TW317645B - - Google Patents

Description

A7 B7 經濟部中央橾準局βζ工消費合作杜印製 317645 五、發明説明（1 ) 發明背景 發明領域 本發明係關於用以製造S 0 I基底之方法，該S 0 I 基底具有良好的單晶層，如同在一絕緣材料上之一單晶晶 片，且在製造上具有均勻性和可控制性· 相關背景技藝 在一絕緣材料上形成單晶半導髖層之技術已知爲一矽 在絕緣饅上之技術（SOI) ·由於以一般的塊矽基底用 於矽積體電路無法達成許多的優黏*因此，對於S 0 I技 術之研究日益增加· 最近揭示之S 0 I之例爲所諝的'^叠層S 0 I # ·叠 層S 0 I藉由兩晶片的接觸鍵合具有絕緣膜之相關鏡拋光 面在至少一面上，熱處理以強化介面鍵合*和拋光或蝕刻 一晶片以在絕緣膜上留下所需厚度（一活性層）之矽單晶 薄膜。在叠層S 01形成之技術中，最重要的步驊爲矽基 底之拋光或蝕刻成薄膜•其中具有數百微米厚度之矽基底 均勻的拋光或蝕刻至厚度爲數微米或小於一微米·但是， 此種方法在控制和均勻度上極爲困難· 薄矽膜形成之方法分成兩種型式•其一爲薄膜只由拋 光形成（BPS0I :鍵結和拋光SOI) *另一種方式 爲蝕刻阻止層立即的提供在欲留下之薄膜上，且蝕刻以兩 步驟進行，包含基底之蝕刻和蝕刻阻止層之蝕刻（ BES0I:鍵結和蝕回SOI) · 各纸乐尺度適用中國國家橾率（CNS ) A4規格（210X297公釐） --J--------fiItp--Je--裝------訂 IHI —--線---------Λ—---I__；— 1再Γ 、 4 317645 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 五、發明説明（2 ) 在B P S Ο I方法中，由於拋光操作藉由參考抛光機 器之機座之面（其中設置有欲拋光之樣本）而進行，欲留 下之矽膜之厚度無法迅速的控制，且支持基底晶片本身之 厚度分佈會影響活性餍之厚度分佈。通常薄膜S 0 I之活 性層之厚度必需控制在數十埃內。但是，基底本身無法實 際的控制以使其厚度在此種範圍內，且因此，BP SO I 方法無法迅速的控制活性層·之厚度· 另一方面，在多數之BESO I方法中，活性矽層以 磊晶成長形成在先前形成之蝕刻阻止厝上•因此，此時， B E S 0 I方法可視爲非常有益於達成膜厚度之均勻性· 但是，蝕刻阻止層通常含有高濃度之雜質，且在許多例中 ，蝕刻之選擇率決定於雜質之澳度•此亦即，在叠層後* 在退火等熱處理中之雜質之擴散可改變蝕刻特性•一般而 言，蝕刻率或蝕刻選擇性之改變決定於數十或最高數百比 例之雜質澳度，其必窬引起過度之蝕刻或活性屠之厚度分 佈· 在本發明之發明人所掲示之方法中，活性層之均匀厚 度如同在B E S 0 I中者*且蝕回之選擇性比習知之 BE SO I高出數位之因數•在所揭示之方法中，矽基底 之表面以陽極化而形成多孔，而後活性矽層磊晶成長在其 上，和形成矽層以叠層轉換至另一基底以準備S 0 I基底 (曰本專利公開申請案No.5—21338)·和非多 孔單晶矽比較，此方法以蝕刻劑而可得多孔矽之極高蝕刻 率*並可以低成本製造良好的S 0 I基底· 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS > A4規格（210X297公釐） 請先閱讀背面之注意事項再iwF本頁) •ί! •裝 訂 A7 B7 五、發明説明（3 ) 可應用至前述方法之蝕刻劑亦由本發明之發明人所揭 示（日本專利公開申請案No. 6 — 342784)。依 照本發明之發明人之研究結果，使用例如氫氟酸和過氧化 氫之混合物之氫氟酸型蝕刻劑可獲得多孔矽之高蝕刻選擇 性· 但是，近期的報告掲示氫氟酸型蝕刻劑亦會蝕刻在活 性層中之結晶缺陷（I E E.E國.際S 0 I會議文集， 1944,第111頁）·由本發明之發明人之研究結果 ，蝕刻劑之作用會在活性層中形成針孔，會經由針孔而腐 蝕下屉氧化膜，或形成空洞在介於基底間之*層介面中· 發明概要 本發明之目的乃在提供一種製造S 0 I基底之方法， 其使用選擇性蝕刻多.孔層之技術，其中在多孔層之蝕刻中 ，由結晶缺陷所引起之空洞形成可受到減輕至一極低的位 準。 本發明之另一目的乃在提供一種製造半導«基底之方 法*其中在叠層介面中之空涧和在非多孔單晶矽中之缺陷 之數目減少至一極低的程度* 本發明之製造半導體基底之方法，包含：提供以矽製 成之第一基底，其具有使基底矽多孔而形成之一多孔矽層 和一非多孔單晶矽層磊晶成長在多孔矽靥上：叠層第一基 底在第二基底上，以使第一和第二基底之叠層面之至少之 —具有一氧化矽餍•和非多孔單晶矽屉插入叠層基底間； 本纸ft尺度逋用中國國家檬準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ (請先 閱讀背面之注$項存本霣 •裝_ 訂 經濟部中央揉準局只工消費合作社印«. 