專利名稱：半導(dǎo)體基片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備半導(dǎo)體基片的方法，特別涉及制備適于在電介隔離層或絕緣體上的單晶半導(dǎo)體層中、或Si基片上的單晶化合物半導(dǎo)體上形成電器件或集成電路的半導(dǎo)體基片。
眾所周知，在絕緣體上形成單晶Si半導(dǎo)體層為絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)技術(shù)，由于利用SOI技術(shù)的器件有很多優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)是利用常規(guī)Si集成電路制備所利用的體Si基片得不到的，所以已經(jīng)擇這種技術(shù)進(jìn)行了很多研究。更具體地，利用SOI技術(shù)有下面優(yōu)點(diǎn)1．很容易進(jìn)行介質(zhì)隔離以得到高的集成度；2．極好的抗輻射性能；3．可以降低雜散電容以得到更高的速度；4．可以去掉形成阱的步驟；5．可以防止閂鎖；6．可以用薄膜來制備完全耗盡場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
這些優(yōu)點(diǎn)具體見如G．W．Cullen編輯的<晶體生長(zhǎng)學(xué)報(bào)>1983年63卷第三期429到590頁(yè)的文章“非單晶絕緣體上的單晶硅”。
另外，最近幾年，有很多用SOI基片實(shí)現(xiàn)高速和低功耗MOSFET(1994年IEEE SOI會(huì)議)的報(bào)道。和在體Si晶片上形成器件的情況相比，由于器件下面的絕緣層簡(jiǎn)化了器件隔離工藝，所以使用SOI基片可以縮短器件工藝步驟。這樣，和形成在體Si上的MOSFET相比，可以降低晶片的成本和工藝成本，同時(shí)具有較高的性能。
具體地，通過改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源，完全耗盡MOSFET可以實(shí)現(xiàn)高速和低功耗。MOSFET的閾值電壓(Vth)通常由溝道區(qū)的雜質(zhì)濃度來決定，而在利用SOI結(jié)構(gòu)的完全耗盡MOSFET中，SOI薄膜的厚度也影響耗盡層的厚度。由此為了以高的成品率生產(chǎn)大面積集成電路，強(qiáng)烈希望SOI薄膜厚度均勻性好。
形成在化合物半導(dǎo)體上的器件有硅基片上不可能實(shí)現(xiàn)的極好的性能，如高速和發(fā)光。目前這些器件通過在GaAs等化合物半導(dǎo)體基片上外延生長(zhǎng)來形成。但是這些化合物半導(dǎo)體基片有一些缺點(diǎn)，如昂貴、機(jī)械性能低、很難制備大面積晶片等。
從這點(diǎn)看來，嘗試異質(zhì)外延在硅晶片上生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體，這樣很便宜、機(jī)械性能好、容易大面積制備。
形成SOI基片的研究在70年代就已開始。在最初階段，有對(duì)在絕緣蘭寶石基片上異質(zhì)外延生長(zhǎng)單晶硅的方法(SOS蘭寶石上硅)、和利用氧化多孔硅進(jìn)行介質(zhì)隔離來形成SOI結(jié)構(gòu)的方法(FIPOS用多孔氧化硅完全隔離)的研究。
FIPOS方法包括用質(zhì)子注入在P型單晶硅基片的表面形成N型硅層的島(Imai等，《晶體生長(zhǎng)》，1983年63卷547頁(yè))，或外延生長(zhǎng)并成圖、然后在HF溶液中陽(yáng)極氧化只讓P型Si基片多孔化，使多孔硅從表面包圍Si島，通過加速氧化實(shí)現(xiàn)N型硅島的介質(zhì)隔離。由于在該方法中，隔離的硅島在器件制備之前確定，限制了器件設(shè)計(jì)的自由度。
氧離子注入方法稱為SIMOS方法，最早由K．Izumi報(bào)道。以1017到1018／cm2的濃度將氧離子注入到Si晶片中，在氬-氧的氣氛下在約1320℃退火，由此在離子注入的射程對(duì)應(yīng)的深度附近，注入的氧離子與硅原子結(jié)合形成氧化硅層。在此操作中，Si層存在于氧化的硅層之上，使由于氧離子注入形成非晶的Si層重結(jié)晶以形成單晶硅層。表面Si層的缺陷數(shù)目高達(dá)105／cm2，但在氧離子注入量為4×1017／cm2時(shí)缺陷降低到約102／cm2。但是為了保持Si氧化層有所需的薄膜質(zhì)量和表面Si層有所需的結(jié)晶度，注入能量和注入劑量限制在很小范圍，所以表面硅層的厚度和掩埋氧化(BOX掩埋氧化)硅層的厚度已經(jīng)限制在具體值。因此，為了得到需要厚度的表面Si層，必需進(jìn)行犧牲氧化或外延生長(zhǎng)。此時(shí)，問題是由于在原始薄膜厚度分布上加上由該工藝導(dǎo)致薄膜厚度均勻性的退化，薄膜厚度的均勻性不可避免地降低。
另外，據(jù)報(bào)道，BOX層包含稱為“管道”的由Si氧化物的缺陷形成的區(qū)域。導(dǎo)致缺陷形成的一個(gè)原因是注入過程中的雜質(zhì)如灰塵。在這種管道區(qū)域，有源層和支撐基片之間漏電，退化了器件性能。
與常規(guī)半導(dǎo)體工藝相比，SIMOX方法的離子注入要注入大量的離子，即使采用專用于本目的的先進(jìn)設(shè)備，也需要很長(zhǎng)的注入時(shí)間。由于進(jìn)行離子注入時(shí)，用預(yù)定電流的離子束或擴(kuò)展離子束重復(fù)掃描，所以隨著基片面積的增加，就需要更長(zhǎng)的時(shí)間。另外，由于晶片內(nèi)溫度的分布產(chǎn)生如滑移位錯(cuò)等問題，大面積晶片的高溫處理也更困難。由于SIMOS方法需要在1300℃以上進(jìn)行熱處理，這是Si半導(dǎo)體工藝中通常不采用的，涉及設(shè)備研制、金屬沾污、和滑移位錯(cuò)等的問題的增多。
在上述常規(guī)SOI形成方法的基礎(chǔ)上，最近有一種通過熱處理或用粘結(jié)劑將單晶Si基片鍵合到另一熱氧化單晶Si基片上得到SOI結(jié)構(gòu)的方法。在該方法中，形成器件的有源層必須形成為均勻厚度的薄膜。換句話說，幾百微米的單晶硅基片必須形成為微米或更薄的薄膜?？梢杂孟旅嫒N方法形成這種薄膜1．拋光形成薄膜的方法2．局部等離子體腐蝕形成薄膜的方法3．選擇腐蝕形成薄膜的方法用上述方法1，很難通過拋光得到均勻薄膜。具體地，在形成亞微米厚度的薄膜時(shí)，厚度波動(dòng)高達(dá)百分之幾十，所以形成均勻薄膜很困難。且隨著晶片直徑的增加，形成薄膜的困難更大。
按上述方法2，用方法1研磨形成約1至3μm的薄膜后，在整個(gè)表面上的很多點(diǎn)測(cè)量厚度分布，然后進(jìn)行等離子體腐蝕，同時(shí)用幾mm直徑的等離子體束掃描，例如用SF6等離子體掃描來校正在測(cè)量的厚度分布基礎(chǔ)上的厚度分布，由此形成所需厚度的薄膜。據(jù)報(bào)道該方法形成的薄膜厚度分布約為±10nm。但是，如果在等離子體腐蝕時(shí)表面有顆粒存在，這些顆粒起腐蝕掩模的作用，所以在基片上形成了凸起物。
由于等離子體腐蝕后表面很粗糙，所以在等離子體腐蝕后需要接觸拋光，但是由于用拋光時(shí)間來控制拋光量，通過拋光操作最終薄膜厚度的控制很難、薄膜厚度分布退化。除此之外，由于在拋光過程中，拋光材料如硅膠直接接觸有源層的表面，形成皺狀層，并由于拋光產(chǎn)生加工應(yīng)力。而且，由于晶片面積變大，等離子體腐蝕時(shí)間隨晶片面積而成比例地增加，可能導(dǎo)致產(chǎn)量的急劇降低。
上述方法3包括預(yù)先提供可以被選擇腐蝕的、要成為薄膜結(jié)構(gòu)的基片。例如在P型基片上用如外延生長(zhǎng)等堆疊含1019／cm3或以上硼原子的薄P+Si層、和薄P型Si層，以得到第一基片。該基片粘結(jié)到第二基片上，其間有如氧化薄膜等絕緣層，用研磨和拋光從背面將第一基片減薄。然后選擇腐蝕P型層以暴露P+層，然后選擇腐蝕P+層以暴露P型層，由此完成SOI結(jié)構(gòu)。Maszara(W．P．Maszara，J．Electrochem．Soc．，1991年138卷341頁(yè))詳細(xì)報(bào)道了該方法。
選擇腐蝕方法能有效得到均勻薄膜，但是有下面問題(1)選擇率約為102，不夠大；(2)由于腐蝕后表面很粗糙，所以腐蝕后需要接觸拋光。因此薄膜厚度均勻性隨著薄膜厚度的減小而退化。而且拋光量由拋光時(shí)間控制，但是由于拋光速率的波動(dòng)難以進(jìn)行控制。這在形成超薄如100nm的SOI層時(shí)成為突出的問題；(3)由于離子注入，使SOI層的結(jié)晶度不夠，需要在摻硼濃度高的Si層上進(jìn)行外延或異質(zhì)外延。而且要鍵合的表面的特性比原始Si晶片差。
