專利名稱：多孔區(qū)的去除方法和半導(dǎo)體襯底的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔區(qū)的去除方法和半導(dǎo)體襯底的制造方法，更具體地，涉及從具有多孔區(qū)的襯底上去除多孔區(qū)的方法、應(yīng)用該方法的半導(dǎo)體襯底制造方法以及去除多孔區(qū)的設(shè)備。
已存在以下SOI襯底的制造方法，先在第一襯底上形成多孔層和單晶硅層，將第一襯底與分離準(zhǔn)備的第二襯底粘合起來，然后在多孔硅層將粘合的疊層襯底分成兩個(gè)襯底，以使得在第一襯底的側(cè)面上形成的單晶硅層被轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
在該方法中，在粘合的疊層襯底被分成兩個(gè)襯底后，除去第二襯底表面上的殘余多孔硅層。在除去多孔硅時(shí)，最好不要使下面的第二襯底表面的平整度，更具體地，作為第二襯底表面層的單晶硅層的膜厚均勻性受到妨害。
本發(fā)明的提出考慮了上述情況，其目的在于提供能夠保證底層平整度的多孔區(qū)去除方法和利用該方法的半導(dǎo)體襯底制造方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種從具有多孔區(qū)的襯底上去除多孔區(qū)的方法，其特征在于包括如下步驟第一步，在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)用腐蝕劑處理多孔區(qū)；第二步，在不對腐蝕劑施加超聲波或施加的超聲波比在第一步中施加的超聲波弱的情況下，用腐蝕劑處理多孔區(qū)；以及第三步，去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第一步包括把腐蝕劑注入到多孔區(qū)中孔的較深的部位。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第二步包括通過腐蝕作用把多孔區(qū)的孔壁減薄到不厚于預(yù)定厚度。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第二步包括把多孔區(qū)的孔壁減薄到能夠在第三步中把殘余多孔區(qū)一次去除的厚度。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第三步包括用腐蝕劑去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第三步包括在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)用腐蝕劑去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
在多孔區(qū)去除方法中，把要處理的襯底浸入同一腐蝕劑中進(jìn)行從第一步到第三步的處理。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第三步包括用對多孔材料的腐蝕速度高于第一和第二處理液的第三處理液去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
在多孔區(qū)去除方法中，把要處理的襯底完全浸入腐蝕劑中進(jìn)行從第一步到第三步的處理。
在多孔區(qū)去除方法中，把要處理的襯底完全浸入腐蝕劑中進(jìn)行第一和/或第二步的處理。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第三步包括用高壓流體去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第三步包括用擦洗法去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
在多孔區(qū)去除方法中，在對襯底施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行襯底處理時(shí)，改變襯底和超聲波源之間的相對位置關(guān)系。
在多孔區(qū)去除方法中，在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行襯底處理時(shí)，襯底在處理液中擺動(dòng)。
在多孔區(qū)去除方法中，在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行襯底處理時(shí)，使襯底轉(zhuǎn)動(dòng)。
在多孔區(qū)去除方法中，在對襯底施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行襯底處理時(shí)，襯底和超聲波源中的至少一個(gè)的位置在基本平行于或垂直于超聲波振動(dòng)面的方向上變化。
在多孔區(qū)去除方法中，用腐蝕劑處理襯底時(shí)，使襯底擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。
在多孔區(qū)去除方法中，用腐蝕劑處理襯底時(shí)，使腐蝕劑循環(huán)以在襯底附近造成腐蝕劑的流動(dòng)。
在多孔區(qū)去除方法中，把襯底浸入同一腐蝕池進(jìn)行第一和第二步的處理，且第一步包括使超聲波源工作，第二步包括使超聲波源停止工作。
在多孔區(qū)去除方法中，把襯底浸入同一腐蝕池中進(jìn)行第一步和第二步的處理，且第一和第二步包括使超聲波源連續(xù)工作，第二步包括在超聲源和襯底之間插入超聲波屏蔽扳。
在多孔區(qū)去除方法中，要處理的所述襯底主要由單晶硅組成。
在多孔區(qū)去除方法中，所述多孔區(qū)主要由多孔硅組成。
在多孔區(qū)去除方法中，所述多孔區(qū)是通過對由單晶硅組成的襯底進(jìn)行陽極化處理得到的。
在多孔區(qū)去除方法中，腐蝕劑可以采用下述的任何一種溶液(a)氫氟酸；(b)向氫氟酸中至少加入乙醇或過氧化氫中的二者之一得到的混合溶液；(c)緩沖氫氟酸；以及(d)向緩沖氫氟酸中至少加入乙醇或過氧化氫中的二者之一得到的混合溶液。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于包括下列步驟在第一襯底上形成多孔層和至少一層無孔層；把第二襯底粘合在第一襯底的無孔層一側(cè)；從粘合的層疊襯底上去除第一襯底使在第二襯底表面上的多孔層暴露出來；以及用上述多孔區(qū)去除方法去除第二襯底上的多孔層。
在多孔區(qū)去除方法中，所述使多孔區(qū)暴露的步驟包括從粘合的第一襯底的下表面一側(cè)研磨、拋光或腐蝕第一襯底，以使在第二襯底表面上的多孔層暴露出來。
在多孔區(qū)去除方法中，所述使多孔層暴露的步驟包括沿多孔層將粘合的層疊襯底分開，以使在第二襯底表面上的多孔層暴露出來。
在多孔區(qū)去除方法中，所述無孔層包括單晶硅層。
在多孔區(qū)去除方法中，所述無孔層包括單晶硅層和氧化硅層。
在多孔區(qū)去除方法中，所述單晶硅層是在第一襯底的多孔層上外延生長的層。
在多孔區(qū)去除方法中，所述無孔層包括單晶化合物半導(dǎo)體層。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第二襯底主要由硅組成。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第二襯底在其與第一襯底粘合的表面上具有氧化硅層。
在多孔區(qū)去除方法中，所述第二襯底包括透明襯底。
根據(jù)本發(fā)明還提供了一種多孔區(qū)去除設(shè)備，該設(shè)備用于從具有多孔區(qū)的襯底上去除多孔區(qū)，包括執(zhí)行第一步即在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)用腐蝕劑對多孔區(qū)進(jìn)行處理的裝置；執(zhí)行第二步即在不對腐蝕劑施加超聲波或施加的超聲波比第一步中施加的超聲波弱的情況下，用腐蝕劑對多孔區(qū)進(jìn)行處理的裝置；以及執(zhí)行第三步即去除襯底上的殘余多孔區(qū)的裝置。
