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Dokumentenidentifikation DE102004022161A1 05.01.2005
Titel Element und Verfahren zur Herstellung eines Elements
Anmelder Canon K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ikeda, Hajime, Tokio/Tokyo, JP;
Sato, Nobuhiko, Tokio/Tokyo, JP;
Sakaguchi, Kiyofumi, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 05.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004022161
Offenlegungstag 05.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.2005
IPC-Hauptklasse H01L 21/84
Zusammenfassung Es wird eine poröse Struktur mit großer Gleichmäßigkeit bereitgestellt, selbst wenn sie bei einer hohen Auflösung (hoher Bewertungstandard) von einigen oder einigen zehn nm oder weniger bewertet wird. Durch Anwenden dieser porösen Struktur bei der Herstellung eines SOI-Substrats wird ein SOI-Substrat bereitgestellt, das eine SOI-Schicht mit einer kleinen Anzahl an Fehlstellen hat. In einem Bereich in einer Tiefe von 5 bis 10 nm von der Oberfläche einer porösen Si-Schicht sind die Werte von Parametern, wie etwa der Porosität oder dergleichen, die eine poröse Struktur bezeichnen, gleichmäßig. Die Herstellung eines SOI-Substrats unter Verwendung dieser porösen Si-Schicht verringert Aussparungsfehlstellen in einer SOI-Schicht.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Element, das einen porösen Bereich einschließt, und ein Verfahren zur Herstellung eines Elements, bei dem ein poröser Bereich im abschließenden Schritt oder in einem Zwischenschritt gebildet wird.

Anwendungsgebiete von porösem Silicium als einem porösen Element schließen zum Beispiel die Herstellung eines SOI-Substrats ein (Silicium auf Isolator oder Halbleiter auf Isolator). Zum Beispiel offenbart das offengelegte Japanische Patent Nr. 5-21338 ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats unter Verwendung von porösem Silicium. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats, das im offengelegten Japanischen Patent Nr. 5-21338 offenbart ist, wird eine nicht poröse Si-Schicht (eine Schicht, die schließlich als eine SOI-Schicht dient) auf einer porösen Si-Schicht gebildet, und das erste Substrat einschließlich der nicht porösen Si-Schicht wird so an ein zweites Substrat gebunden, dass sich ein Isolator auf der nicht porösen Si-Schicht befindet. Dann wird ein Abschnitt von der rückseitigen Oberfläche des ersten Substrats zum porösen Silicium von dem gebundenen Substratstapel entfernt, wodurch ein SOI-Substrat erhalten wird, das die nicht poröse Si-Schicht auf einer eingebetteten isolierenden Schicht aufweist.

Das offengelegte Japanische Patent Nr. 5-21338 berücksichtigt keine poröse Struktur in einem Bereich (z.B. einem Bereich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 100 nm) in der Nachbarschaft der Oberfläche der porösen Si-Schicht, die in dem Schritt des Bildens der porösen Si-Schicht gebildet wird.

Kürzlich gab es Nachfragen nach einer dünneren SOI-Schicht als einer aktiven Schicht eines SOI-Substrats. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass die Struktur eines Bereichs in der Nachbarschaft der Oberfläche einer porösen Si-Schicht, die als eine unterliegende Schicht für eine SOI-Schicht dienen soll, beim Ausdünnen der SOI-Schicht äußerst wichtig ist. Wie später im Detail beschrieben werden wird, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung zudem gefunden, dass die Oberflächenschicht eines Substrats, auf dem eine poröse Si-Schicht zu bilden ist, mit einer Wasserstoffkonzentration höher als der des verbleibenden Abschnitts die Struktur der zu bildenden porösen Si-Schicht beeinflusst.

Als Druckschriften des Stands der Technik, die nachteilige Wirkungen, die durch Diffusion von Wasserstoff in ein Si-Substrat ohne eine porösen Si-Bereich, das heisst ein allgemeines Si-Substrat, hervorgerufen werden, und Maßnahmen gegen diese betreffen, sind die offengelegten Japanischen Patente Nr. 7-45573 und 5-21371 erhältlich. Allerdings haben die offengelegten Japanischen Patente Nr. 7-45573 und 5-21371 nichts mit der Technik des Aufbringens von porösem Silicium und spezieller einer Methode zur Verarbeitung eines Substratmaterials, um eine dünne, hochqualitative, nicht poröse Schicht auf einer porösen Si-Schicht zu bilden, zu tun.

Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage der vorstehend erwähnten Befunde der Erfinder der vorliegenden Erfindung gemacht worden, und es ist ihre Aufgabe, eine poröse Struktur bereitzustellen, die, selbst wenn sie bei einer hohen Auflösung (hoher Bewertungsstandart) von nicht mehr als einigen nm oder einigen zehn nm bewertet wird, eine große Gleichmäßigkeit zeigt, oder eine Methode zur Herstellung eines hochqualitativen Elements (z.B. eines SOI-Substrats) unter Verwendung der gleichen porösen Struktur bereitzustellen.

Die vorliegende Erfindung hat verschiedene Aspekte. Einige Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend veranschaulicht.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Element bereitgestellt, das einen porösen Bereich einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich in einer Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des aus Silicium bestehenden porösen Bereichs eine Dicke einer Porenwand zwischen Poren, eine Porendichte und eine Porosität im Wesentlichen gleichmäßig sind.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Element bereitgestellt, das einen porösen Bereich einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich in einer Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des aus Silicium bestehenden porösen Bereichs eine Dicke einer Porenwand zwischen Poren, eine Porendichte und eine Porosität so variieren, dass sie Werte von der Hälfte bis dem Doppelten entsprechender Referenzwerte aufweisen.

Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Element bereitgestellt, das einen porösen Bereich einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine Bewertung in einer beliebigen Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des porösen Bereichs durchgeführt wird, ein Mittelwert der Dicken der Porenwände zwischen Poren in einer vorbestimmten Tiefe innerhalb des Bereichs die Hälfte bis das Doppelte eines Mittelwerts der Dicken der Porenwände zwischen Poren in einer Tiefe von nicht weniger als 100 nm von der Oberfläche des porösen Bereichs beträgt.

Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Element bereitgestellt, das einen porösen Bereich einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine Bewertung in einer beliebigen Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des porösen Bereichs vorgenommen wird, eine Porosität in einer vorbestimmten Tiefe innerhalb des Bereichs die Hälfte bis das Doppelte einer Porosität in einer Tiefe von nicht weniger als 100 nm von der Oberfläche des porösen Bereichs beträgt.

Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Element bereitgestellt, das einen porösen Bereich einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine Bewertung in einer beliebigen Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des porösen Bereichs vorgenommen wird, eine Porendichte in einer vorbestimmten Tiefe innerhalb des Bereich die Hälfte bis das Doppelte einer Porendichte in einer Tiefe von nicht weniger als 100 nm von der Oberfläche des porösen Bereichs beträgt.

Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Element bereitgestellt, das einen porösen Bereich einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Element erhalten wird, indem ein spezifischer Widerstand eines Bereichs von einer Oberfläche eines Materialelements zu einer Tiefe von 100 nm in einer Tiefenrichtung im Wesentlichen gleichmäßig gemacht und dann das Element eloxiert wird.

Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Element bereitgestellt, das einen porösen Bereich einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Element erhalten wird, indem ein spezifischer Widerstand in einer Nachbarschaft einer Oberfläche eines Materialelements in einer Tiefenrichtung im Wesentlichen gleichmäßig eingeregelt und dann das Element eloxiert wird.

Die als der erste bis siebte Aspekt veranschaulichten charakteristischen Elemente stellen einen porösen Bereich mit einer hohen Gleichmäßigkeit bereit, selbst wenn bei einer bisher nicht in Betracht gezogenen Auflösung bewertet wird, das heisst bei einer hohen Auflösung (hoher Bewertungsstandart) von nicht mehr als einigen nm oder einigen zehn nm.

Die vorliegende Erfindung, die in dem ersten bis fünften Aspekt beispielhaft angegeben wurde, ist insbesondere bei einer Anwendung vorteilhaft, in der der poröse Bereich Silicium enthält.

Die vorliegende Erfindung, die in dem sechsten und siebten Aspekt beispielhaft angegeben wurde, ist insbesondere bei einer Anwendung vorteilhaft, die ein Materialelement verwendet, das Silicium als das Materialelement verwendet.

Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elements bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Einstellungsschritt des Einstellens eines spezifischen Widerstandes in einer Nachbarschaft einer Oberfläche eines Materials und einen porös machenden Schritt des Porösmachens des Materials von der Oberfläche des Materials zu einem Tiefenabschnitt durch Eloxieren, um einen porösen Bereich zu bilden, umfasst. Durch Bilden eines porösen Bereichs nach Einstellen des spezifischen Widerstandes in der Nachbarschaft der Oberfläche des Materials kann zum Beispiel die Struktur des zu bildenden porösen Bereichs gesteuert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Einstellungsschritt so durchgeführt werden, dass ein spezifischer Widerstand eines Bereichs von der Oberfläche des Materials zu einer Tiefe von 100 nm in einer Tiefenrichtung im Wesentlichen gleichmäßig ist.

Alternativ kann der Einstellungsschritt so durchgeführt werden, dass der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche des Materials in einer Tiefenrichtung im Wesentlichen gleichmäßig ist.

Alternativ kann der Einstellungsschritt so durchgeführt werden, dass der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche des Materials abnimmt.

Alternativ kann der Einstellungsschritt einen Schritt des Glühens des Materials umfassen. Der Glühschritt umfasst bevorzugt einen Schritt des Glühens des Materials bei nicht weniger als 50°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Alternativ umfasst der Glühschritt bevorzugt einen Schritt des Glühens des Materials bei 50°C bis weniger als 1100°C in einer Edelgasatmosphäre. Alternativ umfasst der Glühschritt bevorzugt einen Schritt des Glühens des Materials in sauberer Luft.

Das Herstellungsverfahren gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist speziell in der folgenden Anwendung vorteilhaft. Das heisst, das Herstellungsverfahren gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst bevorzugt des Weiteren einen Wachstumsschritt des Aufwachsens wenigstens einer Schicht einschließlich einer Halbleiterschicht auf dem porösen Bereich. Das Herstellungsverfahren umfasst bevorzugt des Weiteren einen Bindungsschritt des Bindens eines zweiten Elements an eine Oberfläche eines Elements, auf der die wenigstens eine Schicht gebildet ist, um nach dem Wachstumsschritt einen Stapel aus gebundenen Elementen zu bilden. Das Herstellungsverfahren umfasst des Weiteren bevorzugt einen Entfernungsschritt des Entfernens eines Abschnitts von einer freiliegenden Oberfläche des Elements in dem Stapel aus gebundenen Elementen zu dem porösen Bereich nach dem Bindungsschritt.

Bevorzugt schließt wenigstens eine Schicht eine isolierende Schicht ein, die im Anschluss an die Bildung der Halbleiterschicht gebildet wird. Alternativ kann wenigstens eine Oberfläche des zweiten Elements aus einem Isolator bestehen. In diesen Fällen kann durch das Herstellungsverfahren ein SOI-Substrat erhalten werden, das eine Halbleiterschicht auf einer eingebetteten isolierenden Schicht aufweist. Diese Anwendung auf die Herstellung eines SOI-Substrats macht es möglich, eine SOI-Schicht bereitzustellen, die eine Dicke von z.B. 100 nm oder weniger und mehr bevorzugt einigen zehn nm oder weniger und sehr wenige Fehlstellen aufweist.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren die gleichen oder ähnliche Teile bezeichnen, offensichtlich werden.

Die begleitenden Zeichnungen, die in die Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil von dieser bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.

Die 1A bis 1F zeigen ein Verfahren der Herstellung eines SOI-Substrats gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

die 2A bis 2C veranschaulichen eine Schicht mit geringer Porosität, die in der Nachbarschaft der Oberfläche einer porösen Si-Schicht gebildet ist, und ein Verfahren, in dem Vorsprünge und Aussparungen an der Grenzfläche zwischen der porösen Si-Schicht und einer darauf zu bildenden nicht porösen Si-Schicht aufgrund der Schicht mit geringer Porosität gebildet werden,

die 3 ist ein Graph, der das Ergebnis der Bewertung der Abhängigkeiten der spezifischen Widerstände von der Tiefe mittels SR-Messung zeigt, das erhalten wird, wenn geglüht wird und wenn nicht geglüht wird,

die 4A und 4B sind Graphen, die die Abhängigkeiten der Dicken der Porenwände des porösen Siliciums von der Tiefe zeigen, die erhalten werden, wenn geglüht wird und wenn nicht geglüht wird,

die 5A und 5B sind Graphen, die die Abhängigkeiten der Porositäten des porösen Siliciums von der Tiefe zeigen, die erhalten werden, wenn geglüht wird und wenn nicht geglüht wird,

die 6A und 6B sind Graphen, die die Abhängigkeiten der Porendichten des porösen Siliciums von der Tiefe zeigen, die erhalten werden, wenn geglüht wird und wenn nicht geglüht wird,

die 7A und 7B sind Graphen, die die Abhängigkeiten der Dichten des porösen Siliciums von der Tiefe zeigen, wenn geglüht wird und wenn nicht geglüht wird,

die 8 ist eine Tabelle, die die Oberflächenrauhigkeit von SOI-Substraten zeigt, die erhalten werden, wenn geglüht wird und wenn nicht geglüht wird, und bei denen rückständiges poröses Silicium nach dem Spaltschritt durch Ätzen entfernt wurde,

die 9 ist eine Tabelle, die die Abhängigkeit der Struktur des porösen Siliciums von der Tiefe zeigt, wenn geglüht wird,

die 10 ist eine Tabelle, die die Abhängigkeit der Struktur des porösen Silicium von der Tiefe zeigt, wenn nicht geglüht wird, und

die 11 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur in der Nachbarschaft der Oberfläche einer porösen Si-Schicht zeigt, die durch Glühen und Eloxieren eines Si-Wafers erhalten wird.

Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Substrats als einer bevorzugten Anwendung einer porösen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1A bis 1F beschrieben.

In dem in 1A gezeigten Glühschritt wird ein Siliciumsubstrat wie etwa ein p-artiges Einkristall-Si-Substrat (Keimsubstrat) 11, das als ein Materialsubstrat dient, geglüht. Dieses Glühen führt dazu, dass der spezifische Widerstand der Nachbarschaft der Oberfläche (z.B. ein Bereich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 100 nm) des Si-Substrats 11 im Wesentlichen mit dem eines Tiefenabschnitts (z.B. einem Abschnitt in einer Tiefe von 100 nm oder mehr von der Oberfläche) übereinstimmt. Ein allgemeines p-artiges Einkristall-Si-Substrat hat in der Nachbarschaft der Oberfläche einen höheren spezifischen Widerstand als in dem Tiefenabschnitt. Der Grund ist, dass eine unerwünschte eindiffundierte Verunreinigung wie etwa Wasserstoff 1 in der Nachbarschaft der Oberfläche vorliegt. Das Glühen kann so durchgeführt werden, dass der Wasserstoff 1 in der Nachbarschaft der Oberfläche aus dem Si-Substrat 11 freigesetzt wird. Dieser Schritt wird später im Detail beschrieben.

In dem in 1B gezeigten Eloxierschritt wird die Oberfläche des Si-Substrats 11 porös gemacht, um eine poröse Si-Schicht 12 zu bilden. Der Eloxierschritt schließt zum Beispiel einen Schritt des Auffüllens eines Raums zwischen einem Paar Elektroden mit einer eloxierenden Lösung wie etwa einer HF (Wasserstofffluorid) enthaltenden Lösung, des Anordnens eines zu bearbeitenden Substrats (das heisst des Si-Substrats 11) zwischen dem Paar von Elektroden und des Anlegens eines Stroms zwischen den Elektroden ein.

Das vorstehend beschriebene Glühen des Si-Substrats 11 vor dem Eloxierschritt macht es möglich, eine poröse Struktur in der Nachbarschaft der Oberfläche (z.B. ein Bereich in einer Tiefe von 10 nm bis 100 nm von der Oberfläche) der porösen Si-Schicht 12 so zu bilden, dass sie im Wesentlichen mit der in einem tieferen Abschnitt (z.B. einem Bereich in einer Tiefe von mehr als 100 nm von der Oberfläche) übereinstimmt oder eine zulässige poröse Struktur sowohl in der Nachbarschaft der Oberfläche als auch in dem Tiefenabschnitt zu erhalten. Eine zulässige poröse Struktur meint eine Struktur, aus der schließlich eine SOI-Schicht mit einer erwünschten Dicke erhalten werden kann. Die poröse Struktur in der Nachbarschaft der Oberfläche kann die Struktur und die Ebenheit einer darauf zu bildenden, nicht porösen Si-Schicht (die schließlich als eine SOI-Schicht dienen soll) beeinflussen.

In dem in 1C gezeigten Wachstumsschritt wird eine nicht poröse Halbleiterschicht wie etwa eine nicht poröse Einkristall-Si-Schicht (SOI-Schicht) 13 auf der porösen Si-Schicht 12 aufgewachsen. Die nicht poröse Einkristall-Si-Schicht 13 wird typischerweise durch epitaxiales Wachstum gebildet. Anschließend an die Bildung der nicht porösen Einkristall-Si-Schicht 13 wird bevorzugt eine isolierende Schicht wie etwa eine isolierende Schicht aus Siliciumoxid (eingebettete isolierende Schicht) 14 auf der nicht porösen Einkristall-Si-Schicht 13 gebildet. Die isolierende Siliciumoxidschicht 14 kann zum Beispiel durch Oxidieren der Oberfläche der nicht porösen Einkristall-Si-Schicht 13 durch thermische Oxidation gebildet werden.

In dem in 1D gezeigten Bindungsschritt wird ein zweites Substrat (Handhabungssubstrat) 20 an die Seite der isolierenden Siliciumoxidschicht 14 eines in dem in 1C gezeigten Wachstumsschritt gebildeten ersten Substrats 10 gebunden, um einen Stapel 30 aus gebundenen Substraten zu bilden. Als das zweite Substrat 20 kann zum Beispiel ein Si-Substrat, ein Si-Substrat mit einer isolierenden Schicht auf seiner Oberfläche oder ein isolierendes Substrat wie etwa ein Glassubstrat verwendet werden. Wenn die isolierende Siliciumoxidschicht nicht in dem Wachstumsschritt gebildet wird, kann ein Substrat mit einem Isolator wenigstens auf seiner Oberfläche als das zweite Substrat 20 verwendet werden.

In dem in 1E gezeigten Spaltschritt wird der Stapel 30 aus gebundenen Substraten an der porösen Si-Schicht 12 in zwei Substrate gespalten. Dabei kann der Stapel 30 aus gebundenen Substraten an der Peripherie der porösen Si-Schicht 12 oder an der Grenzfläche zwischen der porösen Si-Schicht 12 und einer der zwei angrenzenden Schichten gespalten werden. Mit diesem Vorgang wird ein Abschnitt von der rückseitigen Oberfläche der porösen Si-Schicht 12 von dem ersten Substrat 10, das einen Teil des Stapels 30 aus gebundenen Substraten bildet, entfernt. Der Spaltschritt kann durch Einspritzen einer Flüssigkeit zu der porösen Si-Schicht 12 oder in die Nachbarschaft davon unter Drehen des Stapels 30 aus gebundenen Substraten durchgeführt werden. Solch ein Verfahren ist eine Anwendung eines Wafer-Strahlverfahrens. Anstelle des Spaltschritts kann ein Abschnitt von der rückseitigen Oberfläche der porösen Si-Schicht 12 von dem ersten Substrat 10, das einen Teil des Stapels 30 aus gebundenen Substraten bildet, durch Ätzen, Polieren oder dergleichen entfernt werden.

In dem in 1F gezeigten Nachverarbeitungsschritt wird die Oberfläche des zweiten Substrats 20, die den in 1E gezeigten Spaltschritt durchlaufen hat, einem Ätzschritt und/oder einem Schritt zum Einebnen der Oberfläche (z.B. einem Polierschritt oder einem Glühschritt) unterzogen, wodurch ein SOI-Substrat 40 erhalten wird, das die nicht poröse Einkristall-Si-Schicht 13 mit einer gewünschten Dicke und einer gewünschten Ebenheit der Oberfläche aufweist. Die nicht poröse Einkristall-Si-Schicht 13 ist eine SOI-Schicht, die auf der isolierenden Siliciumoxidschicht 14 angeordnet ist.

Der in 1A gezeigte Glühschritt und seine Vorteile werden nachstehend beschrieben.

