DE69333294T2 - Halbleiteranordnung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitervorrichtungs-Substrats (Substrats für eine Halbleitervorrichtung), das aus einem Einkristall besteht, und auf einem Isolator gebildet ist und in großem Umfang für LSI-Schaltungen und ähnliches nützlich ist.
  • In Beziehung stehender Stand der Technik
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung mittels der Bildung einer einkristallinen Si-Halbleiterschicht auf einem Isolator ist als Silicium-auf-Isolator-Technik (silicon-on-insulator technique – SOI) gut bekannt. Diese SOI-Technik wird in breitem Umfang bei der Bildung von Vorrichtungen genutzt, da die SOI-Technik viele Vorteile aufweist, die mit einer Si-Substrat-Massenproduktion nicht erzielt werden können. Die Vorteile, die mit der SOI-Technik einhergehen, sind nachstehend aufgeführt:
    • 1. Die Einfachheit der dielektrischen Trennung und die Durchführbarkeit einer hohen Integration,
    • 2. Eine hohe Beständigkeit gegenüber radioaktiven Strahlen,
    • 3. Eine geringe anschlußfreie Kapazität und die Durchführbarkeit von Hochgeschwindigkeitsoperationen,
    • 4. Ein Bohrschritt (welling step) kann weggelassen werden,
    • 5. Ein Latching-Up kann verhindert werden,
    • 6. Ein Dünnfilm für einen Verarmungs-Isolierschicht-Feldeffekttransistor kann gebildet werden, und so weiter.
  • Die SOI-Technik ist in der Literatur beschrieben, zum Beispiel in: Spezialausgabe: "Einkristallines Silicium auf nicht-einkristallinen Isolatoren", herausgegeben von G. W.
  • Cullen: Journal of Crystal Growth, Bd. 63, Nr. 3, S. 429 bis 590 (1983).
  • Vor der SOI-Technik war eine SOS-Technik (Silicium-auf-Saphir – silicon-on-sapphire) bekannt, in der heteroepitaxiales Si mittels CVD (Chemische Abscheidung aus der Gasphase) auf einkristallinem Saphir gebildet wird. Diese SOS-Technik wird wegen der vielen Kristallfehler, die durch eine unzureichende Kohärenz des Gitters an der Grenzfläche zwischen der Si-Schicht und dem darunterliegenden Saphirsubstrat hervorgerufen wird, der Wanderung des Aluminiums aus dem Saphirsubstrat zu der Si-Schicht, und vor allem der hohen Kosten des Substrats und der Schwierigkeit seine Größe zu erweitern nicht in breitem Umfang angewandt.
  • In den letzten Jahren wurde versucht, die SOI-Struktur ohne die Verwendung eines Saphirsubstrats zu realisieren. Dieser Versuch erfolgte auf zwei Weisen: ein erstes Verfahren umfaßt die Schritte der Oxidierung der Oberfläche eines einkristallinen Si-Substrates, der Bildung einer Öffnung in der oxidierten Schicht, um das Si-Substrat teilweise freizulegen, das epitaxiale Aufwachsen von Si in seitlicher Richtung unter Nutzung des unbedeckten Si als Saat bzw. Keim, um eine einkristalline Si-Schicht auf dem SiO2 (die Si-Schicht wird auf dem SiO2 abgeschieden) zu bilden; und ein zweites Verfahren, das die Schritte der Bildung von SiO2 unter dem einkristallinen Si-Substrat unter Verwendung des einkristallinen Si-Substrates selbst als die aktive Schicht (es wird keine Si-Schicht abgeschieden) umfaßt.