在如下的結(jié)合附圖的詳述中，本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明晰。


圖1A～1C是解釋根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的多孔層去除方法的原理圖；圖2A～2C示出根據(jù)多孔層去除方法的第一應(yīng)用例的制造方法；圖3A～3F示出根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施方案的半導(dǎo)體襯底制造方法；圖4是示出晶片處理設(shè)備的第一裝置的立體圖；圖5是示出晶片處理設(shè)備的第二裝置的立體圖；圖6是示出晶片處理設(shè)備的第三裝置的立體圖；圖7A～7E示出圖6所示晶片處理設(shè)備的操作；圖8是圖6所示晶片處理設(shè)備的擺動(dòng)支承部件的立體圖；圖9是示出晶片處理設(shè)備的第四裝置的立體圖；圖10是示出晶片處理設(shè)備的第五裝置的立體圖；圖11A和11B示出圖6或圖8所示晶片處理設(shè)備的變形；圖12A～12C示出晶片處理設(shè)備的第七裝置；本發(fā)明適用于制造SOI襯底的方法先在第一襯底上形成多孔層和單晶硅層，將第一襯底和獨(dú)立地制備的第二襯底粘合起來，然后在多孔硅層將粘合的層疊襯層分成兩個(gè)襯底，以使得第一襯底上形成的單晶硅層被轉(zhuǎn)移到第二襯底上，再除去第二襯底表面上的殘余多孔層，由此得到SOI結(jié)構(gòu)。
單晶硅襯底可以用作第一襯底。這時(shí)，多孔層就是多孔硅層。在多孔硅層上，可以外延生長作為無孔層的單晶硅層。在單晶硅層上可以形成絕緣層如SiO2層。
在本實(shí)施方案中，在第一襯底上順序形成多孔層和無孔層，并將第一襯底與分離準(zhǔn)備的第二襯底粘合起來形成粘合的層疊襯底。在把該粘合層疊襯底在多孔層分離成兩個(gè)襯底之后，用例如濕蝕該法去除殘留在第二襯底上的多孔層。
在多孔硅層的腐蝕過程中，通過對腐蝕池施加超聲波，可以加快多孔硅層的斷裂。更具體地說，在腐蝕過程中，當(dāng)對腐蝕池，具體地指對粘合層疊襯底施加超聲波時(shí)，多孔硅層的孔壁在變得很薄之前就可斷裂，由于多孔硅層的孔壁從開始斷裂到結(jié)束的時(shí)間被大大縮短，多孔層和下層的第二襯底(即單晶硅襯底)的腐蝕選擇比增加，因此，可以減小第二襯底表面的SOI厚度差和去除多孔層后的襯底之間的尺寸差，可以得到具有膜厚非常均勻的單晶硅層的高質(zhì)量SOI襯底。
然而，如果要被處理的襯底上的多孔層厚度不一，在去除多孔層后就難以保證第二襯底表面層(單晶硅層)的膜厚的均勻性，尤其在批量生產(chǎn)中，這個(gè)問題會(huì)造成低的產(chǎn)量。
本實(shí)施方案提供了在多孔硅層去除后第二襯底的表面層(單晶硅層)能保證膜厚均勻性的方法。
圖1A～1C是解釋根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的多孔層去除方法原理的圖。其中，標(biāo)號201，下面的襯底(第二襯底)；202，多孔層；203，腐蝕劑。
在圖1A中，腐蝕劑203向多孔層202的孔的最深部分注入。此時(shí)，優(yōu)選地對被處理的物體(即粘合層疊襯底)施加超聲波。施加超聲波時(shí)，腐蝕劑注入孔中的速度加快。
在圖1B中，孔被腐蝕而變大。此時(shí)，優(yōu)選地，不對要處理物體施加超聲波，或減小超聲波的強(qiáng)度。如果施加超聲波，隨著孔長大，一旦相鄰孔的孔壁薄到一定程度，多孔層就開始斷裂。由于多孔層先在薄的部位斷裂，在這些部位就會(huì)腐蝕下面的襯底201。這時(shí)，很明顯地會(huì)降低襯底201的平整度。但如果不施加超聲波，孔只有在變得比施加超聲波時(shí)薄得多的時(shí)候才會(huì)斷裂。因此，這時(shí)可以防止某些部位的過度腐蝕。
即使在不對被處理物體施加超聲波時(shí)，腐蝕也是不僅在水平方向(平扳方向)上還在垂直方向上進(jìn)行。然而，與施加超聲波的情況相比，這時(shí)對蝕刻的影響可以忽略不計(jì)。
在圖1C中，具有薄孔壁的多孔層202被除去。在這一步中不僅可使用蝕刻法，還可采用拋光、擦洗或噴水法。在這一步中，具有腐蝕造成的脆弱結(jié)構(gòu)的多孔層被一次去除。
在圖1C的步驟中進(jìn)行腐蝕時(shí)，從圖1A到圖1C的步驟都可在同一腐蝕池中進(jìn)行。這時(shí)，在圖1B所示的步驟中超聲波的施加被中斷，等到多孔層的孔最深處的孔壁薄到可以在全部區(qū)域上立即斷裂的時(shí)候，再重新施加超聲波，執(zhí)行圖1C的步驟(在施加超聲波的時(shí)候進(jìn)行腐蝕)。利用這種處理，多孔層可以被一次、幾乎同時(shí)地去除，被處理物的整個(gè)區(qū)域上的下層襯底202就暴露出來。因此，可以減小腐蝕時(shí)的差別，下層襯底201可以保持高的平整度。
上述多孔層去除方法可以很容易地應(yīng)用到大量的襯底的批量處理中。對于大量被處理的每一個(gè)，在如圖1B所示的步驟中，當(dāng)多孔層最深處的孔壁減薄到可以在整個(gè)區(qū)域上立即斷裂時(shí)，就執(zhí)行圖1C所示的步驟。
該多孔層去除方法優(yōu)選地在被處理的物體全部浸入腐蝕劑時(shí)進(jìn)行。這時(shí)，可防止在腐蝕劑和空氣界面附近的顆粒粘到被處理物上。
根據(jù)該多孔層去除方法，通過施加超聲波可以加速多孔層的斷裂，還可以有效地從被處理物表面去除顆粒。
在去除多孔層時(shí)，如果改變超聲波源(如超聲波振蕩器)和被處理物的相對位置關(guān)系，更具體地，改變襯底和超聲波振蕩表面與腐蝕劑液面之間的駐波的相對位置，可以在整個(gè)襯底表面上進(jìn)行加工。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，例如可以使襯底旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)，或者擺動(dòng)夾持該襯底的托扳，或移動(dòng)超聲波源。
下面描述該多孔層去除方法的應(yīng)用例。(第一應(yīng)用例)第一應(yīng)用例與制造方法有關(guān)。圖2A～2C示出該應(yīng)用例的制造方法。在圖2A中，制備局部位置有多孔硅部分402的硅襯底401。硅襯底401可由如下方法制備，如在硅襯底上形成光致抗蝕膜，用平版印制法在光致抗蝕膜上制作圖形并對得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行陽極化處理?？捎靡阎谱鲌D形的Si3N4膜或蠟代替光致抗蝕膜，此處的蠟可采用抗氫氟酸(fluoric acid)的蠟如Apizoen蠟(商品名)。
在圖2B中，在圖2A所示的硅襯底表面上形成無孔層(圖形)403。
在圖2C中，去除多孔硅部分402，更具體地說，將圖2B所示的襯底放進(jìn)盛有多孔硅的腐蝕劑的腐蝕池中，在對襯底施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行腐蝕處理。
當(dāng)把腐蝕劑有效地注入到多孔硅部分402的孔中時(shí)，停止施加超聲波，并繼續(xù)進(jìn)行腐蝕。在該腐蝕過程中，多孔硅部分402的孔壁逐漸變薄。從表面上看(圖的下部)多孔硅部分402的顏色逐漸變淺。當(dāng)孔壁足夠薄時(shí)，可透過多孔硅部分402看到下面的無孔層(圖形)403。
在這種狀態(tài)下，去除殘余的多孔硅部分。為了去除多孔硅部分，例如可以1)重新施加超聲波進(jìn)行腐蝕，或2)用對硅腐蝕快的腐蝕劑進(jìn)行腐蝕。
