausführungsformen zum Erhalten eines SOI-Substrats von hoher Qualität. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsform 1

Ausführungsform 1 wird anhand von Fig. 1A bis 1E und Fig. 8A bis 8B erläutert.
Ein monokristallines Siliciumsubstrat 100 wird anodisch oxidiert, um eine poröse Siliciumschicht 101 (Fig. 1A) zu bilden. Die Dicke der porösen Schicht kann einige zehn nm bis einige nm (einige zehn Å) einer Fläche des Substrats betragen. Auf der anderen Seite kann das gesamte Siliciumsubstrat 100 anodisch oxidiert werden.
Das Verfahren zum Bilden porösen Siliciums wird anhand von Fig. 8 A bis 8B beschrieben. Ein monokristallines Silicium-Substrat 600 vom P-Typ wird als das Substrat verwendet. Wenn eines vom N-Typ verwendet wird, ist es auf eines begrenzt, das einen geringen Widerstand besitzt, oder unter Lichteinstrahlung verwendet wird, um die Lochbildung zu beschleunigen. Das Substrat 600 wird auf das in Fig. 8A gezeigte Gerät gestellt, derart, dass eine Fläche des Substrats mit der flusssäureartigen Lösung in Kontakt steht, in welcher eine negative Elektrode 606 vorgesehen ist und die andere Fläche des Substrats mit einer positiven Metallelektrode in Kontakt steht. Die positive Elektrode 605' kann andererseits elektrisch durch eine Lösung 604' mit dem Substrat, wie in Fig. 8B gezeigt, verbunden sein. In jedem Fall wird eine Porositätsbildung auf der Fläche, die in Kontakt mit einer flusssäureartigen Lösung an der negativen Elektrodenseite steht, verursacht. Die flusssäureartige Lösung 604 ist gewöhnlich eine konzentrierte Flusssäurelösung (49% HF). Verdünnung der konzentrierten Flusssäure mit reinem Wasser ist nicht geeignet, da das Ätzen bei einer geringeren Konzentration als ein bestimmtes Niveau abhängig von dem angelegten elektrischen Strom geschehen wird. Bläschen, welche auf der Oberfläche des Substrats 600 während der anodischen Oxidation gebildet werden, können effektiv entfernt werden, indem ein Alkohol als ein oberflächenaktives Mittel zugegeben wird. Die Wahl eines Alkohols beinhaltet Methanol, Ethanol, Propanol und Isopropanol. Anstelle der Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels, kann die Lösung während der anodischen Oxidation durch einen Rührer gerührt werden. Die negative Elektrode 606 ist aus einem Material hergestellt, das gegenüber Fluorwasserstoffsäurelösung resistent ist, wie etwa Gold (Au) und Platin (Pt). Die positive Elektrode 605, welche aus einem im Allgemeinen verwendeten metallischen Material hergestellt werden kann, wird vorzugsweise auf der Oberfläche mit einem Metallfilm beschichtet, der gegenüber der Flusssäure resistent ist, da die Flusssäurelösung 604 die positive Elektrode 605 erreicht, wenn das gesamte Substrat 600 anodisch oxidiert worden ist. Die elektrische Stromdichte für die anodische Oxidation beträgt nicht mehr als einige hundert mA/cm², und ist mehr als Null. Die Stromdichte wird innerhalb eines derartigen Bereichs bestimmt, dass das Epitaxialwachstum auf der externen Fläche der gebildeten porösen Siliciumschicht zufriedenstellend geschehen wird. Im Allgemeinen schreitet die anodische Oxidation bei der höheren Intensität des Stroms mit der höheren Rate voran und die Dichte der porösen Siliciumschicht wird geringer, wobei das Porenvolumen größer wird. Hierdurch werden die Epitaxialwachstumsbedingungen variiert.
Auf der porösen Schicht 101, die wie vorstehend gebildet wurde, lässt man eine nicht poröse monokristalline Siliciumschicht 102 epitaxial wachsen (Fig. 1B). Das Epitaxialwachstum wird durch gewöhnliches thermisches CVD, Niedrigdruck-CVD, Plasma-CVD, Molekularstrahlepitaxie, Sputtering oder eine ähnliche Methode veranlasst. Die Wachstumsschichtdicke wird derart gesteuert, dass sie der Entwurfsdicke für das SOI entspricht.
Die Oberfläche der Epitaxialschicht 102 wird oxidiert, um eine SiO&sub2;-Schicht 103 zu bilden (Fig. 1C). (Das Oxidationsverfahren beinhaltet eine thermische Oxidation.) Wenn die Epitaxialschicht direkt an das Trägersubstrat in dem nachfolgenden Schritt gebunden wird, ist es wahrscheinlich, dass Verunreinigungen sich an der Bindungsgrenzfläche ablagern, und es besteht die Tendenz, dass freie Bindungen der Atome an der Grenzfläche zunehmen, um der resultierenden Dünnfilmvorrichtung instabile Eigenschaften zu verleihen. Daher wird diese Oberflächenoxidation ausgeführt, um die vorstehenden Nachteile zu vermeiden. Dieser Oxidationsschritt ist nicht unerlässlich, und kann weggelassen werden, indem ein Vorrichtungsaufbau verwendet wird, in welchem durch das vorstehende Phänomen keine Schwierigkeiten verursacht werden. Die SiO&sub2;-Schicht 103 dient als eine Isolierungsschicht des SOI-Substrats. Die Isolierungsschicht sollte an wenigstens einer Fläche der Substrate, die miteinander verbunden sind, gebildet werden. Der Isolierungsfilm kann auf verschiedenen Wegen gebildet werden. Der Oxidationsfilm, wenn er gebildet wird, wird gesteuert, um eine ausreichende Dicke aufzuweisen, um eine Kontaminierung der Bindungsgrenzfläche aus der externen Luft zu verhindern.
