CN1052339C - 半导体基体材料的制作方法 - Google Patents
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Abstract
半导体基体材料的制作方法,其特征为具有以下工序:使硅基体形成多孔性后,在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;通过上述非多孔性硅单晶层将上述多孔性硅基体和绝缘性基体贴合起来的一次贴合式序;在上述一次贴合工序后,用化学腐蚀法将上述多孔性硅除去的腐蚀工序;以及在上述一次贴合之后进行的、使上述一次贴合更牢固的二次贴合工序。
Description
本发明涉及半导体基体材料的制作方法,尤其是涉及适合于电介质分离或在绝缘体上的单晶半导体层上制作的电子器件、集成电路的半导体基体材料的制作方法。
在绝缘体上形成单晶硅半导体层,作为SOI(SiliCsn oninsulator)技术已众所周知,利用SOI技术的器件,具有在通常的制作硅电路的大块硅基体上所达不到的种种优点,因此进行了许多研究工作即,利用SOI技术具有以下优点:
1.容易进行电介质分离,可达到高集成化。
2.具有良好的耐辐射线特性。
3.可降低杂散电容,实现高速化。
4.可省去焊接工序。
5.能防止闲锁效应。
6.可制成薄膜化完全耗尽型场效应晶体管。
为了实现上述器件特性的各种优点,近数十年对于SOI结构的形成方法进行了研究。其内容,已汇总在例如下述文献中:
Special lssue(特刊):“Single-crystalsilicon no non-single-crystal insulators”,由G.W.Cullen编辑,Journal of Crystal Growth,63卷,3册,429~590页(1983)
另外,早已知道用CVD(化学气相法)在单晶蓝宝石基体上异质衬底外延生长形成硅的SOS(蓝宝石上的硅)法,作为最成熟的SOI技术首次获得成功,但由于硅层和基底蓝宝石基体界面上的晶格不匹配,有大量结晶缺陷,铝透过蓝宝石基体混入硅层,另外,更重要的是由于基体的价格昂贵和大面积生长很慢,妨碍了该技术的广泛应用。
近几年来,进行了不使用蓝宝石基体来实现SOI结构的尝试。这种尝试大致可以分为两种情况:
(I)在使硅单晶衬底表面氧化后,开一口,使一部分硅衬底露出,将该部分作为晶种,使晶体沿横向外延生长,在SiO2上形成硅单晶(这时,在SiO2上形成硅层堆积)。
(II)将该硅单晶衬底作为活性层使用,在其下部形成SiO2层(该方法不形成硅层堆积)。
先有的实现上述(I)的技术,例如,已知的有如下4个方法:
(1)利用CVD法直接使单晶硅沿横向外延生长的方法。
(2)堆积非结晶硅后,利用热处理沿固相横向外延生长的方法。
(3)将电子射线或激光等能量束聚焦,照射非结晶硅或多晶硅层,利用熔融再结晶,在SiO2上生成单晶硅的方法。
(4)利用棒状加热器,以带状形式对熔融区域进行扫描(Zone Mel ting Recrystallization)的方法。
这些方法虽然各有优缺点,但它们的控制性、生产效率、均匀性和质量等方面都存在很多问题,至今在工业生产上还未达到实用化程度。
例如在(1)的CVD法中,为了获得平坦的薄膜,必须牺牲氧化,另外在(2)的固相生长法中,其结晶性不好。
另外,在(3)的射线退火法中,存在聚焦射线扫描处理时间、射线束重叠情况、焦点调整等控制性问题。
(4)的Zone Melting Recrystallization法最成熟,能制作较大规模的集成电路,但仍然存在很多亚粒间隙等结晶缺陷,还不能制成制作少数载流子电子器件。
对于上述(II)的方法,即不是把硅衬底作为外延生长的种子的方法,有如下三种:
(1)第一种方法是在V形槽表面各向异性蚀刻的硅单晶衬底上形成氧化膜,在该氧化膜上堆积与硅衬底同样厚度的多晶硅层后,经过从Si衬底表面研磨,在厚的多晶硅层上形成由V形槽包围的被介质分离的硅单晶区域。
在该方法中,结晶性良好,但在堆积数百微米厚的多晶硅工序和背面研磨只留下单晶硅衬底只留下分离的硅活性层的工序中,存在控制性和生产效率的问题。
(2)第二种方法称为SIMOX(Separation by IonImplanted Oxygen)法,是将氧离子注入到硅单晶衬底中形成SiO2层。由于这种方法处理硅的工艺和匹配性好,所以是目前最成熟的方法。
但是,为了形成SiO2层,必须注入1018个/cm2以上的氧离子,其注入时间长:生产效率也不高,并且晶片成本较高。再者,还有很多结晶缺陷,从工业生产角度看,还不能保证制作少数载流子电子器件的质量。
(3)第三种方法是利用多孔性硅氧化的电介质分离形成SOI结构的方法。
该方法是往P型硅单晶衬底表面注入质子离子形成N型硅层(除伊曼依外,还有J.Cryst,Growth,63卷,547页(1983)),或者利用外延生长和图模形成晶核状,利用HF溶液中的阳极氧化法。只使P型硅衬底呈多孔化后,从表面包围硅晶核,然后利用加速氧化法,对N型硅晶核进行介质分离。
在这种方法中,要在器件制作工序前确定被分离的硅区域,这就限制了器件设计的自由度。
如上所述,为了实现SOI结构,考虑了各种各样的方法,但都还存在各种有待解决的问题,尤其是SOI层中存在大量的结晶缺陷,很难获得硅薄膜和质量好的硅单晶层的硅晶片。
可是,近年来,作为一种绝缘性衬底的透光性衬底,在构成感光元件即接触传感器及投影式液晶图像显示装置方面起了重要作用,为了使传感器及显示装置的像素进一步高密度化、高分辨率化、以及高精细化,必须使用高性能的驱动元件。因此,作为设置在透光性衬底上的元件,也必须使用具有良好结晶性的单晶层制作,然而由于非晶硅及多晶硅的结晶结构有许多缺陷,所以很难制作出具有能充分满足现在或今后所要求的性能良好的驱动元件。
另外,在以玻璃为代表的透光性衬底上,通常不可能制作高性能的器件,这是因为玻璃晶体结构的无序性,堆积的硅层薄膜反映了衬底的无序性,只能形成非晶质而形成不了好的多晶层。这就是衬底的结晶结构是非晶质的原因,即使只堆积硅层,也得不到优质的单晶层。
因此,作为获得优质SOI层的方法,是用热处理法将硅单晶衬底贴合在另外经过热氧化后的硅单晶衬底上,形成形SOI结构的方法。
本发明的发明人之一米原隆夫早在特愿平2-206548号中为解决上述问题而提出了如下方案。
即,特愿平2-206548号公开发表的发明,是一种半导体基体的形成方法,其特征是形成具有非多孔性半导体单晶层和多孔性半导体层的基体,在该单晶层的表面上接合具有绝缘材料表面的基体並用蚀刻法将该多孔性半导体层除去。
本发明是对原先提出的特愿平2-206548号方案再行改进后的发明。
特愿平2-206548号公开发表的发明,提供了一种非常好的方法,不仅可以在绝缘体上获得结晶性好的薄膜和优良的半导体层层,而且生产效率、均匀性、可控性都非常好。
但是,在利用上述贴合法形成SOI结构的方法中,为了贴合需要进行高温处理,当热膨胀系数不同的衬底贴合时,由于在接触面上两个衬底的膨胀程度不同,可能产生剥离。
另外,即使一旦贴合在一起了,也会由于两块衬底较厚,不富有伸缩性,可能产生裂纹。
尤其是种类不同的衬底彼此更难贴合。
因此,不管用上述哪一种方法,在绝缘性衬底之一的透光性玻璃衬底上,不容易稳定地形成具有结晶性硅薄膜的SOI层。
本发明的目的是提供一种采用上述贴合法,实现不会剥离、无裂纹的SOI结构的半导体基体材料的制作方法。
本发明的另一个目的是提供这样一种半导体基体材料的制作方法,即在予先作好的透明玻璃衬底(透光性衬底)的绝缘性衬底上,获得结晶性为硅薄膜和优良的单晶层,並且生产效率、均匀性、可控性、合格率、成本等方面都很好。
本发明的另一个目的是提供一种能实现原有的SOI器件的优点并可应用的半导体基体材料的制作方法。
本发明的再一个目的是提供一种在制作具有SOI结构的大规模集成电路时,能足以代替价钱高的SOS及SIMOX的半导体基体材料的制作方法。
图1是用来说明本发明的半导体基体材料制作方法之一例的模式图。
图2是用来说明本发明的半导体基体材料制作方法之一例的模式图。
图3是用来说明本发明的半导体基体材料制作方法之一例的模式图。
图4是用来说明本发明的半导体基体材料制作方法之一例的模式图。
图5是表示可用于本发明蚀刻液的蚀刻特性的曲线图。
图6是表示可用于本发明的蚀刻液的蚀刻特性的曲线图。
图7是表示可用于本发明的蚀刻液的蚀刻特性的曲线图。
图8是表示可用于本发明的蚀刻液的蚀刻特性的曲线图。
图9是表示可用于本发明的蚀刻液的蚀刻特性的曲线图。
图10是表示可用于本发明的蚀刻液的蚀刻特性的曲线图。
图11是表示可用于本发明的蚀刻液的蚀刻特性的曲线图。
图12是表示可用于本发明的蚀刻液的蚀刻特性的曲线图。
本发明的半导体基体材料的制作方法的第一种形态如下。
即,其特征是在将硅基体形成多孔性后,有以下工序:在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合的一次贴合工序;
在上述一次贴合工序后,通过化学蚀刻法将上述多孔性硅除去的蚀刻工序;
以及在上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序。
本发明的第二种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即在将硅基体形成多孔性后,有以下工序:在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合的一次贴合工序;
在上述一次贴合工序后,通过对上述基体进行氢氟酸浸蚀的化学蚀刻法,将上述多孔性硅除去的工序;
以及在进行上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序。
本发明的第三种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即在将硅基体形成多孔性后,有在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合的一次贴合工序;
在上述一次贴合工序后,用氢氟酸和乙醇混合液浸蚀上述基体的蚀刻方法,将上述多孔性硅除去的蚀刻工序;
以及在进行上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序。
本发明的第四种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即在将硅基体形成多孔性后,有在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合一次贴合工序;
在上述一次贴合工序后,用氢氟酸和过氧化氢混合液浸蚀上述基体的化学蚀刻方法,将上述多孔性硅除去的蚀刻工序;
以及在进行上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序。
本发明的第五种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即在将硅基体形成多孔性后,有在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合的一次贴合工序;
在上述一次贴合工序后,用氢氟酸、乙醇和过氧化氢混合液浸蚀上述基体的化学蚀刻法,将上述多孔性硅除去的蚀刻工序;
以及在进行上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序。
本发明的第六种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即在将硅基体形成多孔性之后,有在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层将上述多孔硅基体和绝缘性基体进行贴合的一次贴合工序;
在上述一次贴合工序后,用缓冲氢氟酸(氢氟酸和氟化铵混合水溶液)浸蚀上述基体的化学蚀刻法,将上述多孔性硅除去的蚀刻工序;
以及在进行上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序。
本发明的第七种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即在将硅基体形成多孔性之后,有在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层,将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合的一次贴合工序;
在上述一次贴合工序之后,用缓冲氢氟酸(氢氟酸和氟化铵混合水溶液)和乙醇的混合液浸蚀上述基体的化学蚀刻法,将上述多孔性硅除去的蚀刻工序;
以及在进行上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序;
本发明的第八种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即在将硅基体形成多孔性之后,有在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层,将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合的工序;