上述各點(diǎn)在下面文章中都報(bào)道過，如C．Harendt等在1991年20卷267頁(yè)的J．Elect．Mater中、H．Baumgart等在《半導(dǎo)體晶片鍵合第一次國(guó)際會(huì)議文集》的“科學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用(電化學(xué)學(xué)會(huì))”的92-7卷375頁(yè)中、C．E．Hunt等在《半導(dǎo)體晶片鍵合第一次國(guó)際會(huì)議文集》的“科學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用(電化學(xué)學(xué)會(huì))”的92-7卷165頁(yè)中都報(bào)道過。
選擇腐蝕的選擇性很大程度上取決于如硼等雜質(zhì)的濃度差、和深度方向雜質(zhì)分布的陡峭度。因此，如果進(jìn)行高溫鍵合退火以增加鍵合強(qiáng)度或者進(jìn)行高溫外延生長(zhǎng)以改進(jìn)結(jié)晶度時(shí)，雜質(zhì)濃度的分布將在深度方向擴(kuò)散，因此腐蝕選擇性退化。即腐蝕選擇性的改進(jìn)和結(jié)晶度及鍵合強(qiáng)度的改進(jìn)很難兼顧。
最近Yonehara等報(bào)道了沒有上述問題的、薄膜厚度均勻性和結(jié)晶度極好的鍵合SOI的方法，并能批量生產(chǎn)(T．Yonehara等，1994年Appl．Phys．Leyyer 64卷2108頁(yè))。該方法在第一Si基片31上使用多孔層32作為選擇腐蝕材料。非多孔單晶Si層33外延生長(zhǎng)在多孔層上之后，通過Si氧化層(絕緣層)35將它鍵合到第二基片34(圖5A)。例如用研磨方法從背面將第一基片減薄，以暴露基片整個(gè)面積上的多孔Si層(圖5B)。用KOH或HF+H2O2等選擇腐蝕液進(jìn)行腐蝕去除暴露的多孔Si(圖5C)。在該操作中，腐蝕多孔Si和體Si(非多孔單晶Si)的選擇率可以高達(dá)100，000倍，因此將預(yù)先生長(zhǎng)在多孔層上的非多孔單晶Si層在留在第二基片上，而基本不改變薄膜的厚度，從而可以形成SOI結(jié)構(gòu)。因此SOI薄膜厚度均勻性基本由外延生長(zhǎng)過程決定。由于外延生長(zhǎng)可以在常規(guī)半導(dǎo)體工藝所使用的CVD裝置中進(jìn)行，已經(jīng)獲得好的均勻性，如Sato等報(bào)道的100±2％(SSDM95)。還有報(bào)道說外延Si層的結(jié)晶度為3．5×102／cm2，比較令人滿意。
多孔Si是Uhlir等在1956年研究半導(dǎo)體的電拋光時(shí)發(fā)現(xiàn)的(A．Uhlir，Bell Syst．Tech．J．，1956年35卷333頁(yè))?？梢栽贖F溶液中陽(yáng)極氧化Si基片來形成多孔Si，多孔硅為含小孔的海綿形狀，小孔是電解腐蝕體Si形成的?？椎闹睆郊s為幾納米，密度例如為1011／cm2，這些都隨陽(yáng)極氧化條件和Si的電阻率不同可變。
Unagami等已經(jīng)研究了陽(yáng)極氧化中Si的溶解反應(yīng)，并報(bào)道在HF溶液中Si的陽(yáng)極氧化反應(yīng)需要正空穴。反應(yīng)如下(T．Unagami，J．Electrochem．Soc．，1980年127卷476頁(yè))或者這里e+和e-分別代表正空穴和電子。n和λ為溶解一個(gè)Si原子所需的正空穴數(shù)目，已經(jīng)報(bào)道在n＞2或λ＞4的條件下形成多孔Si。
根據(jù)該報(bào)道，含正空穴的P型Si可以制備為多孔硅，但N型Si不能制備為多孔硅。Nagano等和Imai已經(jīng)證明了形成多孔結(jié)構(gòu)的選擇性(Nagano，Nakajima，Yasuno，Ohnaka和Kajiwara，Technical Research Report ofElectronic Communications Society，1979年79卷SSD79-9549和K．Imai，Solid-state Electronics，1981年24卷159頁(yè))。
在常規(guī)方法中，腐蝕選擇性取決于雜質(zhì)濃度以及其深度方向分布的差異，所以使?jié)舛确植甲儗挼臒崽幚?鍵合、外延生長(zhǎng)、氧化等)的溫度限制在約800℃以下。另一方面，在該方法中，由于腐蝕速率取決于多孔結(jié)構(gòu)和體結(jié)構(gòu)之間的差異，所以熱處理的溫度沒有太大限制，已報(bào)道可以在約1180℃。例如鍵合后的熱處理可以增加鍵合晶片的鍵合強(qiáng)度，降低鍵合界面處產(chǎn)生空位的數(shù)目和大小?；谶@種結(jié)構(gòu)差異的腐蝕，即使有顆粒掉在多孔Si層上也不影響薄膜厚度的均勻性。
另外，在晶體結(jié)構(gòu)很差的透光基片情況下，如玻璃，在其上淀積的薄膜Si通常變?yōu)榉蔷Щ蛘咦詈脮r(shí)為多晶，反應(yīng)出基片的結(jié)晶不完整，所以在這些基片上不能制備高性能器件。這基于這樣一個(gè)事實(shí)基片為非晶時(shí)，僅在其上淀積Si層不能得到滿意的單晶層。
另一方面，使用鍵合方法的半導(dǎo)體基片總需要兩個(gè)晶片，其中一個(gè)要用拋光或腐蝕來去掉，這樣導(dǎo)致成本的增加，最終導(dǎo)致地球有限資源的浪費(fèi)。
為此，為了利用使用鍵合工藝的SOI的特性，需要一種如通過晶片的再利用能重復(fù)提供有滿意質(zhì)量的SOI的方法，同時(shí)能節(jié)約資源、降低成本。
最近Sakaguchi等報(bào)道了重新使用在鍵合步驟使用過的第一基片的方法(日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開07-302889)。
在上述使用多孔Si進(jìn)行鍵合和背面腐蝕的方法中，他們采用下面方法來代替從背面拋光或腐蝕第一基片來暴露多孔Si的步驟。
在第一Si基片41的表面區(qū)域制備成多孔狀以形成多孔層42之后，在其上形成單晶Si層43，將該單晶Si層43通過絕緣層45粘結(jié)到第二Si基片44的主表面(圖6A)，第二基片44與第一基片41本來是分開的。然后通過多孔層將鍵合的晶片分開(圖6B)，通過腐蝕選擇去掉留在第二Si基片表面的多孔Si層以得到SOI結(jié)構(gòu)(圖6C)。用下面方法毀壞多孔Si來實(shí)現(xiàn)鍵合晶片的分離在垂直于鍵合晶片內(nèi)表面的方向，給整個(gè)晶片施加足夠的均勻的張力或壓力；施加振動(dòng)能量，如超聲波；在晶片的邊緣暴露多孔層，將多孔Si層的暴露部分腐蝕掉一定的量，然后在腐蝕過的部分插入刀片等；在晶片的邊緣暴露多孔層，向多孔Si層中注入液體如水，加熱或冷卻整個(gè)鍵合的晶片使液體膨脹；或按平行于第二(第一)基片的方向給第一(第二)晶片加力。
這些方法基于這樣的事實(shí)，即多孔Si的機(jī)械強(qiáng)度取決于它的孔隙率，且認(rèn)為它的機(jī)械強(qiáng)度比體Si的強(qiáng)度低得多。例如，如果孔隙率為50％，認(rèn)為多孔層的機(jī)械強(qiáng)度約為體Si的一半。因此如果給鍵合晶片加壓力、張力或剪切力，多孔Si層首先破裂。通過增加其孔隙率，可以用弱的力使多孔層破裂。
孔隙率定義為孔的體積占多孔層表觀體積的百分比，表觀體積即構(gòu)成多孔層的材料的體積和孔的體積的和。
但是在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開07-302889公開的方法中，在厚度方向多孔層的厚度之內(nèi)，不能限定分離的位置，所以由于每個(gè)晶片中分離立置的變化，使有些情況下晶片的成品率變差。除此之外，晶片分離后多孔Si層剩下的厚度有很大的波動(dòng)。因此即使用很高選擇性的選擇腐蝕，為了滿足SOI的高厚度均勻性需要，有些情況下也會(huì)降低晶片的成品率。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開8-213645也說明了用多孔層來分離的方法，但是沒有說明多孔層的結(jié)構(gòu)。另外在1996年應(yīng)用物理學(xué)會(huì)秋季會(huì)議文集的673頁(yè)中，Sony公司的Tanakaya等報(bào)道了通過改變處理過程中的電流來進(jìn)行多孔Si層的分離。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開8-213645公開了在分離層的任何位置發(fā)生分離，即分離位置不能限定。這種情況下，整個(gè)晶片上的殘留多孔Si層的厚度會(huì)有波動(dòng)，且當(dāng)通過腐蝕來去除多孔Si時(shí)，只要由非多孔單晶構(gòu)成的有源層的腐蝕速率不為零，就會(huì)或多或少地腐蝕有源層(器件形成層)，導(dǎo)致晶片平面厚度有波動(dòng)。即使不去除殘留的多孔Si，由于分離位置波動(dòng)會(huì)在晶片上留下表面臺(tái)階覆蓋物。上述在1996年應(yīng)用物理學(xué)會(huì)秋季會(huì)議文集的673頁(yè)中說明的方法還說明了分離發(fā)生在多孔Si的中央部分，所以必須去除殘留在兩個(gè)晶片上的多孔Si層。
為了制備有滿意質(zhì)量的鍵合SOI基片，認(rèn)為多孔層的腐蝕步驟是最重要的。腐蝕步驟需要輸送基片進(jìn)出腐蝕裝置、控制腐蝕裝置和腐蝕劑、腐蝕后漂洗基片等。如果能省略腐蝕步驟，將大大縮短SOI基片的制備時(shí)間。
