DE69200459T2

DE69200459T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer extrem dünnen monokristallinen Siliziumschicht bei einem SOI Substrat mittels einer durch Interferometrie kontrollierten Ätzmethode.

Info

Publication number: DE69200459T2
Application number: DE69200459T
Authority: DE
Inventors: Takao Abe; Masatake Katayama; Mastake Nakano; Yutaka Ohta
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1991-04-27
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2012-04-24
Also published as: US5427052A; DE69200459D1; EP0511777B1; JPH0817166B2; US5376215A; JPH04328844A; EP0511777A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines extrem dünnen Films eines einzigen Kristalls in einem SOI (Silizium auf einem Isolator)-Substrat und insbesondere auf ein Verfahren zum Verdünnen eines extrem niedrigen Wertes einer einzigen Kristallsiliziumschicht, die mit der oberen Flasche eines dieleketrischen Substrats verbunden ist, und auf ein Verfahren zum Steuern der Dicke der Filmschicht.

Beschreibung des Standes der Technik

Als Maßnahmen zum Erhalten eines solchen extrem dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums auf einem dielektrischen Substrat wie vorstehend beschrieben sind die folgenden Verfahren bis jetzt vorgeschlagen worden. Ein erstes Verfahren ist das sog. SOS (Silizium auf Saphir)-Verfahren, welches das Bewirken eines epitaxialen Wachstums eines dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums auf einem dielektrischen Substrat umfaßt, wie bspw. einem einzigen Kristallsaphirsubstrat.
Ein zweites Verfahren ist das sog. SIMOX (Trennung durch Implantation von Sauerstoff)-Verfahren, welches das Implantieren von Sauerstoffionen in einem einzigen Kristallsiliziumsubstrat durch die Verwendung einer Ionenimplantationsvorrichtung umfaßt sowie ein anschließendes Glühen des mit Sauerstoffionen implantierten Substrats, sodaß dadurch ein Oxidfilm in einem Teil der vorgeschriebenen Tiefe innerhalb des einzigen Kristallsiliziumsubstrats gebildet wird.
Ein drittes Verfahren ist das sog. ZMR (Zonenschmelzrekristallisation)-Verfahren, welches die Ausbildung eines thermischen Oxidfilms auf der Oberfläche eines einzigen Kristallsiliziumsubstrats umfaßt sowie ein anschließendes Beschichten des thermischen Oxidfilms mit einem polykristallinen oder amorphen Siliziumfilm, dann ein Bestrahlen der Siliziumfilmoberfläche in Streifen in einer Richtung mit einem Energiestrahl wie bspw. einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl sowie ein gleichzeitiges Bewegen der Bestrahlungsrichtung unter einem rechten Winkel, wodurch der Siliziumfilm geschmolzen und verfestigt wird, und ein Umwandeln des Siliziumfilms zu einem einzigen Kristallfilm über die gesamte Oberfläche des Substrats.
Obwohl diese Verfahren als Möglichkeiten zum Erhalten eines dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums auf einem dielektrischen Substrat nützlich sind, haben sie unveränderlich den Nachteil, daß der dünne Film eines einzigen Kristallsiliziums, der dadurch als Ausbeute erzeugt wird, kristallographische Schäden enthält (T.D. Stanley und P.K. Vasudev, Solid State Technology, Nov. 1990, S. 58).
Ein viertes Verfahren ist das SOI Verbundverfahren. Das Substrat der SOI Verbundausbildung wird durch die Herstellung von zwei einzelnen Kristallsiliziumwafers erhalten, von denen wenigstens ein Wafer einer oxidierenden Behandlung unterworfen wird und dadurch ein Siliziumoxidfilm auf der Oberfläche des Wafers ausgebildet wird, welche der oxidierenden Behandlung unterworfen wird, worauf die beiden einzigen Kristallsiliziumwafers eines über das andere derart aufeinandergelegt werden, daß der Oxidfilm zwischen den übereinander angeordneten Wafers angeordnet ist, worauf die übereinander angeordneten Wafers auf eine vorgeschriebene Temperartur erwärmt werden, die ausreicht, um ihre Verbindung einzuleiten, und das Wafer auf der oberen Seite wird dann poliert, um dadurch die geforderte Verdünnung zu bewirken. Dieses Verfahren übertrifft bei weitem die drei vorstehend angegebenen Verfahren in Bezug darauf, daß der dünne Film des einzigen Kristallsiliziums in der SOI Verbundausbildung aus dem Polieren eines einzigen Kristallsiliziumwafers resultiert und daher dem Wafer gleicht, welches für eine Verdünnung der Kristallinität noch zu polieren ist. Durch den gegenwärtig zur Verfügung stehenden technischen Standard ist die Herstellung eines dünnen Films einer gleichmäßigen Dicke, die 1 um nicht übersteigt, sehr schwierig als Folge der Genauigkeit des Verdünnens durch ein Polieren.
Die SOI Ausbildung, die in sich einen sehr dünnen Film eines einzigen Kristallsiliziums von nicht mehr als 500 nm enthält, hat als ein Produkt an Bedeutung gewonnen, welches eine Verwendung bei fein gestalteten CMOS IC's hoher Geschwindigkeit verspricht. Insbesondere das 1G DRAM benötigt die Verwendung der SOI Ausbildung, die in sich einen extrem dünnen Film eines einzigen Kristallsiliziums einer Dicke von 100 nm eingliedert. Ein solcher extrem dünner Film, wie vorstehend erwähnt, erfordert eine Ausbildung mit einer Dicke davon, die so genau kontrolliert sein muß, daß die Schwankung der Dicke innerhalb ± 10 % der mitteleren Dicke liegen kann. Die Fluktuation der Dicke bei dem extrem dünnen einzigen Kristallsiliziumfilm hat nämlich die kritische Wirkung eines Abbaus der elektrischen Eigenschaften der Komponentenelemente, die in dem Film ausgebildet sind, und zwar in Bezug auf die Gleichmäßigkeit.
Die Fluktuation der Dicke des dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums der SOI Verbundausbildung, die zu erhalten ist durch die gegenwärtige Kontrollmöglichkeit der Dicke beim Polieren, liegt bei höchstens ± 0.3 um über ein Wafer hinweg mit einem Durchmesser von 150 mm. Die beste Verbesserung, die in der nahen Zukunft zu erreichen erwartet wird, liegt in der Größenordnung von ± 0.1 um. In dem Fall, daß die mittlere Dicke des dünnen Films des einzigen Kristalls in dem SOI Siliziumsubstrat, welche durch den gegenwärtigen Standard des Polierens zu erhalten ist, 0.50 um beträgt, ist daher die Berücksichtigung nur fair, daß dieser dünne Film die größte Dicke von etwa 0.80 um und die kleinste Dicke von etwa 0.20 um hat. Der Unterschied von 0.60 um überschreitet in diesem Fall die mittlere Dicke.
Ein Versuch zur Erzeugung eines SOI Substrats, welches darin einen dünnen Film eines einzigen Kristallsiliziums mit einer mittleren Dicke von nicht mehr als 0.30 um eingliedert, kann möglicherweise in einem vollständigen Verlust eines Teils des dünnen Films des einzigen Kristalls in dem Verlauf der Arbeit beim Polieren resultieren.