經濟部中央樣準扃貝工消费合作社印装 3l7645 at B7 五、發明説明（4 ) 和以蝕刻移去多孔矽層，其中多孔矽層以蝕刻劑蝕刻移除 *該蝕刻劑分別以不超過毎分鐘1 0埃之蝕刻率蝕刻非多 孔單晶矽層和氧化矽層* 本發明之前述構造可解決習知之問題，並使S 0 I基 底之製造具有極髙之品質· 圓式簡要說明 .. 圖1 A— 1 E概略的顯示本發明之方法之例· 圖2 A — 2 G概略的顯示本發明之方法之另一例* 圖3 A — 3 G概略的顯示本發明之方法之另一例· 圓4 A — 4 E概略的顯示本發明之方法之另一例· 圖5 A — 5 Η概略的顯示本發明之方法之另一例* 圖6Α — 6 F概略的顯示本發明之方法之另一例· 圖7Α- 7 Ε概略的顯示本發明之方法之另一例· 圓8 Α — 8 Β概略的顯示製造多孔矽基底之裝置· 圖9爲以T.ΜΑΗ溶液在TMAH澳度下，蝕刻單晶 矽和S i 02之蝕刻率之相依性之圖* 圖10爲以氫氰酸一過氧化氫混合物在氫氟酸澳度下 ，蝕刻單晶矽和S i 02之蝕刻率之相依性之圓。 較佳實施例之說明 本發明之製造半導體基底之方法具有上述之構造· 在本發明之賁施例中，第一基底藉由使非多孔單晶矽 基底之表面部份多孔，並使非多孔單晶矽磊晶的成長在多 本纸張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐） (喜讀背面之注意事項再Γ 裝， 訂 -7 - «濟部中夾揉隼局貝工消费合作社印装 A7 _B7 _ 五、發明説明（5 ) 孔單晶矽上之靥中而完成•第一基底叠靥以一第二基底， 因此，磊晶成長非多孔單晶矽層安插在叠層基底間，而後 ，第一基底之剩餘未改樊非多孔單晶矽之全部之一部份受 到抛光或研磨· 矽基底之多孔部份可藉由陽極化非多孔單晶矽基底而 形成。所得的多孔矽層具有平均約6 Ο 0A之平均直徑之 許多孔，且仍爲單晶· -- 多孔單晶矽層之選擇性蝕刻以下列之蝕刻機構進行· 首先，蝕刻溶液以毛細作用穿透孔，並開始蝕刻孔之壁· 如果單晶矽之蝕刻率非常低時，在多孔層之內部孔壁完全 蝕刻之前，蝕刻溶液穿透多孔層而到達介於活性靥（由磊 晶成長在多孔層上而形成之非多孔單晶矽層）和多孔餍之 間之介面·當內壁之厚度以蝕刻而變成零時，整個多孔層 陷縮並消失•在此触刻中，活性靥亦些微的蝕刻·實際上 ，活性層之蝕刻置約爲多孔層之內壁厚度之一半或更少* 亦即數+埃，且因此，即使厚多孔層以蝕刻整個移去時， 大部份的活性餍仍未蝕刻· 另一方面，如果以蝕刻溶液之單晶矽之蝕刻率足夠高 時，由多孔層之外表面進行之蝕刻比由毛細作用進入孔之 蝕刻溶液之穿透更快，且多孔層以均勻的速率由外表面蝕 刻，直到孔之內壁陷縮爲止*活性層亦以和不良蝕刻選擇 率相同的速率蝕刻。 更特別而言*當滿足Ys <Yp之條件時，蝕刻選擇 性的進行，其中Y s爲在時間t時由多孔層之外表面蝕刻 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐> (請先Μ讀背面之注$項再Cc本頁) -裝. 訂 -8 - 經濟部中央橾率局貝工消费合作社印策 317645 A7 B7 五、發明説明（6 ) 之置（厚度），和Yp爲在時間t時，蝕刻溶液穿透入多 孔厝之距離· Y S之值決定於蝕刻率a，和Yp之值決定 於蝕刻溶液穿透進入孔之速率k·Yp之值爲孔之直徑和 其它性質之函數•一般而言，只有有限性質之多孔材料（ 多孔性）使用於良好薄單晶膜之滿意之磊晶成長·因此， k值近乎爲常數，且因此，蝕刻選擇率只由a值所決定· 蝕刻率a之值最好不太於l O A/mi η，且由實驗 結果最好約2A/m i η。由於充足的選擇率，整個的触 刻時間會太長，因此，a值小於lA/m i η並不逋當· 而當a值大於1 OA/m i η時，由於蝕刻選擇率降低且 剩餘的薄單晶膜受到不必要的過度蝕刻而引起大的膜厚.度 分佈，此種a值亦不逋當· 習知技藝中，選擇蝕刻使用氫氟酸型蝕刻溶液進行* 該氫氟酸型蝕刻溶液對單晶矽展現相當低的蝕刻率，且典 型的以1 : 5之氫氟酸（49%)和過氧化氫水溶液（ 3 0 % )混合· 只要僅相關於選擇性蝕刻，上述是合理的•但是，習 知的選擇性蝕刻溶液並未考慮在活性層中，缺陷之蝕刻率 ，或在下叠層氧化餍中之蝕刻· 本發明之發明人進行多孔矽之選擇性蝕刻，使用一種 蝕刻溶液，其可如同習知的蝕刻溶液以相當低的速率蝕刻 單晶矽，並以低的速率蝕刻下叠層Si02 · 所使用之蝕刻溶液之一例爲有機籲，TMAH (四甲 銨化氫氧）TMAH水溶液根據如圓9所示之溶液之濃度 表紙張尺度逋用中國國家揉半（CNS ) A4规格（210X297公釐) 請先《讀背面之注$項再θ本頁) •裝. 