因此本發(fā)明的目的是提供制備基片的方法，它能省略多孔層的選擇腐蝕步驟。
本發(fā)明的另一目的是提供廉價(jià)制備具有滿意質(zhì)量的半導(dǎo)體基片、如SOI基片的方法。
本發(fā)明提供的制備基片的方法包括以下步驟制備第一基片部件，第一基片部件上有第一層和與第一層上鄰接的第二層；將第一基片部件鍵合到第二基片部件；
將第一基片部件與第二基片部件分離，使第二層轉(zhuǎn)移到第二基片部件上，其中，在第一層和第二層之間的界面進(jìn)行第一基片部件與第二基片部件的分離。


圖1A、1B、1C和1D是表示根據(jù)本發(fā)明制備基片的方法的一個(gè)例子的示意剖面圖；圖2A、2B、2C、2D、2E和2F是表示根據(jù)本發(fā)明制備基片的方法的另一個(gè)例子的示意剖面圖；圖3A、3B、3C和3D是表示根據(jù)本發(fā)明制備基片的方法的再一個(gè)例子的示意剖面圖；圖4A、4B、4C和4D是表示根據(jù)本發(fā)明制備基片的方法的又一個(gè)例子的示意剖面圖；圖5A、5B和5C是表示第一常規(guī)方法的示意剖面圖；圖6A、6B和6C是表示第二常規(guī)方法的示意剖面圖；圖1A到1D表示根據(jù)本發(fā)明制備基片的方法的一個(gè)基本例子。
如圖1A所示，制備第一基片部件2，其上有第一層12和在第一層上且與第一層鄰接的第二層13。
然后如圖1B所示，鍵合第一基片部件2和第二基片部件15。數(shù)字14表示絕緣薄膜。
然后如圖1C所示，分離第一基片部件2和第二基片部件15，由此將第二層13轉(zhuǎn)移到第二基片部件15的絕緣表面14f上。
由于分離發(fā)生在第一層12與第二層13之間的界面處，所以第一層不留在轉(zhuǎn)移到第二基片部件15上的第二層13的暴露表面(分離表面)13f上。
因此，如圖1D所示，不需對(duì)第二層13的暴露表面13f進(jìn)行選擇腐蝕或選擇拋光，就可以得到有光滑表面的基片3。如果需要，可以對(duì)基片3的第二層13的表面13f進(jìn)行光滑處理，如在無氧氣氛下進(jìn)行熱處理。
本發(fā)明使用的第一基片部件包括至少第一層和第二層，它們由不同材料形成或有不同的機(jī)械強(qiáng)度。
對(duì)于第二層，使用無孔層。構(gòu)成第二層的材料的具體例子包括Si、如GaAs、InP等化合物半導(dǎo)體、金屬和碳，但不限于此。而且該層不需要形成在整個(gè)表面上，可以用構(gòu)圖處理進(jìn)行部分腐蝕。在該無孔層上，可以形成如氧化膜等絕緣層。
第二基片部件可以是Si部件，表面上形成有Si氧化膜的Si部件，如石英、熔化石英、蘭寶石或硅玻璃等透光部牛，或金屬部件。但是構(gòu)成第二基片部件的材料不限于此。
第一基片部件和第二基片部件最好為碟形或盤形。
在鍵合時(shí)，最好至少在第一基片部件和第二基片部件之一的要鍵合的表面上提供如氧化膜等絕緣層，由此通過絕緣層鍵合兩個(gè)基片部件。圖1A到1D表示在第二基片部件15的表面上提供絕緣層14的例子。
為了在第一層和第二層之間的界面處進(jìn)行分離，可以在該界面處使用多孔層或在該界面進(jìn)行離子注入來形成機(jī)械強(qiáng)度弱的分離層?；蛘咴谠摻缑嬉肴毕輥硇纬蓹C(jī)械強(qiáng)度弱的分離層。
例如可以加如壓力、張力、剪切力或插入楔形物等外部壓力、施加超聲波或熱、通過氧化多孔Si給多孔Si加內(nèi)壓力使其從外圍膨脹、通過脈沖加熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力或軟化等來實(shí)現(xiàn)分離，但不限于此。
下面說明形成分離層的方法。
我們已經(jīng)知道，在異質(zhì)外延中使用不同材料，其晶格常數(shù)的不同會(huì)在不同材料之間的界面或外延層中引入缺陷。在形成兩個(gè)異質(zhì)結(jié)的雙異質(zhì)外延情況下，由于兩個(gè)外延層厚度的關(guān)系，缺陷容易進(jìn)入超薄薄膜中。因此，當(dāng)在超薄外延層上外延生長(zhǎng)不同材料時(shí)，缺陷引入該超薄外延層。由于晶格常數(shù)的不同和缺陷的引入可以使界面的機(jī)械強(qiáng)度變?nèi)?，可以在此界面?shí)現(xiàn)分離。
另一方面，可以不用異質(zhì)外延來形成分離層。例如使用多孔材料。
如可以在HF溶液中陽(yáng)極氧化Si基片部件來形成多孔層。多孔層為海綿狀結(jié)構(gòu)，其中孔的直徑為10-1到10nm、距離為10-1到10nm。和單晶Si的2．33g／cm3的密度不同，隨著HF溶液的濃度在50到20％范圍變化、或陽(yáng)極氧化中使用的電流的變化，多孔層的密度在2．1到0．6g／cm3范圍內(nèi)變化。這樣孔隙率可以變化。盡管其密度可以降低到單晶Si的一半以下，多孔Si仍保持單晶狀態(tài)，所以可以在多孔層上外延生長(zhǎng)單晶Si。但是，高于1000℃時(shí)，內(nèi)部的孔開始重新排列，因此使其加速腐蝕特性退化。為此，最好用如分子束外延生長(zhǎng)、等離子體CVD、低壓CVD、光CVD、偏置濺射或液相外延等低溫生長(zhǎng)方法來進(jìn)行Si層的外延生長(zhǎng)。但是如果先用如低溫氧化等在多孔材料的孔的內(nèi)壁形成保護(hù)膜，則可以用高溫生長(zhǎng)。
由于多孔層中包含大量的空間，與其體積相比，其表面積更大。為此和常規(guī)單晶層相比，其化學(xué)腐蝕速率大大增加。
盡管其強(qiáng)度取決于孔隙率，多孔層的機(jī)械強(qiáng)度也比體Si弱。因此，如果給包括多孔層的Si基片的局部施加壓力、拉力或剪切力，多孔層首先破裂。提高多孔層的孔隙率時(shí)，便可以用較弱的力使多孔層破裂。
在多孔Si上外延生長(zhǎng)時(shí)，為了通過填充多孔Si表面孔提高外延層的質(zhì)量，使用在H2中焙燒的焙燒步驟作為第一步驟非常重要(N．Sato等1995年J．Electrochem．Soc第142卷第9期3116頁(yè))。在該H2焙燒步驟中，消耗掉多孔Si的最外層以填充孔。因此可以通過形成兩個(gè)或多個(gè)多孔層，來剛好在外延層下實(shí)現(xiàn)分離，形成的超薄最外多孔層有低的孔隙率，用無孔結(jié)構(gòu)形成處理和／或外延生長(zhǎng)在這種外延層下形成的多孔Si層有大的孔隙率。
上述在H2焙燒的熱處理過程中，用HF從其上去除氧化膜的多孔Si層、或沒有氧化膜的多孔Si層出現(xiàn)孔的聚集，因此其機(jī)械強(qiáng)度變?nèi)酰诳椎膬?nèi)壁上沒有氧化膜的情況下很容易分離。也可以用這樣的處理來實(shí)現(xiàn)第一層與第二層界面的分離。
或者，將陽(yáng)極氧化后的多孔Si層不進(jìn)行低溫氧化，而進(jìn)行如外延生長(zhǎng)、氧化鍵合等高溫處理，將導(dǎo)致其中由陽(yáng)極氧化得到的小孔聚集的多孔Si的結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致孔的膨脹。由于外延層下孔的膨脹在其間產(chǎn)生的應(yīng)力，使分離發(fā)生在多孔Si層和無孔Si層之間的界面處。因此，通過這種處理可以在第一層和第二層之間的界面實(shí)現(xiàn)分離。
大家也知道，離子注入層中會(huì)產(chǎn)生氣泡，這種結(jié)構(gòu)就好象其中形成有多孔材料。因此該層的機(jī)械強(qiáng)度變?nèi)?，使它和?yáng)極氧化得到的多孔層一樣，能夠加速氧化或加速腐蝕。因此也可以在該界面進(jìn)行離子注入，以在第一層與第二層的界面實(shí)現(xiàn)分離。
該方法中使用的離子沒有特別的限制，可以是能產(chǎn)生注入損傷層、注入元素的高濃度層(應(yīng)變層)、含氣泡層的任何離子。
本發(fā)明所述的界面是指實(shí)質(zhì)上包含界面鄰近區(qū)域的界面。
對(duì)于離子注入，有下面參考文獻(xiàn)。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開5-211128提出了用離子注入形成氣泡層、通過熱處理使晶格重排和氣泡聚集、并用氣泡層進(jìn)行分離的方法。
另外，據(jù)報(bào)道將氦或氫離子注入到體Si，接著進(jìn)行熱處理，在注入?yún)^(qū)域產(chǎn)生直徑為幾nm到幾十nm、密度約為1016～1017／cm3的微腔(例如，A．VanVeen，C．C．Griffioen和J．H．Evans在1988年P(guān)ittsburgh，Pennsylvania舉辦的Material Res．Soc．會(huì)議的會(huì)議文集107期449頁(yè))。最近的研究是利用該微腔作為金屬雜質(zhì)的吸收點(diǎn)。
V．Raineri和S．U．Campisano報(bào)道了向體Si注入氦離子、接著熱處理以得到微腔的方法，然后在基片上形成溝槽，以暴露微腔的側(cè)面并進(jìn)行氧化處理，由此選擇氧化微腔以得到掩埋氧化Si層，即SOI結(jié)構(gòu)(V．Raineri和S．U．Campisano，1995年Appl．Phys．Lett第66卷3654頁(yè))。
