DE69629094T2

DE69629094T2 - Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrates

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Publication number: DE69629094T2
Application number: DE69629094T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Ohta-ku Atoji
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: CN1076862C; EP0779650A2; DE69629094D1; CA2192631A1; EP0779650B1; US6103009A; KR100236689B1; JPH09223782A; JP3250721B2; SG71006A1; EP0779650A3; CN1155755A; KR970054270A; CA2192631C

Description

Deutschsprachige Übersetzung der Beschreibung Der Europäischen Patentanmeldung Nr. 96 309 033.7 Des Europäischen Patents Nr. 0 779 650
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats, das eine hervorragende Gleichmäßigkeit der Filmdicke hat und Freiräume (oder Hohlräume) im Film und in Grenzflächenlagen hervorragend unterdrücken kann, und spezieller auf ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats, das für elektronische Vorrichtungen mit hoher Funktionalität und hoher Leistung, für hochgradig integrierte Schaltungen usw. verwendet wird und das als eine Einkristall-Halbleiterschicht auf einem transparenten Isolatorsubstrat aus Glas oder dergleichen oder auf einem Siliciumsubstrat mit einem Oxidfilm darauf hergestellt ist.
Verwandter Stand der Technik
Die Bildung einer Einkristallsilicium-Halbleiterschicht auf einem Isolator ist weitreichend als die Silicium-auf-Isolator-Methode (SOI) bekannt, und zahlreiche Forschungsarbeiten sind durchgeführt worden, da dieses Substrat viele Vorteile hat, die durch Substrate aus Massensilicium, die zur Herstellung gewöhnlicher integrierter Siliciumschaltungen verwendet werden, nicht erzielt werden können.
[SOS und SIMOX]
Eine der herkömmlichen SOI-Methoden ist das sogenannte SOS (Silicium-auf-Saphir), das die Methode zum hetero-epitaxialen Aufwachsen einer Siliciumschicht auf einem Saphirkristall ist, aber die Qualität des hetero-epitaxial gewachsenen Siliciumkristalls ist schlecht. Zudem wird SIMOX (Trennung durch implantierten Sauerstoff; Separation-by-IMplanted-OXygen) in der Praxis als eine SOI-Bildungsmethode zum Implantieren von vielen Sauerstoffionen in Silicium und anschließendem Tempern des Resultierenden verwendet, wodurch eine SiO₂-Schicht mit implantiertem Sauerstoff gebildet wird, der von der Oberfläche des Siliciums bis zu einer Position von etwa 0,2 μm eingebettet ist. Allerdings benötigt dieses Implantieren vieler Sauerstoffionen und das Tempern viel Zeit, was im Hinblick auf die Produktivität und die Kosten nachteilig ist, und die Innenimplantation verursacht viele Kristalldefekte in der SOI-Siliciumschicht. Eine verringerte Implantation von Sauerstoffionen würde es gegenwärtig schwierig machen, die Filmqualität der Oxidschicht aufrecht zu erhalten, und es wird zudem angenommen, dass dadurch die Dicke der implantierten SiO₂-Filmschicht nur schwer verändert werden kann.
[SOI-Binden]
Von den kürzlich berichteten SOI-Bildungsmethoden hat das populär so genannte „SOI-Binden" eine besonders hervorragende Qualität. Dies ist die Methode, bei der Spiegeloberflächen von zwei Wafern, von denen wenigstens eine einen durch Oxidation oder dergleichen gebildeten isolierenden Film hat, in enge Haftung miteinander gebracht werden, einem Tempern unterzogen werden, um die Kopplung der Haftungsgrenzfläche zu verstärken, und das Substrat anschließend von irgendeiner Seite poliert oder geätzt wird, um einen dünnen Siliciumeinkristallfilm mit einer beliebigen Dicke auf dem Isolatorfilm zu hinterlassen. Der wichtigste Punkt bei dieser Methode ist ein Schritt zum Ausdünnen des Siliciumsubstrats zu einem dünnen Film. Detaillierter muss normalerweise das Siliciumsubstrat, das mehrere 100 μm oder dergleichen dick ist, gleichmäßig auf eine Dicke von mehreren μm oder selbst auf 1 μm oder weniger abpoliert oder -geätzt werden, was eine Methode ist, die im Hinblick auf Kontrollierbarkeit und Gleichmäßigkeit sehr schwierig ist. Es gibt grob zwei Wege zum Ausdünnen des Siliciums zu einem dünnen Film. Einer davon ist ein Verfahren, bei dem das Ausdünnen nur durch Polieren durchgeführt wird (BPSOI: Bindungs- und Polierungs-SOI), und der andere ist ein Verfahren, bei dem eine Ätz-Stoppschicht direkt über einem dünnen Film bereitgestellt wird, der zurückbleiben soll (tatsächlich direkt unter dem dünnen Film während der Herstellung eines einzelnen Substrats), und bei dem zwei Stufen des Ätzens des Substrats und des Ätzens der Ätz-Stoppschicht durchgeführt werden (BESOI: Bindungs- und Rückätz-SOI). Da bei dem BESOI oftmals eine aktive Siliciumschicht über der vorausgehend gebildeten Ätz-Stoppschicht epitaxial aufgewachsen wird, wird dieses BESOI dahingehend als vorteilhaft betrachtet, dass es die Gleichmäßigkeit der Filmdicke sicherstellt. Da die Ätz-Stoppschicht oftmals eine hohe Konzentration an Verunreinigungen enthält, wird es jedoch eine Verzerrung des Kristallgitters verursachen, die zu dem Problem führen wird, dass sich die Kristalldefekte in die epitaxiale Schicht fortsetzen. Es gibt zudem die Möglichkeit, dass die Verunreinigungen bei der Oxidation der epitaxialen Schicht oder beim Tempern nach dem Binden diffundieren, wodurch sie die Ätz-Charakteristiken verändern.
Wenn Verunreinigungen an den Bindungsoberflächen vorliegen oder wenn aufgrund einer schlechten Flachheit der Bindungsoberflächen Oberflächenunebenheiten vorliegen, treten bei diesen Bindungs-SOI viele als „Hohlräume" bezeichnete leere Räume an der Bindungsgrenzfläche auf. Unter diesem Gesichtspunkt ist das vorstehend diskutierte BESOI in vielen Fällen nachteilig. Der Grund ist wie folgt. Die Ätz-Stoppschicht wird normalerweise zum Beispiel durch heteroepitaxiales Wachstum durch CVD oder durch epitaxiales Wachstum unter Dotieren mit einer hohen Konzentration an Verunreinigungen gebildet. Im Falle der CVD, insbesondere im Fall des hetero-epitaxialen Wachstums, ist die erzielte Flachheit oftmals gegenüber der von durch Polieren erhaltenen flachen Oberflächen schlechter. Die Ätz-Stoppschicht wird manchmal durch Ionenimplantieren gebildet, aber die Flachheit ist auch in diesem Fall verschlechtert.
[Neue BESOI-Methode]
Ein Beispiel für die Methode, um eine gute Flachheit der Bindungsoberflächen, eine wie beim BESOI gleichmäßige Filmdicke der aktiven Schicht und eine Selektivität, die mehrere Größenordnungen größer als die des herkömmlichen BESOI ist, zu erzielen, ist die Methode des Porösmachens der Oberfläche des Siliciumsubstrats durch anodisches Behandeln und epitaxiales Aufwachsen der aktiven Siliciumschicht auf diese (offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 5-21338). In diesem Fall entspricht die poröse Schicht der Ätz-Stoppschicht beim BESOI. Da die Ätzrate von porösem Silicium verglichen mit Einkristallsilicium bei einem Ätzmittel auf Flusssäurebasis sehr hoch ist, wird allerdings eine hohe Selektivität der Ätz-Charakteristik als wichtiger als die Ätz-Stoppschicht angesehen. Da diese Methode die poröse Siliciumschicht nicht durch CVD sondern durch anodisches Behandeln einer flachen Oberfläche eines Einkristallsiliciumsubstrats bildet, wird die Flachheit der epitaxial aufgewachsenen aktiven Schicht besser als die beim BESOI, bei dem die Ätz-Stoppschicht durch CVD oder dergleichen gebildet wird. Die auf dieser Oberfläche wachsende epitaxiale Schicht hat die Eigenschaft, dass sie eine Kristallinität erzielt, die nahezu gleich der einer epitaxialen Schicht ist, die auf einem nicht porösen Einkristallsubstrat aufgewachsen ist. Dies ermöglicht es uns, einen dünnen Einkristallfilm, der zu der epitaxialen Schicht auf dem Einkristallsiliciumsubstrat äquivalent ist, mit hoher Verlässlichkeit als eine aktive Schicht zu verwenden, so dass die SOI-Substrate mit hervorragender Kristallinität und mit hervorragender Gleichmäßigkeit der Filmdicke versehen werden.
K. Sakaguchi et al., Extended Abstracts of 1994 International Conference on Solid State Devices and Materials, S. 259–261, haben offenbart, das ein Substrat, das durch anodisches Behandeln der Oberfläche eines Einkristallsiliciumsubstrats, um es porös zu machen, und durch Bewirken eines epitaxialen Wachstums auf dieser erhalten wurde, mit einem Siliciumsubstrat mit einer oxidierten Oberfläche verbunden wurde, der nicht poröse Abschnitt des Einkristallsiliciumsubstrats mit einem Schleifer geschliffen wurde, um die poröse Schicht freizulegen, und nur die poröse Schicht selektiv mit einer Lösung einer HF/H₂O₂-Mischung geätzt wurde, wodurch für 5-Inch Wafer eine Filmdickenverteilung der SOI-Siliciumschicht von 507 nm ± 15 nm (± 3%) oder 96,8 nm ± 4,5 nm (± 4,7%) erzielt wurde. Es wird beschrieben, dass bei dem Ätzen mit der Lösung einer HF/H₂O₂-Mischung in diesem Fall die Ätzrate der porösen Siliciumschicht um das 10⁵-fache größer als die der nicht porösen Siliciumschicht ist und dass somit die poröse Siliciumschicht gut als eine Ätz-Stoppschicht beim BESOI fungiert.