Journal of Applied Physics, Band 64, No. 10, 15. November 1988, Seiten 4943 - 4950 beschreibt Verfahren für ein Verbinden von Siliziumwafers, um ein SOI Gebilde zu erhalten, und beschreibt auch ein Verfahren des "Zurückätzens" für ein Verdünnen des einzigen Kristallsiliziumfilms. Das beschriebene System des Zurückätzens ergibt jedoch eine Dicke, die bestens bei ± 20 nm liegt.
Unsere vorhergehende Erfindung, die sich auf ein Verfahren zur Vergleichmäßigung der Dicke eines dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums in der SOI Verbundausbildung bezieht durch den Gebrauch der Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens, erregt durch ultraviolettes Licht, ist schon zum Patent angemeldet worden. Diese frühere Erfindung zielt darauf ab, eine Steuerung mit hoher Genauigkeit der Fluktuation der Dicke des dünnen Films der SOI Verbundausbildung zu erhalten durch ein fiktives Teilen der Oberfläche des dünnen Films in einem Computerspeicher od.dgl. zu winzigen Abschnitten einer vorgeschriebenen Fläche, ein Messen der Dicke des dünnen Films des einzigen Kristallsiliziums in jedem der winzigen Abschnitte noch vor dem chemischen Dampfphasenätzen, eine Anordnung des dünnen Films in einer Chlor- oder Fluoratmosphäre oder in einer Atmosphäre von Verbindungen davon als das teilnehmende Gas bei der Ätzreaktion, ein Bestrahlen der winzigen Abschnitte der Oberfläche mit Dosen des ultravioletten Lichts von einer Lampe oder einem Excimer Laser als der Lichtquelle, welche dabei jeweils so eingestellt sind, daß der dünne Film des einzigen Kristallsiliziums eine einzige gleiche Dicke bei allen winzigen Abschnitten nach der Vollendung des chemischen Dampfphasenätzens annimmt, ein Zerlegen der Fluoroder Chlormoleküle oder der Verbindungen davon durch das ultraviolette Licht, um dadurch die Erzeugung von aktiven Spezies der Fluor- oder Chlorradikale oder -moleküle einzuleiten, die solche Atome enthalten, die zur Ausübung der Wirkung eines chemischen Dampfphasenätzens auf Silizium fähig sind und folgerichtig die geforderte Verdünnung des einzigen Kristallsiliziumfilms durch die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens bewirken. Bei der tatsächlichen Vergleichmäßigung des dünnen Films des einzigen Kristallsiliziums kann die Gleichmäßigkeit der Dicke des verdünnten Films vergrößert werden durch eine mehrmalige Wiederholung der Messung der Dicke des dünnen Films bei den imaginär unterteilten winzigen Abschnitten und die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens.
Die Verfahren, die für die Messung der Dicke des dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums zur Verfügung stehen, werden grob in zwei Typen unterteilt.
Ein erstes Verfahren führt die Messung bei einem Wafer aus, welches von dem Behälter entnommen wurde, der für die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens verwendet wird. Dieses Verfahren erlaubt die Verwendung von praktisch jedem Gerät, welches für die Messung der Dicke des dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums auf einem Siliziumoxidfilm zur Vefügung steht. Es erlaubt auch eine Freiheit der Auswahl zwischen einem Bewegen des Gerätes und einem Bewegen des Substrats selbst durch eine Veränderung der Position der Messung auf eine Vielzahl von Punkten auf dem Substrat.
Die Technik zur Ausführung dieser Messung mit einer Rate von selbst weniger als 1 Sekunde pro Punkt der Messung ist darüberhinaus auch bereits realisiert worden. Dieses Verfahren ergibt Vorteile in Bezug auf die Vielseitigkeit und Schnelligkeit der Messung. Da dieses Verfahren die Entnahme des Substrats aus dem Behälter für die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens erfordert, hat es jedoch den Nachteil, daß die unvermeidbare Verdrängung des in dem Reaktionsbehälter eingefangenen Gases Zeit benötigt.
Ein zweites Verfahren übt die Messung der Dicke des Films eines einzigen Kristallsiliziums auf dem Substrat aus, wobei das Substrat innerhalb des Behälters für die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens verbleibt. Während dieses Verfahren den Vorteil ergibt, daß die Messung ohne das Erfordernis einer Herausnahme des Substrats aus dem Reaktionsbehälter erhalten wird, ist damit noch immerhin der Nachteil verbunden, daß die Benutzung des Meßinstruments außerhalb des Reaktionsbehälters in einer unvermeidbaren Verlängerung der Meßdistanz zwischen dem Sensor und der Probe resultiert und die Bewegung des Meßinstruments oder diejenige des Substrats, die für die Änderung der Position der Messung benötigt wird, dazu neigt, die Genauigkeit der Messung zu beeinträchtigen. Wenn ein Mechanismus für eine Bewegung des Substrats innerhalb des Reaktionsbehälters installiert wird, oder wenn das Meßinstrument in dem Reaktionsbehälter für eine Begünstigung dieses Verfahrens untergebracht wird, ergibt sich ein anderer Nachteil darin, daß die Vorrichtung unnötig an Größe und Komplexität gewinnt.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung strebt eine Lösung der Probleme an, die im Stand der Technik wie vorstehend beschrieben auftreten, und sie hat zur Aufgabe die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Vergleichmäßigung eines SOI Verbunddünnfilms durch die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens, erregt durch ultraviolettes Licht, welches die wirksame und bequeme Messung der Filmdicke bewirkt, und folgerichtig die Erzielung einer Kontrolle mit hoher Genauigkeit der Fluktuation der Dicke des dünnen Films ohne das Erfordernis einer Entnahme des Substrats aus dem Reaktionsbehälter für die chemische Dampfphasenkorrosion bei jeder Gelegenheit der Messung oder das Erfordernis der Installation eines Mechanismus für eine Änderung der Position der Messung innerhalb oder außerhalb des Reaktionsbehälters.
Um das vorbeschriebene Ziel in Übereinstimmung mit dieser Erfindung zu erreichen, ist ein Verfahren für die Herstellung eines SOI (Silizium auf einem Isolator)-Substrats vorgesehen, welches ein dünner Film eines einzigen Kristallsiliziums ist, verbunden mit der oberen Fläche eines dielektrischen Substrats, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch eine Bestrahlung mit sichtbarem Licht der dünnen Filmschicht des einzigen Kristallsiliziums des zuvor mit einer kleinen Dicke präparierten SOI-Substrats und eine inzwischen beibehaltene Beobachtung der sich folgerichtig ausbildenden Gruppe von Interferenzstreifen als Folge der Verteilung der Dicke des dünnen Films, ein selektives Verdünnen nur des Bereichs in der Gruppe der Interferenzstreifen, welcher von den Interferenzstreifen entsprechend der größten Filmdicke durch die Wirkung eines chemischen Dampfphasenätzens eingekreist ist, erregt durch ultraviolettes Licht, bis die Interferenz streifen in dem ausgewählten Bereich verschwinden, dann ein Bewirken des selektiven Verdünnens gleichartig in dem Bereich, der von den Interferenzstreifen entsprechend der neuen größten Filmdicke nach dem Verschwinden der Interferenzstreifen entsprechend der größten Filmdicke eingekreist ist, bis die Interferenzstreifen in dem ausgewählten Bereich verschwinden, und ein Wiederholen dieser Prozedur, bis die auf dem dünnen Film auf dem Substrat erscheinenden Interferenz streifen auf eine vorbestimmte Anzahl (vorzugsweise 0) reduziert sind, sodaß dadurch ein durchgehendes Verdünnen des dünnen Films auf dem Substrat bewirkt wird und gleichzeitig eine hochgenaue Kontrolle oder Steuerung der Fluktuation der Dicke des dünnen Films erzeugt wird.
