DE69829738T2 - Verfahren zur Entfernung einer porösen Halbleiterzone und Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Substrats - Google Patents

Verfahren zur Entfernung einer porösen Halbleiterzone und Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Substrats Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Schicht aus porösem Silizium aus einem Verbund und ein dieses Verfahren verwendendes Halbleitersubstratherstellungsverfahren.
  • Es gibt ein Verfahren zum sequentiellen Ausbilden einer porösen Si-Schicht und einer einkristallinen Si-Schicht auf einem ersten Substrat, zum Verbinden des ersten Substrats mit einem getrennt präparierten zweiten Substrat und zum Trennen des verbundenen Substratstapels in zwei Substrate an der porösen Si-Schicht, um die an der ersten Substratseite ausgebildete einkristalline Si-Schicht auf die zweite Substratseite zu übertragen, wobei ein SOI-Substrat hergestellt wird.
  • Bei diesem Verfahren wird, nachdem der verbundene Substratstapel in zwei Substrate getrennt wurde, die auf der Oberfläche auf der zweiten Substratseite verbliebene poröse Si-Schicht entfernt.
  • In dem in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0810420 offenbarten Verfahren, das ein Verfahren dieser Art ist, wird ein Ätzvorgang durchgeführt durch einen Schritt des Verarbeitens der porösen Zone durch ein Ätzmittel, während eine Ultraschallwelle dem Ätzmittel zugeführt wird.
  • Beim Entfernen der porösen Si-Schicht wird die Planarität der Oberfläche des darunterliegenden zweiten Substrats und insbesondere die Filmdickengleichmäßigkeit der einkristallinen Si- Schicht als die Oberflächenschicht des zweiten Substrats vorzugsweise nicht behindert.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Situation gemacht und hat zu ihrem Ziel, ein Verfahren zum Entfernen einer porösen Zone zu schaffen, das geeignet ist, eine gegebene Planheit einer darunterliegenden Schicht aufrechtzuerhalten, und ein dieses Verfahren verwendendes Halbleitersubstratherstellungsverfahren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es ein Verfahren zum Entfernen einer Schicht aus porösem Silizium aus einem Verbund, der eine nichtporöse Schicht und die Schicht aus porösem Silizium auf der nichtporösen Schicht aufweist, wobei das Verfahren durchgeführt wird, indem die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte ausgeführt werden:
    Füllen der Poren der Schicht aus porösem Silizium mit einer Ätzlösung, indem die Schicht aus porösem Silizium in die Ätzlösung eingetaucht wird und eine Ultraschallwelle der Ätzlösung für eine andauernde Zeitperiode zugeführt wird;
    Beenden der Zufuhr der Ultraschallwelle oder Reduzieren der Amplitude der der Ätzlösung zugeführten Ultraschallwelle und Stehenlassen der porösen Siliziumschicht in der Ätzlösung für eine weitere andauernde Zeitperiode, die für die Porenwände ausreicht, daß sie so weit ausgedünnt werden, daß die darunterliegende nichtporöse Schicht durch die poröse Siliziumschicht von ihrer freien Oberflächenseite gesehen werden kann; und
    Entfernen der Reste der geätzten porösen Siliziumschicht durch eines der folgenden Merkmale:
    • (a) Wiederzuführen der Ultraschallwelle oder Wiederherstellen der Amplitude der Ultraschallwelle;
    • (b) Verwenden eines Ätzmittels mit hoher Si-Ätzrate;
    • (c) Abrastern der geätzten Oberfläche des Verbunds mit einem Hochdruckwasserstrahl;
    • (d) Polieren der geätzten Oberfläche der Verbunds; oder
    • (e) Schrubben der geätzten Oberfläche des Verbunds.
  • In diesem Verfahren wird eine relative Positionsbeziehung zwischen einer Ultraschallwelle und dem Verbund vorzugsweise geändert, während die Ultraschallwelle dem Ätzmittel zugeführt wird.
  • In diesem Verfahren wird der Verbund vorzugsweise geschwenkt oder gedreht, während er in dem Ätzmittel eingetaucht ist. Dies kann durchgeführt werden, auch während die Ultraschallwelle dem Ätzmittel zugeführt wird.
  • Die Position von zumindest dem Verbund oder der Ultraschallwelle wird vorzugsweise im wesentlichen in einer parallel oder senkrecht zu einer Schwingungsebene der Ultraschallwelle verlaufenden Richtung geändert, während die Ultraschallwelle dem Ätzmittel zugeführt wird.
  • Das Ätzmittel wird vorzugsweise umgewälzt, um einen Strom des Ätzmittels nahe dem Verbund auszubilden.
  • Beim Durchführen dieses Verfahrens kann die Ultraschallwelle kontinuierlich betrieben werden und nach einer andauernden Zeitperiode kann eine Ultraschallabschirmplatte zwischen der Ultraschallquelle und dem Verbund eingesetzt werden.
  • In diesem Verfahren ist die nichtporöse Schicht des Verbunds, die zu bearbeiten ist, vorzugsweise aus einkristallinem Si.
  • Die poröse Schicht kann durch Anodisieren eines einkristallinen Si-Substrats ausgebildet worden sein.
  • In diesem Verfahren kann als das Ätzmittel eines der folgenden verwendet werden:
    • (a) Flußsäure;
    • (b) eine Mischlösung, die durch Zugeben von zumindest einem Alkohol oder Wasserstoffperoxid zu Flußsäure hergestellt wird;
    • (c) gepufferte Flußsäure; und
    • (d) eine Mischlösung, die durch Zugeben von zumindest einem Alkohol und Wasserstoffperoxid zu gepufferter Flußsäure hergestellt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Halbleitersubstratherstellungsverfahren vorgesehen, das die Schritte des Ausbildens der porösen Schicht und zumindest der nichtporösen Schicht auf einem ersten Substrat, des Verbindens eines zweiten Substrats mit der nichtporösen Schicht-Seite des ersten Substrats, um einen verbundenen Substratstapel auszubilden, des Entfernens des ersten Substrats aus dem verbundenen Substratstapel, um die poröse Schicht an einer Oberfläche des zweiten Substrats zu entblößen, und des Entfernens der porösen Schicht auf dem zweiten Substrat umfaßt, indem das oben definierte Verfahren verwendet wird.
  • Der Schritt des Entblößens der porösen Schicht umfaßt vorzugsweise ein Abschleifen, Polieren oder Wegätzen des ersten Substrats des verbundenen Substratstapels, wobei die poröse Schicht auf der Oberfläche des zweiten Substrats entblößt wird.
  • Der Schritt des Entblößens der porösen Schicht weist vorzugsweise das Aufteilen des verbundenen Substratstapels an der porösen Schicht auf, wobei die poröse Schicht auf der Oberfläche des zweiten Substrats entblößt wird.
  • Die nichtporöse Schicht kann eine einkristalline Si-Schicht oder sowohl eine einkristalline Si-Schicht als auch eine Si-Oxidschicht aufweisen. Diese einkristalline Si-Schicht kann epitaktisch auf der porösen Schicht auf dem ersten Substrat aufgewachsen worden sein.
  • Die nichtporöse Schicht beinhaltet vorzugsweise eine einkristalline Verbindungshalbleiterschicht.
  • Das zweite Substrat besteht vorzugsweise im wesentlichen aus einem Si-Material.
  • Das zweite Substrat weist vorzugsweise eine Si-Oxidschicht auf einer Oberfläche auf, welche mit dem ersten Substrat zu verbinden ist.
  • Das zweite Substrat kann ein transparentes Substrat sein.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und deren Ausführungsformen werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angefertigt wurde.
  • 1A bis 1C sind Ansichten zur Erläuterung des Prinzips eines Verfahrens zum Entfernen einer porösen Schicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A bis 2C sind Ansichten, welche ein Herstellungsverfahren gemäß dem ersten Anwendungsbeispiel des Verfahrens zum Entfernen einer porösen Schicht zeigen;
  • 3A bis 3F sind Ansichten, welche ein Halbleitersubstratherstellungsverfahren gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die erste Anordnung einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die zweite Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, welche die dritte Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 7A ist eine Ansicht, welche den Betrieb der in 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 7B ist eine Ansicht, welche den Betrieb der in 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 7C ist eine Ansicht, welche den Betrieb der in 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 7D ist eine Ansicht, welche den Betrieb der in 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 7E ist eine Ansicht, welche den Betrieb der in 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Schwenkunterstützungselements in der in 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung;
  • 9 ist eine Ansicht, welche die vierte Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 10 ist eine Ansicht, welche die fünfte Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 11A und 11B sind Ansichten, welche eine Modifikation der in 5 oder 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigen; und
  • 12A bis 12C sind Ansichten, welche die siebte Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende Erfindung ist für ein Verfahren zum sequentiellen Ausbilden einer porösen Schicht und einer nichtporösen Schicht auf einem ersten Substrat, zum Verbinden des ersten Substrats mit einem getrennt präparierten zweiten Substrat, zum Trennen des verbundenen Substratstapels in zwei Substrate an der porösen Schicht, um die auf der ersten Substratseite ausgebildete nichtporöse Schicht auf die zweite Substratseite zu übertragen, und zum Entfernen der auf der Oberfläche auf der zweiten Substratseite verbliebenen porösen Schicht geeignet, wobei ein SOI-Substrat hergestellt wird.
  • Als das erste Substrat kann ein einkristallines Si-Substrat verwendet werden. In diesem Fall ist die poröse Schicht eine poröse Si-Schicht. Auf der porösen Si-Schicht kann eine einkristalline Si-Schicht epitaktisch als eine nichtporöse Schicht aufgewachsen werden. Eine isolierende Schicht wie eine SiO2-Schicht kann auf der einkristallinen Si-Schicht ausgebildet werden.
  • In der Ausführungsform ist das erste Substrat, auf dem die poröse Si-Schicht und die nichtporöse Schicht sequentiell ausgebildet sind, mit dem getrennt präparierten zweiten Substrat verbunden, um einen verbundenen Substratstapel auszubilden. Nachdem der verbundene Substratstapel in zwei Substrate an der porösen Si-Schicht getrennt wird, wird die auf der zweiten Substratseite verbleibende poröse Si-Schicht durch z.B. Naßätzen entfernt.
