專利名稱：制造半導(dǎo)體基底部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在多孔層上形成有非多孔層的半導(dǎo)體基底部件和用該半導(dǎo)體基底部件制造諸如SOI晶片之類的半導(dǎo)體部件的方法。
為了制造發(fā)光元件或SOI晶片，必須制備帶有多孔層和形成在其上的非多孔層的半導(dǎo)體基底部件。
下面，參照圖9A至圖9F說明制備半導(dǎo)體基底部件的實例。
如圖9A所示，制備具有拋光表面的諸如CZ硅晶片之類的硅基底材料1，并通過陽極氧化等至少使其表面為多孔狀。
在使多孔層2中孔的內(nèi)壁表面氧化后，用稀釋的氫氟酸清洗該硅基底材料，除去多孔層2表面的氧化膜。
如圖9B所示，在含有氫的氣氛中使多孔層2經(jīng)受熱處理，然后導(dǎo)入含有硅的氣體，外延生長非多孔層3。
如圖9C所示，將非多孔層3的表面氧化，形成絕緣膜4。
如圖9D所示，包括帶有多孔層2、非多孔層3和絕緣層4的硅基底材料1的第一部件與分開制備的第二部件5鍵合，形成在內(nèi)側(cè)具有非多孔層3的多層結(jié)構(gòu)。
如圖9E所示，除去硅基底材料1。除去硅基底材料1的方法包括研磨、拋光或背面腐蝕除去硅基底材料1本身的方法，和使多孔層2的內(nèi)側(cè)和/或其界面裂開以分離和除去硅基底材料1的方法。
如圖9F所示，除去保留在第二部件5的表面上的多孔層2，以獲得具有通過絕緣層4形成在第二部件5上的非多孔層3的SOI晶片。
在日本專利申請公開No.5-21338(日本專利No.2608351)、美國專利No.5371037、美國專利No.5856229、日本專利申請公開No.9-102594和Appl.Phys.Lett.64，1994，p.2108等中披露了上述方法。
但是，有進一步改善在多孔層上形成的非多孔層質(zhì)量的要求，實際上，要求改善表面平滑度和晶體缺陷。
例如，在制造SOI晶片的上述方法中，當(dāng)被鍵合的表面不平滑時，在鍵合中容易產(chǎn)生空隙，即未鍵合區(qū)域。由超聲波或紅外發(fā)射光可觀察出該區(qū)域。
此外，在利用非多孔層制造例如MOS晶體管器件中，金屬雜質(zhì)一般可被分凝成晶體缺陷點。當(dāng)金屬雜質(zhì)被分凝成晶體缺陷點時，器件特性就容易變劣。
本發(fā)明的目的在于提供制造半導(dǎo)體基底部件的方法，該方法可以改善在多孔層上形成的薄非多孔膜的表面質(zhì)量，降低晶體缺陷密度。
本發(fā)明的另一目的在于提供制造半導(dǎo)體基底部件的方法，該方法使多孔層的微孔尺寸分布均勻，以有效地密封多孔層表面上的微孔，同時改善表面平滑度，并且該方法可以降低在多孔層上形成的非多孔膜中的晶體缺陷密度。
本發(fā)明的特征在于，在硅基底材料上形成包括原子臺階和原子臺面的表面，然后進行多孔化，隨之形成非多孔膜。


圖1A、1B、1C和1D是表示本發(fā)明一實施例的制造半導(dǎo)體基底部件方法的示意性透視圖；圖2是表示本發(fā)明硅基底材料表面的臺階-臺面結(jié)構(gòu)的示意性放大圖；圖3A和圖3B是在原子力顯微鏡(AFM)下晶片表面的照片；圖4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H和4I是表示本發(fā)明另一實施例的制造半導(dǎo)體基底部件方法的示意性透視圖；圖5A、5B、5C、5D、5E和5F是表示本發(fā)明的制造半導(dǎo)體基底部件方法的示意性剖面圖；圖6A、6B、6C、6D、6E、6F、6G和6H是表示本發(fā)明的制造半導(dǎo)體基底部件方法的示意性透視圖；圖7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G和7H是表示本發(fā)明的制造半導(dǎo)體基底部件方法的示意性剖面圖；圖8是表示在其內(nèi)裝有硅晶片的立式熱處理爐的示意性剖面圖；和圖9A、9B、9C、9D、9E和9F是表示制造半導(dǎo)體基底部件的常規(guī)方法的一個實例的示意性剖面圖。
圖1A至圖1D是表示本發(fā)明一實施例的制造半導(dǎo)體基底部件方法的示意圖。
如圖1A所示，準(zhǔn)備硅基底材料1，該材料有呈現(xiàn)粒狀結(jié)構(gòu)的表面10。該基底材料一般是市場購置的硅晶片。
如圖1B所示，利用如下所述的氫氣退火處理硅基底材料的表面，把呈現(xiàn)粒狀結(jié)構(gòu)的表面10改變成基本上包括原子臺階11和臺面12的表面。
利用陽極氧化使包括臺階11和臺面12的表面多孔化，如圖1C所示，至少在硅基底材料1的上表面上形成多孔層2。
如圖1D所示，利用CVD等在多孔層2的表面上形成非多孔層3。
與制造沒有臺階和臺面的多孔表面的常規(guī)方法相比，本發(fā)明可以減少多孔層2的孔尺寸分布，以增加在多孔層上形成的非多孔層3的結(jié)晶度。就是說，本發(fā)明可以減少可能引入非多孔層3的堆垛層錯、位錯或雙晶的晶體缺陷密度。
可以利用氣體吸附方法或利用高清晰度掃描電子顯微鏡(HRSEM)觀察來評定在多孔硅表面中孔的孔尺寸。
例如，在R.Herino等人的J.Electrochem. Soc.，vol.134，p.1994(1987)中披露了采用氣體吸附方法的測量方法。另一方面，在HRSEM方法中，處理獲得的HRSEM圖象，以計算孔尺寸分布。在這種情況下，必須防止照片中SEM圖象的亮度和對比度的改變。
如圖1A所示，采用原子力顯微鏡的觀測顯示作為呈現(xiàn)粒狀結(jié)構(gòu)的硅基底材料1準(zhǔn)備的市場購置硅晶片的表面?；瘜W(xué)機械拋光(CMP)利用由研磨所獲得的表面并充分地清洗該表面，制成市場購置的硅晶片。
另一方面，如圖1B所示，在硅基底材料的表面上，無論在氫氣退火后立即獲得的表面(AS ANNEAL)還是單晶硅層的外延生長后立即獲得的表面(AS EPI)中，都觀測到代替粒狀結(jié)構(gòu)的條紋結(jié)構(gòu)。該條紋結(jié)構(gòu)由臺階形狀的表面組成，在這些臺階之間的高度差對應(yīng)于硅的晶格距離。此外，臺階周期依據(jù)與次級(low-order)晶面的晶面取向的偏移而增加或減少。如果晶面取向(100)的硅表面經(jīng)過氫氣退火，那么可觀察到包括(2×1)重新配置表面和(1×2)重新配置表面的臺階-臺面結(jié)構(gòu)，即包括原子臺階和臺面的晶面。原子力顯微鏡顯示該臺階-臺面結(jié)構(gòu)的露出表面的表面粗糙度比市場購置的晶片粗糙度好。例如，當(dāng)市場購置的晶片在其表面的1μm×1μm面積上呈現(xiàn)0.13nm的均方(meansquare)粗糙度時，在相同的條件下，臺階-臺面結(jié)構(gòu)有0.09nm的均方粗糙度。形成這種臺階-臺面結(jié)構(gòu)的方法并不限于上述方法，但在適當(dāng)?shù)臈l件下可以采用特殊的化學(xué)清洗或氣體腐蝕，形成該結(jié)構(gòu)。圖2示意性地表示臺階-臺面結(jié)構(gòu)的放大圖。
臺階11的形狀可以為直線、圓弧、渦旋或象圖2中所示的曲線那樣。
例如，在Proc of the 7th Int.Symposium on Silicon Materials ScienceTechnology(The Electrochemical Society，1994)，pp.1170-1181“The effectof H2 Annealing on the Si surface and its use in the study of rougheningduring wet chemical cleaning”中披露了臺階-臺面結(jié)構(gòu)。該文獻(xiàn)展示在外延生長前利用氫氣退火形成臺階-臺面結(jié)構(gòu)。
但是，在氫氣退火或外延生長后，通過清洗除去了許多臺階或臺面。一般來說，采用各種化學(xué)方法例如RCA清洗仔細(xì)地清洗用于制造LSI的硅晶片，從而除去晶片表面附著的微粒，除去有機物質(zhì)或氧化物，或防止金屬雜質(zhì)。
實際上，用稱為SC-1或APM的包含氨和過氧化氫的水溶液的清洗在清除金屬雜質(zhì)中十分重要。通過除去外來物質(zhì)同時腐蝕硅來進行這種清洗。因此，在長時間清洗或用高濃度氨溶液清洗后，硅晶片的表面已經(jīng)被容易地腐蝕了20nm以上。
市場購置的CZ晶片或經(jīng)氫氣退火的CZ晶片都呈現(xiàn)粒狀結(jié)構(gòu)。
圖3A是呈現(xiàn)這種粒狀結(jié)構(gòu)的晶片表面的照片，該照片是利用原子力顯微鏡(AFM)拍攝的。
另一方面，氫氣退火后立即得到的CZ晶片和外延生長后立即得到的晶片都呈現(xiàn)條紋結(jié)構(gòu)。
圖3B是呈現(xiàn)這種條紋結(jié)構(gòu)的晶片表面的照片，該照片是利用原子力顯微鏡(AFM)拍攝的。
當(dāng)呈現(xiàn)圖3B所示結(jié)構(gòu)的晶片經(jīng)受將被腐蝕20nm以上的清洗時，它呈現(xiàn)出圖3A所示的結(jié)構(gòu)。
此外，被腐蝕的硅量以線性函數(shù)方式隨SC-1清洗期間的實際清洗時間而增加，就是說，隨著晶片保持浸泡在氨和過氧化氫水溶液中期間的時間而增加。盡管該腐蝕量還取決于其它條件，例如溫度和氨/過氧化氫的濃度，但把腐蝕量的減少控制在大約20nm或更小，最好在10nm或更小，就可以保留包括適合構(gòu)成多孔的原子臺階和臺面的表面。除了SC-1清洗外，只要使用產(chǎn)生腐蝕效果的清洗液，都有適用于清洗方法的這種趨勢。
如上所述，在本發(fā)明中，關(guān)鍵在于在形成包含原子臺階和臺面的表面后，進行形成多孔結(jié)構(gòu)的處理，同時在沒有清除該表面的情況下通過清洗保留該臺階-臺面結(jié)構(gòu)。
例如，當(dāng)采用氨水和過氧化氫的混合物在80℃下進行約10分鐘清洗時，腐蝕的硅量約為4nm，如果這種清洗不重復(fù)5次或更多次，那么都可以防止清除臺階-臺面結(jié)構(gòu)。
下面，說明化學(xué)清洗處理的實例，該實例是形成包含原子臺階和臺面表面的一種方法。