Die für die Herstellung verwendete Vorrichtung nach der Erfindung ist dann dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Ausstrahlen von sichtbarem Licht, eine Einrichtung zum Beobachten einer Interferenzstreifengruppe für das Beobachten der Gruppe der Interferenz streifen, die als Folge der Verteilung der Dicke in dem Film des einzigen Kristallsiliziums des SOI Substrats ausbildet werden, wenn der dünne Film des einzigen Kristallsiliziums mit dem sichtbaren Licht von der ein sichtbares Licht ausstrahlenden Einrichtung bestrahlt wird, eine Lichtquelle für ultraviolettes Licht, eine den Lichtweg verändernde Einrichtung für ein Verändern des Lichtweges des ultravioletten Lichts in Übereinstimmung mit dem Wechsel in der Position der Bestrahlung, ein optisches Linsensystem für ein Sammeln des ultravioletten Lichtflusses, eine Steuereinrichtung für ein Auswählen des Bereichs in der Gruppe der Interferenzstreifen, der von den Interferenz streifen entsprechend der größten Filmdicke eingekreist ist, und gleichzeitig für ein Steuern des optischen Linsensystems, wodurch die Position der Bestrahlung mit dem ultravioletten Lichtfluß verändert wird, und eine Versorgungseinrichtung für ein Anliefern einer chemischen Spezies für die Erzeugung des chemischen Dampfphasenätzens, erregt durch das ultraviolette Licht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine erläuternde Darstellung zur Veranschaulichung des Wechsels der Position der Interferenzstreifen als Folge der Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens.
Fig. 2 ist eine Skizze zur Darstellung einer typischen Gruppe von Interferenzstreifen, die vor dem chemischen Dampfphasenätzen erscheint.
Fig. 3 ist eine schematische strukturelle Darstellung zur Veranschaulichung einer Vorrichtung dieser Erfindung für die Herstellung eines extrem dünnen SOI Filmsubstrats.
Fig. 4 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung der Tatsache, daß das gemäß der Erfindung erhaltene, extrem dünne SOI-Filmsubstrat nicht fähig ist, einen Interferenzstreifen zu erzeugen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Wenn ein SOI Verbundsubstrat mit sichtbarem Licht bestrahlt wird, dann erzeugt es eine Gruppe optischer Interferenzstreifen, die aus dunklen Linienteilen und hellen Linienteilen in Übereinstimmung mit der Dispersion der Dicke des dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums besteht. Zur Vereinfachung werden die dunklen Linienteile als Interferenzstreifen" bezeichnet, und das von den dunklen Linienteilen gebildete Muster wird nachfolgend ebenso als eine "Gruppe von Interferenzstreifen" bezogen.
Die Gruppe der Interferenzstreifen bildet für sich eine ideale Anzeige der Fluktuation der Dicke des dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums. Der örtliche Unterschied der Dicke des dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums, der durch zwei benachbarte Interferenzstreifen angegeben wird, verändert sich mit der Wellenlänge des für die Bestrahlung verwendeten Lichts. Der Unterschied beträgt etwa 45 nm, wenn die Bestrahlung ein blaues Licht mit einer Wellenlänge von 440 nm verwendet, und etwa 80 nm, wenn die Bestrahlung bspw. ein Rotlicht einer Wellenlänge von 640 nm verwendet.
Wenn nur der Bereich in der Gruppe der Interferenzstreifen, der durch Streifen entsprechend der größten Filmdicke eingekreist wird (nachfolgend angegeben als "Interferenzstreifen der höchsten Ordnung"), mit dem ultravioletten Licht bestrahlt wird, dann erfährt dieser Bereich selektiv die Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens.
Wenn die Bestrahlung dieses Bereichs mit dem ultravioletten Licht so ausgeführt wird, daß die Dosis des ultravioletten Lichts pro Einheitsfläche über die gesamten, für die Bestrahlung verwendeten Flächen gleichmäßig ist, dann wird dieser Bereich gleichmäßig geätzt, sodaß als ein Ergebnis die Interferenz streifen der höchsten Ordnungen leicht nach innen verschoben werden.
Wenn dieses Verfahren wiederholt wird, dann verschwindet allmählich der durch die Interferenzstreifen der höchsten Ordnung eingekreiste Bereich, und der durch die Interferenzstreifen der höchsten Ordnung vor dem Beginn der Ätzreaktion eingekreiste Bereich wird vollständig untergetaucht in einen Teil des Bereichs, der durch die Interferenzstreifen der nächst höheren Ordnung eingekreist ist.
Die Interferenz streifen der nächst höheren Ordnung werden dann aufgehoben, indem die selektive Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens in dem Bereich gleichartig ausgeführt wird, der durch die Interferenzstreifen der nächst höheren Ordnung eingekreist ist. Durch eine Wiederholung dieses Verfahrens bis zum Verschwinden der Interferenzstreifen auf dem Substrat kann die Fluktuation der Dicke des dünnen Films auf dem Substrat reduziert werden bis auf einen Wert niedriger als der Abstand zwischen den Interferenzstreifen.
Um Präzise zu sein, ergibt das vorbeschriebene Verfahren eine Umwandlung der gesamten Oberfläche des Substrats zu einem hellen Linienteil. Da der helle Linienteil generell etwa 2/3 bis 3/4 des Abstandes zwischen den Interferenzstreifen beträgt, wird die Fluktuation der Dicke des dünnen Films auf eine Größe von 2/3 bis 3/4 des Abstandes zwischen den Interferenzstreifen gebracht. Unter einem Blaulicht mit einer Wellenlänge von 440 nm ergibt diese Fluktuation einen Wert von ± 15 bis 17 nm.
Wenigstens zwei Verfahren sind zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens anwendbar, um die Fluktuation weiter zu verkleinern. Ein Verfahren umfaßt die Unterwerfung der gesamten Fläche des Substrats, die zu einem hellen Linienteil umgewandelt worden ist, unter ein gleichförmiges chemisches Dampfphasenätzen, sodaß dadurch die Erzeugung von Interferenzstreifen oder dunklen Linienteilen hervorgerufen wird, und dann eine selektive Unterwerfung des Bereichs der dunklen Linienteile unter ein chemisches Dampfphasenätzen, sodaß dadurch die gesamte Fläche des Substrats zu einem hellen Linienteil umgewandelt wird. Die Fluktuation der Dicke des dünnen Films, der durch dieses Verfahren erhalten wird, beträgt ± 6 bis 8 nm unter Blaulicht mit einer Wellenlänge von 440 nm.