  • Beim Ätzen der porösen Si-Schicht kann ein Brechen der porösen Si-Schicht hervorgerufen werden, indem eine Ultraschallwelle dem Ätzbehälter zugeführt wird. Noch spezifischer können, wenn eine Ultraschallwelle in den Ätzbehälter zugeführt wird, und noch spezifischer dem verbundenen Substratstapel während des Ätzvorgangs, Porenwände in der porösen Si-Schicht zerbrochen werden, bevor sie dünn werden. Da die Zeit von dem Start bis zum dem Ende des Bruchs der Porenwände in der porösen Si-Schicht in hohem Maße verkürzt werden kann, kann das Ätzselektivitätsverhältnis zwischen der porösen Schicht und dem darunterliegenden zweiten Substrat (z.B. ein einkristallines Si-Substrat) erhöht werden. Daher werden SOI-Dickenvariationen in der Oberfläche des zweiten Substrats und SOI-Dickenvariationen zwischen den Substraten nach Entfernen der porösen Schicht unterdrückt, und ein hochqualitatives SOI-Substrat, das eine einkristalline Si-Schicht mit hoher Filmdickengleichmäßigkeit aufweist, kann erzielt werden.
  • Jedoch kann es schwierig sein, falls die poröse Schicht auf dem Substrat, die zu ätzen ist, Variationen in der Dicke aufweist, eine hohe Filmdickengleichmäßigkeit der Oberflächen schicht (einkristalline Si-Schicht) des zweiten Substrats nach Entfernen der porösen Si-Schicht sicherzustellen. Insbesondere bei der Massenproduktion kann dieses Problem zu einer niedrigen Ausbeute führen.
  • In dieser Ausführungsform wird ein Verfahren zum noch genaueren Sicherstellen einer hohen Filmdickengleichmäßigkeit der Oberflächenschicht (einkristalline Si-Schicht) des zweiten Substrats nach Entfernen der porösen Si-Schicht bereitgestellt.
  • 1A bis 1C sind Ansichten zum Erläutern des Prinzips eines Verfahrens zum Entfernen einer porösen Schicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1A bis 1C bezeichnet das Bezugszeichen 201 ein darunterliegendes Substrat (zweites Substrat); 202 bezeichnet eine poröse Schicht; und 203 bezeichnet ein Ätzmittel.
  • In 1A werden die Poren der porösen Schicht 202 mit dem Ätzmittel 203 bis in die tiefsten Abschnitte gefüllt. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Ultraschallwelle vorzugsweise dem Objekt (z.B. einem verbundenen Substratstapel), das zu verarbeiten ist, zugeführt. Wenn eine Ultraschallwelle zugeführt wird, steigt die Geschwindigkeit, mit der die Poren mit dem Ätzmittel gefüllt werden.
  • In 1B wachsen die Poren durch die Ätzfunktion. Zu diesem Zeitpunkt wird vorzugsweise keine Ultraschallwelle dem zu verarbeitenden Objekt zugeführt, oder die Ultraschallstärke wird reduziert. Falls eine Ultraschallwelle zugeführt wird, beginnt die poröse Schicht zu brechen, sobald die Wände zwischen angrenzenden Poren zu einem gewissen Grad, wie die Poren wachsen, dünn werden. Da die poröse Schicht zuerst an dünnen Abschnitten bricht, wird die Oberfläche des darunterliegenden Substrats 201 in diesen Abschnitten geätzt. In diesem Fall degradiert bzw. verschlechtert sich offensichtlich die Filmdickengleichmäßigkeit der Oberflächenschicht des Substrats 201. Jedoch brechen, wenn keine Ultraschallwelle zugeführt wird, die Poren nicht, sofern sie nicht viel dünner als in einem Fall werden, wo eine Ultraschallwelle zugeführt wird. In diesem Fall kann demgemäß ein Ätzvorgang an lokal übermäßigem Fortschreiten gehindert werden
  • Auch wenn keine Ultraschallwelle dem zu verarbeitenden Objekt zugeführt wird, schreitet das Ätzen nicht nur in der horizontalen Richtung (planare Richtung) fort, sondern auch in der vertikalen Richtung. Jedoch ist der Einfluß auf das Ätzen vernachlässigbar im Vergleich zu dem Fall, wo eine Ultraschallwelle zugeführt wird.
  • In 1C wird die poröse Schicht 202 mit dünnen Porenwänden entfernt. Nicht nur Ätzen, sondern auch Polieren, Schrubben oder das Wasserstrahlverfahren kann auf diesen Schritt angewandt werden. In diesem Schritt wird die poröse Schicht, die eine zerbrechliche Struktur aufweist, bei Ätzen auf einmal entfernt.
  • Wenn das Ätzen auf den in 1C dargestellten Schritt angewandt wird, können die Schritte in 1A bis 1C ausgeführt werden, indem derselbe Ätzbehälter verwendet wird. In diesem Fall wird der in 1B dargestellte Schritt ausgeführt, bis die Porenwände an dem tiefsten Abschnitt der porösen Schicht ausgedünnt sind, um unmittelbar in der gesamten Zone bei Wiederzufuhr einer Ultraschallwelle zu brechen, und dann wird der Schritt in 1C ausgeführt (Zufuhr einer Ultraschallwelle). Mit diesem Prozeß kann die poröse Schicht auf einmal entfernt werden und nahezu gleichzeitig kann das darunterlie gende Substrat 201 in der gesamten Zone des zu verarbeitenden Objekts entblößt werden. Aus diesem Grund können Schwankungen beim Ätzen reduziert werden und eine gegebene Planheit des darunterliegenden Substrats 201 kann aufrechterhalten werden.
  • Das obige Verfahren zum Entfernen einer porösen Schicht kann leicht auf eine Batch-Verarbeitung bzw. Stapelverarbeitung einer Anzahl von Substraten angewandt werden. Noch spezifischer wird für jedes aus einer Anzahl von Objekten, die zu verarbeiten sind, nachdem die Porenwände an dem tiefsten Abschnitt der porösen Schicht ausgedünnt sind, um einen unmittelbaren Bruch in der gesamten Zone in dem in 1B dargestellten Schritt zuzulassen, der in 1C dargestellte Schritt ausgeführt.
  • Dieses Verfahren zum Entfernen einer porösen Schicht wird vorzugsweise praktiziert, während das zu verarbeitende Objekt vollständig in das Ätzmittel eingetaucht wird. In diesem Fall können Partikel daran gehindert werden, an dem zu verarbeitenden Objekt nahe der Grenzfläche zwischen dem Ätzmittel und der Luft anzuhaften.
  • Gemäß diesem Verfahren zum Entfernen einer porösen Schicht wird durch Zuführen einer Ultraschallwelle ein Ätzvorgang eingeleitet, um die poröse Schicht zu zerbrechen, und Partikel können effizient von dem zu verarbeitenden Objekt entfernt werden.
  • Wenn die poröse Schicht entfernt wird, während die relative Positionsbeziehung zwischen der Ultraschallquelle (z.B. ein Ultraschallschwingungserzeuger) und dem zu verarbeitenden Objekt und noch spezifischer die Positionsbeziehung zwischen dem Substrat und einer zwischen der Ultraschallschwingungsoberfläche und der flüssigen Oberfläche des Ätzmittels er zeugten stehenden Welle geändert wird, kann die Verarbeitung in allen Zonen der Substratoberfläche gleichförmig durchgeführt werden. Um dies zu bewirken, wird beispielsweise das Substrat gedreht bzw. rotiert, wird das Substrat geschwenkt, wird ein das Substrat haltender Träger geschwenkt oder wird die Ultraschallquelle bewegt.
  • Anwendungsbeispiele des Verfahrens zum Entfernen einer porösen Schicht werden unten beschrieben werden.
  • (Erstes Anwendungsbeispiel)
  • Das erste Anwendungsbeispiel ist mit einem Objektfertigungsverfahren verknüpft. 2A bis 2C sind Ansichten, welche das Fertigungsverfahren dieses Anwendungsbeispiels zeigen. In 2A wird ein Si-Substrat 401, das lokal poröse Si-Abschnitte 402 aufweist, präpariert. Das Si-Substrat 401 wird z.B. durch Ausbildung eines Resist- bzw. Schutzlack-Films auf dem Si-Substrat, durch Musterbildung bzw. Strukturieren des Resist-Films mittels Lithographie und durch Anodisieren der resultierenden Struktur erstellt. Anstelle des Resist-Films kann ein strukturierter Si3N4-Film oder Wachs verwendet werden. Als dieses Wachs kann ein Wachs, das eine Flußsäurebeständigkeit aufweist, z. B. Apizoen-Wachs (Markenname) verwendet werden.
  • In 2B wird eine nichtporöse Schicht (Muster bzw. Struktur) 403 auf der Oberfläche des in 2A dargestellten Si-Substrats ausgebildet.
  • In 2C werden die porösen Si-Abschnitte 402 entfernt. Noch spezifischer wird zuerst das in 2B dargestellte Substrat mit den entblößten porösen Si-Abschnitten 402 in eine Ätzeinrichtung, die einen mit einem Ätzmittel für poröses Si gefüllten Ätzbehälter aufweist, eingesetzt, und der Ätzvorgang wird durchgeführt, während eine Ultraschallwelle zugeführt wird.
  • Wenn die Poren der porösen Si-Abschnitte 402 mit dem Ätzmittel ausreichend gefüllt sind, wird die Zufuhr der Ultraschallwelle gestoppt und der Ätzvorgang wird fortgesetzt. In diesem Prozeß werde die Porenwände in den porösen Si-Abschnitten 402 allmählich dünner. Die Farbe der porösen Si-Abschnitte 402 wird ferner allmählich heller bei Betrachtung von der Oberfläche (untere Seite der Zeichnung). Wenn die Porenwände ausreichend dünner geworden sind, kann die darunterliegende nichtporöse Schicht (Muster bzw. Struktur) 403 durch die porösen Si-Abschnitte 402 gesehen werden.
  • In diesem Zustand werden die verbliebenen porösen Si-Abschnitte entfernt. Um die porösen Si-Abschnitte zu entfernen, wird beispielsweise 1) ein Ätzvorgang durchgeführt, während eine Ultraschallwelle erneut zugeführt wird, oder wird 2) ein Ätzvorgang durchgeführt, indem ein Ätzmittel mit hoher Si-Ätzrate verwendet wird.
  • Um eine harte Struktur zu belassen, können die porösen Si-Abschnitte durch einen Wasserstrahl entfernt werden.
  • Wenn das gesamte Si-Substrat 401 aus porösem Si ausgebildet ist, kann lediglich die auf dem Substrat ausgebildete nichtporöse Schicht belassen werden. Zusätzlich können, wenn die nichtporöse Schicht 403 strukturiert wird, wie oben beschrieben wurde, verschiedene Strukturen einschließlich eines in 2C dargestellten Auslegers ausgebildet werden.