Separat von dem vorstehenden Substrat 100 mit der oxidierten Epitaxialfläche wird ein Trägersubstrat 110 vorgesehen, welches eine SiO&sub2;-Schicht 104 auf dessen Oberfläche besitzt. Das Trägersubstrat 110 wird beispielsweise durch ein Siliciumsubstrat dargestellt, welches an der Oberfläche oxidiert worden ist (einschließlich eines thermisch Oxidierten), Quarzglas, kristallisiertes Glas, ein beliebiges Substrat, auf welches SiO&sub2; abgeschieden worden ist.
Die vorstehenden zwei Substrate werden nach dem Reinigen aneinander gebunden (Fig. 1D). Das Reinigen wird in ähnlicher Weise wie beim gewöhnlichen Reinigen eines Halbleitersubstrats (zum Beispiel Reinigen vor der Oxidation) ausgeführt.
Das Unter-Druck-Setzen der gesamten Fläche des Substrats nach Kontakt ist zum Stärken der Bindung effektiv.
Die gebundenen Substrate werden wärmebehandelt. Eine höhere Temperatur wird für die Wärmebehandlung bevorzugt. Jedoch kann eine exzessiv hohe Temperatur eine strukturelle Änderung der porösen Schicht 101 verursachen, oder die Diffusion einer Verunreinigung aus dem Substrat in die Epitaxialschicht. Daher werden die Temperatur und die Erwärmungszeit derart ausgewählt, dass die vorstehenden Nachteile nicht verursacht werden. Im Einzelnen liegt die Behandlungstemperatur vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 600ºC bis 1100ºC. Einige Substrate können eine andauernde Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur nicht widerstehen. Zum Beispiel ist es erforderlich, dass ein Quarzglas als das Substrat 110 bei einer geringeren Temperatur als ungefähr 200ºC behandelt wird, da die Differenz des thermischen Expansionskoeffizienten von Quarz von demjenigen von Silicium abweicht. Oberhalb dieser Temperatur können die gebundenen Substrate separiert werden oder es können sich durch Spannung Risse bilden. Nach der Wärmebehandlung ist es nur erforderlich, dass die Substrate gegen Spannungen beim Polieren oder Ätzen des Bulk-Siliciums 100 in dem nachfolgenden Schritt widerstandsfähig sind. Daher kann das Verfahren ausgeführt werden, indem die Oberflächenbehandlungsbedingungen für die Aktivierung sogar bei einer Temperatur von 200ºC oder weniger optimiert werden.
Nachfolgend werden der Silicium-Substratteil 100 und der poröse Schichtteil 101 selektiv entfernt, wobei die Epitaxialwachstumsschicht 102 nicht entfernt wird (Fig. 1E). Zunächst wird der Silicium-Substratteil 100 durch Polieren oder Schleifen mittels eines Oberflächenschleifers oder dergleichen oder durch Ätzen mit einer Alkali-Lösung, wie etwa Kaliumhydroxid-Lösung und wässriges Ammoniak, oder einer organischen Alkali- Lösung, wie etwa einer TMAH-Lösung, entfernt. Das Ätzen kann effektiv in einer warmen Lösung bei einer Temperatur von nicht höher als 100ºC ausgeführt werden. Wenn das Trägersubstrat aus einer Glasplatte oder aus einem Silicium-Substrat, der mit einem Oxidfilm bedeckt ist, hergestellt ist, kann der Silicium-Substratteil nur durch eine alkaliartige Lösung selektiv geätzt werden, da die alkaliartige Lösung kaum SiO&sub2; ätzt. Dieser kann auch entfernt werden, indem mit einer Mischung aus Flusssäure, Salpetersäure und optional Essigsäure geätzt wird. Das Ätzmittel vom Flusssäure-Salpetersäure-Typ sollte nicht für eine längere Zeit zum Ätzen verwendet werden, da dieses mehr oder weniger das Trägersubstrat ätzt.
Zur Zeit, wenn der Siliciumsubstratteil 100 durch mechanisches Polieren oder chemisches Ätzen entfernt worden ist und der poröse Teil 101 bloßgelegt worden ist, wird das Polieren oder Ätzen einmal gestoppt. Dann wird der bloßgelegte poröse Teil 101 entfernt, indem mit der zuvor erwähnten Lösung geätzt wird, welche monokristallines Silicium und SiO&sub2; gleichermaßen bei Ätzraten von nicht mehr als 1 nm (10 Å)/min ätzen kann. Beim Ätzen wird vorzugsweise ein Ultraschall-Reiniger zur Gleichförmigkeit des Films verwendet, wobei Sorgfalt wegen einiges Anstiegs der Ätzrate durch die Wirkung der Ultraschallwelle ausgeübt wird.
Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Schritten können die nachstehenden Schritte ausgeführt werden.