在上述一次贴合工序之后,用缓冲氢氟酸(氢氟酸和氟化铵混合水溶液)和过氧化氢混合液浸蚀上述基体的化学蚀刻法,将上述多孔性硅除去的蚀刻工序;
以及在进行上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合的工序。
本发明的第九种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即有将硅基体形成多孔性之后,有在该多孔性硅基体上形成非多孔性硅单晶层的工序;
通过上述非多孔性硅单晶层,将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合的一次贴合工序;
在上述一次贴合工序之后,用缓冲氢氟酸(氢氟酸和氟化铵混合水溶液)和乙醇及过氧化氢混合液浸蚀上述基体的化学蚀刻法,将上述多孔性硅除去的工序;
以及在进行上述蚀刻工序之后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序。
本发明的第十种形态是具有如下特征的半导体基体材料的制作方法,即它包括以下工序:在硅基体一侧的表面层上留有非多孔性硅单晶层而将上述硅基体形成多孔性的工序;
通过上述硅单晶层,将上述多孔性硅基体和绝缘性基体进行贴合的一次贴合工序;
在上述一次贴合工序之后,用化学蚀刻法将上述多孔性硅除去的蚀刻工序;
以及在进行上述蚀刻工序后,对上述一次贴合再进行加强其牢固性的二次贴合工序。
按照本发明,将硅/SiO2层和透光性衬底等绝缘性衬底更牢固地结合起来的二次贴合工序,是在对多孔性硅衬底进行蚀刻、使其形成薄膜后进行的,所以能将衬底和薄膜贴合起来。因此,即使为了使其更牢固地结合而进行高温加热处理也会由于薄膜富有伸缩性,所以将薄膜贴合在衬底上时能防止在贴合过程中因衬底和薄膜的热膨胀系数不同而产生剥离或裂纹。因此能在予先作好的透光性衬底的绝缘性衬底上均匀地形成具有优质单晶结构的薄膜状硅层。
另外,作为本发明的半导体衬底的制作方法,是在硅衬底的两侧留有表面层,在形成多孔性时,利用遍及大面积的均匀平坦的、具有极好结晶性的外延生长的硅单晶,在表面上留有硅活性层,从其一侧将多孔性硅去除至该活性层,可以获得成本低的绝缘硅衬底上缺陷显著少的硅单晶。
按照本发明,既能在绝缘体衬底上获得结晶性为单晶薄膜及优良的硅晶层,又能将硅单晶层牢固地贴合在与硅的热膨胀系数不同的透光性衬底上,不剥离、无裂纹,这是一种生产效率、均匀性、可控性及经济性各方面都优越的方法。
再者,按照本发明,可以提供一种能实现原有的SOI器件的优点并可应用的半导体衬底的制作方法。
另外,按照本发明,可以提供一种在制作具有SOI结构的大规模集成电路时,能代替价钱高的SOS或SIMOX的半导体衬底的制作方法。
另外,本发明是将本来优质的单晶硅衬底作为出发材料,只在表面上留有单晶层,将下面的硅衬底用化学方法除去,再移植到透光性衬底上的,确立了将热膨胀系数不同的材料彼此贴合的方法,能使许多处理过程在短时间内完成。特别是本发明的第二种形态至第九种形态所示的发明,是在对多孔性硅进行蚀刻时,采用了对半导体处理无坏影响的湿式化学蚀刻液,而且该蚀刻液对多孔性硅和非多孔性硅的蚀刻选择比达5位以上,因此是可控性,生产效率都非常好的半导体基体材料的制作方法。
下面详细地说明本发明。
实施例1-1:
图1(a)~(e)是用来说明本发明的半导体衬底制作方法之一例的工序图,给出了各工序中的模式剖面图。
如果用透射电子显微镜观察,则可看到在多孔性硅层上形成直径平均约600埃的孔,尽管其密度与单晶硅相比不及其半数,但能维持单晶性,能使单晶硅层向多孔性层的上部进行外延生长。但在1000℃以上时,引起内部孔的重新排列,有损于加速蚀刻特性。因此,在进行硅层的外延生长时,最好采用晶体沿分子线外延生长法等离子体CVD法、减压CVD法、光CVD法、偏压溅射法、液相生长法等低温生长法。
现说明将P型或高密度N型(能实现多孔性程度高的高密度N型)硅衬底完全形成多孔性后,使单晶层进行外延生长的方法。
首先准备好P型硅单晶衬底,如图1(a)所示,将其全部形成多孔性。
然后利用各种生长方法,如图1(b)所示,使在形成了多孔性的衬底12的表面上进行外延生长,形成薄膜单晶层13。通过采用HF溶液的阳极氧化法,使P型衬底形成多孔性。该多孔性硅层与单晶硅的密度2.33g/Cm3相比,通过使H F溶液浓度在50~20%之间变化,可使其密度在1.1~0.6g/Cm3的范围内变化。根据下述理由,该多孔性层不在N型硅层上形成,只在P型硅衬底上形成。即根据用透射电子显微镜进行的观察,该多孔性硅层上已形成了直径平均约600埃的孔。
多孔性硅是由Uhlir等人在1956年在对半导体的电解研磨的研究过程中发现的(A.Uhlir,Bell Syst Tech.J.35卷,333页(1956))
另外,鸟纳甘米等人对阳极氧化中的硅的溶解反应进行了研究,HF溶液中的硅阳极反应需要有空穴,其反应情况有如下报告(T.鸟纳甘米,J.Electrochem.Soc.,127卷,476页(1980))。
式中e+及e-分别表示空穴和电子。n及λ分别是溶解硅的一个原子时所需要的空穴数,当满足n>2或λ>4的条件时,能形成多孔性硅。
由上所述,通常存在空穴的P型硅,能形成多孔性,而N型硅不能形成多孔性。在形成该多孔性的过程中的选择性,已被长野等及伊曼依所证实(长野、中岛、安野、大中、梶原,电子通信学会技术研究报告,79卷,SSD799549(1979)),(K.イマイ,Solid-State Electronics,24卷,159页(1981))。
但是,也有使高密度N型硅形成多孔性的报告(R,P.Holmstrom和J.y.Chi,Appl.Phys.Lett.42卷386页(1983)),不拘泥于P型、N型之别,选择能实现多孔性的衬底是重要的。
另外,因多孔性层内部形成大量空隙,密度减小了一半多。其结果与堆积相比,表面积迅速扩大,其化学蚀刻速度与通常的单晶层的蚀刻速度相比,显著地加快了。
其次,如图1(c)所示,作为绝缘性衬底,例如准备好以玻璃为代表的透光性衬底14,将透光性衬底14贴合在硅单晶层13的表面上(一次贴合),达到范德瓦尔斯力相吸引的程度。这时,在硅单晶层13的表面上形成氧化层后,也可再将该氧化层和透光性衬底14贴合起来。另外,还可用在单晶硅表面形成氧化层的衬底来代替透光性衬底14。在一次贴合后,进行的二次贴合工序,能保持住一次贴合状态的强度,不会产生剥离。可以在温室中进行一次贴合,也可以边加热边进行贴合,但加热时的加热温度要比二次贴合时所使用的温度低。二次贴合时的温度要根据绝缘性衬底的材质来定,但最好是在200℃~800℃。
此后,如图1(d)所示,将多孔性衬底12全部进行蚀刻,在透光性衬底14上形成残留的呈薄膜状的单晶硅层13。在进行蚀刻时,要在透光性玻璃衬底14的内表面设置防蚀膜。但若透光性玻璃衬底14仅少许被腐蚀,腐蚀后的表面与原来的光学研磨表面没有任何差异时,以及当透光性玻璃衬底14不会被完全腐蚀时,不需要设置防蚀膜。可以堆积Si3N4层作为防蚀膜,将互相接触的两块衬底上被覆的,多孔性硅衬底上的Si3N4全部除去。作为另一种防蚀膜,可用阿比松石蜡代替Si3N4。
最后进行热处理,使硅/SiO2层和透光性衬底14更牢固地结合,进行二次贴合。如上所述,因为是使薄膜同透光性衬底贴合的,所以能使薄膜与衬底一致地贴合起来,并能防止因热膨胀系数不同而产生衬底剥离或裂纹的现象。
图1(c)示出了在实施形态例中所获得的半导体衬底。在透光性衬底14上,在整个晶片区域大面积地形成其结晶性与硅晶片相同的单晶硅层13,而且呈平坦、均匀的薄膜状。因此所获得的半导体衬底能适用于制作绝缘隔离的电子元件。
实施形态例1-2:
下面参照附图详细说明本发明的半导体衬底的制作方法的另一个实施形态例。
图2(a)~(e)是用来说明本发明的半导体制作方法之一例的工序图,示出了各工序中的模式剖面图。
如图2(a)所示,首先利用按各种薄膜生长法进行外延生长,形成低载流子密度层22。或者,通过对高载流子密度硅衬底21的表面进行计数掺杂,形成低载流子密度层22。或者将质子离子化后,注入P型硅单晶衬底21的表面,形成N型单晶层22。
然后如图2(b)所示,采用HF溶液的阳极氧化法,使P型或高密度N型硅单晶衬底21从里面变质成多孔性硅衬底23。该多孔性硅层与单晶硅的密度2.33g/Cm3相比,当HF溶液浓度在50~20%之间变化时,能使其密度在1.1~0.6g/Cm3范围内变化。如上所述,该多孔性是在P型或高密度N型硅衬底上形成的。
如图2(c)所示,然后作为绝缘性衬底,准备好例如以玻璃为代表的透光性衬底24,将硅单晶层22的表面与透光性衬底24贴合起来(一次贴合),达到范德瓦尔斯力相吸引的程度。这时,在硅单晶层22表面上形成氧化层后,也可再将该氧化层与透光性衬底24贴合起来。另外,还可用在单晶硅表面形成氧化层后的衬底代替透光性衬底14。
由于在该一次贴合后,进行了二次贴合工序,所以能保持一次贴合状态时的贴合强度,不致产生剥离。
此后如图2(d)所示,将多孔性硅衬底23全部进行腐蚀,在透光性衬底24上形成残留的呈薄膜状态的单晶硅层22。在进行该腐蚀时,腐蚀液也会腐蚀透光性玻璃衬底24时,在透光性玻璃衬底24的内表面设置防蚀膜。但若透光性玻璃衬底24只会少许被腐蚀,腐蚀后的表面与原来的光学研磨表面没有任何差别时,以及透光性玻璃衬底22不会被全部腐蚀时,不需要设置防蚀膜。堆集Si3N4层作为防蚀膜,将被覆着相接触的二块衬底、多孔性硅衬底上的Si3N4全部除去。作为另一种防蚀膜,可用阿比松石蜡代替Si3N4。
最后如图2(e)所示,进行热处理,使硅/SiO2层与透光性衬底24更牢固地结合起来,进行二次贴合。如上所述,因为是薄膜与透光性衬底贴合的,所以能使薄膜与衬底一致地贴合起来,并能防止因热膨胀系数的不同而产生衬底剥离或裂纹。
图2(e)给出了在实施形态例中所获得的半导体衬底。能在透光性衬底24上及在晶片的全部范围内大面积地形成其结晶性与硅晶片相同的单晶硅层22,且硅层22呈平坦、均匀的薄膜状。如此获得的半导体衬底,即使从制作绝缘隔离的电子元件的角度来看,也是能够适用的。
以上方法是在形成多孔性之前,形成外延生长层,然后利用阳极氧化法在外延生长层以外的地方形成多孔性。
实施形态例2-1:
图3(a)~(e)是用来说明实施形态例的工序图,示出了各工序中的模式剖面图。
在本实施形态例中,将P型或高密度N型硅衬底全部形成多孔性后,使非多孔性单晶硅层进行外延生长,现就这一方法进行说明。
如图3(a)所示,首先准备好P型硅单晶衬底31,使其全部形成多孔性衬底32。
然后如图3(b)所示,利用各种生长法,在多孔性的衬底32表面上进行外延生长,形成单晶硅层33。
然后如图3(c)所示,使多孔性硅衬底32上的单晶硅层33的表面氧化,形成氧化膜35。该氧化层35的形成,是为了降低最后的活性层单晶层33的表面能级。
然后在室温下或通过加热,将透光性玻璃衬底等绝缘性衬底34贴合在氧化膜35的表面上,使其达到范德瓦尔斯力相吸引的程度,或达到贴合的界面不会因两衬底的热膨胀系数不同而产生剥离的程度(一次贴合)。这时作为绝缘性衬底34可以使用在玻璃衬底或其它单晶硅表面上形成氧化层的衬底等。由于在该一次贴合后进行了完全结合的二次贴合工序,所以能保持一次贴合状态时的贴合强度,不会产生剥离。
此后,在透光性玻璃衬底34的内表面设置防蚀膜36。可堆集Si3N4层作为防蚀膜36,将被覆在相接触的二块衬底、多孔性硅衬底上的Si3N4全部除去。作为另一种防蚀膜,可用阿比松石蜡代替Si3N4。
其次如图3(d)所示,将多孔性硅衬底32全部浸在氢氟酸中,通过搅拌,用无电解湿式化学蚀刻法只将多孔性硅32除去,在透光性衬底34上留下呈薄膜状的单晶硅层13。
然后如图3(e)所示,进行热处理,进行使硅/SiO2层和透光性衬底34更牢固地相结合的二次贴合。将防蚀膜36除去后,便在实施形态例中获得了半导体基体材料。
下面说明本实施形态例中利用氢氟酸选择多孔性硅的腐蚀法。
将多孔性硅和单晶硅浸渍在49%的氢氟酸中,图5给出了搅拌时腐蚀的多孔性硅和单晶硅的厚度随腐蚀时间的依赖关系。
多孔性硅是对单晶硅进行阳极氧化制成的。其条件如下。用阳极氧化法形成的多孔性硅的初始材料,不限于单晶硅,其它结构的结晶硅也可以。
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·Cm-2)
阳极氧化液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 2.4(小时)
多孔性硅的厚度: 300(μm)
空隙率: 56(%)
将按上述条件制成的多孔性硅,在室温下浸渍在49%的氢氟酸(圆圈)中,进行搅拌。在此过程中测定该多孔性硅的厚度减小量。多孔性硅被迅速腐蚀,40分钟左右腐蚀90μm,经过80分钟,腐蚀205μm,具有很好的表面性,均匀地腐蚀。腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。
另外,将500μm厚的非多孔性硅在室温下浸渍在49%的氢氟酸(黑点)中,进行搅拌。在此过程中测定该非多孔性硅的厚度减少量。经过120分钟后,非多孔性硅被腐蚀不足50埃。
将腐蚀后的多孔性硅和非多孔性硅进行水洗,利用二次离子对其表面进行微量分析,未检测出任何不纯物。
设定出溶液浓度及温度条件的实用范围,即在该范围中,多孔性硅的腐蚀速度及多孔性硅和非多孔性硅的腐蚀选择比在制作工序中无实际妨碍。
下面说明腐蚀多孔性硅用的腐蚀液。
作为腐蚀多孔性硅的方法,通常是采用下述的两种已知方法。