  • (Zweites Anwendungsbeispiel)
  • Das zweite Anwendungsbeispiel ist mit einem Halbleitersubstratherstellungsverfahren verknüpft. 3A bis 3F zeigen das Halbleitersubstratherstellungsverfahren dieses Anwendungsbeispiels. In 3A wird ein erstes einkristallines Si-Substrat 501 präpariert und eine poröse Si-Schicht 502 wird auf einer Oberfläche des ersten einkristallinen Si-Substrats 501 ausgebildet. In 3B wird zumindest eine nichtporöse Schicht 503 auf der porösen Si-Schicht 502 ausgebildet. Als die nichtporöse Schicht 503 ist eine einkristalline Si-Schicht, eine polykristalline Si-Schicht, eine amorphe Si-Schicht, eine Metallschicht, eine Verbindungshalbleiterschicht oder eine Supraleiterschicht geeignet. Als die nichtporöse Schicht 503 kann eine Schicht einschließlich einer Bauelementstruktur wie ein MOSFET ausgebildet werden. Eine SiO2-Schicht 504 wird vorzugsweise auf der Oberflächenschicht ausgebildet, wobei somit das erste Substrat vollendet wird. Diese SiO2-Schicht 504 ist ferner nützlich, da, wenn das erste Substrat mit einem zweiten Substrat 505 verbunden wird, die Grenzflächenzustände der verbindenden Grenzfläche von der aktiven Schicht getrennt werden kann.
  • Anschließend wird, wie in 3D dargestellt ist, das getrennt präparierte zweite Substrat 505 mit dem in 3C dargestellten ersten Substrat bei Raumtemperatur über die SiO2-Schicht 504 in Kontakt gebracht. Danach wird ein Anodenverbindungsvorgang, ein Druckvorgang, eine Wärmebehandlung soweit erforderlich, oder eine Kombination davon durchgeführt, um die Substrate fest zu verbinden.
  • Wenn eine einkristalline Si-Schicht als die nichtporöse Schicht 503 ausgebildet wird, wird das erste Substrat vorzugsweise mit dem zweiten Substrat 505 verbunden, nachdem die SiO2-Schicht 504 auf der Oberfläche der einkristallinen Si- Schicht z.B. durch thermische Oxidation ausgebildet wurde.
  • Als das zweite Substrat 505 ist ein Si-Substrat, ein durch Ausbilden einer SiO2-Schicht auf einem Si-Substrat erzieltes Substrat, ein aus Silikatglas oder Quarz gebildetes transparentes Substrat oder ein Saphirsubstrat geeignet. Jedes andere Substrat kann insoweit verwendet werden, als das zweite Substrat 505 eine ausreichend flache Oberfläche, die zu verbinden ist, aufweist.
  • 3D zeigt einen Zustand, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat über die SiO2-Schicht 504 verbunden werden. Falls die nichtporöse Schicht 503 oder das zweite Substrat nicht aus Si bestehen, muß die SiO2-Schicht 504 nicht ausgebildet werden.
  • Beim Verbinden kann eine isolierende dünne Platte zwischen dem ersten und zweiten Substrat eingesetzt werden.
  • In 3E wird das erste Si-Substrat 501 von der zweiten Substrat-Seite an der porösen Si-Schicht 502 entfernt. Um das erste Substrat zu entfernen, wird entweder die erste Substrat-Seite durch Schleifen, Polieren oder Ätzen abgetragen oder der verbundene Substratstapel wird in die erste Substrat-Seite und das zweite Substrat an der porösen Si-Schicht 502 getrennt.
  • In 3F wird die auf der Oberfläche auf der zweiten Substrat-Seite verbleibende poröse Si-Schicht 502 entfernt. Noch spezifischer wird zuerst die zweite Substrat-Seite in einen mit einem porösen Si-Ätzmittel gefüllten Ätzbehälter gesetzt und ein Ätzvorgang wird durchgeführt, während eine Ultraschallwelle zugeführt wird.
  • Wenn die Poren der porösen Si-Abschnitte mit dem Ätzmittel ausreichend gefüllt sind, wird die Zufuhr der Ultraschallwelle gestoppt und der Ätzvorgang wird fortgesetzt. In diesem Prozeß werden die Porenwände in der porösen Si-Schicht 502 allmählich dünner. Die Farbe der porösen Si-Schicht 502 wird ebenso allmählich heller bei Betrachtung von der Oberfläche. Wenn die Porenwände ausreichend dünner geworden sind, kann die darunterliegende nichtporöse Schicht (z.B. eine einkristalline Si-Schicht) 503 durch die poröse Si-Schicht 502 gesehen werden.
  • In diesem Zustand wird die verbleibende poröse Si-Schicht 502 entfernt. Um die poröse Si-Schicht zu entfernen, wird beispielsweise 1) ein Ätzvorgang durchgeführt, während eine Ultraschallwelle wiederzugeführt wird, wird 2) ein Ätzvorgang durchgeführt, während ein Ätzmittel mit hoher Si-Ätzrate verwendet wird, wird 3) die poröse Si-Schicht 502 durch einen Wasserstrahl entfernt, wird 4) die poröse Si-Schicht 502 poliert oder wird 5) Schrubben durchgeführt.
  • 3F ist eine Ansicht, welche schematisch ein Halbleitersubstrat (SOI-Substrat) zeigt, das durch das obige Verfahren erzielt wird. Die nichtporöse Schicht (z.B. eine einkristalline Si-Schicht) 503 mit einer flachen Oberfläche und gleichförmiger Filmdicke wird auf dem zweiten Substrat 505 über die isolierende Schicht (z.B. eine SiO2-Schicht) 504 ausgebildet. Gemäß diesem Verfahren kann ein großflächiges Halbleitersubstrat mit hoher Qualität hergestellt werden.
  • Wenn ein isolierendes Substrat als das zweite Substrat 505 verwendet wird, ist das Halbleitersubstrat, das durch das obige Herstellungsverfahren erzielt wird, sehr nützlich, um ein isoliertes elektronisches Bauelement auszubilden.
  • Wenn der in 3D dargestellte verbundene Substratstapel an der porösen Si-Schicht 502 aufgeteilt wird, kann das erste Substrat wiederverwendet werden, nachdem die auf dem ersten Substrat 501 verbliebene poröse Si-Schicht 502 entfernt wird, und die Oberfläche wird, soweit erforderlich, plan gemacht.
  • Spezifische Beispiele einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung, die zum Entfernen einer porösen Schicht geeignet ist, werden unten aufgeführt.
  • (Erste Anordnung der Verarbeitungsvorrichtung)
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die schematische Anordnung einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt, die zum Entfernen einer porösen Schicht geeignet ist.
  • In einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 100 sind Elemente, die mit der Prozeßlösung in Kontakt kommen, vorzugsweise aus Silikatglas oder einer Plastikmasse entsprechend ihren Anwendungszwecken hergestellt. Als die Plastikmasse können ein Fluorkunststoff, Vinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen-Terephthalat (PBT) oder Polyether-Ether-Keton (PEEK) verwendet werden. Als der Fluorkunststoff ist PVDF, PFA oder PTFE geeignet.
  • Die Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 100 weist einen Wafer-Verarbeitungsbehälter 110, einen Überlaufbehälter 120, einen Ultraschallbehälter 130 und einen Wafer-Rotationsmechanismus (111 bis 119) zum Halten von Wafern bzw. Scheiben 140, während sie gedreht bzw. rotiert werden, auf.
  • Vor der Verarbeitung von Wafern wird der Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 mit einer Prozeßlösung (Ätzmittel) gefüllt. Der Überlaufbehälter 120 zum zeitweiligen Aufnehmen der Prozeßlösung, die aus dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 überläuft, ist auf dem oberen Abschnitt des Wafer-Verarbeitungsbehälters 110 angeordnet, um ihn zu umfassen. Die zeitweilig in dem Überlaufbehälter 120 aufgenommene Prozeßlösung wird aus dem Bodenabschnitt des Überlaufbehälters 120 an einen Zirkulator bzw. Umwälzer 121 über ein Abgaberohr 121a abgegeben. Der Zirkulator 121 filtert die abgegebene Prozeßlösung, um Partikel zu entfernen und schickt die Prozeßlösung an den Bodenabschnitt des Wafer-Verarbeitungsbehälters 110 durch ein Zufuhrrohr 121b. Mit dieser Anordnung werden Partikel in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 effizient entfernt.
  • Der Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 weist vorzugsweise eine Tiefe auf, bei der die Wafer 140 vollständig eingetaucht werden können. Mit dieser Anordnung können Partikel in der Luft oder nahe der flüssigen Oberfläche daran gehindert werden, an den Wafern 140 anzuhaften.
  • Der Ultraschallbehälter 130 ist unter dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 abgeordnet. Innerhalb des Ultraschallbehälters 130 wird eine Ultraschallquelle 131 von einem Justierungsmechanismus 132 gehalten. Der Justierungsmechanismus 132 weist, da Mechanismen zum Justieren bzw. Einstellen der relativen Positionsbeziehung zwischen der Ultraschallquelle 131 und dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 einen Mechanismus aufweisen, einen Mechanismus zum Justieren der vertikalen Position der Ultraschallquelle 131 und einen Mechanismus zum Justieren der horizontalen Position auf. Mit diesem Mechanismus kann die Ultraschallwelle, die in den Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 und noch spezifischer zu den Wafern 140 zuzuführen ist, optimiert werden. Die Ultraschallquelle 131 weist vorzugsweise eine Funktion zum Justieren bzw. Einstellen der Frequenz oder der Stärke der erzeugten Ultra schallwelle auf. Mit dieser Anordnung kann die Zufuhr einer Ultraschallwelle weiter optimiert werden. Durch Übertragen der Funktion zur Optimierung der Zufuhr einer Ultraschallwelle zu den Wafern 140 kann die Ultraschallwelle individuell einer Typenvielfalt von Wafern zugeführt werden. Der Ultraschallbehälter 130 wird mit einem Ultraschallübertragungsmedium (z.B. Wasser) gefüllt, so daß die Ultraschallwelle zu dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 durch das Ultraschallübertragungsmedium übertragen wird.
  • Die Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 100 weist einen Steuerungsabschnitt zur EIN/AUS-Steuerung der Ultraschallquelle 131 auf. Mit diesem Steuerungsabschnitt kann die Verarbeitung zum Entfernen einer porösen Schicht gesteuert werden.