Eine poröse Si-Schicht wird auf einem kommerziell erhältlichen, p-artigen Einkristall-Si-Substrat ohne Glühen gebildet (1B). Das Substrat wird dann dem Wachstumsschritt (1C), dem Bindungsschritt (1D) und dem Spaltschritt oder Entfernungsschritt (1E) unterzogen. In dem Nachverarbeitungsschritt (1F) wird eine rückständige poröse Si-Schicht 12b entfernt, um ein SOI-Substrat zu erhalten. Die Oberfläche des SOI-Substrats kann Vorsprünge und Aussparungen haben, die einen Höhenunterschied von zum Beispiel 30 nm bis 50 nm haben.

Diese Aussparungen dienen als Aussparungsfehlstellen der SOI-Schicht. Wenn die Aussparungen tief genug sind, um das zweite Substrat (Handhabungssubstrat) 20 zu erreichen, werden sie zu Nadellöchern, was zu HF-Fehlstellen in der SOI-Schicht 13 führt. Eine HF-Fehlstelle kann durch Bearbeiten eines SOI-Substrats mit einer HF-Lösung (Wasserstofffluoridlösung) hervorgerufen werden.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass eine in der Nachbarschaft der porösen Si-Schicht 12 gebildete Schicht mit geringer Porosität eine vorstehend beschriebene Aussparung wie etwa ein Nadelloch verursacht. Eine in der Nachbarschaft der Oberfläche der porösen Si-Schicht gebildete Schicht mit geringer Porosität und ein Verfahren, bei dem überschüssige Vorsprünge und Aussparungen in der Oberfläche des SOI-Substrats aufgrund der Schicht mit geringer Porosität gebildet werden, werden nachstehend mit Bezug auf die 2A bis 2C beschrieben.

Die 2A, 2B und 2C sind Schnittansichten, die schematisch Teilsubstrate in den Schritten zeigen, die in den 1B, 1C bzw. 1F gezeigt sind. Es wurde gefunden, dass ein Eloxieren eines kommerziell erhältlichen p+-artigen Si-Substrats ohne Glühen dazu führen kann, dass die Nachbarschaft der Oberfläche eine in 2A gezeigte Struktur hat. Wenn die poröse Si-Schicht 12 durch Eloxieren ohne Glühen gebildet wird, wird sie spezieller zu einer Schicht 101 (auf die hiernach als eine raue Schicht Bezug zu nehmen ist), deren Bereich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 10 nm eine große Anzahl an Aussparungen hat. Ein Bereich in einer Tiefe von etwa 10 bis 35 nm von der Oberfläche wird zu einer Schicht 102 (auf die hiernach als eine Schicht mit geringer Porosität Bezug zu nehmen ist), die eine kleine Anzahl an Poren und eine geringe Porosität aufweist. Ein Bereich in einer Tiefe von mehr als 35 nm von der Oberfläche wird zu einer Schicht 103 (auf die hiernach als eine Schicht mit Standartporosität Bezug zu nehmen ist), die mehr Poren als die Schicht 102 mit geringer Porosität und eine im Wesentlichen gleichmäßige Porosität aufweist. Die Porosität der Schicht 103 mit Standartporosität kann zum Beispiel durch die Zusammensetzung der Eloxierlösung (z.B. eine HF enthaltende Lösung), die Amperezahl eines zwischen den Elektroden angelegten Stroms und dergleichen eingeregelt werden. Zudem kann die Porosität der Schicht 103 mit Standartporosität so bestimmt werden, dass die poröse Si-Schicht 12 vor dem Spaltschritt nicht zusammenbricht, aber in dem Spaltschritt durch eine Kraft, z.B. die einer Flüssigkeit, leicht zusammenbricht.

Wenn die nicht poröse Einkristall-Si-Schicht 13 epitaxial auf dem Substrat mit der rauen Schicht 101 und der Schicht 102 mit geringer Porosität aufgewachsen wird, können die Aussparungen in der rauen Schicht 101 aufgefüllt werden, wie es in 2B gezeigt ist. Die Poren in der Schicht 102 mit geringer Porosität können teilweise gefüllt werden, das heisst von der Oberfläche (Grenzfläche mit der rauen Schicht 101) der Schicht 102 mit geringer Porosität bis zu einer Tiefe von etwa einigen nm, aber sie wird nicht vollständig gefüllt. Die isolierende Siliciumoxidschicht 14 wird auf diesem Substrat gebildet ( 1C), das an das zweite Substrat (Handhabungssubstrat) 20 gebunden wird, um den Stapel 30 aus gebundenen Substraten zu bilden (1D). Der Stapel 30 aus gebundenen Substraten wird in zwei aufgeteilt (1E), und die rückständige poröse Si-Schicht 12b auf der Oberfläche wird gelöst und durch Ätzen entfernt. Wie in 1C gezeigt verbleiben Aussparungsfehlstellen 110 (einige von ihnen sind Nadellöcher) in der Oberfläche, und ihre Tiefen hängen von der Dicke der Schicht 102 mit geringer Porosität ab. Es wird ein Beispiel eines experimentellen Ergebnisses angegeben. Wenn die SOI-Schicht 13 in einer Dicke von 20 nm gebildet wurde, wurden etwa 20.000 Aussparungsfehlstellen (einschließlich Nadellöchern) auf einem Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm beobachtet.

Wie vorstehend beschrieben steht die Erzeugung der Aussparungsfehlstellen (einschließlich Nadellöchern) in der SOI-Schicht in engem Zusammenhang mit der Gegenwart der Schicht mit geringer Porosität. Eine Lösung zum Bilden einer besonders dünnen SOI-Schicht (zum Beispiel mit einer Dicke von 30 nm oder 20 nm oder weniger), während Aussparungsfehlstellen so unterdrückt werden, dass sie in eine Toleranz fallen, ist es, die Schicht 102 mit geringer Porosität in der Nachbarschaft der porösen Si-Schicht 12, die als eine unterliegende Schicht der Halbleiterschicht 13 (Einkristall-Si-Schicht) dient, die als die SOI-Schicht verwendet werden soll, zu verringern und mehr bevorzugt zu beseitigen. Es ist zu beachten, dass ein Eloxieren, um die Porosität eines Abschnitts, der der Schicht 102 mit geringer Porosität entspricht, zu erhöhen, die Porosität der Schicht mit Standartporosität unterhalb des Abschnitts übermäßig vergrößern wird. Das bedeutet, dass die Schicht 102 mit geringer Porosität vor dem Spaltschritt zusammenbrechen kann.

In einem Bereich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 5 nm werden die Poren durch den Schritt des epitaxialen Aufwachsens der nicht porösen Einkristall-Si-Schicht 13 ( 1C) aufgefüllt. Demgemäß ruft die geringe Porosität dieses Bereichs keine Aussparungsfehlstellen hervor.

Eine Untersuchung des Mechanismus der Erzeugung einer Schicht mit geringer Porosität ist für die Steuerung der Struktur in der Nachbarschaft der Oberfläche der porösen Si-Schicht 12 wichtig. Eine intensive Studie der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat zu einer erfolgreichen Bestimmung des Mechanismus der Erzeugung der Schicht mit geringer Porosität geführt.

