專利名稱：半導(dǎo)體襯底及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到半導(dǎo)體襯底的制作方法，特別是涉及到一種具有多個(gè)多孔層的半導(dǎo)體襯底的制作方法。
在絕緣體上形成單晶Si半導(dǎo)體層的技術(shù)被統(tǒng)稱為半導(dǎo)體上絕緣體(SOI)技術(shù)，由于采用SOI技術(shù)的器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如不用象制造普通Si集成電路那樣使用體Si襯底，這方面的研究已經(jīng)有了許多進(jìn)展。具體地說(shuō)，使用SOI技術(shù)可以提供以下優(yōu)點(diǎn)1.易于介電隔離和高度集成化；2.優(yōu)良的抗輻射性能；3.減少寄生電容，從而提高速度；4.可以免除阱形成步驟；5.防止閂鎖；以及6.可以用薄膜結(jié)構(gòu)制成完全耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
為了在器件特性中實(shí)現(xiàn)上述的各種優(yōu)點(diǎn)，許多年以來(lái)人們一直在探索SOI結(jié)構(gòu)的制作方法。例如，在Special Issue“Single-crystal silicon onnon-single-crystal insulators”edited by G.W.Cullen，Journal of CrystalGrowth，Vol.63，No.3，pp.429-590(1993)中概括了這些研究的內(nèi)容。在初期階段，已知的方法是在一個(gè)單晶蘭寶石襯底上采用CVD(化學(xué)氣相淀積)通過(guò)異質(zhì)外延生長(zhǎng)硅形成SOS(蘭寶石上的硅)。盡管這種技術(shù)作為最成熟的SOI技術(shù)取得了一定的成功，其廣泛應(yīng)用仍然受到了阻礙，這些阻礙包括大量的晶體缺陷，這種缺陷是由于Si層和下面的蘭寶石襯底之間的界面上的晶格不匹配，以及受到蘭寶石襯底中的鋁的沾污而造成的，特別是還有襯底的昂貴價(jià)格和大面積襯底的制作工藝滯后。近來(lái)已經(jīng)有人對(duì)不使用蘭寶石襯底的SOI結(jié)構(gòu)進(jìn)行了嘗試。這些嘗試可以被劃分成以下兩類(1)在一個(gè)Si單晶襯底被表面氧化之后形成一個(gè)使Si襯底局部暴露的窗口，將暴露部分作為籽晶來(lái)執(zhí)行橫向外延生長(zhǎng)，從而在SiO2上形成Si單晶層(包括淀積在SiO2上的Si層)；以及(2)將一個(gè)Si單晶襯底本身作為一個(gè)有源層，在其下面形成一個(gè)SiO2層(不包括淀積的Si層)。
在化合物半導(dǎo)體上形成的器件具有優(yōu)良的特性，例如高速度和發(fā)光性能等等，這些性能在硅襯底上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。近來(lái)的器件大多數(shù)是在諸如GaAs一類的化合物半導(dǎo)體襯底上外延生長(zhǎng)的層中形成的。
然而，化合物半導(dǎo)體襯底也伴隨著一些缺點(diǎn)，例如價(jià)格昂貴，機(jī)械強(qiáng)度低，并且難以制作大面積的晶片。
面對(duì)這種情況，人們開始嘗試在硅晶片上異質(zhì)外延生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體層，因?yàn)檫@種晶片價(jià)格低廉，機(jī)械強(qiáng)度高，并且易于制成大面積。
在上述的(1)類中，已知的方法有通過(guò)CVD直接橫向外延生長(zhǎng)一個(gè)單晶Si層的方法，淀積非晶Si并且通過(guò)熱處理而獲得固相橫向外延生長(zhǎng)的方法，用電子束或是激光束等等聚焦的能量束照射非晶或是多晶Si層的方法，在SiO2上通過(guò)熔化和再結(jié)晶而生長(zhǎng)出一個(gè)單晶體層，以及一種區(qū)熔再結(jié)晶方法，該方法是對(duì)一個(gè)棒狀加熱器構(gòu)成的熔化范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行掃描。這些方法各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，但是，從進(jìn)一步大幅度改進(jìn)控制性能，產(chǎn)量，均勻性，以及產(chǎn)品質(zhì)量的角度來(lái)看，沒(méi)有一種能夠滿足工業(yè)化的市場(chǎng)要求。具體地說(shuō)，CVD方法需要依靠氧化來(lái)獲得平坦的薄膜，而固相生長(zhǎng)方法的結(jié)晶度不足。射束熱處理方法的問(wèn)題在于聚焦射束掃描所需要的處理時(shí)間和射束重疊度以及射束聚焦的控制性能。區(qū)熔再結(jié)晶方法是一種最先進(jìn)的水平，已經(jīng)可以用來(lái)制造較大規(guī)模的集成電路，但是襯底上仍然包含許多諸如亞晶界一類的晶體缺陷，并且不足以達(dá)到能夠制作少數(shù)載流子器件的水平。
另一方面，在第(2)類不用Si襯底作為外延生長(zhǎng)的籽晶的方法中包括以下四種方法(a)在通過(guò)各向異性蝕刻而形成V形槽的一個(gè)單晶Si襯底表面上形成氧化膜，然后在氧化膜上淀積多晶Si層，其厚度與Si襯底相同，并且從后面對(duì)Si襯底拋光，在厚的多晶Si層上形成被V形槽包圍并且介電隔離的Si單晶體區(qū)域。這種方法具有滿意的結(jié)晶度，但是在淀積厚度達(dá)幾百微米的多晶Si層的步驟以及從后面對(duì)單晶Si襯底進(jìn)行拋光以便僅僅保留隔離的Si有源層的步驟中存在控制性能和產(chǎn)量的問(wèn)題；
(b)所謂的SIMOX(離子注入氧隔離)方法通過(guò)在Si單晶襯底中進(jìn)行氧離子注入來(lái)形成SiO2層，這是當(dāng)前最先進(jìn)的方法，因?yàn)榭梢院蚐i工藝實(shí)現(xiàn)良好的匹配。然而，形成SiO2層需要1018離子/cm2以上的氧離子注入量，這樣就需要很長(zhǎng)的注入時(shí)間，從而限制了產(chǎn)量，并且晶片成本很高。即使是這樣仍然會(huì)留下許多晶缺陷，并且這種方法尚未達(dá)到在工業(yè)化生產(chǎn)中足以制作少數(shù)載流子器件的產(chǎn)品質(zhì)量。
(c)還有一種通過(guò)多孔Si的氧化介電隔離作用來(lái)形成SOI結(jié)構(gòu)的方法。這種方法包括在P型Si單晶襯底的一個(gè)表面上的島狀體中用質(zhì)離子注入(Imai et al.，J.Crystal Growth，Vol.63，547(1983))或是外延生長(zhǎng)和構(gòu)圖來(lái)形成N型Si層，然后在HF溶液中對(duì)該表面進(jìn)行陽(yáng)極化處理，以便包住Si島，僅僅使P型Si襯底形成多孔，并且通過(guò)加速氧化實(shí)現(xiàn)N型Si島的介電隔離。在這種方法中，在制作器件之前就限定了隔離的Si區(qū)域，因此，在設(shè)計(jì)器件時(shí)的自由度就會(huì)受到限制；以及(d)除了以上慣用的幾種SOI形成方法之外，近來(lái)還有一種方法是通過(guò)熱處理或是粘合劑將Si單晶襯底鍵合到另一個(gè)熱氧化的Si單晶襯底上，從而形成SOI結(jié)構(gòu)。在這種方法中，用來(lái)形成器件的有源層必須構(gòu)成一個(gè)均勻的薄膜。與上述方法的區(qū)別在于必須將一個(gè)幾百微米厚度的Si單晶襯底制成一微米以下的薄膜。此處建議采用以下兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)(a)通過(guò)拋光而形成薄膜；(b)通過(guò)選擇性蝕刻來(lái)形成薄膜。
然而，方法(a)很難提供均勻的薄膜。特別是在亞微米厚度的薄膜中容易出現(xiàn)問(wèn)題，厚度的偏差可以達(dá)到百分之幾十，并且隨著晶片直徑的增大而難以發(fā)現(xiàn)。
方法(b)可以有效地獲得均勻的薄膜，但是伴隨著以下的限制-選擇性大約只有102，這是不夠的；-蝕刻之后的表面質(zhì)量不足；以及-隔離膜(SOI層)上的半導(dǎo)體層的結(jié)晶度不足，這是因?yàn)橥庋由L(zhǎng)或是異質(zhì)外延生長(zhǎng)是在通過(guò)離子注入而形成的高度B-摻雜的Si層上進(jìn)行的(C.Harendt et al.，J.Elect.Mater.，Vol.20，267(1991)，H.Baumgart etal.，Extended Abstract of ECS 1st International Sympsium of WaferBonding，pp.733(1991)，C.E.Hunt，Extended Abstract of ECS 1stInternational Sympsium of Wafer Bonding，pp.696(1991))。
另外，采用鍵合技術(shù)的半導(dǎo)體襯底必須要有兩個(gè)晶片，其中之一在拋光或是蝕刻過(guò)程中大部分被除掉了，這樣就會(huì)明顯地浪費(fèi)有限的自然資源。
因此，采用鍵合技術(shù)的SOI目前在控制性能，均勻性以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面仍然存在各種問(wèn)題。
此外，在以玻璃為代表的透明襯底的情況下，淀積在襯底上的薄膜Si層通常是非晶或是多晶，這就反映出了襯底的缺陷，不能用來(lái)制作高性能的器件。這是因?yàn)橐r底是一種非晶，如果在上面淀積過(guò)多的Si層則不能提供優(yōu)質(zhì)的單晶體層。