另外，在本發(fā)明的制備基片的方法中，在去除殘留于分離面上的第一層后，或如果不需要也可以不去除，如果表面平整度不夠可以進(jìn)行表面平整化，在此之后，上述方法分離出來的第一基片部件可以再利用，重新作為第一基片部件、或第二基片部件、或作為其他用途的基片。
可以在含氫無氧氣氛中熱處理，不依靠常規(guī)半導(dǎo)體工藝中的拋光或腐蝕，對(duì)有轉(zhuǎn)移的第二層的第二基片部件的分離表面進(jìn)行平面化。在合適的選擇條件下，通過熱處理進(jìn)行平面化，可以實(shí)現(xiàn)僅局部暴露原子臺(tái)階的表面平整度。
如前面說明的，在本發(fā)明中，可能在整個(gè)基片上于第一層和第二層的界面處進(jìn)行分離，由此可以簡(jiǎn)化或省略平面化第二基片部件的分離表面的平面化步驟，該步驟在常規(guī)方法中被認(rèn)為是不可缺的。由于腐蝕或拋光可能使轉(zhuǎn)移到第二基片部件上的第二層的厚度均勻性變差，如果省略該腐蝕或拋光步驟，則可以改善第二層的均勻性。因此即使需要非常高的均勻性，也可以以高的成品率來制備基片。
還可以在第一基片的兩邊同時(shí)鍵合兩個(gè)第二基片部件，并進(jìn)行鍵合、分離和層的轉(zhuǎn)移以得到兩個(gè)基片。
通過形成第二層作為淀積層，特別是外延薄膜，可以排除體Si中所具有的缺陷，由此提高器件成品率。甚至在最新技術(shù)中，使用有這種薄膜的外延晶片來制備如CPU等高性能器件。隨著晶片尺寸的增加，高質(zhì)量的晶體的制備更加困難，所以體晶片的質(zhì)量不可避免地要降低。因此，提高了鍵合SOI中外延Si薄膜和外延生長(zhǎng)薄膜的需要。
SOI基片的半導(dǎo)體層的導(dǎo)電類型和雜質(zhì)濃度可以通過控制外延薄膜的導(dǎo)電類型和濃度來任意確定。因此可能從相同的第一基片部件制備有不同導(dǎo)電類型和雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體層的SOI結(jié)構(gòu)，所以外延薄膜的使用擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。
而且還可以容易地得到具有高濃度掩埋層的SOI基片。這種優(yōu)點(diǎn)是日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開5-211128公開的通過離子注入分離體晶片最外層的方法所不具備的。
當(dāng)?shù)谝粚雍偷诙佣加赏庋颖∧?gòu)成時(shí)，形成第一層和第二層并不消耗基片部件，所以第一基片基本可以半永久地重新應(yīng)用而沒有厚度損耗。
如前面所述，本發(fā)明可以將有極好結(jié)晶度的Si層或無孔單晶化合物半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到大面積便宜的基片的絕緣表面，同時(shí)可以充分抑制晶格常數(shù)或熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的龜裂，這些在常規(guī)方法中都是難題，由此可以在基片部件的絕緣表面上形成有滿意質(zhì)量的半導(dǎo)體層。
參照?qǐng)D2A到2F，在本發(fā)明的基片制備方法中，下面先說明用多孔層進(jìn)行分離的方法的例子。如圖2A所示，制備第一單晶基片部件11，如Si晶片，在其主表面上至少形成第一層12。然后如圖2B所示，至少在第一層12上形成第二層13。第二層13可以任意選自單晶Si層、多晶Si層、非晶Si層、其多孔表面層為由無孔層制備的層、金屬薄膜、化合物半導(dǎo)體膜、超導(dǎo)薄膜等?？梢栽谶@些層或膜中形成如MOSFET等器件結(jié)構(gòu)。第二層有多層結(jié)構(gòu)時(shí)，可以得到有掩埋層的SOI結(jié)構(gòu)。為了使將來的鍵合界面遠(yuǎn)離有源層，在第二層13的最外層上形成SiO2等絕緣層14。然后，如圖2C所示，在室溫下將第二基片部件的表面鍵合到第一基片部件15的表面層14。
當(dāng)?shù)矸e單晶Si作為第二層時(shí)，例如最好在通過熱氧化等在這種單晶Si的表面形成氧化Si之后進(jìn)行鍵合。第二基片可以選自如Si基片、其上有氧化Si薄膜的Si基片、石英等透光基片、蘭寶石基片等，但是基片并不限于這些，可以使用任何具有足夠光滑的鍵合表面的基片。圖2C表示的狀態(tài)是第二基片部件通過形成在第一基片部件表面上的絕緣層14鍵合到第一基片部件。但是當(dāng)?shù)诙?3不是Si構(gòu)成時(shí)、或第二基片部件不是Si構(gòu)成時(shí)，可以省略絕緣層14。
可以用三個(gè)部件來進(jìn)行鍵合，即在第一基片部件11與第二基片部件15之間插入絕緣部件。
為了增加鍵合強(qiáng)度進(jìn)行熱處理。
然后，如圖2D所示，在第一層12和第二層13之間界面分離兩個(gè)基片部件。在第一層和第二層的界面或其附近，先形成構(gòu)成分離層的潛在因素，該分離層在第一層12和第二層13的界面或其附近。如前面所述，限定分離層的因素的例子包括陽(yáng)極氧化條件或隨后的熱處理導(dǎo)致的孔隙率或孔尺寸的變化，兩種不同材料之間熱膨脹系數(shù)的差異，和用離子注入引入一種元素、缺陷層或氣泡層。如前面所述，可以施加如壓力、拉力、剪切力或插入楔形物等外力，施加超聲波或熱，或者利用氧化多孔Si導(dǎo)致的多孔Si外圍的膨脹給多孔Si層施加內(nèi)壓力，或者通過脈沖加熱處理施加熱應(yīng)力，或軟化等等實(shí)現(xiàn)分離，但是分離方法也不限于這些。
如圖2E所示，所得到的半導(dǎo)體基片中，第二層13的分離表面上不殘留第一層12。在第二基片部件15上，在基片的整個(gè)區(qū)域上形成平坦均勻薄膜狀第二層。這樣，通過絕緣層14將第二基片部件15與第一基片部件11鍵合而得到的半導(dǎo)體基片，構(gòu)成適于制備隔離電子元件的SOI基片。
如果分離后第二基片部件15的表面即第二層的分離表面有不能容許的表面不平，則進(jìn)行表面光滑處理，如在無氧氣氛下熱處理。
如果需要，在去除殘留在第一基片部件上的第一層12、并進(jìn)行表面光滑后(圖2F)，重新使用第一基片11，作為制備SOI基片的第一基片部件11或第二基片部件15。
如圖3A到3D所示，還可以同時(shí)用兩個(gè)半導(dǎo)體基片部件，使用圖1A到1D的步驟、或圖2A到2F的步驟，將兩個(gè)半導(dǎo)體基片部件鍵合到第一基片部件的兩邊。
如果需要，在去除殘留在第一基片部件上的第一層22或23后、或當(dāng)表面有不能容許的不平時(shí)進(jìn)行表面光滑后，重新使用第一基片21，作為制備SOI基片的第一基片部件21或第二基片部件28(或29)。
基片部件28和29無需是同樣的材料。另外無孔薄膜24、25也無需為同樣材料，且絕緣層26和27可以省略。
圖4A到4D示出了本發(fā)明的基片制備方法中用多個(gè)多孔層進(jìn)行分離的方法。
如圖4A所示，在第一基片101的表面上，形成由第一多孔層102和第二多孔層103構(gòu)成的多孔區(qū)域104，和第一多孔層102相比，第二多孔層103有高的孔隙率?？梢允篃o孔基片部件的表面部分多孔化、或在無孔基片部件的表面形成多孔區(qū)來得到多孔區(qū)域。最好使第二多孔層103制備得比第一多孔層102厚。
然后如圖4B所示，將第一多孔層102轉(zhuǎn)化為無孔層102′。如可以在無氧氣氛中對(duì)多孔層102進(jìn)行熱處理來實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。如上所述，希望無氧氣氛為含氫氣氛，且熱處理的溫度低于構(gòu)成多孔層材料的熔點(diǎn)，具體地在600℃到1400℃，最好在900℃到1200℃。根據(jù)第一多孔層的孔隙率和厚度來合適確定熱處理時(shí)間，以將第一多孔層全部轉(zhuǎn)化為無孔層。在該操作中，第二多孔層103不轉(zhuǎn)化為無孔層。
然后如圖4C所示，將第一基片101鍵合到第二基片106，使無孔層102′的表面與第二基片106的表面接觸，如果需要?jiǎng)t通過另一層105。
由不同于構(gòu)成層102′的材料來構(gòu)成另一層105，也可以在鍵合前于層102′和第二基片部件106的任一表面或兩個(gè)表面預(yù)先形成該層105。
當(dāng)層102′與第二基片106為不同材料時(shí)，可以省略層105。
然后，如圖4D所示，通過施加外力或產(chǎn)生內(nèi)壓力來分離鍵合的基片部件101和106，由此基片部件最終在第二多孔層103與無孔層102′之間的界面相互分開，該界面不同于鍵合界面。在該操作中，該分離界面附近的部分第二多孔層103可能會(huì)破裂和損失。
由于可以使層102′的分離表面上不殘留多孔層103來實(shí)現(xiàn)分離，所以其上有層102′的第二基片106不需進(jìn)行選擇腐蝕或選擇拋光。