(1) Oxidation von inneren Porenwänden in der porösen Schicht:

In der porösen Siliciumschicht, sind die Wände zwischen den benachbarten Poren in einem Dickebereich von einigen Nanometern bis einigen zehn Nanometern extrem dünn. Die extrem dünnen Porenwände können koaleszieren, um dicke Wände zu bilden und die Poren bei einer Hochtemperaturbehandlung der porösen Schicht zu blockieren, wie etwa bei der Epitaxialsiliciumschichtbildung, und Erwärmen nach Substratlaminierung, wodurch die Ätzrate verringert wird. Das Verdicken der Porenwände und das Verbreitern der Poren kann verzögert werden, indem ein dünner Oxidfilm auf den Porenwänden nach der porösen Schichtbildung gebildet wird. Jedoch sollte die Oxidation derart limitiert werden, dass sie an der Oberfläche der dünnen Wände der Poren ist, um die Monokristallinität im Inneren der Porenwände zu erhalten, da man die nicht poröse monokristalline Siliciumschicht darauf epitaxial wachsen lässt. Die Dicke der gebildeten Oxidfilmbereiche reicht vorzugsweise von einigen zehn bis einigen Nanometern (einigen Å zu einigen zehn Å). Eine derartige Dicke des Oxidfilms wird durch Wärmebehandlung in eine Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur, die vorzugsweise von 200ºC bis 700ºC, weiter bevorzugt 250ºC bis 500ºC reicht.

(2) Wasserstoffhärtung:

Es wurde durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung in EP 553852A2 gezeigt, dass feine Irregularitäten einer Silicium-Oberfläche durch Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre entfernt werden können, um eine extrem glatte Silicium-Oberfläche zu erzielen. Dieses Härten in einer Wasserstoffatmosphäre ist in der vorliegenden Erfindung anwendbar. Zum Beispiel kann das Wasserstoffhärten nach der porösen Siliciumschichtbildung und vor der Epitaxialsiliciumschichtbildung ausgeführt werden. Andererseits kann das Wasserstoffhärten für ein SOI-Substrat ausgeführt werden, das durch Entfernung der porösen Siliciumschicht durch Ätzen erhalten wurde. Bei der Wasserstoffhärtung, die vor der Epitaxialsiliciumschichtbildung ausgeführt wurde, wandern die Wasserstoffatome, die die Oberfläche des porösen Siliciums zusammensetzen, um den äußersten Teil der Poren zu blockieren. Wenn die Poren an dem äußersten Teil blockiert sind, wird die Epitaxialsiliciumschicht mit weniger Kristalldefekten gebildet werden. Bei der Wasserstoffhärtung nach der Ätzentfernung der porösen Siliciumschicht wird die Epitaxialsiliciumoberfläche, die durch das Ätzen einigermaßen aufgeraut wurde, andererseits geglättet, und Bor, das unvermeidlicherweise bei dem Bindeverfahren aus dem Reinraum in die Laminatgrenzfläche eingebaut wurde, wird ausgetrieben.

Ausführungsform 2

Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird anhand von Fig. 2A bis 2G erläutert. In den Fig. 2A bis 2G werden die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1A bis 1E für die gleichen Elemente verwendet. In der vorstehenden Ausführungsform 1 werden die beiden Substrate laminiert, indem die SiO&sub2;-Schicht 103 eines Substrats mit der SiO&sub2;-Schicht 104 des anderen Substrats verbunden wird. Jedoch ist es nur erforderlich, dass wenigstens eine der zu bindenden Oberflächen aus SiO&sub2; zusammengesetzt ist.
In einem Beispiel der Ausführungsform 2 wird eine Epitaxialsiliciumschicht 1102 in Fig. 2B, die auf einer porösen Siliciumschicht 101 gebildet wurde, mit einer Oxidschicht 1104 in Fig. 2C, die auf einem zweiten Substrat 1110 gebildet wurde, verbunden.
In einem anderen Beispiel der Ausführungsform 2 wird die Oberfläche einer Epitaxialsiliciumschicht 1102 in Fig. 2E thermisch oxidiert, und der resultierende Oxidfilm 1103 wird mit der Oberfläche eines nicht oxidierten Siliciumsubstrats 1110, wie in Fig. 2F gezeigt, verbunden.
In dieser Ausführungsform werden die anderen Schritte auf die gleiche Weise wie in Ausführungsform 1 ausgeführt.