  • Von dem vorstehenden ersten Verfahren wird der Schritt der Festphasen-Epitaxie nachstehend im Detail beschrieben. Die Festphasen-Epitaxie wird in eine vertikales Festphasen-Epitaxie und eine seitliche Festphasen-Epitaxie unterteilt. Die vertikale Festphasen-Epitaxie wird hauptsächlich angewandt, um die Kristallinität nach der Innenimplantation wiederherzustellen. Für die Bildung der SOI-Struktur ist die seitliche Festphasen-Epitaxie geeignet. Bei der Bildung der SOI-Struktur mittels der seitlichen Festphasen-Epitaxie wird SiO2 mit einer Öffnung auf einem Si-Substrat gebildet; amorphes Si wird über die gesamte Fläche des Substrats abgeschieden; die vertikale Festphasen-Epitaxie erfolgt durch die Öffnung; und die seitliche Festphasen-Epitaxie erfolgt über dem gebildeten SiO2. Die Festphasen-Epitaxie ist bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 600°C durchführbar.
  • Die Bildung der SOI-Struktur mittels der vorstehend beschriebenen Festphasen-Epitaxie ist mit den nachstehenden Problemen verbunden:
  • Bei der seitlichen Festphasen-Epitaxie muß der gesamte einkristalline Si-Bereich in Richtung der Fläche gebildet werden, was ein Wachstum über lange Distanzen und mit langer Zeitdauer erfordert. Die lange Wachstumsdauer verursacht die Bildung von Kristallkeimen in dem amorphen Silicium, was das Wachstum hemmt und zu einer unzureichenden Wachstumsdistanz von nur einigen μm führt. Um dieses Problem zu lösen, werden Gegenmaßnahmen getroffen, wie die Einstellung des Drucks und eine Bestrahlung, um die Wachstumsdistanz auszudehnen, und das Einbringen von Fremdstoffen, um die Wachstumsgeschwindigkeit zu erhöhen. Bei jeder der vorstehend erwähnten Gegenmaßnahmen ist die Wachstumsdistanz in seitlicher Richtung jedoch im Höchstfall auf einige zehn μm beschränkt, und ein SOI mit einer größeren Fläche kann nicht gebildet werden. Desweiteren ist bekannt, daß die seitliche Festphasen-Epitaxie zu einer merklich verringerten Kristallinität als die vertikale Festphasen-Epitaxie führt und eine große Zahl an Versetzungen und Zwillingsbildungen verursacht, die die Eigenschaften der Vorrichtung direkt beeinträchtigen.
  • Bekannte Techniken zur Bildung der SOI-Struktur mittels Abscheidung schließen die direkte seitliche Epitaxie von einkristallinem Si mittels CVD; die Abscheidung von amorphem Si und eine anschließende seitliche Festphasen-Epitaxie mittels einer Wärmebehandlung; die Bestrahlung einer polykristallinen Si-Schicht mit einem fokussierten Energiestrahl, wie einen Elektronenstrahl und einen Laserstrahl, um mittels Rekristallisation aus der Schmelze eine einkristalline Schicht auf SiO2 aufwachsen zu lassen; und das Überstreichen einer Schmelzzone (Rekristallisation unter Zonenschmelzen) mit einer stabförmigen Heizvorrichtung ein.
  • Diese Verfahren sind jedoch für einen industriellen Einsatz in Bezug auf die Steuerbarkeit, die Produktivität, die Gleichmäßigkeit, die Qualität und ähnliches nicht vielversprechend. Beispielsweise erfordert des CVD-Verfahren eine Opferoxidation zur Bildung eines dünnen flachen Filmes. Das seitliche Festphasen-Wachstum führt zu einer geringen Kristallinität. Das Strahl-Glühverfahren ist mit den Problemen der Dauer der Behandlung mit dem gebündelten Strahl, der Steuerung der Überlagerung mit dem Strahl und der Einstellung des Brennpunktes verbunden. Von den vorstehenden Verfahren ist die Rekristallisation unter Zonenschmelzen am weitesten entwickelt und wurde für die experimentelle Herstellung von relativ großen integrierten Schaltkreisen eingesetzt. Das Verfahren führt jedoch noch zu Kristallfehlern an der Subkorngrenze und ähnlichem und ergibt keine Minoritätsträger-Vorrichtung.