1.用NaOH水溶液腐蚀多孔性硅的方法(G.Bonchil,R.Herino,K.Barla及J.C.Pfister,J.Electrochem.Soc.130卷,7册,1611页(1983))。
2.用可能对单晶硅进行腐蚀的腐蚀液,对多孔性硅进行腐蚀的方法。
上述二种方法,通常是用硝酸氟类的腐蚀液,这时的硅腐蚀过程如下。
即硅被硝酸氧化,变成SiO2,再用氢氟酸对该SiO2进行腐蚀,进而腐蚀硅。
作为对结晶硅的腐蚀方法,除了上述的硝酸氟类腐蚀液外,还有乙烯二胺类、KOH类、联氨类等。
用这些腐蚀液对多孔性硅进行有选择的腐蚀时,除了上述使用的腐蚀结晶硅的腐蚀液之外,最好选择能腐蚀多孔性硅的腐蚀液。以往对多孔性硅进行选择性腐蚀时,只使用NaOH水溶液作为腐蚀液。
另外,如上所述,在硝酸氟类腐蚀液中,除了多孔性硅能被腐蚀外,单晶硅也可以被腐蚀。
在以往用NaOH水溶液对多孔性硅进行选择性腐蚀的方法中,Na离子不可避免地吸附在腐蚀表面上。
该Na离子是杂质污染的主要原因,对形成表面能级有不良影响,在半导体处理过程中不希望引入Na离子。
在本实施形态例中,使用氢氟酸作为腐蚀液。氢氟酸对非多孔性硅不具有腐蚀作用,通常被用于半导体的处理,腐蚀时污染非常小。
这样在本实施形态例中,不产生处理中的不良影响,对非多孔性硅不产生腐蚀,效率高,而且能对多孔性硅进行均匀地有选择地化学腐蚀。
实施形态例2-2:
图4(a)~(d)是用来说明本实施形态例的工序图,图中示出了各工序中的模式剖面图。
如图4(a)所示,首先利用各种薄膜生长法进行外延生长,形成低载流子密度层42。或者利用计数掺杂方法使高载流子密度的硅衬底41的表面形成低载流子密度层42。或者使质子离子化后,注入到P型硅单晶衬底41的表面,形成N型单晶层42。
然后如图4(b)所示,使用HF溶液,通过阳极氧化法,将P型或高密度N型硅单晶材底41,从内表面变成多孔性硅衬底43。该多孔性硅层与单晶硅的密度2.33g/cm3相比,通过使HF溶液浓度在50~20%之间变化时,能使其密度在1.1~0.6g/cm3范围内变化。如上所述,该多孔性层是在P型硅衬底或高密度N型硅衬底上形成的。
然后如图4(c)所示,作为绝缘性衬底之一种,准备好以玻璃为代表的透光性衬底44后,将多孔性硅衬底上的单晶硅层表面氧化后,在室温下或进行加热,将该氧化表面和透光性衬底44贴合起来(一次贴合),使其达到范德瓦尔斯力相吸引的程度,或达到使贴合界面不会因两衬底的热膨胀系数不同而剥离的程度。这里可使用在单晶硅表面上形成氧化层的衬底等来代替透光性衬底44。由于在该一次贴合后,进行了使其完全结合的二次贴合,因此能保持一次贴合状态时的强度,不致使界面剥离。另外,单晶层表面氧化层45,是为了降低最后的活性层——单晶层42的表面能级而形成的。
此后,在透光性玻璃衬底44的内表面设置防蚀膜46。可堆集Si3N4层作为防蚀膜,将覆盖着相接触的二块衬底的、多孔性硅衬底上的Si3N4全部除去。也可以用阿比松石蜡代替Si3N4,作为另一种防蚀膜。
其次如图4(d)所示,将多孔性硅衬底43全部浸渍在氢氟酸中,进行搅拌,对多孔性硅进行无电解湿式化学腐蚀,在透光性衬底44上留下呈薄膜的单晶硅层42。
最后进行热处理,並进行二次贴合,使硅/SiO2层和透光性衬底44完全结合。
如上所述,因为是薄膜和透光性衬底相贴合的,所以能将薄膜同衬底一致地贴合在一起,并能防止因热膨胀系数的不同而产生的衬底剥离或裂纹。
在图4(e)中,示出了由本实施形态例获得的半导体衬底。能在透光性衬底44上、在晶片的整个范围内大面积地形成其结晶性与硅晶片相同的单晶硅层42,而且该单晶硅层42呈平坦、均匀的薄层。如此获得的半导体衬底,即使从制作绝缘隔离的电子元件的观点看,也能适用。
在实用范围内设定溶液浓度和温度条件,在该范围内,多孔性硅的腐蚀速度及多孔性硅和非多孔性硅的腐蚀选择比在制作工序中无实际妨碍。
以上方法是在形成多孔性之前,先形成外延生长层,然后用阳极氧化法在外延生长层以外的地方,有选择地形成多孔性层。
另外,在上述的实施形态例2-1及2-2中,制作时设置氧化层35、45及防蚀膜36、46,但不设置这些层和膜也能制作,同样能获得本发明的效果。
再者,腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。腐蚀液的浓度及温度条件可在实用上无妨碍的范围内设定。在实施形态例2-1及2-2中,作为一个例子,氢氟酸浓度为49%,温度为室温,但本发明不限定于这些条件。氢氟酸浓度最好为5%~95%,温度为通常使用的温度。
实施形态例3-1:
在实施形态例2-1及实施形态例2-2中,使用氢氟酸作为腐蚀液,可以用氢氟酸和乙醇的混合液代替它进行腐蚀。这时与实施形态例2-1及实施形态例2-2相同,不会腐蚀非多孔性硅,效率高,而且能均匀地、有选择地对多孔性硅进行腐蚀。
下面说明用本实施形态例中使用的氢氟酸和乙醇混合液对多孔性硅进行的选择性腐蚀法。
将多孔性硅和单晶硅浸渍在49%的氢氟酸和乙醇的混合液(10∶1)中,並进行搅拌,图6示出了这时被腐蚀的多孔性硅和单晶硅的厚度与腐蚀时间的依赖关系。
用阳极氧化法将单晶硅制作成多孔性硅,其条件如下。由阳极氧化法形成的多孔性硅的初始材料,不限定于单晶硅,也可以是其它结构的结晶硅。
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·Cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 2.4(小时)
多孔性硅的厚度: 300(μm)
空隙率: 56(%)
将按上述条件制作的多孔性硅在室温下浸渍在49%的氢氟酸和乙醇的混合液(10∶1)(圆圈)中,並进行搅拌。在此过程中测定该多孔性硅的厚度的减少量。多孔性硅迅速地被腐蚀,经过约40分钟,厚度被腐蚀掉85μm,经过80分钟,腐蚀掉195μm,具有很好的表面性能被均匀地腐蚀。腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。
另外,将厚500μm的非多孔性硅在室温下浸渍在49%的氢氟酸和乙醇的混合液(10∶1)(黑点)中,並进行搅拌。在此过程中测定该非多孔性硅的厚度的减小量。经过120分钟后,非多孔性硅的腐蚀量也不足50埃。
特别是由于添加了乙醇,腐蚀反应所生成的气泡,不用搅拌,就能从腐蚀表面上瞬时地除去,效率好,能对多孔性硅进行均匀的腐蚀。
对腐蚀后的多孔性硅和非多孔性硅进行水洗,利用二次离子对其表面进行微量分析,未检测出任何不纯物。
在腐蚀速度在制作工序等中无实际妨碍的范围内及在上述乙醇有效范围内,可设定腐蚀液的浓度及温度。在本实施形态例中,作为一个例子,取49%的氢氟酸和乙醇的混合液(10∶1),並在室温下进行处理,但本发明不限定于这些条件。
对腐蚀液来说,HF酸的浓度以1~95%为好,5~90%更好,若设定在5~80%,则最好。对腐蚀液来说,乙醇浓度以80%以下为好,60%以下时更好,而最好为40%以下,且在上述乙醇的有效范围内设定。温度的设定范围以0~100℃为好,5~80℃更好,5~60℃最好。
本发明中用的醇,除乙醇外,还可用异丙醇等,在制作过程中无实际妨碍,再者还可使用能起到上述醇添加效果的醇。
实施形态例3-2:
可用氢氟酸和过氧化氢水的混合液代替实施形态例2-1及实施形态例2-2中作为腐蚀液使用的氢氟酸,进行腐蚀。这时与实施形态例2-1及实施形态例2-2相同,不会腐蚀非多孔性硅,效率好,且能均匀地对多孔性硅进行有选择地腐蚀。
下面说明用本实施形态例中使用的氢氟酸和过氧化氢水的混合液对多孔性硅进行的选择腐蚀法。
将多孔性硅和单晶硅浸渍在49%的氢氟酸和30%的过氧化氢水的混合液(1∶5)中,並进行搅拌,图7中示出了这时腐蚀的多孔性硅和单晶硅的厚度与腐蚀时间的依赖关系。
用阳极氧化法将单晶硅作成多孔性硅,其条件如下。用阳极氧化法形成的多孔性硅的初始材料,不限定于单晶硅,其它结构的结晶硅也可以。
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 2.4(小时)
多孔性硅的厚度: 300(nm)
空隙率: 56(%)
将按上述条件制成的多孔性硅在室温下浸渍在49%的氢氟酸和30%的过氧化氢水的混合液(1∶5)(圆圈)中,並进行搅拌。在此过程中测定该多孔性硅厚度的减少量。多孔性硅被迅速腐蚀,经过40分钟,层厚减少112um,经过80分钟减少256um,具有好的表面性,能均匀地被腐蚀。腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。
另外,将厚500um的非多孔性硅在室温下浸渍在49%的氢氟酸和30%的过氧化氢水的混合液(1∶5)(黑点)中,並进行搅拌。在此过程中测定该非多孔性硅的厚度减少量。经过120分钟后,非多孔性硅被腐蚀不足50埃。
特别是由于添加了过氧化氢水,使硅的氧化速度加快,与无添加时相比,反应速度也能加快。再者,通过改变过氧化氢水的比率,可控制其反应速度。
对腐蚀后的多孔性硅和非多孔性硅进行水洗,利用二次离子对其表面进行微量分析,未检出任何不纯物。
过氧化氢水的溶液浓度,这里取为30%,但在不破坏下述的过氧化氢水的添加效果的情况下,可以对制作过程中无实际妨碍的浓度进行设定。
再者,腐蚀速度与氢氟酸,过氧化氢水的溶液浓度及温度有关。由于添加了过氧化氢水,加快了硅的氧化速度,与无添加时相比,反应速度也能加快,再者,通过改变过氧化氢水的比率,能控制其反应速度。
腐蚀液浓度及温度条件可在氢氟酸及上述过氧化氢水的有效范围内及腐蚀速度在制作过程等中无实际妨碍的范围内进行设定。在本实施形态例中,作为一个例子,使用的是49%的氢氟酸和过氧化氢水的混合液(1∶5),温度为室温。但本发明不限定在这一条件。
对于腐蚀液来说,HF浓度以1~95%为好,5~90%更好,而设定在5~80%最好。对于腐蚀液来说,H2O2浓度以1~95%为好,5~90%更好,10~80%时最好。而且可在上述过氧化氢水的有效范围内设定。温度设定范围以0~100℃为好,5~80℃更好,5~60℃最好。
实施形态例3-3:
可用氢氟酸、乙醇及过氧化氢的混合液代替实施形态例2-1及实施形态例2-2中作为腐蚀液使用的氢氟酸进行腐蚀。这时与实施形态例2-1及实施形态例2-2一样,不会对非多孔性硅进行腐蚀,效率好。且能对多孔性硅进行均匀地有选择地腐蚀。
以下说明用本实施形态例中使用的氢氟酸、乙醇和过氧化氢水的混合液对多孔性硅进行选择性腐蚀的方法。
将多孔性硅和单晶硅浸渍在49%的氢氟酸中,並进行搅拌。图8示出了这时被腐蚀的多孔性硅和单晶硅的厚度与腐蚀时间的依赖关系。
用阳极氧化法将单晶硅制成多孔性硅,其条件如下。用阳极氧化法形成的多孔性硅的初始材料,不限定于单晶硅,也可用其它结构的结晶硅。
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间 2.4(小时)
多孔性硅的厚度: 300(nm)
空隙率: 56(%)
将按上述条件制成的多孔性硅在室温下浸渍在49%的氢氟酸、乙醇及30%的过氧化氢水的混合液(10∶6∶50)(圆圈)中,並进行搅拌。在此过程中,测定该多孔性硅的厚度的减少量。多孔性硅被迅速腐蚀,经过40分钟,被腐蚀约107μm,经过80分钟,腐蚀244μm,具有良好的表面性,能均匀地被腐蚀。腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。
另外,将厚500μm的非多孔性硅在室温下浸渍在49%的氢氟酸、乙醇及30%的过氧化氢水的混合液(10∶6∶50)(黑点)中,並进行搅拌。在此过程中测定该非多孔性硅的厚度的减少量。非多孔性硅经过120分钟后被腐蚀不足50埃。
对腐蚀后的多孔性硅及非多孔性硅进行水洗,利用二次离子对其表面进行微量分析,未检测出任何不纯物。
过氧化氢水溶液浓度这里为30%,但在不破坏下述氧化氢水的添加效果的情况下,可以设定在制作过程中无实际妨碍的浓度。
再者,腐蚀速度与氢氟酸、过氧化氢水溶液浓度及温度有关。由于添加了过氧化氢水,加快了硅的氧化速度。与无添加时相比,也能加快反应速度。再者,通过改变过氧化氢水的比率,能控制其反应速度。另外,由于添加乙醇,腐蚀反应所产生的气泡在无搅拌的情况下能立刻从腐蚀表面上除去,能对多孔性硅进行均匀地、效果好的腐蚀。
腐蚀溶液浓度及温度条件能在氢氟酸、上述过氧化氢水及上述乙醇的有效范围内及腐蚀速度在制作过程等中无实际妨碍的范围内进行设定。在本实施形态例中,作为一个例子。使用49%的氢氟酸、乙醇及过氧化氢水混合液(10∶6∶50),温度为室温,但本发明不限定于这一条件。
对于腐蚀液来说,HF浓度的设定范围以1~95%为好,5~90%更好,5~80%最好。对于腐蚀液来说,H2O2浓度的设定范围以1~95%为好,5~90%更好,10~80%最好。且可在上述过氧化氢水有效范围内设定。乙醇浓度对于腐蚀液来说,以80%以下为好,60%以下更好,40%以下最好。且可在上述乙醇有效范围内设定。温度设定范围以0~100℃为好,5~80℃更好,5~60℃最好。
陈本发明中使用的乙醇外,用异丙醇等,在制作过程中无实际妨碍,再者可以使用能产生上述醇添加效果的醇。
实施形态例3-4:
可以用缓冲氢氟酸代替实施形态例2-1及实施形态例2-2中作为腐蚀液使用的氢氟酸进行腐蚀。这时与实施形态例2-1及实施形态例2-2一样,不会腐蚀非多孔性硅,效果好,且能对多孔性硅进行均匀地选择性的腐蚀。