訂 A7 __B7 五、發明説明（7 ) ，以一速率蝕刻矽·以此溶液蝕刻S i 02之速率低於偵 測限制，而無關於濃液之澳度。因此，對於多孔材料在不 高於1 OA/in i η之蝕刻速率下之選擇性蝕刻，所使用 之ΤΜΑΗ溶液之濃度不髙於5 0 p pm · 所使用蝕刻溶液之另一例爲氫氟酸和過氧化氫之混合 物，如圖1 0所示•此溶液和TMAH溶液不同的是，其 以約2-3A/min之速率在整個澳度範圔中不爱的蝕 刻，並以如同濃度之函數之速率蝕刻Si02 •因此，爲 了同時蝕刻多孔材料和S i 〇2以不超過1 OA/m i η 之蝕刻速率，相對於過氧化氫水溶液，所使用之氫氟酸濃 度不超過約0.5%·已發現以水取代80%之上述過氧 化氫並不會顯著的改欒蝕刻特性· 鹼性蝕刻溶液包括ΚΟΗ水溶液，N a 0Η水溶液， 和（NH4OH)氨水溶液。道些溶液以極低的蝕刻率蝕 刻Si02 ，而無關於溶液之澳度（和TMAH相似）· 氫氰酸型蝕刻溶液包括氫氟酸，硝酸，和水之混合物 ，和氫氟酸，硝酸，乙酸，和水之混合物·這些蝕刻溶液 在某些程度上具有和氫氟酸-過氧化氫混合物相似的濃度 /蝕刻特性· 本發明之特徵在於使用蝕刻劑以蝕刻多孔層如上所述 ，並包括數個實施例以獲得高品質之S 0 I基底*以下參 考圖式說明本發明之方法。’ 實施例1 氏張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐）

-n J (請先《讀背面之注f項再h本頁) .裝. 訂 M濟部中央橾準局貝工消费合作社印装 -10 - A7 B7 317645 五、發明説明（8 ) 以下參考園1 A — 1 E和圓8A — 8 E說明實施例1 〇 單晶矽基底1 0 0陽極化以形成多孔矽1 0 1 (圖 1A)。多孔靥之厚度在基底之一面上可爲數埃至數+埃 •否則，可陽極化整個矽基底100。 參考圖8A — 8E說明形成多孔矽之方法。P型單晶 矽基底6 0 0使用當成基底-如果使用N型時，只限於具 有低電阻者，或是使用在光照射下，以加速孔的形成，基 底6 0 0設定在如圖8A所示之裝置上，因此，基底之一 面和提供有負電極6 0 6之氫氟酸型溶液接觸，而基底之 另一面和正金靥電極接觸•此外，正電極605/可經由 溶液604 >電連接基底，如圖8B所示•以此方式，可 形成孔在負霉極側上與氫氟酸型溶液接觸之面上•氫氟酸 型溶液6 0 4通常爲濃酸氫氰酸溶液（4 9%HF) ·由 於蝕刻會根據所施加之電流而發生在低於特定位準之濃度 下，以純水稀釋澳縮氫氟酸並不適當•在陽極化時，形成 在基底6 0 0表面上之氣泡可藉由加入醇當成表面活化劑 而有效的移除•此醇類包括甲醇，乙酵，丙醇，異丙醇· 除了加入表面活化劑外，在陽極化時，亦可使用攪拌器加 以攪拌溶液·負電極6 0 6由可抵抗氫氟酸溶液之材料， 例如金（Au)和鉑（pt)所製成•正電極605，其 一般使用金屬材料製成，最好在表面上塗覆以可抵抗氫氟 酸之金饜膜，因爲如果整個基底6 0 0受到陽極化時，氫 氟酸溶液6 0 4會達到正電極6 0 5 *用於陽極化之電流 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） n^— 1^1 tk— —^n n^— 1^1 (請先聞讀背面之注f項再h本頁) -訂 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印氧 •«n ml - a* · -11 - 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（9 ) 強度不超過數百mA/cnf，且大於零•電流強度決定在 此種範園以使磊晶成長會滿足的發生在所形成多孔矽屠之 整個面上•通常，在髙強度的電流下，陽極化以高速率進 行，且多孔矽層之密度變成較低，孔髓積變成較大•藉此 ，會改欒磊晶成長條件。 在如上述形成之多孔靥1 0 1上*多孔單晶矽層 1 0 2可磊晶的成長（B ) ···磊晶成長以一般的熱（ CVD，低壓CVD，電漿CVD，分子束磊晶，濺鍍等 方法執行•成長厝厚度受控制成和S 0 I之設計厚度相同 〇 磊晶層102之表面受氧化以形成一Si02層 103(圖1C)。（氧化處理包括熱氧化）·如果在後 績步驟中，磊晶層直接疊層至支持基底時，雜質易於在叠 層介面上偏析，且在介面上之懸掛鍵傾向於增加所得薄膜 裝置之性質之不穩定•因此*進行表面氧化以偏置上述之 缺點•氧化步驟並非不可捨棄的，藉由使用不會由上述現 象而引起之問題之裝置構造，即可省略該氧化步覉· s i 02靥1 〇 3當成SO I基底之絕緣層•絕緣層必需 形成在欲叠層在一起之基底之至少一面上*絕緣膜可利用 各種不同的方式形成•當氧化膜形成時，其受控制以使具 有足以使叠層介面免於受到外部空氣污染之厚度· 一支持基底1 1 0.