  • Die Wafer 140 werden so gehalten, daß sie nahezu senkrecht zu der Bodenoberfläche des Wafer-Verarbeitungsbehälters 110 durch vier Wafer-Drehstäbe 111 sind, die jeweils in die Wafer 140 eingreifende Rillen 111a aufweisen. Die Wafer-Drehstäbe 111 weisen eine Funktion zum Halten der Wafer 140 auf, während sie rotiert werden, und bilden einen Teil des Wafer-Rotationsmechanismus. Jeder Wafer-Drehstab 111 wird drehbar von einem Paar entgegengesetzt zueinander angeordneter Stabträgerelemente 118 getragen, so daß die Wafer-Drehstäbe 111 in derselben Richtung bei Empfang eines von einem Motor 119 erzeugten Antriebsdrehmoments rotieren. Jeder Wafer-Drehstab 111 weist vorzugsweise einen kleinen Durchmesser auf, um nicht die Übertragung der Ultraschallwelle zu behindern.
  • Die Anzahl der Wafer-Drehstäbe 111 ist vorzugsweise so klein wie möglich. Um eine gewünschte Reibungskraft bezüglich der Wafer 140 sicherzustellen, sind vorzugsweise zwei Wafer-Drehstäbe 111 zur Bewegungsbegrenzung in der Rollrichtung (X-Achsenrichtung) der Wafer 140 und zwei Wafer-Drehstäbe 111 zum Tragen der Wafer 140 von der unteren Seite vorgesehen. Wenn zwei Wafer-Drehstäbe 111 bei einem passenden Abstand unter den Wafern angeordnet sind, kann das Antriebsdrehmoment effizient auf die Wafer übertragen werden, die eine Orientierungsflachstelle aufweisen. Falls nur ein Wafer-Drehstab 111 unterhalb der Wafer angeordnet ist und die Orientierungsflachstelle ist oberhalb dieses Wafer-Drehstabs 111 positioniert, können die Wafer nicht durch den Wafer-Drehstab 111 rotiert bzw. gedreht werden.
  • Normalerweise wird eine stehende Welle, d.h. eine Ultraschallwelle, die einen Anteil hoher Stärke und einen Anteil niedriger Stärke aufweist, zwischen der Bodenoberfläche des Wafer-Verarbeitungsbehälters 110 und der flüssigen Oberfläche ausgebildet. Jedoch kann, da diese Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 100 die Wafer 140, während sie diese dreht, verarbeiten kann, eine Ungleichmäßigkeit beim Verarbeiten aufgrund der stehenden Welle reduziert werden.
  • In der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 100 wird die Anzahl von Elementen auf dem Bodenabschnitt des Wafer-Verarbeitungsbehälters 110 oder um die Wafer 140 herum so klein wie möglich reduziert. Aus diesem Grund kann die Ultraschallwelle effizient und gleichförmig den Wafern 140 zugeführt werden. Zusätzlich können mit dieser Anordnung, da die Prozeßlösung frei um die Wafer 140 herum fließen kann, die Wafer gleichmäßig verarbeitet werden und Verarbeitungsfehler können verhindert werden.
  • (Zweite Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung)
  • 5 ist eine Ansicht, welche die schematische Anordnung einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt, die zum Entfernen einer porösen Schicht geeignet ist.
  • In einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 sind Elemente, die mit der Prozeßlösung in Kontakt kommen können, vorzugsweise aus Silikatglas oder einer Plastikmasse entsprechend ihren Anwendungszwecken hergestellt. Als die Plastikmasse kann ein Fluorkunststoff, Vinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen-Terephthalat (PBT) oder Polyether-Ether-Keton (PEEK) verwendet werden. Als der Fluorkunststoff ist PVDF, PFA oder PTFE geeignet.
  • Die Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 weist einen Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 und einen Halterantriebsmechanismus 31 zum Schwenken eines Waferhalters 21 in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 auf. Die Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 weist vorzugsweise einen Ultraschallbehälter 61 auf.
  • Vor der Verarbeitung von Wafern wird der Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 mit einer Prozeßlösung gefüllt. Der Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 weist einen vierseitigen Überlaufbehälter 12 auf. Die Prozeßlösung wird durch einen Zirkulator bzw. Umwälzer 71 mit einem Filter von dem Bodenabschnitt des Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 in den Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 zugeführt. Die aus dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 überlaufende Prozeßlösung wird in dem vierseitigen Überlaufbehälter 12 aufgenommen und von dem Bodenabschnitt des vierseitigen Überlaufbehälters 12 an den Zirkulator 71 abgegeben. In dieser Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 wird der Waferhalter 21 von dem Halterantriebsmechanismus 31 geschwenkt und gleichzeitig wird die Prozeßlösung gerührt. Aus diesem Grund ist das Umwälzungssystem einschließlich des vierseitigen Überlaufbehälters 12 äußerst effektiv, um eine konstante flüssige Oberfläche der Prozeßlösung aufrechtzuer halten.
  • Als der Waferhalter 21 kann ein kommerziell verfügbares Produkt verwendet werden. Der Waferhalter 21 ist vorzugsweise aus Silikatglas oder einer Plastikmasse hergestellt. Als die Plastikmasse kann ein Fluorkunststoff, Vinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen-Terephthalat (PBT) oder Polyether-Ether-Keton (PEEK) verwendet werden. Als der Fluorkunststoff ist PVDF, PFA oder PTFE geeignet.
  • Der Halterantriebsmechanismus 31 weist ein Paar Halteabschnitte 31a zum Halten des Waferhalters 21 auf. Der Waferhalter 21 wird von dem Paar Halteabschnitte 31a gehalten und wird in den Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 eingetaucht. Eine gewünschte Verarbeitung kann für einen Wafer 40 durchgeführt werden, während der Waferhalter 21 in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 geschwenkt wird. Der Halterantriebsmechanismus 31 weist eine Funktion zum Befördern des Waferhalters 21, der Wafer 40 aufnimmt, welche in dem vorhergehenden Schritt zu dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 oder zu dem nächsten Schritt verarbeitet worden sind, auf. Der Halterantriebsmechanismus 31 weist ferner eine Funktion als Teil der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 auf.
  • In dieser Ausführungsform halten die Halteabschnitte 31a den Waferhalter 21, so daß der Wafer 40 indirekt gehalten wird. Jedoch können die Halteabschnitte 31a durch z.B. Einspannpolster ersetzt werden, um direkt den Wafer 40 zu halten. Die Richtung, in welcher der Wafer 40 gehalten wird, ist nicht auf die senkrecht zu der Bodenoberfläche des Wafer-Verarbeitungsbehälters 11 verlaufenden Richtung beschränkt und kann parallel zu der Bodenoberfläche sein.
  • Der Ultraschallbehälter 61 weist eine Ultraschallquelle 51 auf und ist mit einem Ultraschallübertragungsmedium (z.B. Wasser) gefüllt. Die Ultraschallquelle 51 ist auf einem Justierungsmechanismus 62 zum Justieren bzw. Einstellen der vertikalen und/oder horizontalen Position der Ultraschallquelle 51 befestigt. Wenn die Positionsbeziehung zwischen der Ultraschallquelle 51 und dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 durch den Justierungsmechanismus 62 eingestellt wird, kann die Ultraschallwelle, die dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 und noch spezifischer dem Wafer 40 zuzuführen ist, optimiert werden. Die Ultraschallquelle 51 weist vorzugsweise eine Funktion zum Justieren der Frequenz oder der Stärke der erzeugten Ultraschallwelle auf. Mit dieser Anordnung kann die Zufuhr einer Ultraschallwelle weiter optimiert werden. Indem die Funktion zum Optimieren der Zufuhr einer Ultraschallwelle dem Wafer 40 vermittelt wird, kann die Ultraschallwelle individuell einer Typenvielfalt von Wafern zugeführt werden.
  • Die Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 weist einen Steuerungsabschnitt zur EIN/AUS-Steuerung der Ultraschallquelle 51 auf. Mit diesem Steuerungsabschnitt kann die Verarbeitung zum Entfernen einer porösen Schicht gesteuert werden.
  • (Dritte Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung)
  • 6 ist eine Ansicht, welche die schematische Anordnung einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt, die zum Entfernen einer porösen Schicht geeignet ist. 7A bis 7E sind Ansichten, welche den Betrieb der in 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigen. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Schwenkunterstützungselements in der in 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung.
  • Der Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 weist vorzugsweise auf der Bodenoberfläche ein Schwenkunterstützungselement 13 zur Steigerung der Schwenkeffizienz des Wafers 40 durch den Halterantriebsmechanismus 31 auf. Das Schwenkunterstützungselement 13 kommt mit der Seitenoberfläche des durch den Waferhalter 21 gehaltenen Wafers 40 in Kontakt, wenn der Waferhalter 21 sich bewegt, wobei der Wafer 40 in dem Waferhalter 21 durch die Reibungskraft gedreht und vertikal bewegt wird. Das Schwenkunterstützungselement 13 ist nützlich, um die Oberflächengleichmäßigkeit des verarbeiteten Wafers zu verbessern.
  • Es ist ferner effektiv, einen Antriebsmechanismus zur vertikalen (Y-Achsenrichtung) und/oder horizontalen (X-Achsenrichtung) Bewegung des Schwenkunterstützungselements zu verwenden. In diesem Fall bewegt sich das Schwenkunterstützungselement 13 selbst, um den Wafer 40 zu rotieren und um den Wafer 40 in dem Waferhalter 21 vertikal zu bewegen. Demgemäß kann der Bereich, in dem der Halterantriebsmechanismus 31 den Waferhalter 21 bewegt, klein gehalten werden. Mit anderen Worten, der Waferverarbeitungsbehälter 11 kann kompakt ausgebildet werden.
  • Der Ultraschallbehälter 61 weist die Ultraschallquelle 51 auf und ist mit einem Ultraschallübertragungsmedium (z.B. Wasser) gefüllt. Die Ultraschallquelle 51 ist auf dem Justierungsmechanismus 62 zum Justieren der vertikalen und/oder horizontalen Position der Ultraschallquelle 51 befestigt. Wenn die Positionsbeziehung zwischen der Ultraschallquelle 51 und dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 durch den Justierungsmechanismus 62 justiert bzw. eingestellt wird, kann die Ultraschallwelle, die dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 und noch spezifischer dem Wafer 40 zuzuführen ist, optimiert werden. Die Ultraschallquelle 51 weist vorzugsweise eine Funktion zum Justieren der Frequenz oder der Stärke der erzeugten Ultra schallwelle auf. Mit dieser Anordnung kann die Zufuhr einer Ultraschallwelle weiter optimiert werden. Indem die Funktion zum Optimieren der Zufuhr einer Ultraschallwelle dem Wafer 40 vermittelt wird, kann die Ultraschallwelle individuell einer Typenvielfalt von Wafern zugeführt werden.
