DE69333152T2 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrates - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, das auf Halbleiterbauelemente, integrierte Schaltkreise, feine mechanische Bauelemente bzw. Vorrichtungen u. dgl. anwendbar ist oder das für dielektrische Trennung bzw. Isolierung geeignet ist, und elektronische Geräte und integrierte Schaltkreise, die auf einer einkristallinen Halbleiterschicht, die sich auf einem Isolator befindet, gebildet sind.
  • In den letzten Jahren ist bei integrierten Schaltkreisen ein deutlich höherer Integrationsgrad erreicht worden. Dies hat zur Folge, dass bei der Bearbeitung der Oberfläche ihres Substrats eine höhere Präzision erforderlich ist, damit viel schärfere Bedingungen erfüllt werden. Wenn die Oberfläche während der Bearbeitung rau wird, muss die Rauheit beseitigt werden, damit eine ebene, glatte Oberfläche erhalten wird. Eine Verunreinigung mit Fremdstoffen und Teilchen muss ebenfalls vermieden werden.
  • Zum Ebnen der Oberfläche eines Einkristalls wird im Allgemeinen Polieren angewendet. Das Polieren wird derart durchgeführt, dass die zu polierende Oberfläche gegen ein aus Polyurethan hergestelltes Poliertuch gepresst und damit gerieben wird, während eine Polierflüssigkeit, die aus einer neutralen Lösung oder einer alkalischen Lösung (z. B. einer KOH-Lösung) und einem darin suspendierten teilchenförmigen Poliermaterial besteht, dazugetropft wird, um die Oberfläche abzutragen und zu ebnen. Eine einkristalline Siliciumoberfläche wird beispielsweise poliert und geebnet, indem eine Suspension von kolloidalem Siliciumdioxid als teilchenförmigem Poliermaterial in einer alkalischen Lösung (z. B. einer KOH-Lösung) dazugetropft wird.
  • Der mit dem modernen Verfahren zum Polieren von Halbleitersubstraten praktisch erzielbare Grad der Oberflächenrauheit beträgt in dem Fall, dass er durch die Rautiefe (Höhenunterschied Berg-Tal bzw. Differenz Maximum-Minimum) ausgedrückt wird, einige nm und in dem Fall, dass er durch die mittlere quadratische Abweichung ausgedrückt wird, etwa 0,1 nm.
  • Ein anderes Verfahren zum Ebnen ist eine Wärmebehandlung.
  • S. Nakashima und K. Izumi haben berichtet, dass die Rauheit einer Oberfläche, die eine große Zahl von Vertiefungen mit einer Tiefe von einigen zehn nm hat, durch 2-stündige Wärmebehandlung bei 1260°C in einer Stickstoffatmosphäre oder durch 4-stündige Wärmebehandlung bei 1300°C in einer 0,5% Sauerstoff enthaltenden Argonatmosphäre beseitigt wurde, während sich die Rauheit durch Wärmebehandlung bei 1150°C jedoch nicht veränderte [J. Mater. Res. (1990) Bd. 5, Nr. 9, S. 1918].
  • T. Sakamoto u. a. haben von einem Verfahren zum Ebnen eines Wafers auf atomarer Ebene berichtet, bei dem eine Si-Schicht gezüchtet wurde und die Schicht in einem Hochvakuum bei einer hohen Temperatur (700°C bis 1000°C) getempert wurde, wobei in einer Si-MBE-Vorrichtung Stufen an der Oberfläche eines Si-Wafers abnahmen und die Leuchtdichte am Spiegelreflexionspunkt bei der Reflexionsbeugung schneller Elektronen mit der Dauer des Temperns monton zunahm, wenn die spontan gebildete Oxidschicht entfernt wurde [Denki Tsushin Gakkai Gijutsu Hokoku (Technical Bulletin of Electrocommunication Society) SSD86-25, (1986) S. 47].
  • N. Nakamura u. a. haben gefunden, dass rechteckige Vorsprünge und Vertiefungen mit einer Höhe und einer Breite von etwa 1 μm an einer Si-Oberfläche während der Wärmebehandlung im Ultrahochvakuum in einer MBE-Vorrichtung verformt wurden [Journal of Applied Physics, Bd. 68 (1990), S. 3038]. Sie haben berichtet, dass es zum Verursachen der Verformung wichtig ist, dass die spontan gebildete Oxidschicht von der Si-Oberfläche entfernt wird, um eine Oberfläche bereitzustellen, die auf atomarer Ebene rein ist.
  • Aoyama u. a. haben berichtet, dass sich die Oberflächenrauheit eines Si-Substrats veränderte, als es wasserstoffverdünntem Fluor, das durch UV-Licht angeregt worden war, ausgesetzt wurde, und dass im Einzelnen eine Si(111)-Oberfläche um 0,1 bis 0,2 nm (durch die mittlere quadratische Abweichung ausgedrückt) geebnet wurde, und sie haben angedeutet, dass diese Veränderung durch eine geschwindigkeitsbestimmte Oxidation der (111)-Oberfläche und eine Entfernung des resultierenden Oxids durch HF verursacht wird [Ohyo Butsuri Gakkai Gakujutsu Koenkai (Meeting for Scientific Lectures of Applied Physical Society) (1991), 12a-B-6].
  • Von den vorstehend beschriebenen Verfahren zum Ebnen wird in 13A und 13B ein Polierverfahren veranschaulicht, wobei die Bezugszahl 11 ein Substrat; 12 Unebenheiten der Substratoberfläche; 13 einen Oberflächenzustand vor dem Polieren und 14 einen Oberflächenzustand nach dem Polieren bezeichnet. Wie in 13A gezeigt ist, wird die raue Oberfläche des Einkristalls durch Polieren um einen bestimmten Betrag der Oberflächenschicht entfernt, so dass eine geglättete und geebnete Oberfläche erhalten wird, wie es in 13B gezeigt ist. Mit anderen Worten, durch das Polieren, das zum Beseitigen der Rauheit durchgeführt wird, wird zwangsläufig ein bestimmter Betrag der Oberflächenschicht entfernt, und eine Veränderung bei dem Poliervorgang verursacht nachteiligerweise eine Schwankung der Dicke der polierten Oberflächenschicht. Infolgedessen ist die Entfernung der Oberflächenschicht durch Polieren in dem Fall, dass von der äußersten Oberfläche eines Einkristalls oder von einem in ihrer Nähe liegenden Bereich Gebrauch gemacht wird, zum Glätten und Ebnen der Oberfläche nicht geeignet, soweit die Dicke des Einkristalls wichtig ist. Des weiteren weist die durch Polieren erhaltene Oberflächenschicht des Einkristalls im Allgemeinen Baufehler wie z. B. Verformungen und Versetzungen, die durch den Poliervorgang verursacht werden, auf. Nach dem Polieren müssen solche Baufehler beseitigt werden, indem die Oberflächenschicht um einige hundert nm bis einige um oder mindestens um einige zehn nm geätzt wird.
  • Die Bearbeitung von Halbleiterbauelementen erfolgt in einem Reimraum, aus dem verunreinigende Teilchen vollständig entfernt werden. Das Polierverfahren, das ein Staub erzeugendes Verfahren ist, muss von anderen Prozessen getrennt werden, und der Zuführung der Zwischenprodukte zu oder von den getrennten Prozesse muss besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Infolgedessen ist das Polieren bei der Baueleraentfertigung nicht zweckmäßig.
  • Andererseits bringt das Ebnen durch Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre wegen der Behandlung bei einer Temperatur, die lange über 1260°C liegt, die nachstehend angegebenen Probleme mit sich:
    • (1) Bei dem Halbleiterprozess ist eine Sonderausführung eines Wärmebehandlungsofens erforderlich, bei der ein hochtemperaturbeständiger Werkstoff wie z. B. SiC angewendet wird, da die Temperatur den maximalen Wert überschreitet, bis zu den ein Siliciumdioxidrohr hitzbeständig ist (Ein Siliciumdioxidrohr kann sich bei einer Temperatur von 1200°C verformen).
    • (2) Wegen der Temperaturverteilung in dem Substrat oder der Temperaturveränderung, die auftritt, wenn das Substrat in den Ofen eingebracht oder aus dem Ofen herausgenommen wird, kann in den Einkristall eine ganze Anzahl von Gleitlinien eingeführt werden, da die Behandlungstemperatur in der Nähe des Schmelzpunktes von Silicium liegt.
    • (3) In dem Fall, dass Fremdatome wie z. B. Bor- und Phosphoratome vorher örtlich in eine Einkristallschicht eingeführt worden sind, können die Fremdatome diffundieren und umverteilt werden.
  • Zur Lösung der vorstehend erwähnten Probleme wird nach einem Verfahren gesucht, mit dem bei einer Temperatur für ein Verfahren zur Fertigung von Bauelementen, integrierten Schaltkreisen usw. oder bei einer niedrigeren Temperatur ohne Entfernung einer Einkristalloberfläche eine Oberfläche gebildet werden kann, die einen Grad der Ebenheit hat, der so hoch ist wie der Grad der Ebenheit, der durch Polieren erzielt wird, oder höher ist.
  • Eines der Verfahren zum Ebnen, bei dem die Temperatur an den Halbleiterprozess angepasst werden kann und die Oberflächenschicht des Einkristalls nicht entfernt wird, ist eine Wärmebehandlung in der vorstehend erwähnten MBE-Vorrichtung (Molekularstrahlepitaxie-Vorrichtung). Dieses Verfahren betrifft jedoch das Ebnen von Stufen auf Atomschichtebene (weniger als 1 nm) oder einer Rillenverformung an einer Oberfläche durch Wanderung einer Oberflächenatomschicht, betrifft aber nicht die Beseitigung einer durch die Rautiefe ausgedrückten Rauheit von etwa 1e3 nm bis etwa 1 nm. Ferner ist bei diesem Verfahren ein Hochvakuum oder Ultrahochvakuum (niedriger als 1,33 × 10–9 Pa) erforderlich, weil die Entfernung einer Oxidschicht, die sich an der Oberfläche befindet, und die Verhinderung einer Reoxidation unbedingt erforderlich sind. Erhitzen im Hochvakuum bringt jedoch wegen des Fehlens einer Wärmeübertragung durch Konvektion die Probleme einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung und einer langen Zeit, die zum Abkühlen erforderlich ist, mit sich. Wenn das Erhitzen mit einem Wärme abgebenden Körper durchgeführt wird, tritt als weiteres Problem die Diffusion einer Verunreinigung aus dem Wärme abgebenden Körper auf.
  • Des weiteren ist das MBE-Verfahren im Vergleich zu der Polierbehandlung wegen der Notwendigkeit einer Hochleistungspumpe für das große Volumen einer Ultrahochvakuumkammer und der Kosten der MBE-Kammer teuer, und es bringt außerdem das vorstehend erwähnte Problem der Wärmequelle mit sich. Das MBE-Verfahren ist deshalb für industrielle Massenfertigungsprozesse, wo eine große Substratfläche behandelt wird oder gleichzeitig eine große Zahl von Substraten behandelt wird, nicht geeignet. Nakamura u. a. [Ohyo Butsuri Gakkai Gakujutsu Koenkai (Meeting for Scientific Lectures of Applied Physical Society)(1990), 27a-T-2] haben darauf hingewiesen, dass bei dem MBE-Verfahren oberhalb von 800°C in einen Einkristall Baufehler in einer hohen Dichte mit Deformation eingeführt werden, die durch Sauerstoff und Kohlenstoff verursacht werden. Scaait werden bei einer hohen Temperatur, bei der sich Oberflächenatome leicht bewegen können, nachteiligerweise Baufehler eingeführt.
  • Das Ebnen durch wasserstoffverdünntes Fluorgas, das durch UV-Licht angeregt worden ist, führt zu einer durch die mittlere quadratische Abweichung ausgedrückten Verbesserung der Rauheit um nur etwa 0,1 bis 0,2 nm und ist in Bezug auf die Fähigkeit zum Ebnen dar Rauheit beschränkt, so dass es die Rauheit nicht in demselben Grade wie durch Polieren verbessern kann. Ferner zeigt dieses Verfahren eine Abhängigkeit von der Ebenenorientierung, und die (100)-Ebene wird durch dieses Verfahren nachteiligerweise angeraut.
  • Andererseits ist die Bildung einer einkristallinen Si-Halbleiterschicht auf einem Isolator als Silicium-auf-Isolator-Technik (SOI-Technik) bekannt. Es sind viele Untersuchungen darüber angestellt worden, weil die Bauelemente, die durch die SOI-Technik hergestellt werden, viele Vorteile haben, die mit einem massiven Si-Substrat für übliche integrierte Si-Schaltkreise nicht erzielbar sind. Durch die SOI-Technik werden die nachstehend angegebenen Vorteile herbeigeführt:
    • 1. Leichtigkeit von dielektrischer Trennung bzw. Isolierung und Erzielbarkeit eines hohen Integrationsgrades;
    • 2. hohe Beständigkeit gegen radioaktive Strahlen;
    • 3. niedrige Streukapazität und Durchführbarkeit eines schnellen Betriebes;
    • 4. Möglichkeit, einen Senken- bzw. Wannenbildungsschritt wegzulassen;
    • 5. Möglichkeit der Verhinderung von Latch-up;
    • 6. Möglichkeit der Bildung einer Dünnschicht für einen vollständig verarmten Feldeffekttransistor usw.
  • Zum Verwirklichen der vorstehend erwähnten Vorteile bei Bauelementkenndaten bzw. -eigenschaften sind in den letzten paar Jahrzehnten Untersuchungen über die Verfahren zur Bildung der SOI-Struktur durchgeführt worden. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der Literatur zusammengetragen, beispielsweise in: Special Issue: "Single-crystal silicon on non-single-crystal insulators"; herausgegeben von G. W. Cullen, Journal of Crystal Growth, Bd. 63, Nr. 3, S. 429–590 (1983).
  • Seit längerem ist die SOS-Technik (Silicium-Saphir-Technik) bekannt, bei der Si durch CVD (chemisches Aufdampfen) heteroepitaxial auf einem einkristallinen Saphirsubstrat gebildet wird. Diese Technik ist zwar als vervollkommnete SOI-Technik erfolgreich, wird jedoch wegen der vielen Kristallbaufehler, die durch ungenügenden Zusammenhalt des Kristallgitters an der Grenzfläche zwischen der Si-Schicht und dem darunterliegenden Saphirsubstrat verursacht werden, wegen der Wanderung von Aluminium aus dem Saphirsubstrat zu der Si-Schicht und vor allem wegen der hohen Rosten des Sub strats und der Schwierigkeit bei der Vergrößerung seiner Fläche nicht allgemein allgewendet.