和上述具有氧化磊晶面之基底 100分離，且其表面具有一 s i02層104 ·支持基 底1 1 0之例爲一矽基底，其表面已受到氣化（包括熱氧 本紙張尺度通用中國國家橾準{ CNS ) A4規格（210X297公釐） 請先閲讀背面之注$項再b本頁) •裝· 訂 經濟部中央梂準局工消费合作社印«. A7 ____B7_ 五、發明説明（10 ) 化），石英玻璃，結晶玻璃，或其上已沈稹Si02之任 何基底· 上述之兩基底在清潔後叠層在一起（圈1D) ·此種 清潔相似於一般半導髏基底之清潔（例如，在氧化前之清 潔）· 在叠層後，在基底之整個面上加應可有效的強化叠層 鍵結。 基底之叠層爲熱處理•此種熱處理最好爲高溫•但是 ，超髙溫度會引起多孔層1 0 1之構造改變，或由基底至 磊晶層之雜質擴散•因此，必窬選擇溫度和加熱時間以使 上述之缺點不會發生•特別的，處理溫度最好在由6 0 0 °(：至1 1 0 o°c之範圓中•某些基底無法承受在髙溫下之 熱處理•例如，由於石英之熱膨脹係數和矽之熱膨脹係數 之差異，以當成基底1 1 0之石英基底需要在低於約 2 0 0 °C之溫度下處理。在此溫度上，叠層基底會因爲應 力而分離或龜裂。在熱處理後之基底只需要能抵抗在拋光 時之應力，或在後績步驟中塊矽1 0 0之蝕刻•因此，即 使在2 0 0 °C或更低之溫度下，藉由使用於活化之表面處 理條件最佳化，亦可執行此種方法· 而後，矽基底部份1 0 0和多孔餍部份1 0 1選擇性 的移除，而磊晶成長層102仍未移除（圖1E) •首先 ，藉由表面硏磨機以拋光或硏磨移去矽基底部份1 0 0， 或以例如氫氧化鉀溶液和氨水溶液之鹼性溶液，或例如 TMAH溶液之有機鹼性溶液蝕刻•蝕刻可在不高於 本纸張尺度適用中國國家標準（€阳）八4规格（2丨0><297公釐> (請先W讀背面之注$項再b本頁) •裝- 訂 -13 - 經濟部中*樣準為Λ工消费合作社印装 317645 A7 B7 五、發明説明（11 ) 1 0 o°c之溫度下，在一酸的溶液中有效的進行·當支持 基底由玻璃板或覆盖以氧化膜之矽基底製成時，矽基底部 份只可利用鹸性溶液選擇性的蝕刻，此乃因爲鹼性濃液難 以蝕刻Si02 •藉由以氫氟酸，硝酸，和選擇性的乙酸 之混合物蝕刻，亦可移除•氫氟酸一硝酸型蝕刻劑不能使 用於長時間蝕刻，因爲它會蝕刻一些支持基底· 當矽基底部份1 0 0以機械抛光或機械蝕刻移去且多 孔部份1 0 1裸霣時，則停止拋光和蝕刻•而後，裸霣多 孔部份1 0 1以前述溶液藉由蝕刻移去，該溶液可同時蝕 刻單晶矽和S i 02在不超過1 OA/m i η.之蝕刻率* 在此蝕刻中，最好使用超音波清潔器以獲得膜之均勻性* 但需注意因超音波之作用而引起蝕刻率之上升· 除了上述之步揉外*必需進一步進行下述之步驟· (1)在多孔層中內孔壁之氧化： 在多孔矽層中，介於相鄰孔間之壁極薄，其厚度由數 毫微米至數十毫微米•此極薄的孔壁會結合以形成厚壁， 並阻擋孔在多孔靥之髙溫處理中，例如在磊晶矽餍形成中 ，並在基底叠屉後加熱，以降低蝕刻率•孔壁之變厚和孔 之結合可在多孔層形成之後，藉由在孔壁上形成薄氧化膜 而延遲。但是，氧化必需限制在孔之內壁之表面上，以保 持在孔壁內部中之單晶性，因爲非多孔單晶矽靥磊晶成長 在其上。所形成之氧化膜之厚度範圔最好由數埃至數十埃 。此種氧化膜之厚度以熱處理形成在氧氣中，在由2 0 0 t至7 0 0 °C之溫度範圈中，且最好由2 5 0 °C至5 0 0 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請先聞讀背面之注意事項再1C.本頁) 訂 線 -14 - 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印氧 A7 ____B7_ 五、發明説明（12 ) °C · (2 )氫氣退火： 由本發明之發明人在EP 553852A2中所揭 示的，矽表面之細微不規則性可在氫氣中以熱處理移除以 提供極平滑之矽表面•在氫氣中之退火可應用在本發明中 •例如•氫氣退火可在多孔矽層形成之後和在磊晶矽層形 成之前進行*否則，氫氣退火可進行以用於以蝕刻移去多 孔矽層而獲得之S 0 I基底·在磊晶矽餍形成之前進行之 氫氣退火中，構成多孔矽表面之氫原子遷移以阻擋孔之最 外部份V由於阻擋在最外部份之孔，磊晶矽靥會以最少結 晶缺陷的形成•另一方面，在多孔矽層之蝕刻移除後之氫 退火中，由蝕刻而些許粗糙之磊晶矽表面受到整平*且可 驅離在鍵結操作中，.無可避免的使硼由清潔室加入叠層介 面中。 