然而，這種透明襯底在制作接觸傳感器一類的光接收元件或是突出式液晶圖像顯示器時(shí)是非常重要的，并且可以構(gòu)成這種傳感器或是高密度顯示器件的象素(圖像元件)，具有較高的分辨率和較高的精度，因而需要較高性能的驅(qū)動(dòng)元件。因此，裝在透明襯底上的器件必須是用優(yōu)良結(jié)晶度的單晶體層制成的。
因此，由于晶體結(jié)構(gòu)中存在大量的晶體缺陷，在非晶或是多晶Si中難以制作性能足以滿足當(dāng)前或未來(lái)要求的驅(qū)動(dòng)元件。
如上所述，通常是用化合物半導(dǎo)體襯底來(lái)制作化合物半導(dǎo)體器件。然而，化合物半導(dǎo)體襯底價(jià)格昂貴，并且很難制成大面積的襯底。
另外的嘗試還有在Si襯底上外延生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體例如GaAs，但是生成的膜的結(jié)晶度不夠，這是因?yàn)榫Ц癯?shù)和熱膨脹系數(shù)的不同而造成的，因此，這種膜很難用來(lái)制作器件。
另外的嘗試是在多孔Si上外延生長(zhǎng)一種化合物半導(dǎo)體，以便消除晶格不匹配現(xiàn)象，但是獲得的襯底在制作器件的過(guò)程中或是之后缺乏穩(wěn)定性和可靠性，這是因?yàn)槎嗫譙i熱穩(wěn)定性差，并且隨時(shí)間而變化。
除了SOI晶片的上述制作方法之外，在日本專利申請(qǐng)公開5-21338號(hào)中公開的一種在多孔層上形成無(wú)孔單晶半導(dǎo)體層，并且通過(guò)一個(gè)絕緣層將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到一個(gè)支撐襯底上的方法，從獲得SOI層的優(yōu)良的厚度均勻性的角度來(lái)看是很好的，容易將SOI層的晶體缺陷密度控制在較低的水平，SOI層的表面平坦性良好，不需要專用規(guī)格的昂貴制造設(shè)備，并且可以用同一個(gè)設(shè)備制造厚度范圍從幾百埃到10微米左右的SOI膜。
如日本專利申請(qǐng)公開7-302889號(hào)中所述的例子，如果將第一襯底和第二襯底鍵合在一起，然后在不損壞的情況下在單個(gè)多孔層上分離第一和第二襯底，分別平滑殘余在第一和第二襯底表面上的剩余層，然后在上面再次形成可再使用的多孔層，第一襯底就能多次使用。這樣就能獲得顯著降低制造成本并且簡(jiǎn)化制造工藝本身的明顯優(yōu)點(diǎn)。
然而，即便是可以用上述方法在多孔層上分離鍵合的晶片，仍然存在一些有待解決的問(wèn)題。例如，在多孔層上分離鍵合的晶片有可能造成第一襯底或第二襯底的局部損壞，或是會(huì)在設(shè)在多孔層上面的無(wú)孔單晶半導(dǎo)體層中產(chǎn)生諸如裂縫或是位錯(cuò)等等缺陷。但是有時(shí)候不能在多孔層上實(shí)現(xiàn)分離，盡管其原因還不清楚，但出現(xiàn)這種現(xiàn)象的頻率很低。為了獲得穩(wěn)定的分離，另一種有效的方法如上述的日本專利申請(qǐng)公開7-302889中所述，在陽(yáng)極化進(jìn)程中改變電流，從而形成兩個(gè)多孔層。
用這種方法容易分離鍵合的襯底，但是，在從形成多孔層的陽(yáng)極化步驟到完成鍵合步驟中間的任何一步中，多孔層都可能提前發(fā)生破裂。過(guò)早的破損會(huì)使鍵合步驟無(wú)法進(jìn)行，或是由于破裂的多孔層或是形成在該層上面的無(wú)孔單晶體層產(chǎn)生的碎片在制作步驟中造成污染。例如，在陽(yáng)極化設(shè)備中進(jìn)行陽(yáng)極化處理的過(guò)程中，如果多孔層出現(xiàn)即使是局部的剝離，在這種襯底就不可能再形成均勻的無(wú)孔單晶體層了。
當(dāng)多孔層在陽(yáng)極化槽的電解液中發(fā)生剝離時(shí)，均勻地剝離并且恢復(fù)多孔層的可能性是很小的，但是，通常的情況是多孔層的一部分發(fā)生局部剝離?；蛘呤莿冸x的多孔層可能破裂成細(xì)碎的微粒，使多孔層散發(fā)出微粒。這種微?？赡軙?huì)淀積在另一個(gè)第一襯底的表面上，使多孔層的表面均勻性下降，并且在該層上面形成的無(wú)孔半導(dǎo)體層中形成小洞。另外，這種微?？赡苓M(jìn)一步降低半導(dǎo)體層厚度的均勻性，或是其中產(chǎn)生晶體缺陷。此外，淀積的微粒可能會(huì)形成空隙，這種空隙在鍵合兩個(gè)襯底時(shí)會(huì)形成不能鍵合的部位。
多孔層在鍵合步驟之前發(fā)生剝離的現(xiàn)象不僅會(huì)發(fā)生在陽(yáng)極化步驟中，還可能發(fā)生在鍵合前、后的任何步驟中，例如發(fā)生在加熱爐中的后續(xù)氧化步驟中，在CVD一類的裝置中形成無(wú)孔半導(dǎo)體層的后續(xù)步驟中，在鍵合之后為了改善鍵合強(qiáng)度而在加熱爐中進(jìn)行退火的步驟中，或是發(fā)生在各個(gè)步驟之間需要反復(fù)進(jìn)行的清洗步驟中。
無(wú)論是在哪一步驟中，即使是多孔層出現(xiàn)局部的破損，就不可能制成理想的半導(dǎo)體襯底了，不僅如此，如果各種加工設(shè)備受到了多孔層的破裂碎片微粒的污染，設(shè)備就必須停止使用，并且需要徹底地清除這些微粒。
即使是多孔層在分離步驟之前沒(méi)有發(fā)生破損，遺留在轉(zhuǎn)移到第二襯底上的無(wú)孔半導(dǎo)體層上的多孔層在整個(gè)襯底表面內(nèi)的厚度也不一定是均勻的。這種不均勻的厚度是由于多孔層的局部破損或是剝離造成的。由于這種厚度不均勻的多孔層的存在，在后續(xù)的蝕刻過(guò)程中，無(wú)孔半導(dǎo)體層可能受到局部的過(guò)度蝕刻，這樣就不能獲得厚度均勻的層。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體襯底，在鍵合的襯底被分離之前，其中的多孔區(qū)域不容易出現(xiàn)破損，并且提供一種制作這種襯底的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體襯底，其中在多孔區(qū)域的預(yù)定位置可以進(jìn)行能夠恢復(fù)的分離，并且提供一種制作這種襯底的方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種半導(dǎo)體襯底，它能夠作為一種優(yōu)質(zhì)并且廉價(jià)的SOI襯底，并且提供一種制作這種襯底的方法。
按照本發(fā)明，上述的目的可以通過(guò)包括以下步驟的一種半導(dǎo)體襯底制作方法來(lái)實(shí)現(xiàn)制備具有多孔區(qū)域以及布置在多孔區(qū)域上的無(wú)孔半導(dǎo)體層的第一襯底；將無(wú)孔半導(dǎo)體層鍵合在第二襯底上；在多孔區(qū)域上分離鍵合的第一和第二襯底；以及去掉遺留在分離的第二襯底上的多孔區(qū)域；其中的多孔區(qū)域是這樣形成的，使多孔區(qū)域包括與無(wú)孔半導(dǎo)體層相鄰的第一多孔層和具有較高的孔隙率并且厚度小于第一多孔層的第二多孔層，而第二多孔層的厚度不超過(guò)第一多孔層厚度的80％，并且第二多孔層的孔隙率是30％到60％。
按照本發(fā)明還提供了一種用于半導(dǎo)體襯底的合成部件，它包括第一襯底，設(shè)在第一襯底上的多孔區(qū)域，設(shè)在多孔區(qū)域上的無(wú)孔半導(dǎo)體層，以及設(shè)在無(wú)孔半導(dǎo)體層上的第二襯底；其中的多孔區(qū)域包括與無(wú)孔半導(dǎo)體層相鄰的第一多孔層和具有較高的孔隙率并且厚度小于第一多孔層的第二多孔層，而第二多孔層的厚度不超過(guò)第一多孔層厚度的80％，并且第二多孔層的孔隙率是30％到60％。
在說(shuō)明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語(yǔ)“孔隙率”是指這些孔在多孔層的體積內(nèi)相對(duì)于構(gòu)成多孔層的材料所占有的體積比例。
為了在鍵合之后便于分離，第二多孔層的孔隙率被維持在30％到60％的范圍內(nèi)，最好是40％到60％。在孔隙率低于這一范圍時(shí)也可以分離。然而，在分離過(guò)程中有可能在第一或第二襯底中或是設(shè)在第一襯底的多孔層上的無(wú)孔層中造成局部的破損，裂縫或是滑動(dòng)位錯(cuò)。為了避免此類現(xiàn)象，需要將孔隙率維持在30％到60％的范圍。另外，如果用“t1”來(lái)表示與無(wú)孔半導(dǎo)體層相鄰的第一多孔層的厚度，并且用“t2”來(lái)表示第二多孔層的厚度，應(yīng)滿足0.8t1＞t2的關(guān)系。所選擇的t2不大于t1的80％，最好是它的50％。如果能滿足這一關(guān)系，在分離之后遺留在無(wú)孔半導(dǎo)體層上的多孔區(qū)域在第二襯底表面內(nèi)部的厚度基本上是均勻的。因此，如果在此后有選擇地蝕刻遺留的多孔區(qū)域，沒(méi)有被蝕刻的無(wú)孔半導(dǎo)體層就可以保持均勻的厚度。
具有上述孔隙率和厚度等相對(duì)關(guān)系的這種多孔區(qū)域的存在可以防止多孔區(qū)域在分離步驟之前發(fā)生剝離或是破損。


圖1A，1B，1C和1D是一些示意性的截面圖，用來(lái)表示本發(fā)明中用于制作半導(dǎo)體襯底的基本過(guò)程；圖2A，2B，2C，2D和2E是一些示意性的截面圖，表示本發(fā)明中用于制作半導(dǎo)體襯底的一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程；圖3A，3B，3C，3D和3E是一些示意性的截面圖，表示本發(fā)明中用于制作半導(dǎo)體襯底的另一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程；圖4A，4B，4C，4D和4E是一些示意性的截面圖，表示本發(fā)明中用于制作半導(dǎo)體襯底的再一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程；圖5是一個(gè)圖表，表示本發(fā)明中采用的陽(yáng)極化工藝中的陽(yáng)極化時(shí)間和陽(yáng)極化電流之間的關(guān)系；圖6是一個(gè)圖表，表示第一多孔層的厚度與用于形成第二多孔層的陽(yáng)極化電流之間的關(guān)系；以及圖7是一個(gè)圖表，表示第一多孔層的厚度與第二多孔層的孔隙率之間的關(guān)系。
