DE212019000447U1

DE212019000447U1 - Siliziumsubstrat mit einen Hohlraum sowie Hohlraum-SOI-Substrat, welches das Siliziumsubstrat umfasst

Info

Publication number: DE212019000447U1
Application number: DE212019000447.4U
Authority: DE
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: WO2020149046A1; US11738993B2; CN220502678U; US20210284524A1

Abstract

Ein Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, wobei das Siliziumsubstrat ein Siliziumsubstrat ist, das eine erste Oberfläche mit einem Hohlraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, wobei das Siliziumsubstrat folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d1 aufweist und auf der ersten Oberfläche angeordnet ist;
einen zweiten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d2 aufweist und auf einem Boden des Hohlraumes angeordnet ist; und
einen dritten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d3 aufweist und auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist,
wobei die Dicken d1, d2 und d3 einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 und d2 < d1, erfüllen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist und das beispielsweise in Bauelementen mikroelektromechanischer Systeme (MEMS-Systeme) enthalten ist, und bezieht sich außerdem auf ein Hohlraum-Silizium-auf-Isolator-(SOI)-Substrat, welches das Siliziumsubstrat umfasst. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Hohlraum-SOI-Substrat (Cavity-SOI-Substrat bzw. C-SOI-Substrat), welches ein erstes Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, und ein zweites Siliziumsubstrat umfasst, das durch einen Siliziumoxidfilm an das erste Siliziumsubstrat gebondet ist.
Stand der Technik
MEMS-Bauelemente, in denen ein Siliziumsubstrat ein piezoelektrisches Element umfasst, sind bekannt. Beispiele der MEMS-Bauelemente umfassen ein Hohlraum-SOI-Substrat, bei dem ein erstes Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, und ein zweites Siliziumsubstrat aneinander gebondet sind. Beispielsweise ist eine Konfiguration offenbart, bei der von zwei Siliziumsubstraten, die ein Hohlraum-SOI-Substrat ausbilden, ein erstes Siliziumsubstrat einen Hohlraum aufweist und ein zweites Siliziumsubstrat an das erste Siliziumsubstrat gebondet ist, wobei ein Siliziumoxidfilm (SiO₂) dazwischen eingefügt ist (beispielsweise siehe Patentdokument 1).
Offenbart ist außerdem eine Technik, bei der die Dicke eines Siliziumoxidfilms (SiO₂), der auf der Rückseitenoberfläche eines Siliziumsubstrats gebildet ist, welches ein Handhabungswafer eines SOI-Substrats ist, gleich groß oder ähnlich wie die Dicke eines Siliziumoxidfilms (SiO₂) ist, der auf der Vorderseitenoberfläche des Siliziumsubstrats gebildet ist, welches der Handhabungswafer ist, so dass eine Verformung des SOI-Substrats reduziert ist (beispielsweise siehe Patentdokument 2).
Offenbart ist eine weitere Technik, bei der Oxidfilme, die jeweils auf einem von zwei Siliziumsubstraten gebildet sind, welche ein SOI-Substrat ausbilden, unterschiedliche Dicken aufweisen. Im Einzelnen ist der Oxidfilm auf dem Siliziumsubstrat, das zu einer aktiven Schicht zu bilden ist, dicker als der Oxidfilm auf dem anderen Siliziumsubstrat, so dass eine Verformung des SOI-Substrats reduziert ist (beispielsweise siehe Patentdokument 3).
Liste der zitierten Dokumente
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2015-123547
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011 - 176097
Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 9-45882

Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Problemstellung
Wie weiter unten beschrieben wird, hat der vorliegende Erfinder herausgefunden, dass bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Hohlraum-SOI-Substrat eine Verformung in dem Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum auftritt.
Die in Patentdokument 2 und in Patentdokument 3 offenbarten Erfindungen beziehen sich beide auf ein SOI-Substrat ohne Hohlraum. Obwohl diese Erfindungen eine Verformung des SOI-Substrats reduzieren können, kann es schwierig sein, eine Verformung eines Hohlraum-SOI-Substrats zu reduzieren.
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Siliziumsubstrat bereitzustellen, das einen Hohlraum aufweist und weniger anfällig für eine Verformung ist.
Lösung der Problemstellung
Ein Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Siliziumsubstrat, das eine erste Oberfläche mit einem Hohlraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist. Das Siliziumsubstrat umfasst einen ersten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d1 aufweist und auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, einen zweiten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d2 aufweist und auf einem Boden des Hohlraumes angeordnet ist, und einen dritten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d3 aufweist und auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist. Die Dicken d1, d2 und d3 erfüllen einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 und d2 < d1.
Ein Hohlraum-SOI-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Siliziumsubstrat, das eine erste Oberfläche mit einem Hohlraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, und ein zweites Siliziumsubstrat, das an die erste Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats gebondet ist. Das erste Siliziumsubstrat umfasst einen ersten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d1 aufweist und auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, einen zweiten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d2 aufweist und auf einem Boden des Hohlraumes angeordnet ist, und einen dritten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d3 aufweist und auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist. Die Dicken d1, d2 und d3 erfüllen einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 und d2 < d1.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei dem Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum und bei dem das Siliziumsubstrat umfassende Hohlraum-SOI-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verformung in dem Hohlraum-SOI-Substrat reduziert.
Figurenliste