  • Seit den letzten Jahren wird versucht, eine SOI-Struktur zu verwirklichen, bei der kein Saphirsubstrat verwendet wird. Dieser Versuch wird bei zwei Verfahren gemacht, und zwar
    • (1) bei einem Verfahren, bei dem eine Oberfläche eines einkristallinen Si-Substrats oxidiert wird, in der oxidierten Schicht eine Öffnung gebildet wird, damit das Si-Substrat örtlich freigelegt wird, und Si in seitlicher Richtung unter Anwendung des freigelegten Si als Kristallkeim epitaxial aufwachsen gelassen wird, um auf dem SiO2 eine einkristalline Si-Schicht zu bilden (Abscheidung von Si auf SiO2), und
    • (2) bei einem Verfahren, bei dem unter dem einkristallinen Si-Substrat durch Anwendung des einkristallinen Si-Substrats selbst als der aktiven Schicht SiO2 gebildet wird (keine Abscheidung einer Si-Schicht).
  • Die Verfahren zur Durchführung des vorstehend erwähnten Verfahrens (1) umfassen direktes epitaxiales Aufwachsen einer einkristallinen Si-Schicht in seitlicher Richtung durch CVD; Abscheidung von amorphem Si und anschließendes epitaxiales Aufwachsen in seitlicher Richtung durch Wärmebehandlung in fester Phasen Züchtung einer einkristallinen Schicht aus amorphem oder polykristallinem Si durch Umkristallisieren aus der Schmelze, indem ein energiereicher Strahl wie z. B. Elektronenstrahl und Laserlicht darauf fokussiert wird und Umkristallisieren durch Zonenschmelzen. Diese Verfahren haben Vorteile und Nachteile und bringen noch Probleme in Bezug auf Steuerbarkeit, Produktivität, Gleichmäßigkeit und Qualität der Produkte mit sich. Infolgedessen ist keines der vorstehend erwähnten Verfahren gewerblich durchgeführt worden.
  • Das CVD-Verfahren erfordert beispielsweise eine mit Substanzverlust (Opferung) verbundene Oxidation. Das Aufwachsen in fester Phase führt zu niedriger Kristallinität. Das Strahltemperverfahren bringt Probleme in Bezug auf Behandlungsdauer, Steueruug dar Überlagerung des Strahls und Fokuseinstellung mit sich. Von den vorstehend erwähnten Verfahren ist das Umkristallisieren durch Zonenschmelzen am höchsten entwickelt, und es ist zur Versuchsfertigung von verhältnismäßig großen integrierten Schaltkreisen angewendet worden. Dieses Verfahren verursacht jedoch noch Kristallbaufehler in Subkorngrenzen usw. und liefert kein Minoritätsträger-Bauelement.
  • Das vorstehend erwähnte Verfahren (2), bei dem das Si-Substrat nicht als Kristallkeim für epitaxiales Aufwachsen angewendet wird, wird auf den drei nachstehend beschriebenen Wegen durchgeführt:
    • 1. Eine Oberfläche eines einkristallinen Si-Substrats wird anisotrop geätzt, um an der Oberfläche V-förmige Vertiefungen zu bilden. Darauf wird eine Oxidschicht gebildet. Auf der Oxidschicht wird eine polykristalline Si-Schicht abgeschieden, die fast dieselbe Dicke wie das Si-Substrat hat. Dann wird das Si-Substrat an der Rückseite abgetragen bzw. abgeschliffen, um auf der dicken polykristallinen Si-Schicht dielektrisch getrennte bzw. isolierte einkristalline Si-Bereiche zu bilden, die von den V-förmigen Vertiefungen umgeben sind. Dieses Verfahren liefert zwar eine zufriedenstellende Kristallinität, bringt jedoch in Bezug auf Steuerung und Produktivität bei dem Vorgang, bei dem polykristallines Si in einer Dicke von nicht weniger als einigen hundert μm abgeschieden wird, und bei dem Vorgang, bei dem das einkristalline Si-Substrat von der Rückseite her abgetragen bzw. abgeschliffen wird, damit nur die getrennten bzw. isolierten aktiven Si-Schichten zurückbleiben, Probleme mit sich.
    • 2. Auf einer einkristallinen Si-Schicht wird durch Implantation von Sauerstoffionen eine SiO2-Schicht gebildet. Dieses Verfahren wird als SIMOX (Trennung bzw. Isolierung durch implantierte Sauerstoffionen) bezeichnet. Dieses Verfahren passt ausgezeichnet mit dem Si-Verfahren zusammen und stellt gegenwärtig die am höchsten entwickelte Technik dar. Bei dem Verfahren ist jedoch zur Bildung der SiO2-Schicht eine Liaplantation von Sauerstoffionen in einer Menge von nicht weniger als 1018 Ionen/cm2 erforderlich, und die Implantation dauert lange, so dass die Produktivität nicht hoch ist und die Waferkosten hoch sind. Ferner bleiben in dem Produkt viele Kristallbaufehler zurück, und es hat keine zufriedenstellende Qua lität für eine gewerbliche Fertigung von Minoritätsträger-Bauelementen.
    • 3. Die SOI-Struktur wird durch dielektrische Trennung bzw. Isolierung mittels Oxidation von porösem Si gebildet. Bei diesem Verfahren wird auf einer Oberfläche eines p-leitenden einkristallinen Si-Substrats durch Protonenimplantation [Imai u. a.: J. Crystal Growth, Bd. 63, 547 (1983)] oder durch epitaxiales Aufwachsen und Strukturieren eine n-Si-Schicht in Form einer Insel gebildete dann wird nur das p-Si-Substrat durch anodische Behandlung (anodische Oxidation) in einer HF-Lösung derart porös gemacht, dass er die inselförmigen Si-Bereiche umgibt, und die n-Si-Bereiche werden durch beschleunigte Oxidation dielektrisch getrennt bzw. isoliert. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass der Spielraum für den Entwurf des Bauelements häufig eingeschränkt wird, weil der zu trennende Si-Bereich vor dem Bauelementfertigungsprozess festgelegt werden muss.
  • Andererseits erlaubt ein lichtdurchlässiges Substrat wie z. B. Glas unter dem Einfluss der Unordnung der Kristallstruktur des Glases nur, dass Si unter Bildung einer amorphen oder polykristallinen Schicht wächst, und es ist für die Fertigung von Hochleistungs-Bauelementen unbrauchbar. Wegen der amorphen Struktur das Substrats liefert die bloße Abscheidung von Si auf so einem Substrat keine ausgezeichnete Einkristallschicht. Das lichtdurchlässige Substrat ist wichtig beim Bau eines Lichtempfangselements für einen Berührungssensor, eines Flüssigkristall-Bildanzeigegeräts für Projektionszwecke u. dgl. Für die Bereitstellung eines Sensors oder eines Bildelements (Pixels) eines Anzeigegeräts mit höherer Dichte, höherer Auflösung und höherer Feinheit ist eine äußerst hohe Leistungsfähigkeit) des Ansteuerelements erforderlich. Das Bauelement auf einem lichtdurchlässigen Substrat muss deshalb von einer Einkristallschicht mit ausgezeichneter Kristallinität ausgehend hergestellt werden.
  • Mit anderen Worten, amorphes Si oder polykristallines Si liefert wegen vieler Baufehler in der Kristallstruktur im allgemeinen kein Ansteuerelement, das die zufriedenstellende Leistung zeigt, die erforderlich ist oder in Zukunft erforderlich sein wird.
  • Bei einem lichtdurchlässigen Substrat ist jedoch keines der vorstehend erwähnten Verfahren für ein einkristallines Si-Substrat zur Bildung einer Einkristallschicht mit guter Qualität geeignet.
  • Des weiteren ist in dem Dokument von Ohkura u. a.: "The Optimization of In-situ Thermal Cleaning Focused on Surface Microroughness for Future Si Epitaxial Growth" in: Extended Abstracts of the 1991 International Conference on Solid State Devices and Materials, Yokohama, S. 559–561, 1991, offenbart, dass ein CZ-Wafer an sich in Gegenwart von Wasserstoff getempert wird. Das Verfahren, das in diesem Dokument vorgeschlagen wird, umfasst im Einzelnen die Schritte der Bildung eines nativen Oxids in einem Reinigungsschritt mit H2SO4 + H2O2 und der Durchführung einer thermischen Vorbehandlung in einer H2-Umgebung, wobei das native Oxid entfernt wird und Mikrorauheit wirksam auf einen niedrigen Grad vermindert wird.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats bereitzustellen, bei dem Oberflächenrauheit beseitigt wird, ohne dass die Dicke der Oberflächenschicht bis zu einem Grade, der durch Polieren erreichbar ist, oder gar bis zu einem noch höheren Grade, der bei einem anderen Verfahren als den üblicherweise angewandten Polierverfahren erreichbar ist, vermindert wird.
  • Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, das den Vorteil der herkömmlichen SOI-Struktur zeigt und auf verschiedene elektronische Hochleistungsgeräte anwendbar ist, bereitzustellen.
  • Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, das anstelle von teuren SOS- und SIMOX-Substraten bei der Fertigung von großintegrierten Schaltkreisen mit SOI-Struktur brauchbar ist, bereitzustellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, das auf einer Isolationsschicht eine Si-Schicht hat, deren Kristallinität und Oberflächenebenheit so hoch wie bei einem einkristallinen Wafer sind, bereitzustellen, wobei das Verfahren in Bezug auf Produktivität, Gleichmäßigkeit, Steuerbarkeit und Rosten ausgezeichnet sein soll.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, das auf einem transparenten (lichtdurchlässigen) Substrat eine Si-Schicht hat, deren Kristallinität so hoch wie bei einem einkristallinen Wafer ist, bereitzustellen, wobei das Verfahren in Bezug auf Produktivität, Glechmäßigkeit, Steuerbarkeit und Kosten ausgezeichnet sein soll.
  • Diese Aufgaben werden gemäß dem beigefügten Hauptanspruch gelöst, während eine vorteilhafte Abwandlung davon in dem beigefügten Unteranspruch definiert ist.
  • 1A bis 9C sind schematische Zeichnungen, die jeweils ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats veranschaulichen, wobei 5A bis 5D, 6A bis 6D und 7A bis 7D jeweils ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 10 und 11 sind graphische Darstellungen, die jeweils das Verhalten von porösem Silicium beim Ätzen zeigen.
  • 12 ist eine graphische Darstellung, die die Veränderung der Porendichte durch Wärmebehandlung zeigt.
  • 13A und 13B veranschaulichen schematisch das Ebnen der Oberfläche eines Halbleitersubstrats durch herkömmliche Polierbehandlung.
  • Ein erstes erläuterndes Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats ist ein Verfahren, bei dem ein Substrat, auf dem sich ein Einkristall befindet, in einer reduzierenden Atmo sphäre wärmebehandelt wird, um die Oberfläche des Einkristalls zu ebnen und zu glätten.
  • Darin wird anhand des ersten erläuternden Beispiels ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats mit SOI-Struktur beschrieben.
  • Ein zweites erläuterndes Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats ist ein Verfahren, das die Schritte des Porösmachens eines Silicium-Trägerelements, der Bildung einer nichtporösen einkristallinen Siliciumschicht auf dem porösen Material zur Herstellung eines ersten Substrats, der Wärmebehandlung des ersten Substrats bei einer Temperatur, die unter dem Schmelzpunkt des nichtporösen einkristallinen Siliciums liegt, in einer reduzierenden Atmosphäre, des Verbinders der Oberfläche der nichtporösen einkristallinen Siliciumschicht mit einem zweiten Substrat, wobei eine Isolationsschicht dazwischengebracht wird, und der darauf folgenden Entfernung des porösen Siliciums durch Ätzen umfasst.
  • Ein drittes erläuterndes Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats ist ein Verfahren, das die Schritts des Porösmachens eines Silicium-Trägerelements, der Bildung einer nichtporösen einkristallinen Siliciumschicht auf dem porösen Material zur Herstellung eines ersten Substrats, des Verbinders der Oberfläche des nichtporösen einkristallinen Siliciums mit einem zweiten Substrat, wobei eine Isolationsschicht dazwischengebracht wird, der Entfernung des porösen Siliciums durch Ätzen und der Wärmebehandlung der verbundenen Substrats bei einer Temperatur, die unter dem Schmelzpunkt des nichtporösen einkristallinen Siliciums liegt, in einer reduzierenden Atmosphäre umfasst.
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleitersubstrats der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Gemäß dem ersten erläuternden Beispiel wird eine Oberfläche eines Einkristalls im wesentlichen ohne eine Veränderung der Dicke des Einkristalls so eben gemacht wie die Oberfläche eines einkristallinen Wafers, wobei keine Behandlungsdeformationsschicht eingeführt wird und keine Kristallbaufehler wie z. B. Gleitlinien eingeführt werden, weil keine Kristallentfernungsbehandlung wie z. B. Polieren angewendet wird. Die Rauheit, die durch eine Rautiefe von einigen zehn nm ausgedrückt wird, kann eben gemacht werden, was durch Wärmebehandlung im Ultrahochvakuum oder durch Behandlung mit einem UV-angeregten, wasserstoffverdünnten Fluorgas nicht erzielbar ist. Durch dieses Verfahren, bei dem von einer Wärmebehandlung Gebrauch gemacht wird, kann gleichzeitig eine ganze Anzahl von Substraten behandelt werden. Da die Behandlungstemperatur der Temperatur ähnlich ist, die bei einem üblichen Halbleiterprozess angewendet wird, und kein Ultrahochvakuum erforderlich ist, kann dieses Verfahren ferner mit einer gewöhnlichen Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Halbleiterfertigungsstraße ohne zusätzliche Einrichtungskosten verwirklicht werden. Die Wärmebehandlung kann als Fortsetzung von anderen Prozessen durchgeführt werden. Demzufolge kann die Rauheit in einem örtlichen Einkristallbereich an einer Oberfläche eines Substrats, die durch Polieren nicht eben gemacht werden kann, eben gemacht werden.
  • Andere Sachen, die beschrieben werden, erlauben die Fertigung eines Substrats mit SOI-Struktur unter Beibehaltung der Vorteile des ersten erläuternden Beispiels.
  • Gemäß dem zweiten erläuternden Beispiel wird die Oberfläche des ersten Substrats, die mit dem zweiten Substrat zu verbinden ist, durch Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre so eben wie die Oberfläche eines Wafers gemacht, wodurch die Ungleichmäßigkeit des Verbindens vermieden wird und über das ganze Substrat überall ein festes und gleichmäßiges Verbinden verwirklicht wird.