以下要參照?qǐng)D1A到1D來(lái)說(shuō)明按照本發(fā)明制作半導(dǎo)體襯底的基本過(guò)程。
參見圖1A，首先制備具有多孔區(qū)域1和設(shè)在多孔區(qū)域1上的無(wú)孔半導(dǎo)體層13的第一襯底10。
多孔層1所形成的結(jié)構(gòu)至少包括與無(wú)孔半導(dǎo)體層13相鄰的第一多孔層11和第二多孔層12。
選擇的第二多孔層12的孔隙率p2大于第一多孔層11的孔隙率p1，并且孔隙率P2被選擇在30％到60％的范圍之內(nèi)。
另外，第二多孔層12的厚度t2被選擇在不超過(guò)第一多孔層11的厚度t1的80％。
然后，如圖1B所示，通過(guò)一個(gè)絕緣層15將第一襯底10和第二襯底14鍵合在一起，從而獲得可以形成半導(dǎo)體襯底的合成部件2。
絕緣層15最好是在鍵合之前至少形成在第一襯底10或是第二襯底14的一個(gè)表面上。
然后，如圖1C所示，將第一襯底和第二襯底分離，這種分離發(fā)生在第一多孔層11和第二多孔層12的界面上，或是發(fā)生在第二多孔層靠近上述界面的部位，或是發(fā)生在包括整個(gè)第二多孔層的部位。
這樣就能用殘留在第二襯底上的第一多孔層11形成一個(gè)厚度均勻的剩余層11b。另一方面，在第一襯底上可以有也可以沒(méi)有殘留的第二多孔層12的剩余層12b。
然后，如圖1D所示，去掉殘留在第二襯底14的表面也就是無(wú)孔半導(dǎo)體層13上的第一多孔半導(dǎo)體層11b。用這種方式就可以獲得一個(gè)SOI襯底，它的無(wú)孔半導(dǎo)體層13通過(guò)絕緣層15座落在第二襯底14上。
在必要時(shí)還可以去掉殘留在第一襯底10上的第二多孔層12b，分離的第一襯底10還可以用作第一或是第二襯底。
在形成多孔區(qū)域1之前，第一襯底的初始材料最好是選擇Si，Ge，GaAs，InP，SiC或是SiGe等半導(dǎo)體材料。
可以通過(guò)使初始材料的表面多孔化或是另外在初始材料表面上形成多孔的區(qū)域。
孔隙率P(％)代表這些孔的體積在多孔層的體積內(nèi)相對(duì)于構(gòu)成多孔層的材料的體積比例。如下所述，孔隙率是用多孔部件的密度m和與多孔部件相同的材料制成的無(wú)孔部件的密度M來(lái)表示的P＝((M-m)/M)×100％…(1)多孔部件的密度m是用含孔的多孔部件的現(xiàn)有重量G除以含孔的多孔部件的現(xiàn)有體積V而獲得的，即m＝G/V。
實(shí)際上，在表面層上，第一襯底的多孔層的孔隙率P(％)從多孔的表面開始的深度僅僅是d，它是這樣確定的P＝((A-a)/(A-B))×100％…(2)其中的A是第一襯底在形成多孔層之前的重量，a是第一襯底在形成多孔層之后的重量，而B是從第一襯底上完全除去多孔層之后的重量。
為了在以后形成的無(wú)孔半導(dǎo)體層中減少晶體缺陷，在與無(wú)孔半導(dǎo)體層相鄰的第一多孔層中的孔隙率應(yīng)該維持在越低越好。這是因?yàn)?，在多孔區(qū)域上形成無(wú)孔半導(dǎo)體層的初期，多孔區(qū)域中的孔是填充的，并且孔隙率越低就越容易被填充，這樣就能減少無(wú)孔半導(dǎo)體層的晶體缺陷。出于這種原因，第一多孔層的孔隙率應(yīng)該小于30％，最好是不大于20％。
另外，為了更容易實(shí)現(xiàn)鍵合襯底的分離，第二多孔層的孔隙率應(yīng)該選擇在不小于30％，最好是不小于40％，但是不能大于60％。這種選擇是為了減少在多孔層中構(gòu)成孔壁的部分，，這樣就能提供更加脆弱的多孔結(jié)構(gòu)，并且在該部位上容易破損。
為了分離鍵合的襯底，第二多孔層可以做得很薄。為了有效地分離襯底，其厚度至少是50nm，最好是至少100nm。而厚度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致難以精確地控制第二多孔層的厚度。
另一方面，即使是第二多孔層的孔隙率不是很大，第二多孔層的厚度過(guò)大仍可能會(huì)導(dǎo)致在鍵合之前脫離第一多孔層。為了避免這種剝離現(xiàn)象，形成的第二多孔層應(yīng)該比第一多孔層薄。由于在低孔隙率的部位會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，如果形成的高孔隙率部位比低孔隙率部位厚，低孔隙率部位就會(huì)過(guò)于脆弱，有可能在鍵合之前發(fā)生破裂，低孔隙率的部位就會(huì)脫離。即使是第一多孔層很厚，形成的第二多孔層的厚度也不應(yīng)該大于3μm。因此將第二多孔層的厚度選擇在不超過(guò)3μm。具體地說(shuō)，考慮到便于分離，對(duì)于直徑不超過(guò)6英寸的襯底來(lái)說(shuō)，第二多孔層的厚度被選擇在從1nm到1μm的范圍內(nèi)，而對(duì)于8英寸以上直徑的襯底則選擇在1到3μm的范圍內(nèi)。
在必要時(shí)可以在第一和第二多孔層之間或是在與第一多孔層相對(duì)的第二多孔層一側(cè)再提供一個(gè)多孔層，其孔隙率處在第一和第二多孔層的孔隙率之間。分離時(shí)的應(yīng)力集中在孔隙率最高的層上，其作用相當(dāng)于第二多孔層。
以下以硅為例給出詳細(xì)的解釋。盡管還取決于孔隙率的等級(jí)，多孔Si的機(jī)械強(qiáng)度被認(rèn)為明顯地低于體Si。因此，如果對(duì)鍵合的晶片施加壓力，拉力或是剪切力，多孔Si層就會(huì)首先破裂。隨著孔隙率等級(jí)的增大，用較弱的力就能使多孔層破裂。如果多孔層是由不同孔隙率的多個(gè)層構(gòu)成的，應(yīng)力將會(huì)集中在孔隙率最高的層中，從該層開始破損。
利用HF溶液，可以通過(guò)陽(yáng)極化制成多孔Si襯底。與密度為2.33g/cm3的單晶Si相比，通過(guò)在50-20％的范圍內(nèi)改變HF溶液的濃度，就可以在1.1-0.6g/cm3的范圍內(nèi)改變多孔Si層的密度。在N-型Si層中不容易形成多孔層，但是在P-型Si襯底中容易形成，以下要說(shuō)明其原因。根據(jù)透射電子顯微鏡中的觀察，多孔Si層包含平均直徑為100-600埃的孔。
多孔Si是1956年由Uhlir等人在研究電解拋光的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的(A.Uhlir，Bell Syst.Tech.J.，Vol.35，333(1956))。
另外，Unagami等人還研究了Si在陽(yáng)極化過(guò)程中的溶解反應(yīng)，并且有報(bào)告說(shuō)Si在包含正空穴的HF溶液中的陽(yáng)極化反應(yīng)具有下述的反應(yīng)式(T.Unagami，J.Electrochem.Soc.，Vol.127，476(1980))
或是其中的e+和e-分別代表一個(gè)正空穴和一個(gè)電子。n和λ表示在溶解一個(gè)Si原子時(shí)需要的正空穴數(shù)量，在報(bào)告中還提到在滿足n＞2或是λ＞4的條件時(shí)可以形成多孔Si。
根據(jù)上述報(bào)告，包含正空穴的P-型Si可以制成多孔的，但是N-型Si不容易做到。Nagano等人和Imai在(Nagano，Nakajima，Yasuno，Ohnaka andKajiwara，Technical Research Report of Electronic CommunicationsSociety，Vol.79，SSD79-9549(1979)，K.Imai，Solid-State Electronics，Vol.24，159(1981))中提出了形成在這種多孔構(gòu)造中的選擇性。然而也有報(bào)告說(shuō)，如果雜質(zhì)濃度很高，在N-型Si中也可以形成多孔構(gòu)造(R.P.Holmstrom andJ.Y.Chi，Appl.Phys.Lett.，Vol.42，386(1983))，因此，重要的問(wèn)題在于選擇一種能夠形成多孔構(gòu)造的襯底，無(wú)論是P-型還是N-型。
通過(guò)透射電子顯微鏡中的觀察，多孔Si層包含平均直徑為100-600埃的孔。即使是在密度降低到單晶Si密度的一半以下時(shí)仍可以維持單一的結(jié)晶度，這樣就能在多孔層上外延生長(zhǎng)一個(gè)單晶Si層。然而，在溫度超過(guò)1000℃時(shí)，內(nèi)部的孔會(huì)重新排列，造成加速的蝕刻特性惡化。因此，Si層的外延生長(zhǎng)適合采用低溫方法，例如分子束外延生長(zhǎng)，等離子體CVD，低壓CVD，照相CVD，偏置濺射，或是液相生長(zhǎng)。
另外，由于在多孔層內(nèi)部存在大量的空隙，其密度會(huì)降低到一半以下。其結(jié)果使得表面面積與其體積相比急劇增大，因此，與普通的單晶層相比，其化學(xué)蝕刻速度明顯地加快。
本發(fā)明中采用的無(wú)孔半導(dǎo)體層是由一層或是多層半導(dǎo)體構(gòu)成的，例如Si，Ge，GaAs，InP，SiC，SiGe，GaN或是GaP。如果采用多層，各層的導(dǎo)電類型可以是彼此不同的，或是可以在層間形成異質(zhì)結(jié)。
可以通過(guò)在多孔區(qū)域上淀積一個(gè)無(wú)孔半導(dǎo)體層來(lái)形成無(wú)孔半導(dǎo)體層，或是在一種無(wú)孔初始材料的表層下面通過(guò)離子注入形成一個(gè)多孔層，并且用還沒(méi)有被制成多孔狀態(tài)的表層作為無(wú)孔的半導(dǎo)體層。