  • Desweiteren erfordern herkömmliche Festphasen-Epitaxie-Verfahren unbedecktes einkristallines Si als Keim bzw. Saat auf der Substratoberfläche und können nicht unter Verwendung eines anderen Substrates als einkristallines Si durchgeführt werden.
  • Atsutoshi Doi et al. berichten, daß SOI durch das Anbringen und Eindrücken einer in Mustern angeordneten externen einkristallinen Siliciumsaat auf einer amorphen Siliciumschicht und einer anschließenden Nutzung des kristallinen Bereiches, der in der Festphase mittels einer Wärmebehandlung wachsen gelassen wurde, als Keim für eine Laser-Rekristallisation anstelle der Verwendung eines Substrats als Keim für die Laser-Rekristallisation hergestellt wurde (A. Doi et al., Appl. phys. Lett., 59, 2518 (1991); Tuda et al., 1991 Autumn Applied Physics Society Lecture Preliminary Report, S. 621, 9p-C-2; Doi et al., 1991 Spring Applied Physics Society Lecture Preliminary Report, S. 614, 28p-X-11; Doi et al., 1990 Spring Applied Physics Society Lecture Preliminary Report, S. 608, 29p-ZF-7). Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein Laser-Rekristallisationsverfahren, das mit einigen Problemen hinsichtlich der Behandlungsdauer beim Überstreichen mit einem gebündelten Strahl und der Steuerung der Überlagerung mit dem Strahl und der Einstellung des Brennpunkts und einer schlechten Produktivität behaftet ist, und deshalb industriell nicht eingesetzt wird. Da die Saat für die Laser-Rekristallisation desweiteren mittels einer Festphasen-Epitaxie aus der äußeren Saat hergestellt wird, sind die Schritte dafür kompliziert und die Kristallinität der epitaxialen Si-Schicht verschlechtert sich im Vergleich zu derjenigen der ursprünglichen einkristallinen externen Saat deutlich. Zudem tritt das Problem auf, daß die externe Saat nicht leicht entfernt werden kann, da sie an der epitaxialen Schicht über Valenzbindungen gebunden ist.
  • Koichiro Hoh et al berichten, daß einkristallines Si in Kontakt mit der Oberfläche von amorphem Si gebracht wurde, das auf SiO2 abgeschieden worden war, und es erfolgte davon ausgehend als Saat eine Kristallisation (Uzawa et al., 41th Semiconductor Integrated Circuit Technology Symposium Lecture Papers, S. 37 (1991); K. Hoh et al., Denki Kagaku, 59, 1079 (1991); Uzawa et al., 1991 Autumn Applied Physics Society Lecture Preliminary Report, S. 621, 9p-C-1; Yasuda et al., 1991 Spring Applied Physics Society Lecture Preliminary Report, S. 614, 28p-X-10). In diesem Verfahren ist es im Grunde genommen unmöglich, die äußere Saat zu entfernen. Deshalb versuchten sie, amorphes Si aus metallischem Silicid als Saat epitaxial aufwachsen zu lassen, das dadurch erhalten wird, daß einkristallines Si mit abgeschiedenem Metall in Kontakt gebracht und metallisches Silicid epitaxial wachsen gelassen wird.
  • Im Falle des Ni-Silicids ist die Gitter-Kohärenz mit dem Si sehr gut, aber die Kristallisationstemperatur des Ni-Silicids beträgt 750°C oder mehr. Deshalb tritt das Problem auf, daß es zu einer Erzeugung von Kristallkeimen im amorphem Silicium kommt und sich vor dem epitaxialen Wachsen des Ni-Silicids Polykristalle bilden. Desweiteren tritt das Problem auf, daß die Gitterkohärenz des Co-Silicids mit tiefer Kristallisationstemperatur mit dem Si nicht gut ist.
  • Auf Grundlage der verfügbaren Röntgenbeugungsdaten ist wegen des heteroepitaxialen Wachstums und des Festphasen-Wachstums keine gute Kristallinität zu erwarten, obwohl die Kristallinität des epitaxialen Si nicht im Detail beurteilt wurde.