制備晶面取向(111)的硅晶片或其表面具有與晶面取向(111)傾斜0至4°的晶面取向的硅晶片(偏襯底(off substrate))。把該晶片用1mol/升的氫氧化鉀(KOH)溶液處理約30秒或更長時間(Extended abstracts for the AppliedPhysics Society，spring，1995，vol.2，p.762，29a-PA-11)。此外，在G.S.Higashi et al.，Appl.Phys.Lett.58，(1991)p.1656中披露了采用氟化銨處理該晶片。這些處理可以露出包含原子臺階和臺面的表面。
另一種方法包括氧化晶面取向(100)的硅晶片表面，然后用氫氟酸(HF)和氯化氫(HCl)的水溶液除去形成的氧化膜(Extended abstracts for theApplied Physics Society，autumn，1995，vol.2，p.602，19p-ZB-8)。再有，另一種方法包括用HF和過氧化氫的水溶液進行處理。
在這些方法中，在形成包含臺階和臺面的表面后，都應(yīng)該小心地控制清洗條件，防止清除臺階和臺面。
當(dāng)利用熱處理形成包含臺階和臺面的表面時，襯底表面附近的氧可以向外部擴散，以降低氧的濃度。某些熱處理可以消除在CZ硅晶片的表面附近出現(xiàn)的氧淀積。采用陽極氧化，利用HF腐蝕除去氧沉積，會擴大在多孔層中的微孔。熱處理可以防止微孔的這種局部擴大。實際上，氫氣氣氛或惰性氣體例如氬氣氛中的熱處理可以降低氧的濃度和氧沉積的密度，并且最好用于本發(fā)明。氫中的熱處理一般在100％氫1200℃下進行一小時。即使在約1100℃下，也可以獲得同樣的效果。
此外，當(dāng)利用外延生長形成包含臺階和臺面的表面時，通過控制氧的總量和外延生長期間爐內(nèi)保持的濕度，在外延硅層中氧的濃度可以降低至1017。CZ硅晶片中的氧濃度為1018數(shù)量級。使用SIMS(二次離子質(zhì)譜儀)可以測量氧的這些濃度。
當(dāng)氫中的熱處理用于形成作為襯底表面的包含臺階和臺面的表面時，在該處理期間的外部擴散降低了雜質(zhì)濃度，例如在該表面附近的硼和磷的濃度。但是，由于在低于熱處理的溫度下外延生長可以產(chǎn)生包含臺階和臺面的表面，所以不可能經(jīng)受雜質(zhì)濃度的降低。并能夠通過單獨控制雜質(zhì)濃度形成臺階-臺面結(jié)構(gòu)。就是說，外延生長方法具有高控制性。
當(dāng)外延生長層不厚時，在外延生長期間實際上并未附加附加于該層上的雜質(zhì)，但在外延生長期間或之后，利用熱處理可以從襯底擴散雜質(zhì)。
圖4A至圖4I是表示本發(fā)明另一實施例的制造半導(dǎo)體基底部件方法的示意圖。
如圖4A所示，制備半導(dǎo)體基底部件1，如圖4B所示，實施表面處理以便形成包含臺階11和臺面12的表面。
如圖4C所示，把包含臺階11和臺面12的表面制成多孔狀，形成多孔層2。
如圖4D所示，利用CVD等在多孔層2的表面上形成非多孔層3，以獲得第一部件。
如圖4E所示，按照需要形成絕緣層4。
如圖4F所示，與帶有多孔層2和非多孔層3的第一部件分開地制備第二部件5。
如圖4G所示，把第一部件和第二部件5鍵合在一起，以便獲得帶有在內(nèi)側(cè)淀積的非多孔層3的多層結(jié)構(gòu)。
隨后，從多層結(jié)構(gòu)中除去不需要的部分，例如多孔層2等，以在第二部件5上制造帶有非多孔層3的半導(dǎo)體基底部件。如圖4H所示，利用后面詳細(xì)說明的研磨、拋光或腐蝕除去未制成多孔的硅基底材料1。除去硅部件1的方法可以包括利用多孔層2把多層結(jié)構(gòu)分成兩部分。
接著，如圖4I所示，利用腐蝕、氫氣退火等除去殘留的多孔層2。
因此，可以獲得相對于SOI晶片優(yōu)選的半導(dǎo)體基底部件。近來的研究表明，在已經(jīng)拋光和清洗的市場購置的CZ硅晶片的表面上存在COP。根據(jù)Czochralski方法，當(dāng)從坯料中拉出硅制造硅坯料時，通過把矩形八面體形狀的孔穴導(dǎo)入體硅中形成COP，在從表面露出后顯露因拋光或清洗造成的凹陷，利用可市場購置的雜質(zhì)檢測裝置來檢測該凹陷。COP的大小為100至300nm，在表面上存在的COP數(shù)為2至4×105/cm3。另一方面，在簡并襯底上按約20nm的間距在多孔硅中排列大約10nm的孔。就是說，在多孔硅中一個COP大約覆蓋10個孔。
在晶片表面上COP表現(xiàn)為凹陷。另一方面，當(dāng)COP的矩形八面體的頂部露出表面時，COP好象多孔硅的孔，并被誤看成大孔。此外，即使在COP不露出表面時，COP的孔穴也影響陽極氧化電流密度，因而影響孔尺寸和分布。此外，在嵌入的COP部分的情況下，在使孔密封的陽極氧化后，在包含氫的還原氣氛中熱處理晶片的步驟中，移動硅原子，以便降低COP矩形八面體的內(nèi)表面的表面能量，結(jié)果，使COP正上方的表面凹陷，以致在某些情況下不能密封孔。當(dāng)出現(xiàn)這種結(jié)果時，在其上外延生長非多孔單晶硅層時，缺陷就被引入該層中。通過在有COP的硅晶片上淀積外延硅層，形成沒有COP的表面層，從而在其上形成多孔硅層，可以解決上述問題。用CVD法，采用市場購置的外延生長裝置可以生長外延硅層，而源氣體并不限于SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2和SiH4。此外，運載氣體并未特別限定，但最好為氫。此外，可以利用超高真空CVD(UHV-CVD)在低溫下生長該層，或在把晶片裝在舟上的間歇式熱處理爐中生長該層，可以采用氫或氮作為運載氣體提供源氣體。
盡管未特別限定外延硅層的膜厚度，但期望膜厚度大于100至300nm，該厚度等于COP的大小。
在采用通過鍵合制造半導(dǎo)體基底部件方法形成多孔硅的情況下，期望表面層中的雜質(zhì)濃度處于簡并(degenerate)狀態(tài)(p+或n+)。在簡并半導(dǎo)體上形成的多孔層的結(jié)構(gòu)顯然不同于在非簡并半導(dǎo)體上形成的多孔層結(jié)構(gòu)。前者的多孔層有約10nm至約50nm的孔尺寸和1010/cm2至1011/cm2孔密度，而后者的多孔層有通過按比例縮小前者的多孔層獲得的結(jié)構(gòu)，以致其孔尺寸從2nm至10nm。因此，后者的多孔層有更小的孔內(nèi)壁厚度和更低的機械強度。當(dāng)在相同的條件下形成多孔層時，在非簡并襯底上形成的多孔層往往有更高的孔隙率。因此，在處理期間，多孔層會被損壞，或在多孔層上形成的外延硅層的結(jié)晶度會下降。
利用p+或n+襯底作為半導(dǎo)體基底部件，可以實施添加雜質(zhì)，以在襯底上形成外延硅層，生長外延硅層，然后通過熱擴散增加外延硅層中雜質(zhì)的濃度。此外，外延硅層可以用雜質(zhì)摻雜，同時外延硅層生長。在后者的情況下，可以選擇用于制造半導(dǎo)體基底部件的便宜的假(dummy)晶片，從而降低制造成本。此外，通過在低濃度襯底上形成高濃度摻雜的外延硅層，然后制成向下深度大于外延硅層厚度的多孔層，以形成多孔硅層，在高濃度摻雜的外延硅層上形成低孔隙率層，而在低濃度襯底上形成高孔隙率層。這種結(jié)構(gòu)可以在高孔隙率層分離。
按照本發(fā)明，包含在被制成為多孔的硅基底材料的表面區(qū)域中可以控制導(dǎo)電型的元素(雜質(zhì))濃度一般為5.0×1016/cm3至5.0×1020/cm3，為1.0×1017/cm3至2.0×1020/cm3較好，從多孔結(jié)構(gòu)形成步驟和形成在多孔硅層上外延膜的特征來看為5.0×1017/cm3至1.0×1020/cm3更好。
外延層的厚度可為0.2μm至30μm，為0.2μm至15μm更好。
通過在含氫的還原氣氛中加熱處理從市場購置的硅晶片，也可以降低COP密度。含氫的還原氣氛僅包含氫或為包含氫和稀有氣體(He、Ne、Ar、Xe等)的混合氣氛。熱處理溫度最好約為900℃至約1200℃。盡管并未特別限定壓力，但通過降低壓力可以降低最佳溫度范圍。
通過陽極氧化可以形成用于本發(fā)明中的多孔層2，例如，在HF溶液中處理Si基底材料。多孔層有海綿狀那樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，直徑為約10-1nm至約101nm的孔按約10-1nm至約101nm的間隔排列。密度小于2.33g/cm3的單晶硅Si密度。通過把HF溶液濃度從50％改變?yōu)?0％、改變添加在HF溶液中的醇比例或改變電流密度，可以把該密度從2.1改變至0.6g/cm3。此外，通過預(yù)先調(diào)整電阻率和被制成多孔部分的導(dǎo)電性類型，根據(jù)調(diào)整的電阻率和導(dǎo)電性類型可以改變孔隙率。在p型和在相同的陽極氧化條件下，非簡并襯底(p-或n-)有較小的孔尺寸，但有約大一個數(shù)量級的孔密度，因此有比簡并襯底(p+或n+)大的孔隙率。就是說，通過改變這些條件可以控制孔隙率，因此，孔隙率的控制并不限于這些方法中之一。多孔層可以有單層結(jié)構(gòu)，也可以有包括不同孔隙率層的疊層結(jié)構(gòu)。通過在簡并襯底上形成簡并濃度的外延硅層，可以在表面?zhèn)鹊耐庋庸鑼又行纬傻涂紫堵蕦?，而在襯底側(cè)的非簡并部分中形成高孔隙率層。
用于本發(fā)明的非多孔層最好是單層或包括從單晶硅、多晶硅、非晶硅以及諸如GaAs、InP、GaAsP、GaAlAs、InAs、AlGaSb、InGaAs、ZnS、CdSe、CdTe、SiGe和SiC等化合物半導(dǎo)體中選擇的至少一個的疊置層，非多孔層可以有預(yù)先形成在其上的半導(dǎo)體器件，例如FET(場效應(yīng)晶體管)。
通過化學(xué)氣相淀積(CVD)，例如減壓CVD、等離子體CVD、光學(xué)CVD、或MOCVD(金屬-有機物CVD)，或濺射(包括偏置濺射)、分子束外延生長、液相生長等，可以在多孔層上形成非多孔層。
按照本發(fā)明，按照需要，在非多孔層形成之前，可以加熱處理多孔層。