以下说明用本实施形态例中使用的缓冲氢氟酸对多孔性硅进行选择性腐蚀的方法。
将多孔性硅和单晶硅浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%的氢氟酸和36%的氟化铵的混合水溶液)中,並进行搅拌。图9示出了这时被腐蚀的多孔性硅和单晶硅的厚度与腐蚀时间的依赖关系。
利用阳极氧化法将单晶硅制成多孔性硅。其条件如下。用阳极氧化法形成的多孔性硅的初始材料,不限定于单晶硅,也可用其它结构的结晶硅。
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 2.4(小时)
多孔性硅的厚度: 300(nm)
空隙率: 56(%)
将按上述条件制作的多孔性硅在室温下浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)(圆圈)中,並进行搅拌。在此过程中,测定该多孔性硅的厚度减少量。多孔性硅迅速被腐蚀,经过40分钟后约腐蚀70μm,经过120分钟腐蚀118μm,具有良好的表面性,能均匀被腐蚀。腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。
另外,将厚500μm的非多孔性硅在室温下浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)(黑点)中,並进行搅拌。在此过程中,测定该多孔性硅的厚度减少量。非多孔性硅经过120分钟后被腐蚀不足50埃。
对腐蚀后的多孔性硅和非多孔性硅进行水洗,利用二次离子对其表面进行微量分析,未测出任何不纯物。
作为缓冲氢氟酸,使用的是36%的氟化铵(NH4F)及4.5%的氟化氢(HF)的水溶液。
另外,腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。溶液浓度及温度条件可在实用上无妨碍的范围内设定。在本申请书中,作为一个例子,使用36%的氟化铵(NH4F)和4.5%的氟化氢(HF)的水溶液的缓冲氢氟酸,温度为室温。但本发明不限定于该溶液浓度及温度条件。
对于腐蚀液来说,缓冲氢氟酸中的HF浓度设定范围以1~95%为好,1~85%更好,1~70%最好。对于腐蚀液来说,缓冲氢氟酸中的NH4F浓度的设定范围以1~95%为好,5~90%更好,5~80%最好。温度的设定范围以0~100℃为好,5~80℃更好,5~60℃最好。
实施形态例3-5:
可用缓冲氢氟酸和乙醇混合液代替实施形态例2-1及实施形态例2-2中作为腐蚀液使用的氢氟酸进行腐蚀。这时与实施形态例2-1及实施形态例2-2一样,不会腐蚀非多孔性硅,效率好,能对多孔性硅进行均匀地选择性地腐蚀。
以下说明用本实施形态例中使用的缓冲氢氟酸和乙醇的混合液对多孔性硅进行选择性的腐蚀的方法。
将多孔性硅和单晶硅浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和乙醇的混合液(10∶1)中,並进行搅拌。图10示出了这时被腐蚀的多孔性硅和单晶硅的厚度与腐蚀时间的依赖关系。
用阳极氧化法将单晶硅制作成多孔性硅,其条件如下。用阳极氧化法形成的多孔性硅的初始材料,不限于单晶硅,也可用其它结构的结晶硅。
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 2.4(小时)
多孔性硅的厚度: 300(um)
空隙率: 56(%)
将按上述条件制作的多孔性硅在室温下浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和乙醇的混合液(10∶1)(圆圈)中,並进行搅拌。在此过程中测定该多孔性硅的厚度减少量。多孔性硅被迅速腐蚀,40分钟被腐蚀83μm,120分钟被腐蚀140μm,具有良好的表面性,能被均匀地腐蚀。腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。
另外,将厚度为500um的非多孔性硅在室温下浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和乙醇的混合液(10∶1)(黑点)中。在此过程中测定该非多孔性硅的厚度减少量。非多孔性硅经过120分钟后被腐蚀不足50埃。
对腐蚀后的多孔性硅和非多孔性硅进行水洗,利用二次离子对其表面进行微量分析,未检测出任何不纯物。
再者,腐蚀速度与缓冲氢氟酸溶液浓度及温度有关。由于添加乙醇,腐蚀反应产生的气泡,在无搅拌的情况下,能立刻从腐蚀表面除去,能对多孔性硅进行均匀且效率好的腐蚀。
腐蚀溶液浓度及温度能在腐蚀速度在制作过程中无实际妨碍的范围内及在上述乙醇的有效范围内进行设定。在本实施形态例中,作为一个例子,使用缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和乙醇的混合液(10∶1),温度为室温。但本发明不限定于这一条件。
对于腐蚀液来说,缓冲氢氟酸中的HF浓度的设定范围以1~95%为好,1~85%更好,1~70%最好。
另外,对于腐蚀液来说,缓冲氢氟酸中的氟化铵(NH4F)浓度的设定范围以1~95%为好。5~90%更好,5~80%最好。
对于腐蚀液来说,乙醇浓度的设定范围以80%以下为好,60%以下更好,40%以下最好。且可在上述乙醇的有效范围内设定。
温度的设定范围以0~100℃为好,5~80℃更好,5~60℃最好。
除本发明中使用的乙醇外,还可使用异丙醇等,对制作过程实际上无妨碍,再者,还可使用能产生上述醇添加效果的醇。
实施形态例3-6:
可用缓冲氢氟酸和过氧化氢水的混合液代替实施形态例2-1及实施形态例2-2中作为腐蚀液使用的氢氟酸进行腐蚀。这能与实施形态例2-1及实施形态例2-2一样,不会腐蚀非多孔性硅,效率好,而且能对多孔性硅进行均匀地选择性的腐蚀。
以下说明用本实施形态例中使用的缓冲氢氟酸和过氧化氢水的混合液对多孔性硅进行选择性腐蚀的方法。
将多孔性硅和单晶硅浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和30%过氧化氢水的混合液(1∶5)中,並进行搅拌。图11示出了这时被腐蚀的多孔性硅和单晶硅的厚度减少量与腐蚀时间的依赖关系。
利用阳极氧化法将单晶硅制成多孔性硅,其条件如下。用阳极氧化法形成的多孔性硅的初始材料,不限于单晶硅,也可用其它结构的结晶硅。
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 2.4(小时)
多孔性硅厚度: 300(um)
空隙率: 56(%)
将按上述条件制成的多孔性硅在室温下浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和30%过氧化水的混合液(1∶5)(圆圈)中,並进行搅拌。在此过程中,测定该多孔性硅的厚度减少量。多孔性硅被迅速腐蚀,约40分钟腐蚀88μm,120分钟腐蚀147μm,具有良好的表面性,能均匀地腐蚀。腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。
另外,将厚500μm的非多孔性硅在室温下浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和30%过氧化氢水的混合液(1∶5)(黑点)中,並进行搅拌。在此过程中,测定该非多孔性硅的厚度减少量。非多孔性硅经过120分钟后被腐蚀不足50埃。
对腐蚀后的多孔性硅和非多孔性硅进行水洗,利用二次离子对其表面进行微量分析,未检测出任何不纯物。
这里使用的过氧化氢水溶液浓度为30%,但不影响下述过氧化氢水的添加效果和对制造过程无实际妨碍时,浓度可以设定。
再者,腐蚀速度与缓冲氢氟酸,过氧化氢水溶液浓度及温度有关。由于添加过氧化氢水,加快了硅的氧化。与无添加时相比,也能加快反应速度。另外,通过改变过氧氢水的比率,能控制其反应速度。
腐蚀溶液浓度及温度条件可在缓冲氢氟酸及上述氧化氢水的有效范围及腐蚀速度对制作过程无实际妨碍的范围内进行设定。在本申请书中,作为一个例子,使用缓冲氢氟酸和过氧化氢水的混合液(1∶5),温度为室温,但本发明不限于这一条件。
对于腐蚀液说,缓冲氢氟酸中的HF浓度的设定范围以1~95%为好,1~85%更好,1~70%最好。
对于腐蚀液来说,H2O2浓度的设定范围以1~95%为好,5~90%更好,10~80%最好,而且可在上述氧化氢水的有效范围内设定。
温度的设定范围以0~100℃为好,5~80℃更好,5~60℃最好。
实施形态例3-7:
可用缓冲氢氟酸、乙醇及过氧化氢水的混合液代替实施形态例2-1及实施形态例2-2中作为腐蚀液使用的氢氟酸进行腐蚀。这时与实施形态例2-1及实施形态例2-2一样,不会腐蚀非多孔性硅,效率好,而且能对多孔性硅进行均匀地选择性腐蚀。
以下说明用本实施形态例中使用的缓冲氢氟酸、乙醇及过氧化氢水的混合液对多孔性硅进行选择性腐蚀的方法。
将多孔性硅和单晶硅浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和乙醇及30%过氧化氢水的混合液(10∶6∶50)中,並进行搅拌。图12示出了这时被腐蚀的多孔性硅和单晶硅的厚度与腐蚀时间的依赖关系。
用阳极氧化法将单晶硅制成多孔性硅,其条件如下。用阳极氧化法形成的多孔性硅的初始材料不限于单晶硅,也可用其它结构的结晶硅。
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 2.4(小时)
多孔性硅的厚度: 300(um)
空隙率: 56(%)
将按上述条件制成的多孔性硅在室温下浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和乙醇及30%过氧化氢水的混合液(10∶6∶50)(圆圈)中,並进行搅拌。在此过程中,测定该多孔性硅的厚度减少量。多孔性硅被迅速腐蚀。经过约40分钟腐蚀掉83μm,经过120分钟腐蚀140μm,具有良好的表面性,能被均匀腐蚀。腐蚀速度与溶液浓度及温度有关。
另外,将厚500μm的非多孔性硅在室温下浸渍在缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和乙醇及30%过氧化氢水的混合液(10∶6∶50)(黑点)中,並进行搅拌。在此过程中,测定该非多孔性硅的厚度减少量。非多孔性硅经过120分钟后被腐蚀不足50埃。
对腐蚀后的多孔性硅和非多孔性硅进行水洗,利用二次离子对其表面进行微量分析,未检测出任何不纯物。
再者,腐蚀速度与氢氟酸、过氧化氢水溶液浓度及温度有关。由于添加过氧化氢水,使硅氧化速度加快。与无添加时相比,反应速度也能加快。再者,通过改变过氧化氢水的比率,可以控制其反应速度。
另外,由于添加乙醇,腐蚀反应产生的气泡在无搅拌的情况下能立刻从腐蚀表面除去,能对多孔性硅进行均匀地、效率好的腐蚀。
腐蚀溶液浓度及温度条件可以在缓冲氢氟酸及上述过氧化氢水及上述乙醇的有效范围内及腐蚀速度对制作过程无实际障碍的范围内进行设定。在本实施形态例中,作为一个例子,使用缓冲氢氟酸、乙醇和过氧化氢水的混合液(10∶6∶50),温度为室温。但本发明不限于这一条件。
对于腐蚀液来说,缓冲氢氟酸中的HF浓度的设定范围以1~95%为好,5~90%更好,5~80%最好。对于腐蚀液来说,H2O2浓度的设定范围以1~95%为好。5~90%更好,10~80%最好。而且可在上述过氧化氢水的有效范围内设定。
对于腐蚀液来说,乙醇浓度的设定范围以80%以下为好,60%以下更好,40%以下最好。而且可在上述乙醇的有效范围内设定。
温度的设定范围以0~100℃为好,5~80℃更好,5~60℃最好。
除了本发明中使用的乙醇外,使用异丙醇等对制造过程等无实际障碍,再者,可以使用能产生上述醇添加效果的醇。
下面就具体的实施例详细地说明本发明,但本发明不限于这些实施例。
实施例1:
按照图1中的工序说明本实施例。
首先将厚为200μm、比电阻为0.01Ω·cm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/cm2。这时形成多孔性的速度为8.4um/min。厚200um的(100)Si衬底在24分钟内全部形成多孔性的(图1(a))。
然后,在该(100)多孔性硅衬底上,采用MBE(晶体沿分子线生长:Molecular Beam EPitaxy)法,使0.063Ω·cm的硅外延生长层13在低温下生长0.5μm。堆集条件如下(图1(b))。
温度: 700℃
压力: 1×10-9Torr
生长速度: 0.1nm/S
然后将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底14重叠接触在该外延生长层的表面上(图1(c))。
氟硝酸醋酸溶液(49%氢氟酸∶70%硝酸∶99.5%醋酸=1∶3∶8)对比电阻为0.01Ω·cm的硅单晶的腐蚀速度为每分钟约1μm弱的程度,但该腐蚀液对0.063Ω·cm的硅单晶13几乎不腐蚀。如上所述,多孔性层的腐蚀速度约比它快百倍。即200μm厚的形成多孔性的硅衬底在2分钟内便被除去。在熔融石英玻璃衬底14上形成了厚0.5μm的单晶硅层13。外延生长层13没有任何变化。这时熔融石英玻璃衬底14的内表面被腐蚀0.1μm,但该表面与原来的光学研磨面无任何差别(图1(a))。