Das andere Verfahren umfaßt eine geringfügige Veränderung der Wellenlänge des für die Bestrahlung verwendeten Lichts, nachdem die gesamte Fläche des Substrats zu einem hellen Linienteil umgewandelt wurde, wodurch absichtlich die Erzeugung eines dunklen Linienteils auf dem Substrat ausgelöst wird. Wenn die gesamte Fläche des Substrats durch die geringfügige Veränderung der Wellenlänge zu einem dunklen Linienteil umgewandelt wurde, dann beträgt die Fluktuation der Dicke des dünnen Films etwa ± 6 bis 8 nm ähnlich derjenigen, die bei dem vorhergehenden Fall unter einem Blaulicht mit einer Wellenlänge von etwa 440 nm erhalten wurde.
Wenn die geringfügige Veränderung der Wellenlänge des für die Bestrahlung verwendeten Lichts nicht dazu ausreicht, die gesamte Fläche des Substrats zu einem dunklen Linienteil umzuwandeln, und vielmehr dazu führt, daß die Oberfläche des Substrats an einer dauerhaften Koexistenz eines dunklen Linienteils und eines hellen Linienteils leidet, dann wird die gewünschte Auslöschung des dunklen Linienteils durch eine solche Einstellung der Wellenlänge des Lichts der Bestrahlung erhalten, daß für den dunklen Linienteil eine größere Dicke erhalten wird, als für den hellen Linienteil, worauf der Bereich des dunklen Linienteils selektiv dem chemischen Dampfphasenätzen unterworfen wird und die Dicke des dünnen Films in diesem Bereich abnimmt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren wird fortgesetzt, bis die geringfügige Veränderung der Wellenlänge des für die Bestrahlung verwendeten Lichts die gesamte Fläche des Substrats zu einem hellen Linienteil umwandelt. Als ein Ergebnis wird für die Fluktuation der Dicke der dünnen Filmschicht ein Wert von etwa ± 6 bis 8 nm erhalten, was im wesentlichen demjenigen entspricht, der in dem vorhergehenden Fall unter einem Blaulicht mit einer Wellenlänge in der Nähe von 440 nm erhalten wird.
Wenn umgekehrt der Dispersion der Dicke des dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums erlaubt wird, größer zu werden, als wenn die erlaubte Fluktuation der Dicke größer ist als der Unterschied der Dicke des dünnen Films, die bspw. durch n Interferenzstreifen angegeben wird, dann kann die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens unterbrochen werden, um das Verfahren zu dem Zeitpunkt zu beenden, wenn die Anzahl der noch verbleibenden Interferenzstreifen höchstens auf n abnimmt.
Das Substrat, auf welchem die Ätzwirkung gestartet wird, ist ein Siliziumverbundwafer der SOI Ausbildung. Dieses einzige Kristallsiliziumwafer sollte wünschenswert poliert werden, bis seine Dicke über einen großen Bereich vergleichmäßigt ist, bevor es der erfindungsgemäßen Verwendung zugeführt wird.
Für die Herstellung eines SOI, dessen einzige Kristallsiliziumschicht bspw. auf den Bereich von 0.10 ± 0.01 um verdünnt wurde, kann wünschenswert ein Wafer-Verbundpaar der SOI Ausbildung als das Ausgangssubstrat verwendet werden, welches durch die gegenwärtige Technik poliert worden ist, bis die Dicke der dünnsten Teile in den Bereich von 0.40 ± 0.30 um fällt, einem Wert, der also größer ist als die angestrebte Dicke.
Als das Ausgangssubstrat kann ein Wafer-Verbundpaar verwendet werden, das durch die Wirkung eines Ätzens mit einer flüssigen Phase oder einer gasförmigen Phase verdünnt worden ist. Das Wafer-Verbundpaar, welches durch die gegenwärtig für das erörterte Ätzen erhältliche Technik erhalten wird, ist in Bezug auf die Genauigkeit der Filmdickenverteilung minderwertiger im Vergleich zu dem Wafer-Verbundpaar, das durch ein Polieren erhalten wird Dieses Wafer-Verbundpaar ergibt daher den Nachteil, daß die für das Verdünnen des Films durch die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens bendtigte Zeit proportional verlängert wird.
Für die Herstellung eines SOI, dessen einziger Kristallsiliziumfilm auf den Bereich von 0.10 ± 0.01 um extrem verdünnt wurde, kann ein Wafer-Verbundpaar der SOI Ausbildung als Ausgangssubstrat verwendet werden, welches auf die Größenordnung von 0.45 ± 0.30 um oder einen größeren Mittelwert extrem verdünnt worden ist. In diesem Fall kann die Dicke des dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums abschließend auf den Bereich von 0.10 ± 0.01 um verringert werden durch ein Steuern der Fluktuation der Filmdicke durch die Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens in Übereinstimmung mit dieser Erfindung innerhalb ± 0.01 um sowie ein Unterwerfen der gesamten Fläche des dünnen Films unter eine thermische Oxidation oder durch ein nachfolgendes Entfernen des Oxidfilms oder durch eine gleichmäßige Verdünnung des dünnen Films durch ein Trockenätzen seiner gesamten Oberfläche.
Wenn ein Licht mit einer Wellenlänge λ kauf einen dünnen SOI Verbundfilm unter einem Winkel θ relativ zu der Normalen zu der Oberfläche des dünnen Films projiziert wird, dann wird ein Teil dieses Lichts durch die Oberfläche des dünnen Films reflektiert und der Rest des Lichts wird an denk dünnen Film vorbeigeführt, reflektiert durch die Grenzfläche zwischen dem dünnen Film und dem verbundenen Oxidfilm, und wird über den dünnen Film nach außen gesendet. Als Folge der optischen Gesetze beträgt der Unterschied zwischen den Bahnen dieser beiden Lichtstrahlen 2d cosθ, wobei d die Dicke des dünnen Films und θ den Einfallwinkel des Lichts auf den dünnen Film angeben. Die Wellenlänge des Lichts in dem dünnen Film wird ausgedrückt durch λ/n (λ), wobei n (λ) den Brechungsindex des einzigen Kristallsiliziums relativ zu dem Licht einer Wellenlänge in einem Vakuum angibt. Die Bedingung zur Erzeugung einer vergrößerten Helligkeit und diejenige zur Erzeugung einer vergrößerten Dunkelheit als Folge der Interferenz dieser beiden Lichtstrahlen sind die folgenden.