  • Die Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 weist einen Steuerungsabschnitt zur EIN/AUS-Steuerung der Ultraschallquelle 51 auf. Mit diesem Steuerungsabschnitt kann die Verarbeitung zum Entfernen einer porösen Schicht gesteuert werden.
  • 7A bis 7E sind Ansichten zur Erläuterung eines Wafer-Schwenkverfahrens. In diesen Zeichnungen bezeichnen Pfeile die Bewegungsrichtungen des Waferhalters 21. 7A zeigt einen Zustand unmittelbar bevor der Wafer beginnt, geschwenkt zu werden. Wenn der Beginn des Wafer-Schwenkbetriebs angewiesen wird, drückt der Halterantriebsmechanismus 31 die Halteabschnitte 31a unter Computersteuerung nach unten, wie in 7B dargestellt ist. Die Seitenoberfläche des Wafers 40 kommt mit dem Schwenkunterstützungselement 13 auf halbem Weg dieses Druckvorgangs in Kontakt. Der Wafer 40 wird von dem Schwenkunterstützungselement 13 an seinem unteren Abschnitt abgestützt.
  • Wenn das Schwenkunterstützungselement 13 mit dem Wafer 40 in Kontakt kommt, können Partikel, wenn auch in einer kleinen Menge, erzeugt werden. Um dies zu verhindern, weist der ferne Endabschnitt des Schwenkunterstützungselements 13 vorzugsweise eine runde Form, wie in 8 dargestellt ist, für einen glatten bzw. gleichmäßigen Kontakt mit dem Wafer 40 auf.
  • Das Schwenkunterstützungselement 13 muß lediglich den Schwenk des Wafers 40 unterstützen und kann demgemäß eine Form aufweisen, um die Übertragung der Ultraschallwelle nicht zu be hindern, z. B. eine dünne plattenähnliche Form. Mit dieser Anordnung kann die Ultraschallwelle gleichmäßig dem Wafer 40 zugeführt werden und der Wafer 40 kann gleichmäßig verarbeitet werden.
  • In dieser Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 wird der Wafer 40 verarbeitet, während die relative Positionsbeziehung zwischen dem Wafer 40 und dem Schwenkunterstützungselement 13, d.h. die relative Positionsbeziehung zwischen dem Wafer 40 und dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11, geändert wird. Aus diesem Grund stellt eine leichte Ungleichmäßigkeit der Ultraschallwelle aufgrund des Schwenkunterstützungselements 13 kein Problem dar.
  • Wenn der Druckbetrag des Waferhalters 21 bis zu einem gewissen Grad groß ist, kann der Kontaktdruck zwischen dem Wafer 40 und dem Schwenkunterstützungselement 13 erhöht werden. Daher wird eine Gleitbewegung zwischen dem Schwenkunterstützungselement 13 und dem Wafer 40 eliminiert, um Betriebsfehler zu verhindern. Falls der Druckbetrag klein ist, wirkt die Schwerkraft gegenüber dem Wafer 40 in größerem Maße auf den Waferhalter 21 als auf den fernen Endabschnitt des Schwenkunterstützungselements 13. Wenn das Schwenkunterstützungselement 13, das die Form dieser Ausführungsform aufweist, verwendet wird, wird der Druckbetrag vorzugsweise auf ungefähr 30 mm eingestellt, nachdem der Wafer 40 mit dem Schwenkunterstützungselement 13 in Kontakt kommt.
  • Wenn der Druckbetrieb des Waferhalters 21 beendet wird, bewegt der Halterantriebsmechanismus 31 die Halteabschnitte 31a nach rechts (positive X-Achsenrichtung) unter Computersteuerung, wie in 7C dargestellt ist. Der Wafer 40 bewegt sich im wesentlichen horizontal nach rechts (positive X-Achsenrichtung) in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11, wäh rend er sich im Uhrzeigersinn dreht. Der Bewegungsbetrag der Halteabschnitte 31a muß innerhalb des Bereichs eingestellt werden, in dem die Halteabschnitte 31a nicht gegen den unteren Öffnungsabschnitt des Waferhalters 21 stoßen.
  • Wenn die Bewegung des Waferhalters 21 nach rechts (positive X-Achsenrichtung) beendet wird, bewegt der Halterantriebsmechanismus 31 die Halteabschnitte 31a nach oben unter Computersteuerung, wie in 7D dargestellt ist. Der Bewegungsbetrag der Halteabschnitte 31a wird vorzugsweise innerhalb des Bereichs eingestellt, in dem der Wafer 40 nicht nahe an eine flüssige Oberfläche 14 der Prozeßlösung kommt. Falls der Wafer 40 nahe an die flüssige Oberfläche 14 kommt, können Partikel an der Oberfläche des Wafers 40 anhaften.
  • Wenn die Bewegung des Waferhalters 21 nach oben beendet wird, bewegt der Halterantriebsmechanismus 31 die Halteabschnitte 31a nach links (negative X-Achsenrichtung) unter Computersteuerung, wie in 7E dargestellt ist, so daß der Anfangszustand wiederhergestellt wird (7A).
  • Durch Wiederholen des obigen Betriebs (7A → 7B → 7C → 7D → 7E) kann der Wafer 40 in passender Weise geschwenkt und gleichmäßig verarbeitet werden.
  • Entsprechend der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 kann, da der Wafer 40 in der Zone geschwenkt wird, wo die Zufuhr einer Ultraschallwelle durch Justieren des Ultraschallbehälters 61 optimiert wird, die auf den Wafer 40 einwirkende Ultraschallwelle optimiert werden.
  • Wie bekannt ist, weist die stehende Welle einer Ultraschallwelle Antiknoten bzw. Schwingungsbäuche und Knoten bei einem vorbestimmten Intervall bzw. Abstand auf. Demgemäß ist es schwierig, die Ultraschallwelle in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 gleichmäßig zu machen.
  • Jedoch kann in dieser Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 die Verarbeitung für den Wafer 40 gleichmäßig gemacht werden unabhängig von der ungleichmäßigen Stärkenverteilung der Ultraschallwelle, da der Halterantriebsmechanismus 31 den Wafer 40 schwenkt. Auch wenn der Wafer 40 einfach nur in der horizontalen Richtung, der vertikalen Richtung oder in schiefer Richtung bewegt wird, kann die Verarbeitung für den Wafer 40 gleichmäßig gemacht werden. Wenn der Wafer 40 ferner in der axialen Richtung (Z-Achsenrichtung) geschwenkt wird, kann eine Ungleichmäßigkeit beim Verarbeiten zwischen Wafern wegen des Anteils hoher Stärke der Ultraschallwelle in der horizontalen Ebene ebenso korrigiert werden.
  • Da die Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 das Schwenkunterstützungselement 13 aufweist, kann der Schwenkbetrag des Wafers 40 effizient erhöht werden. Die fixierte Position des Schwenkunterstützungselements 13 ist nicht auf den Bodenabschnitt des Wafer-Verarbeitungsbehälters 11 begrenzt. Soweit wie das Schwenkunterstützungselement 13 alle Wafer 40 in dem Waferhalter 21 kontaktieren kann, kann das Schwenkunterstützungselement 13 an der Innenwand des Wafer-Verarbeitungsbehälters 11 oder an dem Halterantriebsmechanismus 31 fixiert werden (in diesem Fall wird ein Mechanismus zum Ändern der relativen Positionsbeziehung zwischen den Halteabschnitten 31a und dem Schwenkunterstützungselement 13 benötigt).
  • Zusätzlich werden gemäß der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10, da kein Antriebsmechanismus in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 vorhanden ist, Partikel nicht erzeugt wegen des Betriebs des Antriebsmechanismus.
  • (Vierte Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung)
  • 9 ist eine Ansicht, welche die schematische Anordnung einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt, die zum Entfernen einer porösen Schicht geeignet ist.
  • In einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 300 wird der Wafer 40 nahezu parallel zu der Bodenoberfläche des Wafer-Verarbeitungsbehälters 11 gehalten (d.h. nahezu parallel zu der Schwingungsebene der Ultraschallwelle) und wird vollständig in die Prozeßlösung (Ätzmittel) in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 eingetaucht und in diesem Zustand von dem Wafer-Bewegungsmechanismus 80 geschwenkt, wobei der Wafer 40 gleichmäßig verarbeitet wird und eine Kontamination durch Partikel verhindert wird.
  • Der Wafer-Bewegungsmechanismus 80 hält den Wafer 40 mit einem Arm 81 und schwenkt den Wafer 40 in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11. Der Wafer 40 wird vorzugsweise in einer Richtung geschwenkt, welche die Schwingungsebene der Ultraschallwelle kreuzt (d.h. in der vertikalen Richtung), und in einer Richtung, die parallel zu der Schwingungsebene verläuft (d.h. in der horizontalen Richtung).
  • In dieser Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 300 wird ebenso vorzugsweise der vollständig in die Prozeßlösung eingetauchte Wafer 40 verarbeitet. In diesem Fall können Partikel daran gehindert werden, an dem Wafer 40 nahe der Grenzfläche zwischen der Prozeßlösung und dem Gas anzuhaften.
  • Gemäß der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 300 kann der Wafer 40 gleichmäßig durch Schwenken des Wafers 40 in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 verarbeitet werden.
  • (Fünfte Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung)
  • 10 ist eine Ansicht, welche die schematische Anordnung einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigt, die zum Entfernen einer porösen Schicht geeignet ist. In den Wafer-Verarbeitungsvorrichtungen der zweiten bis vierten Anordnung werden Wafer verarbeitet, während sie geschwenkt werden. In einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 500 der fünften Anordnung wird die Fließgeschwindigkeit der Prozeßlösung (Ätzmittel) erhöht, anstatt die Wafer zu schwenken.