然后在氧气中以800℃加热0.5小时,于是SOI薄膜层13和熔融石英玻璃衬底14便牢固地结合在一起了(图1(e))。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,能维持良好的结晶性。
实施例2:
首先将厚为200μm、比电阻为0.01Ω·cm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/cm2。这时多孔性形成速度为8.4μm/min,厚为200μm的(100)硅衬底在24分钟内全部形成多孔性的(图1(a))。
然后用MBE(晶体分子线生长:Mo-lecular BeamEPitaxy)法,在该(100)多孔性硅衬底上,使0.063Ω·cm的硅外延生长层13在低温下生长0.5um。堆集条件如下(图1(b))。
温度: 700℃
压力: 1×10-9Torr
生长速度:0.1nm/Sec
然后,使该外延生长层的表面氧化后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底14重叠接触在该氧化膜表面上(图1(c))。
氟硝酸醋酸溶液(49%氢氟酸∶70%硝酸∶99.5%醋酸=1∶3∶8)对比电阻为0.01Ω·cm的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟1μm弱的程度,但0.063Ω·cm的硅单晶13几乎不被该腐蚀液所腐蚀。如上所述,多孔性层的腐蚀速度约比它快百倍。即厚200μm的多孔性硅衬底在2分钟内被除去。在熔融石英玻璃衬底14上形成了厚0.5μm的单晶硅层13。外延长层13没有任何变化。这时,熔融石英玻璃衬底14内表面被腐蚀0.1μm,但其表面与原来的光学研磨面没有任何差别(图1(d))。
然后在氧中以800℃加热0.5小时,SOI薄膜层13和熔融石英玻璃衬底14便被牢固地结合在一起了(图1(e))。
用透射电子显微镜观察,结果确认与实施例1相同,硅层中未导入新的结晶缺陷,能维持良好的结晶性。
实施例3:
按照图1中的工序实施本实施例。
首先将厚为200μm的P型或高密度N型(100)单晶硅衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/cm2。这时的多孔性形成速度为8.4μm/min。厚200μm的(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的(图1(a))。
然后用等离子体CVD法,在该(100)多孔性硅衬底上,使硅外延生长层在低温下生长0.5um。堆集条件如下(图1(b))。
气体: SiH4
高频电力: 100W
温度: 800℃
压力: 1×10-2Torr
生长速度: 2.5nm/Sec
然后,使该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的软化点在500℃左右的玻璃衬底重叠接触在上述氧化膜表面上(图1(c))。通常KOH的6M溶液硅单晶的腐蚀速度约为每分钟1μm弱的程度,但如上所述,多孔性层的腐蚀速度约比它快百倍。即厚200um的多孔性硅衬底在2分钟内被除去。在软化点低的玻璃衬底上形成了厚0.5μm的单晶硅层。在外延生长层上没有任何变化(图1(d))。
然后,在氧中以450℃加热0.5小时,SOI薄膜层与软化点低的玻璃衬底便被牢固地结合起来了(图1(e))。
用透射电子显微镜观察,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,能维持良好的结晶性。
实施例4:
首先将厚为200um的P型或高密度N型单晶硅衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/cm2。这时多孔性形成速度为8.4μm/min,厚为200μm的(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的(图1(a))。
然后,采用偏压浅射法,在该(100)多孔性硅衬底上,使硅外延生长层在低温下生长1μm。堆集条件如下(图1(b))。
RF频率: 100MHz
高频电压: 600W
温度: 300℃
Ar气压力: 8×10-3Torr
生长时间: 60min
对阴极电流偏压: -200V
衬底直流偏压: +5V
然后,使该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的软化点在500℃左右的玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(图1(c))。
NaOH的7M溶液对一般的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟1μm。但如上所述,多孔性层的腐蚀速度几乎比它快百倍。即厚200um的多孔性硅衬底在2分钟内便被除去,在软化点低的玻璃衬底上形成1μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化(图1(d))。
然后,在氧中以450℃加热0.5小时,SOI薄膜层与软化点低的玻璃衬底便牢固地结合在一起了(图1(e))。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,能维持良好的结晶性。
实施例5:
按照图1中的工序实施本实施例。
将厚200μm的、比电阻为0.01Ω·cm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/cm2。另外,这时多孔性形成速度为8.4μm/min,200μm厚的(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的。
利用液相生长法在该(100)多孔性硅衬底上,使0.063Ω·cm的硅外延生长层在低温下生长0.5μm。堆集条件如下。
溶媒: Sn
生长温度:900℃
生长气氛:H2
生长时间:10min
然后使该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的软化点在800℃左右的玻璃衬底重合接触在该氧化膜表面上。
氟硝酸醋酸(49%氢氟酸∶70%硝酸∶99.5%醋酸=1∶3∶8)对比电阻为0.01Ω·cm的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟1μm弱些,但0.063Ω·cm的硅单晶在该腐蚀液中几乎不被腐蚀。如上所述,多孔性层的腐蚀速度约为它的百倍。即200μm厚的多孔性硅衬底在2分钟内被除去。在玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层没有任何变化。这时熔融石英玻璃衬底内表面被腐蚀0.1μm,但其表面与原来光学研磨面没有任何差别。
此后,在氧气氛中以750℃加热0.5小时,SOI薄膜层与玻璃衬底便牢固地结合在一起了。
用透射电子显微镜观察断面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,能维持良好的结晶性。
实施例6:
按照图1中的工序实施本实施例。
将厚200μm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在50%HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/cm2。另外,这时多孔性形成速度为8.4μm/min.200μm厚的(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的了。
用减压CVD法在该(100)多孔性硅衬底上,使硅外延生长层在低温下生长0.5μm。堆集条件如下。
源气: SiH4
载流子气:H2
温度: 850℃
压力: 1×10-2Torr
生长速度:3.3nm/Sec
然后便该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上。
氟硝酸溶液(40%氢氟酸∶65%硝酸∶水=6∶100∶40)对通常的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟0.5μm弱。另外,如上所述,多孔性层的腐蚀通度要比它快百倍。即200μm厚的多孔性硅衬底在4分钟内被除去。在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层没有任何变化。这时熔融石英玻璃衬底内表面几乎未被腐蚀,其表面与原来的光学研磨面没有任何差别。
将SiH2Cl2作为源气使用时,生长温度需要上升数十度,维持了多孔性衬底所特有的快速腐蚀特性。
此后,在氮气中以800℃加热0.5小时,SOI薄膜层和熔融石英玻璃衬底便牢固地结合在一起了。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持了良好的结晶性。
实施例7:
按照图2中的工序实施本实施例。
首先用CVD法在厚200um的、比电阻为0.01Ω·cm的P型或N型(100)单晶硅衬底上使硅外延生长层生长1μm。堆集条件如下(图2(a))。
反应气体流量:SiH2Cl2 1000SCCM
H2 2301/min
PH3(50ppm) 72SCCM
温度: 1080℃
压力: 80Torr
时间: 2min
将该衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流强度为l00mA/cm2。另外,这时的多孔性形成速度为8.4μm/min,200μm厚的(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的。如上所述,在该阳极氧化过程中,仅使(100)硅衬底变成多孔性的,硅外延生长层无任何变化(图2(b))。
然后将经过光学研磨过的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该外延生长层的表面上(图2(c))。
氟硝酸醋酸溶液(49%氢氟酸∶70%硝酸∶99.5%醋酸=1∶3∶8)对比电阻为0.01Ω·cm的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟1μm弱,但0.063Ω·cm的硅单晶在该腐蚀液中几乎不被腐蚀。如上所述,多孔性层的腐蚀速度比它快百倍。即200μm厚的多孔性的硅衬底在2分钟内被除去。外延生长层没有任何变化。这时熔融石英玻璃衬底内表面被腐蚀0.1μm,但它的表面与原来的光学研磨面没有任何差别(图2(d))。
然后,在氧气氛中以800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合在一起(图2(e))。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例8:
首先用CVD法在厚200μm的、比电阻为0.01Ω·cm的P型或N型(100)单晶硅衬底上,使硅外延生长层生长1μm。堆积条件如下(图2(a))。
反应气流量:SiH2Cl2 1000 SCCM
H2 230 1/min
PH3(50ppm) 72 SCCM
温度: 1080℃
压力: 80Torr
时间: 2 min
将该衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/Cm2。这时的多孔性形成速度为8.4μm/min,200μm厚的(100硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的。如上所述,在该阳极氧化过程中,仅(100)Si衬底被变成多孔性的,而硅外延生长层没有变化(图2(b))。
然后,使该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(图2(c))。
氟硝酸醋酸溶液(49%氢氟酸∶70%硝酸∶99.5%醋酸=1∶3∶8)对比电阻为0.01Ω·cm的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟1μm弱,而0.063Ω·cm的硅单晶在该腐蚀液中几乎不被腐蚀。如上所述,多孔性层的腐蚀速度比它快百倍。即200μm厚的多孔性硅衬底在2分钟内被除去,在熔融石英玻璃衬底上形成1μm厚的单晶硅层,外延生长层没有任何变化。这时,熔融石英玻璃衬底内表面被腐蚀0.1μm,但它的表面与原来的光学研磨面没有任何差别(图2(d))。
然后,在氧气氛中以800℃加热0.5小时,SOI薄膜层和熔融石英玻璃衬底便被牢固地结合在一起(图2(e))。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例9:
同样按照图2中的工序实施本实施例。
用CVD法在厚为200μm的P型或高密度N型(100)单晶硅衬底上,使硅外延生长层生长0.5μm。堆积条件如下。
反应气流量:SiH2Cl2 1000 SCCM
H2 230 1/min
PH3(50ppm) 72 SCCM
温度: 1080℃
压力: 80 Torr
时间: 1 min