如果剩下的結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，可噴射水流去除多孔硅部分。
如果整個(gè)硅襯底401由多孔硅構(gòu)成，就會(huì)只剩下襯底上形成的無孔層，而且，如上所述，當(dāng)制作無孔層403的圖形時(shí)，可以形成包括如圖2C所示懸臂梁形狀的各種結(jié)構(gòu)。(第二應(yīng)用例)第二應(yīng)用例與半導(dǎo)體襯底的制造方法有關(guān)。圖3A～3F示出該應(yīng)用例的半導(dǎo)體襯底制造方法。在圖3A中，制備第一單晶硅襯底501，在其一個(gè)表面上形成多孔硅層502。在圖3B中，在多孔硅層502上形成至少一層無孔層503。作為無孔層503，可以是單晶硅層、多晶硅層、非晶態(tài)硅層、金屬層、化合物半導(dǎo)體層或超導(dǎo)層。作為無孔層503，可以形成一包含如MOSFET的器件結(jié)構(gòu)的層。優(yōu)選地，在表層形成SiO2層504，從而完成第一襯底。SiO2層504是有用的，因?yàn)楫?dāng)?shù)谝灰r底粘合到第二襯底505上時(shí)，粘合面的界面狀態(tài)可從活性層上分離。
接著，如圖3D所示，在室溫下通過SiO2層504將圖3C所示的第一襯底與分離準(zhǔn)備的第二襯底505相接觸。此后，進(jìn)行陽極粘合、加壓、熱處理(如果需要)或其組合將襯底緊密地粘合。
當(dāng)在無孔層503上形成單晶硅層時(shí)，最好是在單晶硅層表面用例如熱氧化方法形成SiO2層504后把第一襯底與第二襯底505粘合。
作為第一襯底時(shí)，合適的是硅襯底、在硅襯底形成SiO2層得到的襯底以及包括石英玻璃、石英、藍(lán)寶石襯底的透明襯底。只要第二襯底505具有對粘合來說足夠平整的表面，也可采用任何其它的襯底。
圖3D示出第一襯底和第二襯底通過SiO2層504相粘合的狀態(tài)。如果無孔層503或第二襯底不包含硅，就沒必要形成SiO2層504。
在粘合時(shí)，可以在第一襯底和第二襯底之間夾入絕緣薄片。
在圖3E中，第一襯底501在多孔硅層502處從第二襯底上移去。為了移去第一襯底，用研磨、拋光或腐蝕法除去第一襯底，或者將粘合層疊襯底在多孔硅層502分離成第一襯底和第二襯底。
在圖3F中，除去第二襯底表面上殘余的多孔硅層502。更具體地，將第二襯底部分置于盛有多孔硅腐蝕劑的腐蝕池中，在對襯底施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行腐蝕處理。
當(dāng)把腐蝕劑有效地放入到多孔硅部分402的孔中時(shí)，停止施加超聲波，并繼續(xù)進(jìn)行腐蝕。在該腐蝕過程中，多孔硅層502的孔壁逐漸變薄。從表面上看，多孔硅層502的顏色逐漸變淺。當(dāng)孔壁足夠薄時(shí)，可透過多孔硅層502看到下面的無孔層(如單晶硅層)503。
在這種狀態(tài)下去除殘余的多孔硅層502。為了去除多孔硅層，例如可以1)重新施加超聲波進(jìn)行腐蝕，2)用對硅腐蝕快的腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，3)用噴射水流去除多孔硅層502,4)拋光去除多孔硅層502，或5)磨去。
圖3F示意地示出由上述方法得到的半導(dǎo)體襯底(SOI襯底)。通過絕緣層(如SiO2層)504在第二襯底505上形成表面平整、膜厚均勻的無孔層(如單晶硅層)503。根據(jù)該方法，可以制造高質(zhì)量的大面積半導(dǎo)體襯底。
當(dāng)絕緣襯底用作第二襯底505時(shí)，由上述制造方法得到的半導(dǎo)體襯底對于形成絕緣電子器件非常有用。
當(dāng)圖3D所示的粘合層疊襯底在多孔硅層502被分開時(shí)，將殘余在第二襯底501表面的多孔硅層502去除后，第一襯底還可再利用，如果需要就對表面平整處理。
下面將列舉適于去除多孔層的晶片處理設(shè)備的特選例。(加工設(shè)備的第一裝置)圖4是適于去除多孔層的晶片處理設(shè)備的示意裝置圖。
在晶片處理設(shè)備100中，可能與處理液接觸的構(gòu)件根據(jù)其用途優(yōu)選地由石英玻璃或塑料構(gòu)成。作為塑料，可以采用氟化塑料、氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PBT)或聚醚醚酮(PEEK)。作為氟化塑料，PVDF、PFA或PTFE是合適的。
晶片處理設(shè)備100包括晶片處理池110、溢液池120、超聲波池130和在旋轉(zhuǎn)時(shí)支承晶片140的晶片旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(111～119)。
在處理晶片之前，向晶片處理池110中注入處理液(腐蝕劑)。在晶片處理池110的上部圍繞其設(shè)置了溢液池120，用來暫時(shí)貯存從晶片處理池110中溢出的處理液。在溢液池120中臨時(shí)貯存的處理渡通過排液管121a從溢液池120的底部排到循環(huán)器121中。循環(huán)器121將排出的處理液過濾以去除顆粒并通過進(jìn)液管121b將處理液送進(jìn)晶片處理池110的底部。通過這種設(shè)置，可有效地去除晶片處理池110中的顆粒。
晶片處理池110的深度最好能使晶片140完全浸入。通過這種設(shè)置，可防止空氣或液面附近的顆粒粘附到晶片140上。
超聲波池130位于晶片處理池110的下面。在超聲波池130中，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)132支承著超聲波源131。如調(diào)節(jié)超聲波源131和晶片處理池110的相對位置關(guān)系的機(jī)構(gòu)一樣，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)132具有用來調(diào)節(jié)超聲波源131的垂直位置和水平位置的機(jī)構(gòu)，通過這種機(jī)構(gòu)，超聲波可以滿意地施加到晶片處理池110，更具體地，到晶片140。優(yōu)選地，超聲波源131具有調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的超聲波的頻率和強(qiáng)度的功能。通過這種設(shè)置，所提供的超聲波更加優(yōu)化。通過增加向晶片140優(yōu)化供應(yīng)超聲波的功能，可以一個(gè)一個(gè)地向多種晶片供應(yīng)超聲波。超聲波池130充滿超聲波傳播媒質(zhì)(如水)，所以超聲波可以通過超聲波傳播媒質(zhì)傳到晶片處理池110。
晶片處理設(shè)備100具有開/關(guān)控制超聲波源131的控制部分，通過該控制部分，可以控制多孔層的去除加工。
用四個(gè)晶片旋轉(zhuǎn)桿111將晶片140支承在與晶片處理池110的底面基本垂直的位置，每個(gè)晶片旋轉(zhuǎn)桿111上都有槽111a以嵌住晶片140。晶片旋轉(zhuǎn)桿110旋轉(zhuǎn)時(shí)具有支承晶片140的功能，構(gòu)成基片旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一部分。各晶片旋轉(zhuǎn)桿111被相對的兩個(gè)桿支承部件118樞軸地支承，因此通過接收馬達(dá)119產(chǎn)生的一個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩晶片旋轉(zhuǎn)桿111沿同一方向旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，每個(gè)晶片旋轉(zhuǎn)桿111的直徑應(yīng)小到不阻礙超聲波的傳播。