Bedingung für eine vergrößerte Helligkeit (heller Linienteil):
2d cosψ = (m-1/2) λ/n (λ) (Formel 1)
Bedingung für eine vergrößerte Dunkelheit (dunkler Linienteil)
2d cosψ = m λ/n (λ) (Formel 2)
Mit m wird vorstehend eine willkürliche natürliche Zahl angegeben. Der Grund für den Abzug von 1/2 bei der Bedingung für die Erzeugung einer vergrößerten Helligkeit besteht darin, daß der durch die Grenzflächen zwischen dem dünnen Film und dem verbundenen Oxidfilm reflektierte Lichtstrahl keine Phasenabweichung erfährt, während der durch die Oberfläche des dünnen Films reflektierte Lichtstrahl eine Phasenabweichung π erfährt.
Die Gleichung ψ = O wird befriedigt, wenn Licht mit einer Wellenlänge λ senkrecht projiziert wird, nämlich mit dem Einfallwinkel e = 0 auf den dünnen SOI Verbundfilm, um die gesamte Fläche des dünnen Films zu bestrahlen. In Ubereinstimmung mit der Formel 2 wird daher ein dunkler Linienteil, der nachfolgend einfach als ein "Interferenzstreifen" angegeben wird, jeweils dann erzeugt, wenn die Entfernung der Oberfläche des dünnen Films von dem Oxidfilm ein Vielfaches von λ/2n (λ) erreicht. Um exakter zu sein, wird bei einer fiktiven Oberfläche mit einer konstanten Höhe, die sich in einem Abstand m λ/2n (λ) von dem Oxidfilm befindet, ein Interferenzstreifen der m. Ordnung an dem Kreuzungspunkt zwischen der fiktiven Oberfläche und der Oberfläche der dünnen Filmschicht erscheinen. Wenn hmax und hmin die maximalen und minimalen Werte der Filmdicke angeben, dann ergeben die folgenden Formeln die erlaubten Bereiche für mmax und mmin:
mmax < 2h max n(λ)/λ< mmax + 1 (Formel 3)
mmin -1 < 2hmin n(λ)/λ< mmin (Formel 4)
eine Gruppe von (mmax - mmin + 1) Arten von Interferenzstreifen zwischen der mmax. Ordnung und der mmin. Ordnung werden daher auf den Oberflächen des dünnen Films erzeugt.
Um die Interferenzstreifen der höchsten Ordnung in der Gruppe der Interferenzstreifen zu finden, ist es notwendig, auch die Richtung zu kennen, in welcher sich die Ordnung der Interferenzstreifen über die gesamte Fläche des dünnen Films erhöht. Mit anderen Worten ist es also nötig, zu ermitteln, welcher eine von jeweils zwei benachbarten Interferenzstreifen in der Gruppe der Interferenzstreifen die höhere Ordnung aufweist. Wenigstens zwei Maßnahmen sind anwendbar, um zwischen zwei benachbarten Interferenzstreifen die vorrangige Ordnung zu differenzieren.
Die erste Maßnahme besteht aus einem Vergleich durch eine visuelle Beobachtung der Größe der Leuchtkraft in Bereichen der entgegengesetzten Kanten der Interferenz streifen, in welchen die Leuchtkraft kulminiert. Die von diesen Bereichen reflektierten Lichtstrahlen sind Syntheseprodukte der Lichtstrahlen, die durch den dünnen Film hindurchgegangen sind und dann durch die Grenzfläche reflektiert wurden, sowie den Lichtstrahlen, welche damit dieselbe Phase teilen und durch die Oberfläche des SOI-Verbundfilmes reflektiert wurden.
Da ein sichtbares Licht, welches auf einen dünnen Film auftraf, durch Silizium absorbiert wird und da die Intensität dieses sichtbaren Lichts in dem Verhältnis exponentiell abnimmt, wie die Entfernung der Lichtbewegung in der Siliziumschicht zunimmt, verringert sich die Intensität der erwähnten synthetischen Lichtstrahlen mit der Vergrößerung der Dicke des dünnen Films.
Durch einen Vergleich der Größe der Leuchtkraft bei den hellen Teilen an den entgegengesetzten Kanten jedes Interferenzstreifens kann daher die Seite mit der größeren Filmdicke zwischen den entgegengesetzten Seiten der Interferenzstreifen ermittelt werden und als ein Ergebnis davon die Richtung, in welche sich die Ordnung der Interferenzstreifen erhöht.
Die zweite Maßnahme besteht in einer Beobachtung der Bewegung der Gruppe der Interferenzstreifen mittels zweier Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen. Eine Gruppe von Interferenzstreifen wird von einer vorgegebene einfallenden Wellenlänge erzeugt. Wenn diese einfallende Wellenlänge etwas gegen eine höhere Wellenlänge oder eine niedrigere Wellenlänge verschoben wird, dann wird die Gruppe der Interferenz streifen in Übereinstimmung mit der Verschiebung der einfallenden Wellenlänge bewegt.
Wenn die einfallende Wellenlänge gegen eine höhere Wellenlänge verschoben wird, dann werden die Interferenz streifen in der Richtung bewegt, in welcher sich die Größe der Ordnung erhöht. Wenn umgekehrt die einfallende Wellenlänge gegen die niedrigere Wellenlänge verschoben wird, dann werden die Interferenz streifen in der Richtung bewegt, in welcher sich die Größe der Ordnung verkleinert. Die Bewegung der Gruppe der Interferenz streifen als Folge der Verschiebung der Wellenlänge ermöglicht daher eine Feststellung der Richtung, in welcher sich die Größe der Ordnung der Interferenzstreifen erhöht.
Die Bewegung der Interferenzstreifen, die durch die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens erzeugt wird, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet a die Oberfläche eines Films vor dem chemischen Dampfphasenätzen, b gibt die Position des Interferenzstreifens der höchsten Ordnung vor dem chemischen Dampfphasenätzen an, c gibt die Oberfläche des Films nach der ersten Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens an, d die Position des Interferenzstreifens der höchsten Ordnung nach der ersten Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens, e die Oberfläche des Films nach der zweiten Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens, f die Position des Interferenzstreifens der höchsten Ordnung nach der zweiten Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens, g die Oberfläche des Films nach der Auslöschung des Interferenzstreifens der höchsten Ordnung, h die Oberfläche konstanter Höhe der Erzeugung eines Interferenzstreifens der höchsten Ordnung und i die Oberfläche konstanter Höhe der Erzeugung eines Interferenzstreifens der zweithöchsten Ordnung.
Wenn das ultraviolette Licht nur in den Bereich den dünnen SOI Verbundfilms, der durch die Interferenzstreifen der höchsten Ordnung eingekreist wird, derart projiziert wird, daß die Lichtdosis je Flächeneinheit über den gesamten Bereich vergleichmäßigt ist, dann wird dieser Bereich gleichmäßig geätzt (durch die erste Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens), wie in Fig. 1 dargestellt, mit dem Ergebnis, daß die Interferenzstreifen der höchsten Ordnung nach innen bewegt werden.
Wenn die Bestrahlung mit dem ultravioletten Licht selektiv gleichartig in dem Bereich bewirkt wird, der durch die Interferenz streifen der höchsten Ordnung eingekreist wird, die nach der Bewegung für die Auslösung der zweiten Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens vorhanden sind, dann werden die Interferenz streifen noch weiter nach innen bewegt.