本發(fā)明中采用的第二襯底可以從Si，Ge，SiC，SiGe，GaAs或是InP等半導(dǎo)體中選擇，或是采用例如石英，熔融石英，石英玻璃，玻璃，藍(lán)寶石等等絕緣材料。
用來(lái)分離鍵合的襯底的方法可以采用日本專利申請(qǐng)公開7-302889號(hào)中公開的任何分離方法，例如用超聲波等等波的能量輻射，從平行于鍵合襯底的鍵合面的多孔層的側(cè)面插入一個(gè)分離部件，利用滲入多孔層中的一種材料的膨脹能量，從盤形襯底的一個(gè)側(cè)面對(duì)多孔層進(jìn)行選擇蝕刻，或是使多孔層暴露，從多孔層的側(cè)面氧化多孔層，并且利用氧化時(shí)的體積膨脹。
圖2A到2E表示在圖1A到1D所示的基本過(guò)程的基礎(chǔ)上制作一個(gè)半導(dǎo)體襯底的過(guò)程，并且構(gòu)成了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
如圖2A中所示，在第一襯底10的表面上形成第一多孔層11和第二多孔層12。第二多孔層12的孔隙率被選擇在不小于30％，而第一多孔層11的孔隙率被選擇在小于30％。另外，第二多孔層12的厚度被選擇在不超過(guò)第一多孔層11厚度的0.8倍。
通過(guò)陽(yáng)極化工藝可以有效地形成具有上述限制的第一和第二多孔層。首先在第一襯底10的表面上用第一陽(yáng)極化電流形成第一多孔層11，然后使電流增大，使第一多孔層下面的第一襯底的無(wú)孔部分多孔化，從而形成第二多孔層12。也可以通過(guò)更換陽(yáng)極化液體來(lái)代替增加電流的方式，以便在同樣的電流下通過(guò)陽(yáng)極化形成第二多孔層12。
然后，如圖2B所示，在多孔層11上形成無(wú)孔半導(dǎo)體層13，并且在必要時(shí)對(duì)無(wú)孔半導(dǎo)體層13的表面進(jìn)行絕緣處理。
然后，如圖2C所示，在室溫下將具有第二襯底14并且上面支撐著一個(gè)絕緣層15的一個(gè)支撐襯底17和具有支撐著上述各層11，12，13的第一襯底10的一個(gè)襯底16彼此緊密接觸地合在一起，并且通過(guò)陽(yáng)極鍵合，加壓，熱處理，或是這些工藝的組合將兩個(gè)襯底鍵合在一起。
第二襯底14和無(wú)孔半導(dǎo)體層13通過(guò)絕緣層15被牢固地鍵合。至少在無(wú)孔半導(dǎo)體層13和第二襯底14當(dāng)中的一方裝有絕緣層15。否則就需要用三個(gè)部件來(lái)完成鍵合，包括一個(gè)絕緣薄板。
然后如圖2D所示，在多孔Si層12處將鍵合的部件分離成襯底18和襯底19。襯底19是由第一多孔層11，無(wú)孔半導(dǎo)體層13，絕緣層15和襯底14構(gòu)成的。
然后有選擇地去掉多孔層11。采用無(wú)電解濕法化學(xué)蝕刻工藝單獨(dú)蝕刻多孔層11，在其中至少采用下述的一種常規(guī)Si蝕刻溶液，這其中包括氫氟酸，它是用于多孔Si的一種選擇蝕刻液體，氫氟酸和醇、含水過(guò)氧化氫溶液當(dāng)中的至少一種的混合物，緩沖的氫氟酸，以及緩沖的氫氟酸和醇、含水過(guò)氧化氫溶液當(dāng)中的至少一種的混合物，以便保留并且形成轉(zhuǎn)移到絕緣層15上的無(wú)孔半導(dǎo)體層13(圖2E)。
或者是通過(guò)有選擇的拋光來(lái)去掉多孔層11，將無(wú)孔的半導(dǎo)體層13當(dāng)作拋光的擋板。
圖2E表示了用本發(fā)明獲得的半導(dǎo)體襯底，在襯底14上有一個(gè)絕緣面，無(wú)孔的半導(dǎo)體層被制成扁平的均勻薄層，其中的晶體缺陷很少。
圖3A到3E表示圖2A到2E中的半導(dǎo)體襯底制作過(guò)程的一種變更，在其中采用透明的絕緣襯底作為第二襯底。圖3A和3B中所示的步驟與圖2A和2B的步驟相同。
然后，如圖3C所示，在室溫下將石英或玻璃制成的透明絕緣襯底24和一個(gè)第一襯底26彼此緊密接觸地合在一起，并且通過(guò)陽(yáng)極鍵合，加壓，熱處理，或是這些工藝的組合將兩個(gè)襯底相互鍵合在一起。這樣就能通過(guò)絕緣層15將透明絕緣襯底24和無(wú)孔半導(dǎo)體層13牢固地鍵合在一起。至少在無(wú)孔半導(dǎo)體層13和透明絕緣襯底24當(dāng)中的一方裝有絕緣層15。否則就需要用三個(gè)部件來(lái)完成鍵合，包括一個(gè)絕緣薄板。
然后如圖3D所示將鍵合的部件分離成襯底28和襯底29。在透明絕緣襯底24上形成由第一多孔層11，無(wú)孔半導(dǎo)體層13和絕緣層15構(gòu)成的多層構(gòu)造。
然后有選擇地去掉多孔層11。采用無(wú)電解濕法化學(xué)蝕刻工藝單獨(dú)蝕刻多孔層11，在其中至少采用下述的一種常規(guī)Si蝕刻液體，這其中包括氫氟酸，它是用于多孔Si的一種選擇蝕刻液體，氫氟酸和醇、含水過(guò)氧化氫溶液當(dāng)中的至少一種的混合物，緩沖的氫氟酸，以及緩沖的氫氟酸和醇、含水過(guò)氧化氫溶液當(dāng)中的至少一種的混合物，以便在透明絕緣襯底24上保留并且形成無(wú)孔半導(dǎo)體層13。如上所述，由于多孔部件的表面面積很大，即使是用普通的蝕刻液體也能僅僅對(duì)多孔部件進(jìn)行選擇蝕刻，并且留下無(wú)孔的部件。
或者是通過(guò)有選擇的拋光來(lái)去掉多孔層11，將無(wú)孔的半導(dǎo)體層13當(dāng)作拋光的擋板。
圖3E表示了用本發(fā)明獲得的半導(dǎo)體襯底，其中在透明絕緣襯底24的表面上形成無(wú)孔半導(dǎo)體層13，它是一個(gè)扁平且均勻的大面積薄層，覆蓋襯底的整個(gè)區(qū)域。
然后，為了循環(huán)或是回收利用，需要從第一襯底10上除去殘留的多孔層12，如果其表面的平坦性過(guò)于粗糙，還要進(jìn)行表面修整，以便再次用作第一襯底10。
圖4A到4E表示在一個(gè)襯底的各個(gè)面上形成一個(gè)多孔層和一個(gè)無(wú)孔半導(dǎo)體層，以及鍵合三個(gè)襯底的過(guò)程。
首先如圖4A所示制備一個(gè)第一襯底30，在其兩個(gè)面的表面部位分別形成由不同孔隙率的兩層31，32和33，34構(gòu)成的雙層構(gòu)造的多孔區(qū)域，并且在第一多孔層31，32上進(jìn)一步形成無(wú)孔半導(dǎo)體層35，36(參見圖4B)。執(zhí)行陽(yáng)極化處理，使第一多孔層31，33的孔隙率小于30％，而第二多孔層32，34的孔隙率不小于30％。
然后，如圖4C所示，在室溫下分別通過(guò)絕緣層36，37將兩個(gè)第二襯底39，40和具有無(wú)孔半導(dǎo)體層35，36的第一襯底30彼此緊密接觸地合在一起，并且通過(guò)陽(yáng)極鍵合，加壓，熱處理，或是這些工藝的組合將這些襯底相互鍵合在一起。
這樣就能通過(guò)絕緣層37，38將襯底39，40和無(wú)孔半導(dǎo)體層35，36牢固地鍵合在一起。至少在無(wú)孔半導(dǎo)體層35，36和襯底39，40當(dāng)中的一方裝有絕緣層37，38。否則就要制備象層35，36那樣的單獨(dú)的絕緣薄板，并且將其插在襯底之間，需要用五個(gè)部件才能完成鍵合。
然后將鍵合的部件分離成三個(gè)部件40，41，42(參見圖4D)，其中的每個(gè)襯底39，40具有由多孔層，無(wú)孔半導(dǎo)體層，以及絕緣層構(gòu)成的層疊構(gòu)造。
然后通過(guò)拋光或是蝕刻有選擇地去掉多孔層31，33，將薄的無(wú)孔半導(dǎo)體層35，36留在襯底39，40上。
圖4E表示用本發(fā)明獲得的半導(dǎo)體襯底，其中在襯底39，40上同時(shí)形成無(wú)孔的半導(dǎo)體層，它是一種扁平并且均勻的薄層。中間的絕緣層37，38可以省略，并且襯底39，40不一定要采用相同的材料。
然后，為了循環(huán)或是回收利用，需要從第一襯底30上除去殘留的多孔層，或是進(jìn)行表面修整，以便再次使用。
以下將要解釋在陽(yáng)極化的基礎(chǔ)上可以在本發(fā)明中用于形成多孔區(qū)域的方法。
多孔層的孔隙率在厚度的方向上是可以改變的，例如在用陽(yáng)極化形成多孔層的情況下可以改變陽(yáng)極化電流，或是改變陽(yáng)極化液體的濃度。例如在SOLID-STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY，Journal ofElectrochemical Society，Vol.134，No.8，p.1994中所述，通過(guò)改變使用HF的陽(yáng)極化液體濃度或是改變陽(yáng)極化電流就可以改變多孔層的孔隙率和孔徑。陽(yáng)極化液體的成分是可以改變的，例如逐步添加氫氟酸或是水?？梢孕纬煽紫堵什煌亩鄠€(gè)層，例如，首先用高HF濃度的陽(yáng)極化液體形成一個(gè)低孔隙率的多孔層，然后更換另一種低HF濃度的陽(yáng)極化液體，再形成一個(gè)高孔隙率的多孔層。然而，按照本發(fā)明人的研究，如果采用將鍵合的襯底分離的方法來(lái)制作半導(dǎo)體襯底，有可能造成下文中所述的更復(fù)雜的現(xiàn)象。因此，如果直接采用普通的方法，獲得的效果是非常有限的。例如，僅僅增大陽(yáng)極化電流不但不能使孔隙率相應(yīng)地增大，反而會(huì)加快陽(yáng)極化速度，而孔隙率的增加是有限的。為了獲得按照本發(fā)明的構(gòu)造，可以采用以下的方法來(lái)獲得低成本的多孔層。
最簡(jiǎn)單的實(shí)用方法是改變陽(yáng)極化電流而不改變陽(yáng)極化液體的成分。陽(yáng)極化液體可以采用各種各樣的成分。例如，用含30％HF的氫氟酸或是在這種氫氟酸中添加醇就可以獲得滿意的結(jié)果。陽(yáng)極化是在這樣一種陽(yáng)極化液體中進(jìn)行的，用一個(gè)Si襯底作為陽(yáng)極，采用密度為0.5-1.0A/cm2的DC陽(yáng)極化電流就可以獲得孔隙率為20％到30％的多孔層。根據(jù)陽(yáng)極化的時(shí)間可以隨意地選擇多孔Si的厚度，在具有比較低的孔隙率的這種多孔Si層上面適合外延生長(zhǎng)單晶體Si。在形成了孔隙率較低的這種多孔層之后將電流增大，以便形成具有高孔隙率的多孔層。在圖5中表示了一種改變電流的方式。如果第一多孔層的孔隙率是20％，并且厚度是10μm左右，如果把陽(yáng)極化電流調(diào)節(jié)到用于形成第一多孔層的電流的2到3倍，就可以在第一多孔層下面形成孔隙率大約為30到60％的第二多孔層。