Ein weiteres Verfahren, das durch jene Schritte durchgeführt wird, die im Oberbegriff des angefügten Anspruchs 1 wiedergegeben werden, ist in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0554794 beschrieben. Wie darin beschrieben, wird das erste nicht poröse Einkristall-Si-Substrat durch selektives Nassätzen entfernt, wobei als Ätzmittel eine Fluorsalpetersäurelösung oder Ethylendiamin + Pyrocatechol + Wasser oder KOH mit einer höheren Ätzrate für Si als für einen SiO₂-Isolator verwendet wird. Bei diesem Ätzschritt wurde die poröse Si-Schicht als ein Ätz-Stopp verwendet.
Zusätzlich zu dem Verfahren zum Verbinden eines Einkristallsiliciumsubstrats mit einer thermisch oxidierten Oberfläche oder eines transparenten Siliciumoxidglassubstrats mit einem auf diesem porösen Silicium aufgewachsenen epitaxialen Siliciumfilm ist es zudem möglich, SiO₂-Oberflächen von zwei Substraten miteinander zu verbinden. Die Grenzflächenzustandsdichte der Grenzfläche zwischen dem epitaxialen Siliciumfilm als einer aktiven Schicht und dem SiO₂ (dem thermisch oxidierten Film der epitaxialen Schicht) ist ausreichend niedrig, und die Dicke der SiO₂-Schicht kann beliebig gesteuert werden. Somit kann ein Substrat hergestellt werden, das die Charakteristiken des SOI auf das Beste ausnutzt. Dann wird die SiO₂-Oberfläche an der Bindungsgrenzfläche durch ein Plasmaverfahren aktiviert, wodurch die Bindungsfestigkeit vollständig verstärkt und das Auftreten von Hohlräumen unterdrückt werden kann.
Die vorstehend beschriebene neue BESOI-Methode erlaubt es uns, hochqualitative SOI-Substrate zu erhalten, bei denen durch das hochselektive Ätzen der porösen Siliciumschicht die Filmdickenverteilung die Flachheit und die Filmdickenverteilung beim epitaxialen Wachstum bewahrt. Allerdings hat die vorstehende neue BESOI-Methode beim Entfernen des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs, der nicht porös gemacht wurde, die folgenden Probleme.
1. Probleme, die durch die Verwendung eines nassen Ätzmittels auf Flusssäurebasis hervorgerufen werden
Bei der Methode tritt bei der Verarbeitung vieler Substrate, ein Flüssigkeitsaustausch und eine schwierige Kontrollierbarkeit der Handhabung der Flüssigkeitskonzentration auf, und dieses ist somit in der Produktivität sehr schlecht.
Die SiO₂-Schicht und das SiO₂-Glassubstrat werden durch das Ätzmittel auf Flusssäurebasis aufgrund seiner großen Ätzraten geätzt. Insbesondere wird im Falle des Bindens auf ein transparentes SiO₂-Glassubstrat die Rückseite des Glassubstrats ebenfalls geätzt, was die Transparenz des transparenten Substrats verschlechtert.
Im Falle des Freilegens des porösen Siliciumabschnitts mit einem nassen Ätzmittel wie etwa einem Ätzmittel auf Flusssäure/Salpetersäure-Basis oder einer Alkalilösung als einem Verfahren zum Entfernen des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs ist die Ätzrate der porösen Siliciumschicht mit geringer Dichte größer als die des nicht porösen Siliciums, unabhängig davon, welches Ätzmittel verwendet wird. Vor dem Entfernen des gesamten nicht porösen Siliciumabschnitts wird das Ätzen aus diesem Grund in Abschnitten, in denen poröses Silicium freiliegt, schneller ablaufen, so dass die Schwankung der verbleibenden Filmdicken des porösen Siliciums groß werden wird, einige μm oder mehr. Wenn die Filmdicken des porösen Siliciums einige μm oder weniger dünn werden, erreicht das Ätzen des Weiteren sogar die unterliegende epitaxiale Siliciumschicht unter dem porösen Silicium, was die Gleichmäßigkeit der Filmdicke der endgültigen SOI-Schicht verschlechtert. Daher muss die Dicke der porösen Siliciumschicht 10 oder mehr μm betragen, und die poröse Siliciumschicht kann nicht dünner als diese sein.
2. Problem hinsichtlich der Filmdicke der porösen Siliciumschicht
Im Falle der Verwendung von Schleifen durch einen Schleifer als ein Verfahren zum Entfernen des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs ist eine Dicke von nicht weniger als 10 μm als eine Schleifbegrenzung des Schleifers notwendig, um das Schleifen an der unterliegenden porösen Schicht ebenso wie eine Beschädigung der Schicht aufgrund von Schleifen zu stoppen, und daher kann die poröse Siliciumschicht nicht dünner als so gebildet werden.
Daher ist viel Zeit zum Bilden und Ätzen des porösen Siliciums notwendig.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein SOI-Substrat zu realisieren, das die vorstehenden Probleme löst, das heisst die Probleme der Produktivitätsverringerung und der Verschlechterung der Transparenz eines transparenten Substrats bei der Verwendung des nassen Ätzmittels auf Flusssäurebasis zum Entfernen des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs, und das Problem, dass viel Zeit zum Bilden und Ätzen des porösen Siliciums notwendig ist, da der Schleifer nicht zum Ausdünnen der porösen Siliciumschicht verwendet werden kann.
Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats wird durch jene Schritte durchgeführt, die in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wiedergegeben sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Entfernens des ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen bei einer angelegten Gleichstromvorspannung von 100 bis mehreren 100 V durchgeführt wird, wobei das Ätzen für das Ätzen des ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs bei einer Rate größer als der für das Ätzen des porösen Einkristall-Si-Bereichs selektiv ist und wobei eine Bestimmung des Endpunkts des Ätzens durchgeführt wird, an dem der poröse Einkristall-Si-Bereich über seine gesamte Oberfläche durch das reaktive Ionenätzen freigelegt ist, wobei die Bestimmung durch Bereitstellen einer Parallelplatten-Elektrode auf dem Substrat und durch Beobachten einer Veränderung in der self-bias-Spannung zwischen der Parallelplatten-Elektrode und dem Substrat durchgeführt wird.
Hier meint der Schritt des Entfernens des ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs, dass ein vorhergehender Schritt des teilweisen Schleifens des Bereichs durch einen Schleifer vor dem Schritt des Durchführens von reaktivem Ionenätzen eingeschlossen ist.
Hier kann der Schritt des Entfernens des porösen Einkristall-Si-Bereichs durch Nassätzen, bei dem die Ätzrate des porösen Einkristall-Si-Bereichs größer als die des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs ist, oder durch Trockenätzen, bei dem die Ätzrate des porösen Einkristall-Si-Bereichs größer als die des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs ist, durchgeführt werden. Das Trockenätzen, bei dem die Ätzrate des porösen Einkristall-Si-Bereichs größer als die des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs ist, ist bevorzugt ein Ätzen, das auf solch eine Weise durchgeführt wird, dass aktivierte Radikale, die aus der Zersetzung durch wenigstens elektrische oder optische Energie resultieren, in die Poren des porösen Bereichs eindringen, um den Bereich von innen zu ätzen.
Der Schritt des Bildens des zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs auf der Oberfläche des porösen Einkristall-Si-Bereichs ist bevorzugt ein Schritt des epitaxialen Aufwachsens des zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs auf die Oberfläche des porösen Einkristall-Si-Bereichs. Alternativ kann der Schritt ein Schritt des Durchführens von Tempern nahe den Poren in der Oberfläche des porösen Einkristall-Si-Bereichs sein. Des Weiteren kann das Trägersubstrat ein Si-Wafer, ein Si-Wafer mit einer isolierenden Oberfläche oder ein isolierendes Substrat wie etwa Siliciumoxidglas sein. In dem Fall, dass das Trägersubstrat ein Si-Wafer ist, wird die Oberfläche des zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs isolierend gemacht.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die Ätzbedingungen mit einer jener des Nassätzens entgegengesetzten Selektivität gefunden, wobei bei dem Durchführen von reaktivem Ionenätzen unter bestimmten Bedingungen die Ätzrate des porösen Siliciums einige oder mehrere Male kleiner als die des nicht porösen Siliciums ist.
Dieser Ätzmechanismus, bei dem die Ätzrate von nicht porösem Si schneller als die von porösem Si ist, ist noch nicht vollständig geklärt, kann aber wie folgt erwogen werden.