為了防止多孔層的孔結(jié)構(gòu)變化，可以在氧化氣氛下進行熱處理，而為了正確地改變孔結(jié)構(gòu)，可以在還原氣氛下進行熱處理。
最好在200℃-700℃的氧化氣氛下通過加熱處理多孔層來實現(xiàn)前者的熱處理，以氧化多孔層中孔的內(nèi)壁表面和用氧化膜覆蓋孔壁。
最好在800℃-1200℃的含氫的還原氣氛下通過加熱處理多孔層來實現(xiàn)后者的熱處理，以至少密封多孔層表面上的一些孔。
此外，可以組合這兩種方法，為了氧化孔的內(nèi)壁表面，在氧化氣氛中進行熱處理，隨后在含氫的還原氣氛中進行熱處理密封多孔層表面中的孔。這種情況下，在氫烘焙前，最好用HF溶液去掉多孔層表面上的氧化膜。
Sato等人已經(jīng)披露了通過在氫中多孔硅的熱處理密封表面上的孔(N.Satoet al.，J.Electrochem.Soc.，1995，Vol.142，p.3116)。這種現(xiàn)象被看作表面重構(gòu)，而不是腐蝕。就是說，在多孔層的表面上有許多凹陷和凸起部分，帶有比結(jié)晶層的晶面取向大的更高級晶面取向的大量晶面露出該表面。因此，表面能量高。在含氫的還原氣氛下的熱處理因例如氫還原除去表面的自然氧化膜，并且在熱處理期間因還原反應(yīng)也不產(chǎn)生自然氧化膜。因此，抵抗表面Si原子遷移的能量勢壘下降至允許表面Si原子因熱能發(fā)生遷移，從而形成帶有低表面能量的平面。這種氫烘焙的條件可以與硅基底材料的表面處理的熱處理相同。通過進行熱處理，可以有效地密封孔，在該熱處理中，多孔硅的表面面對由包括作為主要成分的硅或硅和碳或氮而不包括氧作為主要成分的材料組成的部件，從而抑制硅的腐蝕。該部件例如是硅、碳化硅或氮化硅。
就是說，由于加熱處理清潔的表面導(dǎo)致該現(xiàn)象，所以當(dāng)在表面上已經(jīng)形成自然厚氧化膜時，在熱處理之前，利用稀釋的氫氟酸腐蝕，除去該氧化膜，可以較快地出現(xiàn)該表面中的密封孔。
利用在其中密封的孔產(chǎn)生的多孔層的平滑單晶硅表面不僅可優(yōu)選用于制造鍵合的SOI，而且也可用于制造半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明使用的第二部件可以是絕緣體、半導(dǎo)體或?qū)w。具體地說，它是玻璃、石英玻璃、藍(lán)寶石、硅、碳化硅、鈷、不銹鋼或樹脂。當(dāng)制造SOI襯底時，第二部件最好為石英玻璃、藍(lán)寶石、硅或具有形成在其表面上的例如氧化硅之類絕緣膜的硅。
按照本發(fā)明，當(dāng)有多孔層和非多孔層的第一部件和第二部件鍵合在一起時，最好通過絕緣層來鍵合第一和第二部件。實際上，最好在非多孔層的表面上形成絕緣層，例如氧化膜，并把該絕緣層和第二部件的表面緊密地接觸和鍵合在一起。
此外，通過在它們之間施加粘結(jié)劑，可以把第一和第二部件接合在一起。
鍵合的方法包括使已經(jīng)清洗過的呈現(xiàn)疏水特性或親水特性的第一和第二部件緊密接觸在一起的方法；和用粘結(jié)劑接合第一和第二部件，然后固化粘結(jié)劑的方法。當(dāng)氧化硅的絕緣表面緊密接觸和鍵合在一起時，最好在把氮離子或氧離子注入其中的至少一個絕緣表面后進行鍵合。
此外，在把第一和第二部件緊密接觸在一起后，最好進行熱處理，以增加鍵合強度。
以下兩種方法是說明從多層結(jié)構(gòu)中除去多孔層，以露出非多孔層的有代表性的方法，但本發(fā)明并不限于這些方法。
第一種方法包括利用研磨、拋光或腐蝕從背面除去第一部件以露出多孔層。隨后，除去該多孔層，以露出非多孔的單晶硅層。
第二種方法包括劈裂多層結(jié)構(gòu)的多孔層內(nèi)部和/或多孔層的上下界面，分離多層結(jié)構(gòu)。具體的方法包括把拉力垂直地施加給多層結(jié)構(gòu)的鍵合表面的方法；把力施加給多層結(jié)構(gòu)的端部，以致第一和第二部件相互分離的方法；在與該表面平行的方向上把剪切應(yīng)力施加給鍵合表面的方法(例如，在與鍵合表面平行的晶面內(nèi)，在相反的方向上移動第一和第二部件，或在相反的周邊方向上旋轉(zhuǎn)部件)；在垂直于該表面的方向上加壓鍵合表面的方法；把波能量例如超聲波施加給分離區(qū)域的方法；將剝離部件(例如，象刀一樣的尖銳刀片)和/或液體從多層結(jié)構(gòu)的側(cè)邊與鍵合表面平行的方向上插入分離區(qū)域的方法；利用使?jié)B透進作為分離區(qū)域的多孔層中的襯底的膨脹能量擴大的方法；把襯底與作為分離區(qū)域的多孔層鍵合，并從其側(cè)邊熱氧化該襯底。以膨脹多孔層的體積，從而進行分離的方法；和使用由離子注入形成微孔的層作為分離區(qū)域，并通過激光照射加熱該層，從而進行分離的方法。也可以采用脈沖加熱多孔層隨后施加熱應(yīng)力或軟化多孔層的方法，但本發(fā)明并不限于這些方法。因此，在作為分離區(qū)域的多孔層已經(jīng)與襯底鍵合后，從其側(cè)邊可以有選擇地腐蝕襯底。而不會使襯底裂開。
在這些方法中，將具體說明用流體的分離方法。
利用從窄噴嘴中噴射包括氣體或液體的加壓流體，可以實現(xiàn)本發(fā)明分離所需要的流體的流動。為了把噴射流轉(zhuǎn)換成高速和高壓束，可以采用水噴射方法，在“Water Jet，”vol.1，no.1，p.4中介紹了該方法。通過從窄噴嘴中噴射高壓泵加壓的100至8000kgf/cm2的加壓水，可以獲得在本發(fā)明中使用的水噴射。利用該水噴射，可以切割或處理陶瓷、金屬、凝結(jié)物、樹脂、橡膠或木料(當(dāng)被切割的材料堅硬時，研磨材料被添加到水中)，或從表面層除去涂料膜，或清洗部件的表面。普通的水噴射的主要效果在于除去部分材料。就是說，水噴射切割從主部件中除去切割部分，除去涂料膜和清洗部件表面除去不需要部分。當(dāng)把流體噴射例如水噴射用作本發(fā)明的流體流動形成方法時，通過把分離區(qū)域與鍵合表面的側(cè)邊對準(zhǔn)和用流體噴射該區(qū)域。可以從其側(cè)邊分離多層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，流體噴射首先直接噴射從多層結(jié)構(gòu)的側(cè)邊露出的分離區(qū)域及圍繞分離區(qū)域的第一和第二部件部分。該流體噴射僅破壞有低機械強度的分離區(qū)域，而不損壞第一和第二部件，就把該結(jié)構(gòu)分離成兩部分。此外，即使未露出分離區(qū)域。而因任何原因被薄層覆蓋，流體噴射就首先除去或破壞覆蓋分離區(qū)域的層，然后繼續(xù)除去露出的分離區(qū)域。
流體噴射可以噴射鍵合晶片構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)的側(cè)邊中的窄間隙(凹槽)，以便促使鍵合的晶片相互分離和破壞有易碎結(jié)構(gòu)的分離區(qū)域。以分開晶片，盡管這種效果不是經(jīng)常普遍采用的。由于該方法的目的不是切割也不是除去，所以幾乎不從分離區(qū)域產(chǎn)生切割的芯片，即使當(dāng)分離區(qū)域的材料不用流體噴射除去時，也可以分開多層結(jié)構(gòu)而不使用研磨材料或損壞分離表面。因此，這種效果被認(rèn)為是在沒有切割或拋光作用的情況下由流體的楔形作用獲得的。因此，當(dāng)鍵合的襯底的側(cè)邊有窄的凹間隙時，和當(dāng)流體噴射在剝離分離區(qū)域的方向施加力時，可以增強這種效果。為了充分產(chǎn)生這種效果，鍵合襯底的側(cè)邊最好是凹槽形狀而不具有凸出部分。
利用多孔層的低機械強度和很大的表面面積，可以有選擇地除去多層結(jié)構(gòu)中露出的多孔層。有選擇地除去方法包括采用拋光或研磨的機械方法，和利用腐蝕劑或化學(xué)干式腐蝕進行化學(xué)腐蝕的方法。
當(dāng)用腐蝕劑有選擇地腐蝕多孔層時，腐蝕劑可以是49wt％HF的氫氟酸和30wt％H2O2的過氧化氫溶液的混合液；氫氟酸和醇的混合液；氫氟酸、醇和過氧化氫溶液的混合液；緩沖氫氟酸；緩沖氫氟酸和醇的混合液；緩沖氫氟酸和過氧化氫溶液的混合液；緩沖氫氟酸、醇和過氧化氫溶液的混合液；或氫氟酸、硝酸和醋酸的混合液。由于在使用這種混合液中多孔硅與非多孔硅的腐蝕選擇比例為105或更大，所以最好使用HF和H2O2混合液。為了防止氣泡附著，最好添加表面活性劑，例如醇。盡管并未特別限定制造本發(fā)明的帶有SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基底部件的方法，但實際上最好采用進行多孔硅的有選擇腐蝕的方法。在這種情況下，在形成多孔硅前，在硅基底材料的表面上形成臺階-臺面結(jié)構(gòu)，然后形成多孔層，從而改善在多孔層上形成的非多孔單晶硅半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度和表面平滑度。
首先，利用氫氣退火，在硅基底材料1的表面上形成臺階-臺面結(jié)構(gòu)。
隨后，至少在主表面上形成多孔硅層2(圖5A)。通過在HF溶液中陽極氧化硅基底材料，可以形成多孔硅層。
多孔硅層可以有單層結(jié)構(gòu)或由不同孔隙率的層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。
在多孔層2上形成至少一個非多孔單晶硅半導(dǎo)體層3(圖5B)。非多孔單晶硅半導(dǎo)體層3是從通過淀積形成的單晶硅層和經(jīng)過氫氣退火把多孔層2的表面層制成非多孔所獲得的層中任意選擇的。在多孔硅層的表面已經(jīng)在含氫的還原氣氛中加熱處理后，最好形成非多孔單晶硅半導(dǎo)體層3，以密封多孔表面上的孔。通過熱處理，可以有效地密封孔，在該熱處理中，由于硅的腐蝕被抑制，所以在不包括作為主要成分的氧的情況下，把多孔硅的表面面對包括作為主要成分的硅、硅和碳或氮的材料。此外，當(dāng)通過熱氧化，在單晶硅層上形成氧化硅構(gòu)成的絕緣層4時，通過熱氧化最好可以形成單晶硅層和嵌入的氧化膜之間的界面，以便有低的界面態(tài)。如圖5C所示，在室溫下，在其上形成有非多孔單晶硅層3的半導(dǎo)體襯底的主表面與硅襯底構(gòu)成的第二部件5的表面緊密接觸。在緊密接觸前，最好進行表面清洗。以便除去表面上的附著物和異物。第二部件可以從硅襯底、帶有在其上形成氧比硅膜的硅襯底、發(fā)光襯底例如石英和藍(lán)寶石中選擇，但并不限于此，只要被鍵合的其表面充分平坦和平滑就可以。圖5C表示這樣的狀態(tài)，即通過絕緣層4把第二部件和硅基底材料鍵合在一起，但當(dāng)?shù)诙考皇枪钑r，可以省略絕緣層4。通過薄絕緣板，可以把第二部件和硅基底材料鍵合在一起，從而可以形成三個疊層板結(jié)構(gòu)。