Ein Si-Substrat wird vor dem Eloxieren typischerweise poliert und alkalisch gereinigt. Eine alkalische Lösung und Silicium reagieren miteinander, so dass auf die folgende Weise Wasserstoff erzeugt wird. Si + 2OH → SiO2 + 2H2

Es ist bekannt, dass während des Reinigens Wasserstoff bis zu einer Tiefe von etwa 3 &mgr;m in das Si-Substrat hineindiffundiert. Eindiffundierter Wasserstoff deaktiviert ein Dotierungsmittel (z.B. Bor, das als ein Akzeptor eines p+-Wafers dient) und erhöht somit den spezifischen Widerstand in der Nachbarschaft des Si-Substrats. Wenn das Substrat, das zwei Schichtbereiche mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen aufweist, mit einem konstanten Strom eloxiert wird, wird eine Schicht mit geringer Porosität in einem Bereich von etwa einigen zehn nm Dicke von der Grenzfläche zwischen den zwei Bereichen mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen zu der Seite mit höherem spezifischen Widerstand hin (das heisst die Oberflächenseite des Substrats) gebildet.

Dieses Phänomen kann aus dem folgenden Grund auftreten. Beim Eloxieren entsteht eine Vielzahl von Poren in einem Bereich mit hohem spezifischen Widerstand. Wenn einige von ihnen einen Bereich mit geringem spezifischen Widerstand vor den anderen erreichen, konzentrieren sich Ströme auf die führenden (vorderen) Poren. Im Ergebnis wachsen nur die führenden Poren, während das Wachstum der anderen stppt. Dieses Phänomen ist ebenfalls von anderen Forschern berichtet worden (S. Frohnhoff et al., Thin Solid Films, 1995, 255, 59–62).

Aus dem vorstehend erwähnten Grund ist es wichtig, zu eloxieren, nachdem der spezifische Widerstand des Si-Substrats hinsichtlich der Tiefe in der Nachbarschaft (z.B. ein Bereich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 100 nm) der Oberfläche beim Bilden von porösem Silicium ohne eine Schicht mit geringer Porosität im Wesentlichen gleichmäßig eingestellt wurde. Poröses Silicium mit einer verringerten Schicht mit geringer Porosität wird nicht nur bei der Herstellung eines SOI-Substrats, sondern auch für andere Anwendungsgebiete als nützlich angesehen.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestätigt, dass Glühen bei 200°C für 20 Minuten in sauberer Luft den spezifischen Widerstand eines p-artigen Si-Substrats in einer Tiefenrichtung im Wesentlichen gleichmäßig einstellt und keine Schicht mit geringer Porosität in der resultierenden porösen Schicht gebildet wird.

Hinsichtlich der durch Diffusion von Wasserstoff in einen Wafer hervorgerufenen nachteiligen Wirkungen und Maßnahmen gegen diese sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. Diese Vorschläge beabsichtigen nicht, eine poröse Schicht mit einer gleichmäßigen Struktur zu bilden. Das offengelegte Japanische Patent Nr. 7-45573 offenbart ein Verfahren des Hinausdiffundierens von Wasserstoff, der durch Ätzen oder dergleichen eindiffundiert ist, durch Glühen bei 50 bis 200°C für 15 Minuten bis 24 Stunden in sauberer Luft. Das offengelegte Japanische Patent Nr. 5-21371 offenbart ein Verfahren des Hinausdiffundierens von Wasserstoff, der durch Plasma eindiffundiert ist, durch Glühen bei 350 bis 500°C in einem Inertgas oder im Vakuum.

Der spezifische Widerstand eines Si-Substrats in der Tiefenrichtung kann wie vorstehend beschrieben durch Glühen gleichmäßig gemacht werden. Das Glühen wird wünschenswerter Weise in einer nicht reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, um ein Hinausdiffundieren eines Dotierungsmittels zu verhindern. Zum Beispiel kann zusätzlich zu Argon, Stickstoff, Helium oder dergleichen, die im Allgemeinen in dem Schritt des Herstellens eines Halbleiters als ein Inertgas verwendet werden, saubere Luft oder Sauerstoff verwendet werden. Insbesondere wenn ein Si-Substrat in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre geglüht wird, wird ein Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats gebildet, der ein Hinausdiffundieren eines Dotierungsmittels verhindert. Ein Verhindern des Hinausdiffundierens ist in dem offengelegten Japanischen Patent Nr. 8-306682 offenbart. Da ein Glühen in einer Atmosphäre, die nicht ausreichend Sauerstoff enthält, ein Hinausdiffundieren eines Dotierungsmittels verursacht, beträgt die Glühtemperatur bevorzugt weniger als 1100°C.

Wie vorstehend beschrieben unterdrückt das Glühen des Si-Substrats 11 bei 50°C oder mehr in Sauerstoff oder bei 50°C bis 1100°C oder weniger in einem Inertgas vor dem Eloxieren eine Erzeugung einer Schicht mit geringer Porosität in der porösen Si-Schicht und macht es möglich, ein SOI-Substrat mit einer kleinen Anzahl an Aussparungsfehlstellen (einschließlich Nadellöchern) herzustellen. Die 11 ist eine Ansicht, die schematisch die Struktur der Nachbarschaft der Oberfläche der porösen Si-Schicht 12 zeigt, die durch Eloxieren des Si-Substrats nach dem Glühen erhalten wurde. Wie vorstehend beschrieben ist ein Glühen bei 50°C oder mehr im offengelegten Japanischen Patent Nr. 7-45573 offenbart.

Eine Verringerung einer Schicht mit geringer Porösität in einer porösen Si-Schicht kann zur Vereinheitlichung der Dicke einer zu bildenden SOI-Schicht beitragen. Wie in den 2A bis 2C gezeigt, kann die Schicht 102 mit geringer Porösität einen Teil der nicht porösen Einkristall-Si-Schicht 13 beim Bilden der nicht porösen Einkristall-Si-Schicht 13 auf der porösen Si-Schicht 12 bilden. Aus diesem Grund führen Veränderungen der Dicke der Schicht mit geringer Porosität in einer Ebene oder zwischen Substraten zu Veränderungen in der Dicke der nicht porösen Einkristall-Si-Schicht 13 und schließlich zu Veränderungen in der Dicke der SOI-Schicht. Wenn ein Si-Substrat, das von einem Hersteller von Wafern oder dergleichen gekauft wird, direkt ohne Glühen eloxiert wird, treten in Abhängigkeit von dem Hersteller des Wafers oder dem Verarbeitungszustand Veränderungen im spezifischen Widerstand in einer Ebene und zwischen Substraten auf. Dies verursacht Veränderungen in der Dicke der Schicht mit geringer Porosität bei der zu bildenden porösen Schicht, was zu Veränderungen in der Dicke der SOI-Schicht führt. Daher kann ein Einstellen des spezifischen Widerstandes des Si-Substrats 11, so dass er im Wesentlichen gleichmäßig ist, oder seine Einstellung in der Tiefenrichtung durch Glühen oder dergleichen nicht nur zur Verringerung von Aussparungsfehlstellen, sondern auch von Veränderungen in der Dicke der SOI-Schicht beitragen.