Der Punkt ist, dass hier für das selektive Ätzen des nicht porösen Si-Bereichs die Ätzrate der Oberfläche gleich oder größer als die Rate des Eindringens von Radikalen oder dergleichen ist. Das Ätzen der Oberfläche wird unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen mit einer Anisotropie in der Richtung des elektrischen Feldes stärker vorangetrieben. Da die Oberfläche des porösen Siliciums oxidiert oder da die Dichte von diesem niedrig ist, ist zusätzlich die Gleichstromkomponente des elektrischen Feldes des porösen Siliciums beim reaktiven Ionenätzen von der des nicht porösen Siliciums verschieden, wodurch die Ätzrate des porösen Siliciums vorstellbar verringert wird. Um das Oberflächenätzen in diesem Ionenätzmodus voranzutreiben, ist ein Verfahren zum Anlegen einer Gleichstromvorspannung von außen effektiv und erhöht zusätzlich die self-bias-Spannung durch geeignetes Auswählen des Drucks, der Energie, des Ätzgases etc. bei der RF-Plasmaentladung. Das Anlegen von 100 bis einigen 100 V verringert die Ätzrate des porösen Siliciums um einige Malen bis hin zu einigen zehn Malen gegenüber der des nicht porösen Siliciums. Dies führt aufgrund der Dickenverteilung des Wafers und der Ätzdickenverteilung zu einem teilweisen Freilegen des unterliegenden porösen Si, wenn nach dem Binden der nicht poröse Waferabschnitt entfernt wird, aber da die Ätzrate dieses Abschnitts gering ist, wird eine Verteilung der verbleibenden Dicken des porösen Si entspannt, so dass die Gleichmäßigkeit verbessert wird.
Als Hintergrundinformation ist zu bemerken, dass dort, wo die Selektivität der Ätzrate und die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Ätzrate in der Ebene ausreichend hoch sind, eine Zeitsteuerung ausreicht, um den Endpunkt des Ätzens zu dem Zeitpunkt zu bestimmen, wenn der nicht poröse Si-Substratabschnitt geätzt wird, um den porösen Siliciumabschnitt über die gesamte Oberfläche freizulegen. Allerdings wurde das Verfahren hier unter Berücksichtigung größerer Produktivität ausgestaltet und daher angeordnet, um die self-bias-Spannung zu überwachen, um den Endpunkt zu bestimmen. Der Endpunkt wird nämlich sicher bestimmt, da die self-bias-Spannung zum Zeitpunkt des Freilegens des porösen Siliciums verringert wird.
Im Falle des Entfernens des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs mit einem herkömmlichen nassen Ätzmittel auf Flusssäurebasis oder einem Ätzmittel auf Alkalibasis sind die Probleme der sehr schlechten Produktivität aufgrund von Flüssigkeitsaustausch nach der Verarbeitung vieler Substrate und der schwierigen Kontrollierbarkeit der Handhabung der Flüssigkeitskonzentration gelöst worden. Zusätzlich tritt das Ätzen des transparenten SiO₂-Glassubstrats mit dem Ätzmittel auf Flusssäurebasis beim Trockenätzen nicht auf, was insbesondere das Problem der Verschlechterung der Transparenz des transparenten Substrats lösen kann.
Im Falle des Schleifens mit einem Schleifer oder des Ätzens mit dem Ätzmittel auf Flusssäurebasis, die bisher als ein Verfahren zum Entfernen des nicht porösen Silicium-Waferabschnitts verwendet worden sind, war es schwierig, das Ätzen an dem porösen Siliciumabschnitt zu stoppen, und die Filmdicke des porösen Siliciums war 10 oder mehr μm dick, um eine Begrenzung zu behalten. Allerdings umgeht das selektive Ätzen, beidem die Ätzrate des nicht porösen Silicium-Waferabschnitts größer als die der porösen Siliciumschicht ist, die Notwendigkeit, die Begrenzung beizubehalten, so dass die Filmdicke des porösen Siliciums so dünn wie 5 bis 10 μm gemacht werden kann. Dies verringert die Zeit für das anodische Behandeln zum Bilden des porösen Siliciums und die Ätzzeit zum Ätzen des porösen Siliciums jeweils auf die Hälfte der bisherigen und verbessert somit die Produktivität.
In den begleitenden Zeichnungen:
sind die 1A, 1B, 1C, 1D und 1E schematische Querschnittsansichten, um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Schritte in dem ersten und zweiten Beispiel zu erläutern,
sind die 2A, 2B, 2C, 2D, 2E und 2F schematische Querschnittsansichten, um Schritte in dem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
sind die 3A, 3B, 3C, 3D, 3E und 3F schematische Querschnittsansichten, um Schritte in dem vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
sind die 4A, 4B, 4C, 4D und 4F schematische Querschnittsansichten, um Schritte in dem fünften Beispiel der vorliegenden Erfindung zu erläutern, und
sind die 5A und 5B schematische Querschnittsansichten eines Geräts, um ein Siliciumsubstrat porös zu machen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1A bis 1E erläutert.
(1A) Ein Einkristallsiliciumsubstrat 100 wird anodisch behandelt, um poröses Silicium 101 zu bilden. Die Dicke der porösen Schicht kann dieses Mal zwischen einigen μm und einigen 10 μm der Oberflächenschicht einer Seite des Substrats betragen. Das Verfahren zum Bilden von porösem Silicium wird mit Bezug auf die 5A und 5B erläutert. Zuerst wird ein p-artiges Einkristallsiliciumsubstrat 500 als ein Substrat hergestellt. Der n-Typ ist nicht unmöglich, ist aber auf Substrate mit geringem Widerstand beschränkt, oder eine anodischen Behandlung muss in solch einem Zustand durchgeführt werden, dass die Erzeugung von Löchern durch Bestrahlung der Oberfläche des Substrats mit Licht befördert wird. Das Substrat 500 wird wie in 5A gezeigt in das Gerät eingesetzt. Und zwar steht eine Seite der Oberfläche mit einer Lösung 504 auf Flusssäurebasis in Kontakt, ist eine negative Elektrode 506 auf der Lösungsseite angeordnet und steht die andere Seite des Substrats mit einer positiven Metallelektrode 505 in Kontakt. Wie in 5B gezeigt, kann die Seite der positiven Elektrode 505' auch mit einem durch die Lösung 504' durchgehenden Potential angeordnet sein.
In jedem Fall beginnt die Bildung der porösen Schicht an der Seite der negativen Elektrode, die mit der Lösung auf Flusssäurebasis in Kontakt steht. Die Lösung 504 auf Flusssäurebasis ist normalerweise konzentrierte Flusssäure (49% HF). Da die Flusssäurelösung mit reinem Wasser (H₂O) verdünnt ist, beginnt das Ätzen bei einer bestimmten Konzentration, obwohl es von einem Wert des fließenden Stroms abhängt, der nicht bevorzugt ist. In einigen Fällen treten während der anodischen Behandlung Blasen an der Oberfläche des Substrats 500 auf, und daher wird als ein oberflächenaktives Mittel Alkohol zugegeben, um die Blasen effektiv zu entfernen. Verwendbare Alkohole sind Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol und dergleichen. Unter Verwendung eines Rührers anstelle des oberflächenaktiven Mittels kann die anodische Behandlung unter Rühren der Lösung durchgeführt werden.
Die negative Elektrode 506 besteht aus einem Material, das durch die Flusssäurelösung nicht korrodiert wird, zum Beispiel aus Gold (Au), Platin (Pt) und dergleichen. Ein Material für die positive Elektrode 505 kann aus normalerweise verwendeten Metallmaterialien ausgewählt werden, aber da die Lösung 504 auf Flusssäurebasis nach Beendigung der anodischen Behandlung des gesamten Substrats 500 die positive Elektrode 505 erreichen wird, sollte die Oberfläche der positiven Elektrode 505 besser mit einem Metallfilm überzogen sein, der gegenüber der Flusssäurelösung beständig ist. Der Stromwert für die anodische Behandlung kann in dem Bereich des Maximums von einigen 100 mA/cm² bis zu dem Minimum von mehr als 0 ausgewählt werden. Dieser Wert wird innerhalb des Bereichs bestimmt, der ein epitaxiales Wachstum guter Qualität auf der Oberfläche des porösen Siliciums ermöglicht. Normalerweise nimmt die Rate der anodischen Behandlung mit zunehmenden Stromwert zu und die Dichte der porösen Siliciumschicht ab. Und zwar nimmt das Volumen zu, das von den Poren eingenommen wird. Dies verändert die Bedingungen des epitaxialen Wachstums.
(1B) Eine nicht poröse Einkristallsiliciumschicht 102 wird epitaxial über der wie vorstehend beschrieben gebildeten porösen Schicht 101 aufgewachsen. Das epitaxiale Aufwachsen wird durch gewöhnliche thermische CVD, Niedrig-Druck-CVD, Plasma-CVD, Molekularstrahlepitaxie, Sputtern oder dergleichen durchgeführt. Die Filmdicke der so aufgewachsenen Schicht kann so bestimmt werden, dass sie die gleiche ist, wie ein Ausgestaltungswert der SOI-Schicht, aber die Filmdicke beträgt bevorzugt nicht mehr als 2 μm. Der Grund ist wie folgt. Wenn ein 2 oder mehr μm dicker Einkristall-Si-Film auf dem isolierenden Substrat vorliegt, das hauptsächlich SiO₂ enthält, wird aufgrund eines Unterschieds im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den zwei Materialien eine große Spannung an der Bindungsgrenzfläche beim Tempern von dieser in Verfahrensvorrichtungen auftreten, was einen Zusammenbruch des Siliciumfilms, ein Biegen des Substrats, ein Ablösen an der Grenzfläche oder dergleichen verursachen wird. Da die Spannung bei einer Filmdicke von nicht mehr als 2 μm vergleichsweise klein ist, ist es in diesem Fall unwahrscheinlich, dass ein Zusammenbrechen des Films, ein Ablösen, eine Biegung, etc. auftritt. Mehr bevorzugt beträgt die Filmdicke nicht mehr als 0,5 μm. Der Grund dafür ist, dass bei Filmdicken von nicht weniger als 0,5 μm leicht Versetzungslinien auf dem Kristall in feinen Bereichen beim Tempern in den nachfolgenden Verfahren auftreten können, obwohl Ablösen, Zusammenbruch etc. nicht auftreten werden.