  • Dementsprechend kann dieses Verfahren der Bildung einer guten epitaxialen Si-Schicht und der gleichzeitigen Entfernung der Saat nicht genügen.
  • Ein aus einem unterschiedlichen Material gefertigtes Substrat, wie ein durch Glas veranschaulichtes lichtdurchlässiges Substrat, gestattet es einer abgeschiedenen dünnen Si-Schicht unter dem Einfluß der Regellosigkeit bzw. Unordnung der Kristallstruktur des Substrats nur in eine amorphe oder polykristalline Schicht hineinzuwachsen, und ist deshalb für die Herstellung von Vorrichtungen mit hohem Leistungsverhalten ungeeignet. Dies ist auf die Amorphie oder den Unterschied in der Periodizität der Kristallstruktur des Substrats zurückzuführen. Deshalb ergibt eine einfache Abscheidung einer Si-Schicht keine ausgezeichnete einkristalline Schicht.
  • Das lichtdurchlässige Substrat ist bei der Konstruktion einer Lichtempfangs-Vorrichtung für einen Kontaktsensor, einer Flüssigkristall-Bildanzeige-Projektionsvorrichtung und ähnlichem wichtig. Um einen Sensor oder ein Bildelement (Pixel) einer Anzeigevorrichtung mit höherer Dichte, höherer Auflösung und höherer Feinheit zur Verfügung zu stellen, ist ein hohes Leistungsvermögen der Ansteuerungseinrichtung erforderlich. Deshalb muß die Vorrichtung auf dem lichtdurchlässigen Substrat aus einer einkristallinen Schicht mit ausgezeichneter Kristallinität gefertigt sein.
  • Somit wird amorphes Si oder polykristallines Si wegen der vielen Fehler in der Kristallstruktur im allgemeinen keine Ansteuerungseinrichtung ergeben, die das zufriedenstellende Leistungsverhalten zeigt, das heutzutage erforderlich ist oder in der Zukunft erforderlich sein wird.
  • Die Bildung von einkristallinem Si auf einer anderen Materialart ist eine wichtige Technik bei der Bildung einer dreidimensionalen Kombination mit einer anderen funktionellen Vorrichtung oder bei der Verwendung, als Substrat, eines Materials mit Eigenschaften, die durch das Si nicht erhältlich sind, wie Lichtdurchlässigkeit, eine hohe Wärmebelastbarkeit, eine hohe mechanische Festigkeit und geringe Kosten. Die Bildung eines ausgezeichneten einkristallinen Si-Filmes auf solch einem Material ist jedoch äußerst schwierig.
  • In letzter Zeit zieht zusätzlich zu den vorstehenden herkömmlichen SOI-Bildungsverfahren ein weiteres Verfahren zur Bildung einer SOI-Struktur die Aufmerksamkeit auf sich, in dem ein einkristallines Si-Substrat an ein anderes thermisch oxidiertes einkristallines Si-Substrat mittels einer Wärmebehandlung oder mit einem Klebstoff gebunden wird. Dieses Verfahren erfordert für die Vorrichtung eine aktive Schicht, die als gleichmäßiger dünner Film ausgebildet ist. D.h. das einkristalline Si-Substrat mit einer Dicke von einigen Hundert Mikrometern muß in einen dünnen Film aus einigen Mikrometern oder dünner umgewandelt werden.
  • Diese Dünnfilmbildung ist auf zweierlei Weisen durchführbar: (1) Dünnfilmbildung mittels Polierens, und (2) Dünnfilmbildung mittels selektiven Ätzens.
  • In dem ersten Verfahren, d. h. dem Polieren, ist es nicht einfach, einen gleichmäßig dünnen Film herzustellen. Insbesondere bei der Bildung eines Films mit einer Dicke im Submikrometerbereich macht die Variation der Filmdicke mehrere Zehn-% aus, was ein ernstes Problem darstellt. Zudem ist für Wafer mit einem größeren Durchmesser die Dünnfilmbildung viel schwieriger.