Ein Materialsubstrat, auf dem die poröse Schicht zu bilden ist, ist nicht auf ein p-artiges Substrat beschränkt. Zum Beispiel kann bei einem n-artigen Substrat die Struktur der zu bildenden porösen Schicht ebenfalls durch Einstellen oder Steuern des spezifischen Widerstandes der Oberfläche durch Glühen oder dergleichen gesteuert werden. Zudem ist das Materialsubstrat nicht auf ein Einkristall-Si-Substrat beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel für ein Substrat aus einem von Silicium verschiedenen Material ebenso wie für ein Poly-Si-Substrat und ein Substrat aus amorphem Si angewendet werden. Beim Glühen, um die Verteilung des spezifischen Widerstandes in der Tiefenrichtung des Materialsubstrats einzustellen oder zu steuern, ist ein verwendetes Gas nicht auf ein Inertgas oder Sauerstoff beschränkt.

(Beispiel 1)

Ein p-artiger Si-Wafer mit 15 m&OHgr;&bullopr;cm wurde bei 400°C für 1 Stunde in einer Sauerstoffatmosphäre geglüht und dann eloxiert. Die 3 ist ein Graph, der das Ergebnis einer Bewertung der Abhängigkeiten der spezifischen Widerstände von der Tiefe mittels SR-Messung zeigt, das erhalten wird, wenn geglüht wird und wenn nicht geglüht wird. Das Glühen verringert den spezifischen Widerstand in der Nachbarschaft (ein Bereich in einer Tiefe von 0 bis 100 nm) der Oberfläche des Si-Wafers und macht den spezifischen Widerstand in einem Bereich in einer Tiefe von 0 bis 300 nm im Wesentlichen gleichmäßig. Von einem Bereich in einer Tiefe von 300 nm oder mehr wird ebenfalls angenommen, dass er einen ähnlichen spezifischen Widerstand aufweist. Die 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 9 und 10 sind Graphen und Tabellen, die die Abhängigkeiten der Struktur aus porösem Silicium von der Tiefe zeigen, wenn geglüht wird und wenn nicht geglüht wird. Diese Daten wurden durch diagonales Polieren der Oberfläche des auf dem Si-Wafer gebildeten porösen Siliciums in einem Winkel von 0,5°C und anschließendes Beobachten der Oberfläche mit SEM erhalten. Ein Eloxieren nach dem Glühen macht die Dicke (4A, 4B, 9 und 10) einer Porenwand zwischen Poren, die Porositäten (5A, 5B, 9 und 10), die Porendichten (6A, 6B, 9 und 10) und den Mittelwert der Porengrößen hinsichtlich der Tiefenrichtung gleichmäßiger. Sie fallen in einen viel engeren Bereich als eine Toleranz, die gegenwärtig benötigt wird.

Es ist zu beachten, dass in den 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 9 und 10 eine Porengröße der Durchmesser eines Kreises ist, der durch Umwandeln der Schnittfläche einer Pore in eine Ebene parallel zu der Oberfläche des Si-Wafers erhalten wird. Bei der Messung, um diese Daten zu erhalten, hängt die Auflösung (Genauigkeit) in der Tiefenrichtung von der Genauigkeit des Polierwinkels, der Messgenauigkeit und dergleichen ab, und es ist schwierig, sie mit einer ausreichend hohen Genauigkeit zu messen. Die Genauigkeit in der Tiefenrichtung wurde sichergestellt, indem zusätzlich zu der Messung eine Beobachtung der Schnitte durch SEM durchgeführt wurde. Die tatsächlich erhaltene Genauigkeit in der Tiefenrichtung betrug etwa 2 nm. Die Dicke der Porenwand und die Porengröße hängen von der Auflösung des SEM ab, und ihre Werte können mit einer Genauigkeit von etwa 1 nm gemessen werden. Wenn viele Male gemessen wird, um einen Mittelwert zu erhalten, können etwa 0,1 nm ein signifikanter Unterschied sein. Die Porendichte bezeichnet die Anzahl an Poren in einem vorbestimmten Gesichtsfeld und kann mit ausreichend hoher Genauigkeit gemessen werden. Die Porosität bezeichnet die Gesamtquerschnittsfläche der Poren pro Einheitsfläche, und die Genauigkeit der Porosität hängt ebenfalls von der Auflösung des SEM ab. Die Porosität wird erhalten, indem eine große Anzahl an Poren gemessen wird, und sie kann mit einer relativ hohen Genauigkeit gemessen werden.

Wie aus den 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 9 und 10 ersichtlich sind die Dicke einer Porenwand in der porösen Schicht, die Porendichte und die Porosität wenigstens in einem Bereich in einer Tiefe von 0 bis 150 nm von der Oberfläche im Wesentlichen gleichmäßig. In einem Bereich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 5 nm außerhalb dieses Bereichs werden die Poren in einer porösen Si-Schicht beim Bilden einer nicht porösen Si-Schicht auf der porösen Si-Schicht aufgefüllt. Die poröse Struktur in dem Bereich von der Oberfläche bis zur Tiefe von 5 nm braucht hinsichtlich einer Verringerung von Aussparungsfehlstellen, die in der SOI-Schicht auftreten können, nicht berücksichtigt werden. Ein Bereich in einer Tiefe von 100 nm oder mehr von der Oberfläche ist ein Bereich (das heisst ein Bereich, der durch einen hohen spezifischen Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche nicht beeinflusst wird), der nicht zu einer Schicht mit geringer Porosität wird, solange nicht die Eloxierbedingungen während des Eloxierens verändert werden. Der Bereich hat eine poröse Struktur, die mit der Zielstruktur übereinstimmt und gleichmäßig ist. Unter den experimentellen Ergebnissen ist die Tatsache bemerkenswert, dass die poröse Struktur (dies wird durch Parameter wie etwa die Dicke einer Porenwand in der porösen Schicht und/oder die Porendichte und/oder die Porosität quantifiziert) in einem Bereich in einer Tiefe von 5 bis 100 nm von der Oberfläche im Wesentlichen gleichmäßig ist und dass die poröse Struktur in dem Bereich im Wesentlichen gleich zu der in einer Tiefe von 100 nm oder mehr von der Oberfläche der porösen Si-Schicht ist.

Die vorstehend erwähnten experimentellen Ergebnisse wurden erhalten, indem der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche des Si-Substrats, auf dem die poröse Schicht zu bilden ist, wie in 3 gezeigt mit hoher Genauigkeit in der Tiefenrichtung gleichmäßig gemacht wurde. Allerdings muss die Gleichmäßigkeit in der porösen Struktur der porösen Si-Schicht nur innerhalb eines Bereichs erzielt werden, der die Anforderungen an eine Anwendung erfüllt, die die poröse Si-Schicht verwendet.