如果需要，為了使層102′的分離表面變平，可以對(duì)有層102′的第二基片106進(jìn)行熱處理。
可以在第二多孔層103上外延生長(zhǎng)單晶半導(dǎo)體層來形成層102′。也可以使多孔層102變?yōu)闊o孔層然后在其上外延生長(zhǎng)單晶半導(dǎo)體層來形成層102′。
當(dāng)層102′包括硅時(shí)，層105包括例如氧化102′的表面形成的氧化硅層。當(dāng)層102′不包括上述外延生長(zhǎng)形成的單晶半導(dǎo)體層時(shí)，最好將氧化硅層形成為非常薄的層。
而且在多孔層103與基片部件101之間，可以形成孔隙率小于第二多孔層103的第三多孔層。
在下面條件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面。
首先形成最外第一多孔層，條件如下電流密度 1mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 0．1分鐘多孔Si的厚度 0．02μm接著形成第二多孔層，條件如下電流密度 50mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 5秒多孔Si的厚度 0．1μm最后形成第三多孔層，條件如下電流密度 7mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 1分鐘多孔Si的厚度 1μm在這些陽(yáng)極氧化條件下，用50mA·cm-2電流密度形成的、厚度比第一多孔層厚的第二多孔Si層有更大的孔隙率，和其他多孔Si層相比，其結(jié)構(gòu)更脆弱。
然后在氧氣氛下將基片部件在400℃下氧化1小時(shí)，由此多孔Si的孔的內(nèi)表面被熱氧化膜所覆蓋。將作為第一基片部件的晶片放入氫氣氣氛下的外延設(shè)備中，然后在1040℃下焙燒5分鐘，由此填充多孔Si表面區(qū)域的孔，且用1mA·cm-2電流密度形成的最外層第一多孔Si層通過Si原子的遷移轉(zhuǎn)化為無孔狀態(tài)。
隨后，在其表面成為無孔層的多孔Si上，用CVD(化學(xué)汽相淀積)外延生長(zhǎng)0．3μm厚的單晶Si，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH2Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
然后用熱氧化在外延生長(zhǎng)的Si層的表面區(qū)域形成200nm厚的SiO2層。
第一基片部件的SiO2層的表面朝上，并與另一Si基片部件(第二基片部件)的表面接觸，在1180℃熱處理5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部件分離，有較大孔隙率的第二多孔層破裂，分離發(fā)生在無孔層和多孔層的界面。
因此，可以得到有0．2μm厚單晶Si層的SOI基片，該單晶硅層在形成于第二基片部件的Si氧化膜上。多孔Si不殘留在單晶Si層的表面(分離表面)。在其整個(gè)區(qū)域100個(gè)點(diǎn)測(cè)量這樣形成的單晶Si層的厚度，其均勻性為201±4nm。
SOI表面很粗糙，但是這種狀態(tài)的基片最好用于表面孔隙率不重要的應(yīng)用中，如制備太陽(yáng)能電池或微機(jī)械等。但是在對(duì)表面孔隙率很敏感的應(yīng)用中，如制備薄膜晶體管，需要通過有效的熱處理如在1100℃無氧氣氛如氫氣中熱處理使所得到的基片的表面光滑。用原子相顯微鏡評(píng)估熱處理后的表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
在攪拌下，在49％的氫氟酸與30％的過氧化氫的混合溶液中對(duì)第一基片部件進(jìn)行選擇腐蝕，腐蝕掉殘留在其上的多孔Si，然后在氫氣氣氛中退火，然后將之重新用作第一或第二基片部件。第三多孔層也可以省略。在下面條件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面。由此使表面多孔化電流密度 7mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 5分鐘多孔Si的厚度 5μm接著，在不氧化的情況下，在這樣形成的多孔Si上，用CVD外延生長(zhǎng)0．3μm厚的單晶Si，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH2Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
然后用熱氧化在外延生長(zhǎng)的Si層的表面形成200nm厚的SiO2層。
第一基片部件的SiO2層的表面朝上，并與另一Si基片部牛(第二基片部件)的表面接觸，在1180℃對(duì)鍵合的基片部件熱處理5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部件分離，分離發(fā)生在外延層的下面。
如前面所述，陽(yáng)極氧化后對(duì)多孔Si層進(jìn)行外延生長(zhǎng)、氧化、鍵合和無低溫氧化的高溫?zé)崽幚頃r(shí)，其結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，由此陽(yáng)極氧化得到的小孔最終相互聚集膨脹了孔的尺寸。由于外延層下這種孔的膨脹在多孔Si層和外延Si層之間產(chǎn)生應(yīng)力，分離發(fā)生在應(yīng)力產(chǎn)生的界面處。
因此，可以在第二基片部件的Si氧化膜上得到0．2μm厚的單晶Si層。單晶Si層的分離表面上不殘留多孔Si。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為201±4nm。
SOI表面很粗糙，但是這種狀態(tài)的基片最好用于表面特性不重要的應(yīng)用中，如制備太陽(yáng)能電池或微機(jī)械等。但是在本例中，在1100℃氫氣氣氛中熱處理。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
在攪拌下，于49％的氫氟酸與30％的過氧化氫的混合溶液中對(duì)第一基片部件進(jìn)行選擇腐蝕，腐蝕殘留在其上的多孔Si，因此去掉多孔Si，然后表面拋光，由此得到可以重新用作第一或第二基片部件的基片部件。在下面條件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面。由此使表面多孔化電流密度 7mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 3分鐘多孔Si的厚度 3μm
接著，在氧氣氣氛中400℃下對(duì)基片部件氧化1小時(shí)，由此多孔Si的孔的內(nèi)表面被熱氧化膜覆蓋。然后在多孔Si上，用CVD外延生長(zhǎng)0．15μm厚的單晶Si，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH2Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
然后用熱氧化在外延生長(zhǎng)Si層的表面形成100nm厚的SiO2層。
從作為第一基片部件的晶片表面進(jìn)行氫離子注入，使其射程到達(dá)多孔Si／外延Si的界面。要注入的離子沒有具體限制，可以是任何能產(chǎn)生分離層的元素，分離層可以是界面處的如離子注入損傷層、注入元素的高濃度層(應(yīng)變層)、或氣泡層。
第一基片部件的SiO2層的表面朝上，并與另一Si基片部件(第二基片部件)的表面接觸，退火5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。在這樣的條件下進(jìn)行退火使離子注入損傷層、注入元素的高濃度層(應(yīng)變層)、或氣泡層不擴(kuò)散，這些層構(gòu)成分離層。
施加外力使鍵合的基片部件分離，分離發(fā)生在多孔Si層和外延層的界面。
因此，可以在第二基片部件的Si氧化膜上得到0．1μm厚的單晶Si層。單晶Si層的分離表面上不殘留多孔Si。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為101±2nm。
在1100℃氫氣氣氛中熱處理1小時(shí)。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