  • Gemäß dem dritten erläuternden Beispiel kann die Oberfläche nach der Entfernung der porösen Siliciumschicht durch Ätzen so eben wie die Oberfläche eines Wafers gemacht werden, indem eine Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
  • Gemäß dem vierten erläuternden Beispiel wird ein Siliciumsubstrat porös gemacht und dann bei einer Temperatur, die unter seinem Schmelzpunkt liegt, wärmebehandelt, um die Oberfläche des porösen Siliciumsubstrats in eine nichtporöse einkristalline Siliciumschicht umzuwandeln, wodurch auf einem porösen Siliciumsubstrat eine einkristalline Siliciumschicht mit hoher Kristallinität gebildet werden kann, ohne dass ein gasfösmiges Ausgangsmaterial wie z. B. Silan verwendet wird.
  • Erstes erläuterndes Beispiel
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Wärmebehandlung, die zur Beseitigung der feinen Rauheit einer Oberfläche von einkristallinem Silicium durchgeführt wird, untersucht und dabei gefunden, dass die Rauheit der Oberfläche von einkristallinem Silicium durch Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur, die nicht höher ist als die Temperatur bei einem Bauelementprozess, ohne Anwendung von Ultrahochvakuum beseitigt werden kann. Die "reduzierende Atmosphäre" umfasst hierin eine wasserstoffhaltige Atmosphäre und eine Wasserstoffatmosphäre, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Als Ergebnis einer eingehenden Beobachtung von Veränderungen der Oberflächenrauheit durch hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie und (Inter)atomkraftmikroskopie ist gefunden worden, dass die vor der Wärmebehandlung vorhandene, in 1A gezeigte Oberflächenrauheit durch Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre vermindert wird und eine dünne Einkristallschicht mit einer ebenen Oberfläche erhalten wird, wie es in 1B gezeigt ist. In 1A und 1B bezeichnet die Bezugszahl 101 ein Substrat; 102 Rauheit an der Oberfläche des Substrats; 103 einen Oberflächenzustand vor der Wärmebehandlung und 104 einen Oberflächenzustand nach der Wärmebehandlung. In dem Fall, dass die Oberflächenrauheit durch Polieren beseitigt wird, kann die Dicke der Einkristallschicht in der Ebene schwanken. Im Gegensatz dazu wird bei der Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre nur die feine Rauheit beseitigt, während die Dicke des Einkristalls an sich nicht schwankt. Das Ebnen der Oberfläche durch die Wärmebehandlung verursacht somit keine zusätzliche Dickenschwankung.
  • Es ist gefunden worden, dass die Oberflächenrauheit von einkristallinem Silicium, das eine Rauheit hat, die durch eine Rautiefe von etwa einigen nm bis einigen zehn nm mit einer Periode von einigen nm bis einigen hundert nm ausgedrückt wird (1A), durch Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre derart geebnet werden kann, dass die Rautiefe einige nm oder weniger oder unter optimalen Bedingungen 2 nm oder weniger beträgt (1B), wie es durch die Bezugszahl 104 in 1B gezeigt wird, wobei dies derselbe Ebenheitsgrad wie bei einem einkristallinen Silicium-Wafer ist. Es wird angenommen, dass es sich bei diesem Phänomen eher um einen Umbau der Oberfläche als um ein Ätzen handelt. Auf einer rauen Oberfläche existiert eine ganze Anzahl von kantigen Bereichen, die eine hohe Oberflächenenergie haben, und an der Oberfläche sind in einer großen Zahl Flächen freigelegt, die eine höhere Ordnung der Orientierung als die Ebenenorientierung der Kristallschicht haben. Die Oberflächenenergie ist in solchen Bereichen höher als die Oberflächenenergie, die von der Ebenenorientierung der Oberfläche des Einkristalls abhängt. Bei der Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre wird eine spontan an der Oberfläche gebildete Oxidschicht durch die reduzierende Wirkung des Reduktionsmittels wie z. B. Wasserstoff entfernt und scheidet sich während der Wärmebehandlung nicht wieder ab. Es wird angenommen, dass dadurch die Energieschwelle für die Bewegung von Oberflächen-Si-Atomen herabgesetzt wird, wodurch eine durch die Wärmeenergie angeregte Bewegung von Si-Atomen verursacht wird, so dass eine ebene Oberfläche mit einer niedrigeren Oberflächenenergie gebaut wird. Das Ebnen im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird somit bei einem niedrigeren Ebenenorientierungsindex der Einkristalloberfläche gefördert.
  • Die Oberfläche wird infolgedessen bei einer Temperatur von 1200°C oder darunter, bei der die Oberfläche in einer Stickstoffatmosphäre oder einer Edelgasatmosphäre nicht geebnet werden kann, ausreichend geebnet. Die Temperatur der Wärmebehandlung zum Ebnen der Oberfläche im Rahmen der vorliegenden Erfindung hängt von der Gaszusammensetzung, dem Druck usw. ab, liegt gewöhnlich in dem Bereich von 300°C bis zum Schmelzpunkt der geebneten Substanz und ist vorzugsweise nicht niedriger als 500°C und nicht höher als 1200°C.
  • Im Fall einer höheren Reduktionsfähigkeit der Atmosphäre kann das Ebnen bei einem höheren Druck gefördert werden. Der Druck ist im Allgemeinen nicht höher als der normale Atmosphärendruck und insbesondere nicht höher als 2,7 × 104 Pa. Wenn das Ebnen in unerwünschter Weise mit einer niedrigen Geschwindigkeit fortschreitet, wird die Wärmebehandlungsdauer verlängert, damit eine gewünschte Ebenheit der Oberfläche erzielt wird.
  • Dieses Phänomen wird durch Wärmebehandlung bei einer sauberen Oberfläche initiiert. Wenn die Oberfläche mit einer dicken spontan gebildeten Oxidschicht bedeckt ist, wird die Einleitung des Ebnens der Oberfläche durch vorausgehende Entfernung der Oxidschicht, z. B. durch Ätzen mit verdünnter Flusssäure vor der Wärmebehandlung, beschleunigt.
  • Die resultierende ebene Oberfläche des Einkristalls ist für die Anwendung zur Fertigung von Halbleiterbauelementen geeignet.
  • Zweites erläuterndes Beispiel
  • Es wird ein Verfahren erläutert, bei dem ein Si-Substrat porös gemacht wird und darauf eine Einkristallschicht epitaxial aufwachsen gelassen wird.
  • Ein einkristallines Si-Substrat 201, 401 wird durch anodische Behandlung (anodische Oxidation) in einer HF-Lösung vollständig porös gemacht, wie es in 2A gezeigt ist, oder teilweise porös gemacht, wie es in 4A gezeigt ist. Während die Dichte von einkristallinem Si 2,33 g/cm3 beträgt, kann die Dichte einer porösen einkristallinen Si-Schicht in dem Bereich von 0,6 bis 1,1 g/cm3 verändert werden, indem die Konzentration der HF-Lösung in dem Bereich von 50 bis 20% verändert wird. Die poröse einkristalline Si-Schicht neigt aus den nachstehend angegebenen Gründen dazu, leicht in einem p-leitenden Substrat gebildet zu werden. Die Betrachtung mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop ergibt, dass die gebildeten Poren einen mittleren Durchmesser von etwa 5 nm bis etwa 60 nm haben.
  • Das poröse einkristalline Si ist im Jahr 1956 im Verlauf von Untersuchungen über das Elektropolieren von Halbleitern durch A. Uhlir u. a. gefunden worden [A. Uhlir u. a.: Bell Syst. Tech. J., Bd. 35, S. 333 (1956)]. Die Auflösungsreaktion von Si bei anodischer Behandlung (anodischer Oxidation) ist durch Unagami untersucht worden, der berichtet hat, dass für die Anodenreaktion von Si in einer HF-Lösung positive Löcher erforderlich sind und die Reaktion gemäß den nachstehend gezeigten Formeln vonstatten geht [T. Unagami: J. Electrochem. Soc., Bd. 127, S. 476 (1980)]: Si + 2HF + (2 – n)e+ → SiF2 + 2H+ + ne– SiF2 + 2HF → SiF4 + H2 SiF4 + 2HF → H2SiF6 oder andernfalls Si + 4HF + (4 – λ)e+ → SiF4 + 4H+ + λe– SiF4 + 2HF → H2SiF6 worin e+ und e– ein positives Loch bzw. ein Elektron bezeichnen und n und λ jeweils die Zahl der positiven Löcher, die zum Auflösen von einem Atom einkristallinem Si erforderlich sind, bezeichnen, und es ist auch berichtet worden, dass poröses einkristallines Si gebildet wird, wenn n > 2 oder λ > 4.
  • Folglich wird angenommen, dass p-Si, das positive Löcher hat, leichter porös gemacht wird. Diese Selektivität bei der Bildung der porösen Struktur ist durch Nagano u. a. schon tatsächlich bestätigt worden [Nagano, Nakajima, Yasuno, Ohnaka und Kajihara: Denshi Tsushin Gakkai Gijutsu Kenkyu Hokoku (Technical Bulletin of Electronic Communication Society), Bd. 79, SSD 79–9549 (1979) und K. Imai: Solid State Electronics, Bd. 24, S. 159 (1981)]. p-Silicium, das positive Löcher hat, kann somit selektiv porös gemacht werden.
  • Andererseits ist auch berichtet worden, dass n-leitendes einkristallines Si mit hoher Donatorkonzentration ebenfalls porös gemacht werden kann [R. P. Holaastorm, I. J. Y. Chi: Appl. Phys. Lett. Bd. 42, S. 386 (1983)]. Es ist deshalb unabhängig davon, ob die Struktur p-leitend oder n-leitend ist, wichtig, ein Substrat auszuwählen, das porös gemacht werden kann.
  • Anschließend wird auf der Oberfläche des porösen Substrats durch epitaxiales Aufwachsen gemäß verschiedenen Aufwachsverfahren eine dünne Einkristallschicht 202, 402 gebildet.
  • Die Betrachtung mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop ergibt, dass in der porösen Si-Schicht Poren mit einem mittleren Durdimesser von etwa 60 nm gebildet worden sind. Obwohl die Dichte der porösen Si-Schicht halb so hoch wie die Dichte von einkristallinem Si oder noch niedriger ist, wird die Monokristallinität beibehalten, und ein epitaxiales Aufwachsen von einkristallinem Si auf die Oberfläche ist durchführbar. Bei einer Temperatur von mehr als 1000°C tritt jedoch eine Umordnung der inneren Poren ein, wodurch die Eigenschaft der verbesserten Ätzbarkeit beeinträchtigt wird. Das epitaxiale Aufwachsen von einkristallinem Si erfolgt deshalb vorzugsweise durch ein Niedrigtemperatur-Aufwachsverfahren wie z. B. Molekularstrahlepitaxie, Plasma-CVD, thermisches CVD, lichtunterstütztes CVD, Bias-Sputtern (vorspannungsunterstützte Zerstäubung), Flüssigphasenepitaxie usw.
  • Beim epitaxialen Aufwachsen auf das poröse Si kann die innere Spannung, die beim heteroepitaxialen Aufwachsen auftritt, beseitigt bzw. gelockert werden, und durch die Strukturmerkmale des porösen Si kann die Entwicklung von Baufehlern verhindert werden.
  • Die dünne einkristalline Schicht, die auf das poröse Si epitaxial aufgewachsen ist, kann eine raue Oberfläche haben, die für das später erwähnte Verbinden mit dem zweiten Substrat nicht geeignet ist, oder kann sich sogar in dem Fall, dass sie einmal miteinander verbunden worden sind, bei der späteren Wärmebehandlung oder Ätzbehandlung örtlich ablösen, wobei dies von der Gestalt des in 2A und 4A gezeigten porösen Si abhängt.
  • Nachdem die dünne Einkristallschicht auf der porösen Schicht gebildet worden ist, wird das Substrat mit der darauf gebildeten dünnen Einkristallschicht in einer reduzierenden Atmosphäre wärmebehandelt, um die Oberfläche der dünnen einkristallinen Si-Schicht zu ebnen, wie es in 2B und 4B gezeigt ist. Die Bedingun gen der Wärmebehandlung sind dieselben wie in dem ersten erläuternden Beispiel.
  • In 2A und 2B bezeichnet die Bezugszahl 205 poröses Silicium; 202 epitaxial aufgewachsenes Silicium; 206 den Oberflächenzustand des epitaxial aufgewachsenen Siliciums und 207 den Oberflächenzustand nach der Wärmebehandlung des epitaxial aufgewachsenen Siliciums.
  • Die Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht, die sich auf dem porösen Si-Substrat befindet, wird mit einem anderen Substrat 203, 403 wie z. B. einem Siliciumsubstrat, das an seiner Oberfläche eine Isolationsschicht hat, einem lichtdurchlässigen Substrat wie z. B. Glas u. dgl. verbunden, wie es in 2C und 4C gezeigt ist. Vor dem Verbinden kann an der Oberfläche der einkristallinen Schicht, die sich auf dem porösen Si befindet, als Grenzschicht zwischen der einkristallinen Siliciumschicht und der Isolationsschicht eine Oxidschicht gebildet werden. Diese Oxidschicht wird bei der Fertigung eines Bauelements bzw. Geräts eine wichtige Rolle spielen. Das heißt, das Energieniveau der darunterliegenden Grenzschicht, die durch Oxidation der einkristallinen Siliciumschicht, die die aktive Si-Schicht ist, gebildet wird, kann niedriger gemacht werden als das Energieniveau der Verbindungsgrenzfläche und insbesondere der Grenzfläche mit Glas. Indem dafür gesorgt wird, dass sich die Verbindungsgrenzfläche an einer von der aktiven Schicht getrennten Stelle befindet, kann somit das Energieniveau, das bei der Verbindungsgrenzfläche erzeugt werden kann, getrennt gehalten werden, wodurch die Gebrauchsleistung bzw. Leistungsfähigkeit des resultierenden elektronischen Geräts beträchtlich verbessert wird. Die Oxidschicht, die an der Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht, die sich auf dem porösen Si befindet, gebildet worden ist, kann mit einem gewünschten Substrat wie z. B. einem Si-Substrat verbunden werden.
  • Das poröse Si-Substrat 205 wird anschließend durch chemisches Ätzen vollständig entfernt. Die dünne einkristalline Si-Schicht bleibt auf einer Isolationsschicht, die sich auf dem Substrat befindet, oder auf einem lichtdurchlässigen Substrat zurück, wie es in 2D gezeigt ist. Vor dem Ätzen kann nötigenfalls eine ätzfeste Schicht gebildet werden. Die zwei verbundenen Substrate werden beispielsweise durch Abscheidung von Si3N4 vollständig beschichtet, und dann wird die Si3N4-Schicht, die sich an der Oberfläche des porösen Si-Substrats befindet, entfernt. Als eine andere ätzfeste Schicht kann anstelle der Si3N4-Schicht Apiezonwachs verwendet werden.