Ausführungsform 3

Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung wird anhand von Fig. 3A bis 3G erläutert. In Fig. 3A bis 3G werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1A bis 1E für die gleichen Elemente verwendet. Diese Ausführungsform 3 ist durch ein Glasmaterial 1210 (Fig. 3C und 3F), wie etwa Quarzglas und blaues Plattenglas, gekennzeichnet, das als das zweite Substrat verwendet wird, das auf das erste Substrat (Fig. 3B und 3E) mit einem darauf gebildeten Epitaxialsiliciumfilm laminiert wird.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform 3 wird eine Epitaxialsiliciumschicht 1102 in Fig. 3B auf ein Glassubstrat 1210 in Fig. 3C gebunden.
In einem anderen Beispiel dieser Ausführungsform 3 wird ein Oxidfilm 1103, welcher durch thermische Oxidation der Oberfläche einer Epitaxialsiliciumschicht 1102 in Fig. 3C gebildet wurde, an ein Glassubstrat 1210, wie in Fig. 3F gezeigt, gebunden.
In dieser Ausführungsform werden die anderen Schritte auf die gleiche Weise wie in der Ausführungsform 1 ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen im einzelnen beschrieben.

Beispiel 1

Ein monokristallines Siliciumsubstrat vom P-Typ (100) wurde verwendet, welches eine Dicke von 625 um, eine Größe von 5 Inch und einen Widerstand von 0,1 bis 0,2 Ωcm besaß. Dieses Siliciumsubstrat wurde in ein in Fig. 8 A gezeigtes Gerät gestellt, und wurde anodisch oxidiert. Hierdurch wurde eine poröse Siliciumschicht 101 in einer Dicke von 20 um auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 100 (Fig. 1A) gebildet. Eine 49%-ige HF-Lösung wurde als die Lösung 604 verwendet. Die anodische Oxidation wurde mit einer Stromdichte von 1 mA/cm² ausgeführt. Die poröse Schichtbildungsrate betrug ungefähr 1 um/min, und eine 20 um dicke poröse Schicht wurde in ungefähr 20 Minuten erhalten.
Auf der resultierenden porösen Siliciumschicht 101 ließ man eine monokristalline Siliciumschicht 102 in einer Dicke von 0,25 um (Fig. 1B) durch CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen wachsen:
Verwendetes Gas: SiH&sub4;/H&sub2;
Gasstromrate: 0,62/140 (L/min)
Temperatur: 850ºC
Druck: 1,1 · 10&sup4; Pa (80 Torr)
Wachstumsrate: 0,12 um/min
Das resultierende Substrat wurde bei 900ºC in einer Wasserdampfatmosphäre behandelt, um einen Oxidfilm 103 mit einer Dicke von 0,1 um (Fig. 1C) zu bilden.
Das vorstehende oberflächenoxidierte Substrat und ein anderes separat hergestelltes 5-Inch (1 Inch = 2,54 cm) Substrat 110 mit einer 0,5-um Oxidfilm 104 auf der Oberfläche davon wurden mit einem Reinigungssystem, das eine Säure und Ammoniak verwendete, gereinigt, und durch einen Wirbeltrockner getrocknet. Die behandelten Flächen der Substrate wurden zusammen laminiert, um ein Laminat zu bilden (Fig. 1D). Das Laminat wurde bei 800ºC für 6 Stunden wärmebehandelt.
Nach der Wärmebehandlung wurde der 610 um Teil des Siliciumsubstrats 100 durch eine Oberflächenpoliermaschine poliert, um das poröse Silicium 101 bloß zu legen. Dieses Substrat wurde dann in eine selektive Ätzlösung eingetaucht, und der poröse Teil 101 allein wurde ganz durch Anwendung von Ultraschallwellen (Fig. 1E) unter den nachstehenden Bedingungen weggeätzt:

Selektive Ätzlösung:

Wässrige TMAH-Lösung (24 ppm)
Siliciumätzrate: 0,5 nm (5 Å)/min
SiO&sub2; Ätzrate: 0,1 nm (1 Å)/min oder weniger
Das resultierende SOI-Substrat besaß einen Siliciumoxidfilm von 0,6 um Dicke darauf und einen monokristallinen Siliciumfilm von ungefähr 0,2 um Dicke zu dem darauf. Die Dichte der Hohlräume in dem SOI-Film wurde um einen Faktor von ungefähr 1/100 im Vergleich mit herkömmlichen, welche durch Ätzen der porösen Schicht mit einer Ätzlösung mit einer hohen SiO&sub2;-Ätzrate hergestellt wurden, vermindert.