隨后，除去多孔層2，露出非多孔單晶硅層3(圖5D)。
在這種情況下，通過研磨和隨后的反應(yīng)離子腐蝕，除去硅基底材料1的背面，露出多孔層2。隨后，除去多孔層2，露出非多孔單晶硅層3。
用包含HF和H2O2的腐蝕劑，有選擇地腐蝕除去多孔層2。接著，按非多孔單晶硅速率的105倍的速率，有選擇地腐蝕，可以除去多孔硅。
對于該腐蝕劑，可以添加表面活性劑，以防止氣泡附著。實際上，最好使用乙醇。
隨后，在含氫的還原氣氛中進行熱處理，以降低單晶硅層的硼濃度和平滑其表面(圖5F)。當(dāng)單晶硅層中硼濃度高的區(qū)域被限定在表面附近時，或當(dāng)不需要降低硼濃度時，可以采用拋光除去該表面層，從而平滑該表面。
圖5F表示獲得的半導(dǎo)體基底部件。通過絕緣層4在第二部件5上形成在整個晶片上大面積的平坦和均勻的薄單晶膜3。按該方法獲得的半導(dǎo)體基底部件最好用于制造隔離的電子器件。
下面，參照圖6A至圖6H說明制造另一半導(dǎo)體基底部件的方法。
如圖6A所示，制備沒有臺階-臺面結(jié)構(gòu)的表面10的硅基底材料。
如圖6B所示，通過氫氣退火在該硅基底材料1上形成帶有臺階11和臺面12的臺階-臺面結(jié)構(gòu)的表面。
隨后，在氫氣退火過的表面上形成多孔層21和22(圖6C)。在HF溶液中陽極氧化硅基底材料，可以形成多孔硅層。
例如，通過把孔密度增加約一個數(shù)量級但不增加孔尺寸，可以改變電流密度，從而獲得高孔隙率。就是說，在外延硅層附近可以形成高孔隙率層22和低孔隙率層21。
在低孔隙率的多孔層21上形成至少一個非多孔的單晶硅半導(dǎo)體層3(圖6D)。通過由淀積形成單晶硅層或通過使多孔層21的表面變?yōu)榉嵌嗫?，可任意地獲得非多孔單晶硅半導(dǎo)體層3。在多孔硅層21的表面已經(jīng)在含氫的還原氣氛中加熱處理后，最好形成非多孔單晶硅半導(dǎo)體層3，密封該多孔表面上的孔。通過實施熱處理，可以有效地密封孔，在該熱處理中，多孔硅的表面面對例如由硅、SiC或SiN材料構(gòu)成的部件，從而抑制硅的腐蝕。此外，如圖6E所示，通過熱氧化，在單晶硅層上形成包括氧化硅的絕緣層4。
如圖6F所示，非多孔的單晶硅層在室溫下與第二部件5的表面緊密接觸。在接觸前，最好清洗該硅層和第二部件，除去表面附著物和異物。
圖6F表示與第二部件鍵合的非多孔硅層。
如圖6G所示，在多孔層使多層結(jié)構(gòu)分離。如上所述，分離的方法包括施加外部壓力的方法，例如加壓、拉伸、剪切力或楔形作用；施加超聲波的方法；加熱方法；氧化多孔硅，使其從周邊擴張，受到內(nèi)部壓力的方法；脈沖加熱以施加熱應(yīng)力或軟化的方法；或增加流體楔形的方法，例如噴水。但是，本發(fā)明并不限于這些方法。通過制備高孔隙率層和低孔隙率層的雙層，可以形成多孔層，然后通過分裂在帶有低孔隙率層的其界面附近的高孔隙率層22，可以分開該多層結(jié)構(gòu)。
隨后，通過腐蝕除去保留在非多孔層3上的多孔層21(圖6H)。腐蝕多孔層的方法與上述方法相同。當(dāng)非多孔層3上保留的多孔硅層21又薄又均勻時，就不必腐蝕該多孔層。
隨后，在含氫的還原氣氛中加熱處理該結(jié)構(gòu)，以降低非多孔單晶硅層3的硼濃度和平滑其表面。當(dāng)單晶硅層中硼濃度高的區(qū)域被限定在表面附近時，或當(dāng)不需要降低硼濃度時，可以用拋光除去該表面層，從而平滑該表面。
因此，在第二部件5上通過絕緣層4形成在整個晶片上有大面積的平坦和均勻的薄單晶膜3。按照該方法獲得的SOI襯底最好用于制造隔離的電子器件。
當(dāng)不需要在分開的硅基底材料1上保留多孔層22時，可除去它。當(dāng)表面粗糙和表面平坦度不合格時，平坦該表面，然后可把平坦的硅襯底材料1再次作為新的硅基底材料1或作為第二部件5。通過形成帶有雙層結(jié)構(gòu)的多孔層和降低高孔隙率層的厚度，在硅基底材料1上幾乎不保留多孔層。因此，在硅基底材料1的表面上，在不進行采用拋光的除去處理或腐蝕多孔層的情況下，在含氫的還原氣氛中通過熱處理，可以使該表面平滑，于是被處理的部件可以再次用作第一半導(dǎo)體基底部件。
下面參照圖7A至圖7H，說明制造另一半導(dǎo)體基底部件的方法。
如圖7A所示，制備沒有臺階-臺面結(jié)構(gòu)的硅基底材料1。
如圖7B所示，對硅基底材料的表面進行外延生長處理，形成有包括臺階-臺面結(jié)構(gòu)表面的外延層13。
在使表面上的臺階-臺面結(jié)構(gòu)不被清除的條件下清洗該表面，并把有臺階和臺面的主表面制成多孔(圖7C)。通過在HF溶液中陽極氧化硅基底材料，可以形成多孔硅層。
通過預(yù)先調(diào)整制成多孔部分的電阻率和導(dǎo)電類型，根據(jù)調(diào)整的電阻率和導(dǎo)電類型，可以改變孔隙率。
因此，在靠近表面的外延硅層的部分中形成低孔隙率層21，而在非簡并襯底的硅基底材料的部分中形成高孔隙率層22。
在低孔隙率的多孔層21上形成至少一個非多孔的單晶硅層3(圖7D)。在多孔硅層的表面已經(jīng)在含氫的還原氣氛中加熱處理后，最好形成非多孔單晶硅半導(dǎo)體層3，密封多孔表面中的孔。通過實施熱處理，可以有效地密封孔，在該熱處理中，多孔硅的表面面對不包含作為主要成分的氧的由例如硅、SiC或SiN的材料組成的部件，以抑制硅的腐蝕。此外，如圖7E所示，通過熱氧化，在單晶硅層上形成氧化硅層4。
如圖7F所示，帶有在其上形成的非多孔單晶硅層3的硅基底材料1的主表面在室溫下與第二部件5的表面緊密接觸。在接觸前，最好清潔基底材料和第二部件，除去表面附著物和異物。使被鍵合的表面足夠平坦和平滑。
如圖7G所示，把硅基底材料1從其背面磨光并接受反應(yīng)離子腐蝕，露出多孔層。隨后，除去該多孔層，露出非多孔的單晶硅層3。
用HF和H2O2的混合水溶液，有選擇地進行腐蝕，除去多孔層。
隨后，把該結(jié)構(gòu)在含氫的還原氣氛中進行熱處理，以降低單晶硅層的硼濃度和使其表面平坦。當(dāng)把單晶硅層中硼濃度高的區(qū)域限定在表面附近時，或當(dāng)不需要降低硼濃度時，可以采用拋光除去表面層，從而使表面平坦。
因此，如圖7H所示，在第二部件5上絕緣層4形成平坦和均勻的薄單晶膜3。把電阻率0.015Ωcm的摻雜硼的8英寸(100)硅晶片裝入立式熱處理爐，并在氫氣氣氛中1100℃下加熱處理一小時。然后，在氫氣氣氛下冷卻硅晶片，并在600℃時從爐中取出。當(dāng)使用原子力顯微鏡觀察從該裝置取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。在按比例2∶1混合的HF濃度為49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，在晶片表面上形成厚度10μm的多孔硅層。
隨后，在干燥的氧氣氣氛中于400℃下加熱處理一小時該晶片，氧化多孔硅層中孔的側(cè)壁和多孔硅層的表面。把在其上形成有多孔硅的硅晶片裝入外延生長裝置，按照CVD方法在以下條件下形成外延硅層。
生長溫度900℃生長壓力80 Torr氣體種類H2；230升/分SiH2Cl2；0.4升/分膜厚度0.05μm該樣品在HF和H2O2的混合溶液中浸泡30分鐘，并使用Nomarski差動干涉顯微鏡詳細(xì)觀察樣品，以1/cm2的頻率發(fā)現(xiàn)凹陷區(qū)域。大概是當(dāng)HF-H2O2混合劑滲入外延硅層腐蝕多孔硅層時，形成該凹陷區(qū)域。
另一方面，在形成多孔層(比較樣品)前，當(dāng)硅晶片不進行加熱處理時，以2/cm2的頻率出現(xiàn)同樣的凹陷區(qū)域。因此，在形成多孔層前通過在氫中的熱處理，可改善在多孔層上形成的外延層的質(zhì)量。把電阻率0.015Ωcm的摻雜硼的8英寸(100)硅晶片裝入可市場購置的薄片-薄片(leaf-to-leaf)型外延生長裝置，除氫氣外，還把SiH2Cl2供給該裝置，以淀積厚度10μm的外延硅層。當(dāng)使用原子力顯微鏡觀察從該裝置取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。使用SIMS方法測量外延硅層的氧濃度為5×1017cm-3。在按比例2∶1混合的HF濃度為49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化并制成多孔，在晶片表面上形成厚度5μm的多孔硅層。
隨后，在干燥的氧氣氣氛中于300℃下加熱處理該晶片三個小時，氧化多孔硅層中孔的側(cè)壁和多孔硅層的表面。在1.2wt％HF的HF溶液中浸泡該樣品20秒，然后用去離子水沖洗10分鐘。
在干燥后，把該樣品裝入外延生長裝置，并按CVD方法形成外延硅層。
生長溫度1040℃生長壓力760 Torr氣體種類H2；230升/分SiH2Cl2；0.4升/分膜厚度0.05μm把樣品在HF和H2O2的混合溶液中浸泡30分鐘，并使用Nomarski差動干涉顯微鏡詳細(xì)觀察樣品，以0.2/cm2的頻率發(fā)現(xiàn)凹陷區(qū)域。大概當(dāng)HF-H2O2混合劑滲入外延硅層腐蝕多孔硅層時，會形成該凹陷區(qū)域。