  • Die poröse Schicht hat wegen der großen Zahl von Hohlräumen oder Poren, die in ihrem Inneren gebildet sind, eine Dichte, die halb so hoch wie die Dichte der nichtporösen Schicht oder noch niedriger ist, und hat je Volumeneinheit eine größere Oberfläche. Die Geschwindigkeit des chemischen Ätzens ist folglich bedeutend höher als diejenige einer normalen nichtporösen einkristallinen Schicht.
  • Die bekannten Verfahren zum Ätzen von porösem Si umfassen:
    • (1) Ätzen von porösem Si mit einer wässrigen NaOH-Lösung [G. Bonchil, R. Herino, K. Barla und J. C. Pfister: J. Electrochem. Soc., Bd. 130, Nr. 7, S. 1611 (1983)] und
    • (2) Ätzen von porösem Si mit einer Ätzlösung, die einkristallines Si ätzen kann.
  • Bei dem vorstehend erwähnten Verfahren (2) wird normalerweise eine Ätzlösung vom Flusssäure-Salpetersäure-Typ verwendet. Mit dieser Ätzlösung schreitet das Ätzen in der nachstehend gezeigten Weise fort, indem Si durch Salpetersäure unter Bildung von SiO2 oxidiert wird und das resultierende SiO2 anschließend mit Flusssäure geätzt wird: Si + 2O → SiO2 SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O
  • Die bekannten Verfahren zum Ätzen von kristallinem Si umfassen Ätzen mit einer Ätzlösung vom Ethylendiamintyp, KOH-Typ oder Hydrrazintyp sowie mit der vorstehend erwähnten Ätzlösung vom Flusssäure-Salpetersäure-Typ.
  • Beim selektiven Ätzen von porösem Si wird Flusssäure oder eine gepufferte Flusssäure, die auf kristallines Si keine Ätzwirkung zeigt, verwendet. Bei diesem Ätzen kann als Oxidationsmittel zusätzlich eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung verwendet werden. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann gesteuert werden, indem der Anteil des zugesetzten Wasserstoffperoxids verändert wird. Es kann ein Alkohol zugesetzt werden, der als Tensid zur sofortigen Entfernung der Bläschen des gasförmigen Reaktionsprodukts von der geätzten Oberfläche dient und erlaubt, dass poröses Si in gleichmäßiger und wirksamer Weise selektiv geätzt wird.
  • In dem Fall, dass das Si-Substrat 401 (nur) teilweise in poröses Si 405 umgewandelt worden ist, wie es in 4A bis 4C gezeigt ist, wird der nichtporöse Anteil des Si an der Rückseite des Substrats, die der porösen Schicht entgegengesetzt ist, durch Schleifen oder Polieren oder durch Ätzen mit einer Mischung von Flusssäure, Salpetersäure und Essigsäure oder durch eine Kombination davon, wie sie bei der Fertigung von Si-Wafers üblicherweise angewendet wird, entfernt, um die poröse Schicht 405 freizulegen ( 4D), und dann wird die poröse Si-Schicht durch chemisches Ätzen entfernt, wobei die dünne einkristalline Si-Schicht 402 an der Oberfläche der Isolationsschicht, die sich auf einem Substrat befindet, oder an der Oberfläche eines lichtdurchlässigen Substrats zurückbleibt, wie es in 4E gezeigt ist. In 4A bis 4E bezeichnet die Bezugszahl 402 epitaxial aufgewachsenes Si; 406 den Oberflächenzustand von epitaxial aufgewachsenem Si und 407 den Oberflächenzustand nach der Wärraebehandlung des epitaxial aufgewachsenen Si.
  • 2D und 4E veranschaulichen jeweils ein Halbleitersubstrat, bei dem über den gesamten Wafer auf einem Substrat 203, 403, das an der Oberfläche eine Isolationsschicht hat, oder auf einem lichtdurchlässigen Substrat 203, 403 eine einkristalline Schicht 202, 402, die eine ähnliche Kristallinität wie ein Silicium-Wafer hat, in Form einer gleichmäßigen, ebenen Dünnschicht mit einer großen Fläche gebildet ist.
  • Das resultierende Halbleitersubstrat ist für die Fertigung von dielektrisch isolierten elektronischen Bauelementen brauchbar.
  • Drittes erläuterndes Beispiel
  • Wie in 3A gezeigt ist, wird zuerst an der Oberfläche eines p-leitenden einkristallinen Si-Substrats 301 durch ein Dünnschicht-, Aufwachsverfahren eine Epitaxialschicht 302 mit einer niedrigen Störstellenkonzentration gebildet oder wird andernfalls durch Protonenimplantation eine n-leitende einkristalline Schicht 302 gebildet.
  • Wie in 3B gezeigt ist, wird das p-leitende einkristalline Si-Substrat 301 dann von der Rückseite her durch anodische Behandlung (anodische Oxidation) unter Verwendung einer SF-Lösung porös gemacht, um eine poröse Si-Schicht 303 zu bilden. Während die Dichte von einkristallinem Si 2,33 g/cm3 beträgt, kann die Dichte der porösen einkristallinen Si-Schicht 303 in dem Bereich von 1,1 bis 0,6 g/cm3 verändert werden, indem die Konzentration der HF-Lösung in dem Bereich von 50 bis 20% verändert wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die poröse Schicht in einem p-leitenden Substrat gebildet.
  • Danach wird die Oberflächenrauheit durch Wärmebehandlung der nichtporösen einkristallinen Si-Schicht in einer reduzierenden Atmosphäre in derselben Weise wie in dem vorstehenden zweiten erläuternden Beispiel vermindert (3C), und die Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht, die sich auf dem porösen Si-Substrat befindet, oder eine oxidierte Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht wird mit einem anderen Substrat 304, das an seiner Oberfläche eine Isolationsschicht hat, verbunden, wie es in 3D gezeigt ist. Andernfalls wird eine oxidierte Oberfläche, die auf der Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht gebildet worden ist, mit irgendeinem gewünschten Substrat wie z. B. einem Si-Substrat verbunden.
  • Die poröse Schicht 303 des porösen Si-Substrats wird durch Ätzen vollständig entfernt, wobei ein Substrat erhalten wird, auf dem sich eine Isolationsschicht befindet, wobei sich auf dieser ferner eine dünne einkristalline Siliciumschicht befindet, wie es in 3E gezeigt ist.
  • 3E veranschaulicht ein Halbleitersubstrat, bei dem über den gesamten Wafer auf einem Substrat 304, das an der Oberfläche eine Isolationsschicht hat, oder auf einem lichtdurchlässigen Substrat 304 eine einkristalline Schicht 302, die eine ähnliche Kristallinität wie ein Silicium-Wafer hat, in Form einer gleichmäßigen, ebenen Dünnschicht mit einer großen Fläche gebildet ist.
  • Das resultierende Halbleitersubstrat ist für die Fertigung von dielektrisch isolierten elektronischen Bauelementen brauchbar.
  • In den vorstehenden erläuternden Beispielen wird vor der Bildung der porösen Struktur eine n-leitende Schicht gebildet, und anschließend wird nur der p-leitende Anteil des Substrats selektiv porös gemacht.
  • Ausführungsform 1
  • Ein einkristallines Si-Substrat 701 wird in derselben Weise wie in den vorstehenden erläuternden Beispielen durch anodische Behandlung (anodische Oxidation) in einer HF-Lösung vollständig porös gemacht, wie es in 5A gezeigt ist, oder teilweise porös gemacht, wie es in 7A gezeigt ist, um eine poröse Schicht 505, 705 zu bilden.
  • Anschließend wird auf der porösen Substratoberfläche durch epitaxiales Aufwachsen nach irgendeinem Aufwachsverfahren eine dünne Einkristallschicht 502, 702 gebildet.
  • Bekannte Verfahren zum Ätzen von porösem Si und das wirksame Verfahren zum selektiven Ätzen des porösen Si im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend beschrieben worden.
  • Wie in 5B und 7B gezeigt ist, wird die Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht anschließend mit der Oberfläche eines anderen Substrats 503, 703, beispielsweise eines als Trägermaterial dienenden Siliciumsubstrats, das an der Oberfläche eine Isolationsschicht hat, oder eines lichtdurchlässigen isolierenden Substrats wie z. B. Glas verbunden.
  • Vor dem Verbinden kann an der Oberfläche der einkristallinen Schicht, die sich auf dem porösen Si befindet, als Grenzschicht zwischen der einkristallinen Siliciumschicht und der Isolationsschicht eine Oxidschicht gebildet werden. Diese Oxidschicht wird bei der Fertigung eines Bauelements bzw. Geräts eine wichtige Rolle spielen. Das heißt, das Energieniveau der Barunterliegenden Grenzschicht, die durch Oxidation der einkristallinen Siliciumschicht, die die aktive Si-Schicht ist, gebildet wird, kann niedriger gemacht werden als das Energieniveau der Verbindungsgrenzfläche und insbesondere der Grenzfläche mit Glas. Indem dafür gesorgt wird, dass sich die Verbindungsgrenzfläche an einer von der aktiven Schicht getrennten Stelle befindet, kann somit das Energieniveau, das bei der Verbindungsgrenzfläche erzeugt werden kann, getrennt gehalten werden, wodurch die Gebrauchsleistung bzw. Leistuagsfähigkeit des resultierenden elektronischen Geräts beträchtlich verbessert wird. Die Oxidschicht, die an der Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht, die sich auf dem porösen Si befindet, gebildet worden ist, kann mit einem gewünschten Substrat wie z. B. einem Si-Substrat verbunden werden.
  • Das poröse Si-Substrat 505 wird anschließend durch chemisches Ätzen entfernt. Die dünne einkristalline Si-Schicht bleibt auf einer Isolationsschicht, die sich auf dem Substrat befindet, oder auf einem lichtdurchlässigen Substrat zurück, wie es in 5C gezeigt ist. Vor dem Ätzen kann nötigenfalls eine ätzfeste Schicht gebildet werden. Die zwei verbundenen Substrate werden beispielsweise durch Abscheidung von Si3N4 vollständig beschichtet, und dann wird die Si3N4-Schicht, die sich an der Oberfläche des porösen Si-Substrats befindet, entfernt. Anstelle von Si3N4 kann Apiezonwachs verwendet werden.
  • In dem Fall, dass das Si-Substrat (nur) teilweise porös gemacht worden ist wie in den Schritten, die in 7A und 7B gezeigt sind, wird der nichtporöse Anteil des Si an der Rückseite des Substrats, die der porösen Schicht entgegengesetzt ist, durch Schleifen oder Polieren oder durch Ätzen mit einer Mischung von Flusssäure, Salpetersäure und Essigsäure oder durch eine Kombination davon, wie sie bei der Fertigung von Si-Wafers üblicherweise ange wendet wird, entfernt, um die poröse Schicht freizulegen, und dann wird die poröse Si-Schicht durch chemisches Ätzen entfernt, wobei die dünne einkristalline Si-Schicht an der Oberfläche der Isolationsschicht, die sich auf einem Substrat befindet, oder auf einem lichtdurchlässigen Substrat zurückbleibt, wie es in 7C gezeigt ist.
  • Das erhaltene Substrat, das nach der Entfernung der porösen Siliciumschicht eine nichtporöse einkristalline Siliciumschicht auf einer Isolationsschicht hat, wird in einer reduzierenden Atmosphäre wärmebehandelt, um auf einem Substrat, das an der Oberfläche eine Isolationsschicht hat, oder auf einem lichtdurchlässigen Substrat eine einkristalline Siliciumschicht mit einer ebenen Oberfläche zu bilden, wie es in 5D und 7D gezeigt ist.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Wärmebehandlung, die zur Beseitigung der feinen Rauheit der Oberfläche von dünnem nichtporösem einkristallinem Silicium durchgeführt wird, untersucht und dabei gefunden, dass die Rauheit der Oberfläche des nichtporösen einkristallinen Siliciums durch Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur, wie sie bei Bauelemeatprozessen üblicherweise angewendet wird, oder bei einer niedrigeren Temperatur beseitigt werden kann. Die reduzierende Atmosphäre umfasst hierin eine wasserstoffhaltige Atmosphäre und eine Wasserstoffatmosphäre, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Als Ergebnis einer eingehenden Beobachtung des Oberflächenrauheitszustands bei der Wärmebehandlung in verschiedenen Atmosphären mit einem hochsuflösenden Rasterelektronenmikroskop, einem (Inter)atomkraftmikroskop usw. ist gefunden worden, dass die Unebenheiten, die die Oberfläche vor der Wärmebehandlung hat, durch Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre vermindert werden und die Oberfläche der dünnen Einkristallschicht eben wird, wie es in 5D und 7D gezeigt ist. Wenn die Oberflächenrauheit durch Polieren oder ein ähnliches Verfahren beseitigt wird, besteht die Tendenz, dass die Dicke der Einkristallschicht überall in der Schicht schwankt. Im Gegensatz dazu können die feinen Unebenheiten der Oberfläche durch die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre im Rahmen der vorliegenden Erfindung beseitigt werden, ohne dass eine Schwankung der Schichtdicke verursacht wird.
  • In der mikroskopischen Struktur der Oberfläche von nichtporösem einkristallinem Silicium werden periodische Unebenheiten mit einem Höhenunterschied (d. h. einer Rautiefe) von einigen nm bis einigen zehn nm und einer Periode von einigen nm bis einigen hundert nm beobachtet. Die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre liefert eine ebene Oberfläche, die Unebenheiten mit einem Höhenunterschied (Rautiefe) von nicht mehr als einigen nm oder unter optimalen Bedingungen nicht mehr als 2 nm hat. Es wird angenomomen, dass es sich bei diesem Phänomen eher um einen Umbau der Oberfläche als um ein Ätzen handelt. Auf einer rauen Oberfläche existiert eine ganze Anzahl von kantigen Bereichen, die eine hohe Oberflächenenergie haben, und an der Oberfläche sind in einer großen Zahl Flächen freigelegt, die eine höhere Ordnung der Orientierung als die Ebenenorientierung der Kristallschicht haben. Die Oberflächenenergie ist in solchen Bereichen höher als die Oberflächenenergie bei der Ebenenorientierung der Oberfläche des Einkristallsubstrats. Bei der Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre wird eine spontan an der Oberfläche gebildete Oxidschicht durch die reduzierende Wirkung des Reduktionsmittels wie z. B. Wasserstoff entfernt und scheidet sich während der Wärmebehandlung nicht wieder ab. Es wird angenommen, dass dadurch die Energieschwelle für die Bewegung von Oberflächen-Si-Atomen herabgesetzt wird, wodurch eine durch die Wärmeenergie angeregte Bewegung von Si-Atomen verursacht wird, so dass eine ebene Oberfläche mit einer niedrigeren Oberflächenenergie gebaut wird.