晶片旋轉(zhuǎn)桿111的個(gè)數(shù)優(yōu)選地為盡可能少。為了確保晶片140得到所期望的磨擦力，優(yōu)選地，提供兩個(gè)用來限制晶片140旋轉(zhuǎn)方向(即X-軸方向)的晶片旋轉(zhuǎn)111，和兩個(gè)從下面支承晶片140的晶片旋轉(zhuǎn)桿111。當(dāng)在晶片下面以合適的間隔設(shè)置兩個(gè)晶片旋轉(zhuǎn)桿時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以有效地傳遞到具有定向平扳的基片。如果在晶片下只設(shè)置一個(gè)晶片旋轉(zhuǎn)桿111，定向平板就位于晶片旋轉(zhuǎn)桿111的上面，晶片旋轉(zhuǎn)桿111不能轉(zhuǎn)動(dòng)晶片。
通常在晶片處理池110底和液面之間形成駐波，即具有高強(qiáng)度部位和低強(qiáng)度部位的超聲波。然而，由于該晶片處理設(shè)備100是在旋轉(zhuǎn)晶片140時(shí)對其進(jìn)行處理，可以減小因駐波造成的加工不均勻性。
在晶片處理設(shè)備100中，晶片處理設(shè)備100的底部和晶片140的周圍的部件盡可能地少，因此，超聲波可有效且均勻地供應(yīng)給晶片140。而且，在這種裝置中，由于處理液可圍繞晶片140自由流動(dòng)，晶片加工均勻，且可防止加工缺陷。(晶片處理設(shè)備第二裝置)圖5示意示出適合去除多孔層的晶片處理設(shè)備的裝置。
在晶片處理設(shè)備10中，可能與處理液接觸的構(gòu)件根據(jù)其用途優(yōu)選地用石英玻璃或塑料構(gòu)成。作為塑料，可采用氟化塑料、氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PBT)或聚醚醚酮(PEEK)。作為氟化塑料，PVDF、PFA或PTFE是合適的。
晶片處理設(shè)備10包括晶片處理池11和在晶片處理池11中用來擺動(dòng)晶片夾具21的夾持驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31。優(yōu)選地，晶片處理設(shè)備10具有超聲波池61。
在處理晶片前，向晶片處理池11中注入處理液(腐蝕劑)。晶片處理池11具有四緣溢液池12。處理液通過具有過濾器的循環(huán)器71從晶片處理池11的底部注入。從晶片處理池11溢出的處理液貯存在四緣溢液池12中并從該四緣溢液池12的底部排出到循環(huán)器71中。在該晶片處理設(shè)備10中，夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31擺動(dòng)晶片夾具21，同時(shí)攪動(dòng)處理液。因此，具備四緣溢液池12的循環(huán)系統(tǒng)對于保持處理液的液面恒定非常有用。
作為晶片夾具21，可采用工業(yè)上可得到的產(chǎn)品。優(yōu)選地，晶片夾具21由石英玻璃或塑料構(gòu)成。作為塑料，可采用氟化塑料、氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、PBT或PEEK。作為氟化塑料，PVDF、PFA或PTFE是合適的。
夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31有一對用來夾持晶片夾具21的夾持部分31a。晶片夾具21被兩個(gè)夾持部分31a夾住并浸入晶片處理池11。當(dāng)在晶片處理池11中擺動(dòng)晶片夾具21時(shí)可以對晶片40進(jìn)行所期望的加工。夾持驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31可以把夾持在上一步驟已被處理的晶片40的晶片夾具21傳遞到晶片處理池11或下一步驟中。而且夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31還是晶片處理設(shè)備10的一部分。
在本實(shí)施方案中，夾持部分31a夾住晶片夾具21，使得晶片40被間接夾住。然而，可以用如卡盤墊代替夾持部分31a，直接夾住晶片40。晶片40夾持方向不限于垂直于晶片處理池11底面的方向，也可與底面平行。
超聲波池61具有超聲波源51并充滿超聲波傳播介質(zhì)(如水)。超聲波源51固定在用來調(diào)節(jié)超聲波源51的垂直和/或水平位置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)62上。當(dāng)通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)62調(diào)節(jié)超聲波源51和晶片處理池11之間的位置關(guān)系時(shí)，可以優(yōu)化供應(yīng)到晶片處理池11，更具體地到晶片40的超聲波。優(yōu)選地，超聲波源51具有調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的超聲波的頻率和強(qiáng)度的功能。通過這種裝置可進(jìn)一步優(yōu)化超聲波的供應(yīng)。通過增加優(yōu)化超聲波向晶片40供應(yīng)的功能，可以一個(gè)一個(gè)地向多種晶片供應(yīng)超聲波。
晶片處理設(shè)備10具有對超聲波源51開/關(guān)控制的控制部分。通過該控制部分可控制多孔層的去除加工。(晶片處理設(shè)備的第三裝置)圖6是適于去除多孔層的晶片處理設(shè)備的示意裝置圖。圖7A～7E示出圖6所示晶片處理設(shè)備的動(dòng)作。圖8是圖6所示晶片處理設(shè)備中的擺動(dòng)支承部件的立體圖。
為了提高夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31擺動(dòng)晶片40的效率，晶片處理池11在其底面上優(yōu)選地具有擺動(dòng)支承部件13。當(dāng)晶片夾具21移動(dòng)時(shí)，擺動(dòng)支承部件13與晶片夾具21所夾持的晶片40側(cè)面接觸，通過摩擦力使晶片40滾動(dòng)并上下移動(dòng)、擺動(dòng)支承部件13有助于提高被處理晶片的表面均勻性。
如果采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使擺動(dòng)支承部件13垂直(Y軸方向)和/或水平(X軸方向)移動(dòng)，也是有效的。這種情況下，擺動(dòng)支承部件13自己移動(dòng)去轉(zhuǎn)動(dòng)晶片40并使晶片40在晶片夾具21內(nèi)上下移動(dòng)。因此，夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31使晶片夾具21移動(dòng)的范圍就很小，換言之，晶片處理池11變得結(jié)構(gòu)緊湊。
超聲波池61具有超聲波源51且充滿超聲波傳播媒質(zhì)(如水)。超聲波源51固定在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)62上以調(diào)節(jié)超聲波源51的垂直和/或水平位置，當(dāng)用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)62調(diào)節(jié)超聲波源51和晶片處理池11之間的相對位置時(shí)，可以優(yōu)化供應(yīng)給晶片處理池11，更具體地說是晶片40的超聲波。優(yōu)選地，超聲波源51具有調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的超聲波的頻率和強(qiáng)度的功能。通過這種裝置，可進(jìn)一步優(yōu)化超聲波的供應(yīng)。通過增加優(yōu)化向晶片40供應(yīng)超聲波的功能，可以一個(gè)一個(gè)地向多種晶供應(yīng)超聲波。