在攪拌下，于49％的氫氟酸與30％的過氧化氫的混合溶液中對(duì)第一基片部件進(jìn)行選擇腐蝕，腐蝕殘留在其上的多孔Si，因此去掉多孔Si，然后進(jìn)行表面拋光，由此得到可以重新用作第一或第二基片部件的基片部件。在下面條件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面。由此使表面多孔化電流密度 7mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 5分鐘多孔Si的厚度 5μm接著，在氧氣氣氛中400℃下對(duì)基片部件氧化1小時(shí)，由此多孔Si的孔的內(nèi)表面被熱氧化膜覆蓋。然后用HF去除多孔Si層表面部分的氧化膜。使多孔Si層的表面部分的孔的內(nèi)壁不覆蓋氧化膜，但是下面部分多孔Si層的孔的內(nèi)壁用氧化膜覆蓋。然后在氫氣中1040℃下將基片部件焙燒5分鐘，由此填充多孔Si的表面孔。接著在有填充了的孔的多孔Si的表面，用CVD外延生長(zhǎng)0．5μm厚的單晶Si P-外延層和1．0μm厚的單晶Si n+外延層，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH2Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
然后用熱氧化在外延生長(zhǎng)Si層的表面形成200nm厚的SiO2層。
第一基片部件的SiO2層的表面朝上，并與另一Si基片部件(第二基片部件)的表面接觸，1180℃下退火5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部件分離，分離發(fā)生在P-外延層的下面。
由于對(duì)孔的內(nèi)壁進(jìn)行了氧化，在多孔Si上外延生長(zhǎng)之前，去除形成的氧化膜并在氫氣中焙燒，通過HF去除使多孔Si的表面層的孔壁沒有氧化膜，所以該表面層中孔聚集，由此形成有較低機(jī)械強(qiáng)度的表面?zhèn)葘?，作為無孔層下的分離層。
因此，可以在第二基片部件的Si氧化膜上得到帶有n+掩埋層的1．4μm厚的單晶Si層。這樣形成的單晶Si層的表面上不保留多孔Si。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為1．4±0．02μm。
在1100℃氫氣氣氛中對(duì)基片部件熱處理1小時(shí)。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
對(duì)第一基片部件上殘留的多孔Si進(jìn)行表面拋光，重新用作第一或第二基片部件。在下面條件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面。由此使表面多孔化電流密度 7mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 5分鐘多孔Si的厚度 5μm接著，在氧氣氣氛中400℃下對(duì)基片部件氧化1小時(shí)，由此多孔Si的孔的內(nèi)表面被熱氧化膜覆蓋。然后用HF去除多孔Si層表面部分的熱氧化膜。將作為第一基片部件的晶片放入外延設(shè)備，于氫氣中1040℃下焙燒5分鐘，填充多孔Si層的表面部分的孔。接著在有填充了的孔的多孔Si的表面，用MOCVD(金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積)外延生長(zhǎng)0．5μm厚的單晶GaAs，生長(zhǎng)條件如下源氣體TMG／AsH3／H2氣壓 80Torr溫度 700℃第一基片部件的GaAs層的表面朝上，并與另一Si基片部件(第二基片部件)的表面接觸，700℃下退火1小時(shí)，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部件分離，分離發(fā)生在GaAs外延層的下面。
由于在外延生長(zhǎng)之前、氫氣焙燒過程中，用HF去除多孔Si的表面層的孔壁上的氧化膜，孔壁沒有氧化膜的表面層表現(xiàn)出孔的聚集，并有較低機(jī)械強(qiáng)度，由此形成分離層。
因此，可以在第二Si基片部件上得到0．5μm厚的單晶GaAs層。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶GaAs層的厚度，均勻性為0．5±0．01μm。
由于GaAs表面很粗糙、且可能有Si殘余物，所以進(jìn)行表面接觸拋光。這樣拋光后的表面粗糙度與商用GaAs晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶GaAs層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
對(duì)于第二基片部件，可以用表面氧化Si基片部件代替Si基片部件。也可以在Si基片部件或GaAs薄膜上形成淀積的SiO2膜后進(jìn)行鍵合。這種情況下，最后得到的基片可以作為絕緣基片部件上的GaAs。
在攪拌下，于49％的氫氟酸與30％的過氧化氫的混合溶液中對(duì)第一基片部件進(jìn)行選擇腐蝕，去掉殘留在其上的多孔Si，重新用作第一或第二基片部件。在單晶Si基片部件上，用CVD外延生長(zhǎng)0．02μm厚的單晶Ge，生長(zhǎng)條件如下源氣體GeH4／H2氣體流速 0．1／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 700℃生長(zhǎng)速率 0．05μm／分鐘。
然后在外延Ge層上面，用CVD外延生長(zhǎng)0．5μm厚的單晶Si，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH4Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
然后用熱氧化在外延生長(zhǎng)Si層的表面形成200nm厚的SiO2層。
SiO2層的表面朝上，并與另一Si基片部件(第二基片部件)的表面接觸，1180℃下退火5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部件分離，分離發(fā)生在外延Si／Ge的界面。
已經(jīng)知道，由于Si和Ge之間晶格常數(shù)的不同，在界面引入缺陷。而且如果有一層很薄，缺陷容易引入到該超薄層中。因此，在本例中，缺陷引入到Ge薄膜中。由于這種晶格常數(shù)的差異以及缺陷的引入，Si／Ge界面強(qiáng)度變?nèi)?，?dǎo)致劈裂。
因此，可以在Si氧化膜上得到0．5μm厚的單晶Si層。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為501±10nm。
此外，在1100℃氫氣氣氛中熱處理1小時(shí)。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
用表面拋光去除殘留在第一基片部件上的Ge層，并將之重新用作第一或第二基片部件。在下面條件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面。
首先形成第一多孔層，條件如下電流密度 1mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 0．1分鐘多孔Si的厚度 0．02μm形成第二多孔層，條件如下電流密度 50mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 5秒多孔Si的厚度 0．1μm形成第三多孔層，條件如下電流密度 7mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 1分鐘多孔Si的厚度 1μm在這些陽(yáng)極氧化條件下，用50mA·cm-2電流密度形成的、比第一多孔層厚的第二多孔Si層有最大的孔隙率，成為結(jié)構(gòu)更脆弱的層。
接著，在氧氣氣氛中400℃下對(duì)基片部件氧化1小時(shí)，由此多孔Si的孔的內(nèi)表面被熱氧化膜覆蓋。然后將作為基片部件的晶片放入外延設(shè)備，在氫氣中1040℃下焙燒5分鐘，由此填充多孔Si的表面?zhèn)鹊目?。因此，?mA·cm-2電流密度形成的最外第一多孔Si層轉(zhuǎn)化為無孔狀態(tài)。隨后在轉(zhuǎn)化為無孔狀態(tài)的層上，用CVD外延生長(zhǎng)0．3μm的單晶Si，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH2Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
然后用熱氧化在外延生長(zhǎng)Si層的表面形成200nm厚的SiO2層。
用N2等離子體對(duì)另外的石英基片部件(第二基片部附)進(jìn)行表面處理，并用水清洗。然后第一基片部件的SiO2層的表面朝上，并與石英基片部件的等離子體處理表面接觸，400℃下熱處理60分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部件分離，即讓無孔Si層下面的有大的孔隙率的層被破壞，以分離成兩個(gè)基片部件。
由于，在多孔Si上外延生長(zhǎng)之前，在氫氣中焙燒使第一多孔Si層成為無孔層，用50mA·cm-2電流密度形成的、提供在無孔Si層下面的多孔Si層就成為具有最大孔隙率的層。
因此，可以在第二基片部件的Si氧化膜上得到0．2μm厚的無孔單晶Si層。單晶Si層的表面上不保留多孔Si。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為201±4nm。