Die nicht poröse Einkristall-Si-Schicht 102 kann gebildet werden, indem die Poren in der Oberfläche der porösen Si-Schicht 101 durch Tempern verschlossen werden.
(1C) Die Oberfläche der epitaxialen Schicht 102 wird oxidiert. Dies ist notwendig, da sich in dem Fall, in dem die epitaxiale Schicht in dem nächsten Schritt direkt an ein Trägersubstrat gebunden wird, Verunreinigungen leicht an der Bindungsgrenzfläche absondern würden und nicht-koppelnde Bindungen (baumelnde Bindungen) von Atomen an der Grenzfläche zunehmen würden, was Faktoren wären, die zu instabilen Charakteristiken dünner Filmvorrichtungen führen würden.
Die ausreichende Dicke des Oxidfilms kann innerhalb eines solchen Bereichs bestimmt werden, dass sie durch Verunreinigungen, die von der Atmosphäre in die bindende Grenzfläche aufgenommen wurden, nicht beeinflusst wird.
(1D) Es werden das vorstehende Substrat 100, das die epitaxiale Oberfläche mit der oxidierten Oberfläche hat, und das Trägersubstrat 110 hergestellt. Spezielle Beispiele für das Trägersubstrat 110 schließen ein Siliciumsubstrat mit oxidierter Oberfläche, Siliciumoxidglas, kristallisiertes Glas, auf einem beliebigen Substrat abgeschiedenes SiO₂ usw. ein.
Wenn zwei Oberflächen, die miteinander verbunden werden sollen, beide aus SiO₂ bestehen, werden dann diese zwei Substrate öder eines von ihnen einer Plasmaatmosphäre ausgesetzt, um das SiO₂ in der Oberfläche zu aktivieren. Dieses Mal ist das verwendete Gas bevorzugt Sauerstoff, aber zusätzlich dazu sind möglich verwendbare Gase die Luft (Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff), Stickstoff, Wasserstoff, ein Inertgas wie etwa Argon oder Helium, Gas aus Ammoniakmolekülen oder dergleichen usw.
Wenn die aus Si bestehende Oberfläche mit der aus SiO₂ bestehenden Oberfläche verbunden wird, ist eine solche wie die vorstehend erwähnte Behandlung nicht notwendig.
Die in dem vorstehenden Schritt hergestellten zwei Substrate werden gereinigt und danach miteinander verbunden. Ein bevorzugtes Reinigungsverfahren ist einfach Waschen mit reinem Wasser, und Beispiele für andere verwendbare Lösungen schließen eine Lösung von mit reinem Wasser verdünntem Wasserstoffperoxid und eine Lösung von mit ausreichend reinem Wasser verdünnter Salzsäure oder Schwefelsäure ein.
Das Pressen der gesamten Oberflächen der Substrate nach dem Verbinden hat einen Effekt des Verstärkens der Festigkeit der Verbindung.
Dann werden die verbundenen Substrate getempert. Die Temper-Temperatur ist bevorzugt so hoch wie möglich, aber zu hohe Temperaturen würden eine strukturelle Veränderung der porösen Schicht 101 oder eine Diffusion der in dem Substrat enthaltenen Verunreinigungen in die epitaxiale Schicht verursachen. Es ist daher notwendig, eine Temperatur und Zeit auszuwählen, die dieses nicht verursachen. Speziell sind bevorzugte Temperaturen nicht größer als 1200°C. Des Weiteren sind einige Substrate gegenüber Tempern bei hohen Temperaturen nicht beständig. Zum Beispiel muss das Tempern in dem Fall, in dem das Trägersubstrat 110 Siliciumoxidglas ist, aufgrund des Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Silicium und Siliciumoxid bei Temperaturen von nicht mehr als ungefähr 200°C durchgeführt werden. Aufgrund der Spannung werden sich die verbundenen Substrate bei höheren Temperaturen ablösen oder brechen. Es ist allerdings zu bemerken, dass ein Tempern ausreichend ist, solange die Grenzfläche einem Schleifen des Massensiliciums 100 und der Spannung beim Ätzen im nächsten Schritt widerstehen kann. Daher kann das Verfahren durch Optimieren der Bedingungen für die Oberflächenbehandlung zum Aktivieren selbst bei Temperaturen von nicht mehr als 200°C durchgeführt werden.
(1E) Als nächstes werden der Siliciumsubstratabschnitt 100 und der poröse Abschnitt 101 selektiv entfernt, was die epitaxiale Schicht 102 zurücklässt.
Als erstes wird der nicht poröse Siliciumsubstratabschnitt 100 durch einen Oberflächenschleifer oder dergleichen teilweise abgeschliffen und danach durch RIE geätzt, oder der gesamte Siliciumsubstratabschnitt 100 wird durch RIE ohne Schleifen entfernt. Wenn der Si-Substratabschnitt 100 durch Schleifen teilweise entfernt wurde, verbleibt der Si-Substratabschnitt auf dem porösen Si-Bereich 101 bevorzugt in einer Dicke im Bereich von 2 bis 300 μm, mehr bevorzugt in einer Dicke im Bereich von 5 bis 100 μm.
Hier ist hinsichtlich des Ätzens des nicht porösen Siliciumsubstratabschnitts der Punkt der vorliegenden Erfindung, dass die Ätzrate der Oberfläche gleich oder größer als die Eindringrate von Radikalen oder dergleichen ist. Daher kann das Ätzen der Oberfläche unter Verwendung des Modus des reaktiven Ionenätzens mit einer Anisotropie in der Richtung des elektrischen Feldes mehr vorangetrieben werden. Da die Oberfläche des porösen Siliciums oxidiert oder da seine Dichte gering ist, schwankt des Weiteren die Gleichstromkomponente des elektrischen Feldes im Ionenätzmodus zwischen dem nicht porösen und dem porösen Silicium, wodurch die Ätzrate des porösen Siliciums vorstellbar verringert wird.
Um das Ätzen der Oberflächen in diesem Ionenätzmodus zu befördern, ist es notwendig, den Druck, die Energie, das Ätzgas usw. für die RF-Plasmaentladung geeignet auszuwählen.
Das reaktive Ionenätzen wird auf solch eine Weise durchgeführt, das Ätzgas wie etwa H₂-Gas oder F-Atome enthaltendes CF₄ oder SF₆ mit einem Trägergas wie etwa O₂- oder N₂-Gas oder einem Inertgas wie etwa He oder Ar vermischt wird, es durch ein Plasma, das durch RF, Mikrowellenenergie oder Lichtenergie erhalten wird, zersetzt wird, und aktivierte Ionen die Oberfläche des geätzten Substrats erreichen, wobei sie in der Richtung des elektrischen Feldes beschleunigt sind, so dass die Oberfläche geätzt wird.
Beim Einstellen der Entladebedingungen ist es wichtig, das Erreichen der Ionisationsenergie zu vereinfachen, insbesondere durch niedriges Einstellen des Entladedrucks, um einen langen mittleren freien Weg der Gasmoleküle zu gewährleisten. Eine größere RF-Energie wird die Gleichstromkomponente der Vorspannung zwischen den Elektroden vergrößern, um das Ionenätzen zu befördern, aber andererseits wird sie zudem die Radikal-Zersetzungsreaktion befördern, so dass der Radikal-Ätz-Modus zudem gemischt ist. Daher ist in diesem Fall Vorsicht nötig. Zusätzlich zum Erhöhen der selfbias-Spannung durch RF-Energie ist ein Verfahren zum Anlegen einer Gleichstromvorspannung von außen ebenfalls effektiv. Das Anlegen von 100 bis mehreren 100 V erhöht die Ätzrate des nicht porösen Siliciums, und selbst das Ätzen von mehreren 100 μm wird innerhalb von mehreren Stunden abgeschlossen sein. Die Ätzrate des porösen Siliciums ist dieses Mal ungefähr um das mehrere bis mehrere zehnfache niedriger. Daher wird beim Entfernen des nicht porösen Wafer-Abschnitts nach dem Binden das unterliegende poröse Silicium aufgrund der Dickenverteilung des Wafers und der Ätzdickenverteilung teilweise freigelegt, aber da die Ätzrate jenes Abschnitts niedrig ist, wird die Verteilung der Dicken des verbleibenden porösen Siliciums entspannt, was die Gleichmäßigkeit verbessert. Ein Magnetron, das Plasma oder ECR-Plasma verwendet, ist ebenfalls zum weiteren Befördern des Ionenätzens effektiv.
Wenn der poröse Abschnitt 101 nach dem Ätzen des nicht porösen Siliciumsubstratabschnitts 100 freiliegt, wird wie vorstehend beschrieben das Ätzen einmal gestoppt. Das Bestimmen des Endpunkts des Ätzens wird durch Überwachen der self-bias-Spannung durchgeführt. Und zwar kann die Bestimmung des Endpunkts sicher durchgeführt werden, da die self-bias-Spannung abfällt, wenn das poröse Silicium freigelegt wird.
Als nächstes wird der unterliegende poröse Bereich 101 durch Nassätzen entfernt. Das Entfernen des porösen Einkristall-Si-Bereichs wird mit einem gewöhnlichen Ätzmittel für Si oder mit einem für poröses Si selektiven Ätzmittel durchgeführt, um den nicht porösen Bereich 102 freizulegen. Spezielle Beispiele für das selektive Ätzmittel schließen Flusssäure, Mischungen von Flusssäure mit wenigstens einem von Alkohol und Wasserstoffperoxid, gepufferte Flusssäure und Mischungen von gepufferter Flusssäure mit wenigstens einem von Alkohol und Wasserstoffperoxid ein. Gewöhnliche Ätzmittel für Si können zudem aufgrund des großen Oberflächenbereichs von porösem Si nur poröses Si selektiv ätzen.