實施例2 寊施例之實施例2參考圖2A-2G說明•在圖2A 一 2G中，和圖ΙΑ— 1 E相同的構件，使用相同的參考 數字。在上述之實施例1中，兩基底藉由鍵結一基底之 S i 02層1 0 3和另一基底之S i 02層1 04而曼層· 但是，只有至少一欲鍵結之表面需要以S i 〇2構成* 在實施例2之例中，在圖2 B中形成在多孔矽層 1 0 1上之磊晶矽層1 1 〇 2和在圓2. C中形成在第二基 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS > A4洗格（210X297公釐）~ ~ s—1—ΓΪ •裝 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作杜印«. 317645 A7 B7 五、發明説明（l3 ) 底1 1 0上之氧化層1 1 04鍵結· 在實施例2之另一例中，在圖2 E中之磊晶矽層 1 1 0 2之表面熱氧化，且所得氧化膜1 1 0 3鍵結非氧 化矽基底1110之表面，如圖2F所示· 在此實施例中，其它的步驟以和實施例1相同的方式 進行· 實施例3 以下參考圖3A—3G說明本發明之實施例3·在圈 3A—3G中，和圈1A-1E相同的構件使用相同的參 考數字•實施例3之特徽在於例如石英玻璃之玻璃材料 1 2 1 0 (圖3 C和3 F)和使用當成第二基底之藍板玻 璃乃叠層在具有磊晶矽膜之第一基底上（圖3 B和3 E ) 〇 在實施例3之一例中，在圖3B中之一磊晶矽層 1 1 02鍵結至在圖3 C中之一玻璃基底1 2 1 0 · 在實施例3之另一例中，一氧化膜1103，其由熱 氧化圇3 C中之磊晶矽曆1 1 〇 2之表面而形成，乃鍵結 至一玻璃基底1 2 1 0，如圓3F所示· 在此實施例中，其它的步驟和實施例1以相同的方式 進行· 以下本發明特別參考範例說明如下· 範例1 本紙張用巾S83M*準（CNS ) A4iL#· ( 210X297公着)一

使用之氣髏 氣體流動率 溫度 壓力 成長速率 經濟部中央搮率局貝工消費合作社印装 317645 Λ7 B7 五、發明説明（14 ) 一 p型（100)單晶矽基底’具有625#m的厚 度，5时之尺寸，.和〇 . 1〜〇 . 之電阻率。政 基底設置在裝置中如圓8 A所示’且受到陽極化•藉此’ 厚度爲2 0 之多孔矽層1 0 1形成在砂基底1 0 0之 表面上（圖ΙΑ) · 4 9%ΗΡ溶液使用當成溶液604 •陽極化在1 mA / c πί之II流密度下進行•多孔靥形成 率約1 i η，且可在約.20分鐘時’獏得2 0 私m厚之多孔屠* 在所得之多孔矽餍1 〇 1上，一單晶矽餍1 〇 2以 CVD在下述之沉稹條件下，磊晶成長〇 . 25/im之厚 度（圚1 B ): S i Η 4/ Η 2 0.6 2 /140 (L/min) 8 5 0 eC 8 0 T o r r 〇.12//m/min 所得的基底在水蒸氣中在9 0 0 °C下熱處理，以形成 0 · Ιμπι厚之氧化膜103 (圖1C) · 上述之表面氧化基底和表面上具有0 · 5 jwm厚之氧 化膜1 0 4之分離準備5吋基底1 1 0以一清潔系統使用 酸和氨清潔，並以一旋轉乾澡器乾燥•基底之處理表面疊 層在一起以形成一叠層（圖1D)。此！ft層在60 0 °C下 熱處理6小時· 在熱處理後，矽基底1 0 0之6 1 0 部份以表面 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再h本頁) ---1 I裝------訂------ 17 A7 _B7_ 五、發明説明（15 ) 拋光機器拋光以裸露多孔矽101·而後此基底浸入選擇 性蝕刻溶液中，且只有多孔部份1 0 1應用超音波在下述 之條件下，完全蝕刻除去（圖1E)： 選擇性蝕刻溶液： TMAH水溶液（24ppm) 矽蝕刻率： 5 A /m i η

Si02蝕刻率： lA/min或更少 所得之S Ο I基底具有·〇 . 6 μιη厚之氧化矽膜和約 0 . 2#m厚之單晶矽膜在其上。和習知技藝比較（其以 髙Si 〇2—蝕刻率之蝕刻溶液蝕刻多孔層而準備），在 S 0 I膜中之空洞密度會降低至約1/1 0 0之因數· E說明範例2 · 晶矽基底200具有300#m 0 . OlOcm之電阻率•矽基 同的方式改變成2 0 厚之多 〇 面上，單晶矽層2 0 2以和例1 15#m之厚度（圖4B)。 中在1 0 0 0°C下熱處理以形成 0 3 (圖 4 C ) · 2 0 0和另一分離準備之4吋基 底之鏡面鍵結在一起以形成叠層 8 0 °C下熱處理2 4小時· 本纸張尺度適用中國國家揲準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 請 先 聞 面 之 注