晶片處理設(shè)備10具有對超聲波源51進(jìn)行開/關(guān)控制的控制部分。利用該控制部分可以控制多孔層的去除加工。
圖7A～7E用于解釋晶片擺動(dòng)方法。在這些圖中，箭頭表示晶片夾具21的移動(dòng)方向。圖7A示出晶片即將開始擺動(dòng)時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)?shù)玫綌[動(dòng)動(dòng)作開始的指令時(shí)，如圖7B所示，在微機(jī)控制下夾具擺動(dòng)機(jī)構(gòu)31向下按壓夾持部分31a。晶片40的側(cè)面在該按壓的中途與擺動(dòng)支承部件13接觸。晶片40在下部被擺動(dòng)支承部件13支承。
當(dāng)擺動(dòng)支承部件13與晶片40接觸時(shí)，無論量多少總會(huì)產(chǎn)生一些微粒。為防止這一點(diǎn)，擺動(dòng)支承部件13的端部優(yōu)選地加工成圖8所示的圓形，與晶片40平滑接觸。
由于擺動(dòng)支承部件13只需支承晶片40的擺動(dòng)，故其形狀可以不阻礙超聲波的傳播，如為薄板狀。通過這種設(shè)置，超聲波可以被均勻地提供給晶片40，可以對晶片40進(jìn)行均勻的處理。
在晶片處理設(shè)備10中，當(dāng)改變晶片40和擺動(dòng)支承部件13的相對位置即晶片40和晶片處理池11的相對位置時(shí)，對晶片40進(jìn)行處理。所以，擺動(dòng)支承部件13造成的超聲波的輕微不均勻性不是什么問題。
當(dāng)晶片夾具21的按壓量大到一定程度時(shí)，晶片40和擺動(dòng)支承部件13之間的接觸壓力會(huì)增加。由此，可消除擺動(dòng)支承部件13和晶片40之間的滑動(dòng)以防止動(dòng)作失誤。如果按壓量小，晶片40的重量更多地落在晶片夾具21上而不是擺動(dòng)支承部件13的端部上。如果擺動(dòng)支承部件13具有本實(shí)施方案所采用的形狀，在晶片40和擺動(dòng)支承部件13接觸后，按壓量優(yōu)選地設(shè)置為約30mm。
當(dāng)按壓晶片夾具21的操作結(jié)束時(shí)，如圖7C所示，在微機(jī)控制下夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31將夾持部分31a右移(X軸正方向)。當(dāng)正時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，晶片40在晶片處理池11中基本上水平右移(X軸正方向)。夾持部分31a的按壓量必須設(shè)置在使夾持部分31a不與晶片夾具21的下部開口部分相碰的范圍內(nèi)。
當(dāng)晶片夾具21的右移(X軸正方向)運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，如圖7D所示，在微機(jī)控制下夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31使夾持部分31a上移。夾持部分31a的移動(dòng)是優(yōu)選地設(shè)置為使晶片40不接近處理液液面的范圍內(nèi)。如果晶片40接近液面41，微粒會(huì)粘在晶片40的表面上。
當(dāng)晶片夾具21的上移運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，在微機(jī)控制下夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31使夾持部分31a左移(X軸負(fù)方向)，如圖7E所示，然后恢復(fù)起始狀態(tài)(圖7A)。
通過重復(fù)上述操作(圖7A→7B→7C→7D→7E)，晶片40可被恰當(dāng)?shù)財(cái)[動(dòng)和均勻的加工。
根據(jù)晶片處理設(shè)備10，在通過調(diào)節(jié)超聲波池61使超聲波供應(yīng)優(yōu)化的區(qū)域內(nèi)擺動(dòng)晶片40，可以優(yōu)化作用在晶片40上的超聲波。
眾所周知，超聲波的駐波在預(yù)定間隔上有波節(jié)和反波節(jié)。因此，難以使晶片處理池11中的超聲波均勻化。
然而在該晶片處理設(shè)備10中，由于夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31擺動(dòng)晶片40，盡管超聲波的強(qiáng)度分布不均勻，晶片40也可被均勻地處理。即使晶片40僅僅簡單地在水平方向、垂直方向或傾斜方向移動(dòng)，晶片40也可被均勻地加工。當(dāng)晶片40也在軸向(Z軸方向)擺動(dòng)時(shí)，水平面上超聲波的高強(qiáng)部分造成的晶片間的加工不均勻性也可被糾正。
由于晶片處理設(shè)備10具有擺動(dòng)支承部件13，晶片40的擺動(dòng)量可被有效地增加。擺動(dòng)支承部件13的固定位置不限于晶片處理池11的底部。只要擺動(dòng)支承部件13可接觸到晶片夾具21內(nèi)的所有晶片40，擺動(dòng)支承部件13可固定在晶片處理池11的內(nèi)壁上或夾具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31上(這時(shí)，需要有改變夾持部分31a和擺動(dòng)支承部件13之間相對位置的機(jī)構(gòu))。
而且，根據(jù)晶片處理設(shè)備10，由于在晶片處理池11中沒有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以沒有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作產(chǎn)生的微粒。(晶片處理設(shè)備的第四裝置)圖9示意示出適合去除多孔層的晶片處理設(shè)備的裝置。
在晶片處理設(shè)備300中，晶片40被夾持在與晶片處理池11底面基本平行的位置(即與超聲波的振動(dòng)面基本平行)，并完全浸入晶片處理池11的處理液(腐蝕劑)，在此狀態(tài)下，由晶片移動(dòng)機(jī)構(gòu)80擺動(dòng)晶片，實(shí)現(xiàn)對晶片40的均勻處理并可防止微粒的污染。
晶片移動(dòng)機(jī)構(gòu)80用臂81夾持晶片40，并在晶片處理池11中擺動(dòng)晶片40。優(yōu)選地，在橫穿超聲波振動(dòng)面的方向(即垂直方向)上和平行于超聲波振動(dòng)面的方向(即水平方向)上擺動(dòng)晶片40。
而且在該晶片處理設(shè)備300中，優(yōu)選地，晶片40完全浸入處理液進(jìn)行處理。在這種情況下，可防止在處理液與氣體界面附近微粒粘附在晶片40上。
根據(jù)晶片處理設(shè)備300，通過在晶片處理池11中擺動(dòng)晶片40可以實(shí)現(xiàn)對其均勻加工。(晶片處理設(shè)備的第五裝置)
圖10示意示出適合去除多孔層的晶片處理設(shè)備的裝置。在晶片處理設(shè)備的第二到第四裝置中，晶片在擺動(dòng)時(shí)進(jìn)行加工。而在晶片處理設(shè)備500中，是提高處理液(腐蝕劑)的流速而不是擺動(dòng)晶片。
在晶片處理設(shè)備500中，用于支承晶片夾具21的支承部分73設(shè)置在晶片處理池11的下部。由循環(huán)器71供應(yīng)的處理液從支承部分73下面的噴口72高速噴出。支承部分73有多個(gè)開口部分，噴口72噴出的處理液經(jīng)開口部分向上移動(dòng)。
當(dāng)處理液高速循環(huán)時(shí)，晶片40可被均勻地處理。