Wenn jeder der Parameter wie etwa die Dicke einer Porenwand in der porösen Schicht und/oder die Porendichte und/oder die Porosität in einem Bereich in einer Tiefe von 5 bis 100 nm von der Oberfläche der porösen Si-Schicht die Hälfte bis das Zweifache des Referenzwerts beträgt, zeigt die poröse Si-Schicht eine hervorragendere Wirkung als eine poröse Si-Schicht, die durch Eloxieren des Si-Substrats ohne Glühen erhalten wird. Der Begriff „im Wesentlichen", der verwendet wird, um die Gleichmäßigkeit der porösen Struktur, der Dicke der Porenwand, der Porendichte, der Porosität und dergleichen zu beschreiben, lässt einen Wert von der Hälfte bis zum Zweifachen eines jeden Referenzwertes zu. Um nicht nur die Produktivität oder die Kosteneffizienz zu bewerten, sondern auch technische Wirkungen, ist die Gleichmäßigkeit wünschenswerter Weise hoch. Da die Nachfragen nach einer Verringerung der Dicke und einer Verbesserung der Oberflächenebenheit einer SOI-Schicht wachsen, muss zum Beispiel die Gleichmäßigkeit einer porösen Struktur erhöht werden. In der Zukunft kann eine Gleichmäßigkeit angewendet werden, die durch eine engere Toleranz wie etwa das 0,75- bis 1,25-fache, das 0,8- bis 1,2-fache oder das 0,9- bis 1,1-fache eines jeden Referenzwerts definiert ist.

Die vorstehend erwähnten Referenzwerte können gleich zu den Parameterwerten wie etwa der Dicke einer Porenwand der porösen Schicht und der Porendichte in einer beliebigen Tiefe von 100 nm oder mehr (zum Beispiel eine Tiefe von 100 nm, 150 nm oder dergleichen) von der Oberfläche der porösen Si-Schicht eingestellt werden.

Die 8 ist eine Tabelle, die die Rauheit des SOI-Substrats zeigt, bei dem nach dem Spaltschritt rückständiges poröses Silicium durch Ätzen entfernt wurde. Durch Glühen des Si-Substrats, das als das Materialsubstrat dient, bevor die poröse Si-Schicht gebildet wird, nehmen sowohl der Rms-Wert als auch der P-V-Wert auf etwa ½ ab. Das Si-Substrat wurde bei der Herstellung eines SOI-Substrats mit einer SOI-Schicht mit einer Dicke von 20 nm vor dem Eloxieren geglüht. Die Anzahl an Aussparungsfehlstellen einschließlich Nadellöchern nahm verglichen mit einem Fall ohne Glühen auf 1/10 bis 1/100 ab.

Die 7A und 7B zeigen die Ergebnisse des Bewertens und Vergleichens der Dichten (g/cm3) des porösen Siliciums durch Röntgenstrahlreflexionsmessung (XRR), wenn geglüht wurde und wenn nicht geglüht wurde. Wenn nicht geglüht wurde, wurde ein hochdichter Bereich, das heisst eine Schicht mit geringer Porosität, in einer Tiefe von 5 nm bis 30 nm beobachtet. Wenn geglüht wurde, lag eine Schicht mit geringer Porosität nur nahe einer Tiefe von 7,7 Å von der Oberfläche vor.

(Beispiel 2)

Ein p-artiger Si-Wafer von 15 m&OHgr;&bullopr;cm wurde bei 150°C für 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre geglüht und dann eloxiert. Durch das Glühen wurde die Dicke einer Schicht mit geringer Porosität auf ½ von derjenigen eines Falls ohne Glühen verringert. Die Anzahl an Fehlstellen einschließlich Nadellöchern im hergestellten SOI-Substrat nahm auf etwa ½ ab.

(Beispiel 3)

Ein p-artiger Si-Wafer von 15 m&OHgr;&bullopr;cm wurde bei 900°C für 1 Stunde in einer Sauerstoffatmosphäre geglüht und dann eloxiert. Durch das Glühen wurde die Dicke einer Schicht mit geringer Porosität zu 1 nm oder weniger, und die Anzahl an Fehlstellen einschließlich Nadellöchern im hergestellten SOI-Substrat nahm auf 1/10 bis 1/100 derjenigen eines Falls ohne Glühen ab.

(Beispiel 4)

Ein herkömmliches Herstellungsverfahren kann oftmals Fehlstellen hervorrufen. Spezieller können aufgrund von Veränderungen im spezifischen Widerstand in der Nachbarschaft eines Wafers, der von einem Hersteller von Wafern gekauft wurde, Veränderngen in der Ebene von 10 nm oder mehr auftreten. Indem ein Wafer, nachdem er bei 400°C für 1 Stunde in einer Sauerstoffatmosphäre geglüht worden war, eloxiert wurde, wurden die Veränderungen in der Dicke der resultierenden SOI-Schicht zu 2 nm oder weniger.

(Beispiel 5)

Ein Gasadsorptionssensor kann unter Verwendung von porösem Silicium ohne eine Schicht mit geringer Porosität hergestellt werden. Als ein Si-Wafer eloxiert wurde, während der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft des Si-Wafers ungleichmäßig war, lief jede Pore in einer Schicht mit geringer Porosität zusammen, und die Leitfähigkeit nahm ab. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Eintritt und der Austritt von Gas hinsichtlich der Poren erleichtert und die Leitfähigkeit erhöht werden, indem der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche eines Si-Wafers gleichmäßig gemacht und dann der Si-Wafer eloxiert wird.

(Beispiel 6)

Ein Biosubstrat kann unter Verwendung von porösem Silicium ohne eine Schicht mit geringer Porosität hergestellt werden. Wenn ein Si-Wafer eloxiert wird, während der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft des Si-Wafers ungleichmäßig ist, läuft jede Pore auf der Oberfläche zusammen, was zu einer unzureichenden Nutzbarmachung der Porosität führt. Zudem ist es schwierig zu reinigen, und Flusssäure aus einer Eloxierlösung bleibt zurück, die Proteine und DNA zerstören kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Zusammenlaufen von Poren verhindert werden, indem der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche eines Si-Wafers gleichmäßig gemacht und dann der Si-Wafer eloxiert wird. Zudem bleibt Flusssäure kaum zurück, und das resultierende Substrat kann leicht als ein Biosubstrat verwendet werden.

(Beispiel 7)

Ein MEMS kann unter Verwendung von porösem Silicium ohne eine Schicht mit geringer Porosität hergestellt werden. Wenn ein Si-Wafer eloxiert wird, während der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft des Si-Wafers ungleichmäßig ist, wird ein dünner Film auf der Oberfläche gebildet, und somit ist der Si-Wafer als ein Material ungleichmäßig. Zum Beispiel kann sich nur eine Schicht mit geringer Porosität während des Ätzens ablösen und als eine Fremdsubstanz wirken. Dies kann zu Betriebsfehlern führen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein MEMS-Material mit gleichmäßiger Dicke bereitgestellt werden, indem der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche eines Si-Wafers gleichmäßig gemacht und dann der Si-Wafer eloxiert wird.