I

經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 範例2 以下參考圖4A—4 一 P 型（1 0 0 )單 之厚度，4吋之尺寸，和 底之表面層以和範例1相 孔矽層201 (圖4A) 在所得之多孔矽層表 相同的方式磊晶成長0 . 所得之基底在水蒸氣 0 . l#m厚之氧化膜2 上述之表面氧化基底 底210受到清潔，且基 (圖4D) •此叠層在1 訂 18 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 A7 _ B7_____ 五、發明説明（16 ) 在熱處理後，2 8 0 厚之矽基底2 0 0以氫氟酸 /硝酸/乙酸（1 : 1 0 : 1 0)之混合物蝕刻以在表面 上裸露多孔矽2 0 1。 而後，多孔層2 0 1以氫氟酸/過氧化氫（ 1:300)之混合物，以下述之蝕刻率，選擇性的蝕刻 (圖 4 E ): 矽蝕刻率： 3 A /m i η S i Ο 2蝕刻率： 6 A/m i η或更小 所得之SO I基底上具有約〇 . l#m厚之單晶矽薄 膜•和習知以高S i 02-蝕刻率之蝕刻溶液之蝕刻多孔 層所準備者比較，SOI之空洞之密度降低約1/1 〇〇 之因數· 範例3 以下參考圓5 A — 5 Η說明範例3 一 Ρ型（1 0 0)單晶矽基底3 00具有4 0 0私m 之厚度，5吋之尺寸，和0 . OlQcmi^阻率·矽基 底之表面靥以和範圍1相同的方式改變成2 0 厚之多 孔矽層301(圔5A)· 在所得之多孔矽層表面上，叠層層3 0 2以和範例1 相同的方式成長0.5#m之厚度（圖5B)· 在基底上之磊晶層3 0 2之表面在水蒸氣中，在 1 000 °C下氧化以形成0 . 2/zm厚之S i 02膜 30.3 (圖5C)，留下0 · 4jt/m厚之單晶妙· 本紙張尺度逋用中國Η家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） " ' -19 - (請先聞讀背面之注意事項再h本頁) 裝· 經濟部中央橾準局負工消费合作社印簟 317645 A7 B7 五、發明説明（l7) 上述之基底3 0 0和另一分離準備之合成石英基底 3 1 0以RF電漿處理，以在下述之處理條件下，活化鍵 結表面（BB5D和5E)： 所使用之氣體 CF4/02 氣雔流動率 70/6(seem) 壓力 3 0 ( P a )

R F输出 3 5 0 W 處理時間 3 0秒 已處理之基底以過氧化氫水溶液清潔，並以純水洗滌 ，並乾燥。已乾燥之基底鍵結在一起（圓5 F.)以形成一 曼靥•此叠層在70顢之壓力下受壓10分鐘* 在沒有熱處理下，上述基底ft層之矽基底側以蝕刻溶 液蝕刻。在此蝕刻中，以熱氧化覆蓋矽基底而形成之氧化 膜以稀釋氫叙酸移除，而後此基底叠層浸入2.4%之 TMAH水溶液中，並在90°C下保持5小時。藉此，矽 基底側之塊矽部份3 0 0整膣的蝕除，以裸露多孔層 3 0 1· 接著，多孔部份3 0 1以2 4 — p pm之TMAH水 溶液在室溫下選擇性蝕刻（圔5 G) · 經由上述步驟準備而形成在石英基底310上之單晶 矽薄膜3 0 2受到定圓樣以獲得相關於一設計元件之活性 層之區域，形狀和安排之島圈樣·在定圖樣後，如同元件 形成之第一步驟，相關的島區域在氧氣中，在1 0 0 0 °C 下氧化，並同時熱處理•因此，可產生一 SO I基底，其 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（2丨0><297公釐） ^n· 1^——·——— nn m Jkf n (請先閲讀背面之注意事項再本頁) 訂 -20 - ' 經濟部中央梯準局w;工消费合作社印裝 A7 _B7_ 五、發明説明（18 ) 在透明基底上具有約0 . 4)tim之單晶矽薄膜。如此不會 有空洞· 範例4 以下參考圖6A — 6F說明範例4。 一 P型（1 00)矽基底400具有400#m厚， 5吋之尺寸，和0.01Ocm之電阻率。矽基底之表面 屉以和範圃1相同的方式改變成2 0 厚之多孔層 4 0 1 (晒 6 A ) · 在所得之多孔矽層表面上，一磊晶靥4 0. 2以和範例 1相同的方式成長0 . 5#m之厚度（圖6B) · 基底之磊晶層4 0 2之表面在水蒸氣中，在9 0 0 eC 下氧化（熱氧化）以形成0. 05#m厚之Si02膜 4 0 3 (圖 6 C )。 所得之基底4 0 0和另一分離準備之5吋合成石英基 底4 1 0受到清潔，且基底鍵結在一起以形成一叠層（圖 6〇)。基底叠靥在180°0下熱處理2 4小時· 上述之基底叠層由矽基底側藉由表面拋光機拋光以留 下100#m之矽基底（圔6E) ·此種拋光在300 °C 下熱處理達2 4小時。 塊部份4 0 0之剩餘部份以表示拋光機進一步拋光以 裸露多孔矽部份4 0 1 · 而後，多孔層以0 . 04%之氨水溶液（圓6F)在 下述之蝕刻速率下選擇性的鈾刻： 本紙張尺度遑用中國國家標车（CNS } A4規格（210 X 297公釐> ' -21 - —————————— Jf——. f. n b—Α— I J11 I— 1111 n I ϋ I --ϋ n ϋ n it n (請先《讀背面之注f項再本頁) 1