1A ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Querschnittskonfiguration eines Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
1B ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Querschnittskonfiguration eines Hohlraum-SOI-Substrats gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
2A zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation eines planaren Siliziumsubstrats zu simulieren.
2B zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation eines Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum zu simulieren.
3A zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation unter Bedingungen zu simulieren, bei denen die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche größer als oder gleich groß wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes gleich groß wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist.
3B zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation unter Bedingungen zu simulieren, bei denen die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche größer als oder gleich groß wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes größer als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist.
4A zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation unter Bedingungen zu simulieren, bei denen die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche kleiner als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes gleich groß wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist.
4B zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation unter Bedingungen zu simulieren, bei denen die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche kleiner als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes kleiner als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist.
5A ist eine schematische Querschnittsansicht, die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen des Hohlraum-SOI-Substrats gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
5B ist eine schematische Querschnittsansicht, die die nachfolgenden Schritte des Verfahrens zum Herstellen des Hohlraum-SOI-Substrats gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
6A ist eine schematische Querschnittsansicht, die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Hohlraum-SOI-Substrats gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
6B ist eine schematische Querschnittsansicht, die die nachfolgenden Schritte des Verfahrens zum Herstellen des Hohlraum-SOI-Substrats gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, gemäß einem ersten Aspekt ist ein Siliziumsubstrat, das eine erste Oberfläche mit einem Hohlraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist. Das Siliziumsubstrat umfasst einen ersten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d1 aufweist und auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, einen zweiten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d2 aufweist und auf einem Boden des Hohlraumes angeordnet ist, und einen dritten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d3 aufweist und auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist. Die Dicken d1, d2 und d3 erfüllen einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 und d2 < d1.
Ein Hohlraum-SOI-Substrat gemäß einem zweiten Aspekt umfasst das Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, gemäß dem ersten Aspekt und ein Siliziumsubstrat, das an die erste Oberfläche des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum gebondet ist.
Ein Hohlraum-SOI-Substrat gemäß einem dritten Aspekt umfasst ein erstes Siliziumsubstrat, das eine erste Oberfläche mit einem Hohlraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, und ein zweites Siliziumsubstrat, das an die erste Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats gebondet ist. Das erste Siliziumsubstrat umfasst einen ersten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d1 aufweist und auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, einen zweiten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d2 aufweist und auf einem Boden des Hohlraumes angeordnet ist, und einen dritten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d3 aufweist und auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist. Die Dicken d1, d2 und d3 erfüllen einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 und d2 < d1.
Hintergrund der vorliegenden Erfindung
Der vorliegende Erfinder hat herausgefunden, dass bei einem Hohlraum-SOl-Substrat (Cavity-SOI-Substrat bzw. C-SOI-Substrat), das ein erstes Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, und ein zweites Siliziumsubstrat umfasst, das an das erste Silizium gebondet ist, eine Verformung in dem ersten Siliziumsubtrat mit einem Hohlraum auftritt.
Bei dem C-SOI-Substrat sind das erste Siliziumsubstrat und das zweite Siliziumsubstrat aneinander gebondet, beispielsweise durch direktes Bonding, das Fusionsbonding genannt wird. Es wird angenommen, dass eine Verformung in dem C-SOI-Substrat während einer Bildung eines Thermooxidfilms vor dem Fusionsbonding und außerdem während einer Wärmebehandlung (Glühen) nach dem Fusionsbonding auftritt (oder sich entwickelt). In dem ersten Fall wird der Thermooxidfilm beispielsweise in einer Atmosphäre gebildet, die Sauerstoff bei 1000°C enthält. Es wird angenommen, dass eine Verformung in einer Atmosphäre, die Sauerstoff bei 1000°C enthält, nicht auftritt, sondern auftritt, wenn die Temperatur nach der Bildung des Thermooxidfilms wieder zur Zimmertemperatur zurückkehrt, aufgrund einer Differenz eines Koeffizienten einer Wärmeausdehnung zwischen Si des Siliziumsubstrates und SiO₂ des Thermooxidfilms.
2A zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation eines planaren Siliziumsubstrats zu simulieren. 2B zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation eines Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum zu simulieren. Die thermische Oxidation ist ein Prozess, bei dem ein Thermooxidfilm vor dem Fusionsbonding gebildet wird. Bedingungen für die Simulation sind unten aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen jeweils eine Verformung des Substrats veranschaulichen, das an dem linken Ende befestigt ist.