在1000℃或較低溫度的氫氣氣氛中進(jìn)行熱處理3小時(shí)。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
在攪拌下，于49％的氫氟酸與30％的過氧化氫的混合溶液中對(duì)第一基片部件進(jìn)行選擇腐蝕，去掉殘留在其上的多孔Si。然后，在氫氣氣氛中對(duì)第一基片部件進(jìn)行退火，然后將之重新用作第一或第二基片部件?？梢允÷缘谌嗫讓印Ｔ谙旅鏃l件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面。
首先形成第一多孔層，條件如下
電流密度 1mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 0．25分鐘多孔Si的厚度 0．05μm形成第二多孔層，條件如下電流密度 50mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 5秒多孔Si的厚度 0．1μm形成第三多孔層，條件如下電流密度 7mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 1分鐘多孔Si的厚度 1μm在這些陽(yáng)極氧化條件下，用50mA·cm-2的電流密度形成的、比第一多孔層厚的第二多孔Si層有最大的孔隙率，成為結(jié)構(gòu)更脆弱的層。
接著，在氧氣氣氛中400℃下對(duì)基片部件氧化1小時(shí)，由此多孔Si的孔的內(nèi)表面被熱氧化膜覆蓋。然后將作為基片部件的晶片放入氫氣焙燒裝置，在氫氣中1040℃下焙燒5分鐘，由此填充多孔Si的表面?zhèn)鹊目?。因此，?mA·cm-2的電流密度形成的最外第一多孔Si層轉(zhuǎn)化為無孔狀態(tài)。所得無孔層為極好質(zhì)量的單晶層。
然后不進(jìn)行汽相外延生長(zhǎng)，采用熱氧化在外延生長(zhǎng)Si層的表面形成20nm厚的SiO2層。
SiO2層的表面朝上，并與另一Si基片部件(第二基片部件)的表面接觸，在1180℃下熱處理5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部件分離，即讓有最大孔隙率的層被破壞，以分離成兩個(gè)基片部件。
多孔Si表面的熱處理有移動(dòng)Si原子的功能，由此在表面?zhèn)忍畛淇?。另外H2可以去除表面氧化膜并防止它再形成(N．Sato等，1996年J．Elecrochem．Soc．，第142卷第9期3116頁(yè))。在H2焙燒中，消耗構(gòu)成第一多孔Si層的Si原子來填充孔，由此，用50mA·cm-2的電流密度形成的、提供在最外無孔單晶Si層下面的第二多孔Si層就成為具有最大孔隙率的層。
因此，可以在第二基片部件的Si氧化膜上得到40nm厚的單晶Si層。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為40±0．8nm。
在1000℃氫氣氣氛中熱處理1小時(shí)。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
在攪拌下，于49％的氫氟酸與30％的過氧化氫的混合溶液中對(duì)第一基片部件進(jìn)行選擇腐蝕，去掉殘留在其上的多孔Si。然后，在氫氣氣氛中對(duì)第一基片部件進(jìn)行退火，然后將之重新用作第一或第二基片部件?？梢允÷缘谌嗫讓印Ｔ谙旅鏃l件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面，使表面多孔化電流密度 1mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 0．5分鐘多孔Si的厚度 0．1μm接著，在氧氣氣氛中400℃下對(duì)基片部件氧化1小時(shí)，由此多孔Si的孔的內(nèi)表面被熱氧化膜覆蓋。然后將作為第一基片部件的晶片放入外延設(shè)備，于氫氣氣氛中1040℃下焙燒5分鐘，填充多孔Si層的表面部分的孔。接著在所形成的多孔Si的表面，用CVD外延生長(zhǎng)0．3μm厚的單晶硅，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH2Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
然后用熱氧化在外延生長(zhǎng)Si層的表面形成200nm厚的SiO2層。
SiO2層的表面朝上，并與另一Si基片部件(第二基片部件)的表面接觸，1180℃下熱處理5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部附分離，由薄多孔層進(jìn)行分離。
因此，可以在第二基片部件的Si氧化膜上得到0．2μm厚的單晶Si層。分離后剩下的未轉(zhuǎn)化成無孔狀態(tài)的多孔層不再是一層，而僅作為單晶Si層上的表面粗糙物。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為201±4nm。
對(duì)于對(duì)表面特性非常敏感的應(yīng)用，如制備薄膜晶體管，還要在1100℃氫氣氣氛中進(jìn)行熱處理1小時(shí)。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
用氫氣退火而不用腐蝕或拋光，對(duì)有粗糙表面的第一基片部件進(jìn)行表面光滑處理，然后將之重新用作第一或第二基片部件。在下面條件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化第一單晶Si基片部件的表面，使表面多孔化電流密度 1mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 1分鐘多孔Si的厚度 0．2μm將基片部件放入外延設(shè)備，不進(jìn)行多孔層孔的內(nèi)壁氧化，于氫氣中1040℃下焙燒5分鐘，填充多孔Si層的表面部分的孔。接著在所形成的多孔Si上，用CVD外延生長(zhǎng)0．3μm的單晶硅，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH2Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
然后用熱氧化在外延生長(zhǎng)Si層的表面形成200nm厚的SiO2層。
SiO2層的表面朝上，并與另一Si基片部件(第二基片部件)的表面接觸，1180℃下熱處理5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使鍵合的基片部件分離，用殘留的未轉(zhuǎn)化成無孔態(tài)的薄多孔層進(jìn)行分離。
因此，可以在第二基片部件的Si氧化膜上得到0．2μm厚的單晶Si層。由于外延生長(zhǎng)前多孔Si層的孔的內(nèi)壁沒有氧化，外延層下面的多孔Si變得脆弱。而且由于變脆弱的多孔層非常薄，分離后它不再是一層，而僅作為單晶Si層上的表面粗糙物。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為201±4nm。
還在1100℃氫氣氣氛中熱處理1小時(shí)。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm，與市售Si晶片相同。
用透射電鏡觀察其剖面，發(fā)現(xiàn)外延生長(zhǎng)的單晶Si層沒有產(chǎn)生任何新的具體缺陷，而保持極好的結(jié)晶度。
在攪拌下，用49％的氫氟酸與30％的過氧化氫的混合溶液輕腐蝕第一基片部件，去掉其上的表面粗糙物。然后，對(duì)第一基片部件進(jìn)行氫退火，然后將之重新用作第一或第二基片部件。在下面條件下，浸于HF溶液中，陽(yáng)極氧化由第一單晶Si晶片構(gòu)成的基片部件的表面，使表面多孔化。
首先形成第一多孔層，條件如下電流密度 1mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 0．1分鐘多孔Si的厚度 0．02μm形成第二多孔層，條件如下電流密度 50mA·cm-2陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間 5秒多孔Si的厚度 0．1μm在這些陽(yáng)極氧化條件下，用50mA·cm-2的電流密度形成的、比第一多孔層厚的第二多孔Si層有最大的孔隙率，成為結(jié)構(gòu)更脆弱的層。
接著，在氧氣氣氛中400℃下對(duì)基片部件氧化1小時(shí)，由此多孔Si的孔的內(nèi)表面被熱氧化膜覆蓋。然后將晶片放入外延設(shè)備，在氫氣中1040℃下焙燒5分鐘，由此第一多孔層轉(zhuǎn)化為無孔單晶Si層。第二多孔層提供在無孔單晶Si層的下面。
接著在所形成的無孔Si上，用CVD外延生長(zhǎng)0．3μm的單晶硅，生長(zhǎng)條件如下源氣體SiH2Cl2／H2氣體流速 0．5／180 1／分鐘氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速率 0．3μm／分鐘。