在如圖5所示的晶片處理設(shè)備10中安裝上述循環(huán)機(jī)構(gòu)(71～73)，也是有效的。(晶片處理設(shè)備的第六裝置)在上述晶片處理設(shè)備中，通過開關(guān)控制超聲波源實(shí)現(xiàn)超聲波的供應(yīng)或不供應(yīng)。另外，如果需要也可在超聲波源和晶片之間插入用于屏蔽超聲波的機(jī)構(gòu)。
下面描述圖5或圖6的晶片處理設(shè)備的變形。圖11A和11B示出圖5或圖6所示晶片處理設(shè)備的變形。在圖11A和11B中，溢液池和循環(huán)器被省略了。
如果需要，該晶片處理設(shè)備的變形在超聲波源51和晶片處理池11的底面之間設(shè)有屏蔽超聲波的保護(hù)門91和92。如圖11A所示，為了把超聲波傳到晶片處理池11，驅(qū)動(dòng)部分(未圖示)打開保護(hù)門91和92。為了屏蔽超聲波使其不進(jìn)入晶片處理池11，如圖11B所示，驅(qū)動(dòng)部分(未圖示)關(guān)閉保護(hù)門91和92。作為保護(hù)門91和92的材料，幾乎不傳播超聲波的材料如PFA或PTFE是合適的。(晶片處理設(shè)置的第七裝置)圖12A～12C示意示出適合去除多孔層的晶片處理設(shè)備的裝置，圖12A是前視圖，圖12B是側(cè)視圖，圖12C是平面圖。
在晶片處理設(shè)備700中，由噴射嘴700噴射流體束701(如水)，用該噴射流體去除晶片40的多孔層。
在圖12A～12C示出的實(shí)例中，當(dāng)噴射嘴700的噴射流體垂直于晶片400時(shí)，噴射嘴700在正軸方向上掃描，由此去除整個(gè)表面上的多孔層40a。
下面描述上述多孔層去除方法的實(shí)例。(實(shí)例1)在單晶硅襯底的表面上形成一層抗HF腐蝕的材料構(gòu)成的膜，且為了形成有開口的掩摸對該膜制作了圖形。暴露在開口部分的單晶硅襯底在HF溶液中陽極化以形成多孔層。通過這種工藝在單晶硅襯底上形成50μm厚的多孔層。然后，去除掩摸。也可以不在單晶硅襯底上形成掩膜，而是將單晶硅襯底放在夾具上，使HF溶液只接觸到要形成多孔層并進(jìn)行陽極化的的區(qū)域。
將得到的襯底放入圖4所示的晶片處理設(shè)備100中。圖4所示的晶片處理設(shè)備100的晶片處理池110中已預(yù)先注入氫氟酸、過氧化氫和純水的混合溶液(腐蝕劑)。在晶片處理設(shè)備100中，襯底被轉(zhuǎn)動(dòng)兩小時(shí)，同時(shí)施加近1MHz的超聲波將腐蝕劑注入多孔硅層的孔中。
然后停止超聲波源131，使襯底在晶片處理池110中保持1小時(shí)，通過這種處理，多孔硅層的孔壁變薄了。
然后，用圖12A～12C所示的設(shè)備將多孔硅層全部去除。結(jié)果，在襯底上形成了深50μm的凹槽部分。
采用圖5、6、或9所示的設(shè)備也可得一與如上所述相同的結(jié)構(gòu)。(實(shí)例2)在單晶硅襯底的表面上形成一層抗HF腐蝕的材料構(gòu)成的膜，且為了形成有開口的掩膜對該膜制作了圖形。暴露在開口部分的單晶硅襯底在HF溶液中陽極化以形成直達(dá)下表面的多孔層。然后，去除掩摸。也可以不在單晶硅襯底上形成掩膜，而是將單晶硅襯底放在夾具上，使HF溶液只接觸到要形成多孔層并進(jìn)行陽極化的區(qū)域。
然后，用外延生長法在襯底表面上形成一厚為1μm的單晶硅層作為得到的結(jié)構(gòu)。
將得到的襯底放入圖4所示的晶片處理設(shè)備100。圖4所示的晶片處理設(shè)備100的晶片處理池110中已預(yù)先注入氫氟酸、過氧化氫和純水的混合溶液(腐蝕劑)。在晶片處理設(shè)備100中，襯底被轉(zhuǎn)動(dòng)約6小時(shí)，同時(shí)施加近0.25MHz的超聲波將腐蝕劑注入多孔硅層的孔中。
然后停止超聲波源131，使襯底在晶片處理池110中保持2小時(shí)，通過這種處理，多孔硅層的孔壁變薄了。
重新啟動(dòng)超聲波源131五分鐘以完全去除多孔硅層，結(jié)果，在多孔硅層上形成了包括外延層(單晶硅層)的單晶硅膜。整個(gè)表面上的外延層厚度基本相同。
如圖2C所示，通過預(yù)先部分地去除外延層(單晶硅層)，可以形成單晶硅的懸臂梁結(jié)構(gòu)。
采用圖5、6、或9所示的設(shè)備也可得到與如上所述相同的結(jié)構(gòu)。(實(shí)例3)準(zhǔn)備第一單晶硅襯底。在HF溶液中對表層陽極化以形成多孔硅層，陽極化條件如下電流密度7(mA/cm2)陽極化溶液HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間11(min)多孔硅層厚度12(μm)該襯底在氧氣氛中400℃氧化1h。通過這種氧化多孔硅層的每個(gè)孔的內(nèi)壁上覆蓋一熱氧化膜。在多孔硅層上用CVD(化學(xué)氣相沉積)法外延生長一厚為0.30μm的單晶硅層。生長條件如下源氣體SiH2Cl2/H2氣流速度0.5/180(l/min)氣壓80(乇)溫度950(℃)生長速度0.3(μm/min)然后，用熱氧化法在外延硅層上形成一厚度為200nm的SiO2層。
第一襯底的SiO2層的表面與另一分離準(zhǔn)備的襯底(第二襯底)的表面相粘合。
用研磨、拋光或蝕刻法去除第一襯底側(cè)，使在第二襯底的整個(gè)平面上的多孔硅層暴露出來。
把第二襯底放入圖4所示的晶片處理設(shè)備100中。圖4所示的晶片處理設(shè)備100的晶片處理池110中已預(yù)注入氫氟酸、過氧化氫和純水的混合溶液(腐蝕劑)。在晶片處理設(shè)備100中，襯底被轉(zhuǎn)動(dòng)1.5小時(shí)，同時(shí)施加近0.25MHz的超聲波將腐蝕劑注入多孔硅層的孔中。
然后停止超聲波源131，使襯底在晶片處理池110中保持1小時(shí)，通過這種處理，多孔硅層的孔壁變薄了。
重新啟動(dòng)超聲波源131五分鐘以徹底去除多孔硅層。此時(shí)，如圖10所示，當(dāng)腐蝕劑循環(huán)適當(dāng)時(shí)，可提高被加工襯底的表面均勻性。
對多孔硅層的腐蝕劑施加超聲波，轉(zhuǎn)動(dòng)襯底并同時(shí)循環(huán)腐蝕劑以把腐蝕劑注入襯底上多孔層的孔中。然后，停止施加超聲波，將襯底保持一段合適的時(shí)間。通過這種處理，每一個(gè)襯底的整個(gè)表面區(qū)域上的多孔硅層的孔都可以被充分地減薄。通過在這種狀態(tài)下再次施加超聲波，可以在每個(gè)襯底的整個(gè)區(qū)域上均勻地立即去除殘余的多孔硅層。
用圖5、6或9所示的設(shè)備可以得到如上所述的同樣的結(jié)果。
即使不是在停止施加超聲波后再次施加，而是采用下面的任一種方法，都可以高質(zhì)量地去除殘余的多孔硅層(1)將得到的結(jié)構(gòu)浸入氫氟酸、硝酸和純水的混合溶液中約5秒鐘，去除多孔層。
(2)用拋光法去除多孔硅層。
(3)用擦洗法去除多孔硅層。
(4)以如100kg/cm3壓力的噴射水流掃描襯底，去除多孔硅層。
在去除多孔硅層的步驟中，單晶硅層用作腐蝕阻止層，使多孔硅層被選擇腐蝕和完全去除。
無孔硅單晶在上述腐蝕劑中的腐蝕速度非常慢。無孔硅單晶的腐蝕速度和多孔層腐蝕速度的選擇比值為≥105。無孔層的腐蝕量(約幾十個(gè)埃)在實(shí)際應(yīng)用中是允許的。
通過上述處理，形成了在氧化硅膜上有0.2μm厚的單晶硅層的SOI襯底。在整個(gè)表面上對得到的單晶硅層的厚度進(jìn)行了100點(diǎn)測量，厚度為201nm±4nm。
將得到的結(jié)構(gòu)熱處理氫氣中1100℃保溫1小時(shí)，然后用原子力顯微鏡測表面粗糙度。平均面積粗糙度為5μm平方面積為約0.2nm。這幾乎與工業(yè)上的硅晶片相同。
用透射電子顯微鏡進(jìn)行斷面觀察表明，在單晶硅層中沒有形成新的晶體缺陷，保持著滿意的結(jié)晶度。
即使氧化膜(SiO2)不是在外延層表面上形成而是在第二襯底表面或所有這些表面上形成，也可得到與上述相同的結(jié)果。