Beispiel 2

Beispiel 2 wird anhand von Fig. 4A bis 4E erläutert.
Ein monokristallines Siliciumsubstrat 200 vom P-Typ (100) wurde verwendet, welches eine Dicke von 300 um, eine Größe von 4 Inch, und einen Widerstand von 0,01 Ωcm besaß. Die Oberflächenschicht des Siliciumsubstrats wurde durch eine poröse Siliciumschicht 201 in eine Dicke von 20 um (Fig. 4A) auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 verändert.
Auf der resultierenden porösen Siliciumschichtoberfläche ließ man eine monokristalline Siliciumschicht 202 epitaxial in eine Dicke von 0,15 um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 (Fig. 4B) wachsen.
Das resultierende Substrat wurde bei 1000ºC in einer Wasserdampfatmosphäre behandelt, um einen Oxidfilm 203 von 0,1 um Dicke (Fig. 4C) zu bilden.
Das vorstehende oberflächenoxidierte Substrat 200 und ein anderes separat hergestelltes 10 cm (4 Inch) Quarzsubstrat 210 wurden gereinigt, und die Spiegelfläche der Substrate wurden aneinander gebunden, um ein Laminat zu bilden (Fig. 4D). Das Laminat wurde bei 180ºC für 24 Stunden wärmebehandelt.
Nach der Wärmebehandlung wurde das Siliciumsubstrat 200 von 280 um Dicke mit einer Mischung aus Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure (1 : 10 : 10) geätzt, um das poröse Silicium 201 auf der Oberfläche bloß zu legen.
Dann wurde die poröse Schicht 201 mit einer Mischung aus Flusssäure/Wasserstoffperoxid (1 : 300) (Fig. 4E) mit den nachstehenden Ätzraten geätzt:
Siliciumätzrate: 0,3 nm (3 Å)/min
SiO&sub2;-Ätzrate: 0,6 nm (6 Å)/min oder weniger
Das resultierende SOI-Substrat besaß einen monokristallinen Siliciumdünnfilm von ungefähr 0,1 um Dicke darauf. Die Dichte der Hohlräume in dem SOI wurde um einen Faktor von ungefähr 1/100 im Vergleich mit herkömmlichen, welche durch Ätzen der porösen Schicht mit einer Ätzlösung mit einer SiO&sub2;-Ätzrate hergestellt wurden, vermindert.

Beispiel 3

Beispiel 3 wird anhand von Fig. 5A bis 5H erläutert.
Ein monokristallines Siliciumsubstrat 300 vom P-Typ (100) wurde verwendet, welches eine Dicke von 400 um, eine Größe von 12,7 cm (5 Inch) und einen Widerstand von 0,01 Ωcm besaß. Die Oberflächenschicht des Siliciumsubstrats wurde in eine poröse Siliciumschicht 301 in eine Dicke von 20 um (Fig. 5A) auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verändert.
Auf der resultierenden porösen Siliciumschichtoberfläche ließ man eine Epitaxialschicht 302 in eine Dicke von 0,5 um auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 (Fig. 5B) wachsen.
Die Oberfläche der Epitaxialschicht 302 auf dem Substrat wurde bei 1000ºC in einer Wasserdampfatmosphäre oxidiert, um einen SiO&sub2;-Film 303 von 0,2 um Dicke (Fig. 5C) zu bilden, wobei 0,4 um Dicke eines monokristallinen Siliciums belassen wurden.
Das vorstehende Substrat 300 und ein anderes separat hergestelltes synthetisches Quarzsubstrat 310 wurden durch RF-Plasma behandelt, um die Bindungsoberflächen zu aktivieren (Fig. 5D und 5E) unter den nachstehenden Behandlungsbedingungen:
Verwendetes Gas: CF&sub4;/O&sub2;
Gasstromrate: 70/6 (sccm)
Druck: 30 (Pa.)
RF-Output: 350 W
Behandlungszeit: 30 Sekunden
Die behandelten Substrate wurden mit einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung gereinigt, mit reinem Wasser gewaschen und getrocknet. Die getrockneten Substrate wurden aneinander gebunden (Fig. 5F), um ein Laminat zu bilden. Das Laminat wurde mit einem Druck von 70 Tonnen für 10 Minuten gepresst.
Ohne Wärmebehandlung wurde die Siliciumsubstratseite des vorstehenden Substrats durch eine Ätzlösung geätzt. Bei dem Ätzen wurde der durch thermische Oxidation gebildete Oxidfilm, der das Siliciumsubstrat bedeckt, durch verdünnte Flusssäure entfernt, und dann wurde das Substratlaminat in eine wässrige 2,4%-ige TMAH-Lösung eingetaucht, und darin bei 90ºC für 5 Stunden gehalten. Hierdurch wurde der Bulk-Siliciumteil 300 der Siliciumsubstratseite vollständig weggeätzt, wobei die poröse Schicht 301 bloßgelegt wurde.
Nachfolgend wurde der poröse Teil 301 selektiv durch eine wässrige 24-ppm TMAH-Lösung bei Raumtemperatur geätzt (Fig. 5G).
Der monokristalline Siliciumdünnfilm 302, der auf dem Quarzsubstrat 310 gebildet wurde, das durch die vorhergehenden Schritte hergestellt wurde, wurde der Mustergebung unterworfen, um ein Inselmuster zu erhalten, das der Fläche, Gestalt und Anordnung einer aktiven Schicht eines entworfenen Elements entsprach (Fig. 5H). Nach der Mustergebung als dem ersten Schritt der Elementbildung wurden die jeweiligen Inselbereiche in einer Sauerstoffatmosphäre bei 1000ºC oxidiert, und gleichzeitig thermisch behandelt. So wurde ein SOI- Substrat hergestellt, welches einen monokristallinen Siliciumdünnfilm von ungefähr 0,4 um Dicke auf einem transparenten Substrat besaß. Kein Hohlraum wurde beobachtet.