  • Das letztere Verfahren, d. h. das selektive Ätzen, ist mit Problemen verbunden, obwohl es als für die Bildung eines gleichmäßig dünnen Films wirkungsvoll angesehen wird, dergestalt, daß die Selektivität 102 oder weniger beträgt und unzureichend ist; die Oberflächeneigenschaften nach dem Ätzen schlechter sind; die Kristallinität der SOI-Schicht als Ergebnis der Anwendung einer Innenimplantation und einer Epitaxie oder einer Heteroepitaxie auf einer mit B in hoher Dichte dotierten Si-Schicht gering ist (C. Harendt et al., J. Elect. Mater., Bd. 20, S. 267 (1991); H. Baumgart et al., Extended Abstract of ECS 1st International Symposium of Water Bonding, S. 733 (1991); und C. E. Hunt, Extended Abstract of ECS ist International Symposium of water Bonding, S. 696 (1991)).
  • Dementsprechend weist die SOI-Herstellung mittels Bindens gegenwärtig viele Probleme hinsichtlich der Steuerbarkeit und der Einheitlichkeit auf. Desweiteren ist die Herstellung eines lichtdurchlässigen SOI mittels Bindens mit dem ernsten Problem des Unterschieds der Koeffizienten der Wärmeausdehnung verbunden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme vom Stand der Technik.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung, das geeignet ist, eine Halbleiterschicht mit einer großen Fläche mit deutlich weniger Fehlern auf einer isolierenden Schicht zu bilden.
  • Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleitervorrichtungs-Substrats für ein SOI-Substrat mit niedrigen Kosten anstelle eines teuren SOS oder SIMOX.
  • Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung, das die nachstehenden Schritte umfaßt: Porösmachen eines ersten Substrats, Bildung einer isolierenden Schicht auf einem zweiten Substrat, Bildung einer amorphen Schicht auf der isolierenden Schicht auf dem zweiten Substrat, Binden des porösen ersten Substrats an die amorphe Schicht bei einer Temperatur in einer Atmosphäre, in der die amorphe Schicht zumindest nicht kristallisiert, Veranlassen einer Festphasen-Epitaxie der amorphen Schicht unter Nutzung des porösen ersten Substrats als Kristallwachstumskeim, und Entfernen des gebundenen ersten Substrats nach der Beendigung der Epitaxie.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1A bis 1E sind schematische Ansichten zur Erklärung eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der Erfindung.
  • Die 2A bis 2F sind schematische Ansichten zur Erklärung eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der Erfindung.
  • Die 3A bis 3GF sind schematische Ansichten zur Erklärung eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der Erfindung.
  • 4 ist ein Diagramm, das die Ätzeigenschaften von porösem Si und nicht-porösem Si beim Ätzen mit gepufferter Fluorwasserstoffsäure zeigt.
  • 5 ist ein Diagramm, das die Ätzeigenschaften von porösem Si und nicht-porösem Si beim Ätzen mit einer Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure und Alkohol zeigt.
  • 6 ist ein Diagramm, das die Ätzeigenschaften von porösem Si und nicht-porösem Si beim Ätzen mit einer Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure und wäßrigem Wasserstoffperoxid zeigt.
  • 7 ist ein Diagramm, das die Ätzeigenschaften von porösem Si und nicht-porösem Si beim Ätzen mit einer Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßrigem Wasserstoffperoxid zeigt.
  • 8 ist ein Diagramm, das die Ätzeigenschaften von porösem Si und nicht-porösem Si beim Ätzen mit Fluorwasserstoffsäure zeigt.
  • 9 ist ein Diagramm, das die Ätzeigenschaften von porösem Si und nicht-porösem Si beim Ätzen mit einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure und Alkohol zeigt.
  • 10 ist ein Diagramm, das die Ätzeigenschaften von porösem Si und nicht-porösem Si beim Ätzen mit einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure und wäßrigem Wasserstoffperoxid zeigt.