即使石英玻璃之類的透明襯底用作第二襯底，也可得到滿意的結(jié)果。然而在這種情況下，由于石英玻璃和單晶硅層的熱膨脹系數(shù)有差別會(huì)在單晶硅層上形成狹縫，在氫氣中熱處理的溫度從1100℃降到≤1000℃。(實(shí)例4)將第二襯底在HF溶液中進(jìn)行兩步陽極化以形成兩個(gè)多孔層，陽極化處理的條件如下<第一步陽極化處理>
電流密度7(mA/cm2)陽極化溶液HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1時(shí)間5(min)多孔硅層厚度5.5(μm)<第二步陽極化處理>
電流密度30(mA/cm2)陽極化溶液HF∶H2O∶C2H5H=1∶1∶1時(shí)間110(sec)多孔硅層厚度3(μm)該襯底在氧氣氛中400℃氧化1小時(shí)。通過這種氧化多孔硅層的每個(gè)孔的內(nèi)壁上覆蓋一熱氧化膜。在多孔硅層上用CVD(化學(xué)氣相沉積)法延生長一厚為0.15μm的單晶硅層。生長條件如下源氣體SiH2Cl2/H2氣流速度0.5/180(l/min)氣壓80(乇)溫度950(℃)生長速度0.3(μm/min)然后，用熱氧化法在外延硅層上形成一厚度為100nm的SiO2層。
第一襯底的SiO2層的表面與另一分離準(zhǔn)備的襯底(第二襯底)的表面相粘合。
沿在30mA/cm2的電流密度(第二步陽極化處理)下形成的多孔硅層把粘合的層疊襯底分成兩個(gè)襯底，把多孔硅層暴露在第二襯底那一側(cè)的整個(gè)表面上。為了分開粘合層疊襯底，可對襯底機(jī)械拉伸、扭轉(zhuǎn)、壓縮、沿粘合邊緣楔入、從端面進(jìn)行氧化以使剝離、用熱應(yīng)力、施加超聲波，或向粘合層疊襯底的邊緣噴射水流等。
將第二襯底放入圖4所示的晶片處理設(shè)備100。圖4所示晶片處理設(shè)備100的晶片處理池110中已預(yù)先注入氫氟酸、過氧化氫和純水的混合溶液(腐蝕劑)。在晶片處理設(shè)備100中，襯底被轉(zhuǎn)動(dòng)1.5小時(shí)，同時(shí)施加近0.25MHz的超聲波將腐蝕劑注入多孔硅層的孔中。
然后停止超聲波源131，使襯底在晶片處理池110中保持1小時(shí)，通過這種處理，多孔硅層的孔壁變薄了。
重新啟動(dòng)超聲波源131五分鐘以徹底去除多孔硅層。此時(shí)，如圖10所示，當(dāng)腐蝕劑循環(huán)適當(dāng)時(shí)，可提高被加工襯底的表面均勻性。
對多孔硅層的腐蝕劑施加超聲波，轉(zhuǎn)動(dòng)襯底并同時(shí)循環(huán)腐蝕劑以把腐蝕劑注入襯底上多孔層的孔中。然后，停止施加超聲波，將襯底保持一段合適的時(shí)間。通過這種處理，每一個(gè)襯底的整個(gè)表面區(qū)域上的多孔硅層的孔都可以被充分地減薄。通過在這種狀態(tài)下再次施加超聲波，可以在每個(gè)襯底的整個(gè)區(qū)域上均勻地立即去除殘余的多孔硅層。
用圖5、6或9所示的設(shè)備可以得到與如上所述同樣的結(jié)果。
即使不是在停止施加超聲波后再次施加，而是采用下面的任一種方法，都可以高質(zhì)量地去除殘余的多孔硅層(1)將得到的結(jié)構(gòu)浸入氫氟酸、硝酸和純水的混合溶液中約5秒鐘，去除多孔層。
(2)用拋光法去除多孔硅層。
(3)用擦洗法去除多孔硅層。
(4)以如100kg/cm3壓力的噴射水流掃描襯底，去除多孔硅層。
在去除多孔硅層的步驟中，單晶硅層用作腐蝕阻止層，使多孔硅層被選擇腐蝕和完全去除。
無孔硅單晶在上述腐蝕劑中的腐蝕速度非常慢。無孔硅單晶的腐蝕速度和多孔層腐蝕速度的選擇比值為≥105。在實(shí)際應(yīng)用中無孔層的腐蝕量(約幾十個(gè)埃)是容許的。
通過上述處理，形成了在氧化硅膜上有0.2μm厚的單晶硅層的SOI襯底。在整個(gè)表面上對得到的單晶硅層的厚度進(jìn)行了100點(diǎn)測量，厚度為201nm±4nm。
將得到的結(jié)構(gòu)熱處理氫氣中1100℃保溫1小、時(shí)，然后用原子力顯微鏡測表面粗糙度。平均面積粗糙度為5μm平方面積為約0.2nm。這幾平與工業(yè)上的硅晶片相同。
用透射電子顯微鏡進(jìn)行斷面觀察表明，在單晶硅層中沒有形成新的晶體缺陷，保持著滿意的結(jié)晶度。
即使氧化膜(SiO2)不是在外延層表面上形成而是在第二襯底表面或所有這些表面上形成，也可得到與上述相同的結(jié)果。
即使石英玻璃之類的透明襯底用作第二襯底，也可得到滿意的結(jié)果。然而在這種情況下，由于石英玻璃和單晶硅層的熱膨脹系數(shù)有差別會(huì)在單晶硅層上形成狹縫，在氫氣中熱處理的溫度從1100℃降到≤1000℃。
當(dāng)?shù)谝灰r底側(cè)留下的多孔硅層被選擇腐蝕并進(jìn)行表面處理如氫氣退火或表面拋光，襯底可被回收作為第一或第二襯底。
即使是具有單層結(jié)構(gòu)的由陽極化形成的多孔層也可得到如上所述的同樣的結(jié)果。
在上面的實(shí)例中，作為在多孔硅層上形成單晶硅層的外延生長法，不僅可用CVD法，也可用MBE、濺射或液相生長法。在多孔硅層上還可外延生長單晶化合物半導(dǎo)體層GaAs或InP。在這種情況下，可以制造高頻器件中硅上的GaAs或玻璃(石英)上的GaAs或適合于OEIC的襯底。
作為用于選擇性腐蝕多孔硅層的腐蝕劑，49％氫氟酸和30％過氧化氫的混合溶液是合適的。然后，也可采用下面的腐蝕劑。由于多孔硅層具有很大的表面積，選擇腐蝕很容易。
(a)氫氟酸
(b)向氫氟酸中至少加入乙醇或過氧化氫中的二者之一得到的混合溶液。
(c)緩沖氫氟酸(d)向緩沖氫氟酸中至少加入乙醇或過氧化氫中的二者之一得到的混合溶液(e)氫氟酸、硝酸和乙酸的混合溶液在上面的實(shí)例中，停止超聲波源以實(shí)現(xiàn)停止使用超聲波，但是，利用保護(hù)門也是有效的，如圖11A和11B所示。
根據(jù)本發(fā)明，可保持多孔區(qū)域下面的層的平整度。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方案，在其精神和范圍內(nèi)可以作各種變化和改進(jìn)。因此為了向公眾說明本發(fā)明的范圍，作了如下的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1．一種從具有多孔區(qū)的襯底上去除多孔區(qū)的多孔區(qū)去除方法，其特征在于包括如下步驟第一步，在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)用腐蝕劑處理多孔區(qū)；第二步，在不對腐蝕劑施加超聲波或施加的超聲波比在第一步中施加的超聲波弱的情況下，用腐蝕劑處理多孔區(qū)；以及第三步，去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一步包括把腐蝕劑注入到多孔區(qū)中孔的較深的部位。
3．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述第二步包括通過腐蝕作用把多孔區(qū)的孔壁減薄到不厚于預(yù)定厚度。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述第二步包括把多孔區(qū)的孔壁減薄到能夠在第三步中把殘余多孔區(qū)一次去除的厚度。
5．如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第三步包括用腐蝕劑去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述第三步包括在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)用腐蝕劑去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
7．如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于把要處理的襯底浸入同一腐蝕劑中進(jìn)行從第一步到第三步的處理。