  • In der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 500 wird ein Abstützabschnitt 73 zum Abstützen des Waferhalters 21 an dem unteren Abschnitt des Wafer-Verarbeitungsbehälters 11 angeordnet. Die von dem Zirkulator bzw. Umwälzer 71 zugeführte Prozeßlösung sprudelt aus Austrittsöffnungen 72 unter dem Abstützabschnitt 73 bei einer hohen Geschwindigkeit. Der Abstützabschnitt 73 weist eine Vielzahl von Öffnungsabschnitten auf. Die Prozeßlösung, die aus den Austrittsöffnungen 72 heraussprudelt, bewegt sich nach oben durch die Öffnungsabschnitte.
  • Wenn die Prozeßlösung bei einer hohen Geschwindigkeit umgewälzt wird, kann der Wafer 40 gleichmäßig verarbeitet werden.
  • Es ist ferner effektiv, den oben beschriebenen Umwälzungsmechanismus (71 bis 73) in der in 5 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 10 zu montieren.
  • (Sechste Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung)
  • In den oben beschriebenen Wafer-Verarbeitungsvorrichtungen werden Zufuhr und Nichtzufuhr der Ultraschallwelle zu dem Wafer-Verarbeitungsbehälter geschaltet, indem die Ultraschallquelle gesteuert wird. Stattdessen kann ein Mechanismus zum Abschirmen der Ultraschallwelle, soweit benötigt, zwischen der Ultraschallquelle und dem Wafer eingesetzt werden.
  • Eine Modifikation der in 5 oder 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung wird beschrieben werden. 11A und 11B zeigen eine Modifikation der in 5 oder 6 dargestellten Wafer-Verarbeitungsvorrichtung. In 11A und 11B sind der Überlaufbehälter und der Zirkulator bzw. Umwälzer weggelassen.
  • Die Wafer-Verarbeitungsvorrichtung dieser Modifikation weist Verschlüsse 91 und 92 zum Abschirmen der Ultraschallwelle, soweit erforderlich, zwischen der Ultraschallquelle 51 und der Bodenoberfläche des Wafer-Verarbeitungsbehälters 11 auf. Um die Ultraschallwelle zu dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 zu übertragen, werden die Verschlüsse 91 und 92 durch einen Antriebsabschnitt (nicht dargestellt) geöffnet, wie in 11A dargestellt ist. Um die Ultraschallwelle zu dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 11 abzuschirmen, werden die Verschlüsse 91 und 92 durch den Antriebsabschnitt (nicht dargestellt) geschlossen, wie in 11B dargestellt ist. Als das Material der Verschlüsse 91 und 92 ist ein Material geeignet, das die Ultraschallwelle kaum überträgt, z.B. PFA oder PTFE.
  • (Siebte Anordnung der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung)
  • 12A bis 12C sind Ansichten, welche die schematische Anordnung einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zeigen, die zum Entfernen einer porösen Schicht geeignet ist. 12A ist eine Stirnansicht, 12B ist eine Seitenansicht und 12C ist eine Draufsicht.
  • In einer Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 700 wird ein Flüssigkeitsstrahl (z.B. Wasser) 701 aus der Spritzdüse 700 gesprüht und die poröse Schicht des Wafers 40 wird durch die gespritzte Flüssigkeit entfernt.
  • In dem in 12A bis 12C dargestellten Beispiel wird die Spritzdüse 700 in der Z-Achsenrichtung gescannt bzw. abgerastert, während die Flüssigkeit 701 aus der Spritzdüse 700 senkrecht zu dem Wafer 40 gespritzt wird, wobei eine poröse Schicht 40a auf der gesamten Oberfläche entfernt wird.
  • Beispiele, auf die das obige Verfahren zum Entfernen einer porösen Schicht angewandt wird, werden unten beschrieben werden.
  • (Beispiel 1)
  • Ein Film aus einem Material, das eine HF-Widerstandsfähigkeit aufweist, wurde auf der Oberfläche eines einkristallinen Si-Substrats ausgebildet und strukturiert, um ein Maskenmuster bzw. eine Maskenstruktur mit einer Öffnung auszubilden. Das in dem Öffnungsabschnitt entblößte einkristalline Si-Substrat wurde in einer HF-Lösung anodisiert, um eine poröse Schicht auszubilden. Mit diesem Prozeß wurde eine 50-μm dicke poröse Schicht auf dem einkristallinen Si-Substrat ausgebildet. Als nächstes wurde das Maskenmuster entfernt. Anstatt ein Maskenmuster auf dem einkristallinen Si-Substrat auszubilden, kann das einkristalline Si-Substrat in einen Halter gesetzt werden, mit dem die HF-Lösung nur die Zone kontaktieren kann, wo die poröse Schicht auszubilden ist, und einem Anodisierungsvorgang unterworfen werden.
  • Das resultierende Substrat wurde in die in 4 dargestellte Verarbeitungsvorrichtung 100 gesetzt. Der Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 der in 4 dargestellten Verarbeitungsvorrichtung 100 wurde mit einer gemischten Lösung (Ätzmittel) aus Flußsäure, Wasserstoffperoxid und reinem Wasser im voraus gefüllt. In der Verarbeitungsvorrichtung 100 wurde das Substrat für ungefähr 2 hrs rotiert bzw. gedreht und zu derselben Zeit wurde eine Ultraschallwelle nahe 1 MHz angelegt, um Poren in der porösen Schicht mit dem Ätzmittel zu füllen.
  • Der Betrieb der Ultraschallquelle 131 wurde gestoppt und das Substrat wurde in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 für ungefähr 1 hr stehengelassen. Mit diesem Prozeß werden die Porenwände der porösen Si-Schicht dünner.
  • Anschließend wurde die poröse Si-Schicht vollständig entfernt, indem die in 12A bis 12C dargestellte Vorrichtung verwendet wurde. Folglich wurde eine Struktur, welche einen 50 μm tiefen ausgesparten Abschnitt auf der Substratoberfläche aufweist, ausgebildet.
  • Dieselbe Struktur, wie oben beschrieben wurde, konnte ausgebildet werden, indem die in 5, 6 oder 9 dargestellte Vorrichtung verwendet wurde.
  • (Beispiel 2)
  • Ein Film aus einem Material, das eine HF-Widerstandsfähigkeit aufweist, wurde auf der Oberfläche eines einkristallinen Si-Substrats ausgebildet und strukturiert, um ein Maskenmuster bzw. eine Maskenstruktur mit einer Öffnung auszubilden. Das in dem Öffnungsabschnitt entblößte einkristalline Si-Substrat wurde in einer HF-Lösung anodisiert, um eine die untere Oberfläche erreichende poröse Schicht auszubilden. Dann wurde das Maskenmuster entfernt. Anstatt ein Maskenmuster auf dem einkristallinen Si-Substrat auszubilden, kann das einkristalline Si-Substrat in einen Halter gesetzt werden, mit dem die HF- Lösung nur die Zone kontaktieren kann, wo die poröse Schicht auszubilden ist, und einem Anodisierungsvorgang unterworfen werden.
  • Anschließend wurde eine einkristalline Si-Schicht, welche eine Dicke von 1 μm aufweist, auf der Oberfläche des Substrats als eine resultierende Struktur durch epitaktisches Wachstum ausgebildet.
  • Das resultierende Substrat wurde in die in 4 dargestellte Verarbeitungsvorrichtung 100 gesetzt. Der Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 der in 4 dargestellten Verarbeitungsvorrichtung 100 wurde mit einer Mischlösung (Ätzmittel) aus Flußsäure, Wasserstoffperoxid und reinem Wasser im voraus gefüllt. In der Verarbeitungsvorrichtung 100 wurde das Substrat für ungefähr 6 hrs gedreht bzw. rotiert und zu derselben Zeit wurde eine Ultraschallwelle nahe 0.25 MHz angelegt, um Poren in der porösen Si-Schicht mit dem Ätzmittel zu füllen.
  • Der Betrieb der Ultraschallquelle 131 wurde gestoppt und das Substrat wurde in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 für ungefähr 2 hrs stehengelassen. Mit diesem Prozeß werden die Porenwände der porösen Si-Schicht dünner.
  • Die Ultraschallquelle 131 wurde erneut für ungefähr 5 min betrieben, um die poröse Si-Schicht vollständig zu entfernen. Folglich wurde eine einkristalline Si-Membran einschließlich der auf der porösen Si-Schicht ausgebildeten Epitaxieschicht (einkristalline Si-Schicht) ausgebildet. Die Epitaxieschicht wies eine virtuell gleichmäßige Dicke auf der gesamten Oberfläche auf.
  • Eine Ausleger-Struktur aus einkristallinem Si kann ausgebildet werden, wie in 2C dargestellt ist, indem die Epitaxieschicht (einkristalline Si-Schicht) teilweise im voraus entfernt wird.
  • Dasselbe Resultat, wie oben beschrieben, kann durch die in 5, 6 oder 9 dargestellte Vorrichtung erzielt werden.
  • (Beispiel 3)
  • Ein erstes einkristallines Si-Substrat wurde präpariert. Die Oberflächenschicht wurde in einer HF-Lösung anodisiert, um eine poröse Si-Schicht auszubilden. Die Anodisierungsbedingungen waren folgendermaßen.
    Stromdichte: 7 (mA/cm2)
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Zeit: 11 (min)
    Dicke der porösen Si-Schicht: 12 (μm)
  • Dieses Substrat wurde dann in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C für 1 hr oxidiert. Bei dieser Oxidation wurde die Innenwand jeder Pore der porösen Si-Schicht mit einem thermischen Oxidfilm bedeckt. Eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0.30 μm wurde auf der porösen Si-Schicht durch CVD (Chemical Vapour Deposition: Chemische Dampfabscheidung) epitaktisch aufgewachsen. Die Wachstumsbedingungen waren folgendermaßen.
    Quellengas : SiH2Cl2/H2
    Gasflußrate: 0.5/180 (l/min)
    Gasdruck: 80 (Torr)
    Temperatur: 950 (°C)
    Wachstumsrate: 0.3 (μm/min)
  • Anschließend wurde eine SiO2-Schicht, die eine Dicke von 200 nm aufweist, auf der Epitaxieschicht durch thermische Oxidation ausgebildet.
  • Die Oberfläche der SiO2-Schicht des ersten Substrats wurde mit der Oberfläche eines präparierten Si-Substrats (zweites Substrat) verbunden.
  • Die erste Substratseite wurde durch Schleifen, Polieren oder Ätzen entfernt, um die poröse Si-Schicht in der gesamten Zone auf dem zweiten Substrat zu entblößen.