将该衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/cm2。这时的多孔性形成速度为8.4m/min,200μm厚的(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的。如上所述,在该阳极氧化过程中,只有(100)Si衬底成为多孔性的,而硅外延生长层没有变化。
然后,将该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上。
氟硝酸溶液(40%氢氟酸∶65%硝酸∶水=6∶100∶40)对通常的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟0.5μm弱。如上所述,多孔性层的腐蚀速度比它快百倍。即200μm厚的多孔性硅衬底在4分钟内被除去,在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层没有任何变化。这时,熔融石英玻璃衬底内表面几乎未被腐蚀,它的表面与原来的光学研磨面没有任何差别。
然后在氮气氛中以800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底便牢固地结合在一起。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例10:
按照图2中的工序实施本实施例。
用MBE法在厚为200μm的P型或高密度N型(100)单晶硅衬底上,使硅外延生长层生长0.5μm。堆积条件如下。
温度: 700℃
压力: 1×10-9Torr
生长速度: 0.1nm/Sec
将该衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/Cm2。这时的多孔性形成速度为8.4μm/min,200μm厚的(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的。如上所述,在该阳极氧化过程中,只有(100)硅衬底变成了多孔性的,而硅外延生长层无变化。
然后,使该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的、软化点在800℃左右的玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上。
氟硝酸溶液(40%氢氟酸∶65%硝酸∶水=6∶100∶40)对通常的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟0.5μm弱。如上所述,多孔性层的腐蚀速度比它快百倍。即200μm厚的多孔性硅衬底在4分钟内被除去,在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层没有任何变化。这时,玻璃衬底内表面几乎未被腐蚀,它的表面与原来的光学研磨面没有任何差别。
然后,在氧气氛中以750℃加热0.5小时,SOI薄膜层与玻璃衬底便牢固地结合在一起了。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例11:
按照图2中的工序实施本实施例。
往厚为200μm的、比电阻为0.01Ω·Cm的P型(100)单晶硅衬底表面注入质子离子,形成N型硅层。H+的注入量为5×1015(个/Cm2)。将该衬底置于50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/Cm2。这时的多孔性形成速度为8.4μm/min,200μm厚的P型(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的。如上所述,在该阳极氧化过程中,只有P型(100)硅衬底变成多孔性的,而N型硅层无变化。
然后,使该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上。
氟硝酸醋酸溶液(49%氢氟酸∶70%硝酸∶99.5%醋酸=1∶3∶8)对比电阻为0.01Ω·Cm的硅单晶的腐蚀速度约为每分钟1μm弱,而0.063Ω·Cm的硅单晶在该腐蚀液中几乎未被腐蚀。如上所述,多孔性层的腐蚀速度比它快百倍。即200μm厚的多孔性硅衬底在2分钟内被除去,在熔融石英玻璃衬底上形成1μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。这时,熔融石英玻璃衬底内表面被腐蚀0.1μm,但它的表面与原来的光学研磨面无任何差别。
然后在氧气氛中以800℃加热0.5小时,于是SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底便牢固地结合在一起。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例12:
按照图2中的工序实施本实施例。
往厚为200μm的、比电阻为0.01Ω·Cm的P型(100)单晶硅衬底表面注入P+(磷离子),形成1μm厚的、比电阻为0.063Ω·Cm的高电阻硅层。P+的注入量为5×1015(个/Cm2)。将该衬底浸在50%的HF溶液中进行阳极氧化。这时的电流密度为100mA/Cm2。这时的多孔性形成速度为8.4μm/min,200μm厚的低电阻P型(100)硅衬底在24分钟内全部变成多孔性的。如上所述,在该阳极氧化过程中,只有低电阻P型(100)硅衬底变成多孔性的,而高电阻硅层无变化。
然后,使该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上。
氟硝酸醋酸溶液(49%氢氟酸∶70硝酸∶99.5%醋酸=1∶3∶8)对比电阻为0.01Ω·Cm的硅单晶的腐蚀速度为约每分钟1μm弱,而0.063Ω·Cm的硅单晶在该腐蚀液中几乎未被腐蚀。如上所述,多孔性层的腐蚀速度比它快百倍。即200μm厚的多孔性硅衬底在2分钟内被除去,在熔融石英玻璃衬底上形成1μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。这时熔融石英玻璃衬底内表面被腐蚀0.1μm,但它的表面与原来的光学研磨面无任何差别。
此后,在氧气氛中用800℃加热0.5小时,于是SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底便牢固地结合起来。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例13:
首先用HF溶液对厚度为200μm的、比电阻为0.01Ω·Cm的P型或N型(100)单晶硅衬底进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件如下:
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·Cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶O2H5OH=1∶1∶1
时间: 1.6(小时)
多孔性硅的厚度: 200(μm)
空隙率: 56(%)
然后,用MBE(晶体沿分子线生长:Molecular BeamEpitaxy)法,在该(100)多孔性硅衬底上,使0.063Ω·Cm的硅外延生长产(非多孔性硅单晶层)在低温下生长0.5μm。堆积条件如下。
温度: 700℃
压力: 1×10-9Torr
生长速度: 0.1nm/Sec
然后,使该外延生长层的表面氧化1000后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性好的Si3N4只涂敷在熔融石英玻璃衬底上。
然后,将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中,一边搅拌,一边进行选择性腐蚀。经过78分钟后,只有非多孔性硅单晶层未被腐蚀而留下,将非多孔性单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀后被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极慢,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数+)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后,在氧气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底便牢固地结合在一起了(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
可用阿比松石蜡代替Si3N4被覆膜。
实施例14:
首先用HF溶液对厚为200μm的P型或高密度N型(100)单晶硅衬底进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
然后,采用等离子体CVD法,在该(100)多孔性硅衬底上,使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)在低温下生长0.5μm。堆积条件如下。
气体: SiH4
高频电力: 100W
温度: 800℃
压力: 1×10-2Torr
生长速度: 2.5nm/Sec
然后,使该外延生长层表面氧化1000后,将经过光学研磨的、软化点在500℃左右的玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在玻璃衬底上。
然后,将该贴合好的衬底浸在49%的氢氟酸中,一边搅拌,一边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有非多孔性单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀而被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在软化点低的玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长无任何变化。
然后,在氧气氛中用450℃加热0.5小时,SOI薄膜层与软化点低的玻璃衬底便牢固地结合起来(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例15:
首先将厚200μm的P型或高密度N型(100)单晶硅衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
然后,采用偏压溅射法,在该(100)多孔性硅衬底上使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)在低温下生长1μm。堆积条件如下。
RF频率: 100MH2
高频电力: 600W
温度: 300℃
Ar气压力: 8×10-3Torr
生长时间: 60min
对阴极直流偏压: -200V
衬底直流偏压: +5V
然后,使该外延生长层表面氧化1000后,将经过光学研磨的软化点在500℃左右的玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在玻璃衬底上。
然后将该贴合好的衬底浸在49%的氢氟酸中边搅拌,边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有非多孔性单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚的减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在软化点低的玻璃衬底上形成1μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后,在氧气氛中用450℃加热0.5小时,SOI薄膜层与软化点低的玻璃衬底被牢固地结合在一起(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例16:
首先将厚为200μm的、比电阻为0.01Ω·Cm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
然后采用液相生长法,在该(100)多孔性硅衬底上,使0.063Ω·Cm的硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)在低温下生长0.5μm。堆积条件如下。
溶媒: Sn
生长温度: 900℃
生长气氛: H2
生长时间: 10min
然后,使该外延生长层表面氧化1000后,将经过光学研磨的、软化点在800℃左右的玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在玻璃衬底上。
然后,将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中边搅拌,边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有非多孔性单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀而被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后在氧气氛中用750℃加热0.5小时,SOI薄膜层和玻璃衬层被牢固地结合在一起(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例17:
首先将厚为200μm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
然后,采用减压CVD法,在该(100)多孔性硅衬底上使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)在低温下生长0.5μm。堆积条件如下。
源气: SiH4
载流子气: H2
温度: 850℃
压力: 1×10-2Torr
生长速度: 3.3nm/Sec
然后,使该外延生长层表面氧化1000后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在熔融石英玻璃衬底上。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中边搅拌,边进行选择性腐蚀,78分钟后,只有单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
用SiH2Cl2作源气时,需将生长温度提高数10度,但保持了多孔性衬底特有的快速腐蚀特性。
然后,在氮气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合起来(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例18:
在厚为200μm、比电阻为0.01Ω·Cm的P型或N型(100)单晶硅衬底上,用CVD法使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)生长1μm。堆积条件如下。
反应气流量:SiH2Cl2 1000 SCCM
H2 230 1/min
PH3(50PPm) 72 SCCM
温度: 1080 ℃
压力: 80 Torr
时间: 2 min
将该衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
如上所述,在该阳极氧化过程中,只是(100)硅衬底变成多孔性的,硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)无变化。
然后,将该外延生长层表面氧化1000后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在熔融石英玻璃衬底上。
然后,将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中边搅拌、边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去,在熔融石英玻璃衬底上形成1μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后在氧气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合在一起了(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例19:
在厚200μm的P型或高密度N型(100)单晶硅衬底上,用CVD法使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)生长0.5μm。堆积条件如下。
反应气流量:SiH2Cl2 1000 SCCM
H2 230 l/min
PH3(50ppm) 72 SCCM
温度: 1080 ℃
压力: 80 Torr
时同: 1 min
然后将该衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
如上所述,在该阳极氧化过程中,只有(100)硅衬底变成多孔性的,硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)无变化。
然后,使该外延生长层表面氧化1000后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在熔融石英玻璃衬底上。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中边搅拌、边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有非多孔性单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽既的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后,在氮气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合在一起(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例20:
在厚为200μm的P型或高密度N型(100)单晶硅衬底上,用MBE法使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)生长0.5μm。堆积条件如下:
温度: 700℃
压力: 1×10-9Torr
生长速度: 0.1nm/Sec
将该衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化形成多孔。
阳极氧化条件与实施例13相同。
如上所述,在该阳极氧化过程中,只有(100)硅衬底变成多孔性的,硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)无变化。
然后使该外延生长层表面氧化后,将经过光学研磨的、软化点在800左右的玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在玻璃衬底上。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中,边搅拌边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上。非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后在氧气氛中用750℃加热0.5小时,SOI薄膜层与玻璃衬底被牢固地结合在一起了(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例21:
往厚200μm、比电阻为0.01Ω·Cm的P型(100)单晶硅衬底表面上注入质子离子,形成N型硅层1μm厚。H+的注入量为5×1015(个/Cm2)。将该衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
如上所述,在该阳极氧化过程中,只有P型(100)硅衬底变成多孔性的,N型硅层无变化。
然后使该N型硅层表面氧化1000后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在熔融石英玻璃衬底上。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中,边搅拌边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在熔融石英玻璃衬底上形成1μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后在氧气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合在一起(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例22:
往厚为200μm,比电阻为0.01Ω·Cm的P型(100)单晶硅衬底表面注入P+(磷离子),形成1μm厚的比电阻为0.063Ω·Cm的高电阻硅层。P+的注入量为5×1015(个/Cm2)。将该衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
如上所述,在该阳极氧化过程中,只有低电阻P型(100)硅衬底变成多孔性的,高电阻硅层无变化。
然后使该高电阻硅层表面氧化1000后,将经过研磨的熔融石英玻璃重叠接触在该氧化膜表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在熔融石英玻璃衬底上。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中,边搅拌边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在熔融石英玻璃衬底上形成1μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后在氧气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合在一起(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例23:
首先将厚为200μm、比电阻为0.01Ω·Cm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例13相同。
然后在该(100)多孔性硅衬底上,用MBE(晶体沿分子线方向生长:Molecular Beam Epitaxy)法,使0.063Ω·Cm的硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)在低温下生长0.5μm。堆积条件如下:
温度: 700℃
压力: 1×10-9Torr
生长速度: 0.1nm/Sec
然后将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该外延生长层表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在熔融石英玻璃衬底上。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中,边搅拌边进行选择性腐蚀。78分钟后。只有非多孔性硅单晶层未被腐蚀而留下,将非多孔性单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层上的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。即 即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长无任何变化
然后在氧气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被固定地结合在一起(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
可用阿比松石蜡代替Si3N4被覆膜。
实施例24:
在厚为200μm、比电阻为0.01Ω·Cm的P型或N型(100)单晶硅衬底上,用CVD法使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)生长1μm。堆积条件如下:
反应气流量: SiH2Cl2 1000 SCCM
H2 230 1/min
PH3(50ppm) 72 SCCM
温度: 1080 ℃
压力: 80 Torr
时间: 2 min
将该衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件与实施例1相同。
如上所述,在该阳极氧化过程中,只有(100)硅衬底变成多孔性的,硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)无变化。
然后将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该外延生长层表面上(一次贴合)。用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在熔融石英玻璃衬底上。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中,边搅拌边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有单晶硅层未被腐蚀而留下,将单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可以忽视的膜厚减少量。
然后在氧气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合在一起(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