• Finite-Elemente-Methode (FEM)
• Asymmetrisches Modell (Rotationsmodell)
• Annahme, dass bei 1000°C keine Belastung auftritt (Bedingung der thermischen Oxidation), und Berechnung der Verformung, wenn Temperatur zur Zimmertemperatur zurückkehrt (25°C)
• Durchmesser des Siliziumsubstrats: 150 mm
• Dicke des Siliziumsubstrats: 600 µm
• Tiefe des Hohlraumes: 300 µm
• Normale Dicke des Thermooxidfilms: 2 µm (d1)

2A zeigt, dass bei dem planaren Siliziumsubstrat eine Druckbelastung auf der unteren Seite und eine Druckbelastung auf der oberen Seite jeweils klein sind und keine Verformung bewirken. Im Gegensatz dazu weist das in 2B veranschaulichte Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum einen Hohlraum 5 auf. Das Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf. Die erste Oberfläche weist den Hohlraum 5 auf und ermöglicht es, dass ein zweites Siliziumsubstrat des C-SOI-Substrats daran gebondet wird. Die zweite Oberfläche ist eine Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche. Bei dem Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum weisen die erste Oberfläche, der Boden des Hohlraumes 5 und die zweite Oberfläche jeweils einen Siliziumoxidfilm darauf auf, und es wird angenommen, dass eine Belastung dieser Siliziumoxidfilme zur Verformung beiträgt. Wenn beispielsweise die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche, die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes 5 und die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche gleich sind (d1 = d2 = d3), verformt sich das Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum deutlich, wie in 2B veranschaulicht ist. Demgemäß wurde die Beziehung zwischen einer Verformung und den Dicken d1, d2 und d3 dieser Siliziumoxidfilme des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum überprüft.
Da die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche die Bondfestigkeit zwischen dem ersten Siliziumsubstrat und dem zweiten Siliziumsubstrat in dem C-SOI-Substrat beeinflusst, ist zu beachten, dass es nicht erwünscht ist, diese Dicke zu ändern. Demgemäß wurden lediglich die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes 5 und die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche überprüft.
3A zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation unter Bedingungen zu simulieren, bei denen die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche größer als oder gleich groß wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes 5 gleich groß wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist. 3B zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation unter Bedingungen zu simulieren, bei denen die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche größer als oder gleich groß wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes 5 größer als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist.
3A und 3B veranschaulichen jeweils Fälle, in denen die Beziehung d3 ≥ d1 durch d1 = 2 µm und d3 = 2 µm erfüllt ist. 3A veranschaulicht, wie Druckbelastungswerte verteilt sind, wenn die Beziehung d1 = d2 durch d2 = 2 µm erfüllt ist. Wie gezeigt ist, krümmt sich in diesem Fall das Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum an einem Ende nach oben. 3B veranschaulicht, wie Druckbelastungswerte verteilt sind, wenn die Beziehung d1 < d2 durch d2 = 3 µm erfüllt ist. In diesem Fall ist eine Verformung des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum kleiner als die in 3A.
4A zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation unter Bedingungen zu simulieren, bei denen die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche kleiner als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes 5 gleich groß wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist. 4B zeigt eine Verteilung von Druckbelastungswerten, um eine Verformung während einer thermischen Oxidation unter Bedingungen zu simulieren, bei denen die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche kleiner als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes 5 kleiner als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche ist.
4A und 4B veranschaulichen jeweils Fälle, in denen die Beziehung d3 < d1 durch d1 = 3 µm und d3 = 2 µm erfüllt ist. 4A veranschaulicht, wie Druckbelastungswerte verteilt sind, wenn die Beziehung d1 = d2 durch d2 = 3 µm erfüllt ist. Wie gezeigt ist, krümmt sich in diesem Fall das Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum an einem Ende nach unten. 4B veranschaulicht, wie Druckbelastungswerte verteilt sind, wenn die Beziehung d1 > d2 durch d2 = 1 µm erfüllt ist. In diesem Fall ist eine Verformung des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum kleiner als die in 4A.
Falls die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche, die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes 5 und die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche die Beziehung d1 = d2 sowie die Beziehung d3 ≥ d1 erfüllen, dann krümmt sich das Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum an einem Ende nach oben. Falls die Beziehung d1 = d2 sowie die Beziehung d3 < d1 erfüllt sind, dann krümmt sich das Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum an einem Ende nach unten. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass, obwohl d1 = d3 im Wesentlichen dieselbe Verformung bedeutet, eine Differenz zwischen d1 und d3 eine entsprechende Verformung erzeugt. Das heißt, falls die Beziehung d3 > d1 erfüllt ist, wobei d3 größer ist, ist der Betrag einer Druckbelastung in dem Siliziumoxidfilm auf der zweiten Oberfläche größer als der Betrag einer Druckbelastung in dem Siliziumoxidfilm auf der ersten Oberfläche, und somit krümmt sich das Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum an einem Ende nach oben.
Falls die Beziehung d1 < d2 sowie die Beziehung d3 ≥ d1 erfüllt sind, ist eine Verformung des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum reduziert. Falls die Beziehung d1 > d2 und die Beziehung d3 < d1 erfüllt sind, ist eine Verformung des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum auch reduziert. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass durch das Ändern des Wertes von d2 eine zwischen Si des Siliziumsubstrats und SiO₂ des Siliziumoxidfilms erzeugte Belastung nachlässt. Die Größenordnung der Verformung des Siliziumsubstrats wird durch die Beziehung zwischen der Dicke des SiO₂-Thermooxidfilms auf der ersten Oberfläche und der Dicke des SiO₂-Thermooxidfilms auf der zweiten Oberfläche bestimmt. Das Ändern der Beziehung zwischen d1 und d2 ändert die Beziehung in Bezug auf d3. Dies führt wahrscheinlich zu einer reduzierten Belastung unter den Bedingungen in 3A bis 4B, und führt schließlich zu einer reduzierten Verformung des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum.
Der vorliegende Erfinder wurde somit zu der vorliegenden Erfindung geführt, bei der ein Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum derart konfiguriert ist, dass die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms auf der ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats, die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms auf dem Boden des Hohlraumes 5 und die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms auf der zweiten Oberfläche des Siliziumsubstrats eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, so dass eine Verformung des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum reduziert ist.
Im Folgenden werden ein Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum und ein Hohlraum-SOI-Substrat gemäß Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind im Wesentlichen denselben Komponenten dieselben Bezugszeichen zugewiesen.
Erstes Ausführungsbeispiel
Siliziumsubstrat mit Hohlraum
1A ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Querschnittskonfiguration eines Siliziumsubstrats 10 mit einem Hohlraum 5 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Siliziumsubstrat 10 weist eine erste Oberfläche mit dem Hohlraum 5 und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche auf. Das Siliziumsubstrat 10 umfasst einen ersten Siliziumoxidfilm 11, der auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, mit Ausnahme des Hohlraumes 5, einen zweiten Siliziumoxidfilm 12, der auf einem Boden des Hohlraumes 5 angeordnet ist, und einen dritten Siliziumoxidfilm 13, der auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist. Das Siliziumsubstrat 10 ist derart konfiguriert, dass eine Dicke d1 des ersten Siliziumoxidfilms 11, eine Dicke d2 des zweiten Siliziumoxidfilms 12, und eine Dicke d3 des dritten Siliziumoxidfilms 13 einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 und d2 < d1, erfüllen.
Das heißt, die Dicke d1 des ersten Siliziumoxidfilms 11 auf der ersten Oberfläche, die Dicke d2 des zweiten Siliziumoxidfilms 12 auf dem Boden des Hohlraumes 5 und die Dicke d3 des dritten Siliziumoxidfilms 13 auf der zweiten Oberfläche werden so bestimmt, dass diese den ersten Satz von Beziehungen oder den zweiten Satz von Beziehungen erfüllen, so dass das Auftreten einer Verformung in dem Siliziumsubstrat 10 mit dem Hohlraum 5 reduziert wird.
Hohlraum-SOI-Substrat
1B ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Querschnittskonfiguration eines Hohlraum-SOI-Substrats 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Hohlraum-SOI-Substrat 20 umfasst ein erstes Siliziumsubstrat 1 und ein zweites Siliziumsubstrat 8. Das erste Siliziumsubstrat 1 weist die erste Oberfläche mit dem Hohlraum 5 und die zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche auf. Das erste Siliziumsubstrat 1 umfasst den ersten Siliziumoxidfilm 11, der auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, mit Ausnahme von dem Hohlraum 5, den zweiten Siliziumoxidfilm 12, der auf dem Boden des Hohlraumes 5 angeordnet ist, und den dritten Siliziumoxidfilm 13, der auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist. Das zweite Siliziumsubstrat 8 ist an die erste Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 gebondet. Das erste Siliziumsubstrat 1 ist derart konfiguriert, dass die Dicke d1 des ersten Siliziumoxidfilms 11, die Dicke d2 des zweiten Siliziumoxidfilms 12 und die Dicke d3 des dritten Siliziumoxidfilms 13 den ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder den zweiten Satz von Beziehungen, d3 > d1 und d2 < d1, erfüllen.
Das heißt, die Dicke d 1 des ersten Siliziumoxidfilms 11 auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1, die Dicke d2 des zweiten Siliziumoxidfilms 12 auf dem Boden des Hohlraumes 5 und die Dicke d3 des dritten Siliziumoxidfilms 13 auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 werden so bestimmt, dass diese den ersten Satz von Beziehungen oder einen zweiten Satz von Beziehungen erfüllen, so dass das Auftreten einer Verformung in dem Hohlraum-SOI-Substrat 20 reduziert wird.
Im Folgenden werden Komponenten des Hohlraum-SOI-Substrats 20 beschrieben.
Erstes Siliziumsubstrat
Das erste Siliziumsubstrat 10 mit dem Hohlraum 5 kann als das erste Siliziumsubstrat 1 verwendet werden.
Zweites Siliziumsubstrat
Das zweite Siliziumsubstrat 8 unterscheidet sich von dem ersten Siliziumsubstrat 1 darin, dass es keinen Hohlraum aufweist. Das zweite Siliziumsubstrat 8 ist an das erste Siliziumsubstrat 1 gebondet. Beispielsweise kann das zweite Siliziumsubstrat 8 unter Verwendung eines Prozesses, der als Fusionsbonding bezeichnet wird(unten beschrieben), direkt an das erste Siliziumsubstrat 1 gebondet werden. Die Bonding-Technik ist nicht darauf beschränkt.
Verfahren zum Herstellen eines Hohlraum-SOI-Substrats
5A und 5B sind schematische Querschnittsansichten, die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen des Hohlraum-SOI-Substrats einschließlich des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.