Wenn dieses Verfahren wiederholt wird, bis der durch die Interferenzstreifen der höchsten Ordnung eingekreiste Bereich verschwunden ist, dann ist der vor dem Beginn des Ätzens durch die Interferenz streifen der höchsten Ordnung eingekreiste Bereich vollständig in einen Bereich überführt, der durch die Interferenzstreifen der nächst höheren Ordnung eingekreist ist.
Die selektive Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens wird nachfolgend gleichartig in dem Bereich durchgeführt, der durch die Interferenz streifen der nächst höheren Ordnung eingekreist ist. Die Fluktuation der Dicke des dünnen Films auf dem Substrat kann auf eine Größe kleiner als der Abstand zwischen den Interferenz streifen gesteuert werden durch eine Wiederholung des vorbeschriebenen Verfahrens, bis die Interferenzstreifen auf dem Substrat verschwinden.
Das von einer Lampe oder einem Excimer-Laser ausgestrahlte ultraviolette Licht bewirkt als Folge seiner Photonenenergie eine Dissoziierung der Fluor- oder Chlormoleküle der molekularen Bindungen an ihre Verbindungen und erhöht folgerichtig die radikalen Spezies und beschleunigt die Aktivierung der Moleküle. Die radikalen Spezies und Moleküle, welche die Ursache für einen unstetigen Zustand wie vorbeschrieben gebildet haben, ergeben wahrhaft einen Überfluß an Reaktivität und ermöglichen ein Ätzen der Siliziumoberfläche als Folge der Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens.
Da diese radikalen Spezies und aktivierten Moleküle exklusiv in dem ultravioletten Lichtfluß erscheinen und einer Energie außerhalb ihrer mittleren freien Bahnen entbehren, findet das selektive Ätzen nur in dem Teil des verbundenen Siliziumwafers statt, welcher dem ultravioletten Licht ausgesetzt ist. Das Erscheinen des Ätzens findet unvereinbar zu einem extrem geringen Anteil in dem Bereich sehr nahe dem Teil des verbundenen Siliziumwafers statt, welcher dem ultravioletten Licht ausgesetzt ist. Dieser Nachteil führt ironisch zu dem Vorteil, daß der Teil, welcher dem ultravioletten Licht ausgesetzt ist (der Teil, welcher der Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens unterworfen ist) und die unmittelbare Nähe davon sanft ineinander fortgesetzt werden, ohne daß eine klare Unterscheidung in dem Ausmaß verbessert wird, wenn ein großer Vorrat je Charge der Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens für das Ätzen zugelassen wird.
Wenn das Verschwinden der Interferenz streifen der höchsten Ordnung durch eine mehrmalige Wiederholung der Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens erreicht ist, dann setzen sich die Bereiche, die durch die Interferenzstreifen der vorhergehenden höchsten Ordnung und durch die Interferenzstreifen der nächst höheren Ordnung eingekreist sind, sanft ineinander fort.
Weil das hier bewirkte Ätzen keine geladenen Teilchen hoher Energie verwendet, ist es schließlich auch nicht dazu fähig, das Kristallsubstrat mit Beschädigungen zu beeinflussen, wie bspw. mit einem dielektrischen Durchschlag, welche bei einem reaktiven Plasmaätzen auftreten, und es ist auch kaum dazu fähig, eine Verschlechterung der Kristallinität des dünnen Films oder des Substrats zu bewirken.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Es wird nunmehr ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dieser Erfindung bei der Herstellung einer extrem dünnen einzigen Kristallsiliziumschicht auf einem SOI Substrat im Detail näher beschrieben.
Fig. 3 zeigt schematisch die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung. Als eine Lichtquelle 1 für ultraviolettes Licht wurde eine Quecksilber-Xenon-Lampe von 50 W benutzt. Das ultraviolette Licht mit Wellenlängen von 200 bis 320 nm wurde durch einen optischen Filter hindurchgeleitet und über einen elektromagnetischen Verschluß gleichgerichtet zu einer Ausbildung, die sich im wesentlichen einem parallel gerichteten Strahl annäherte. Die Bahn diese ultravioletten Lichts wurde wie gefordert mittels optischer Spiegel auf einem in der X-Achse beweglichen Tisch 2 und einem in der Z-Achse beweglichen Tisch 3 geändert, und der Fluß dieses ultravioletten Lichts wurde durch ein optisches Linsensystem 4 auf dem Z-Achse Tisch gebündelt.
Die Lichtbahn wurde unter einem rechten Winkel durch einen ultraviolettes Licht reflektierenden Spiegel 6 nach unten gewendet, der innerhalb einer Substrat-Überwachungsvorrichtung 5 angeordnet war. Das ultraviolette Licht wurde dann durch ein Quarzfenster 8 in einer Probekammer 7 hindurchgeleitet und auf ein Substrat 9 zum Auftreffen gebracht. Das optische Linsensystem 4 war dazu angepaßt, einen kreisförmigen Querschnitt von 5 mm im Durchmesser für den auf dem Substrat auftreffenden Lichtfluß zu ergeben.
Die Energie des Lichtflusses auf dem Substrat betrug 300 mW/cm². Der Fortschritt der Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens auf dem Substrat wurde durch das Hindurchleiten des Lichts einer Halogenlampe 10 durch einen Monochromator 11 überwacht, wodurch ein Lichtfluß von 440 ± 5 nm erzeugt wurd, die Verursachung einer Reflektion diese sichtbaren Lichts durch einen Halbspiegel 12 und dann die Weiterleitung durch den ultraviolettes Licht reflektierenden Spiegel 6, dann die Ermöglichung einer Durchleitung des Lichts durch das Quarzfenster 8 in der Probenkammer 7 und eines Auftreffens auf das Substrat 9, die Verursachung einer Zurückführung des reflektierten Lichts über dieselbe Bahn mit Ausnahme der Durchdringung des Halbspiegels 12, ein Kondensieren des Lichts durch Verwendung eines optischen Systems 13 und ein Beobachten des kondensierten Lichtstrahls mittels einer CCD Kamera 14. Ein Computer 16 für die Analyse der Bilder ist mit einem Display 15 der CCD Kamera 14 so verbunden, daß die Position der Gruppe der Interferenzstreifen (dunkler Teil) auf dem Substrat in einem Speicher gespeichert wurde. Der Computer war für eine Berechnung und Speicherung in dem Speicher der Richtung entworfen, in welcher die Größen der Ordnung der Interferenz streifen in der Gruppe der Interferenz streifen, welche durch das sichtbare Licht von 440 nm ± 5 nm erzeugt wurden, eine Erhöhung erfahren hat durch einen Vergleich der Position der vorerwähnten Gruppe der Interferenzstreifen mit der Position der Gruppe der Interferenzstreifen, die bei einer Änderung der Wellenlänge des sichtbaren Lichts durch den Monochromator 11 auf 540 nm ± 5 nm oder 640 nm ± 5 nm erzeugt wurden.