  • 11 ist ein Diagramm, das die Ätzeigenschaften von porösem Si und nicht-porösem Si beim Ätzen mit einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßrigem Wasserstoffperoxid zeigt.
  • Die 12A bis 12E sind schematische Ansichten zur Erklärung eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der Erfindung.
  • Die 13A bis 13E sind schematische Ansichten zur Erklärung eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der Erfindung.
  • Die 14A bis 14G sind schematische Ansichten zur Erklärung eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der Erfindung.
  • Die 15A bis 15G sind schematische Ansichten zur Erklärung eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung der Erfindung ist in jedem der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens umfaßt die nachstehenden Schritte: Porösmachen eines ersten Substrates, Bildung einer isolierenden Schicht auf einem zweiten Substrat, Bildung einer amorphen Schicht auf der isolierenden Schicht auf dem zweiten Substrat, Binden des porösen ersten Substrats an die amorphe Schicht bei einer Temperatur und in einer Atmosphäre, in der die amorphe Schicht zumindestens nicht kristallisiert, Veranlassen einer Festphasen-Epitaxie der amorphen Schicht unter Nutzung des porösen ersten Substrates als Kristallwachstumskeim, und Entfernen des gebundenen ersten Substrates nach der Beendigung der Epitaxie.
  • Das Verfahren der Erfindung kann mittels eines selektiven chemischen Ätzens des porösen Si, ohne Ätzen des kristallinen Si, unter Verwendung einer nassen chemischen Ätzlösung, die das Halbleiterverfahren nicht beeinträchtigt, durchgeführt werden.
  • Das selektive Ätzen des porösen Si wird in der Erfindung unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure oder einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure mit mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus einem Alkohol und wäßriger Wasserstoffperoxidlösung, als selektive Ätzlösung, die für kristallines Si keine Ätzwirkung aufweist, durchgeführt.
  • Ferner wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung einkristallines Si auf von ihm verschiedenen Materialien gebildet.
  • Desweiteren erfolgt in dem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Substrats für eine Halbleitervorrichtung das selektive Ätzen in zwei Schritten, in denen die Ätzselektivität in dem zweiten Schritt außerordentlich hoch ist.
  • Die Erfindung wird genauer unter Bezugnahme auf einige Ausführungsformen beschrieben.
  • Ausführungsform 1
  • Das auf dem ersten Substratelement gebildete poröse Si-Substrat weist laut Betrachtung mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops darin gebildete Poren mit einem mittleren Durchmesser von 600 Å auf und behält trotz der geringen Dichte von der Hälfte oder weniger der Dichte von einkristallinem Si die Einkristallinität bei. Deshalb kann eine einkristalline Si-Schicht auf der porösen Schicht wachsen gelassen werden. Bei einer Temperatur von höher 1000°C kommt es jedoch zu einer Neuordnung der inneren Poren und die beschleunigten Ätzeigenschaften werden beeinträchtigt. Deshalb sind für eine Epitaxie der Si-Schicht Tieftemperatur-Wachstumsverfahren, wie Molekularstrahlepitaxie, Plasma-CVD, Tiefdruck-CVD, photo-unterstützte CVD, Vorspannungs-Sputtern (bias sputtering) und Flüssigphasen-Wachstumsverfahren, geeignet.
  • In dieser Ausführungsform ist das Si-Substrat 11 als erstes wie in 1A gezeigtes Substratelement ein einkristallines p-Si-Substrat. Es wird als Ganzes porös gemacht. Auf einer Fläche eines anderen Si-Substrates 12 als zweites wie in 1B gezeigtes Substratelement wird eine isolierende Schicht 13 und darauf eine amorphe Si-Schicht 14 gebildet.