本發(fā)明人根據(jù)深入的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，第二多孔層的孔隙率不僅取決于陽(yáng)極化電流的幅值，還與第一多孔層的厚度和孔隙率有關(guān)。即使是把用于第二多孔層的陽(yáng)極化電流設(shè)定在與第一多孔層使用的電流相同，如果第一多孔層比較厚，或是其孔隙率比較低，第二多孔層的孔隙率就會(huì)傾向于增大。因此，如果制成的第一多孔層比較薄，為了在第二多孔層中維持較高的孔隙率，必須要增大用于第二多孔層的陽(yáng)極化電流。在圖6中表示了這種關(guān)系。如果將用于第二多孔層的陽(yáng)極化電流保持不變，第二多孔層的孔隙率就會(huì)受到第一多孔層厚度變化的影響。在圖7中表示了這種關(guān)系。顯然，在形成第一多孔層之后不可能完全獨(dú)立地形成第二多孔層，并且第二多孔層的孔隙率會(huì)受到第一多孔層特性的影響。這種現(xiàn)象的具體原因目前還不夠清楚。然而，如下文所述，如果要形成多孔Si，在陽(yáng)極化液體中需要有F-離子，隨著F-離子在孔的前端形成孔的部位被吸收，必須通過(guò)這個(gè)孔輸送新的F離子，并且提供給下一個(gè)前端部位。利用電場(chǎng)或是擴(kuò)散而通過(guò)這些孔輸送F-離子的有效遷移性被認(rèn)為是取決于第一多孔層的孔徑或是孔的長(zhǎng)度，也就是第一多孔層的厚度。換句話說(shuō)，通過(guò)陽(yáng)極化形成的第一多孔層本身限制了在形成后面的多孔層時(shí)所需的離子輸送能力。因此，形成的第一多孔層可以起到一個(gè)限制層的作用，用于限制在此后形成多孔層時(shí)需要輸送的F-離子的有效遷移性。在恒定的陽(yáng)極化電流下，陽(yáng)極化進(jìn)度可以達(dá)到可觀的厚度，而孔隙率卻沒(méi)有明顯的變化。這可能是因?yàn)樵诤愣娏飨滦纬傻目讖绞怯蒄-離子的吸收和供應(yīng)的平衡來(lái)確定的，但是，如果在陽(yáng)極化進(jìn)程中增大電流，F(xiàn)-離子的吸收和供應(yīng)平衡就會(huì)被已經(jīng)形成的多孔層的存在而發(fā)生變化，從而使孔徑發(fā)生明顯的變化。
如果由于第一多孔層變厚而減少了從該層中輸送的F-離子的有效遷移性，孔的前端的F-離子濃度就有可能降低，消耗孔中的陽(yáng)極化液體內(nèi)的離子耗盡層，而這一部位就會(huì)擴(kuò)展，孔中的陽(yáng)極化液體和單晶體Si表面之間的界面上的勢(shì)壘就會(huì)降低，從而引起該部位的SI被蝕刻，孔徑就增大了。事實(shí)上，僅僅增大陽(yáng)極化電流并不能明顯地增加孔隙率，反而會(huì)提高陽(yáng)極化速度，除非是在Si表面上存在一個(gè)限制遷移的層。因此，為了通過(guò)增大陽(yáng)極化電流而獲得孔隙率的明顯變化，在陽(yáng)極化液體和需要增大孔隙率的層之間需要有一個(gè)能夠限制F-離子的遷移性的層。本發(fā)明的特征在于主要利用最初形成的第一多孔層來(lái)完成上述的陽(yáng)極化機(jī)制，以便增大第二多孔層的孔隙率。為了增大第二多孔層的孔隙率，第一多孔層應(yīng)該具有一定的厚度，如果第一多孔層的厚度達(dá)到5μm以上，就可以形成高孔隙率的第二多孔層。
由于第一多孔層具有這種功能，為了控制第二多孔層的孔隙率，其厚度的控制是非常重要的。例如，第一多孔層內(nèi)部的平面均勻性必須得到充分保證，否則，第二多孔層平面內(nèi)的的孔隙率就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。第二多孔層平面內(nèi)的孔隙率的波動(dòng)會(huì)造成第二多孔層強(qiáng)度的局部變化，進(jìn)而在制作SOI晶片的過(guò)程中造成第二多孔層的局部剝離，或是在分離步驟中出現(xiàn)局部的不完全分離，這樣就會(huì)降低SOI晶片的產(chǎn)量。在襯底平面內(nèi)的第一多孔層厚度的波動(dòng)必須小于35％，最好是小于25％。
如果制成的第一多孔層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于5μm，特別是不大于3μm，孔隙率的增加就越來(lái)越困難了，這是因?yàn)樯鲜龅倪w移限制層的效果被降低了。如圖6中所示，隨著第一多孔層逐漸變薄，第二多孔層的陽(yáng)極化電流必須增加到無(wú)限大。這樣增加電流并不是不可能的，但是需要付出增大電源容量的代價(jià)，其結(jié)果會(huì)降低電流的控制精度，并且會(huì)降低電流的測(cè)量精度。增加電流還會(huì)加快陽(yáng)極化速度，此時(shí)可能會(huì)降低第二多孔層的厚度控制精度。在這種情況下，單一的電流控制不需要滿足所有的要求。降低陽(yáng)極化液體中的HF濃度可以有效地降低孔的前端的F-離子濃度。在首先形成第一多孔層時(shí)還沒(méi)有上述的遷移限制層，因此，即使是在一定程度上降低HF濃度，充分地降低陽(yáng)極化電流就可以充分地供應(yīng)消耗的F-離子，并且?guī)缀醪粫?huì)增加孔隙率。例如，即使將HF濃度降低到HF∶C2H5OH∶H2O＝1∶1∶4，如果將陽(yáng)極電流限制在1mA/cm2以下，就能將孔隙率抑制在20％左右。在形成第一多孔層之后，就出現(xiàn)了上述的遷移限制層，因此，即使是有限地增大陽(yáng)極化電流，在孔的前端仍然會(huì)出現(xiàn)F-離子的短缺，這樣就會(huì)使孔隙率增大。因此，即使是在形成了厚度為3μm的上述第一多孔層之后，只要將陽(yáng)極化電流增加到5mA/cm2左右，就可以形成孔隙率高達(dá)30-60％的第二多孔層。另一方面，如果將陽(yáng)極化液體中的HF濃度提高到HF∶C2H5OH∶H2O＝1∶1∶1，為了將第二多孔層的孔隙率提高到30-60％，就需要10mA/cm2以上的電流。
另一方面，如果按相反的次序形成兩層的構(gòu)造，也就是第一多孔層的孔隙率比第二多孔層大的一種構(gòu)造，由于第一多孔層的孔隙率大，F(xiàn)-離子的輸送就很難受到阻礙，因此，從上述的機(jī)制來(lái)看，僅僅靠顛倒第一多孔層和第二多孔層的陽(yáng)極化電流是不能提高第一多孔層的孔隙率的。
因此，在形成多個(gè)具有不同孔隙率的多孔層時(shí)，還可以采用改變用于各個(gè)層的陽(yáng)極化液體成分的方法。在僅僅通過(guò)改變陽(yáng)極化電流而依次形成厚度低于5μm的低孔隙率的第一多孔層和高孔隙率的第二多孔層時(shí)，如上文所述，需要對(duì)第二多孔層采用較大的陽(yáng)極化電流。盡管如此，通過(guò)在高HF濃度的電鍍槽內(nèi)形成第一多孔層，然后中斷陽(yáng)極化過(guò)程，從陽(yáng)極化液體中取出襯底，將容器中的陽(yáng)極化液體更換成另一種低HF濃度的陽(yáng)極化液體，將襯底浸入低HF濃度的陽(yáng)極化液體，并且繼續(xù)陽(yáng)極化過(guò)程，仍有可能形成孔隙率高達(dá)30到60％的第二多孔層，不需要極度地增大陽(yáng)極化電流。
如果按上述方式中斷陽(yáng)極化進(jìn)程，在中斷期間可以清洗襯底，除去沉淀在上面的陽(yáng)極化液體，或是進(jìn)行干燥處理。
在以下的實(shí)例中更加詳細(xì)地解釋了本發(fā)明。[例1]制備一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的5″直徑p-型Si晶片，將其當(dāng)作第一襯底。在以下條件下將其放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理，所獲得的是一種雙層的多孔Si區(qū)域，它是由具有不同孔隙率的兩個(gè)層11，12構(gòu)成的電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 11分鐘多孔Si的厚度 10μm孔隙率 15％接著電流密度 25mA/cm2陽(yáng)極化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 20秒多孔Si的厚度 200nm孔隙率 55％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種Si晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si層上外延生長(zhǎng)厚度為0.3μm的單晶體Si層，從而在多孔Si上形成無(wú)孔的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成一個(gè)厚度為100nm的SiO2層。
單獨(dú)制備一個(gè)作為第二襯底的Si晶片，并且對(duì)其表面進(jìn)行熱氧化處理。
將第一晶片的SiO2層的表面和單獨(dú)制備的第二Si晶片上形成的厚度為500nm的SiO2層表面彼此接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在700℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且通過(guò)一定量的蝕刻去掉邊沿部位的多孔Si，并且在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片分離，并且暴露出多孔Si。