(1) Das erste Siliziumsubstrat 1 wird vorbereitet (5A(a)).
(2) Das erste Siliziumsubstrat 1 wird thermisch oxidiert (5A(b)). Dies erzeugt Siliziumoxidfilme 2a und 2b (d. h. thermische Oxidfilme) auf der ersten Oberfläche bzw. zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1.
(3) Eine Resist-Struktur 3 wird unter Verwendung von Fotolithografie auf dem Siliziumoxidfilm 2a gebildet (5A(c)). Die Resist-Struktur 3 ist über den Siliziumoxidfilm 2 gebildet, mit Ausnahme einer Öffnung 4, die ein Bereich ist, in dem der Hohlraum 5 zu formen ist. Beispielsweise wird ein Resist, etwa ein photohärtbarer Film, über die gesamte Oberfläche des Siliziumoxidfilms 2a gebildet. Dann wird ein Teil des Resists, der sich in der Öffnung 4 befindet, in der der Hohlraum 5 zu bilden ist, , durch eine Strukturierung entfernt, was eine selektive Lichtbestrahlung beinhaltet, so dass die Resist-Struktur 3 erhalten wird.
(4) Ein Teil des Siliziumoxidfilms 2a, der nicht mit der Resist-Struktur 3 bedeckt ist, wird zusammen mit dem Siliziumoxidfilm 2b durch eine Nassätzung entfernt (5A(d)). Die Nassätzung kann unter Verwendung von Fluorwasserstoff, Säure oder gepuffertem Fluorwasserstoff (BHF, Buffered Hydrogen Fluoride) ausgeführt werden, oder es kann eine Trockenätzung ausgeführt werden. Somit verbleibt nur ein Teil des mit der Resist-Struktur 3 bedeckten Siliziumoxidfilms 2a und das erste Siliziumsubstrat 1 ist in der Öffnung 4 freigelegt.
(5) Die Resist-Struktur 3 wird entfernt, beispielsweise durch Veraschung oder die Verwendung einer Resist-Ablöseflüssigkeit (5A(e)).
(6) Der Hohlraum 5 wird in der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 durch reaktives Ionentiefenätzen (DRIE, Deep Reactive-Ion Etching) gebildet (5A(f)). Der auf der ersten Oberfläche verbleibende Siliziumoxidfilm 2 dient als Maske, um zu ermöglichen, dass der Hohlraum 5 in der Öffnung 4 gebildet wird.
(7) Der Siliziumoxidfilm 2a wird durch Nassätzen entfernt, was die Verwendung von Fluorwasserstoffsäure oder BHF beinhaltet (5A(g)).
(8) Das erste Siliziumsubstrat 1 wird thermisch oxidiert. Dies erzeugt einen Siliziumoxidfilm 6 zum Fusionsbonden auf dem ersten Siliziumsubstrat 1 (5A(h)). Der auf dem ersten Siliziumsubstrat 1 gebildete Siliziumoxidfilm 6 weist eine Dicke d auf. Das heißt, zu diesem Zeitpunkt weisen der Siliziumoxidfilm 6 auf der ersten Oberfläche, der Siliziumoxidfilm 6 auf dem Boden des Hohlraumes 5 und der Siliziumoxidfilm 6 auf der zweiten Oberfläche im Wesentlichen dieselbe Filmdicke d auf.
(9) Eine Resist-Struktur 7 wird in dem Hohlraum 5 gebildet (5B(a)). Die Resist-Struktur 7 wird nicht außerhalb des Hohlraumes 5 gebildet. Das heißt, die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 weisen die Resist-Struktur 7 nicht darauf auf.
(10) Der Siliziumoxidfilm 6 auf der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 wird teilweise durch eine geeignete Ätzung entfernt. Die Dicke eines Siliziumoxidfilms 6a auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 ist als d1 definiert und die Dicke eines Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 ist als d3 definiert (5B(b)). Der Siliziumfilm 6a entspricht dem ersten Siliziumoxidfilm 11 und der Siliziumoxidfilm 6c entspricht dem dritten Siliziumoxidfilm 13.
(11) Die Resist-Struktur 7 wird abgelöst (5B(c)). Durch diesen Prozess wird somit das erste Siliziumsubstrat 1 mit dem Hohlraum 5 erhalten. Zu diesem Zeitpunkt ist die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c im Wesentlichen dieselbe wie die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms 6a (d3 = d1). Ein Siliziumoxidfilm 6b ist auf dem Boden des Hohlraumes 5 gebildet. Der Siliziumoxidfilm 6b entspricht dem zweiten Siliziumoxidfilm 12.