;»- t— «I n ϋ· n ϋ I 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印装 317645 A7 B7 五、發明説明（19 ) 矽蝕刻率： 4A/min S i 0 2蝕刻率： 1 A/m i η或更小 所得之SO I基底上具有約〇 . 之單晶矽膜 4 0 2 ·因此，和以髙S i 02—蝕刻率之蝕刻溶液之多 孔餍蝕刻所準備之習知者比較，在S 0 I中之空洞密度降 低約1/100之因數· 範例5 以下參考圖7A — 7E說明範例5。 一 P型（1 0 0)矽基底5 00具有3 00 μπι»， 4吋之尺寸，和0.OlQcm之電阻率*矽基底之表面 層以和範例1相同的方式改變成厚度爲2 0 之多孔矽 層 5 0 1 (圖 7 A )。 在所得的多孔矽層表面上，磊晶層5 0 2以和範例1 相同之方式成長厚度0.15#m(圓7B)· 基底之磊晶層5 0 2之表面在水蒸氣中，在1 0 0 0 °<：下熱氧化以形成厚度爲0 . 1 之S i 〇2層5 0 3 (圖7C) ·藉此，氧化膜部份之厚度爲0 . l#m，而 留下0.l#m之磊晶餍之矽單晶部份。 上述基底5 0 0之磊晶層5 0 2之表面和另一分離準 備之裸露矽基底5 1 0以酸和餘清潔，且基底叠層在一起 以形成一叠層（圈7D) ·基底叠層在1000 eC下退火 3 0分鐘· 具有磊晶層之上述基底5 0 0以表面拋光機由和磊晶 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐) H- — fr -IKr I J4 I— 1 (請先《讀背面之注$項再XI.本霣) 訂 -22 - 經濟部中央標準局負工消费合作社印装 A7 _B7_ 五、發明説明（20 ) 層反向之側邊拋光，以裸露多孔矽部份5 Ο 1 · 而後，多孔層501以氫氟酸（49%)，硝酸（ 70%)，乙酸（100%)，和水以 1:80: 80: 3 4 0之混合比例之混合物，以下述之蝕刻率選擇性的触 刻（圖7 E ): 矽蝕刻率 4A/min e s i 0 2蝕刻率 -3 A / m i η 所得之SO I基底上具有0 . l#m厚之氧化矽膜， 且其上進一步形成0 . 1 厚之單晶矽膜。因此，和習 知以高S i 02 -蝕刻率之蝕刻溶液之多孔屉之蝕刻而準 備之習知者比較，在SOI中之空洞密度降低約 1/100之因數· 範例6 以下參考圓7A — 7E說明範例6 —P型（100)矽基底500具有300#m之厚 度，4吋之尺寸，和0 . OlOcm之蕙阻率•矽基底之 表面層以和範例1相同的方式改變爲2 0以m厚之多孔矽 層 5 0 1 (圖 7 A )。 所得之基底在氧氣中，在4 0 〇eC下熱處理一小時， 以在多孔矽層5 0 1之表面和孔壁上形成極薄之氧化膜* 而後，多孔層5 0 1之表面浸入HF溶液中，以由多 孔矽層5 0 1之最外表面移去氣化膜，而在孔壁上之氧化 膜仍未移除。藉此，可使多孔單晶矽靥裸霣•而後，此基 本紙浪尺度適用中國«家梯準（CNS ) A4洗格（210X297公釐）~ -23 - lilt -裝· 訂 •T. 317645 A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（21 ) 底在氫氣下，在1 0 0 0 °c中熱處理7分鐘以阻擋在多孔 矽層表面上之孔•藉由將二氣甲矽烷當成用於磊晶矽靥之 啓始氣體導入膜形成室中，可形成0 . 1 5 μπι厚之磊晶 矽層502 (圓7Β)。磊晶矽層502之表面熱氧化以 形成氧化膜503(圖7C)· 上述基底之熱氧化膜5 0 3之表面和另一非氧化矽基 底5 1 0以酸和鹼清潔，且基底鍵結在一起以形成叠厝（ 圓7D) ·基底叠層在l〇〇〇eC下退火30分鐘· 具有磊晶層之上述基底5 0 0藉由表面拋光機由和磊 晶層反向之側邊拋光以留下小部份未拋光*而基底5 0 0 之剩餘未拋光部份以蝕刻而移除以裸露多孔矽部份5 01 〇 而後*多孔層以氫氟酸（4 9%)，硝酸（70%) ，乙酸（100%)和水以1 : 80 : 80 : 340之混 合比例之混合物，在下述之蝕刻率下選擇性的蝕刻（圖 7 E )： 矽蝕刻率： 4A/min Si02蝕刻率： 3A/min 所獲得之SO I基底在氫氣中，在1 000 °C下，熱 處理。 所得之SOI基底上具有0.l#m厚之氧化矽膜， 且其上進一步形成0 . 1 厚之單晶矽膜•因此，和以 高S i 02 -蝕刻率之蝕刻溶液之多孔餍之蝕刻而準備之 習知.者比較，在SO I中之空洞之密度降低約1/200 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 請先閱讀背面之注$項再h本