  • Das zweite Substrat wurde in die in 4 dargestellte Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 100 gesetzt. Der Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 der in 4 dargestellten Verarbeitungsvorrichtung wurde mit einer Mischlösung (Ätzmittel) aus Flußsäure, Wasserstoffperoxid und reinem Wasser im voraus gefüllt. In der Verarbeitungsvorrichtung 100 wurde das zweite Substrat für ungefähr 1.5 hrs gedreht bzw. rotiert und zu derselben Zeit wurde eine Ultraschallwelle nahe 0.25 MHz angelegt, um Poren in der porösen Si-Schicht mit dem Ätzmittel zu füllen.
  • Der Betrieb der Ultraschallquelle 131 wurde gestoppt und das Substrat wurde in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 für ungefähr 1 hr stehengelassen. Mit diesem Prozeß verdünnten sich die Porenwände der porösen Si-Schicht.
  • Die Ultraschallquelle 131 wurde erneut für ungefähr 5 min betrieben, um die poröse Si-Schicht vollständig zu entfernen. Zu diesem Zeitpunkt steigt, wenn das Ätzmittel in geeigneter Weise umgewälzt wird, wie in 10 dargestellt ist, die Oberflächengleichmäßigkeit des verarbeiteten Substrats.
  • Die Ultraschallwelle wird an das Ätzmittel für die poröse Si-Schicht angelegt, das Substrat wird gedreht bzw. rotiert und gleichzeitig wird das Ätzmittel umgewälzt, um die Poren in der porösen Schicht auf dem Substrat mit dem Ätzmittel gefüllt. Danach wird das Anlegen der Ultraschallwelle gestoppt und das Substrat wird für eine angemessene Zeit stehengelassen. Mit diesem Prozeß können für jedes aller Substrate die Porenwände in der porösen Si-Schicht ausreichend in der gesamten Zone auf der Oberfläche dünner werden. Aus diesem Grund kann die verbleibende poröse Si-Schicht auf einmal gleichmäßig auf der gesamten Zone jedes Substrats entfernt werden.
  • Das gleiche Resultat, wie oben beschrieben, konnte durch die in 5, 6 oder 9 dargestellte Vorrichtung erzielt werden.
  • Auch wenn eines der folgenden Verfahren angewandt wird anstelle des Verfahrens des erneuten Anlegens einer Ultraschallwelle, nachdem das Anlegen der Ultraschallwelle gestoppt wurde, kann die verbleibende poröse Si-Schicht mit hoher Qualität entfernt werden. (1) Die resultierende Struktur wird in eine Mischlösung aus Flußsäure, Salpetersäure und reinem Wasser für ungefähr 5 sec eingetaucht, um die poröse Schicht zu entfernen.
    (2) Die poröse Schicht wird durch Polieren entfernt.
    (3) Die poröse Schicht wird durch Schrubben entfernt.
    (4) Die poröse Schicht wird durch Abscannen bzw. Abrastern des Substrats entfernt, während ein Wasserstrahl bei einem Druck von z.B. 1000 kg/cm2 aufgespritzt wird.
  • In dem Schritt zum Entfernen der porösen Si-Schicht, wirkte die einkristalline Si-Schicht wie eine Ätzstopp-Schicht, so daß die poröse Si-Schicht selektiv geätzt wurde und vollständig entfernt wurde.
  • Die Ätzrate des nichtporösen Si-Einkristalls für das obige Ätzmittel ist sehr niedrig. Das Selektivitätsverhältnis zu der Ätzrate des nichtporösen Si-Einkristalls zu jener der porösen Schicht beträgt 105 oder mehr. Die Ätzmenge der nichtporösen Schicht (ungefähr einige zehn Å) ist für den praktischen Gebrauch zulässig.
  • Mit dem obigen Prozeß wurde ein SOI-Substrat, das eine 0.2-μm dicke einkristalline Si-Schicht auf dem Si-Oxidfilm aufweist, ausgebildet. Die Dicke der resultierenden einkristallinen Si-Schicht wurde an 100 Punkten auf der gesamten Oberfläche gemessen. Die Dicke war 201 nm ± 4 nm.
  • Die resultierende Struktur wurde einer Wärmebehandlung in Wasserstoff bei 1100°C für 1 hr unterworfen und die Oberflächenrauhigkeit wurde mit einem Atomkraftmikroskop („atomic force microscope") ausgewertet. Die mittlere quadratische Rauhigkeit in einer 5-μm quadratischen Fläche war ungefähr 0.2 nm. Dies kommt nahezu jener eines kommerziell verfügbaren Si-Wafers gleich.
  • Eine Teilabschnittsbeobachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop offenbarte, daß keine neuen Kristalldefekte in der einkristallinen Si-Schicht ausgebildet wurden und eine zufriedenstellende Kristallinität aufrechterhalten wurde.
  • Das gleiche Resultat, wie oben beschrieben, wurde erzielt, auch wenn der Oxidfilm (SiO2) nicht auf der Oberfläche der Epitaxieschicht, sondern auf der Oberfläche des zweiten Sub strats oder auf diesen beiden Oberflächen ausgebildet wurde.
  • Ein zufriedenstellendes Resultat wurde erzielt, auch wenn ein transparentes Substrat aus Silikatglas oder dergleichen als das zweite Substrat verwendet wurde. In diesem Fall wurde jedoch, da eine Versetzung („slip") in der einkristallinen Si-Schicht aufgrund einer gewissen Differenz im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Silikatglas und der einkristallinen Si-Schicht ausgebildet werden kann, die Temperatur der Wärmebehandlung in Wasserstoff von 1100°C auf 1000°C oder weniger verringert.
  • (Beispiel 4)
  • Ein zweites Substrat wurde einem zweistufigen Anodisierungsvorgang in einer HF-Lösung unterworfen, um zwei poröse Schichten auszubilden. Die Anodisierungsbedingungen waren folgendermaßen. <Anodisieren des ersten Schritts>
    Stromdichte: 7 (mA/cm2)
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Zeit: 5 (min)
    Dicke der porösen Si-Schicht: 5.5 (μm)
    <Anodisieren des zweiten Schritts>
    Stromdichte: 30 (mA/cm2)
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Zeit: 110 (sec)
    Dicke der porösen Si-Schicht: 3 (μm)
  • Anschließend wurde dieses Substrat in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C für 1 hr oxidiert. Bei dieser Oxidation wurde die Innenwand jeder Pore der porösen Si-Schicht mit einem thermischen Oxidfilm bedeckt. Eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0.15 μm wurde epitaktisch auf der porösen Si-Schicht durch CVD (Chemical Vapour Deposition: Chemische Dampfabscheidung) aufgewachsen. Die Wachstumsbedingungen waren folgendermaßen.
    Quellengas: SiH2Cl2/H2
    Gasflußrate: 0.5/180 (l/min)
    Gasdruck: 80 (Torr)
    Temperatur: 950 (°C)
    Wachstumsrate: 0.3 (μm/min)
  • Danach wurde eine SiO2-Schicht, die eine Dicke von 100 nm aufweist, auf der epitaktischen Si-Schicht durch thermische Oxidation ausgebildet.
  • Die Oberfläche der SiO2-Schicht des ersten Substrats wurde mit der Oberfläche eines präparierten Si-Substrats (zweites Substrat) verbunden.
  • Der verbundene Substratstapel wurde in zwei Substrate durch die poröse Si-Schicht aufgeteilt, die bei einer Stromdichte von 30 mA/cm2 (Anodisieren des zweiten Schritts) ausgebildet wurde, um die poröse Si-Schicht zu der gesamten Oberfläche auf der zweiten Substratseite zu entblößen. Um den verbundenen Substratstapel zu teilen, werden die Substrate mechanisch gezogen, verdreht oder gedrückt, ein Keil wird in die Kante des verbundenen Substratstapels getrieben, der verbundene Substratstapel wird von der Endfläche oxidiert, um die Substrate abzuschälen, thermische Beanspruchung wird verwendet, eine Ultraschallwelle wird angelegt oder ein Wasserstrahl wird in die Kante des verbundenen Substratstapels eingespritzt.
  • Das zweite Substrat wurde in die in 4 dargestellte Wafer-Verarbeitungsvorrichtung 100 gesetzt. Der Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 der in 4 dargestellten Verarbeitungsvorrichtung wurde mit einer Mischlösung (Ätzmittel) aus Flußsäure, Wasserstoffperoxid und reinem Wasser im voraus gefüllt. In der Verarbeitungsvorrichtung 100 wurde das zweite Substrat für ungefähr 1.5 hrs gedreht bzw. rotiert und zu derselben Zeit wurde eine Ultraschallwelle nahe 0.25 MHz angelegt, um Poren in der porösen Si-Schicht mit dem Ätzmittel zu füllen.
  • Der Betrieb der Ultraschallquelle 131 wurde gestoppt und das Substrat wurde in dem Wafer-Verarbeitungsbehälter 110 für ungefähr 1 hr stehengelassen. Mit diesem Prozeß verdünnten sich die Porenwände der porösen Si-Schicht.
  • Die Ultraschallquelle 131 wurde erneut für ingefähr 5 min betrieben, um die poröse Si-Schicht vollständig zu entfernen. Zu diesem Zeitpunkt verbessert sich, wenn das Ätzmittel in geeigneter Weise umgewälzt wird, wie in 10 dargestellt ist, die Oberflächengleichmäßigkeit des verarbeiteten Substrats.
  • Die Ultraschallwelle wird an das Ätzmittel für die poröse Si-Schicht angelegt, das Substrat wird gedreht bzw. rotiert und gleichzeitig wird das Ätzmittel umgewälzt, um die Poren in der porösen Schicht auf dem Substrat mit dem Ätzmittel zu füllen. Danach wird das Anlegen der Ultraschallwelle gestoppt und das Substrat wird für eine geeignete Zeit stehengelassen. Mit diesem Prozeß können für jedes von allen Substraten die Porenwände in der porösen Si-Schicht ausreichend in der gesamten Zone auf der Oberfläche verdünnt werden. Aus diesem Grund kann die verbleibende poröse Si-Schicht auf einmal gleichmäßig auf der gesamten Zone jedes Substrats entfernt werden.
  • Das gleiche Resultat, wie oben beschrieben, konnte durch die in 5, 6 oder 9 dargestellte Vorrichtung erzielt werden.
  • Auch wenn eines der folgenden Verfahren angewendet wird anstelle des Verfahrens des erneuten Anlegens einer Ultraschallwelle, nachdem das Anlegen der Ultraschallwelle gestoppt wird, kann die verbleibende poröse Si-Schicht mit hoher Qualität entfernt werden.