  • Die Oberfläche wird infolgedessen bei einer Temperatur von 1200°C oder darunter, bei der die Oberfläche in einer Stickstoffatmosphäre oder einer Edelgasabnosphäre nicht geebnet werden kann, ausreichend geebnet. Die Temperatur der Wärmebehandlung zum Ebnen der Oberfläche im Rahmen der vorliegenden Erfindung hängt von der Gaszusammensetzung, dem Druck usw. ab, liegt gewöhnlich in dem Bereich von 300°C bis zum Schmelzpunkt der geebneten Substanz und ist vorzugsweise nicht niedriger als 500°C und nicht höher als 1200°C. Im Fall einer höheren Reduktionsfähigkeit der Atmosphäre kann das Ebnen bei einem höheren Druck gefördert werden. Der Druck ist im Allgemeinen nicht höher als der normale Atmosphärendruck und insbesondere nicht höher als 2,66 × 104 Pa.
  • Dieses Phänomen wird durch Wärmebehandlung bei einer sauberen Oberfläche initiiert. Wenn die Oberfläche mit einer dicken spontan gebildeten Oxidschicht bedeckt ist, wird die Einleitung des Ebneres der Oberfläche durch vorausgehende Entfernung der Oxidschicht, z. B. durch Ätzen mit verdünnter Flusssäure vor der Wärmebehandlung, beschleunigt.
  • 5D und 7D veranschaulichen jeweils ein Halbleitersubstrat, bei dem über den gesamten Wafer auf einem Substrat 503, 703, das an der Oberfläche eine Isolätionsschicht hat, oder auf einem lichtdurchlässigen Substrat 503, 703 eine einkristalline Si-Schicht 502, 702, die eine ähnliche Kristallinität wie ein Silicium-Wafer hat, in Form einer gleichmäßigen, ebenen Dünnschicht mit einer großen Fläche gebildet ist.
  • Das resultierende Halbleitersubstrat ist für die Fertigung von dielektrisch isolierten elektronischen Bauelementen brauchbar.
  • Ausführungsform 2
  • Wie in 6A gezeigt ist, wird zuerst an der Oberfläche eines p-leitenden einkristallinen Si-Substrats 601 durch ein Dünnschicht-Aufwachsverfahren eine Epitaxialschicht 602 mit einer niedrigen Störstellendichte gebildet oder wird andernfalls durch Protonenimplantation eine n-leitende einkristalline Schicht 602 gebildet.
  • Wie in 6B gezeigt ist, wird das p-leitende einkristalline Si-Substrat 601 dann von der Rückseite her durch anodische Behandlung (anodische Oxidation) unter Verwendung einer HF-Lösung porös gemacht, um eine poröse Si-Schicht 603 zu bilden. Während die Dichte von einkristallinem Si 2,33 g/cm3 beträgt, kann die Dichte der porösen einkristallinen Si-Schicht 603 in dem Bereich von 1,1 bis 0,6 g/cm3 verändert werden, indem die Konzentration der HF-Lösung in dem Bereich von 50 bis 20% verändert wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die poröse Schicht in einem p-leitenden Substrat gebildet.
  • Wie in 6C gezeigt ist, wird die Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht, die sich auf dem porösen Si-Substrat befindet, oder wird eine oxidierte Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht mit einem anderen Substrat 604, das an seiner Oberfläche eine Isolationsschicht hat, verbunden oder wird andernfalls die oxidierte Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht mit irgendeinem gewünschten Substrat wie z. B. einem Si-Substrat verbunden.
  • Die poröse Schicht 603 des porös gemachten Si-Substrats wird durch Ätzen vollständig entfernt, wobei ein Substrat erhalten wird, auf dem sich eine Isolationsschicht befindet, wobei sich auf dieser ferner eine dünne einkristalline Siliciumschicht befindet, wie es in 6D gezeigt ist.
  • Dann wird das Substrat, das nach der Entfernung des porösen Siliciums auf der Isolationsschicht die nichtporöse einkristalline Siliciumschicht hat, in derselben Weise wie bei Ausführungsform 1 in einer reduzierenden Atmosphäre wärmebehandelt, um die Oberflächenrauheit zu verbessern, wodurch ein Halbleitersubstrat der vorliegenden Erfindung erhalten wird, wie es in 6E gezeigt ist. Infolgedessen wird über den gesamten Wafer auf einem Substrat 604, das an der Oberfläche eine Isolationsschicht hat, oder auf einem lichtdurchlässigen Substrat 604 eine einkristalline Schicht 602, die eine ähnliche Kristallinität wie ein Silicium-Wafer hat, in Form einer gleichmäßigen, ebenen Dünnschicht mit einer großen Fläche gebildet.
  • Das resultierende Halbleitersubstrat ist für die Fertigung von dielektrisch isolierten elektronischen Bauelementen brauchbar.
  • Bei den vorstehend erwähnten Ausführungsformen wird vor der Bildung der porösen Struktur eine n-leitende Schicht gebildet, und anschließend wird nur der p-leitende Anteil des Substrats durch anodische Behandlung selektiv porös gemacht.
  • Viertes erläuterndes Beispiel
  • Ein einkristallines Si-Substrat wird durch anodische Behandlung (anodische Oxidation) in einer HF-Lösung in der in 8A gezeigten Weise porös gemacht. Bei der Bildung der porösen Struktur kann das gesamte Substrat, kann die vordere Oberfläche oder können beide Oberflächen des Substrats porös gemacht werden. Dann wird das Substrat in einer nicht oxidierenden Atmosphäre oder im Vakuum bei einer Temperatur, die unter dem Schmelzpunkt des Si-Substrats liegt, wärmebehandelt, um die Oberflächenschicht des porösen einkristallinen Si-Substrats 801 in eine dünne, nichtporöse Einkristallschicht 802 umzuwandeln.
  • 10 zeigt die Abhängigkeit der Abnahme der Schichtdicke, die durch Ätzen des porösen Si und des einkristallinen Si erzielt wird, von der Ätzdauer in dem Fall, dass das poröse Si und das einkristalline Si jeweils durch Eintauchen in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren geätzt werden.
  • Die Bildung der porösen Struktur und der Ätzschritt werden aufführlich erläutert.
  • Das poröse Si wird durch anodische Behandlung hergestellt. Die Bedingungen der anodischen Behandlung sind nachstehend gezeigt. Das Ausgangsmaterial des durch anodische Behandlung hergestellten porösen Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern kann Si mit jeder anderen Kristallstruktur sein.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodenbehandlungslösung: HF : H2O : C2H5O8 = 1 : 1 : 1
    Dauer der anodischen Behandlung: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porositätsgrad: 56%
  • Das unter den vorstehend angegebenen Bedingungen hergestellte poröse Si wurde bei Raumtemperatur ohne Rühren in eine Mischung (10 : 6 : 50) von gepufferter Flusssäure (4,5% HF + 36% NH4F + H2O), Alkohol und wässriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung eingetaucht. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Der Verlauf des Ätzens wird in 10 durch leere Kreise (0) gezeigt. Das poröse Si wurde schnell und gleichmäßig mit einer Dicke der weggeätzten Schicht von 83 μm in 40 Minuten und von 140 μm in 120 Minuten geätzt, wobei eine zufriedenstellende Oberflächeneigenschaft beibehalten wurde. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und von der Temperatur ab.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, erlaubt der Zusatz von Alkohol ohne Rühren die sofortige Entfernung von Bläschen, die durch die Ätzreaktion gebildet werden, von der geätzten Oberfläche, so dass ein gleichmäßiges und wirksames Ätzen des porösen Si ermöglicht wird. Der Zusatz der wässrigen Wasserstoffperoxidlösung beschleunigt die Oxidation von Silicium und erhöht dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall, dass kein Wasserstoffperoxid vorhanden ist. Ferner kann die Reaktionsgeschwindigkeit gesteuert werden, indem der Anteil der Wasserstoffperoxidlösung verändert wird.
  • Separat wurde nichtporöses Si mit einer Dicke von 500 μm bei Raumtemperatur ohne Rühren in die Mischung (10 : 6 : 50) von gepufferter Flusssäure (4,5% HF + 36% NH4F + H2O), Alkohol und wässriger 30-%iger Wasserstoffperoxidlösung eingetaucht. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Der Verlauf des Ätzens wird in 10 durch Vollkreise (•) gezeigt. Das nichtporöse Si war sogar nach 120-minütigem Ätzen um nicht mehr als 10 nm geätzt worden.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nichtporöse Si mit Wasser gewaschen. Eine Mikroanalyse durch Sekundärionen-Massenspektrometrie ergab, dass die Oberflächen keine Verunreinigung enthielten.
  • Der Alkohol umfasst im Rahmen der Erfindung Ethylalkohol und andere Alkohole wie z. B. Isopropylalkohol, die keine Schwierigkeit verursachen und die Wirkung des Zusatzes des Alkohols zeigen.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Veränderung der Struktur der porösen Schicht während der Wärmebehandlung durch Veränderung der Atmosphäre u. dgl. unter Anwendung von hochauflösender Rasterelektronenmikroskopie und anderen Verfahren beobachtet. Als Ergebnis wurde gefunden, dass die Zahl der Poren an der Oberfläche der porösen Schicht durch Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre oder im Vakuum abnimmt, wobei der Verlauf von den Bedingungen abhängt. Wie beispielsweise in 12 gezeigt ist, nimmt die Zahl der Poren im Verlauf der Zeit ab, und die Poren verschwinden schließlich, wodurch eine dünne Einkristallschicht mit einer glatten Oberfläche gebildet wird. Bei der Wärmebehandlung der Oberfläche und des Bereichs in der Nähe der Oberfläche des durch anodische Behandlung gebildeten porösen Si-Substrats verschwinden die Poren, so dass die Oberflächenenergie zum Ebnen der Oberfläche vermindert wird, wodurch die dünne nichtporöse Einkristallschicht gebildet wird.
  • Durch RHEED und Elektronenstrahl-Kanalisierungsmuster (Electron Beam Channeling Pattern) wurde bestätigt, dass die nichtporöse Einkristallschicht mit einer ebenen Oberfläche dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Dieses Phänomen wird bei einer höheren Temperatur und bei einem niedrigeren Druck gefördert. Die reduzierende Atmosphäre umfasst hierin eine wasserstoffhaltige Atmosphäre und eine Wasserstoffatmosphäre, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Temperatur für die Wärmebehandlung hängt von der Gaszusaroaiensetzung, dem Druck usw. ab und liegt gewöhnlich in dem Bereich von 300°C und vorzugsweise 500°C bis zum Schmelzpunkt. Im Fall einer höheren Reduktionsfähigkeit der Atmosphäre kann das Ebnen bei einem höheren Druck gefördert werden, jedoch erfolgt das Ebnen im Allgemeinen bei dem normalen Atmosphärendruck oder darunter und insbesondere bei einem Druck, der nicht höher als 2,66 × 104 Pa ist. Für den Druck gibt es keine Untergrenze. Ultrahochvakuum ist nicht unbedingt erforderlich. Der Ausdruck "im Vakuum" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass in einem Zustand, in dem die Reaktionskammer kein Leck hat, ein Druck von 0,13 Pa oder darunter und vorzugsweise von 0,0013 Pa oder darunter herrscht, ohne dass ein atmosphärisches Gas eingeführt wird.
  • Dieses Phänomen wird durch Wärmebehandlung bei einer sauberen Oberfläche initiiert. Wenn die Oberfläche mit einer dicken spontan gebildeten Oxidschicht bedeckt ist, wird die Einleitung des Ebneres dar Oberfläche durch vorausgehende Entfernung der Oxidschicht, z. B. durch Ätzen mit Flusssäure vor der Wäsraebehandlung, beschleunigt.
  • Auf der Oberfläche eines weiteren Si-Substrats 803 wird eine Oxidschicht 804 gebildet, wie es in 8B gezeigt ist. Dann wird das Si-Substrat 803, das die Oxidschicht 804 hat, mit der Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht 802, die sich auf dem porösen Si-Substrat 801 befindet, verbunden. Das Verbinden wird durchgeführt, indem die gereinigten Oberflächen miteinander in Kontakt gebracht werden und dann in einer Sauerstoffatmosphäre oder einer Stickstoffatmosphäre erhitzt werden.
  • Vor dem Verbinden kann auf der nichtporösen einkristallinen Siliciumschicht 802 eine Oxidschicht 806 gebildet werden, die dann mit dem Si-Substrat verbunden wird. Die Oxidschicht 806 wird gebildet, um das Grenzflächen-Energieniveau der einkristallinen Si-Schicht 802, die die fertige aktive Schicht ist, zu vermindern. In diesem Fall kann sich auf dem weiteren Si-Substrat eine Oxidschicht befinden oder nicht.
  • Vor dem Ätzen kann nötigenfalls eine ätzfeste Schicht 805 aus Si3N4 abgeschieden werden, um die zwei verbundenen Si-Substrate als Ganzes zu bedecken, wobei nur das Si3N4, das sich auf der porösen Schicht befindet, entfernt wird. Anstelle der Si3N4-Schicht kann als Ätzschutzschicht Apiezonwachs verwendet werden. Das poröse Si-Substrat 801 wird später durch Ätzen vollständig entfernt, so dass auf dem SiO2 nur die dünne einkristalline Si-Schicht 802 zurückbleibt.
  • Vor dem Ätzen kann das poröse Si-Substrat 801 durch mechanische Bearbeitung wie z. B. Polieren oder Schleifen von der Rückseite her dünn gemacht werden. Im Einzelnen wird das Si-Substrat in dem Fall, dass nicht das gesamte Si-Substrat porös gemacht worden ist, vorzugsweise durch mechanische Bearbeitung dünn gemacht, um die poröse Schicht freizulegen.
  • 8C zeigt ein Halbleitersubstrat. Nach Entfernung der ätzfesten Schicht 805 aus Si3N4 ist über die gesamte Fläche des Wafers eine einkristalline Si-Schicht 802 in Form einer ebenen, gleichmäßigen Dünnschicht mit einer großen Fläche, die denselben Kristallinitätsgrad wie ein Silicium-Wafer hat, gebildet worden. Die dünne Einkristallschicht wird nötigenfalls durch epitaxiales Aufwachsen auf die einkristalline Si-Schicht dicker gemacht. Das Aufwachsen kann durch irgendein Verfahren einschließlich CVD, Sputtern (Zerstäubung), Flüssigphasenepitaxie und Festphasenepitaxie erfolgen.