另一方面，在形成多孔層(比較樣品)前，當(dāng)不進行外延生長時，以2/cm2的頻率出現(xiàn)同樣的凹陷區(qū)域。因此，在形成多孔層前通過在氫中的熱處理，可改善在多孔層上形成的外延層的質(zhì)量。把電阻率10Ωcm的摻雜硼的8英寸(100)硅晶片裝入可市場購置的薄片-薄片型外延生長裝置。把SiH2Cl2和作為運載氣體的氫一起導(dǎo)入，還把B2H6加入導(dǎo)入氣體，并把該混合氣體供給該裝置，以淀積厚度為0.5μm、硼濃度為3×1018/cm2的外延硅層。當(dāng)使用原子力顯微鏡觀察從該裝置取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，在按比例2∶1混合的HF濃度為49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，在該表面上形成厚度10μm的多孔硅層。在氧化氣氛中400℃下加熱處理該硅晶片一個小時，然后在1.25wt％HF的HF溶液中浸泡30秒，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把這樣的晶片裝入石英爐管組成的立式熱處理爐中。圖8表示在其內(nèi)裝有硅晶片的立式熱處理爐的示意性剖面圖。在圖8中，序號120表示石英爐管，序號121表示SiC舟，在其上裝載硅晶片，而序號122表示導(dǎo)入的氣體。由加熱器(圖中未示出)外部加熱爐管120。氣體122從爐的頂部向其底部流動。如圖8所示，把晶片123按水平狀態(tài)和晶片之間約6.3mm的間隔裝在SiC舟上，使一個硅晶片的背面面向另一個硅晶片的多孔層表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。作為假片，把可市場購置的在其上沒有形成多孔層的硅晶片124按相同的間隔放在在其上形成有多孔層的頂部的硅晶片上。把爐內(nèi)的氣氛用氫替換，并把溫度增加至1150℃，而且保持兩個小時。然后再次降低溫度，從爐中取出晶片。然后，使用電子顯微鏡觀察在其上形成有多孔層的晶片表面，發(fā)現(xiàn)沒有殘留孔。
把這些晶片裝入外延生長裝置中，并在以下條件下形成單晶硅層。
生長溫度1080℃生長壓力760 Torr氣體種類H2；230升/分SiH2Cl2；0.4升/分膜厚度2μm
使這些樣品接受缺陷現(xiàn)象腐蝕，然后用光學(xué)顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)堆垛層錯密度為3×103/cm2。
另一方面，在形成多孔層(比較例)前，當(dāng)未形成外延硅層時，堆垛層錯密度為1.2×104/cm2。把電阻率0.015Ωcm的摻雜硼的8英寸(100)硅晶片裝入立式熱處理爐，并在氫氣氣氛中1100℃下加熱處理一小時。在氫氣氣氛下降低溫度，并在600℃時從爐中取出晶片。當(dāng)利用原子力顯微鏡觀察從該裝置中取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，利用二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測量硼濃度在深度方向的分布，從表面向下至5μm深度的硼濃度為5×1018/cm3。此外，在按比例為2∶1混合的HF濃度為49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，在該表面上形成厚度10μm的多孔硅層。在氧氣氣氛中400℃下加熱處理該硅晶片一個小時，然后用1.25wt％HF的HF溶液浸泡30秒，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把這樣的晶片裝入石英爐管組成的立式熱處理爐中。氣體從爐的頂部向其底部流動。如圖8所示，把晶片按水平狀態(tài)和晶片之間約6mm的間隔裝在SiC舟上，使一個硅晶片的背面面向另一個硅晶片多孔層表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。把在其上沒有形成多孔層的可市場購置的硅晶片按相同的間距放在在其上形成多孔層的頂部的硅晶片上。把爐內(nèi)的氣氛用氫替換，并把溫度增加至1150℃，而且保持兩小時。然后再次降低溫度，從爐中取出晶片。然后，使用電子顯微鏡觀察在其上形成有多孔層的晶片表面，發(fā)現(xiàn)沒有殘留孔。把電阻率0.015Ωcm的摻雜硼的8英寸(100)硅晶片裝入立式熱處理爐，并在氫氣氣氛中1100℃下加熱處理一小時。在氫氣氣氛下降低溫度，并在600℃時從爐中取出晶片。當(dāng)利用原子力顯微鏡觀察從該裝置中取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，利用二次離子質(zhì)譜儀測量硼濃度在深度方向的分布，從表面向下至5μm深度的硼濃度為3×1018/cm3。此外，在按比例為2∶1混合的HF濃度為49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，在該表面上形成厚度10μm的多孔硅層。把該硅晶片在氧氣氣氛中400℃下加熱處理一個小時，然后用1.25wt％HF的HF溶液浸泡30秒，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把這樣的晶片裝入薄片-薄片型外延生長裝置中。把SiH2Cl2和作為運載氣體的H2一起導(dǎo)入該裝置，在900℃和80Torr下淀積厚度2μm的外延硅層。使這些樣品接受缺陷現(xiàn)象腐蝕，然后用光學(xué)顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)堆垛層錯密度為2×102/cm2。把電阻率0.015Ωcm的摻雜硼的8英寸(100)硅晶片裝入可市場購置的薄片-薄片型外延生長裝置，除氫氣外，還把SiH2Cl2供給該裝置，以淀積厚度0.5μm的外延硅層。然后，把該晶片裝入立式熱處理爐并在其內(nèi)按1100℃加熱處理兩個小時。當(dāng)利用原子力顯微鏡觀察從該裝置中取出的晶片表面時，觀察剖在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，利用二次離子質(zhì)譜儀測量硼濃度在深度方向的分布，從表面向下至5μm深度的硼濃度為5×1018/cm3。此外，在按比例為2∶1混合的HF濃度為49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，以在該表面上形成厚度10μm的多孔硅層。在氧氣氣氛中400℃下加熱處理該硅晶片一個小時，然后用1.25wt％HF的HF溶液浸泡30秒，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把該晶片裝入薄片-薄片型外延生長系統(tǒng)中。把SiH2Cl2和作為運載氣體的H2一起導(dǎo)入該裝置，在900℃和80Torr下淀積平均厚度310nm±5nm的單晶膜。把該硅晶片裝入氧化爐中，并使用氧和氫的燃燒氣體使單晶膜的表面氧化，形成厚度200nm的氧化硅膜。通過該氧化，單晶膜的厚度變?yōu)?10nm。對該硅晶片和第二硅晶片進行一般用于硅器件處理的濕清洗，形成清潔的表面，接著將它們鍵合在一起。把一組鍵合的硅晶片裝入熱處理爐中，并在1100℃下加熱處理1小時，以增強鍵合表面的鍵合強度，在氮和氧的混合狀態(tài)下提高溫度，并用氧氣替換該熱處理氣氛，接著用氧和氫的燃燒氣體替換該熱處理氣氛，把這種狀態(tài)在1100℃下保持一小時，隨后在氮氣氣氛中降低溫度。研磨一組硅晶片的第一硅晶片的背面，露出多孔硅。把磨光的晶片在HF和過氧化氫的混合溶液中浸泡，利用腐蝕除去多孔硅，并利用濕清洗進行徹底清洗。把該單晶膜與氧化硅膜一起轉(zhuǎn)移到第二硅晶片上，制造SOI晶片。當(dāng)按平面上10mm格點測量轉(zhuǎn)移的單晶硅的膜厚度時，平均膜厚度為210nm±7nm。此外，當(dāng)使用原子力顯微鏡按256×256測量點測量1μm見方內(nèi)和50μm見方內(nèi)的表面粗糙度時，按照均方粗糙度(Rrms)，表面粗糙度分別為10.1nm和9.8nm。此外，當(dāng)用二次離子質(zhì)譜儀測量硼濃度時，單晶膜的硼濃度為1.2×1018/cm3。通過用氫氟酸腐蝕除去在各SOI晶片的背面上的氧化硅膜，接著把晶片裝入立式熱處理爐。氣體從爐的頂部向其底部流動。把晶片按水平狀態(tài)和晶片之間約6mm的間距裝在SiC舟上，使一個SOI晶片的背面面向另一個SOI晶片的SOI層表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。把可市場購置的硅晶片作為假片按相同的間距放在上部SOI晶片上。用氫替換爐內(nèi)的氣氛，并把溫度增加至1100℃，而且保持四小時。然后再次降低溫度，從爐中取出晶片。
在熱處理后，使用原子力顯微鏡測量單晶膜的表面粗糙度。當(dāng)多孔層面對密封其孔的硅時，均方粗糙度(Rrms)在1μm見方上為0.11nm，而在50μm見方上為0.35nm，該粗糙度表示該表面與可市場購置的硅晶片一樣平滑。