Um das Siliziumsubstrat 10 mit dem Hohlraum 5 zu erhalten, ist es notwendig, die Dicke d1 des ersten Siliziumoxidfilms 11 auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1, die Dicke d2 des zweiten Siliziumoxidfilms 12 auf dem Boden des Hohlraumes 5 und die Dicke d3 des dritten Siliziumoxidfilms 13 auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 derart einzustellen, dass diese den ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, erfüllen. Für diese Einstellung führt das Verfahren zum Herstellen des Hohlraum-SOI-Substrats nach dem Bonden des ersten Siliziumsubstrats 1 und des zweiten Siliziumsubstrats 8 ein Glühen durch, um die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6 auf der zweiten Oberfläche zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann auf den Schritt des Ablösens der Resist-Struktur 7 ein Abdecken der ersten Oberfläche mit einer Resist-Struktur und ein Glühen folgen, um die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche zu erhöhen. Alternativ dazu kann der Siliziumoxidfilm 6c auf der zweiten Oberfläche abgeschliffen werden, um die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche zu reduzieren.
(12) Das erste durch den oben beschriebenen Prozess erhaltene erste Siliziumsubstrat 1 mit dem Hohlraum 5 und das zweite Siliziumsubstrat 8 werden gemeinsam auf geeignete Weise gereinigt. Nach einer Aktivierungsbehandlung werden das erste Siliziumsubstrat 1 mit dem Hohlraum 5 und das zweite Siliziumsubstrat 8 dann fusionsgebondet.
Das Fusionsbonding wird beispielsweise durch die folgenden Schritte ausgeführt.