Beispiel 4

Beispiel 4 wird anhand von Fig. 6A bis 6F erläutert.
Ein Siliciumsubstrat 400 vom P-Typ (100) wurde verwendet, welches eine Dicke 400 um, eine Größe von 5 Inch, und einen Widerstand von 0,01 Ωcm besaß. Die Oberflächenschicht des Siliciumsubstrats wurde in eine poröse Siliciumschicht 401 in eine Dicke von 20 um (Fig. 6A) auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 geändert.
Auf der resultierenden porösen Siliciumschichtoberfläche ließ man eine Epitaxialschicht 402 in einer Dicke von 0,5 um auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 (Fig. 6B) wachsen.
Die Oberfläche der Epitaxialschicht 402 des Substrats wurde oxidiert (thermisch oxidiert) bei 900ºC in einer Wasserdampfatmosphäre, um einen SiO&sub2;-Film 403 in einer Dicke von 0,05 um (Fig. 6C) zu bilden.
Das resultierende Substrat 400 und ein anderes separat hergestelltes 12,7 cm (5 Inch) synthetisches Quarzsubstrat 410 wurden gereinigt, und die Substrate wurden aneinander gebunden, um ein Laminat zu bilden (Fig. 6D). Das Substratlaminat wurde bei 180ºC für 24 Stunden wärmebehandelt.
Das vorstehende Substratlaminat wurde von der Siliciumsubstratseite mittels eines Oberflächenpolierers poliert, um 100 um des Siliciumsubstrats zurückzulassen (Fig. 6E). Der polierte Gegenstand wurde bei 300ºC für 24 Stunden wärmebehandelt.
Der Rest des Bulk-Teiles 400 wurde durch den Oberflächenpolierer weiter poliert, um das poröse Siliciumteil 401 bloß zu legen.
Dann wurde die poröse Schicht mit einer wässrigen 0,04%- igen Ammoniaklösung (Fig. 6F) mit den nachstehenden Ätzraten selektiv geätzt:
Siliciumätzrate: 0,4 nm (4 Å)/min
SiO&sub2;-Ätzrate: 0,1 nm (1 Å)/min oder weniger
Das resultierende SOI-Substrat besaß einen monokristallinen Siliciumdünnfilm 402 von ungefähr 0,4 um Dicke darauf. Die Dichte der Hohlräume in dem 501 wurde um einen Faktor von ungefähr 1/100 im Vergleich mit herkömmlichen, welche durch Ätzen der porösen Schicht mit einer Ätzlösung mit hoher SiO&sub2;-Ätzrate hergestellt wurden, vermindert.

Beispiel 5

Beispiel 5 wird anhand von Fig. 7A bis 7E erläutert.
Ein Siliciumsubstrat 500 vom P-Typ (100) wurde verwendet, welches eine Dicke von 300 um, eine Größe von 4 Inch, und einen Widerstand von 0,01 Ωcm besaß. Die Oberflächenschicht des Siliciumsubstrat wurde in eine poröse Siliciumschicht 501 in eine Dicke von 20 um (Fig. 7A) auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 geändert.
Auf der resultierenden porösen Siliciumschichtoberfläche ließ man eine Epitaxialschicht 502 in einer Dicke von 0,15 um auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 (Fig. 7B) wachsen.
Die Oberfläche der Epitaxialschicht 502 des Substrats wurde thermisch bei 1000ºC in einer Wasserdampfatmosphäre oxidiert, um eine SiO&sub2;-Schicht 503 in einer Dicke von 0,1 um (Fig. 7C) zu bilden. Hierdurch besaß der Oxidfilmteil eine Dicke von 0,1 um, wobei 0,1 um des monokristallinen Siliciumteils der Epitaxialschicht zurückgelassen wurden.
Die Oberfläche der Epitaxialschicht 502 des vorstehenden Substrats 500 und ein anderes separat hergestelltes bloß gelegtes Siliciumsubstrat 510 wurden mit einer Säure und einem Alkali gereinigt, und die Substrate wurden aneinander laminiert, um ein Laminat zu bilden (Fig. 7D). Das Substratlaminat wurde bei 1000ºC für 30 Minuten gehärtet.
Das vorstehende Substrat 500 mit der Epitaxialschicht wurde von der zu der Epitaxialschicht reversen Seite mittels eines Oberflächenpolierers poliert, um den porösen Siliciumteil 501 bloß zu legen.
Dann wurde die poröse Schicht 501 mit einer Mischung aus Flusssäure (49%), Salpetersäure (70%), Essigsäure (100 %) und Wasser mit einem Mischungsverhältnis von 1 : 80 : 80 : 340 (Fig. 7E) mit den nachstehenden Ätzraten selektiv geätzt:
Siliciumätzrate: 0,4 nm (4 Å)/min
SiO&sub2;-Ätzrate: 0,3 nm (3 Å) /min
Das resultierende SOI-Substrat besaß einen Siliciumoxidfilm von 0,1 um Dicke darauf, und einen monokristallinen Siliciumfilm von 0,1 um Dicke zudem darauf. Die Dichte der Hohlräume in dem SOI wurde um einen Faktor von ungefähr 1/100 im Vergleich mit herkömmlichen, welche durch Ätzen der porösen Schicht mit einer Ätzlösung mit hoher SiO&sub2;-Ätzrate hergestellt wurden, vermindert.