    • (1) die resultierende Struktur wird in eine Mischlösung aus Flußsäure, Salpetersäure und reinem Wasser für ungefähr 5 sec eingetaucht, um die poröse Schicht zu entfernen.
    • (2) Die poröse Schicht wird durch Polieren entfernt.
    • (3) Die poröse Schicht wird durch Schrubben entfernt.
    • (4) Die poröse Schicht wird durch Abscannen bzw. Abrastern des Substrats entfernt, während ein Wasserstrahl bei einem Druck von z.B. 1000 kg/cm2 aufgespritzt wird.
  • In dem Schritt des Entfernens der porösen Si-Schicht, wirkte die einkristalline Si-Schicht wie eine Ätzstopp-Schicht, so daß die poröse Si-Schicht selektiv geätzt wurde und vollständig entfernt wurde.
  • Die Ätzrate des nichtporösen Si-Einkristalls für das obige Ätzmittel ist sehr niedrig. Das Selektivitätsverhältnis zu der Ätzrate des nichtporösen Si-Einkristalls zu jener der porösen Schicht beträgt 105 oder mehr. Der Ätzbetrag der nichtporösen Schicht (ungefähr einige Nanometer) ist für den praktischen Gebrauch zulässig.
  • Mit dem obigen Prozeß wurde ein SOI-Substrat, das eine 0.1-μm dicke einkristalline Si-Schicht auf dem Si-Oxidfilm aufweist, ausgebildet. Die Dicke der resultierenden einkristallinen Si- Schicht wurde an 100 Punkten auf der gesamten Oberfläche gemessen. Die Dicke war 101 nm ± 3 nm.
  • Die resultierende Struktur wurde einer Wärmebehandlung in Wasserstoff bei 1100°C für 1 hr unterworfen und die Oberflächenrauhigkeit wurde mit einem Atomkraftmikroskop („atomic force microscope") ausgewertet. Die mittlere quadratische Rauhigkeit in einer 5-μm quadratischen Fläche war ungefähr 0.2 nm. Dies kommt jener eines kommerziell verfügbaren Si-Wafers gleich.
  • Eine Teilabschnittsbeobachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop zeigte, daß keine neuen Kristalldefekte in der einkristallinen Si-Schicht ausgebildet wurden und eine befriedigende Kristallinität aufrechterhalten wurde.
  • Das gleiche Resultat, wie oben beschrieben, wurde erzielt, auch wenn der Oxidfilm (SiO2) nicht auf der Oberfläche der Epitaxieschicht, sondern auf der Oberfläche des zweiten Substrats oder auf diesen beiden Oberflächen ausgebildet wurde.
  • Wenn die auf der ersten Substratseite verbliebene poröse Si-Schicht selektiv geätzt wurde und einer Oberflächenbehandlung wie Wasserstofftempern bzw. Wasserstoffausheilen oder Oberflächenpolieren unterzogen wurde, konnte das Substrat als das erste oder zweite Substrat wiederverwertet werden.
  • Nahezu dasselbe Ergebnis, wie oben beschrieben, wurde erzielt, auch wenn eine poröse Schicht mit einer einschichtigen Struktur durch Anodisieren ausgebildet wurde.
  • In den obigen Beispielen kann als das epitaktische Wachstumsverfahren zum Ausbilden einer einkristallinen Si-Schicht auf der porösen Si-Schicht nicht nur CVD, sondern auch MBE, Sput tern oder Flüssigphasenwachstum verwendet werden. Eine einkristalline Verbindungshalbleiterschicht aus GaAs oder InP kann epitaktisch auf der porösen Si-Schicht aufgewachsen werden. In diesem Fall kann ein Hochfrequenzbauelement wie GaAs auf Si oder GaAs auf Glas (Quarz) oder ein für OEIC geeignetes Substrat hergestellt werden.
  • Als das zum selektiven Ätzen der porösen Si-Schicht verwendete Ätzmittel ist eine Mischlösung aus 49% Flußsäure, 30% Wasserstoffperoxid und H2O geeignet. Jedoch können die folgenden Ätzmittel ebenfalls verwendet werden. Da die poröse Si-Schicht einen großen Oberflächenbereich aufweist, ist ein selektives Ätzen einfach.
    • (a) Flußsäure
    • (b) eine Mischlösung, die durch Zugeben von zumindest einem Alkohol oder Wasserstoffperoxid zu Flußsäure hergestellt wird
    • (c) gepufferte Flußsäure
    • (d) eine Mischlösung, die durch Zugeben von zumindest einem Alkohol oder Wasserstoffperoxid zu gepufferter Flußsäure hergestellt wird
    • (e) eine Mischlösung aus Flußsäure, Salpetersäure und Essigsäure.
  • In den obigen Beispielen wird, um das Anlegen der Ultraschallwelle zu stoppen, der Betrieb der Ultraschallquelle gestoppt. Jedoch ist die Verwendung von Verschlüssen ebenfalls effektiv, wie in 11A und 11B dargestellt ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine hohe Planheit der darunterliegenden Schicht der porösen Zone aufrechterhalten werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Änderungen und Modi fikationen können innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung gemacht werden. Demgemäß werden, um die Öffentlichkeit vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in Kenntnis zu setzen, die folgenden Ansprüche abgefaßt.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Entfernen einer Schicht (202) aus porösem Silizium aus einem Verbund (201, 202), der eine nichtporöse Schicht (201) und die Schicht (202) aus porösem Silizium auf der nichtporösen Schicht aufweist, wobei das Verfahren durchgeführt wird, indem die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte ausgeführt werden: Füllen der Poren der Schicht (202) aus porösem Silizium mit einer Ätzlösung (203), indem die Schicht aus porösem Silizium in die Ätzlösung eingetaucht wird und eine Ultraschallwelle der Ätzlösung für eine andauernde Zeitperiode zugeführt wird; Beenden der Zufuhr der Ultraschallwelle oder Reduzieren der Amplitude der der Ätzlösung zugeführten Ultraschallwelle und Stehenlassen der porösen Siliziumschicht in der Ätzlösung für eine weitere andauernde Zeitperiode, die für die Porenwände ausreicht, daß sie so weit ausgedünnt werden, daß die darunterliegende nichtporöse Schicht durch die poröse Schicht von ihrer freien Oberflächenseite gesehen werden kann; und Entfernen der Reste der geätzten porösen Siliziumschicht durch eines der folgenden Merkmale: (a) Wiederzuführen der Ultraschallwelle oder Wiederherstellen der Amplitude der Ultraschallwelle; (b) Verwenden eines Ätzmittels mit hoher Si-Ätzrate; (c) Abrastern der geätzten Oberfläche des Verbunds mit einem Hochdruckwasserstrahl; (d) Polieren der geätzten Oberfläche des Verbunds; oder (e) Schrubben der geätzten Oberfläche des Verbunds.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine relative Positionsbeziehung zwischen einer Ultraschallquelle (13) und dem Verbund (140) geändert wird, während die Ultraschallwelle dem Ätzmittel zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verbund (40) in dem Ätzmittel geschwenkt wird, während die Ultraschallwelle dem Ätzmittel zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verbund (140) gedreht wird, während die Ultraschallwelle dem Ätzmittel zugeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Position von zumindest dem Verbund (40) oder der Ultraschallquelle (51) im wesentlichen in einer parallel oder senkrecht zu einer Schwingungsebene der Ultraschallwelle verlaufenden Richtung geändert wird, während die Ultraschallwelle dem Ätzmittel zugeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbund geschwenkt oder gedreht wird, während er in das Ätzmittel eingetaucht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ätzmittel umgewälzt wird, um einen Ätzfluß nahe dem Verbund auszubilden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ultraschallquelle (51) während der andauernden Zeitperiode und der weiteren andauernden Zeitperiode kontinuierlich betrieben wird, während eine Ultraschallabschirmplatte (91, 92) zwischen der Ultraschallquelle (51) und dem Verbund eingesetzt wird, um das Beenden oder das Reduzieren der Amplitude zu erzielen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Verbund (201, 202) als die nichtporöse Schicht eine Schicht aufweist, die aus einkristallinem Si besteht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei als das Ätzmittel eines der folgenden verwendet wird: (a) Flußsäure; (b) eine Mischlösung, die durch Zugeben von zumindest einem Alkohol oder Wasserstoffperoxid zu Flußsäure hergestellt wird; (c) gepufferte Flußsäure; oder (d) eine Mischlösung, die durch Zugeben von zumindest einem Alkohol oder Wasserstoffperoxid zu gepufferter Flußsäure hergestellt wird.
  11. Halbleitersubstratherstellungsverfahren mit den folgenden Schritten: Ausbilden einer porösen Schicht (502) und zumindest einer nichtporösen Schicht (503,504) auf der porösen Schicht (502) auf einem ersten Substrat (501); Verbinden eines zweiten Substrats (505) mit der nichtporösen Schicht- (504) Seite des ersten Substrats (501), um einen verbundenen Substratstapel auszubilden; Entfernen des ersten Substrats (501) von dem verbundenen Substratstapel, um die poröse Schicht (502) auf einer Oberfläche des zweiten Substrats (505) zu entblößen; und Entfernen der porösen Schicht (502) auf dem zweiten Substrat (505), indem eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 verwendet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Entblößens der porösen Schicht (502) ein Abschleifen, Polieren oder Wegätzen des ersten Substrats (501) des verbundenen Substratstapels aufweist, wobei die poröse Schicht (502) auf der Oberfläche des zweiten Substrats (505) entblößt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Entblößens der porösen Schicht (502) ein Aufteilen des verbundenen Substratstapels an der porösen Schicht (502) aufweist, wobei die poröse Schicht (502) auf der Oberfläche des zweiten Substrats (505) entblößt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die nichtporöse Schicht eine einkristalline Si-Schicht (503) beinhaltet.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die nichtporöse Schicht sowohl eine einkristalline Si-Schicht (503) als auch eine Si-Oxidschicht (504) beinhaltet.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die einkristalline Si-Schicht (503) auf der porösen Schicht (502) auf dem ersten Substrat (501) epitaktisch aufgewachsen wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die nichtporöse Schicht (503) eine einkristalline Verbindungshalbleiterschicht beinhaltet.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das zweite Substrat (505) im wesentlichen aus einem Si-Material besteht.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei das zweite Substrat (505) eine Si-Oxidschicht auf einer Oberfläche aufweist, welche mit dem ersten Substrat zu verbinden ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das zweite Substrat (505) ein transparentes Substrat aufweist.
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