Jar .裝' 頁) 订 -24 - A7 B7 經濟部中央橾準局負工消費合作社印装

Claims (1)

1. 8888 ABCD 317645 六、申請專利範園 1 . 一種製造半導體基底之方法，包含：提供以矽製 成之第一基底，其具有使基底矽多孔而形成之一多孔矽層 和一非多孔單晶矽層磊晶成長在多孔矽層上；叠層第一基 底在第二基底上，以使第一和第二基底之叠層面之至少之 一具有一氧化矽屠，和非多孔單晶矽層插入ft層基底間； 和以蝕刻移去多孔矽層*其中多孔矽靥以蝕刻劑蝕刻移除 ，該蝕刻劑分別以不超過毎芬鐘10埃之蝕刻率蝕刻非多 孔單晶矽層和氧化矽層· 2. 如申請專利範圍第1項所述之製造半導體基底之 方法，其中該多孔矽厝以陽極化形成。 3. 如申請專利範圔第1項所述之製造半導鱧基底之 方法，其中該氧化矽》形成在第一基底上* 4. 如申請專利範團第3項所述之製造半導體基底之 方法，其中氧化矽厝由磊晶成長非多孔單晶砍層之表面之 熱氣化形成· 5. 如申請專利範園第3或4項所述之製造半導髏基 底之方法，其中該第二基底爲單晶矽基底· 6. 如申請專利範圍第5項所述之製造半導體基底之 方法，其中該氧化矽層形成在第二基底之叠層面上。 7. 如申請專利範圔第5項所述之製造半導體基底之 方法，其中該第二基底之叠暦由單晶矽所構成· 8. 如申請專利範園第3或4項所述之製造半導體基 底之方法，其中該第二基底爲一玻璃基底。 9·如申請專利範園第1項所述之製造半導鳢基底之 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先《讀背面之注意事項再填Θ本寊 訂 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印裝 -26 - 317645 B8 C8 D8 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印«. 六、申請專利範圍 方法’其中氧化矽層形成在第二基底上· 10. 如申請專利範圍第9項所雖之製造半導體基底 之方法’其中該氧化矽餍由單晶矽基底之熱氧化所形成· 11. 如申請專利範圍第9項所述之製造半導體基底 之方法’其中該氧化矽層構成一玻璃基底· 1 2 .如申請專利範圏第9、1 0或1 1項所述之製 造半導髖基底之方法，其中該第〜基底之叠層面爲磊晶成 長非多孔單晶矽屉· 13·如申請専利範園第1項所述之製造半導髖基底 之方法，其中在多孔層中之孔之內壁氣化後，以磊晶成長 形成非多孔單晶矽層· 14·如申請專利範圔第13項所述之製造半導體基 底之方法，其中在多孔層在氫氣中熱處理之後，以磊晶成 長形成非多孔單晶矽層· 1 5 .如申請專利範園第1項所述之製造半導髖基底 之方法，其中多孔矽層之蝕刻以由氫氟酸和過氧化氫水溶 液之混合蝕刻溶液進行· 16. 如申請專利範面第1項所述之製造半導髏基底 之方法，其中該多孔矽層之蝕刻以氫氟酸*硝酸*和選擇 性的醏酸所構成之混合蝕刻溶液所進行· 17. 如申請專利範圍第1項所述之製造半導體基底 之方法，其中該多孔矽層之蝕刻以一鹼或一有機鹸性型蝕 刻溶液進行* 1 8 .如申請專利範圍第1項所述之製造半導體基底 本紙張尺度遴用中國國家梯準（CNS > A4规格（2丨〇><297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再h本頁) 裝· 訂 -27 - 317645 A8 B8 C8 D8 ^、申請專利範圍 之方法，其中該多孔矽餍之蝕刻以一濃度不超過5 〇 PPm之ΤΜΑΗ水溶液進行· 19.如申請專利範園第1項所述之製造半導體基底 之方法•其中該多孔矽層之蝕刻以氫氟酸和過氧化氫水溶 液之混合溶液，在相對於過氧化氫水溶液之氫氟酸澳度不 高於0.5%下進行· 2 0 .如申請專利範圓第1項所述之製造半導體基底 之方法，其中在以蝕刻移除後，熱處理可在氫氣中進行· 請 閱 背 面 之 注 裝 頁 訂 線 锂濟部中央揉準扃<工消费合作社印簟 纸 本 Μ )/ Ns 6 /V 率 橾 家 0 國 中 用 遑 釐 公 97 2 8 2