a) Zumindest die erste Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 oder die Bondingoberfläche des zweiten Siliziumsubstrats 8 wird hydrophil gemacht, um einen Film aus Wasser zu bilden.
b) Die erste Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 und die Bondingoberfläche des zweiten Siliziumsubstrats 8 werden durch eine Kraft des Wassers auf den Oberflächen vorgebondet.
c) Das erste Siliziumsubstrat 1 und das zweite Siliziumsubstrat 8 werden in dem vorgebondeten Zustand erwärmt.
d) Bei ungefähr 200°C fangen Wasser und Sauerstoff an, sich von der Schnittstelle zwischen der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 und der Bondingoberfläche des zweiten Siliziumsubstrats 8 zu lösen. Das Schnittstellenbonding geht somit zu Wasserstoffbonding über. Dies erweitert die Bondingfestigkeit zwischen der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 und der Bondingoberfläche des zweiten Siliziumsubstrats 8.
e) Bis zu ungefähr 600°C werden Wasser und Sauerstoff weiterhin freigegeben und dies erhöht Leerstellen in der Schnittstelle zwischen der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 und der Bondingoberfläche des zweiten Siliziumsubstrats 8.
f) Bei einer Temperatur von ungefähr 1000°C diffundieren Wasser und Sauerstoff in Si in der Schnittstelle zwischen der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 und der Bondingoberfäche des zweiten Siliziumsubstrats 8 und die Leerstellen verschwinden. Dies vergrößert die Bondingfestigkeit zwischen der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 und der Bondingoberfläche des zweiten Siliziumsubstrats 8 weiter. Das direkte Bonding des ersten Siliziumsubstrats 1 und des zweiten Siliziumsubstrats 8 ist somit abgeschlossen. Der Prozess ist nicht auf den oben beschriebenen beschränkt, wobei jeglicher Prozess, der ein direktes Bonding ermöglicht, eingesetzt werden kann.

(13) Als Nächstes wird ein Glühen in einer Atmosphäre ausgeführt, die Sauerstoff bei 1000°C enthält, um die Bondingfestigkeit zwischen der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 und der Bondingoberfäche des zweiten Siliziumsubstrats 8 zu vergrößern, so dass das Hohlraum-SOI-Substrat 20 erhalten wird (5B(d)).
Die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 nimmt zu und erfüllt die Beziehung d3 > d1. Falls beispielsweise ein Glühen in einer N₂-Atmosphäre ausgeführt wird, nimmt die Dicke d3 nicht zu und die Beziehung d3 = d1 bleibt dieselbe. Dann wird das Hohlraum-SOI-Substrat 20 mit einer geringeren Verformung erhalten. Die Dicken d1, d2 und d3 weisen somit eine Beziehung auf, die d3 ≥ d1 und d1 < d2 erfüllt.
Das heißt, wenn die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 gleich groß wie oder größer als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms 6a auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 ist (d3 ≥ d1), krümmt sich das erste Siliziumsubstrat 1 an jedem Ende nach oben. Das Hohlraum-SOI-Substrat 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist somit derart konfiguriert, dass die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms 6b auf dem Boden des Hohlraumes 5 des ersten Siliziumsubstrats 1 größer ist als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms 6a auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1, so dass die Beziehung d1 < d2 erfüllt ist. Dies reduziert eine Verformung in dem Siliziumsubstrat 10 mit einem Hohlraum und dem das Siliziumsubstrat 10 umfassende Hohlraum-SOI-Substrat 20.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlraum-SOI-Substrats 20a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel unterschiedet sich von dem Verfahren zum Herstellen des Hohlraum-SOI-Substrats 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 kleiner als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms 6a auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 (d3 < d1) ist.
Das Verfahren zum Herstellen des Hohlraum-SOI-Substrats 20a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms 6a auf der ersten Oberfläche und die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms 6b auf dem Boden des Hohlraumes 5 die Beziehung d1 > d2 erfüllen. Dies reduziert eine Verformung in dem Hohlraum-SOI-Substrat 20a.
6A und 6B sind schematische Querschnittsansichten, die Schritte des Verfahrens zum Herstellen des Hohlraum-SOI-Substrats 20a einschließlich des Siliziumsubstrats mit einem Hohlraum gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.