Da ein Ätzmittel mit niedriger Flusssäurekonzentration zum Nassätzen des porösen Bereichs 101 verwendet werden kann, erscheint das Phänomen des Lösens von SiO₂ ebenso unklar wie vernachlässigbar.
Zudem kann der unterliegende poröse Abschnitt 101 durch Radikal-Trockenätzen entfernt werden. In porösem Silicium gibt es in hoher Dichte Poren von einigen zehn bis hundert Å von der Oberfläche in das Innere, und die Radikale, die in die Poren eindringen und in das Ätzen einbezogen sind, haften an den Wänden der Poren, um das Ätzen von den Seitenwänden zu beginnen, und an dünnen Säulen in der Säulenstruktur, wodurch der poröse Siliciumabschnitt schließlich zerfällt, um entfernt zu werden. Andererseits hat nicht poröses Silicium keine Poren, und somit tritt nur ein Ätzen seiner Oberflächen auf. Zum Beispiel würden, unter der Annahme, dass die in das Ätzen einbezogenen Radikale, die bis zu einer Tiefe von mehreren zehn μm eingedrungen sind und an den Poren des porösen Siliciums während des Ätzens der nicht porösen Oberfläche von einigen zehn Å anhaften, die Porenwände zudem in den selben Ausmaßen wie die Oberfläche geätzt, so dass die Säulen in den Abschnitten, in denen die Radikale durch die Poren eingedrungen sind, zerfallen würden, so dass ein Ätzen von mehreren zehn μm des porösen Siliciums bewirkt wird.
Der wichtige Punkt hierbei ist, dass die Raten, mit denen die Radikale, die in das Ätzen einbezogen sind, eindringen und sich an die Poren des porösen Siliciums anheften, ausreichend größer als die Ätzrate der Oberfläche sind. Demgemäß ist es hier der Punkt der vorliegenden Erfindung; dass das Ätzen zum Entfernen von porösem Silicium sich in einem chemischen Radikal-Ätz-Modus befindet, in dem das Ätzen nur durch die Diffusion der in das Ätzen einbezogenen Radikale in die Poren bewirkt wird und das Ätzen isotrop voranschreitet. Da das reaktive Ionenätzen mit einer Anisotropie in der Richtung des elektrischen Feldes wie etwa gewöhnliche RIE das Ätzen der Oberfläche mehr vorantreibt, wird es hier nicht als das Ätzen verwendet. Es ist allerdings zu bemerken, dass das Ätzen hier selbst in einem RIE-Ätz-Gerät realisiert werden kann, indem geeignete Bedingungen für das Gas, die Strömungsrate, den Druck usw. ausgewählt werden. Die Entladebedingungen müssen insbesondere so eingestellt werden, dass der Entladedruck hochgehalten wird, um den mittleren freien Weg der Gasmoleküle kurz zu machen und dadurch die Reaktion zweiter Ordnung von Ionen zu befördern und um die self-bias-Spannung des Substrats niedrig zu halten, damit das Ätzen der Oberfläche durch aktivierte Ionen kaum auftritt. Es ist zudem effektiv, ein Verfahren zum Anlegen einer Gleichstromvorspannung von außen in der Gegenrichtung zu der self-bias-Spannung oder ein Verfahren zum Positionieren des geätzten Substrats auf der Anodenseite der Elektrode zu verwenden, aber es ist schwierig, das Ankommen von Ionen vollständig zu unterdrücken. Bevorzugt sind ein radikal erzeugender Bereich und ein Ätzbereich räumlich voneinander getrennt und wird ein Verfahren zum Transport der Radikale zwischen ihnen bereitgestellt.
Zudem ist das Ätzgas wie etwa H₂-Gas oder F-Atome enthaltendes CF₄ oder SF₆ mit dem Trägergas wie etwa O₂- oder N₂-Gas vermischt und wird durch ein durch RF, Mikrowellenenergie oder Lichtenergie gebildetes Plasma zu Radikalen zersetzt, und die Reaktion zweiter Ordnung mit dem Trägergas oder dergleichen tritt bei dem Transportprozess in der Gasphase auf, wodurch des Weiteren Ätzradikale erhalten werden, die stabiler sind und eine längere Lebensdauer haben. Der Grund hierfür ist, dass das Ätzgas an dem nicht geätzten Substrat ankommt. Wenn das Substrat beim Ätzen erhitzt oder in Schwingung versetzt wird, befördert dies die isotrope Diffusion der Radikale zu stabileren Positionen weiter, so dass das Eindringen von diesen in die Poren des porösen Siliciums befördert wird, wodurch die Ätzrate des porösen Siliciums eine Selektivität erreicht, die um das 10⁵- bis 10⁶-fache größer als die des nicht porösen Siliciums ist. Da der unterliegende epitaxiale Abschnitt 102 nicht porös ist, ist seine Ätzrate dieses Mal um 5 bis 6 Größenordnungen niedriger als die Ätzrate des porösen Siliciums, und ein Ätzen tritt kaum auf, wodurch die epitaxiale Schicht 102 als ein dünner Film verbleibt, was die Gleichmäßigkeit der Filmdicke bewahrt, die durch das epitaxiale Wachstum erzielt wurde.
Des Weiteren können die folgenden Schritte in einigen Fällen zu den vorstehend beschriebenen Schritten hinzugefügt werden.
(1) Oxidation der inneren Wände der Poren in der porösen Schicht (Voroxidation)
Die Dicken der Wände zwischen angrenzenden Poren in der porösen Si-Schicht sind sehr klein, einige nm bis einige zehn nm. Dies wird manchmal dazu führen, dass die Porenwände während eines Hochtemperaturverfahrens der porösen Schicht miteinander zusammenhängen, zum Beispiel bei der Bildung der epitaxialen Si-Schicht, beim Tempern nach dem Verbinden oder dergleichen, und die Porenwände werden groß und grob, so dass sie die Poren verschließen, was zu einer Verringerung der Ätzrate führt. Wenn nach der Bildung der porösen Schicht ein dünner Oxidfilm auf den Porenwänden gebildet wird, wird verhindert, dass die Porenwände groß und grob werden. Da die nicht poröse Einkristall-Si-Schicht auf der porösen Schicht epitaxial aufgewachsen werden muss, ist es allerdings notwendig, nur die Oberflächen der inneren Wände der Poren zu oxidieren, um die Einkristallinität innerhalb der Porenwände der porösen Schicht beizubehalten. Die hier gebildeten Oxidfilme haben bevorzugt Filmdicken von mehreren Å bis mehreren zehn Å. Die Oxidfilme mit solchen Filmdicken werden durch Tempern bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 700°C, mehr bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 250°C bis 500°C in einer Sauerstoffatmosphäre gebildet.
(2) Wasserstoff-Backverfahren
EP 553852 A2 zeigte, das Tempern in einer Wasserstoffatmosphäre die feine Rauigkeit einer Si-Oberfläche entfernen kann, um eine sehr glatte Si-Oberfläche zu erhalten. Das Backen in der Wasserstoffatmosphäre kann ebenfalls in der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Das Wasserstoff-Backen kann zum Beispiel nach der Bildung der porösen Si-Schicht und vor dem Bilden der epitaxialen Si-Schicht durchgeführt werden. Getrennt davon kann das Wasserstoff-Backen an dem SOI-Substrat durchgeführt werden; das nach dem Entfernen der porösen Si-Schicht durch Ätzen erhalten wird. Das vor der Bildung der epitaxialen Si-Schicht durchgeführte Wasserstoff-Backverfahren verursacht ein Phänomen, das die äußersten Oberflächen der Poren durch Migration von Si-Atomen, die die poröse Si-Oberfläche bilden, blockiert werden. Wenn die epitaxiale Si-Schicht als die äußerste Oberfläche der Poren, die blockiert sind, gebildet wird, wird eine epitaxiale Si-Schicht mit weniger Kristalldefekten erhalten. Andererseits hat das nach dem Ätzen der porösen Si-Schicht durchgeführte Wasserstoff-Backen eine Wirkung des Glättens der epitaxialen Si-Oberfläche, die durch Ätzen mehr oder weniger aufgerauht ist, und eine Wirkung, dass es die Ausdiffusion von Bor erleichtert, das unvermeidbarer Weise aus der Luft in dem Reinraum beim Verbinden in die Bindungsgrenzfläche aufgenommen wurde und in die epitaxiale Si-Schicht diffundiert ist, und von Bor, das thermisch aus der porösen Si-Schicht in die epitaxiale Si-Schicht diffundiert ist, um so das Bor auszutreiben.
Das Ausführen der vorstehenden Schritte erlaubt es uns, ein SOI-Substrat mit guter Filmdickenverteilung oder ein transparentes isolierendes Substrat mit einem darin gebildeten Siliciumeinkristall zu erhalten.
In einer möglichen Modifikation des vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens des SOI-Substrats wird die Oberfläche des epitaxial aufgewachsenen nichtporösen Einkristall-Si-Bereichs 102 mit dem Si-Wafer 110 mit Oxidfilm verbunden, ohne den Oxidfilm 103 auf der Oberfläche des Bereichs 102 zu bilden. In einer weiteren möglichen Modifikation wird der Oxidfilm auf der Oberfläche des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs 102 gebildet und mit dem Si-Wafer 110 ohne Oxidfilm verbunden.