然后用一種HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。
從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[例2]制備一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的5″p-型Si晶片，將其當(dāng)作第一襯底。在以下條件下將其放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理，從而在第一Si晶片的表層中形成雙層的多孔Si區(qū)域，它是由具有不同孔隙率的以下兩層構(gòu)成的電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 5分鐘多孔Si的厚度5μm孔隙率 15％接著電流密度 38mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 10秒多孔Si的厚度250nm孔隙率 50％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋一個(gè)熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si層上外延生長(zhǎng)一個(gè)厚度為0.3μm的單晶體Si層
源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成一個(gè)厚度為100nm的SiO2層。將上述SiO2層的表面和單獨(dú)制備的第二Si晶片上形成的厚度為500nm的SiO2層表面彼此接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在700℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且通過(guò)一定量的蝕刻去掉邊沿部位的多孔Si，并且在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片分離，并且暴露出多孔Si。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在第二晶片的Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[例3]制備一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的5″p-型Si晶片，將其當(dāng)作第一襯底。在以下條件下將其放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理，從而形成一種雙層的多孔Si區(qū)域，它是由具有不同孔隙率的以下兩層構(gòu)成的電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 1分鐘多孔Si的厚度1μm
孔隙率15％接著電流密度 160mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 5秒多孔Si的厚度500nm孔隙率45％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋一個(gè)熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)一個(gè)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成一個(gè)厚度為100nm的SiO2層。
將第一晶片的上述SiO2層面和單獨(dú)制備的第二Si晶片上形成的厚度為500nm的SiO2層面彼此接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在700℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且通過(guò)一定量的蝕刻去掉邊沿部位的多孔Si，并且在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。從第一晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[例4]制備一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的5″的p-或n-型Si晶片，將其當(dāng)作第一襯底。在以下條件下將其放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 5分鐘多孔Si的厚度5μm孔隙率 15％接著電流密度 38mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 40秒多孔Si的厚度1.2nm孔隙率 45％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成一個(gè)厚度為100nm的SiO2層。將上述SiO2層面和單獨(dú)制備的第二Si晶片上形成的厚度為500nm的SiO2層面彼此接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在700℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理將其鍵合到一起。
用一種粘合劑將薄板鍵合到鍵合的晶片的兩個(gè)外表面上，并且從與鍵合的晶片的外表面垂直的方向上在薄板上均勻地施加足夠的壓力，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si的殘留部分。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻殘留的多孔Si層，從而完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式就可以在第二晶片Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[例5]制備一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的5″p-型Si晶片，將其當(dāng)作第一襯底。在以下條件下將其放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 11分鐘多孔Si的厚度10μm孔隙率 15％接著電流密度 25mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 20秒多孔Si的厚度200nm孔隙率 55％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋一個(gè)熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)一個(gè)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體 SiH4
載氣H2溫度850℃壓力1.3Pa生長(zhǎng)速度3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成厚度為100nm的SiO2層。將上述SiO2層面和單獨(dú)制備的第二Si晶片上形成的厚度為500nm的SiO2層面彼此接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在700℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，然后浸入一個(gè)充滿純水的超聲波清洗槽并使其受到超聲波輻射，對(duì)多孔Si進(jìn)行一定量的蝕刻，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si。
然后使晶片干燥，并且用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻殘留的多孔Si層，從而有選擇地蝕刻并且完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔的Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。用這種方式就可以在Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[例6]制備一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的5″p-型Si晶片，將其當(dāng)作第一襯底。在以下條件下將其放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 5分鐘多孔Si的厚度5μm孔隙率 15％接著