(1) Das erste Siliziumsubstrat 1 wird vorbereitet (6A(a)).
(2) Das erste Siliziumsubstrat 1 wird thermisch oxidiert (6A(b)). Dies erzeugt die Siliziumoxidfilme 2a und 2b (d. h. thermische Oxidfilme) auf der ersten Oberfläche bzw. zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1.
(3) Die Resist-Struktur 3 wird unter Verwendung von Fotolithografie auf dem Siliziumoxidfilm 2a gebildet (6A(c)). Die Resist-Struktur 3 ist über den Siliziumoxidfilm 2 gebildet, mit Ausnahme der Öffnung 4, die ein Bereich ist, in dem der Hohlraum 5 zu formen ist. Beispielsweise wird ein Resist, etwa ein photohärtbarer Film, über die gesamte Oberfläche des Siliziumoxidfilms 2a gebildet. Dann wird ein Teil des Resists, der sich in der Öffnung 4 befindet, in der der Hohlraum 5 zu bilden ist, , durch eine Strukturierung entfernt, was eine selektive Lichtbestrahlung beinhaltet, so dass die Resist-Struktur 3 erhalten wird.
(4) Ein Teil des Siliziumoxidfilms 2a, der nicht mit der Resist-Struktur 3 bedeckt ist, wird zusammen mit dem Siliziumoxidfilm 2b durch eine Nassätzung entfernt (6A(d)). Die Nassätzung kann unter Verwendung von Fluorwasserstoff, Säure oder gepuffertem Fluorwasserstoff (BHF, Buffered Hydrogen Fluoride) ausgeführt werden, oder es kann eine Trockenätzung ausgeführt werden. Somit verbleibt nur ein Teil des mit der Resist-Struktur 3 bedeckten Siliziumoxidfilms 2a und das erste Siliziumsubstrat 1 ist in der Öffnung 4, in der der Hohlraum 5 zu bilden ist, freigelegt.
(5) Die Resist-Struktur 3 wird entfernt, beispielsweise durch Veraschung oder die Verwendung einer Resist-Ablöseflüssigkeit (6A(e)).
(6) Der Hohlraum 5 wird in der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 durch reaktives lonentiefenätzen (DRIE, Deep Reactive-Ion Etching) gebildet (6A(f)). Der auf der ersten Oberfläche verbleibende Siliziumoxidfilm 2 dient als Maske, um zu ermöglichen, dass der Hohlraum 5 in der Öffnung 4 gebildet wird.
(7) Der Siliziumoxidfilm 2a wird durch Nassätzen entfernt, was die Verwendung von Fluorwasserstoffsäure oder BHF beinhaltet (6A(g)).
(8) Das erste Siliziumsubstrat 1 wird thermisch oxidiert. Dies erzeugt den Siliziumoxidfilm 6 zum Fusionsbonden auf dem ersten Siliziumsubstrat 1 (6A(h)). Der auf dem ersten Siliziumsubstrat 1 gebildete Siliziumoxidfilm 6 weist eine Dicke d auf. Das heißt, zu diesem Zeitpunkt weisen der Siliziumoxidfilm 6 auf der ersten Oberfläche, der Siliziumoxidfilm 6 auf dem Boden des Hohlraumes 5 und der Siliziumoxidfilm 6 auf der zweiten Oberfläche im Wesentlichen dieselbe Filmdicke d auf.
(9) Die Resist-Struktur 7 wird auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 gebildet (6B(a)). Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Resist-Struktur 7 weder in dem Hohlraum 5 noch auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 gebildet.
(10) Der Siliziumoxidfilm 6 auf dem Boden des Hohlraums 5 und der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 wird teilweise durch eine geeignete Ätzung entfernt. Die Dicke des Siliziumoxidfilms 6b auf dem Boden des Hohlraumes 5 des ersten Siliziumsubstrats 1 ist als d2 definiert und die Dicke des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 ist als d3 definiert (6B(b)). Der Siliziumfilm 6b entspricht dem zweiten Siliziumoxidfilm 12 und der Siliziumoxidfilm 6c entspricht dem dritten Siliziumoxidfilm 13.
(11) Die Resist-Struktur 7 wird abgelöst (6B(c)). Durch diesen Prozess wird somit das erste Siliziumsubstrat 1 mit dem Hohlraum 5 erhalten. Zu diesem Zeitpunkt ist die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c im Wesentlichen dieselbe wie die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms 6b auf dem Boden des Hohlraumes 5 (d3 = d2). Der Siliziumoxidfilm 6a entspricht dem ersten Siliziumoxidfilm 11.

Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche derart eingestellt, dass die Dicke d1 des ersten Siliziumoxidfilms 11 auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1, die Dicke d2 des zweiten Siliziumoxidfilms 12 auf dem Boden des Hohlraumes 5 und die Dicke d3 des dritten Siliziumoxidfilms 13 auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 den zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 and d2 < d1, erfüllen.
(12) Das erste durch den oben beschriebenen Prozess erhaltene erste Siliziumsubstrat 1 mit dem Hohlraum 5 und das zweite Siliziumsubstrat 8 werden gemeinsam auf geeignete Weise gereinigt. Nach einer Aktivierungsbehandlung werden das erste Siliziumsubstrat 1 mit dem Hohlraum 5 und das zweite Siliziumsubstrat 8 dann fusionsgebondet.
(13) Als Nächstes wird ein Glühen in einer Atmosphäre ausgeführt, die Sauerstoff bei 1000°C enthält, um die Bondingfestigkeit zwischen der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 und der Bondingoberfäche des zweiten Siliziumsubstrats 8 zu vergrößern, so dass das Hohlraum-SOI-Substrat 20a erhalten wird (6B(d)).
Die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 nimmt zu und erfüllt die Beziehung d3 > d2. Falls beispielsweise ein Glühen in einer N₂-Atmosphäre ausgeführt wird, nimmt die Dicke d3 nicht zu und die Beziehung d3 = d2 bleibt dieselbe.
Es ist hier lediglich erforderlich, dass die Atmosphäre zum Glühen derart ausgewählt wird, dass die Filmdicke d1 des Siliziumoxidfilms 6a auf der ersten Oberfläche, die Filmdicke d2 des Siliziumoxidfilms 6b auf dem Hohlraum 5 und die Filmdicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche einen Satz von Beziehungen d3 < d1 und d2 < d1 erfüllen. Das Hohlraum-SOI-Substrat 20 mit weniger Verformung wird dann erhalten. Die Dicken d1, d2 und d3 weisen somit eine Beziehung auf, die d3 < d1 und d1 > d2 erfüllt.
Das heißt, wenn die Dicke d3 des Siliziumoxidfilms 6c auf der zweiten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 kleiner als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms 6a auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1 ist (d3 < d1), krümmt sich das erste Siliziumsubstrat 1 an jedem Ende nach unten. Das Hohlraum-SOI-Substrat 20a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist somit derart konfiguriert, dass die Dicke d2 des Siliziumoxidfilms 6b auf dem Boden des Hohlraumes 5 des ersten Siliziumsubstrats 1 kleiner ist als die Dicke d1 des Siliziumoxidfilms 6a auf der ersten Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats 1, so dass die Beziehung d1 > d2 erfüllt ist. Dies reduziert eine Verformung in dem Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum und dem das Siliziumsubstrat umfassende Hohlraum-SOI-Substrat 20a.
Die vorliegende Offenbarung umfasst geeignete Kombinationen jeglicher der oben beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispiele und/oder Beispiele und erzielt Wirkungen der entsprechenden Ausführungsbeispiele und/oder Beispiele.
Industrielle Anwendbarkeit
Bei dem Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum und dem das Siliziumsubstrat umfassende Hohlraum-SOI-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung, erfüllen die Dicken d1, d2 und d3 einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen d3 < d1 und d2 < d1. Dies reduziert eine Verformung in dem Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum und dem das Siliziumsubstrat umfassende Hohlraum-SOI-Substrat.
Bezugszeichenliste

1:: erstes Siliziumsubstrat
2a:: Siliziumoxidfilm
2b:: Siliziumoxidfilm
3:: Resist-Struktur
4:: Öffnung
5:: Hohlraum
6:: Thermooxidfilm
6a:: Siliziumoxidfilm
6b:: Siliziumoxidfilm
6c:: Siliziumoxidfilm
7:: Resist-Struktur
8:: zweites Siliziumsubstrat
10:: Siliziumsubstrat mit einem Hohlraum (erstes Siliziumsubstrat)
11:: erster Siliziumoxidfilm
12:: zweiter Siliziumoxidfilm
13:: dritter Siliziumoxidfilm
20:: Hohlraum-SOI-Substrat

Claims

Ein Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, wobei das Siliziumsubstrat ein Siliziumsubstrat ist, das eine erste Oberfläche mit einem Hohlraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, wobei das Siliziumsubstrat folgende Merkmale aufweist: einen ersten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d1 aufweist und auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; einen zweiten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d2 aufweist und auf einem Boden des Hohlraumes angeordnet ist; und einen dritten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d3 aufweist und auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, wobei die Dicken d1, d2 und d3 einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 und d2 < d1, erfüllen.
Ein Hohlraum-SOI-Substrat, das folgende Merkmale aufweist: das Siliziumsubstrat, das einen Hohlraum aufweist, gemäß Anspruch 1; und ein Siliziumsubstrat, das an die erste Oberfläche des Siliziumsubstrats, das einen Hohlraum aufweist, gebondet ist.
Ein Hohlraum-SOI-Substrat, das folgende Merkmale aufweist: ein erstes Siliziumsubstrat, das eine erste Oberfläche mit einem Hohlraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, wobei das erste Siliziumsubstrat einen ersten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d1 aufweist und auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, einen zweiten Siliziumoxidfilm, der eine Dicke d2 aufweist und auf einem Boden des Hohlraumes angeordnet ist, und einen dritten Siliziumoxidfilm umfasst, der eine Dicke d3 aufweist und auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist; und ein zweites Siliziumsubstrat, das an die erste Oberfläche des ersten Siliziumsubstrats gebondet ist, wobei die Dicken d1, d2 und d3 einen ersten Satz von Beziehungen, d1 ≤ d3 und d1 < d2, oder einen zweiten Satz von Beziehungen, d3 < d1 und d2 < d1, erfüllen.