Der Computer 16 erfaßte den Interferenzstreifen der höchsten Ordnung auf der Basis der in dem Speicher gesammelten Daten, wählte den durch die betreffenden Interferenzstreifen eingekreisten Bereich aus, vergab kompetente Instruktionen an den in der X-Achse beweglichen Tisch 2, den in der Z-Achse beweglichen Tisch 3 und den elektromagnetischen Verschluß der Quelle 1 für ultraviolettes Licht und bewirkte den Fluß des ultravioletten Lichts zum gleichmäßigen Auftreffen auf den Bereich mittels des Abtastens der X-Z-Achse (X-Y-Abtasten auf dem Substrat).
Die Probenkammer 7 war aus rostfreiem Stahl hergestellt. In diese Probenkammer 7 wurde ein NF&sub3; Gas 17 mit einer Fließrate angeliefert, die durch die Verwendung eines Volumenreglers 18 für die Gasströmung auf 300 cc/min geregelt wurde. Der Innendruck dieser Kammer wurde bei 10³ Pa durch die gemeinsame Verwendung eines Konduktanzventils 19 und einer Rotationspumpe 20 beibehalten. Das Substrat 9 wurde auf einer Probenbasis 26 angeordnet, deren Temperatur durch ein Widerstandserhitzen mittels eines Temperaturreglers 21 auf 150ºC geregelt wurde.
Das Substrat 9 wurde durch ein Verbinden eines einzigen n Typ < 100> 10X cm Kristallsiliziumwafers von 150 mm im Durchmesser durch das Medium eines thermischen Oxidfilms von 0.60 um Dicke mit einem einzigen n Typ < 100> 1Xcm Kristallsiliziumwafer mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Dicke von 625 um erhalten und einem anschließenden Polieren des ersteren einzigen Kristallsiliziumwafers auf eine Dickenverteilung mit der kleinsten Dicke von 0.366 um und der größten Dicke von 1.043 um. Die Gruppe der Interferenzstreifen, die auf diesem Substrat durch ein sichtbares Licht der Wellenlänge von 440 nm ± 5 nm vor dem Beginn der Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens erzeugt wurde, ist in Fig. 2 gezeigt.
Zwei benachbarte Interferenzstreifen zeigten bei der Dicke des dünnen Films einen Unterschied von etwa 45 nm. Die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens wurde in einem Bereich eingeleitet, der durch die Interferenz streifen der höchsten Ordnung eingekreist war.
Durch einen Durchgang des Abtastens des Bereichs mit dem ultravioletten Licht wurde der dünne Film des einzigen Kristallsiliziums in dem Bereich als eine Einheit gleichmäßig entfernt durch ein Ätzen in einer Dicke von 9 nm. Mit Hilfe von dem Display 15 wurde der Computer 16 in die Lage versetzt, die Bewegung der Interferenzstreifen der höchsten Ordnung nach jeder Beendigung des Ätzens um die Einheitsdicke von 9 nm zu bestätigen und einen automatischen Wechsel des Bereichs des Abtastens mit ultraviolettem Licht zu bewirken, sodaß der nächste Durchgang des chemischen Dampfphasenätzens in dem Bereich stattfinden würde, der nach der vorerwähnten Bewegung der Interferenz streifen durch die relevanten Interferenzstreifen eingekreist war.
Da die Interferenzstreifen der nächst höheren Ordnung tatsächlich durch zwei Abtastdurchgänge gelöscht wurden, wählte der Computer 16 automatisch die Interferenzstreifen der nächst höheren Ordnung als die Maßnahme einer Manipulation aus und gab dieselben Instruktionen aus. Auf diese Art und Weise wurde das Verschwinden der Interferenzstreifen der nächst höheren Ordnung erhalten mit insgesamt fünf Durchgängen des Abtastens mit ultraviolettem Licht. Durch eine Wiederholung des vorbeschriebenen Verfahrens wurden die Interferenzstreifen auf dem Substrat 9 vollständig ausgelöscht (Fig. 4).
Wenn die Wellenlänge des für die Bestrahlung verwendeten Lichts durch die Verwendung des Monochromators 11 von dem Mittelwert von 440 um erhöht wurde, dann stellte sich das Erscheinen eines dunklen Linienteils auf dem Substrat ein. Wenn die mittlere Wellenlänge auf 482 um erhöht wurde, dann entsprach der dunkle Linienteil dem Teil einer großen Filmdicke, und der helle Linienteil entsprach dem Teil einer kleinen Filmdicke.
Der Bereich des dunklen Linienteils schrumpfte, wenn der dunkle Linienteil mit dem ultravioletten Licht bei einer hohen Rate ausschließlich abgetastet wurde, und der dünne Film des einzigen Kristallsiliziums in diesem Bereich gleichmäßig um eine Einheitsdicke von 5 nm durch die Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens entfernt wurde. Wenn dieses Verfahren nochmals wiederholt wurde, dann verschwand der Bereich des dunklen Linienteils.
Wenn die Wellenlänge des Lichts für die Bestrahlung auf einen Mittelwert von 469 um geändert wurde, dann erschien der dunkle Linienteil erneut. Der dunkle Linienteil entsprach dem Teil einer großen Filmdicke, und der helle Linienteil entsprach dem Teil einer kleinen Filmdicke. Der Bereich des dunklen Linienteils verschwand, wenn dieser Bereich gleichartig mit dem ultravioletten Licht bei einer hohen Rate abgetastet wurde und der dünne Film des einzigen Kristallsiliziums in diesem Bereich gleichmäßig durch ein Ätzen mit einer Einheitsdicke von 5 nm durch die Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens entfernt wurde.
Wenn die mittlere Wellenlänge des Lichts für die Bestrahlung auf 457 um geändert wurde, dann erschien der dunkle Linienteil erneut. Der dunkle Linienteil entsprach dem Teil einer großen Filmdicke, während der helle Linienteil dem Teil einer kleinen Filmdicke entsprach. Da der Bereich des hellen Linienteils eine geringe Größe hatte, wurde das Verdünnen des dünnen Schichtfilms durch die Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens beendet. Die Kammer wurde unter ein Vakuum gesetzt und dann mit Luft gefüllt sowie für die Entfernung des Substrats geöffnet. Der dünne Film des einzigen Kristallsiliziums auf dem Substrat wurde durch Messung mit einer mittleren Dicke von 0.371 um ± 0.007 um ermittelt mit dem Minimum bei 0.364 um und dem Maximum bei 0.378 um.
Wenn der so erhaltene dünne Film der pyrogenen Oxidation bei 1.100ºC für eine Stunde ausgesetzt wurde, um darauf einen thermischen Oxidfilm auszubilden, und dieser Oxidfilm dann mit einer wässrigen Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt wurde, dann wurde ein extrem dünner Film eines einzigen Kristallsiliziums mit einer mittleren Dicke von 0.108 um ± 0.008 um erhalten. Als ein Ergebnis betrug die Fluktuation der Dicke des dünnen Films ± 10 % bei der größeren Höhe.