電流密度 38mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 10秒多孔Si的厚度250nm孔隙率50％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種Si晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成厚度為100nm的SiO2層。將上述SiO2層的表面和單獨(dú)制備的第二晶片上除去了自然氧化膜的表面彼此緊密接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在700℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且對(duì)多孔Si進(jìn)行一定量的蝕刻，然后在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。制備一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的5″p-型Si晶片，將其當(dāng)作第一襯底。在以下條件下將其放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 5分鐘多孔Si的厚度5μm孔隙率 15％接著電流密度 38mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 10秒多孔Si的厚度250nm孔隙率 50％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成厚度為100nm的SiO2層。將上述SiO2層的表面和一個(gè)單獨(dú)制備的石英玻璃襯底上經(jīng)過(guò)了氧氣等離子輻射的表面彼此緊密接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在500℃下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且對(duì)多孔Si進(jìn)行一定量的蝕刻，然后在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在玻璃襯底上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[例8]在以下條件下將一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的第一5″p-型(100)單晶體Si晶片放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 11分鐘多孔Si的厚度10μm孔隙率15％從陽(yáng)極化設(shè)備中取出上述的單晶體Si襯底，用水清洗并且儲(chǔ)存，在更換了陽(yáng)極化液體之后再次將其放入陽(yáng)極化設(shè)備中，在以下條件下進(jìn)行陽(yáng)極化處理電流密度 25mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 3分鐘多孔Si的厚度3μm孔隙率 55％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)一個(gè)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃
壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成一個(gè)厚度為200nm的SiO2層。將上述SiO2層的表面和一個(gè)單獨(dú)制備的Si晶片的表面彼此緊密接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在1100℃下進(jìn)行1小時(shí)的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且對(duì)多孔Si進(jìn)行一定量的蝕刻，然后在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。
從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[例9]在以下條件下將一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的第一5″p-型(100)單晶體Si晶片放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 5.5分鐘多孔Si的厚度10μm孔隙率15％然后通過(guò)添加H2O和C2H5OH來(lái)改變陽(yáng)極化液體中的HF濃度，并且在以下條件下通過(guò)陽(yáng)極化處理形成一個(gè)不同孔隙率的層電流密度25mA/cm2
陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間 1分鐘多孔Si的厚度1μm孔隙率 55％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)一個(gè)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成一個(gè)厚度為100nm的SiO2層。將該層的表面和一個(gè)單獨(dú)制備的Si晶片的表面彼此緊密接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在1180℃下進(jìn)行5分鐘的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且對(duì)多孔Si進(jìn)行一定量的蝕刻，然后在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而有選擇地蝕刻并且完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。
從第一Si單晶體晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。在以下條件下將一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的第一5″p-型(100)單晶體Si晶片放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 11分鐘多孔Si的厚度10μm孔隙率15％接著電流密度 25mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 3分鐘多孔Si的厚度3μm孔隙率40％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成厚度為100nm的SiO2層。將該層的表面和單獨(dú)制備的Si晶片的表面彼此緊密接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在1180℃下進(jìn)行5分鐘的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且對(duì)多孔Si進(jìn)行一定量的蝕刻，然后在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而有選擇地蝕刻并且完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[例11]在以下條件下將一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的第一5″p-型(100)單晶體Si晶片放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度0.5mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶4∶1時(shí)間80分鐘多孔Si的厚度 3μm孔隙率 20％接著電流密度 5mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶4∶1時(shí)間 1分鐘多孔Si的厚度1.8μm孔隙率45％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體SiH4載氣 H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成厚度為100nm的SiO2層。將該層的表面和單獨(dú)制備的一個(gè)Si晶片的表面彼此緊密接觸地重疊在一起，并且通過(guò)在1180℃下進(jìn)行5分鐘的熱處理將其鍵合到一起。
暴露出晶片邊沿面上的多孔層，并且對(duì)多孔Si進(jìn)行一定量的蝕刻，然后在其中插入一個(gè)邊沿尖銳的板，例如一個(gè)刀片，通過(guò)破壞多孔Si層使晶片相互分離，并且暴露出多孔Si。
然后用HF/H2O2/H2O蝕刻溶液有選擇地蝕刻多孔Si層，從而有選擇地蝕刻并且完全去掉多孔Si層。
無(wú)孔Si單晶體在上述蝕刻溶液中的蝕刻速度是非常慢的，因此，無(wú)孔層的膜厚度實(shí)際上僅僅出現(xiàn)微不足道的減少。
用這種方式可以在Si氧化膜上獲得厚度為0.2μm的單晶體Si層，它完全不會(huì)受到對(duì)多孔Si的選擇蝕刻的影響。
如果用透射電子顯微鏡觀察截面，就可以確認(rèn)Si層中沒(méi)有出現(xiàn)任何新的晶體缺陷，并且保持了滿意的結(jié)晶度。
另外，即使在外延Si層的表面上沒(méi)有形成氧化膜，仍可以獲得類似的結(jié)果。
從第一Si晶片上除去殘留的多孔Si，并且將其重新用作第一襯底。[對(duì)照例1]制備一個(gè)厚度為625μm，電阻率為0.01Ωcm的5″p-型Si晶片，在以下條件下將其放在HF溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化處理。
電流密度7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間11分鐘第一多孔Si層的厚度10μm孔隙率 15％接著電流密度25mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶3∶2時(shí)間20分鐘第二多孔Si層的厚度13μm
孔隙率55％然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。
然后，按照與例8中相同的方式對(duì)晶片進(jìn)行鍵合和分離。