BEISPIELE
[Beispiel 1]
Das erste Beispiel der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die 1A bis 1E und die 5A und 5B beschrieben.
(1A) Es wurde ein 6-Inch p-artiges (100) Einkristall-Siliciumsubstrat (0,1 bis 0,2 Ωcm) mit einer Dicke von ungefähr 300 μm hergestellt und in das in 5A gezeigte Gerät eingesetzt, und eine anodische Behandlung wurde durchgeführt, um nur 10 μm der Oberfläche des Siliciumsubstrats 100 in poröses Silicium 101 umzuwandeln. Die Lösung 504 war dieses mal eine 49%sige HF-Lösung, und die Stromdichte betrug 100 mA/cm². Die Bildungsrate der porösen Schicht betrug dieses Mal 5 μm/min, und die 10 μm dicke poröse Schicht wurde nach 2 Minuten erhalten.
(1B) Die Einkristallsiliciumschicht 102 wurde epitaxial in einer Dicke von 0,30 μm auf dem porösen Silicium 101 durch CVD aufgewachsen. Die Abscheidungsbedingungen waren wie folgt.
Verwendetes Gas: SiH₄/H₂
Strömungsrate des Gases: 0,62/140 (l/min)
Temperatur: 750°C
Druck: 80 Torr
Wachstumsrate: 0,12 μm/min
(1C) Das durch das vorstehende Verfahren hergestellte Substrat wurde unter einer Bedingung von 900°C in einer Dampfatmosphäre verarbeitet, um den Oxidfilm 103 von 0,20 μm zu erhalten.
(1D) Das vorstehende Substrat 100 mit dem Oxidfilm und ein vorausgehend hergestelltes Trägersubstrat 110 (ein blanker Siliciumwafer ohne Siliciumdioxidfilm) wurden gereinigt, dann schleudergetrocknet und danach miteinander verbunden. Obwohl in diesem Fall die Haftungsstärke aufgrund der Bindung zwischen der Si-Oberfläche und der SiO₂-Oberfläche ursprünglich hoch war, wurde nach dem Verbinden des Weiteren für 5 Minuten bei 1150°C getempert, wodurch die Haftungsstärke weiter vergrößert wurde.
(1E) Nach dem Tempern wurde das nicht poröse Einkristallsubstrat 100 selektiv in einem Parallelplatten-Plasmaätzsystem geätzt, wodurch das poröse Silicium 101 freigelegt wurde. Der gebundene Wafer hatte dieses Mal eine Schwankung in der Dicke, und die poröse Siliciumschicht hatte ebenfalls eine bei der anodischen Behandlung verursachte Schwankung der Dicke, wodurch die maximale Schwankung der Dicke des nicht porösen Einkristallsubstratabschnitts 100 ungefähr 300 ± 5 μm betrug. Die Ätzbedingungen waren dieses Mal wie folgt.
RF-Frequenz: 13,56 MHz
RF-Energie: 1 kW
Strömungsrate des SF₆-Gases: 1000 Standard-ccm
Strömungsrate des Sauerstoffs: 300 Standard-ccm
Druck: 20 Pa
Substratvorspannung: 500 V
Verarbeitungszeit: 63 Minuten
Unter den vorstehenden Bedingungen betrug die Ätzrate des nicht porösen Siliciums 5 μm/min, während die des porösen Siliciums 1 μm/min betrug. Wenn der nicht poröse Einkristallsubstratabschnitt 100 im schlechtesten Fall etwa 295 μm dünn ist, ist er für 3 Minuten überätzt; wenn er 305 μm dick ist, ist er dann für 1 Minute überätzt. Die Ätzdicken des unterliegenden porösen Siliciums 101 betrugen dieses Mal 4 μm bzw. 2 μm, und somit kann das Ätzen im schlechtesten Fall in dem porösen Silicium 101 bei 10 μm gestoppt werden.
Dieses Substrat wurde dann mit der herkömmlichen HF/H₂O₂-Lösung geätzt, um den porösen Abschnitt durch Nassätzen zu entfernen.
Im Ergebnis wurde ein SOI-Substrat mit einem hervorragenden ultradünnen Einkristallsiliciumfilm mit einer Filmdickenverteilung von etwa 180 nm ± 5,4 nm (±3%) auf dem Siliciumdioxidfilm von 0,2 μm gebildet.
[Beispiel 2]
Das Beispiel 2 hatte die gleichen Schritte bis zu dem Schritt des Entfernens des nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs 100 wie jene des Beispiels 1 (1A bis 1E).
Dann wurde dieses Substrat in ein mikrowellenangeregtes chemisches Trockenätzsystem eingesetzt, und nur der poröse Abschnitt 101 wurde selektiv geätzt. Dieses System ist räumlich in einen Abschnitt zum Erzeugen eines Plasmas durch Mikrowellenenergie und einen Abschnitt zum Durchführen von Ätzen getrennt, wodurch die Ionenspezies das nicht geätzte Substrat nicht erreichen: Die Ätzbedingungen waren dieses Mal wie folgt.
Mikrowellenfrequenz: 1 GHz
Mikrowellenenergie: 100 W
Strömungsrate des SF₆-Gases: 100 Standard-ccm
Strömungsrate von O₂: 500 Standard-ccm
Strömungsrate von N₂: 500 Standard-ccm
Druck: 100 Pa
Verarbeitungszeit: 30 Minuten
Unter den vorstehenden Bedingungen betrug die Ätzrate des nicht porösen Siliciums bis zu ungefähr 5 × 10^–4 μm/min. Da das Ätzen zuerst innerhalb der Poren des porösen Siliciums ablief, wurde allerdings ein Ätzen der Oberfläche nicht beobachtet. Die poröse Siliciumschicht begann sich ungefähr 20 Minuten nach dem Beginn des Ätzens plötzlich zu zersetzen und war nach 30 Minuten nach Beginn vollständig geätzt. Die Schwankung der verbleibenden Dicken des porösen Siliciums betrug im schlechtesten Fall ungefähr 6 bis 8 μm. Unter der Annahme, dass das Überätzen der unterliegenden epitaxialen Einkristallsiliciumschicht 102 bei dem Ätzen von 30 Minuten selbst etwa 10 Minuten betrug, betrüge das Überätzen des Einkristallsiliciums nicht mehr als 50 Å, was die durch das epitaxiale Wachstum erzielte Gleichmäßigkeit nicht beeinträchtigen würde. Der Endpunkt des Ätzens kann unter Verwendung eines Verfahrens zum Überwachen der Fluoreszenz von der geätzten Oberfläche bestimmt werden, aber eine Kontrolle der Ätzzeit ist aufgrund der sehr großen Selektivität ausreichend.
Im Ergebnis wurde ein SOI-Substrat mit einem hervorragenden ultradünnen Einkristallsiliciumfilm mit einer Filmdickenverteilung von etwa 180 nm ± 5,4 (± 3%) auf dem Siliciumdioxidfilm von 0,6 μm erhalten.
[Beispiel 3]
Das dritte Beispiel der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die 2A bis 2F beschrieben.
(Fig. 2A) Ein 6-Inch p-artiges (100) Siliciumsubstrat 200 mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm und einer Dicke von 300 μm wurde hergestellt, und nur 10 μm von dessen Oberflächenschicht wurden auf die gleiche Weise wie im ersten Beispiel in poröses Silicium 201 umgewandelt.
(2B) Eine epitaxiale Schicht 202 wurde in einer Dicke von 0,15 μm auf der erhaltenen porösen Oberfläche auf die gleiche Weise wie im ersten Beispiel gebildet.
(2C) Das durch das vorstehende Verfahren hergestellte Substrat wurde zu 0,1 μm (203) in einem Dampf von 1000°C oxidiert.
(2D) Die Oberflächen des vorstehenden Substrats und eines vorausgehend hergestellten synthetischen 6-Inch Siliciumoxidsubstrats 210 wurden plasma-verarbeitet, wobei das vorstehende Substrat 200 mit dem Oxidfilm 203 und das vorausgehend hergestellte Trägersubstrat 210 (synthetisches Siliciumoxidsubstrat) in ein Parallelplatten-Plasmaverarbeitungssystem eingesetzt wurden, und die Oberflächen der jeweiligen Substrate wurden durch ein Sauerstoffplasma einem Aktivierungsverfahren unterzogen. Die Verfahrensbedingungen waren wie folgt.
RF-Frequenz: 13,56 MHz
RF-Energie: 400 W
Strömungsrate von Sauerstoff: 30 Standard-ccm
Druck: 20 Pa
Verarbeitungszeit: 1 min
Eine spezielle Steuerung der Vorspannung zwischen dem Plasma und dem Substrat wurde nicht durchgeführt, und die Oberfläche wurde nur durch die self-bias-Spannung des Plasmas verarbeitet.
(2E) Das vorstehende Siliciumsubstrat 200 und das Siliciumoxidsubstrat 210 wurden für 5 Minuten in reines Wasser eingetaucht, danach schleudergetrocknet und dann wurden ihre bearbeiteten Oberflächen miteinander verbunden. Anschließend wurde für 10 Stunden bei 300°C getempert.
(2F) Zuerst wurde der Siliciumsubstratabschnitt 200 mit der Dicke von 290 μm durch RIE unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 geätzt. Nachdem die poröse Siliciumschicht 201 an der Oberfläche freigelegt wurde, wurde dann die poröse Schicht 201 durch das Nassätzen ebenfalls auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 selektiv geätzt. Dieses Mal wurde das Siliciumoxidsubstrat 210 überhaupt nicht geätzt. Der Endpunkt des Ätzens kann unter Verwendung des Verfahrens zur Überwachung der Fluoreszenz von der geätzten Oberfläche bestimmt werden, aber eine Kontrolle der Ätzzeit ist aufgrund der sehr großen Selektivität ausreichend.