  • Die poröse Struktur des Si-Substrates 11 wird durch eine Anodisierung in einer HF-Lösung erhalten. Die Dichte der porösen Si-Schicht kann in einem Bereich von 1,1 bis 0,6 g/cm3 durch eine Variation der HF-Konzentration von 50% bis 20% im Vergleich zu der Dichte des einkristallinen Si von 2,33 g/cm3 variiert werden. Diese poröse Struktur wird nicht in einer n-Si-Schicht gebildet, sondern wird aus den nach stehend erwähnten Gründen nur in einer p-Si-Schicht gebildet. Diese poröse Si-Schicht weist laut Betrachtung mit einem Transmissionselektronen-Mikroskop Poren mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 600 Å auf.
  • Das poröse einkristalline Si wurde im Jahr 1956 im Laufe einer Untersuchung über das Elektropolieren von Halbleitern von A. Uhlir et al. entdeckt (A. Uhlir et al.: Bell Syst. Techn. J., Bd. 35, S. 333 (1956)). Unagami et al. berichteten, daß positive Löcher bzw. Defektelektronen für eine anodische Reaktion von Si in einer HF-Lösung notwendig sind und die Umsetzung gemäß den nachstehenden Gleichungen vor sich 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– jeweils ein Defektelektron oder ein Elektron darstellen; n und λ stellen jeweils die Anzahl an Defektelektronen dar, die nötig sind, um ein Si-Atom zu lösen, und es wurde auch berichtet, daß poröses einkristallines Si gebildet wird, wenn n > 2 oder λ > 4 ist.
  • Dementsprechend versteht sich, daß p-Si mit Defektelektronen porös gemacht wird, aber n-Si nicht porös gemacht werden kann. Diese Selektivität bei der Bildung der porösen Struktur wurde bereits durch Nagano et al. und Imai (Nagano, Nakajima, Yasuno, Ohnaka und Kajihara, Densi Tsushin Gakkai Gijutsu Kenkyu Hokoku Bd. 79, SSD 79-9549 (1979): und K. Imai, Solid-State Electronics, Bd. 24, S. 159 (1981)) bewiesen.
  • Andererseits wurde ebenfalls berichtet, daß hochkonzentriertes n-Si ebenfalls porös gemacht werden kann (R. P. Holmstorm und J. Y. Chi, Appl. Phys. Lett., Bd. 42, S. 386 (1983)). Deshalb ist es wichtig, ein Substrat auszuwählen, das geeignet ist, porös gemacht zu werden, egal ob die Leitfähigkeit vom p-Typ oder vom n-Typ ist.
  • Die poröse Schicht weist wegen der großen Menge an Hohlräumen in ihrem Inneren eine Dichte von der Hälfte oder weniger als der Hälfte der Dichte der nicht-porösen Schicht auf und weist für das Volumen eine größere Oberfläche auf. Dementsprechend ist seine chemische Ätzgeschwindigkeit deutlich größer als diejenige einer normalen einkristallinen Schicht.
  • Nach der Bildung der porösen Struktur wird eine Fläche des porösen Si-Substrates 11 als das erste Substratelement an die Fläche der amorphen Si-Schicht 14 eines zweiten Si-Substratelementes, wie in 1C gezeigt ist, gebunden. Die gebundenen Substrate werden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen, die niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, wodurch die Fläche des porösen Si 11 und die Fläche des amorphen Si 14 dicht aneinander gebunden werden.
  • Anschließend werden die beiden gebundenen Substratelemente wärmebehandelt, um das amorphe Si 14 mittels Festphasen-Epitaxie unter Nutzung der porösen Si-Schicht 11 als Kristallwachstumskeim in eine einkristalline Si-Schicht 15 zu verwandeln, wie in 1D gezeigt ist. Da dieses Festphasenwachstum in einer vertikalen Richtung auftritt, wird das epitaxiale Wachstum bzw. die Epitaxie innerhalb kurzer Zeit beendet, und es treten beträchtlich weniger Kristalldefekte als bei der seitlichen Festphasen-Epitaxie auf.
  • Nach der Beendigung der Epitaxie wird die poröse Si-Schicht 11 lediglich mittels einer chemischen Ätzung entfernt, wobei das einkristalline Si auf der isolierenden Schicht 13 verbleibt.