(Beispiel 8)

Eine Solarzelle mit flüssigem Anschluss (Grätzelzelle) kann unter Verwendung von porösem Silicium ohne eine Schicht mit geringer Porosität hergestellt werden. Wenn ein Si-Wafer eloxiert wird, während der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft des Si-Wafers ungleichmäßig ist, läuft jede Pore in einer Schicht mit geringer Porosität zusammen. Aus diesem Grund sind die Versetzungseffizienz der Lösung, die Lichtabsorptionseffizienz und die Effizienz des Eindringens eines Färbemittels gering. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Eintreten und Austreten von Licht oder Färbemitteln hinsichtlich der Poren vereinfacht werden, indem der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche eines Si-Wafers gleichmäßig gemacht und dann der Si-Wafer eloxiert wird.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich richtet diese Spezifikation das Augenmerk auf die Gleichmäßigkeit von oder eine Veränderung in einer porösen Struktur in der Tiefenrichtung, die bei einer hohen Auflösung (hoher Bewertungsstandart) von zum Beispiel nicht mehr als einigen nm oder einigen zehn nm bewertet werden kann. Die Spezifikation hat einen Gesichtspunkt, der von dem einer Methode, die auf eine Gleichmäßigkeit von einigen oder einigen zehn &mgr;m oder mehr gerichtet ist, vollständig unterschiedlich ist. Spezieller zeigt eine Bewertung der Gleichmäßigkeit bei einer relativ geringen Auflösung keine Gleichmäßigkeit bei einer Methode an, wie sie in der Beschreibung offenbart ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine poröse Struktur mit großer Gleichmäßigkeit erhalten werden, selbst wenn sie bei einer hohen Auflösung (hoher Bewertungsstandart) von einigen oder einigen zehn nm oder mehr bewertet wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung einer porösen Struktur mit großer Gleichmäßigkeit ein hochqualitatives Element (z.B. ein SOI-Substrat) hergestellt werden.

Da offensichtlich viele stark unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von ihrem Geist und Umfang abzuweichen, ist es so zu verstehen, dass die Erfindung nicht durch ihre speziellen Ausführungsformen mit Ausnahme derjenigen, die in den angefügten Ansprüchen definiert sind, beschränkt ist.

Es wird eine poröse Struktur mit großer Gleichmäßigkeit bereitgestellt, selbst wenn sie bei einer hohen Auflösung (hoher Bewertungsstandart) von einigen oder einigen zehn nm oder weniger bewertet wird. Durch Anwenden dieser porösen Struktur bei der Herstellung eines SOI-Substrats wird ein SOI-Substrat bereitgestellt, das eine SOI-Schicht mit einer kleinen Anzahl an Fehlstellen hat. In einem Bereich in einer Tiefe von 5 bis 10 nm von der Oberfläche einer porösen Si-Schicht sind die Werte von Parametern wie etwa der Porosität oder dergleichen, die eine poröse Struktur bezeichnen, gleichmäßig. Die Herstellung eines SOI-Substrats unter Verwendung dieser porösen Si-Schicht verringert Aussparungsfehlstellen in einer SOI-Schicht.


Anspruch[de]
  1. Element, das einen porösen Bereich einschließt, wobei in einem Bereich in einer Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des porösen Bereichs aus Silicium eine Dicke einer Porenwand zwischen Poren, eine Porendichte und eine Porosität im Wesentlichen gleichmäßig sind.
  2. Element, das einen porösen Bereich einschließt, wobei in einem Bereich in einer Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des porösen Bereichs aus Silicium eine Dicke einer Porenwand zwischen Poren, eine Porendichte und eine Porosität so variieren, dass sie Werte von der Hälfte bis dem Zweifachen entsprechender Referenzwerte aufweisen.
  3. Element, das einen porösen Bereich einschließt, wobei, wenn eine Bewertung in einer beliebigen Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des porösen Bereichs durchgeführt wird, ein Mittelwert der Dicken von Porenwänden zwischen Poren in einer vorbestimmten Tiefe innerhalb des Bereichs die Hälfte bis das Zweifache eines Mittelwerts von Dicken von Porenwänden zwischen Poren in einer Tiefe von nicht weniger als 100 nm von der Oberfläche des porösen Bereichs beträgt.
  4. Element, das einen porösen Bereich einschließt, wobei, wenn eine Bewertung in einer beliebigen Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des porösen Bereichs durchgeführt wird, eine Porosität in einer vorbestimmten Tiefe innerhalb des Bereichs die Hälfte bis das Zweifache einer Porosität in einer Tiefe von nicht weniger als 100 nm von der Oberfläche des porösen Bereichs beträgt.
  5. Element, das einen porösen Bereich einschließt, wobei, wenn eine Bewertung in einer beliebigen Tiefe innerhalb eines Bereichs von 5 bis 100 nm von einer Oberfläche des porösen Bereichs durchgeführt wird, eine Porendichte in einer vorbestimmten Tiefe innerhalb des Bereichs die Hälfte bis das Zweifache einer Porendichte in einer Tiefe von nicht weniger als 100 nm von der Oberfläche des porösen Bereichs beträgt.
  6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der poröse Bereich Silicium enthält.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Elements mit:

    einem Einstellungsschritt des Einstellens eines spezifischen Widerstandes in einer Nachbarschaft einer Oberfläche eines Materials, und

    einem porös machenden Schritt des Porösmachens des Materials von der Oberfläche des Materials zu einem Tiefenbereich durch Eloxieren, um einen porösen Bereich zu bilden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Einstellungsschritt so durchgeführt wird, dass der spezifische Widerstand eines Bereichs von der Oberfläche des Materials bis zu einer Tiefe von 100 nm in einer Tiefenrichtung im Wesentlichen gleichmäßig ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Einstellungsschritt so durchgeführt wird, dass der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche des Materials in einer Tiefenrichtung im Wesentlichen gleichmäßig ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Einstellungsschritt so durchgeführt wird, dass der spezifische Widerstand in der Nachbarschaft der Oberfläche des Materials abnimmt.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Einstellungsschritt einen Schritt des Glühens des Materials umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Glühschritt einen Schritt des Glühens des Materials bei nicht weniger als 50°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Glühschritt einen Schritt des Glühens des Materials bei 50°C bis weniger als 1100°C in einer Edelgasatmosphäre umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Glühschritt einen Schritt des Glühens des Materials in sauberer Luft umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 7, das des Weiteren einen Wachstumsschritt des Aufwachsens wenigstens einer Schicht einschließlich einer Halbleiterschicht auf der porösen Schicht umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren einen Bindungsschritt des Bindens eines zweiten Elements an eine Oberfläche eines Elements umfasst, auf dem die wenigstens eine Schicht gebildet ist, um einen Stapel aus gebundenen Elementen zu bilden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren einen Entfernungsschritt des Entfernens eines Abschnitts von einer freigelegten Oberfläche des Elements in dem Stapel aus gebundenen Elementen zu dem porösen Bereich umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei wenigstens eine Schicht einschließlich einer isolierenden Schicht im Anschluss an die Bildung der Halbleiterschicht gebildet wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei wenigstens eine Oberfläche des zweiten Elements aus einem Isolator besteht.
Es folgen 11 Blatt Zeichnungen






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