  • Fünftes erläuterndes Beispiel
  • Ein einkristallines Si-Substrat wird in der in 9A gezeigten Weise porös gemacht. Bei der Bildung der porösen Struktur kann das gesamte Substrat, kann die vordere Oberfläche oder können beide Oberflächen des Substrats porös gemacht werden. Dann wird das Substrat in einer reduzierenden Atmosphäre oder im Vakuum bei einer Temperatur, die unter dem Schmelzpunkt des Si-Substxats liegt, wärmebehandelt, um die Oberflächenschicht des porösen einkristallinen Si-Substrats 901 in eine dünne, nichtporöse Einkristallschicht 902 umzuwandeln.
  • 11 zeigt die Abhängigkeit der Abnahme der Dicke, die durch Ätzen des porösen Si und des einkristallinen Si erzielt wird, von der Ätzdauer in dem Fall, dass das poröse Si und das einkristalline Si ohne Rühren in eine Mischung von Flusssäure, Alkohol und einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung eingetaucht werden.
  • Die Bildung der porösen Struktur und der Ätzschritt werden aufführlich erläutert.
  • Das poröse Si wird durch anodische Behandlung (anodische Oxidation) von einkristallinem Si hergestellt. Die Bedingungen der anodischen Behandlung sind nachstehend gezeigt. Das Ausgangsmaterial des durch anodische Behandlung hergestellten porösen Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern kann Si mit jeder anderen Kristallstruktur sein.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodenbehandlungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Behandlungsdauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porositätsgrad: 56%
  • Das unter den vorstehend angegebenen Bedingungen hergestellte poröse Si wurde bei Raumtemperatur ohne Rühren in eine Mischung (10 : 6 : 50) von 49%iger Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung eingetaucht. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Der Verlauf des Ätzens wird in 11 durch leere Kreise (0) gezeigt. Das poröse Si wurde schnell (107 μm in 40 Minuten und 244 μm in 80 Minuten) und gleichmäßig geätzt, wobei eine zufriedenstellende Oberflächeneigenschaft beibehalten wurde. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und von der Temperatur ab.
  • Separat wurde nichtporöses Si mit einer Dicke von 500 μm bei Raumtemperatur ohne Rühren in die Mischung (10 : 6 : 50) von 49%iger Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung eingetaucht. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Der Verlauf des Ätzens wird in 11 durch Vollkreise (•) gezeigt. Das nichtporöse Si war sogar nach 120-minütigem Ätzen um nicht mehr als 10 nm geätzt worden.
  • Anschließend wird ein lichtdurchlässiges Glassubstrat 903 mit der Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht 902, die sich auf dem porösen Si-Substrat 901 befindet, verbunden. Das Verbinden wird durchgeführt, indem die gereinigten Oberflächen miteinander in Kontakt gebracht und dann in einer Sauerstoffatmosphäre oder einer Stickstoffatmosphäre erhitzt werden.
  • Vor dem Verbinden kann auf der nichtporösen einkristallinen Siliciumschicht 902 eine Oxidschicht 906 gebildet werden. Die Oxid schicht 906 wird gebildet, um das Grenzflächen-Energieniveau der einkristallinen Si-Schicht 902, die die fertige aktive Schicht ist, zu vermindern.
  • Vor dem Ätzen kann nötigenfalls eine Ätzschutzschicht 905 aus Si3N4 abgeschieden werden, um die zwei verbundenen Substrate als Ganzes zu bedecken, wobei nur das Si3N4, das sich auf der porösen Schicht befindet, entfernt wird. Anstelle der Si3N4-Schicht kann als Ätzschutzschicht Apiezonwachs verwendet werden. Das poröse Si-Substrat 901 wird später durch Ätzen vollständig entfernt, so dass die dünne einkristalline Si-Schicht 902 auf dem lichtdurchlässigen Glas 903 zurückbleibt.
  • Vor dem Ätzen kann das poröse Si-Substrat 901 durch mechanische Bearbeitung wie z. B. Polieren oder Schleifen von der Rückseite her dünn gemacht werden. Im Einzelnen wird das Si-Substrat in dem Fall, dass nicht das gesamte Si-Substrat porös gemacht worden ist, vorzugsweise durch mechanische Bearbeitung dünn gemacht, um die poröse Schicht freizulegen.
  • Beispiel 1
  • Ein einkristalliner 4-Inch-Silicium(100)-Wafer, der bei der Betrachtung mit einem (Inter) atomkraftraikroskop an der Oberfläche Unebenheiten mit einer Höhe von etwa 30 nm und einer Periode von etwa 50 nm hatte, wurde in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht. Der Ofen wurde bis zur Erzielung eines Vakuums von 1,33 Pa evakuiert, und in den Ofen wurde gasförmiger Wasserstoff eingeführt. Der Silicium Wafer wurde bei einer Temperatur von 950°C und einem Druck von 1 × 104 Pa wärmebehandelt. Die Oberfläche wurde mit einem (Inter)atomkraftmikroskop betrachtet, wobei gefunden wurde, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 30 nm betrug, auf 1,5 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde bestätigt, dass die behandelte Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 2
  • Ein einkristalliner 4-Inch-Silicium(110)-Wafer, der bei der Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop an der Oberfläche Unebenheiten mit einer Höhe von etwa 30 nm und einer Periode von etwa 50 nm hatte, wurde in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht. In den Ofen wurde gasförmiger Wasserstoff eingeführt. Der Silicium-Wafer wurde 10 Minuten lang stehen gelassen und dann bei einer Temperatur von 1150°C und einem Druck von 1 × 105 Pa wärmebehandelt. Die Oberfläche wurde mit einem (Inter)atoaakraftmikroskop betrachtet, wobei gefunden wurde, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 30 nm betrug, auf 1,6 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektroaenmikroskop wurde bestätigt, dass die behandelte Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 3
  • Ein einkristalliner 4-Inch-Silicium(100)-Wafer mit einer Fehlorientierung von 4°, der bei der Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop an der Oberfläche Unebenheiten mit einer Höhe von etwa 30 nm und einer Periode von etwa 50 nm hatte, wurde in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht. Der Ofen wurde bis zur Erzielung eines Vakuums von 1,33 Pa evakuiert, und in den Ofen wurde gasfözmiger Wasserstoff eingeführt. Der Silicium-Werfer wurde bei einer Temperatur von 900°C und einem Druck von 1333 Pa wärmebehandelt. Die Oberfläche wurde mit einem (Inter)atomkraftmikroskop betrachtet, wobei gefunden wurde, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 30 nm betrug, auf 1,7 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahluagselektronenmikroskap wurde bestätigt, dass die behandelte Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 4
  • Ein einkristalliner 4-Inch-Silicium(111)-Wafer, der bei der Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop an der Oberfläche Unebenheiten mit einer Höhe von etwa 30 nm und einer Periode von etwa 50 nm hatte, wurde in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht. Der Ofen wurde bis zur Erzielung eines Vakuums von 1,33 Pa evakuiert, und in den Ofen wurde gasförmiger Wasserstoff eingeführt. Der Silicium Wafer wurde bei einer Temperatur von 1100°C und einem Druck von 1 × 105 Pa wärmebehandelt. Die Oberfläche wurde mit einem (Inter)atomkraftmikroskop betrachtet, wobei gefunden wurde, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 30 nm betrug, auf 1,7 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde bestätigt, dass die behandelte Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 5
  • Ein einkristalliner 4-Inch-4-Inch-Silicium(111)-Wafer mit einer Fehlorientierung von 4°, der bei der Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop an der Oberfläche Unebenheiten mit einer Höhe von etwa 30 nm und einer Periode von etwa 50 nm hatte, wurde in einen Wärmsbehandlungsofen eingebracht. Der Ofen wurde bis zur Erzielung eines Vakuums von 1,33 Pa evakuiert, und in den Ofen wurde eine Gasmischung aus 90% Stickstoff und 10% Wasserstoff eingeführt. Der Silicium-Wafer wurde bei einer Temperatur von 950°C und einem Druck von 6,6 × 103 Pa wärmebehandelt. Die Oberfläche wurde mit einem (Inter)atomkraftmikroskop betrachtet, wobei gefunden wurde, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehand lang 30 nm betrug, auf 1,9 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde bestätigt, dass die behandelte Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 6
  • Ein einkristalliner 4-Inch-Silicium (100)-Wafer, der bei der Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop an der Oberfläche Unebenheiten mit einer Höhe von etwa 30 nm und einer Periode von etwa 50 nm hatte, wurde in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht. In dran Ofen wurde eine Gasmischung aus 90% Stickstoff und 10% Wasserstoff eingeführt. Der Silicium-Wafer wurde 15 Minuten lang stehen gelassen und dann bei einer Temperatur von 700°C und einem Druck von 13,3 Pa wärmebehandelt. Die Oberfläche wurde mit einem (Inter)atomkraftmikroskop betrachtet, wobei gefunden wurde, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 30 nm betrug, auf 1,7 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde bestätigt, dass die behandelte Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 7
  • Es wurde eine Probe bereitgestellt, die an der Oberfläche eine freiliegende einkristalline Silicium(100)-Fläche (100 μm × 100 μm) hatte und an der übrigen Oberfläche mit einer Siliciumnitridschieht bedeckt war. Die freiliegende Siliciumfläche hatte bei der Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop an der Oberfläche Unebenheiten mit einer Höhe von etwa 30 nm und einer Periode von etwa 50 nm. Die Probe wurde in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht. In den Ofen wurde eine Gasmischung aus 90% Stickstoff und 10% Wasserstoff eingeführt, und die Atmosphäre in dem Ofen wurde vollständig ausgetauscht. Die Prabe wurds dann bei einer Temperatur von 1100°C und einem Druck von 1,3 × 104 Pa wärmebehandelt. Die Oberfläche wurde mit einem (Inter)atomkraftmikroskop betrachtet, wobei gefunden wurde, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 30 nm betrug, auf 1,7 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskap wurde bestätigt, dass die behandelte Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 8
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 600 um wurde in einer 50%igen HF-Lösung 20 Minuten lang mit einer Stromdichte von 12 mA/cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,1 μm/min. gebildet. Das p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 600 μm wurde bis zu einer Tiefe von etwa 20 μm porös gemacht.
  • Auf das poröse p-Si(100)-Substrat wurde durch CVD unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 2 μm aufwachsen gelassen:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 1,06 × 104 Pa
    Gas, Durchflussmenge: SiH2Cl2/H2, 0,5/180 (l/min)
    Aufwachsgeschwindigkeit: 0,33 nm/s
  • Dieses Si-Substrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,06 × 104 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 20 nm betrug, auf 1,5 nm verbessert worden war.
  • Die Oberfläche der Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein weiteres einkristallines Siliciumsubstrat aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Stickstoffatmosphäre 2 Stunden lang bei 1000°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Das Substrat, das porös gemacht worden war, wurde an der Rückseite poliert, um den nichtporösen Anteil des Siliciumsubstrats zu entfernen, so dass die poröse Schicht freigelegt wurde.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 20 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/20 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 20 μm wurde folglich entfernt, und auf der Siliciumoxidoberfläche des Siliciumsubstrats war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden. Nicht verbundene Stellen wurden in einer Dichte von 0,5 Stellen/cm2 gefunden; im Vergleich dazu betrug ihre Dichte in dem Fall, dass die Wärmebehandlung in der Wasserstoffatmosphäre nicht durchgeführt wurde, 50 Stellen/cm2.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 9
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 110 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Ge schwindigkeit von 8,7 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 23 Minuten porös gemacht.
  • Auf das poröse p-Si(100)-Substrat wurde durch MBE (Molekularstrahlepitaxie) bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 0,5 μm aufwachsen gelassen:
    Temperatur: 700°C
    Druck: 6,6 × 10–6 Pa
    Aufwachsgeschwindigkeit: 0,1 nm/s
  • Dieses Si-Substrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,06 × 104 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 15 nm betrug, auf 1,5 nm verbessert worden war.
  • Die Oberfläche der Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 100 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein weiteres einkristallines Siliciumsubstrat aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 2 Stunden lang bei 900°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Plasma-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 204 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven. Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf der Siliciumoxidoberfläche des Siliciumsubstrats eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 10
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromndichte von 110 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,7 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 23 Minuten porös gemacht.
  • Auf das poröse p-Si(100)-Substrat wurde durch Plasma-CVD bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 5 um aufwachsen gelassen:
    Gas: SiH4
    Hochfrequenzleistung: 120 W
    Temperatur: 800°C
    Druck: 1,33 Pa
    Aufwachsgeschwindigkeit: 2,7 nm/s
  • Dieses Si-Substrat wurde bei 1000°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,01 × 105 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 25 nm betrug, auf 1,6 nm verbessert worden war.
  • Die Oberfläche der Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein Quarzgutsubstrat, das optisch poliert worden war, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 20 Stunden lang bei 400°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie unter Rühren in eine Mischung von Flusssäure und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (1 : 5) eingetaucht wurden. In 62 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si als Ätzungsabstoppanaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die vorstehend erwähnte Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 2 nm oder etwas weniger/62 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und auf dem Quarzgutsubstrat war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 11
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 110 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,7 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 23 Minuten porös gemacht.
  • Auf das poröse p-Si(100)-Substrat wurde durch CVD bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 1 μm aufwachsen gelassen:
    Gas, Durchflussmenge: SiH4 (0,6 l/min), H2 (100 l/min)
    Temperatur: 850°C
    Druck: 5 × 103 Pa
    Aufwachsgeschwindigkeit: 0,3 μm/min
  • Dieses Si-Substrat wurde bei 900°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 13,3 × 102 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 18 nm betrug, auf 1,6 nm verbessert worden war.
  • Die Oberfläche der Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein optisch poliertes Glassubstrat mit einer Erweichungstemperatur von etwa 500°C aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 450°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 204 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die vorstehend erwähnte Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und auf dem Glassubstrat mit einer niedrigen Erweichungstemperatur war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 1 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstsllende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 12
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 525 um wurde in einer 50%igen HF-Lösung 20 Minuten lang mit einer Stromdichte von 12 mA/cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,1 μm/min gebildet. Das p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 525 μm wurde bis zu einer Tiefe von 20 μm porös gemacht.
  • Das teilweise poröse Substrat wurde in einer Sauerstoffatmosphäre eine Stunde lang bei 300°C wärmebehandelt.
  • Auf die poröse Fläche des p-Si(100)-Substrats wurde durch Bias-Sputtsrn (Vorspannungs-Zerstäubung) bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 5,0 μm aufwachsen gelassen:
    SF-Frequenz: 100 MHz
    Hochfrequenzleistung: 600 W
    Temperatur: 300°C
    Ar-Gasdruck: 1,06 Pa
    Aufwachsdauer: 120 Minuten
    Target-Gleichstromvorspannung: –200 V
    Substrat-Gleichstromvorspannung: +10 V
  • Dieses Si-Substrat wurde bei 900°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 13,3 × 102 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 13 nm betrug, auf 1,4 nm verbessert worden war.