Im Ergebnis wurde ein SOI-Substrat mit einem dünnen Siliciumeinkristallfilm mit einer Filmdickenverteilung von 98,2 nm ± 3,4 nm (±3,5%) auf dem Siliciumoxidsubstrat erhalten.
[Beispiel 4]
Das vierte Beispiel der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die 3A bis 3F erläutert.
(3A) Ein 5-Inch p-artiges (100) Siliciumsubstrat 300 mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm und einer Dicke von 300 μm wurde hergestellt, und eine poröse Schicht 301 wurde nur in einer Dicke von 5 μm aus der Oberfläche von diesem gebildet.
(3B) Eine epitaxiale Schicht 302 wurde in einer Dicke von 0,15 μm auf der porösen Oberfläche des so erhaltenen Substrats auf die gleiche Weise wie im ersten Beispiel gebildet.
(3C) Das durch das vorstehende Verfahren hergestellte Substrat wurde unter einer Bedingung von 900°C in einer Dampfatmosphäre verarbeitet, wodurch ein Oxidfilm 303 von 0,05 μm erhalten wurde.
(3D) Das vorstehende Substrat 300 mit dem Oxidfilm und ein vorausgehend hergestelltes Trägersubstrat 310 (Siliciumwafer) mit einem Siliciumdioxidfilm von 0,2 μm Dicke wurden in das Parallelplatten-Plasmaverarbeitungssystem eingesetzt, und die Oberflächen der jeweiligen Substrate wurden unter den Sauerstoffplasmabedingungen ähnlich jener des Beispiels 1 aktiviert.
(3E) Die beiden so oberflächenbearbeiteten Substrate wurden für 5 Minuten in reines Wasser eingetaucht, schleudergetrocknet und dann wurden ihre bearbeiteten Oberflächen miteinander verbunden. Danach wurde für 6 Stunden bei 400°C getempert.
(3F) Nach dem Tempern wurde die Seite des Siliciumsubstrats 300 unter den nachfolgenden Bedingungen in dem Parallelplatten-Plasmaätzsystem, das ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen ist, selektiv geätzt, wodurch das poröse Silicium 301 freigelegt wurde.
RF-Frequenz: 13,56 MHz
RF-Energie: 1 kW
Strömungsrate des CF₄-Gases: 800 Standard-ccm
Strömungsrate des Ar-Gases: 200 Standard-ccm
Druck: 5 Pa
Substratvorspannung: 500 V
Verarbeitungszeit: 99 Minuten bis 102 Minuten
Die Ätzrate des nicht porösen Siliciums betrug unter den vorstehenden Bedingungen 3,1 μm/min, während die des porösen Siliciums 0,43 μm/min betrug. Ähnlich wie in Beispiel 1 gibt es im schlechtesten Fall für den nicht porösen Einkristall-Substratabschnitt 300 eine Schwankung von 300 bis 305 μm, und zum Beispiel wird im Falle von Ätzen für 100 Minuten das poröse Silicium für 1,6 bis 4,8 Minuten überätzt. Die Ätzdicken des unterliegenden porösen Siliciums 301 betragen dieses Mal 0,69 μm bzw. 2,1 μm, und selbst im schlechtesten Fall kann das Ätzen des porösen Siliciums 301 von 5 μm gestoppt werden, was Dicken von 2,9 bis 4,3 μm hinterlässt. Die Bestimmung dieses Endpunkts wurde durch Überwachen der self-bias-Spannung durchgeführt, und als ein Endpunkt des Ätzens des porösen Siliciums wurde die Entladung gestoppt, als die self-bias-Spannung 900 V bis 700 V erreichte. Für sechs in das Ätzsystem eingesetzte Substrate wurde das poröse Silicium aller Substrate über die gesamte Oberfläche freigelegt, und die Verteilungen der verbleibenden Dicken in der Ebene des Wafers von diesen lagen innerhalb von ± 10%.
Dieses Substrat wurde dann in das mikrowellenangeregte chemische Trockenätzsystem eingesetzt, um nur den porösen Abschnitt 301 selektiv zu ätzen. Die Ätzbedingungen waren dieses Mal nahezu die gleichen wie in Beispiel 1, aber das Substrat wurde erhitzt und zudem durch Ultraschallwellen in Schwingung versetzt.
Mikrowellenfrequenz: 1 GHz
Mikrowellenenergie: 100 W
Strömungsrate des SF₆-Gases: 100 Standard-ccm
Strömungsrate von O₂: 500 Standard-ccm
Strömungsrate von N₂: 500 Standard-ccm
Druck: 100 Pa
Substrattemperatur: 300°C
Ultraschallwelle: 1 kW
Verarbeitungszeit: 10 Minuten
Die Ätzrate des nicht porösen Siliciums betrug unter den vorstehenden Bedingungen ebenfalls ungefähr bis zu 5 × 10^– ⁴ μm/min.
Die Wirkungen des Aufheizens und der Ultraschallschwingung des Substrats beförderten erstens die Diffusion in die Poren des porösen Siliciums und beförderten zudem die physikalische Zersetzung aufgrund von Ätzen der Porenwände, wodurch nahezu die gesamte unterliegende epitaxiale Schicht nach 7 bis 8 Minuten nach Beginn freigelegt und der poröse Abschnitt nach 10 Minuten vollständig geätzt wurde. Selbst wenn diese unterliegende epitaxiale Einkristallsiliciumschicht 302 für 10 Minuten überätzt würde, betrügen die Ätzdicken nicht mehr als 50 Å, was die beim epitaxialen Wachstum erzielte Gleichmäßigkeit nicht beeinträchtigen würde. Der Endpunkt des Ätzens kann unter Verwendung des Verfahrens zum Überwachen der Fluoreszenz von der geätzten Oberfläche durchgeführt werden, aber eine Kontrolle der Ätzzeit ist aufgrund der sehr großen Selektivität ausreichend.
Im Ergebnis wurde ein SOI-Substrat mit einem hervorragenden ultradünnen Einkristallsiliciumfilm mit einer Filmdickenverteilung von etwa 100,8 nm ± 3,4 (±3,4%) auf dem Siliciumdioxidfilm von 0,25 μm erhalten.
[Beispiel 5]
Das fünfte Beispiel der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die Fig. 4A bis 4F beschrieben.
(4A) Ein 5-Inch p-artiges (100) Siliciumsubstrat 400 mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm und einer Dicke von 300 μm wurde hergestellt, und eine poröse Schicht 401 wurde in einer Dicke von nur 5 μm aus dessen Oberfläche gebildet.
(4B) Eine epitaxiale Schicht 402 wurde in einer Dicke von 0,15 μm auf der porösen Oberfläche des erhaltenen Substrats auf die gleiche Weise wie im ersten Beispiel gebildet.
(4C) Das durch das vorstehende Verfahren hergestellte Substrat wurde unter einer Bedingung von 900°C in einer Dampfatmosphäre verarbeitet, um einen Oxidfilm 403 von 0,05 μm zu erhalten.
(4D) Das vorstehende Substrat 400 mit dem Oxidfilm und ein vorausgehend hergestelltes Trägersubstrat 410 (Siliciumwafer) mit einem Siliciumdioxidfilm von 0,2 μm Dicke wurden in das Parallelplatten-Plasmaverarbeitungsgerät eingesetzt, und die Oberflächen der jeweiligen Substrate wurden unter den Sauerstoffplasmabedingungen ähnlich jener in Beispiel 1 aktiviert.
(4E) Die beiden so Oberflächenbearbeiteten Substrate wurden für 5 Minuten in reines Wasser eingetaucht und dann schleudergetrocknet, und danach wurden ihre bearbeiteten Oberflächen miteinander verbunden. Danach wurde für 6 Stunden bei 400°C getempert.
(4F) Nach dem Tempern wurde die Seite des Siliciumsubstrats 400 unter den Bedingungen des Beispiels 3 in einem Parallelplatten-Plasmaätzgerät, das ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen ist, selektiv geätzt, wodurch das poröse Silicium 401 freigelegt wurde. Die Ätzrate des nicht porösen Siliciums betrug unter solchen Bedingungen 3,1 μm/min, während die des porösen Siliciums 0,43 μm/min betrug. Ähnlich wie in Beispiel 1 gibt es im schlechtesten Fall für den nicht porösen Einkristallsubstratabschnitt 400 eine Schwankung von 300 bis 305 μm, und zum Beispiel im Falle von Ätzen für 100 Minuten wird das poröse Silicium für 1,6 bis 4,8 Minuten überätzt. Dieses Mal kann ähnlich wie in Beispiel 3 das Ätzen des porösen Siliciums 401 von 5 μm ebenfalls gestoppt werden, was selbst im schlechtesten Fall Dicken von 2,9 bis 4,3 μm hinterlässt. Die Bestimmung dieses Endpunkts wurde durch Überwachung der self-bias-Spannung durchgeführt, und als ein Endpunkt des Ätzens des porösen Siliciums wurde die Entladung gestoppt, als die self-bias-Spannung 900 V bis 700 V erreichte.
Dieses Substrat wurde in ein lichtangeregtes, H₂-Radikale/Reste erzeugendes System eingesetzt, um nur den porösen Abschnitt 401 selektiv zu ätzen. Da der Abschnitt zum Erzeugen von H₂-Radikalen räumlich von dem Abschnitt zum Durchführen des Ätzens getrennt. ist und da kein Plasma im Falle der Lichtanregung verwendet wird, erreichen die Ionenspezies das Substrat nicht. Die Ätzbedingungen waren dieses Mal wie folgt.