其結(jié)果是，在分離之后應(yīng)該均勻地保留在單晶體Si的第二晶片上的多孔Si層出現(xiàn)了局部的剝離。這種情況可能是因?yàn)楦呖紫堵实亩嗫譙i層不能承受應(yīng)力，并且在經(jīng)受加熱步驟時(shí)發(fā)生了破裂。[對(duì)照例2]按照以下條件在HF溶液中通過(guò)陽(yáng)極化處理把第一單晶體Si晶片的表層制成多孔電流密度 7mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 5.5分鐘多孔Si的厚度6μm接著電流密度70mA/cm2陽(yáng)極化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間0.5分鐘多孔Si的厚度5μm然后在400℃的氧環(huán)境中將這種晶片氧化1小時(shí)，使多孔Si的孔中的內(nèi)壁表面上覆蓋熱氧化膜。然后在以下的生長(zhǎng)條件下通過(guò)CVD在多孔Si上外延生長(zhǎng)厚度為0.3μm的單晶體Si層源氣體 SiH4/H2溫度 850℃壓力 1.3Pa生長(zhǎng)速度 3.3nm/秒接著通過(guò)熱氧化在外延的Si層表面上形成一個(gè)厚度為200nm的SiO2層。使上面形成了SiO2層的這一Si層的表面和單獨(dú)制備的一個(gè)Si晶片(第二襯底)的表面相互重疊并且形成接觸。
此后按照例8的方式使晶片分離。在分離之后，遺留在被轉(zhuǎn)移到分離的第二晶片上的外延單晶體Si表面上的低孔隙率的第一多孔層的厚度在晶片的平面范圍內(nèi)不夠均勻，并且多孔Si存在局部破損的部位。其結(jié)果是，受到HF/H2O2/H2O蝕刻溶液的蝕刻之后，應(yīng)該保留均勻厚度的外延單晶體Si層的厚度與商用的Si晶片相比呈現(xiàn)出散布在平面上的缺陷。
按照本發(fā)明可以提供一種用于制作半導(dǎo)體襯底的合成部件，以及一種用來(lái)制作半導(dǎo)體襯底的方法，多孔的區(qū)域在分離襯底之前不會(huì)發(fā)生破損，并且在多孔區(qū)域的分離部位具有良好的重復(fù)使用性能。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體襯底制作方法包括以下的步驟制備具有多孔區(qū)域的第一襯底，以及布置在多孔區(qū)域上的無(wú)孔半導(dǎo)體層；將無(wú)孔半導(dǎo)體層鍵合在第二襯底上；在多孔區(qū)域上分離鍵合的第一和第二襯底；以及去掉遺留在分離的第二襯底上的多孔區(qū)域；其中的多孔區(qū)域是這樣形成的，使多孔區(qū)域包括與無(wú)孔半導(dǎo)體層相鄰的第一多孔層和具有孔隙率高于并且厚度小于第一多孔層的第二多孔層，而第二多孔層的厚度不超過(guò)第一多孔層厚度的80％，并且第二多孔層的孔隙率是30％到60％。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是分離發(fā)生在第二多孔層上。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是第一多孔層的孔隙率小于30％。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是第二多孔層的厚度不超過(guò)第一多孔層厚度的50％。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是第二多孔層的厚度不超過(guò)3μm。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括在通過(guò)去掉遺留在分離的第一襯底上的多孔區(qū)域后獲得的襯底上重新形成多孔區(qū)域，把獲得的襯底再次用作第一襯底，并且將由此獲得的襯底鍵合到另一個(gè)新的第二襯底上。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括把通過(guò)去掉遺留在分離的第一襯底上的多孔區(qū)域后獲得的襯底再次當(dāng)作第二襯底，并且將由此獲得的襯底鍵合到另一個(gè)新的第一襯底上，該第一襯底具有處在該多孔區(qū)域上的一個(gè)多孔區(qū)域和一個(gè)無(wú)孔半導(dǎo)體層。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是在第一襯底的無(wú)孔半導(dǎo)體層的表面上形成絕緣層，然后鍵合到第二襯底上。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是在第二襯底的表面上形成絕緣層，然后鍵合到第一襯底上。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括去掉遺留在分離的第二襯底的無(wú)孔半導(dǎo)體層上的多孔區(qū)域的步驟。
11.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是第一襯底是一個(gè)6英寸以下直徑的半導(dǎo)體晶片，而第二多孔層的厚度是1nm到1μm。
12.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是第一襯底是一個(gè)8英寸以上直徑的半導(dǎo)體晶片，而第二多孔層的厚度是1μm到3μm。
13.用權(quán)利要求1的方法制造的一種半導(dǎo)體襯底。
14.一種用于半導(dǎo)體襯底的合成部件，它包括第一襯底，設(shè)在第一襯底上的多孔區(qū)域，設(shè)在多孔區(qū)域上的無(wú)孔半導(dǎo)體層，以及設(shè)在無(wú)孔半導(dǎo)體層上的第二襯底；其中的多孔區(qū)域包括與無(wú)孔半導(dǎo)體層相鄰的第一多孔層和具有孔隙率高于并且厚度小于第一多孔層的第二多孔層，而第二多孔層的厚度不超過(guò)第一多孔層厚度的80％，并且第二多孔層的孔隙率是30％到60％。
15.按照權(quán)利要求14的合成部件，其特征是第一多孔層的孔隙率小于30％。
16.按照權(quán)利要求14的合成部件，其特征是第二多孔層的厚度不超過(guò)第一多孔層的厚度。
17.按照權(quán)利要求14的合成部件，其特征是第二多孔層的厚度不超過(guò)3μm。
18.按照權(quán)利要求14的合成部件，其特征是第一襯底是一個(gè)6英寸以下直徑的半導(dǎo)體晶片，而第二多孔層的厚度是1nm到1μm。
19.按照權(quán)利要求14的合成部件，其特征是第一襯底是一個(gè)8英寸以上直徑的半導(dǎo)體晶片，而第二多孔層的厚度是1μm到3μm。
20.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是陽(yáng)極化按照隨著時(shí)間的流逝而改變陽(yáng)極化電流的方式進(jìn)行的，從而形成具有不同孔隙率的多個(gè)層。
21.按照權(quán)利要求20的方法，其特征是第一多孔層的厚度至少為3μm。
22.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在通過(guò)陽(yáng)極化形成孔隙率不同的多個(gè)多孔層時(shí)，改變陽(yáng)極化處理中使用的陽(yáng)極化液體的成分，從而改變孔隙率。
23.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在改變陽(yáng)極化液體的成分時(shí)，在陽(yáng)極化過(guò)程中向陽(yáng)極化液體內(nèi)單獨(dú)添加至少一種陽(yáng)極化液體成分，從而改變孔隙率。
24.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在通過(guò)陽(yáng)極化形成孔隙率不同的多個(gè)多孔層時(shí)，同時(shí)改變陽(yáng)極化處理中使用的陽(yáng)極化液體成分和陽(yáng)極化電流，從而改變孔隙率。
25.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是在陽(yáng)極化進(jìn)程中停止陽(yáng)極化電流的流動(dòng)；從陽(yáng)極化液體中取出襯底；改變陽(yáng)極化液體的成分，或是改變陽(yáng)極化電流的設(shè)定；再次將襯底浸入陽(yáng)極化液體；并且接通陽(yáng)極化電流，重新開始陽(yáng)極化處理。
26.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，與無(wú)孔半導(dǎo)體層相鄰并且孔隙率小于其它區(qū)域的多孔層的平面內(nèi)的厚度波動(dòng)不大于35％。
27.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是第一多孔層的厚度在5μm以上，而第二多孔層的厚度在3μm以下。
28.按照權(quán)利要求14的合成部件，其特征是第一多孔層的厚度在5μm以上，而第二多孔層的厚度在3μm以下。
全文摘要
為了用較低的成本持續(xù)生產(chǎn)沒(méi)有缺陷的SOI襯底,防止多孔層在分離鍵合襯底前發(fā)生破損,安全便利地完成鍵合襯底的分離,在一種制造半導(dǎo)體襯底的方法中包括:在表面具有多孔層的第一襯底上形成無(wú)孔半導(dǎo)體層,在其上形成絕緣層,將絕緣層鍵合到第二襯底上,分離多孔層,從而將絕緣層和無(wú)孔半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二襯底表面上,形成的第一多孔層具有低孔隙率,將第二多孔層的厚度降低到易破碎的程序,分離第一和第二襯底。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1200560SQ9811489
公開日1998年12月2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)明者近江和明, 米原隆夫, 坂口清文 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社