8．如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于所述第三步包括用對多孔材料的腐蝕速度高于第一和第二處理液的第三處理液去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
9．如權(quán)利要求5～8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于把要處理的襯底完全浸入腐蝕劑中進(jìn)行從第一步到第三步的處理。
10．如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于把要處理的襯底完全浸入腐蝕劑中進(jìn)行第一和/或第二步的處理。
11．如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第三步包括用高壓流體去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
12．如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第三步包括用擦洗法去除襯底上的殘余多孔區(qū)。
13．如權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在對襯底施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行襯底處理時(shí)，改變襯底和超聲波源之間的相對位置關(guān)系。
14．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行襯底處理時(shí)，襯底在處理液中擺動(dòng)。
15．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行襯底處理時(shí)，使襯底轉(zhuǎn)動(dòng)。
16．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于在對襯底施加超聲波的同時(shí)進(jìn)行襯底處理時(shí)，襯底和超聲波源中的至少一個(gè)的位置在基本平行于或垂直于超聲波振動(dòng)面的方向上變化。
17．如權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于用腐蝕劑處理襯底時(shí)，使襯底擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。
18．如權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于用腐蝕劑處理襯底時(shí)，使腐蝕劑循環(huán)以在襯底附近造成腐蝕劑的流動(dòng)。
19．如權(quán)利要求1～18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于把襯底浸入同一腐蝕池進(jìn)行第一和第二步的處理，且第一步包括使超聲波源工作，第二步包括使超聲波源停止工作。
20．如權(quán)利要求1～18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于把襯底浸入同一腐蝕池中進(jìn)行第一步和第二步的處理，且第一和第二步包括使超聲波源連續(xù)工作，第二步包括在超聲源和襯底之間插入超聲波屏蔽扳。
21．如權(quán)利要求1～20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于要處理的所述襯底主要由單晶硅組成。
22．如權(quán)利要求1～20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述多孔區(qū)主要由多孔硅組成。
23．如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述多孔區(qū)是通過對由單晶硅組成的襯底進(jìn)行陽極化處理得到的。
24．如權(quán)利要求1～23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于腐蝕劑可以采用下述的任何一種溶液(a)氫氟酸；(b)向氫氟酸中至少加入乙醇或過氧化氫中的二者之一得到的混合溶液；(c)緩沖氫氟酸；以及(d)向緩沖氫氟酸中至少加入乙醇或過氧化氫中的二者之一得到的混合溶液。
25．一種半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于包括下列步驟在第一襯底上形成多孔層和至少一層無孔層；把第二襯底粘合在第一襯底的無孔層一側(cè)；從粘合的層疊襯底上去除第一襯底使在第二襯底表面上的多孔層暴露出來；以及用權(quán)利1～24中任一項(xiàng)所述的方法去除第二襯底上的多孔層。
26．如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述使多孔區(qū)暴露的步驟包括從粘合的第一襯底的下表面一側(cè)研磨、拋光或腐蝕第一襯底，以使在第二襯底表面上的多孔層暴露出來。
27．如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述使多孔層暴露的步驟包括沿多孔層將粘合的層疊襯底分開，以使在第二襯底表面上的多孔層暴露出來。
28．如權(quán)利要求25～27中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述無孔層包括單晶硅層。
29．如權(quán)利要求25～27中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述無孔層包括單晶硅層和氧化硅層。
30．如權(quán)利要求28或29所述的方法，其特征在于所述單晶硅層是在第一襯底的多孔層上外延生長的層。
31．如權(quán)利要求25～27中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述無孔層包括單晶化合物半導(dǎo)體層。
32．如權(quán)利要求25～31中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第二襯底主要由硅組成。
33．如權(quán)利要求25～32中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第二襯底在其與第一襯底粘合的表面上具有氧化硅層。
34．如權(quán)利要求25～31中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第二襯底包括透明襯底。
35．一種多孔區(qū)去除設(shè)備，該設(shè)備用于從具有多孔區(qū)的襯底上去除多孔區(qū)，包括執(zhí)行第一步即在對腐蝕劑施加超聲波的同時(shí)用腐蝕劑對多孔區(qū)進(jìn)行處理的裝置；執(zhí)行第二步即在不對腐蝕劑施加超聲波或施加的超聲波比第一步中施加的超聲波弱的情況下，用腐蝕劑對多孔區(qū)進(jìn)行處理的裝置；以及執(zhí)行第三步即去除襯底上的殘余多孔區(qū)的裝置。
全文摘要
本方法可保證去除多孔層后的底層平整度。把要處理的襯底浸入腐蝕劑中,第一步,施加超聲波,把腐蝕液注入到多孔硅層的孔中;第二步,停止施加超聲波,通過腐蝕作用減薄孔壁;第三步,再次施加超聲波,使多孔層一次斷裂。
文檔編號H01L21/02GK1222757SQ9812551
公開日1999年7月14日 申請日期1998年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月25日
發(fā)明者坂口清文, 柳田一隆 申請人:佳能株式會(huì)社