在熱處理后，也用二次質(zhì)譜儀測量單晶膜的硼濃度。發(fā)現(xiàn)在測量位置上硼濃度降低至5×1015/cm3或更小，而該范圍處于適合制造器件的水平。把電阻率10Ωcm的p型8英寸(100)假硅晶片裝入可市場購置的薄片-薄片型外延生長裝置，除氫氣外，還把SiH2Cl2和B2H6供給該裝置，以淀積厚度0.5μm的外延硅層。當(dāng)使用原子力顯微鏡觀察從該裝置取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，利用二次離子質(zhì)譜儀測量硼濃度在深度方向的分布，從表面至0.5μm深度的硼濃度為5×1018/cm3。此外，在按混合比例2∶1混合的HF濃度為49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，在該表面上形成厚度為0.7μm的多孔硅層。使用掃描電子顯微鏡并觀察形成多孔硅晶片的剖面，發(fā)現(xiàn)在表面層中從表面至0.5μm深度形成低孔隙率層，并發(fā)現(xiàn)在低孔隙率層向下至其0.2μm深度處形成高孔隙率層。把該硅晶片在氧氣氣氛中400℃下加熱處理一個小時，然后在1.25wt％HF的HF溶液中浸泡30秒，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把該晶片裝入薄片-薄片型外延生長裝置中，并在H2氣氛中1100℃下烘焙一分鐘。接著，把SiH2Cl2導(dǎo)入作為運載氣體的H2中，在氫氣氣氛中900℃下加入作為硅源氣體的二氯硅烷或硅烷，在多孔硅上形成平均厚度310nm±4nm的單晶膜。把該硅晶片從外延生長裝置中取出并裝入氧化爐中，在該氧化爐中使用氧和氫的燃燒氣體，使單晶膜的表面氧化，從而形成厚度200nm的氧化硅膜。通過該氧化，單晶膜的厚度變?yōu)?10nm。分別對該硅晶片和通過熱氧化在整個表面上形成的厚度200nm的氧化硅膜的第二硅晶片進行一般用于硅器件處理的濕清洗，形成清潔的表面，然后使它們鍵合在一起。把一組鍵合的硅晶片裝入熱處理爐，在1100℃下加熱處理一小時，以增強鍵合表面的鍵合強度。在氮和氧的混合狀態(tài)下提高溫度，并用氧替換該熱處理氣氛，接著用氧和氫的燃燒氣體替換該熱處理氣氛，把這種狀態(tài)在1100℃下保持一小時，隨后在氮氣氣氛中降低溫度。當(dāng)水流從硅晶片側(cè)噴向一組硅晶片時，流體楔的作用在高孔隙率多孔層上分開一組硅晶片，露出多孔層。把第二硅晶片側(cè)的分開的晶片浸泡在氫氟酸和過氧化氫的混合溶液中，通過腐蝕除去多孔硅，并通過濕清洗進行徹底清洗。把該單晶膜與氧化硅膜一起轉(zhuǎn)移到第二硅晶片上，制造SOI晶片。當(dāng)按平面上10mm格點測量轉(zhuǎn)移的單晶硅的膜厚度時，平均膜厚度為210nm±5nm。此外，當(dāng)使用原子力顯微鏡按256×256測量點測量1μm見方內(nèi)和50μm見方內(nèi)的表面粗糙度時，按照均方粗糙度(Rrms)，表面粗糙度分別為10.1nm和9.8nm。此外，當(dāng)用二次離子質(zhì)譜儀測量硼濃度時，單晶膜的硼濃度為1.2×1018/cm3。用氫氟酸腐蝕除去各SOI晶片背面上的氧化硅膜，然后把SOI晶片裝入由石英爐管組成的立式熱處理爐中。把氣體從爐的頂部向其底部流動。如圖8所示，把晶片按水平狀態(tài)和晶片之間約6.3mm的間隔裝在SiC舟上，使一個SOI晶片的背面面向另一個SOI晶片的SOI層表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。把可市場購置的硅晶片作為假片按相同的間距放在SOI晶片上。把爐內(nèi)的氣氛用氫替換，并把溫度增加至1100℃，而且保持四小時。然后再次降低溫度，從爐中取出晶片。再次測量該SOI層的膜厚度。在所有晶片中，SOI晶片的膜厚度減小量為1nm或更小。
在熱處理后，使用原子力顯微鏡測量單晶膜的表面粗糙度。均方粗糙度(Rrms)在1μm見方上為0.12nm，而在50μm見方上為0.34nm，該粗糙度表示該表面與可市場購置的硅晶片一樣平滑。在熱處理后，也用二次質(zhì)譜儀測量單晶膜的硼濃度。發(fā)現(xiàn)該硼濃度降低至5×1015/cm3或更小，該濃度處于適合制造器件的水平。
通過腐蝕除去在分開的第一硅晶片上保留的多孔硅，并把該晶片裝入石英爐管組成的立式熱處理爐。把氣體從爐的頂部向其底部流動。如圖8所示，把晶片按水平狀態(tài)和晶片之間約6mm的間距裝在SiC舟上，使一個晶片的背面面向另一個晶片的表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。把可市場購置的硅晶片作為很片按相同的間距放在頂部晶片上。把爐內(nèi)的氣氛用氫替換，并把溫度增加至1100℃，而且保持四小時。然后再次降低溫度，從爐中取出晶片。
在熱處理后，使用原子力顯微鏡測量單晶膜的表面粗糙度。均方粗糙度(Rrms)在1μm見方上為0.12nm，而在50μm見方上為0.34nm，該粗糙度表示該表面與可市場購置的硅晶片一樣平滑。此外，用白光照射晶片表面，并用散射光進行目視觀察，發(fā)現(xiàn)沒有例如渦旋狀的圖形。當(dāng)這些晶片用作第一硅晶片進行上述處理時，同樣可以制造SOI晶片。利用(100)Si p-假襯底作為第一襯底。可獲得同樣的結(jié)果。把8英寸(100)n-假硅晶片裝入可市場購置的薄片-薄片型外延生長裝置，除氫氣外，還把SiH2Cl2和PH3供給該裝置，淀積厚度0.3μm的外延硅層。當(dāng)使用原子力顯微鏡觀察從該裝置取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，利用二次離子質(zhì)譜儀測量磷濃度在深度方向的分布，從表面至0.3μm深度的磷濃度為2×1018/cm3。此外，在用光照射晶片表面的同時，在混合比例為2∶1的HF濃度49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，以在該表面上形成厚度為1μm的多孔硅層。使用掃描電子顯微鏡并觀察形成多孔硅晶片的剖面，發(fā)現(xiàn)在表面層中從表面至0.3μm深度形成低孔隙率層，并發(fā)現(xiàn)在低孔隙率層向下至其0.7μm深度處形成高孔隙率層。把該硅晶片在氧氣氣氛中400℃下加熱處理一個小時，然后在1.25wt％HF的HF溶液中浸泡20秒，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把該晶片裝入薄片-薄片型外延生長裝置中，并在H2氣氛中1000℃下烘焙一分鐘。接著，把SiH2Cl2導(dǎo)入H2運載氣體，在氫氣氣氛下900℃下加入作為硅源氣體的二氯硅烷或硅烷，在多孔硅上形成平均厚度310nm±4nm的單晶膜。把該硅晶片從外延生長裝置中取出并裝入氧化爐中，在該氧化爐中使用氧和氫的燃燒氣體，使單晶膜的表面氧化，形成厚度200nm的氧化硅膜。通過該氧化，單晶膜的厚度變?yōu)?10nm。對該硅晶片和通過熱氧化在整個表面上形成的厚度200nm的氧化硅膜的第二硅晶片進行一般用于硅器件處理的濕清洗，形成清潔的表面，然后將它們鍵合在一起。把一組鍵合的硅晶片裝入熱處理爐，在1100℃下加熱處理一小時，以增強鍵合表面的鍵合強度。在氮和氧的混合狀態(tài)下提高溫度，并用氧替換該熱處理氣氛，接著用氧和氫的燃燒氣體替換該熱處理氣氛，把這種狀態(tài)在1100℃下保持一小時，隨后在氮氣氣氛中降低溫度。當(dāng)水流從硅晶片側(cè)噴向一組硅晶片時，流體楔的作用在高孔隙率多孔層上分開一組硅晶片，露出多孔層。把第二硅晶片側(cè)的分開的晶片浸泡在氫氟酸和過氧化氫的混合溶液中，通過腐蝕除去多孔硅，并通過濕清洗進行徹底清洗。把該單晶膜與氧化硅膜一起轉(zhuǎn)移到第二硅晶片上，制造SOI晶片。當(dāng)按平面上10mm格點測量轉(zhuǎn)移的單晶硅的膜厚度時，平均膜厚度為210nm±5nm。此外，當(dāng)使用原子力顯微鏡按256×256測量點測量1μm見方內(nèi)和50μm見方內(nèi)的表面粗糙度時，按照均方粗糙度(Rrms)，表面粗糙度分別為10.1nm和9.8nm。此外，當(dāng)用二次離子質(zhì)譜儀測量硼濃度時，單晶膜的硼濃度為1.2×1018/cm3。用氫氟酸腐蝕除去各SOI晶片背面上的氧化硅膜，然后把SOI晶片裝入由石英爐管組成的立式熱處理爐中。氣體從爐的頂部向其底部流動。如圖8所示，把晶片按水平狀態(tài)和晶片之間約6.3mm的間隔裝在SiC舟上，使一個SOI晶片的背面面向另一個SOI晶片的SOI層表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。把可市場購置的硅晶片作為假片按相同的間距放在SOI晶片上。用氫替換爐內(nèi)的氣氛，并把溫度增加至1100℃而且保持四小時。然后再次降低溫度，從爐中取出晶片。再次測量該SOI層的膜厚度。在所有晶片中，SOI晶片的膜厚度減小量為1nm或更小。
在熱處理后，使用原子力顯微鏡測量單晶膜的表面粗糙度。均方粗糙度(Rrms)在1μm見方上為0.12nm，而在50μm見方上為0.34nm，該粗糙度表示該表面與可市場購置的硅晶片一樣平滑。在熱處理后，也用二次質(zhì)譜儀測量單晶膜的硼濃度。發(fā)現(xiàn)該硼濃度降低至5×1015/cm3或更小，該濃度處于適合制造器件的水平。
通過腐蝕除去在分開的第一硅晶片上保留的多孔硅，并把腐蝕過的晶片裝入石英爐管組成的立式熱處理爐。氣體從爐的頂部向其底部流動。如圖8所示，把晶片按水平狀態(tài)和晶片之間約6mm的間距裝在SiC舟上，使一個晶片的背面面向另一個晶片的表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。把可市場購置的硅晶片作為假片按相同的間距放在SOI晶片上。用氫替換爐內(nèi)的氣氛，并把溫度增加至1100℃，而且保持四小時。然后再次降低溫度，從爐中取出晶片。
在熱處理后，使用原子力顯微鏡測量單晶膜的表面粗糙度。均方粗糙度(Rrms)在1μm見方上為0.12nm，而在50μm見方上為0.34nm，該粗糙度表示該表面與可市場購置的硅晶片一樣平滑。此外，用白光照射晶片表面，并用散射光進行目視觀察，發(fā)現(xiàn)沒有例如渦旋狀的圖形。當(dāng)這些晶片用作第一硅晶片接受上述處理時，同樣可以制造SOI晶片。把電阻率0.015Ωcm的摻雜硼的8英寸(100)硅晶片裝入可市場購置的薄片-薄片型外延生長裝置，除氫氣外，還把SiH2Cl2供給該裝置，以淀積厚度0.5μm的外延硅層。然后，把該晶片裝入立式熱處理爐并在其內(nèi)按1100℃加熱處理兩個小時。當(dāng)利用原子力顯微鏡觀察從該裝置中取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，在混合比例為2∶1的HF濃度49wt％的氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，在該表面上形成厚度10μm的多孔硅層。把該硅晶片在氧氣氣氛中400℃下加熱處理一個小時，然后用1.25wt％HF的HF溶液浸泡30秒，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把該晶片裝入薄片-薄片型外延生長系統(tǒng)中，接著把SiH2Cl2和作為運載氣體的H2一起導(dǎo)入該裝置，在900℃和80Torr下淀積平均厚度175nm±3nm的單晶膜。