  • Auf der Oberfläche der Epitaxialschicht wurde durch thermische Oxidation eine Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von 500 nm gebildet. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein weiteres Siliciumsubstrat aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Stickstoffatmosphäre 2 Stunden lang bei 100°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Das Substrat, das porös gemacht worden war, wurde an der Rückseite poliert, um den nichtporösen Anteil des Siliciumsubstrats zu entfernen, so dass die poröse Schicht freigelegt wurde.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 20 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppanaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 20 μm wurde folglich entfernt, und auf der 500 nm dicken Siliciumoxidschicht, die sich auf dem Siliciumsubstxat befand, war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,75 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 13
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 600 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 14 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,3 μm/min gebildet. Das p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 600 μm wurde bis zu einer Tiefe von 20 μm porös gemacht.
  • Auf die poröse Fläche des p-Si(100)-Substrats wurde durch Flüssigphasenepitaxie bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Aufwachsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 10 μm aufwachsen gelassen:
    Lösungsmittel: Sn
    Aufwachstemperatur: 900°C
    Aufwachsatmosphäre: H2
    Aufwachsdauer: 20 Minuten
  • Dieses Si-Substrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,06 × 104 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 30 nm betrug, auf 1,8 nm verbessert worden war.
  • Auf der Oberfläche eines weiteren einkristallinen Siliciumsubstrats wurde eine Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von 1 μm gebildet.
  • Dieses Siliciumsubstrat wurde an der Siliciumoxidschichtseite auf die vorstehend erwähnte Si-Epitaxialschicht aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Stickstoffatmosphäre 5 Stunden lang bei 700°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Das Substrat, das porös gemacht worden war, wurde an der Rückseite poliert, um den nichtporösen Anteil des Siliciumsubstrats zu entfernen, so dass die poröse Schicht freigelegt wurde.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 20 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 1 nm oder etwas weniger/20 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das porös gemachte Si-Substrat wurde folglich entfernt, und auf dem Siliciumsubstrat war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 10 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektroneruiaikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 14
  • Auf einem p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde durch Protonenimplantation in einer H+-Implantationsmenge von 5 × 1015 (Ionen/cm2) eine n-Si-Schicht mit einer Dicke von 1 μm gebildet. Dieses Substrat wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht. Bei der anodischen Behandlung wurde nur das p-Si(100)-Substrat porös gemacht, während die n-Si-Schicht nicht verändert wurde.
  • Dieses Si-Substrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,06 × 104 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 13 nm betrug, auf 1,1 nm verbessert worden war.
  • Die Oberfläche der n-leitenden Einkristallschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein Quarzgutsubstrat, das optisch poliert worden war, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 800°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt. Dann wurden die verbundenen Substrate selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 204 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzurgsabstoppaaaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf der Siliciumoxidoberfläche des Siliciumsubstrats eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 1,0 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden.
  • Beispiel 15
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 600 um wurde in einer 50%igen HF-Lösung 20 Minuten lang mit einer Stromdichte von 5 mA/cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 μm/min gebildet. Das p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 600 μm wurde bis zu einer Tiefe von etwa 20 μm porös gemacht.
  • Auf das poröse p-Si(100)-Substrat wurde durch CVD unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 2 μm aufwachsen gelassen:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 1,06 × 104 Pa
    Gas, Durchflussmenge: SiH2Cl2/H2, 0,5/180 (l/min)
    Aufwachsgeschwindigkeit: 0,33 nm/s
  • Die Oberfläche dieser Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein weiteres einkristallines Siliciumsubstrat aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Stickstoffatmosphäre 2 Stunden lang bei 1000°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Das Substrat, das porös gemacht worden war, wurde an der Rückseite poliert, um den nichtporösen Anteil des Siliciumsubstrats zu entfernen, so dass die poröse Schicht freigelegt wurde.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 20 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial umgeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 20 μm wurde folglich entfernt, und nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf der Siliciumoxidoberfläche des Siliciumsubstrats eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm gebildet worden.
  • Dieses Substrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,06 × 104 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 20 nm betrug, auf 1,5 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 16
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%sigen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Ge schwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wundre in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das poröse Substrat wurde in einer Sauerstoffatmosphäre eine Stunde lang bei 300°C wärmebehandelt.
  • Auf das poröse p-Si(100)-Substrat wurde durch MBE (Molekularstrahlepitaxie) bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 0,5 μm aufwachsen gelassen:
    Temperatur: 700°C
    Druck: 1,33 × 10–7 Pa
    Aufwachsgeschwindigkeit: 0,1 nm/s
  • Die Oberfläche der Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 100 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein weiteres einkristallines Siliciumsubstrat aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 2 Stunden lang bei 900°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrats wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Plasma-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 204 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen einkristallinen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf der Siliciumoxidoberfläche des Siliciumsubstrats eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden.
  • Dieses Siliciumsubstrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,06 × 104 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 20 nm betrug, war auf 1,5 nm verbessert worden.
  • Beispiel 17
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Auf das poröse p-Si(100)-Substrat wurde durch Plasma-CVD bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 5 um aufwachsen gelassen:
    Gas: SiH4
    Hochfrequenzleistung: 100 W
    Temperatur: 800°C
    Druck: 13,3 Pa
    Aufwachsgeschwindigkeit: 2,5 nm/s
  • Die Oberfläche der Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein Quarzgutsubstrat, das optisch poliert worden war, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 20 Stunden lang bei 400°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie unter Rühren in eine Mischung von Flusssäure und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (1 : 5) eingetaucht wurden. In 62 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die vorstehend erwähnte Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 2 nm oder etwas weniger/62 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und auf dem Quarzgutsubstrat war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 5 μm gebildet worden.
  • Das Quarzgutsubstrat mit der einkristallinen Si-Schicht wurde bei 1000°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,01 × 105 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomnkrafttaikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 20 nm betrug, war auf 1,6 nm verbessert worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 18
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Auf das poröse p-Si(100)-Substrat wurde durch CVD bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 1 μm aufwachsen gelassen:
    Gas, Durchflussmenge: SiH4 (0,6 l/min), H2 (100 l/min)
    Temperatur: 850°C
    Druck: 5,3 × 103 Pa
    Aufwachsgeschwindigkeit: 0,3 μm/min
  • Die Oberfläche der Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurds ein optisch poliertes Glassubstrat mit einer Erweichungstemperatur von etwa 500°C aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 450°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 204 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die vorstehend erwähnte Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und auf dem Glassubstrat mit einer niedrigen Erweichungs temperatur war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 1 μm gebildet worden.
  • Dieses Substrat wurde bei 900°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,3 × 103 Pa wärmebehandslt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)-atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 20 nm betrug, war auf 1,7 nm verbessert worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 19
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 525 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 5 mA/cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 μm/min gebildet. Das p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 525 μm wurde bis zu einer Tiefe von 20 μm porös gemacht.
  • Das teilweise poröse Substrat wurde in einer Sauerstoffatmosphäre eine Stunde lang bei 300°C wärmebehandelt.
  • Auf die poröse Fläche des p-Si(100)-Substrats wurde durch Bias-Sputtern (Vorspannungs-Zerstäubung) bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedinqungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 1,0 μm aufwachsen gelassen:
    HF-Frequenz: 100 MHz
    Hochfrequenzleistung: 600 W
    Temperatur: 300°C
    Ar-Gasdruck: 1,06 Pa
    Aufwachsdauer: 120 Minuten
    Target-Gleichstromvorspannung: –200 V
    Substrat-Gleichstromvorspannung: +5 V
  • Auf der Oberfläche der Epitaxialschicht wurde durch thermische Oxidation eine Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von 500 nm gebildet. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein weiteres Siliciumsubstrat aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Stickstoffatmosphäre 2 Stunden lang bei 1000°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Das Substrat, das porös gemacht worden war, wurde an der Rückseite poliert, um den nichtporösen Anteil des Siliciumsubstrats zu entfernen, so dass die poröse Schicht freigelegt wurde.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 20 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppaiaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das porös gemachte Si-Substrat mit einer Dicke von 20 μm wurde folglich entfernt, und auf der 500 nm dicken Siliciumoxidschicht des Siliciumsubstrats war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,75 μm gebildet worden.
  • Das Substrat wurde bei 900°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,3 × 103 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit eines (Inter)-atomkraftaiikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 13 nm betrug, auf 1,4 nm verbessert worden war.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 20
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 600 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 5 mA/cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 μm/min gebildet. Das p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 600 μm wurde bis zu einer Tiefe von 20 μm porös gemacht.
  • Auf die poröse Fläche des p-Si(100)-Substrats wurde durch Flüssigphasenepitaxie bei einer niedrigen Temperatur unter den nachstehend angegebenen Aufwachsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 10 uμm aufwachsen gelassen:
    Lösungsmittel: Sn
    Aufwachstemperatur: 900°C
    Aufwachsatmosphäre: H2
    Aufwachsdauer: 20 Minuten
  • Auf die Oberfläche der Si-Epitaxialschicht wurde ein weiteres einkristallines Siliciumsubstrat, das an der Oberfläche eine Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von 1 μm hatte, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 5 Stunden lang bei 700°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Das Substrat, das porös gemacht worden war, wurde an der Rückseite poliert, um den nichtporösen Anteil des Siliciumsubstrats zu entfernen, so dass die poröse Schicht freigelegt wurde.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 20 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 1 nm oder etwas weniger/20 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das porös gemachte Si-Substrat wurde folglich entfernt, und auf dem Siliciumsubstrat war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 10 μm gebildet worden.
  • Dieses Substrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,1 × 104 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)-atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 20 nm betrug, war auf 1,7 nm verbessert worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 21
  • Auf ein p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde durch CVD unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 0,5 μm aufwachsen gelassen:
    Reaktives Gas, Durchflussmenge: SiH2Cl2, 1000 Ncm3/min H2, 230 l/min
    Temperatur: 1080°C
    Druck: 1,1 × 104 Pa
    Aufwachsdauer: 1 min
  • Dieses Substrat wurde in einer 50%igen (Masse) HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/cm2 anodisch behandelt. Die Bildungsgeschwindigkeit der porösen Struktur betrug 8,4 μm/min. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht. Bei der anodischen Behandlung wurde nur das p-Si(100)-Substrat in der vorstehend beschriebenen Weise porös gemacht, während die Si-Epitaxialschicht intakt blieb.
  • Die Oberfläche der Epitaxialschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf diese thermisch oxidierte Schicht wurde ein Quarzgutsubstrat, das optisch poliert worden war, aufgelegt. Die zwei aufeinandergelegten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 3 Stunden lang bei 800°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 204 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder weniger/ 204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und auf dem Siliciumsubstrat war eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm gebildet worden.
  • Dieses Substrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,1 × 104 Pa wärmebehandelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandel ten Probe beurteilt. Die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 20 nm betrug, war auf 1,7 nm verbessert worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine. zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 22
  • Auf der Oberfläche eines p-Si(100)-Substrats mit einer Dicke von 200 μm wurde durch Protonenimplantation in einer H+-Implantationsmenge von 5 × 1015 (Ionen/cm2) eine n-Si-Schicht mit einer Dicke von 1 μm gebildet. Dieses Substrat wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht. Bei der anodischen Behandlung wurde nur das p-Si(100)-Substrat porös gemacht, während die n-Si-Schicht intakt blieb.
  • Die Oberfläche der n-leitenden Einkristallschicht wurde bis zu einer Tiefe von 50 nm thermisch oxidiert. Auf die thermisch oxidierte Schicht wurde ein Quarzgutsubstrat, das optisch poliert worden war, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 800°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden dann selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 204 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens der nichtporösen Si-Schicht durch die Ätzlösung hat einen niedrigen Wert von etwa 4 nm oder etwas weniger/204 Minuten. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des selektiven Ätzens der porösen Schicht zu derjenigen der nichtporösen Schicht beträgt somit 105 oder mehr, und die Abnahme der Schichtdicke der nichtporösen Schicht (mehrere nm) durch Ätzen war praktisch vernachlässigbar.
  • Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich entfernt, und nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf der Siliciumoxidoberfläche des Siliciumsubstrats eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 1,0 μm gleichmäßig ohne Baufehler gebildet worden.
  • In dem Fall, dass die Si3N4-Schicht durch eine Deckschicht aus Apiezonwachs oder Electron Wax ersetzt wurde, war die Wirkung dieselbe, und nur das poröse Si-Substrat wurde vollständig entfernt.
  • Dieses Si-Substrat wurde bei 950°C in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1,1 × 104 Pa wedelt. Durch Betrachtung mit einem (Inter)atomkraftmikroskop wurde die Ebenheit der Oberfläche der behandelten Probe beurteilt. Die Oberflächenrauheit, die vor der Wasserstoffbehandlung 20 nm betrug, war auf 1,7 nm verbessert worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde gefunden, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 23
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 5 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Ge schwindigkeit von 0,9 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 223 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde in einer Wasserstoffatmosphäre unter den nachstehend angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 1,1 × 104 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 25 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 20 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Auf die Oberfläche dieser dünnen Einkristallschicht wurde ein weiteres Si-Substrat, das eine Oxidschicht mit einer Dicke von 500 nm hatte, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 800°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 205 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb.
  • Nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf dem SiO2 eine dünne einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde bestätigt, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität zeigte.
  • Beispiel 24
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromndichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde in einer Wasserstoffatmosphäre unter den nachstehend angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 6,6 × 103 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 45 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RSEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne nichtporöse Einkristallschicht mit einer Dicke von 50 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Diese Epitaxialschicht wurde in einer Dicke von 10 nm oxidiert. Auf die Oberfläche der Oxidschicht wurde ein weiteres Si-Substrat, das eine Oxidschicht mit einer Dicke von 500 nm hatte, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 900°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden durch Eintauchen in eine 6 m KOH-Lösung geätzt. Wie vorstehend beschrieben wurde, beträgt die Ätzgeschwindigkeit des gewöhnlichen einkristallinen Si durch ROH etwa 1 μm oder weniger/Minute, während die Ätzgeschwindigkeit der porösen Si-Schicht etwa 100-mal so hoch ist wie diejenige des nichtporösen einkristallinen Si. Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich in 2 Minuten entfernt. Nach Entfernung des Si3N4 war auf dem SiO2 einkristallines Si mit einer ausgezeichneten Kristallinität gebildet worden.