Beispiel 6

Beispiel 6 wird anhand von Fig. 7A bis 7E erläutert.
Ein Siliciumsubstrat 500 vom P-Typ (100) wurde verwendet, welches eine Dicke von 300 um, eine Größe von 4 Inch, und einen Widerstand von 0,01 Ωcm besaß. Die Oberflächenschicht des Siliciumsubstrat wurde in eine poröse Siliciumschicht 501 in eine Dicke von 20 um (Fig. 7A) auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 geändert.
Das resultierende Substrat wurde bei 400ºC in einer Sauerstoffatmosphäre für eine Stunde behandelt, um einen extrem dünnen Oxidfilm auf der Oberfläche und auf den Porenwänden der porösen Siliciumschicht 501 zu bilden.
Dann wurde die Oberfläche der porösen Schicht 501 in eine HF-Lösung eingetaucht, um den Oxidfilm von der äußersten Oberfläche der porösen Siliciumschicht 501 zu entfernen, wobei der Oxidfilm an den Porenwänden nicht entfernt wurde. Hierdurch wurde die poröse monokristalline Siliciumschicht bloß gelegt. Nachfolgend wurde das Substrat bei 1000ºC in einer Wasserstoffatmosphäre für 7 Minuten behandelt, um die Poren an der Oberfläche der porösen Siliciumschicht zu blockieren. Eine Epitaxialsiliciumschicht 502 wurde darauf in einer Dicke von 0,15 um (Fig. 7B) gebildet, indem Dichlorsilane als das Ausgangsgas für die Epitaxialsiliciumschicht in die Filmbildungskammer eingeführt wurde. Die Oberfläche der Epitaxialsiliciumschicht 502 wurde thermisch oxidiert, um einen Oxidfilm 503 (Fig. 7C) zu bilden.
Die Oberfläche des thermisch oxidierten Films 503 des vorstehenden Substrats und ein anderes nicht oxidiertes Siliciumsubstrat 510 wurden mit einer Säure und einem Alkali gereinigt, und die Substrate wurden aneinander gebunden, um ein Laminat zu bilden (Fig. 7D). Das Substratlaminat wurde bei 1000ºC für 30 Minuten gehärtet.
Das vorstehende Substrat 500 mit der Epitaxialschicht wurde von der zu der Epitaxialschicht reversen Seite mittels eines Oberflächenpolierers poliert, um einen schmalen Teil davon unpoliert zurückzulassen, und der verbleibende unpolierte Teil des Substrats 500 wurde durch Ätzen entfernt, um den porösen Siliciumteil 501 bloß zu legen.
Dann wurde die poröse Schicht mit einer Mischung aus Flusssäure (49%), Salpetersäure (70%), Essigsäure (100 %) und Wasser in einem Mischungsverhältnis von 1 : 80 : 80 : 340 (Fig. 7E) mit den nachstehenden Ätzraten selektiv geätzt:
Siliciumätzrate: 0,4 nm (4 Å)/min
SiO&sub2;-Ätzrate: 0,4 nm (3 Å)/min
Das erhaltene SOI-Substrat wurde bei 1000ºC in einer Wasserstoffatmosphäre wärmebehandelt.
Das resultierende SOI-Substrat besaß einen Siliciumoxidfilm von 0,1 um Dicke darauf und einen monokristallinen Siliciumfilm von 0,1 um zudem darauf. Die Dichte der Hohlräume in dem SOI wurde um einen Faktor von 1/200 im Vergleich mit herkömmlichen, welche durch Ätzen der porösen Schicht mit einer Ätzlösung mit hoher SiO&sub2;-Ätzrate hergestellt wurden, vermindert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-auf-Isolator -Substrats (SOI), das durch die Abfolge von folgenden Schritten ausgeführt wird:

Bereitstellen eines ersten Substrats (100, 101) aus porösem Silicium oder aus nicht porösem Silicium (100) mit einer Oberflächenschicht (101) aus porösem Silicium;

Wachsen lassen einer Epitaxialschicht (102; 1102) aus nicht porösem Silicium auf dem ersten Substrat aus porösem Silicium oder auf der Oberfläche der Oberflächenschicht (101) aus porösem Silicium;