把該硅晶片裝入氧化爐中，并使用氧和氫的燃燒氣體使單晶膜的表面氧化，形成厚度50nm的氧化硅膜。對該硅晶片和石英襯底進行一般用于硅器件處理的濕清洗，然后將其裝入真空室內(nèi)，在真空室內(nèi)把它們暴露在N2等離子體下一分鐘。接著，把晶片從真空室取出，在去離子水中浸泡10分鐘，并相互鍵合。隨后，把一組被鍵合過的晶片的第一硅晶片的背面?zhèn)劝?00μm拋光，制成較薄的第一硅晶片。把被鍵合的晶片裝入熱處理爐，并在300℃下加熱處理24小時，以增強鍵合表面的鍵合強度。把一組鍵合的晶片的硅晶片的背面再次拋光，以露出多孔硅。把一組被鍵合的晶片再次裝入熱處理爐，并在400℃下加熱處理1小時。在氫氟酸和過氧化氫的混合溶液中浸泡該組晶片，通過腐蝕除去多孔硅，并利用濕式清洗進行徹底清洗。把該單晶膜與氧化硅膜一起轉(zhuǎn)移到第二硅晶片，制造SOI晶片。把SOI晶片再次浸泡在堿溶液中，腐蝕表面硅層，使SOI層的厚度下降至約100nm。當(dāng)按平面上10mm格點測量轉(zhuǎn)移的單晶硅的膜厚度時，平均膜厚度為100nm±3nm。此外，當(dāng)使用原子力顯微鏡按256×256測量點測量1μm見方內(nèi)和50μm見方內(nèi)的表面粗糙度時，按照均方粗糙度(Rrms)，表面粗糙度分別為10.1nm和9.8nm。把這樣的SOI晶片裝入立式熱處理爐。氣體從爐的頂部向其底部流動。把晶片按水平狀態(tài)和晶片之間約6mm的間距裝在SiC舟上，使一個SOI晶片的背面面向另一個SOI晶片的SOI層表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。把可市場購置的硅晶片作為假片按相同的間距放在SOI晶片上。用氫替換爐內(nèi)的氣氛，并把溫度增加至970℃，而且保持四小時。然后降低溫度，從爐中取出晶片。
在熱處理后，使用原子力顯微鏡測量單晶膜的表面粗糙度。在多孔層面對密封多孔層的微孔的硅時，均方粗糙度(Rrms)在1μm見方上為0.11nm，而在50μm見方上為0.35nm，該粗糙度表示該表面與可市場購置的硅晶片一樣平滑。
在熱處理后，也用二次質(zhì)譜儀測量單晶膜的硼濃度。發(fā)現(xiàn)該硼濃度降低至5×1015/cm3或更小，該濃度處于適合制造器件的水平。把電阻率0.015Ωcm的摻雜硼的5英寸(111)硅晶片用鹽酸和過氧化氫的混合溶液在80℃下清洗，然后在40wt％NH4F溶液中浸泡三秒鐘。接著，把晶片在去離子水中浸泡三分鐘。當(dāng)利用原子力顯微鏡觀察晶片表面時，觀察到原子臺階之間帶有約200nm間隔的臺階-臺面臺面結(jié)構(gòu)。此外，在按比例為2∶1混合的HF濃度49wt％氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，在該表面上形成厚度10μm的多孔硅層。把該硅晶片在氧氣氣氛中400℃下加熱處理一個小時，然后在1.25wt％HF的HF溶液中浸泡30秒種，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把硅晶片裝入由石英爐管組成的立式熱處理爐中。用氫替換爐中的氣氛，并把溫度增加至1150℃，而且保持兩個小時。接著，再降低溫度，并從爐中取出晶片。然后，使用電子顯微鏡觀察有在其上形成多孔層的晶片表面，發(fā)現(xiàn)沒有殘留孔。
把晶片裝入外延生長裝置中，并在以下條件下形成單晶硅層。
生長溫度1080℃生長壓力760Torr氣體種類H2；230升/分SiH2Cl2；0.4升/分膜厚度2μm使樣品接受缺陷現(xiàn)象腐蝕，然后用光學(xué)顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)堆垛層錯密度為7×103/cm2。另一方面，在形成多孔層前，在未進行用氟化氨的化學(xué)處理時(比較例)，堆垛層錯密度為5×104/cm2。把電阻率10Ωcm的p型8英寸(100)硅晶片裝入可市場購置的薄片-薄片型外延生長裝置，除氫氣外，還把SiH2Cl2和B2H6供給該裝置，淀積厚度0.5μm的外延硅層。當(dāng)利用原子力顯微鏡觀察從該裝置中取出的晶片表面時，觀察到在原子臺階之間有約200nm間隔的臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，利用二次離子質(zhì)譜儀測量硼濃度在深度方向的分布，從表面至0.5μm深度的硼濃度為5×1018/cm3。用氨和過氧化氫的混合液在80℃下清洗該晶片10分鐘，并用去離子水漂洗10分鐘。接著，用1.25wt％HF的HF溶液清洗該晶片30秒，用去離子水沖洗10分鐘，并用旋轉(zhuǎn)干燥機干燥。經(jīng)這種清洗，在厚度上的減少量為4nm，并保留臺階-臺面結(jié)構(gòu)。此外，在混合比低為2∶1的HF濃度49wt％氫氟酸和乙醇溶液中進行晶片表面陽極氧化，在該表面上形成厚度0.7μm的多孔硅層。使用掃描電子顯微鏡并觀察形成多孔硅層的剖面，發(fā)現(xiàn)在表面層中低孔隙率層從表面形成至0.5μm深度，并發(fā)現(xiàn)在低孔隙率層向下至其0.2μm深度處形成高孔隙率層。把該硅晶片在氧氣氣氛下400℃加熱處理一個小時，然后用1.25wt％HF的HF溶液浸泡30秒，除去在多孔層的表面上和在該表面附近形成的很薄的氧化膜。接著，用水徹底清洗該晶片并干燥。隨后，把該晶片裝入薄片-薄片型外延生長系統(tǒng)中，在950℃和600Torr的氫氣氣氛下烘焙一分鐘。接著，在把壓力下降至80Torr后，導(dǎo)入SiH2Cl2，并在900℃的氫氣氣氛下加入硅源氣體，在多孔硅上形成平均厚度為310±4nm的單晶膜。把該硅晶片從外延生長裝置中取出，并裝入在其中使用氧和氫的燃燒氣體的氧化爐中，使單晶膜的表面被氧化，形成200nm厚度的氧化硅膜。通過該氧化，單晶膜的厚度變?yōu)?10nm。對該硅晶片和通過氧化在整個表面上形成的厚度200nm氧化硅膜的第二硅晶片進行一般用于硅器件處理的濕清洗，形成清潔的表面，然后使它們鍵合在一起。把一組鍵合過的硅晶片裝入熱處理爐，并在1100℃下加熱一個小時，以增強鍵合表面的鍵合強度。在氮和氧的混合中增加溫度，用氧替換該熱處理氣氛，然后用氧和氫的燃燒氣體替換該熱處理氣氛，在1100℃下保持一個小時，隨后在氮氣氣氛下降低溫度。當(dāng)水流從硅晶片側(cè)噴向一組硅晶片時，流體楔的作用在高孔隙率多孔層上分開一組硅晶片，露出多孔層。把第二硅晶片的分開的晶片浸泡在HF和過氧化氫的混合溶液中，通過腐蝕除去多孔硅，并通過濕清洗進行徹底清洗。把該單晶膜與氧化硅膜一起轉(zhuǎn)移到第二硅晶片，制造SOI晶片。當(dāng)按平面上10mm格點測量轉(zhuǎn)移的單晶硅的膜厚度時，平均膜厚度為210nm±5nm。此外，當(dāng)使用原子力顯微鏡按256×256測量點測量1μm見方內(nèi)和50μm見方內(nèi)的表面粗糙度時，按照均方粗糙度(Rrms)，表面粗糙度分別為10.1nm和9.8nm。此外，當(dāng)用二次離子質(zhì)譜儀測量硼濃度時，單晶膜的硼濃度為1.2×1018/cm3。用氫氟酸腐蝕除去各SOI晶片背面上的氧化硅膜，然后把SOI晶片裝入由石英爐管組成的立式熱處理爐中。氣體從爐的頂部向其底部流動。如圖8所示，把晶片按水平狀態(tài)和晶片之間約6.3mm的間距裝在SiC舟上，使一個SOI晶片的背面面向另一個SOI晶片的SOI層表面，并使晶片的中心對準(zhǔn)爐管的中心線。把可市場購置的硅晶片作為假片按相同的間距放在SOI晶片上。把爐內(nèi)的氣氛用氫替換，并把溫度增加至1100℃而且保持四小時。然后降低溫度，從爐中取出晶片。再次測量該SOI層的膜厚度。在所有晶片中，SOI晶片的膜厚度減小量為1nm或更小。
在熱處理后，使用原子力顯微鏡測量單晶膜的表面粗糙度。均方粗糙度(Rrms)在1μm見方上為0.12nm，而在50μm見方上為0.34nm，該粗糙度表示表面與可市場購置的硅晶片一樣平滑。在熱處理后，也用二次質(zhì)譜儀測量單晶膜的硼濃度。發(fā)現(xiàn)該硼濃度降低至5×1015/cm3或更小，該濃度處于適合制造器件的水平。
把獲得的SOI晶片浸泡在K2Cr2O7和氫氟酸的混合溶液中，腐蝕至SOI層的厚度變?yōu)?0nm。隨后，把晶片在HF為49wt％的含水溶液中浸泡三分鐘。這使SOI層中所有晶體缺陷被有選擇地腐蝕，形成達(dá)到嵌入氧化膜的孔。接著，當(dāng)把該晶片浸泡在氫氟酸中時，在孔下的嵌入氧化膜被腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡可以容易觀察到這種現(xiàn)象。在本例中，觀察到的晶體缺陷密度為8×10/cm2。
按照上述各實例，多孔硅的孔尺寸分布可以變窄，以改善在多孔硅上形成的非多孔單晶硅半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度。
此外，當(dāng)在含有氫的還原氣氛中通過熱處理密封多孔硅表面的孔時，可以增加孔密封率，或可以減少密封孔所需要的時間。結(jié)果，可以改善表面平滑度和在多孔硅上形成的非多孔單晶硅半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度。
此外，當(dāng)按該順序形成外延硅層和多孔硅時，未用盡成為COP的帶有在其上形成多孔層的半導(dǎo)體基底部件的表面層，從而有助于進一步改善結(jié)晶度和表面特性。此外，當(dāng)按該順序形成p+外延硅層和多孔硅層時，可以選擇便宜的假片作為半導(dǎo)體基底部件，以降低成本。此外，在形成多孔硅層前，當(dāng)在低濃度襯底上形成高濃度摻雜的外延硅層，然后在高濃度摻雜的外延硅層上形成低孔隙率層，同時在低濃度襯底上形成高孔隙率層。因此，可以形成非多孔的單晶硅半導(dǎo)體膜，并與第二部件鍵合，而產(chǎn)生的多層結(jié)構(gòu)可以用高孔隙率層分開，把無孔隙率單晶硅半導(dǎo)體膜轉(zhuǎn)移到第二部件上。