  • Beispiel 25
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde mit 1,5%iger Flusssäurelösung gewaschen und dann sofort unter den nachstehend angegebenen Bedingungen in einer Argonatmosphäre wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 133 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 60 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 20 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Auf die Oberfläche dieser dünnen Einkristallschicht wurde ein weiteres Si-Substrat, das eine Oxidschicht mit einer Dicke von 500 nm hatte, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stundren lang bei 800°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden durch Eintauchen in eine Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung (1 : 3 : 8) geätzt. Wie vorstehend beschrieben wurde, beträgt die Ätzgeschwindigkeit des gewöhnlichen einkristallinen Si durch die Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung etwa 1 μm oder weniger/Minute, während die Ätzgeschwindigkeit der porösen Si-Schicht etwa 100-mal so hoch ist wie diejenige des nichtporösen einkristallinen Si. Das poröse Si-Substrat mit einer. Dicke von 200 μm wurde folglich in 2 Minuten entfernt. Nach Entfernung des Si3N4 war auf dem SiO2 eine einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Dieselbe Wirkung einer selektiven und vollständigen Entfernung des porösen Si-Substrats konnte erhalten werden, als für die Bedeckung Apiezonwachs anstelle der Si3N4-Schicht verwendet wurde.
  • Beispiel 26
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 300 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 5 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,9 μm/min gebildet. Die Oberfläche des p-Si (100) -Substrats mit einer Dicke von 300 μm wurde bis zu einer Dicke von 30 μm porös gemacht.
  • Das erhaltene teilweise poröse Si-Substrat wurde in einer Wasserstoffatmosphäre unter den nachstehend angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 7,9 × 103 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 25 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastezmikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 30 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Diese einkristalline Schicht wurde bis zu einer Dicke von 10 nm oxidiert. Ein weiteres Si-Substrat, das eine Oxidschicht mit einer Dicke von 500 nm hatte, wurde dicht an der Oberfläche der 10 nm dicken Oxidschicht angebracht, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 700°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Zum Freilegen des porösen Siliciums wurde das teilweise poröse Si-Substrat von der nichtporösen Seite her durch ein übliches Wafer-Läppverfahren abgeschliffen, wobei 275 μm davon entfernt wurden.
  • Die Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 30 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb. Nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf dem SiO2 eine einkristalline Si-Schicht gebildst worden.
  • Dieselbe Wirkung einer selektiven und vollständigen Entfernung des porösen Si-Substrats konnte erhalten werden, als für die Bedeckung Apiezonwachs anstelle der Si3N4-Schicht verwendet wurde.
  • Beispiel 27
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde in einer Wasserstoffatmosphäre unter den nachstehend angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 1,01 × 105 Pa
    Wärmebshandlungsdauer: 80 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RBEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 20 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Ein weiteres Si-Substrat, das eine Oxidschicht mit einer Dicke von 500 nm hatte, wurde dicht an der Oberfläche dieser dünnen Einkristallschicht angebracht, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 700°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden durch Eintauchen in eine Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung (1 : 3 : 8) geätzt. Wie vorstehend beschrieben wurde, beträgt die Ätzgeschwindigkeit des gewöhnlichen einkristallinen Si durch die Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung etwa 1 μm oder weniger/Minute, während die Ätzgeschwindigkeit der porösen Si-Schicht etwa 100-mal so hoch ist wie diejenige des nichtporösen einkristallinen Si. Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich in 2 Minuten entfernt. Nach Entfernung des Si3N4 war auf dem SiO2 eine einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Anschließlich wurde auf die dünne Einkristallschicht durch gewöhnliche CVD eine einkristalline Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 2 μm aufwachsen gelassen. Die Aufwachsbedingungen sind nachstehend gezeigt.
    Gas, Durchflussmenge: SiH2Cl2/H2 1/180 (l/min)
    Temperatur: 1080°C
    Druck: 1,06 × 104 Pa
  • Als Ergebnis war auf dem SiO2 eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 2 μm gebildet worden.
  • Beispiel 28
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde mit 1,5%iger Flusssäurelösung gewaschen und dann sofort unter den nachstehend angegebenen Bedingungen in einer Vakuumkammer wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 1,33 × 10–6 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 100 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 15 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Auf die Oberfläche dieser dünnen Einkristallschicht wurde ein weiteres Si-Substrat, das eine Oxidschicht mit einer Dicke von 500 nm hatte, aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 800°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 205 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppanaterial ungeätzt zurückblieb. Nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf dem SiO2 eine dünne einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde bestätigt, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität beibehielt.
  • Beispiel 29
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 5 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,9 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 223 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde in einer Wasserstoffatmosphäre unter den nachstehend angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 1,06 × 104 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 25 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RREED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 20 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Auf die Oberfläche dieser dünnen Einkristallschicht wurde ein optisch poliertes Quarzgutsubstrat aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 800°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von 49%iger Flusssäure, Alkohol, und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 85 Minuten wurde nur die poröse Si-Schicht selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb. Nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf dem Quarzgutsubstrat eine dünne einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde bestätigt, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität beibehielt.
  • Beispiel 30
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde in einer Wasserstoffatmosphäre unter den nachstehend angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 6,7 × 103 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 45 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne nichtporöse Einkristallschicht mit einer Dicke von 50 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Diese Epitaxialschicht wurde bis zu einer Dicke von 10 nm oxidiert. Auf die Oberfläche der Oxidschicht wurde ein optisch poliertes Glassubstrat mit einer Erweichungstemperatur von etwa 500°C aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 450°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden durch Eintauchen in eine 6 m KOH-Lösung geätzt. Wie vorstehend beschrieben wurde, beträgt die Ätzgeschwindigkeit des gewöhnlichen einkristallinen Si durch KOH etwa 1 μm oder weniger/Minuten, während die Ätzgeschwindigkeit der porösen Si-Schicht etwa 100-mal so hoch ist wie diejenige des nichtporösen einkristallinen Si. Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich in 2 Minuten entfernt. Nach Entfernung des Si3N4 war auf dem Glassubstrat mit einer niedrigen Erweichungstemperatur einkristallines Si mit einer ausgezeichneten Kristallinität gebildet worden.
  • Beispiel 31
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde mit 1,5%iger Flusssäurelösung gewaschen und dann sofort unter den nachstehend angegebenen Bedingungen in einer Argonatmosphäre wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 133 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 60 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 20 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Auf die Oberfläche dieser dünnen Einkristallschicht wurde ein optisch poliertes Glassubstrat mit einer Erweichungstemperatur von etwa 500°C aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 450°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden durch Eintauchen in eine Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung (1 : 3 : 8) geätzt. Wie vorstehend beschrieben wurde, beträgt die Ätzgeschwindigkeit des gewöhnlichen einkristallinen Si durch die Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung etwa 1 μm oder weniger/Minute, während die Ätzgeschwindigkeit der porösen Si-Schicht etwa 100-mal so hoch ist wie diejenige des nichtporösen einkristallinen Si. Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich in 2 Minuten entfernt. Nach Entfernung des Si3N4 war auf dem Glassubstrat mit einer niedrigen Erweichungstemperatur eine einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Dieselbe Wirkung einer selektiven und vollständigen Entfernung des porösen Si-Substrats konnte erhalten werden, als für die Bedeckung Apiezonwachs anstelle der Si3N4-Schicht verwendet wurde.
  • Beispiel 32
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 300 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 5 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,9 μm/min gebildet. Die Oberfläche des p- Si(100)-Substrats mit einer Dicke von 300 μm wurde bis zu einer Dicke von 30 μm porös gemacht.
  • Das erhaltene teilweise poröse Si-Substrat wurde in einer Wasserstoffatmosphäre unter den nachstehend angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 7,9 × 103 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 25 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 30 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Diese einkristalline Schicht wurde bis zu einer Dicke von 10 nm oxidiert. Ein Quarzgutsubstrat wurde dicht an der Oberfläche der Oxidschicht angebracht, und die aneinander angebrachten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 700°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Zum Freilegen des porösen Siliciums wurde das teilweise poröse Si-Substrat von der nichtporösen Seite her durch ein übliches Wafer-Läppverfahren abgeschliffen, wobei 270 μm davon entfernt wurden.
  • Die Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 um durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 30 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppaaatsrial ungeätzt zurückblieb. Nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf dem Quarzgutsubstrat eine einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Dieselbe Wirkung einer selektiven und vollständigen Entfernung des porösen Si-Substrats konnte erhalten werden, als für die Bedeckung Apiezonwachs anstelle der Si3N4-Schicht verwendet wurde.
  • Beispiel 33
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde in einer Wasserstoffatmosphäre unter den nachstehend angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 1,01 × 105 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 80 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 20 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Ein optisch poliertes Glassubstrat mit einer Erweichungstemperatur von etwa 800°C wurde dicht an der Oberfläche dieser dünnen Einkristallschicht angebracht, und die aneinander angebrachten Substrate wurden 0,5 Stunden lang bei 700°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden durch Eintauchen in eine Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung (1 : 3 : 8) geätzt. Wie vorstehend beschrieben wurde, beträgt die Ätzgeschwindigkeit des gewöhnlichen einkristallinen Si durch die Flusssäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung etwa 1 μm oder weniger/Minute, während die Ätzgeschwindigkeit der porösen Si-Schicht etwa 100-mal so hoch ist wie diejenige des nichtporösen einkristallinen Si. Das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde folglich in 2 Minuten entfernt. Nach Entfernung des Si3N4 war auf dem Glassubstrat eine einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Anschließlich wurde auf die dünne Einkristallschicht durch gewöhnliche CVD eine einkristalline Si-Epitaxialschicht in einer Dicke von 2 μm aufwachsen gelassen. Die Aufwachsbedingungen sind nachstehend gezeigt.
    Gas, Durchflussmenge: SiH2Cl2/H2 1/180 (l/min)
    Temperatur: 1080°C
    Druck: 1,06 × 104 Pa
  • Als Ergebnis war auf dem Glassubstrat eine einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 2 μm gebildet worden.
  • Beispiel 34
  • Ein einkristallines p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in einer 50%igen HF-Lösung mit einer Stromdichte von 100 mA/ cm2 anodisch behandelt. Die poröse Struktur wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,4 μm/min gebildet. Das gesamte p-Si(100)-Substrat mit einer Dicke von 200 μm wurde in 24 Minuten porös gemacht.
  • Das erhaltene poröse Si-Substrat wurde mit 1,5%iger Flusssäurelösung gewaschen und dann sofort unter den nachstehend angegebenen Bedingungen in einer Vakuumkammer wärmebehandelt, wobei an der Oberfläche eine glatte Schicht erhalten wurde:
    Temperatur: 950°C
    Druck: 1,33 × 10–6 Pa
    Wärmebehandlungsdauer: 100 Minuten
  • Die glatte Schicht an der Oberfläche wurde durch hochauflösende Rastermikroskopie (RHEED) betrachtet, wobei gefunden wurde, dass eine dünne Einkristallschicht mit einer Dicke von 15 nm gebildet worden war, die dieselbe Orientierung wie das Substrat zeigte.
  • Auf die Oberfläche dieser dünnen Einkristallschicht wurde ein optisch poliertes Quarzgutsubstrat aufgelegt, und die vereinigten Substrate wurden in einer Sauerstoffatmosphäre 0,5 Stunden lang bei 800°C erhitzt, wodurch die zwei Substrate fest verbunden wurden.
  • Die zwei verbundenen Substrate wurden bedeckt, indem Si3N4 in einer Dicke von 0,1 μm durch Niederdruck-CVD abgeschieden wurde. Dann wurde nur die Nitridschicht auf dem porösen Substrat durch reaktives Ionenätzen entfernt.
  • Die verbundenen Substrate wurden selektiv geätzt, indem sie ohne Rühren in eine Mischung von gepufferter Flusssäure, Alkohol und wässriger Wasserstoffperoxidlösung (10 : 6 : 50) eingetaucht wurden. In 205 Minuten wurde nur das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei die einkristalline Si-Schicht als Ätzungsabstoppmaterial ungeätzt zurückblieb. Nach Entfernung der Si3N4-Schicht war auf dem Quarzgutsubstrat eine dünne einkristalline Si-Schicht gebildet worden.
  • Durch Betrachtung eines Querschnitts mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop wurde bestätigt, dass die erhaltene Si-Schicht keinen neu eingeführten Kristallbaufehler hatte und eine zufriedenstellende Kristallinität beibehielt.
  • Dieselbe Wirkung einer selektiven und vollständigen Entfernung des porösen Si-Substrats konnte erhalten werden, als für die Bedeckung Apiezonwachs anstelle der Si3N4-Schicht verwendet wurde.
  • Wie vorstehend ausführlich beschrieben wurde, wird durch die vorliegende Erfindung ein ausgezeichnetes Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Si-Schicht mit einer hohen Kristallinität, die einem einkristallinen Wafer entspricht, auf einem isolierenden Substrat bereitgestellt, wobei das Verfahren in Bezug auf Produktivität, Gleichmäßigkeit, Steuerbarkeit und Kosten ausgezeichnet ist.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, das die Vorteile herkömmlicher SOI-Bau elemente zeigt und auf verschiedene elektronische Hochleistungsgeräte, integrierte Schaltkreise u. dgl. anwendbar ist, bereitgestellt.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, mit dem das teure SOS- und SIMOX-Subatrat bei der Fertigung von großintegrierten Schaltkreisen mit SOI-Struktur ersetzt werden kann, bereitgestellt.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats wird ein Substrat, auf dem sich ein Einkristall befindet, einer Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre unterzogen.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats mit einer nichtporösen einkristallinen Si-Schicht (502; 602; 702), die sich auf einer Isolationsschicht befindet, wobei das erwähnte Verfahren die nachstehenden Folgeschritte umfasst: Bildung einer nichtporösen einkristallinen Si-Schicht auf einem porösen Siliciummaterial, das in einem ersten Substrat enthalten ist, Bereitstellung eines zweiten Substrats (503; 604; 703) mit einer Isolationsschicht, Verbindung der erwähnten nichtporösen einkristallinen Si-Schicht (502; 602; 702) mit dem zweiten Substrat (503; 604; 703), wobei die Isolationsschicht dazwischen angeordnet wird, Entfernung des porösen Siliciums durch Ätzen, wobei die erwähnte nichtporöse einkristalline Si-Schicht (502; 602; 702) eine Oberfläche erhält, die Unebenheiten mit einer Höhe von einigen nm bis einigen zehn nm und einer Periode von einigen nm bis einigen hundert nm hat, und Wärmebehandlung des erwähnten Substrats (502, 503; 602, 604; 702, 703) in einer reduzierenden Atmosphäre, die Wasserstoff enthält, wodurch die Oberfläche der erwähnten nichtporösen einkristallinen Si-Schicht (502; 602; 702) ohne Polieren geebnet wird,
  2. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 1, bei dem die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre bei einem Druck durchgeführt wird, der nicht höher als der Atmosphärendruck ist.
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