采用熱氧化在外延生長(zhǎng)Si層的表面形成20nm厚的SiO2層。
另外制備單晶Si晶片作為第二基片部件。
第一基片上SiO2層的表面朝上，并與第二基片部件的Si表面接觸，1180℃下熱處理5分鐘，由此得到強(qiáng)鍵合。
施加外力使作為由兩個(gè)基片部件鍵合構(gòu)成的復(fù)合部件的鍵合晶片分離，用有最大孔隙率的第二多孔層將他們分離。
如前面所述，外延生長(zhǎng)前在氫氣中焙燒，會(huì)使構(gòu)成第一多孔Si的原子遷移以填充孔，由此形成與外延層為一個(gè)整體的無孔層，來形成無孔單晶Si層。
因此，可以在Si氧化膜上得到0．2μm厚的單晶Si層。在其整個(gè)區(qū)域的100個(gè)點(diǎn)測(cè)量所形成的單晶Si層的厚度，均勻性為201±4nm。由于第二基片部件上的無孔單晶Si的表面很粗糙，所以在1000℃氫氣氣氛中進(jìn)行熱處理1小時(shí)。用原子相顯微鏡評(píng)估表面粗糙度，在50μm見方的區(qū)域其均方根約為0．2nm。
在攪拌下，于49％的氫氟酸與30％的過氧化氫的混合溶液中對(duì)第一基片部件進(jìn)行選擇腐蝕，去掉殘留在其上的表面粗糙物。然后，在氫氣氣氛中對(duì)第一基片部件進(jìn)行退火，然后將之重新用作第一或第二基片部件。
在上述各例中，通過用一個(gè)第一基片部件、在第一基片部件的兩個(gè)表面形成上述各層、將兩個(gè)第二基片部件鍵合到第一基片的兩個(gè)表面、從鍵合的部件分離兩個(gè)第二基片部件，可以同時(shí)制備兩個(gè)SOI基片。
在上述各例中，為了去除分離鍵合的基片部件后殘留在第一基片部件上的多孔Si層，使用拋光、熱處理或腐蝕。在腐蝕過程中，可以使用下面選擇腐蝕液作為腐蝕劑氫氟酸；氫氟酸+過氧化氫溶液；氫氟酸+乙醇；氫氟酸+乙醇+過氧化氫溶液；緩沖氫氟酸；緩沖氫氟酸+過氧化氫溶液；緩沖氫氟酸+乙醇；緩沖氫氟酸+乙醇+過氧化氫溶液。
而且，由于多孔Si的非常大的表面積，即使用普通Si腐蝕液，也能實(shí)現(xiàn)有一定程度的選擇腐蝕。
如前面所述，由于本發(fā)明第二基片部件分離表面上基本不存在殘留的層，所以可以省略分離表面的選擇腐蝕或選擇拋光，可以廉價(jià)地制備基片。
權(quán)利要求
1．一種制備基片的方法，包括以步驟制備第一基片部件，它有第一層和設(shè)于第一層上且鄰接第一層的第二層，將第一基片部牛鍵合到第二基片部件，分離第一基片部件與第二基片部件，將第二層轉(zhuǎn)移到第二基片部件上，其中，在第一層與第二層的界面進(jìn)行第一基片部件與第二基片部件的分離。
2．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于在第一基片部件的表面上形成多孔區(qū)后，使多孔區(qū)的表面部分的表面?zhèn)炔糠殖蔀闊o孔狀態(tài)，以形成無孔狀態(tài)的第二層，第一層為多孔狀態(tài)。
3．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于不使用選擇腐蝕或選擇拋光，通過在無氧氣氛下熱處理使分離第一層所暴露的第二層的表面光滑。
4．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于在第一基片部件的表面形成第一多孔層和孔隙率高于第一層的第二多孔層，使第一多孔層制備為無孔狀態(tài)，以形成無孔狀態(tài)的第二層，所以第二層形成在第一多孔層上且鄰接第一多孔層。
5．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于多孔層形成在第一基片的表面上，用外延生長(zhǎng)形成包括無孔層的第二層，不氧化多孔層的孔的壁表面。
6．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于在第一層和第二層的界面進(jìn)行離子注入。
7．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于多孔層形成在第一基片部牛的表面，然后氧化多孔層的孔的壁表面，及去除多孔層表面?zhèn)壬系难趸?，然后將多孔層的表面?zhèn)仍跓o氧氣氛下進(jìn)行熱處理。
8．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于第一多孔層、其孔隙率高于第一多孔層的第二多孔層、和其孔隙率低于第二多孔層的第三多孔層形成在第一基片部件的表面，第一多孔層制備為無孔狀態(tài)，第二多孔層鄰接制備成無孔狀態(tài)的層。
9．如權(quán)利要求8的方法，其特征在于使第一多孔層為無孔狀態(tài)后，進(jìn)行外延生長(zhǎng)。
10．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于多孔層形成在第一基片部件的表面，然后氧化多孔層的孔的壁表面，在還原氣氛中對(duì)有氧化了的孔壁的多孔層進(jìn)行熱處理
11．如權(quán)利要求10的方法，其特征在于在通過熱處理制備成無孔狀態(tài)的表面上進(jìn)行外延生長(zhǎng)。
12．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于在第一基片部件的表面形成多孔層后，不氧化多孔層，將多孔層在無氧氣氛下進(jìn)行熱處理，使多孔層表面成為無孔狀態(tài)，在制備為無孔狀態(tài)的表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)。
13．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于第一基片部件包括硅。
14．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于第一層包括多孔材料。
15．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于第二層包括無孔材料。
16．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于第二層包括無孔半導(dǎo)體層和提供在其上的氧化層。
17．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于第二層包括導(dǎo)電類型或雜質(zhì)濃度不同的多個(gè)層。
18．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于在形成第二層之前，在低溫氧化第一層的多孔層的孔的壁表面，去除多孔層表面附近的壁表面的氧化膜。
19．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于第二層包括通過熱處理使多孔層的至少表面?zhèn)炔糠殖蔀闊o孔狀態(tài)形成的層、和形成在制成無孔狀態(tài)的層表面上的氧化膜。
20．如權(quán)利要求19的方法，其特征在于在氫氣中進(jìn)行熱處理。
21．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于分離后的第一基片可以重新使用。
22．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于用壓力、拉力、剪切力、插入楔形物、熱處理、氧化、振動(dòng)或金屬絲切割進(jìn)行分離。
23．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于至少第二基片要鍵合的一個(gè)表面包括氧化硅或硅。
24．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于第二基片部件包括透光部件。
25．如權(quán)利要求4的方法，其特征在于第一多孔層的厚度小于第二多孔層的厚度。
26．用權(quán)利要求1的方法制備的基片。
全文摘要
提供一種制備高質(zhì)量的SOI晶片且具有極好的可控性和生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)的方法、以及用該方法制備的晶片。在利用鍵合晶片制備基片的方法中,相互鍵合第一基片部件和第二基片部件,然后在形成于第一基片部件主表面的第一層和第二層的界面分離第二基片部件與第一基片部件,由此第二層轉(zhuǎn)移到第二基片部件。在分離過程中,通過改變多孔Si層的孔隙率的方法、使多孔Si的孔聚集形成容易分離面的方法、在界面進(jìn)行離子注入的方法、或利用異質(zhì)外延界面的方法來確保分離位置在第一第二層的界面。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1206221SQ98109689
公開日1999年1月27日 申請(qǐng)日期1998年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月26日
發(fā)明者坂口清文, 佐藤信彥 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社