Kontakt-Binden der Epitaxialschicht (102; 1102) an ein zweites Substrat (110, 104; 1104, 1110; 1110, 1210), wobei Siliciumoxid (103, 104; 1103; 1104; 1210) auf einer oder beiden Oberflächen an der Grenzfläche der Epitaxialschicht (102; 1102) und dem zweiten Substrat vorliegt;

Entfernen des nicht-porösen Silicium-Teils (100), sofern vorhanden, von dem ersten Substrat (100, 101), durch Schleifen oder Polieren; und

Entfernen des porösen Siliciums (101) des ersten Substrats durch Ätzen unter Verwendung eines Ätzmittels, welches für poröses verglichen mit nicht porösem Silicium selektiv ist, und welches die Eigenschaft besitzt, wonach nicht poröses Silicium mit einer Ätzrate von nicht mehr als 1 nm (10 Å) pro Minute geätzt wird;

dadurch gekennzeichnet, dass

der Schritt, in dem das poröse Silicium (101) entfernt wird, unter Verwendung eines Ätzmittel ausgeführt wird, das auch die Eigenschaft besitzt, wonach das Siliciumoxid (103, 1103; 1102; 1210) mit einer Ätzrate von nicht mehr als 1 nm (10 Å) pro Minute geätzt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Stufe, in der ein erstes Substrat (-) aus porösem Silicium bereitgestellt wird, oder die Stufe, in der ein erstes Substrat (100; 101) aus nicht porösem Silicium (100) mit einer Oberflächenschicht (101) aus porösem Silicium bereitgestellt wird, einen Schritt einschließt, in der das ganze oder nur ein Oberflächenteil eines nicht- porösen Substrats durch anodische Oxidation porös gemacht wird.

3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Substrat (1210) aus Glasmaterial besteht, einem Material, welches aus Siliciumoxid besteht.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei zum Ausführen des Kontakt-Bindens, die Epitaxialschicht (1102) aus nicht porösem Silicium und das zweite Substrat (1210) aus Glasmaterial in direkten Kontakt gebracht werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei jeweilige Schichten (1103) aus Siliciumoxid an der Oberfläche der Epitaxialschicht (1102) und/oder des Substrats (1210) aus Glasmaterial vor dem Schritt des Kontakt-Bindens vorgesehen werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Schicht (1103) aus Siliciumoxid an der Oberfläche der Epitaxialschicht aus nicht porösem Silicium bereitgestellt wird, indem eine thermische Oxidation ausgeführt wird.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei das zweite Substrat (110; 1110) aus nicht- porösem monokristallinem Silicium besteht und jeweilige Schichten (103, 104; 1103; 1104) aus Siliciumoxid an der Oberfläche der Epitaxialschicht (102; 1102) aus nicht porösem Silicium und/oder des zweiten Substrats (110; 1110) aus nicht-porösem monokristallinem Silicium vor der Stufe des Kontakt-Bindens bereitgestellt werden.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Schicht oder beide Schichten (103, 104; 1103; 1104) aus Siliciumoxid bereitgestellt werden, indem eine thermische Oxidation ausgeführt wird.

9. Verfahren gemäß einem vorhergehendem Anspruch, wobei bevor ein Wachstum der Epitaxialschicht erfolgt ist, die inneren Wände der Poren des ersten Substrats (100) aus porösem Silicium oder der Oberflächenschicht (101) aus porösem Silicium oxidiert werden.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei zwischen den Stufen des Oxidierens der inneren Wände der Poren, und des Wachstums der Epitaxialschicht (102; 1102), das erste Substrat (-) in einer Wasserstoffatmosphäre wärmebehandelt wird.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ätzen des porösem Siliciums (-; 101) unter Verwendung einer gemischten Ätzlösung ausgeführt wird, die aus Flußsäure und wässrigem Wasserstoffperoxid zusammengesetzt ist.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Ätzen des porösen Siliciums (-; 101) unter Verwendung einer gemischten Ätzlösung ausgeführt wird, die aus Flußsäure, Salpetersäure und optional Essigsäure zusammengesetzt ist.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Ätzen des porösen Siliciums (-; 101) unter Verwendung einer Ätzlösung vom Alkalityp oder organischen Alkalityp ausgeführt wird.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Ätzen des porösen Siliciums (-; 101) unter Verwendung einer wässrigen Tetramethylammoniumhydroxidlösung (TMAH) Lösung mit einer Konzentration von nicht mehr als ungefähr 50 ppm ausgeführt wird.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Ätzen des porösen Siliciums (-; 101) unter Verwendung einer gemischten Lösung aus Flußsäure und einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung mit einer Flußsäurekonzentration von nicht mehr als 0,5% relativ zu der wässrigen Wasserstoffperoxidlösung ausgeführt wird.

16. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre nach der Entfernung des porösen Siliciums (-; 101) durch Ätzen ausgeführt wird.