Gemäß einer Abwandlung kann das vorbereitend verdünnte Substrat von einem SOI Substrat bereitgestellt werden, das durch die Verwendung eines Quarzwafers als ein Trägerwafer und ein Verbinden eines einzigen Kristallsiliziumwafers damit hergestellt wurde. Das Siliziumwafer wird dann durch ein Polieren, ein chemisches Ätzen mit einer Flüssigkeitsphase oder ein chemisches Dampfphasenätzen (oder einer Kombination davon) verdünnt. Dieses vorbereitend verdünnte Substrat wird dann mittels des Verfahrens der Erfindung wie vorbeschrieben verdünnt.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß die Vergleichmäßigung der Dicke eines dünnen Films eines einzigen Kristallsiliziums eines SOI Verbundsubstrats durch die Reaktion des chemischen Dampfphasenätzens mit einer Erregung durch ultraviolettes Licht gemäß dieser Erfindung ein wirksames und bequemes Messen der Fluktuation der Dicke des dünnen Films erlaubt ohne das Erfordernis einer Entfernung des Substrats aus dem Reaktionsbehälter bei jeder Gelegenheit der Messung der Filmdicke sowie des Erfordernisses für einen Mechanismus zur Änderung der Position der Messung der Filmdicke, der innerhalb des Reaktionsbehälters zu installieren ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines SOI (Silizium auf einem Isolator)-Substrats, welches ein dünner Film eines einzigen Kristallsiliziums ist, verbunden mit der oberen Fläche eines dielektrischen Substrats, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch eine Bestrahlung mit sichtbarem Licht des dünnen Films des einzigen Kristallsiliziums des zuvor mit einer kleinen Dicke präparierten SOI-Substrats und eine inzwischen beibehaltene Beobachtung der sich folgerichtig ausbildenden Gruppe von Interferenzstreifen als Folge der Verteilung der Dicke des dünnen Films, ein selektives Verdünnen nur des Bereichs in der Gruppe der Interferenzstreifen, welcher von den Interferenzstreifen entsprechend der größten Filmdicke durch die Wirkung eines chemischen Dampfphasenätzens eingekreist ist, erregt durch ultraviolettes Licht, bis die Interferenzstreifen in dem ausgewählten Bereich verschwinden, dann ein Bewirken des selektiven Verdünnens gleichartig in dem Bereich, der von den Interferenzstreifen entsprechend der neuen größten Filmdicke nach dem Verschwinden der Interferenzstreifen entsprechend der größten Filmdicke eingekreist ist, bis die Interferenzstreifen in dem ausgewählten Bereich verschwinden, und ein Wiederholen dieser Prozedur, bis eine vorbestimmte Anzahl der auf dem dünnen Film erscheinenden Interferenzstreifen auf dem Substrat verbleiben, wodurch ein durchgehendes Verdünnen des dünnen Films auf dem Substrat bewirkt wird und gleichzeitig eine hochgenaue Steuerung der Fluktuation der Dicke des dünnen Films erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Prozedur des Verdünnens des dünnen Films beendet wird, wenn der dünne Film ein Stadium erreicht, bei welchem die Anzahl der verbleibenden Interferenzstreifen nicht größer als 5 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Prozedur des Verdünnens der Filmschicht beendet wird, wenn keine Intereferenzstreifen verbleiben.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem als ein vorbereitend verdünntes SOI-Substrat ein SOI-Substrat verwendet wird, welches entweder durch die Verwendung eines einzigen Kristallsilizium-Wafers oder eines polykristallinen Silizium-Wafers als ein Trägerwafer hergestellt wurde, wobei ein einziges Kristallsilizium-Wafer als ein Verbindungswafer benutzt wird, ein thermischer Oxidfilm auf beiden oder nur entweder auf dem Trägerwafer oder auf dem Verbindungswafer ausgebildet wird, die beiden Wafers mittels des thermischen Oxidfilms miteinander verbunden werden und dann das einzige Kristallsilizium-Verbindungswafer durch ein Polieren, die Wirkung eines chemischen Flüssigphasenätzens, die Wirkung eines chemischen Dampfphasenätzens oder eine Kombination davon verdünnt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem als ein vorbereitend verdünntes SOI-Substrat ein durch die Verwendung eines Quarzwafers als ein Trägerwafer erzeugtes SOI-Substrat verwendet wird, wobei ein einziges Kristallsilizium-Wafer als ein Verbindungswafer benutzt wird, die beiden Wafer miteinander verbunden werden und dann das Verbindungswafer durch ein Polieren, die Wirkung eines chemischen Flüssigphasenätzens oder eine Kombination davon verdünnt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Wirkung des chemischen Dampfphasenätzens, erregt durch das ultraviolette Licht, die Verursachung der Erzeugung eines Fluorradikals, eines Chlorradikals, eines Fluoridradikals oder eines Chloridradikals mittels des ultravioletten Lichts umfaßt, die Verursachung einer Reaktion des Radikals mit Silizium und die Nutzung der Reaktion bei dem Ätzen des einzigen Kristallsiliziumfilms und folgerichtig dem Verdünnen des einzigen Kristallsiliziumfilms.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Bereich in der Gruppe der Interferenzstreifen, welcher von den Interferenzstreifen entsprechend der größten Filmdicke umschlossen ist, ausgewählt wird durch ein Messen der größten Luminanzgrößen der hellen Linien, welche an die gegenüberliegenden Kanten der Interferenzstreifen (dunkle Linien) angrenzen, und ein Vergleichen der Luminanzgrößen, wodurch die Interferenzstreifen der größten Ordnung identifiziert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem der durch die Interferenzstreifen entsprechend der größten Filmdicke in dem Feld der Interferenzstreifen eingekreiste Bereich ausgewählt wird durch ein optisches Erfassen der Richtung, in welcher die Interferenzstreifen ihre Positionen bei der Verwendung von zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen wechseln.

9. Vorrichtung zur Herstellung eines SOI-Substrats, welches ein dünner Film eines einzigen Kristallsiliziums verbunden mit der oberen Fläche eines dielektrischen Substrats ist, gekennzeichnet durch das Vorsehen einer ein sichtbares Licht ausstrahlenden Einrichtung, einer Einrichtung zum Beobachten einer Interferenzstreifengruppe, um die Gruppe der Interferenzstreifen zu beobachten, die als Folge der Verteilung der Dicke in dem dünnen Film des einzigen Kristalls des SOI-Substrats erhalten wird, wenn der dünne Film des einzigen Kristalls mit dem sichtbaren Licht von der das sichtbare Licht ausstrahlenden Einrichtung bestrahlt wird, einer Lichtquelle für ultraviolettes Licht, einer den Lichtweg verändernden Einrichtung für ein Verändern des Lichtweges des ultravioletten Lichts in Übereinstimmung mit dem Wechsel in der Position der Bestrahlung, einem optischen Linsensystem für ein Sammeln des ultravioletten Lichtflusses, einer Steuereinrichtung für ein Auswählen des Bereichs in der Gruppe der Interferenzstreifen, der von den Interferenzstreifen entsprechend der größten Filmdicke eingekreist ist, und gleichzeitig für ein Steuern des optischen Linsensystems, wodurch die Position der Bestrahlung mit dem ultravioletten Lichtfluß verändert wird, und einer Versorgungseinrichtung für ein An liefern einer chemischen Spezies für die Erzeugung der Wirkung eines chemischen Dampfphasenätzens, erzeugt durch das ultraviolette Licht.