此外，可以在分開的假片上形成外延硅層，以便重復(fù)使用。此外，由于轉(zhuǎn)移到第二部件上的大多數(shù)層已經(jīng)通過外延生長形成，所以假片的膜厚度下降量很小，因此在重復(fù)使用中，因晶片厚度減小造成的強度下降不會產(chǎn)生問題。
此外，在外延層和襯底之間的界面上，因多孔結(jié)構(gòu)的交替，使分開的表面很平滑，從而分開的晶片適合表面平滑處理以便重復(fù)使用。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體基底部件的方法，該方法包括以下步驟在硅基底材料上形成包含原子臺階和臺面的表面，制成多孔表面，然后在其上形成非多孔膜。
2.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，通過在含氫的還原氣氛下的熱處理形成原子臺階和臺面，然后在不清除原子臺階和臺面的條件下清洗該表面來獲得包含原子臺階和臺面的表面。
3.如權(quán)利要求2的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，含氫的還原氣氛包括100％的氫。
4.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，通過形成外延硅層形成原子臺階和臺面，然后在不清除原子臺階和臺面的條件下清洗該表面來獲得包含原子臺階和臺面的表面。
5.如權(quán)利要求4的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，用雜質(zhì)摻雜外延硅層，以轉(zhuǎn)換成p或n型簡并狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，提供表面沒有原子臺階和臺面的硅基底材料，在該表面上形成原子臺階和臺面，在不清除原子臺階和臺面的條件下清洗該表面，并使包含原子臺階和臺面的已清洗的表面形成多孔。
7.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，通過經(jīng)化學(xué)清洗或氣體腐蝕形成原子臺階和臺面來獲得包含臺階和臺面的表面。
8.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在提供的硅基底材料上形成有比提供的硅基底材料的雜質(zhì)濃度高的外延硅層，以形成原子臺階和臺面，在不清除原子臺階和臺面的條件下清洗包含原子臺階和臺面的表面，然后使外延硅層和硅基底材料的表面形成多孔。
9.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，原子臺階的周期為200nm或更大。
10.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，還包括外延生長包含雜質(zhì)的硅基底材料，然后加熱處理該基底材料，以把雜質(zhì)從基底材料擴散至外延層的步驟。
11.一種制造半導(dǎo)體基底部件的方法，該方法包括在硅基底材料上形成包括原子臺階和臺面的表面，使表面多孔形成多孔層，并在其上形成非多孔半導(dǎo)體單晶膜從而提供第一部件的步驟；把第一部件和第二部件鍵合在一起，獲得在其內(nèi)側(cè)有非多孔半導(dǎo)體單晶膜的多層結(jié)構(gòu)的步驟；和除去多層結(jié)構(gòu)中的多孔層的步驟。
12.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，利用在包含氫的還原氣氛下的熱處理，形成原子臺階和臺面，然后在不消除原子臺階和臺面的條件下清洗該表面，從而獲得包括原子臺階和臺面的表面。
13.如權(quán)利要求12的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，包含氫的還原氣氛包括100％的氫。
14.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，利用形成外延硅層形成原子臺階和臺面，然后在不消除原子臺階和臺面的條件下清洗該表面來獲得包括原子臺階和臺面的表面。
15.如權(quán)利要求14的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，用雜質(zhì)摻雜外延硅層，使其轉(zhuǎn)換成p或n型簡并狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，提供表面沒有原子臺階和臺面的硅基底材料，在該表面上形成原子臺階和臺面，在不消除原子臺階和臺面的條件下清洗該表面，使包括原子臺階和臺面的清洗過的該表面形成多孔。
17.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，利用化學(xué)清洗或氣體腐蝕形成原子臺階和臺面來獲得包括臺階和臺面的表面。
18.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在提供的硅基底材料上形成比提供的硅基底材料的雜質(zhì)濃度大的外延硅層以形成原子臺階和臺面，在不消除原子臺階和臺面的條件下清洗包括原子臺階和臺面的表面，然后使外延硅層和硅基底材料的該表面形成多孔。
19.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，原子臺階之間的間隔為200nm或更大。
20.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，還包括在包含雜質(zhì)的硅基底材料的表面上生長外延層，然后熱處理該表面，以把雜質(zhì)從硅基底材料擴散至外延層的步驟。
21.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在與第一和第二部件中的至少一個鍵合的表面上形成絕緣膜。
22.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，第二部件是絕緣體。
23.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，通過除去未制成多孔的硅基底材料，然后除去露出的多孔層，進行從多層結(jié)構(gòu)中除去多孔層的步驟。
24.如權(quán)利要求23的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，通過研磨、拋光和腐蝕中的至少之一來除去未制成多孔的硅基底材料。
25.如權(quán)利要求23的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在多孔層的內(nèi)側(cè)和/或與多孔層的界面上分離多層結(jié)構(gòu)，除去未制成多孔的硅基底材料。
26.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，使整個硅基底材料形成多孔。
27.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在p-或n-硅區(qū)域上通過淀積p+外延硅層，或在n-硅區(qū)域上通過淀積n+外延硅層來形成包括原子臺階和臺面的表面，形成多孔層以便至少進入部分p-或n-硅區(qū)域。而且在p-或n-硅區(qū)域的多孔層內(nèi)側(cè)和/或該區(qū)域和多孔層之間的界面上分離多層結(jié)構(gòu)。
28.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在分離步驟中分離的硅基底材料被再次用作用于第一部件的硅基底材料。
29.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，硅基底材料是假等級硅晶片。
30.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在把包括原子臺階和臺面的硅基底材料表面制成多孔后，在包含氫的還原氣氛中進行熱處理，密封制成多孔的表面的孔。
31.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在把包括原子臺階和臺面的硅基底材料表面制成多孔后，氧化多孔硅中孔的內(nèi)壁表面和多孔硅的表面。
32.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在把包括原子臺階和臺面的硅基底材料表面制成多孔后，氧化多孔硅中孔的內(nèi)壁表面和多孔硅的表面，然后在包含氫的還原氣氛中進行熱處理，密封制成多孔的表面的孔。
33.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，在氧化多孔硅中孔的內(nèi)壁表面和多孔硅的表面后，從多孔硅的表面上剝掉氧化膜。
34.如權(quán)利要求1或11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，非多孔半導(dǎo)體單晶膜包括硅。
35.如權(quán)利要求1或11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，硅基底材料為單晶硅。
36.如權(quán)利要求1或11的制造半導(dǎo)體基底部件的方法，其特征在于，硅基底材料為(100)單晶硅。
37.用如權(quán)利要求1至36中任一個制造半導(dǎo)體基底部件的方法制造的半導(dǎo)體基底部件。
全文摘要
為了實現(xiàn)多孔層的孔尺寸分布均勻,在硅基底材料的表面上形成包括原子臺階和臺面的表面,在不消除該臺階和臺面的情況下制成多孔,然后在其上形成非多孔的半導(dǎo)體單晶膜。
文檔編號H01L21/762GK1248788SQ9911969
公開日2000年3月29日 申請日期1999年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月23日
發(fā)明者佐藤信彥, 松村聰 申請人:佳能株式會社