Anregungslichtquelle: Niedrigdruck-Quecksilberlampe (253,7 eV)
Strömungsrate des H₂-Gases: 100 Standard-ccm
Druck: 10 Pa
Substrattemperatur: 300°C
Ultraschallwelle: 1 kW
Verarbeitungszeit: 30 min
Bei diesem Ätzen mit optisch zersetzten H₂-Radikalen unter den vorstehenden Bedingungen betrug die Ätzrate des nicht porösen Siliciums zudem ungefähr bis zu 2 × 10^–4 μm/min.
Die Wirkungen des Aufheizens und der Ultraschallschwingung des Substrats beförderten erstens die Diffusion in die Poren des porösen Siliciums und beförderten zudem die physikalische Zersetzung aufgrund des Ätzens der Porenwände, wodurch nahezu die gesamte unterliegende epitaxiale Schicht nach 20 Minuten nach Beginn freigelegt und der poröse Abschnitt nach 30 Minuten vollständig geätzt wurde. Selbst wenn die unterliegende epitaxiale Einkristallsiliciumschicht 402 für 10 Minuten überätzt werden würde, würden die Überätz-Dicken nicht mehr als 50 Å betragen, was die beim epitaxialen Wachstum erzielte Gleichmäßigkeit nicht beeinträchtigen würde. Der Endpunkt des Ätzens kann ebenfalls unter Verwendung des Verfahrens zum Überwachen der Fluoreszenz von der geätzten Oberfläche bestimmt werden, aber eine Kontrolle der Ätzzeit ist aufgrund der sehr großen Selektivität ausreichend.
Im Ergebnis wurde ein SOI-Substrat mit einem hervorragenden ultradünnen Einkristallsiliciumfilm mit einer Filmdickenverteilung von etwa 99,8 nm ± 3,6 (±3,6%) auf dem Siliciumdioxidfilm von 0,25 μm erhalten.
[Beispiel 6]
Das sechste Beispiel der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die Fig. 1A bis 1E und die 5A und 5B erläutert.
(1A) Es wurde ein 6-Inch p-artiges (100) Einkristallsiliciumsubstrat (0,1 bis 0,2 Ω·cm) mit einer Dicke von etwa 600 μm hergestellt, und dieses wurde in das in 5A gezeigte Gerät eingesetzt. Dann wurde eine anodische Behandlung vorgenommen, um nur 10 μm der Oberfläche des Siliciumsubstrats 100 in poröses Silicium 101 umzuwandeln. Die Lösung 504 war dieses Mal eine 49%ige HF-Lösung, und die Stromdichte betrug 100 mA/cm². Des Weiteren betrug die Bildungsrate der porösen Schicht dieses Mal 5 μm/min, und nach 2 Minuten wurde ein poröse Schicht von 10 μm Dicke erhalten.
(1B) Eine Einkristallsiliciumschicht 102 wurde in einer Dicke von 0,30 μm über dem porösen Silicium 101 durch CVD epitaxial aufgewachsen. Die Abscheidungsbedingungen waren die gleichen wie jene im ersten Beispiel.
(1C) Das durch das vorstehende Verfahren hergestellte Substrat wurde unter einer Bedingung von 900°C in einer Dampfatmosphäre verarbeitet, um einen Oxidfilm 103 von 0,20 μm zu erhalten.
(1D) Das vorstehende Substrat 100 mit dem Oxidfilm und ein vorausgehend hergestelltes Trägersubstrat 110 (blanker Siliciumwafer ohne einen Siliciumdioxidfilm) wurden gereinigt, dann schleudergetrocknet und danach miteinander verbunden. Obwohl die Haftungsstärke aufgrund der Bindung zwischen der Si-Oberfläche und der SiO₂-Oberfläche ursprünglich groß war, wurde in diesem Fall nach dem Binden des Weiteren für 5 Minuten bei 1150°C getempert, wodurch die Haftungsstärke weiter gesteigert wurde.
(1E) Nach dem Tempern wurde die Seite des Siliciumsubstrats 100 durch einen Schleifer um ungefähr 550 μm mechanisch abgeschleift. Des Weiteren wurde der verbleibende nicht poröse Einkristallsubstratabschnitt von ungefähr 40 μm in dem Parallelplatten-Plasmaätzsystem, das zu denen der vorstehenden Beispiele ähnlich ist, selektiv geätzt, wodurch das poröse Silicium 101 freigelegt wurde. Der dieses Mal gebundene Wafer hatte eine Schwankung der Dicke, es gab zudem eine Schwankung der Schleifdicke durch die Schleifvorrichtung und des Weiteren gab es eine Schwankung der Dicke des porösen Siliciums bei der anodischen Behandlung. Daher betrug die maximale Schwankung der Dicke des nicht porösen Einkristallsubstratabschnitts 100 etwa 44 ± 5 μm. Die Ätzbedingungen waren wie folgt.
RF-Frequenz: 13,56 MHz
RF-Energie: 1 kW
Strömungsrate des SF₆-Gases: 1000 Standard-ccm
Strömungsrate des Sauerstoffs: 300 Standard-ccm
Druck: 20 Pa
Substratvorspannung: 500 V
Verarbeitungszeit: 11 Minuten
Die Ätzrate des nicht porösen Siliciums betrug unter den vorstehenden Bedingungen 5 μm/min, während die des porösen Siliciums 1 μm/min betrug. Wenn der nicht poröse Einkristallsubstratabschnitt 100 im schlechtesten Fall etwa 30 μm dünn ist, ist er für 4 Minuten überätzt. Wenn der nicht poröse Einkristallsubstratabschnitt 100 45 μm dick ist, ist er für 2 Minuten überätzt. Die Ätzdicken des unterliegenden porösen Siliciums 101 betragen dieses Mal 4 μm bzw. 2 μm, und selbst im schlechtesten Fall kann das Ätzen innerhalb von 10 μm an porösem Silicium 141 gestoppt werden.
Dieses Substrat wurde dann einem Nassätzen mit herkömmlicher HF/H₂O₂-Lösung unterzogen, wodurch der poröse Abschnitt entfernt wurde.
Im Ergebnis wurde ein SOI-Substrat mit einem hervorragenden ultradünnen Einkristallsiliciumfilm mit einer Filmdickenverteilung von etwa 108 nm ± 3,2 nm (±3%) auf dem Siliciumdioxidfilm von 0,2 μm erhalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats mit den Schritten: Erzeugung von Porösität in einem Bereich eines Einkristall-Si-Substrats, um einen porösen Einkristall-Si-Bereich (101; 201; 301) auf einem ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereich (100; 200; 300) zu bilden; Bilden eines zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs (102; 202; 302) auf der Oberfläche des porösen Einkristall-Si-Bereichs; Binden des Einkristall-Si-Substrats an ein Trägersubstrat (110; 210; 310), um eine gebundene Struktur (100–103; 110; 200– 203, 210; 300–303, 310) zu bilden, in der der zweite nicht poröse Einkristall-Si-Bereich (102; 202; 302) zwischen dem ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereich und dem Trägersubstrat sandwichartig angeordnet ist und mit einem Isolator (103; 203; 303) in Kontakt steht, wofür entweder das Trägersubstrat isolierend oder mit einer isolierenden Oberfläche versehen ist oder, vorausgesetzt dass das Trägersubstrat aus Si besteht, die Oberfläche des zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs isolierend gemacht wurde; Entfernen des ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs durch Ätzen; und Entfernen des porösen Einkristall-Si-Bereichs; dadurch gekennzeichnet, dass: der Schritt des Entfernens des ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs (100; 200; 300) unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen bei einer angelegten Gleichstromvorspannung von 100 bis mehreren 100 V durchgeführt, wird, wobei das Ätzen für das Ätzen des ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs bei einer Rate schneller als der für das Ätzen des porösen Einkristall-Si-Bereichs selektiv ist und wobei eine Bestimmung an dem Endpunkt des Ätzens durchgeführt wird, an dem der poröse Einkristall-Si-Bereich über seine gesamte Oberfläche durch das reaktive Ionenätzen freigelegt ist, wobei die Bestimmung durch Bereitstellen einer Parallelplatten-Elektrode auf dem Substrat und durch Beobachten einer Veränderung in der self-bias-Spannung zwischen der Parallelplatten-Elektrode und dem Substrat durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Entfernens des ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs einen vorhergehenden Schritt des teilweisen Schleifens des ersten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs durch einen Schleifer umfasst, der durchgeführt wird, bevor das reaktive Ionenätzen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Entfernens des porösen Einkristall-Si-Bereichs durch Nassätzen durchgeführt wird, wobei die Ätzrate für den porösen Einkristall-Si-Bereich größer als für den zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Entfernens des porösen Einkristall-Si-Bereichs durch selektiv aktiviertes Radikalätzen durchgeführt wird, beidem die Ätzrate für den porösen Einkristall-Si-Bereich größer als die für den zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren mit einem Schritt des Oxidierens der Porenwandoberflächen des porösen Einkristall-Silicium-Bereichs, der vor dem Schritt des Bildens des zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, des Weiteren mit einem Schritt des Backens des porösen Einkristall-Si-Bereichs in einer Wasserstoffatmosphäre, der vor dem Schritt des Bildens des zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereichs durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung oder eines integrierten Schaltkreises mit den Schritten: Herstellen eines SOI-Substrats durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und Herstellen der elektronischen Vorrichtung oder des integrierten Schaltkreises in dem zweiten nicht porösen Einkristall-Si-Bereich von diesem.