在以上实施例中,用透光性衬底作为绝缘性衬底,实现SOI结构,但即使使用不透光性衬底,也能获得本发明的效果。
这时,如果不透光性衬底对本发明的腐蚀液有较强的耐蚀性,则不必设置防蚀膜。
实施例25~实施例36:
用49%的氢氟酸和乙酸的混合液(10∶1)代替实施例13至实施例24中使用的腐蚀液分别进行腐蚀,除此之外,与实施例13至实施例24一样,形成单晶硅层。
用49%的氢氟酸和乙醇的混合液(10∶1)对多孔性硅进行选择性腐蚀,82分钟后,非多孔性硅单晶层未被腐蚀而留下。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,82分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽略的膜厚减少量。
用透射电子显微镜观察最终获得的硅层剖面,结果确认在硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例37~实施例48:
用49%氢氟酸和30%过氧化氢水的混合液(1∶5)代替实施例13~实施例24中使用的腐蚀液分别进行腐蚀,除此之外,与实施例13~实施例24相同,形成单晶硅层。
用49%氢氟酸和30%过氧化氢水的混合液(1∶5)对多孔性硅进行选择性腐蚀,62分钟后,非多孔性硅单晶层未被腐蚀而留下。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,62分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
用透射电子显微镜观察最终获得的硅层剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例49~实施例60:
用49%氢氟酸、乙醇和30%过氧化氢水的混合液(10∶6∶50)代替实施例13~实施例24中使用的腐蚀液分别进行腐蚀,除此之外,与实施例13~实施例24一样,形成单晶硅层。用49%氢氟酸、乙醇和30%过氧化氢水的混合液(10∶6∶50)对多孔性硅进行选择性腐蚀,65分钟后,非多孔性硅单晶未被腐蚀而留下。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,65分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
用透射电子显微镜观察最终获得的硅层剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,保持着良好的结晶性。
实施例62~实施例72:
用缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵混合水溶液)代替实施例13~实施例24中使用的腐蚀液分别进行腐蚀,除此之外,与实施例13~实施例24一样,形成单晶硅层。用缓冲氢氟酸对多孔性硅进行选择性腐蚀,258分钟后,非多孔性硅单晶未被腐蚀而留下。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,258分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
用透射电子显微镜观察最终获得的硅层剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例73~实施例84:
用缓冲氢氟酸(4.5氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和乙醇的混合液(10∶1)代替实施例13~实施例24中使用的腐蚀液分别进行腐蚀,除此之外,与实施例13~实施例24一样,形成单晶硅层。用该混合液对多孔性硅进行选择性腐蚀,275分钟后,非多孔性硅单晶未被腐蚀而留下。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,275分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
用透射电子显微镜观察最终获得的硅层剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例85~实施例96:
用缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)和30%过氧化氢水的混合液(1∶5)代替实施例13~实施例24中使用的腐蚀液分别进行腐蚀,除此之外,与实施例13~实施例24一样,形成单晶硅层。用该混合液对多孔性硅进行选择性腐蚀,191分钟后,非多孔性硅单晶未被腐蚀而留下。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,191分钟后还不足50,与多孔层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽视的膜厚减少量。
用透射电子显微镜观察最终获得的硅层剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例97~实施例108:
用缓冲氢氟酸(4.5%氢氟酸和36%氟化铵的混合水溶液)乙醇和30%过氧化氢水的混合液(10∶6∶50)代替实施例13~实施例24中使用的腐蚀液分别进行腐蚀,除此之外,与实施例13~实施例24一样,形成单晶硅层。用该混合液对多孔性硅进行选择性腐蚀,205分钟后,非多孔性硅单晶未被腐蚀而留下。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,205分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽略的膜厚减少量。
用透射电子显微镜观察最终获得的硅层剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例109:
首先将厚为200μm、比电阻为0.01Ω·Cm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件如下:
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·Cm-2)
阳极氧化溶液: HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 1.6(小时)
多孔性硅的厚度: 200(μm)
空隙率: 56(%)
然后在该(100)多孔性硅衬底上,用MBE(晶体沿分子线方向生长:Molecular Beam Epitaxy)法使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)在低温下生长0.5μm。堆积条件如下:
温度: 700℃
压力: 1×10-9Torr
生长速度: 0.1nm/Sec
然后使该外延生长层表面氧化1000后,将经过光学研磨的熔融石英玻璃衬底重叠接触在该氧化膜表面上,在N2气氛中用400℃加热1小时,使氧化膜与玻璃衬底的贴合强度增大(一次贴合)。这时,贴合后的衬底不会剥离。
然后用耐化学腐蚀性能好的Si3N4只被覆在熔融石英玻璃衬底上。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中,边搅拌边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有非多孔性硅单晶层未被腐蚀而留下,将非多孔性单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽略的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,将Si3N4被覆膜除去后,在熔融石英玻璃衬底上形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后在氧气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合起来(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
实施例110:
首先将厚为200μm、比电阻为0.01Ω·Cm的P型或N型(100)单晶硅衬底浸在HF溶液中进行阳极氧化,形成多孔性。
阳极氧化条件如下:
施加电压: 2.6(V)
电流密度: 30(mA·Cm-2)
阳极氧化溶液: HE∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
时间: 1.6(小时)
多孔性硅厚度: 200(μm)
空隙率: 56(%)
然后在该(100)多孔性硅衬底上,用MBE(晶体沿分子线方向生长:Molecular Beam Epitaxy)法使硅外延生长层(非多孔性硅单晶层)在低温下生长0.5μm。堆积条件如下:
温度: 700℃
压力: 1×10-9Torr
生长速度: 0.1nm/Sec
然后使该外延生长层表面氧化1000后,将该氧化膜表面和形成了5000厚的热氧化膜的硅衬底重合起来,在N2气氛中用400℃加热2小时,增大上述氧化膜的贴合强度(一次贴合)。这时,贴合的衬底不会剥离。
然后将该贴合后的衬底浸在49%的氢氟酸中,边搅拌边进行选择性腐蚀。78分钟后,只有非多孔性硅单晶层未被腐蚀而留下,将非多孔性单晶硅作为腐蚀终止材料,多孔性硅衬底经选择性腐蚀被完全除去。
该腐蚀液对非多孔性硅单晶的腐蚀速度极低,78分钟后还不足50,与多孔性层的腐蚀速度的选择比达10的5次方以上,非多孔性层的腐蚀量(数10)是一个在实用上可忽略的膜厚减少量。
即200μm厚的多孔性硅衬底被除去,在硅衬底上所形成的厚5000的氧化膜上再形成0.5μm厚的单晶硅层。外延生长层无任何变化。
然后在氧气氛中用800℃加热0.5小时,SOI薄膜层与熔融石英玻璃衬底被牢固地结合起来(二次贴合)。
用透射电子显微镜观察剖面,结果确认硅层中未导入新的结晶缺陷,维持着良好的结晶性。
Claims (24)
1.半导体器件的制作方法,包括下列步骤:
形成具有多孔性单晶半导体层和非多孔性单晶半导体薄膜层的第一基体;
在第一温度下,将所述第一基体粘结到具有不同于所述的第一基体的热膨胀系数的第二基体上,提供一个第一多层结构,其中的非多孔性单晶半导体薄膜层被设置在其内侧,
从所述的第一多层结构去除所述的多孔性单晶半导体层,形成一个第二多层结构;以及
在高于所述的第一温度的第二温度下通过加热所述的第二多层结构进行化学处理,增强所述的第二基体与所述的非多孔性单晶半导体薄膜层之间的粘结。
2.根据权利要求1方法,其中所述的非多孔性单晶半导体薄膜层具有100μm的厚度或更少。
3.根据权利要求1方法,进一步包括一个对所述的非多孔性单晶半导体薄膜层的表面氧化的步骤,形成一个氧化膜,其中所述的氧化步骤是在第一基体和第二基体粘结之前进行的。
4.根据权利要求1方法,其中所述的第一和第二基体是在室温下通过范德华氏力粘结的。
5.根据权利要求1方法,其中第二温度是在200°-800°的范围内。
6.根据权利要求1方法,其中热处理是在氧环境中进行的。
7.根据权利要求1方法,其中热处理是在氮环境中进行的。
8.根据权利要求1方法,其中所述的第二基体为绝缘基体。
9.根据权利要求1方法,其中所述的第二基体为透光基体。
10.根据权利要求9方法,其中所述的第二基体为玻璃基体。
11.根据权利要求1方法,还包括通过将单晶半导体基体改为多孔性单晶半导体基体来形成所述的第-基体,在所述的多孔性单晶半导体层上外延生长所述的非多孔性单晶半导体薄膜层。
12.根据权利要求11方法,其中所述的非多孔单晶半导体薄膜层是通过分子束外延等离子化学蒸发淀积,减压化学蒸发淀积,偏置溅射,或者液相生长形成于多孔性半导体层的。
13.根据权利要求1方法,其中所述的第一基体是通过反向掺杂高载流子浓度的单晶半导体基体的表面层的步骤形成的,以形成所述的具有低载流子浓度的非多孔性单晶半导体薄膜层,以及通过对剩余的单晶半导体表面阳极化使得所述的基体多孔的步骤形成的。
14.根据权利要求1方法,其中所述的第一基体是通过向p-型单晶半导体基体的表面注入质子,形成n-型非多孔性单晶半导体薄膜层,以及通过对剩余的单晶半导体基体阳极化的步骤形成的。
15.根据权利要求1方法,其中所述的多孔性单晶半导体层是通过化学式刻蚀法去除的。
16.根据权利要求15方法,其中所述的多孔性单晶半导体层包括多孔性硅单晶层并且所述的多孔性硅单晶层是通过氢氟酸作为蚀刻剂通过蚀刻去除的。
17.根据权利要求16方法,其中的蚀刻剂还包括氨氟酸。
18.根据权利要求17方法,其中的蚀刻剂还包括过氧化氢。
19.根据权利要求18方法,其中的蚀刻剂还包括酒精。
20.根据权利要求17方法,其中的蚀刻剂还包括酒精。
21.根据权利要求16方法,其中的蚀刻剂还包括过氧化氢。
22.根据权利要求21方法,其中的蚀刻剂还包括酒精。
23.根据权利要求16方法,其中的蚀刻剂还包括酒精。
24.根据权利要求15方法,还包括下述步骤:
在去除所述的多孔性单晶半导体层之前,在所述的第一多层结构的表面上形成抗蚀刻膜;以及
在去除所述的多孔性单晶半导体层之后,去除所述的抗蚀刻膜。
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