  • Die 1E zeigt den Zustand nach der Entfernung der porösen Si-Schicht mittels Ätzens. Dadurch werden die isolierende Schicht 13 und die einkristalline Si-Schicht 15 in einem flachen und einheitlichen Zustand über einen weiten Bereich des gesamten Wafers gebildet. Das resultierende Substrat für eine Halbleitervorrichtung ist ausgezeichnet für isolationsgetrennte elektronische Vorrichtungen geeignet.
  • Die 12A bis 12E zeigen Beispiele, in denen ein zweites Substratelement 120 aus einem Material gefertigt ist, das sich vom Si unterscheidet.
  • Die 13A bis 13E zeigen Beispiele, in denen keine isolierende Schicht auf einem zweiten Substratelement 220 gebildet ist.
  • Das Verfahren der Entfernung der porösen Schicht mittels chemischer Ätzung, das in der vorliegenden Erfindung wesentlich ist, wird nachstehend erklärt.
  • Im allgemeinen wird die Porosität (P) durch die nachstehende Gleichung (1) wiedergegeben: P = (2, 33 – A)/2, 33 (1)
  • Der Wert von P kann im Schritt der Anodisierung variiert werden und kann durch die nachstehende Gleichung wiedergegeben werden: P = (m1 – m2)/(m1 – m3) (2)oder P = (m1 – m2)/ρAt (3)worin gilt:
    m1 : Gesamtgewicht vor der Anodisierung
    m2 : Gesamtgewicht nach der Anodisierung
    m3 : Gesamtgewicht nach der Entfernung des porösen Si
    ρ: Dichte von einkristallinem Si
    A : porös gemachte Fläche
    t : Dicke des porösen Si
  • Die Fläche des porös gemachten Bereichs kann häufig nicht genau abgeschätzt werden. In solch einem Fall ist die Gleichung (2) nützlich. Um den Wert von m3 zu messen, muß das poröse Si jedoch weggeätzt werden.
  • Bei der vorstehend erwähnten Epitaxie auf dem porösen Si kann das poröse Si das Auftreten von Fehlern verhindern. In diesem Fall ist jedoch offensichtlich, daß die Porosität des Si ein wichtiger Parameter für die Relaxation aus einem Spannungszustand ist, der durch das heteroepitaxiale Wachstum auf Grund der Natur der porösen Struktur hervorgerufen wird. Deshalb ist eine Messung der Porosität unverzichtbar.
  • Die bekannten Verfahren zum Ätzen des porösen Si schließen die nachstehenden Verfahren ein:
    • (1) Ätzen des porösen Si mit wäßriger 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 des porösen Si mit einer Ätzlösung, die geeignet ist, einkristallines Si zu ätzen.
  • In dem vorstehenden Verfahren (2) wird normalerweise eine Ätzlösung vom Fluorwasserstoff/Salpetersäure-Typ verwendet. Mit dieser Ätzlösung schreitet das Ätzen durch die Oxidation des Si mittels Salpetersäure unter Bildung von SiO2 und das anschließende Ätzen des resultierenden SiO2 durch die Fluorwasserstoffsäure wie nachstehend gezeigt voran: Si + 20 → SiO2 (4) SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O (5)
  • Die bekannten Verfahren zum Ätzen des kristallinen Si schließen desweiteren ein Ätzen mit einer Ätzlösung vom Ethylendiamin-Typ, vom KOH-Typ oder vom Hydrazin-Typ als auch die vorstehende Ätzlösung vom Fluorwasserstoff/Salpetersäure-Typ ein.
  • Vom Standpunkt der vorstehenden Betrachtung aus muß zum selektiven Ätzen des porösen Si eine Ätzlösung, die geeignet ist, das poröse Si zu ätzen, aus Ätzlösungen ausgewählt werden, die sich von den vorstehenden Si-Ätzlösungen unter scheiden. Das selektive Ätzen des porösen Si wird herkömmlicherweise lediglich unter Verwendung einer wäßrigen NaOH-Lösung durchgeführt. Wenn eine Ätzlösung vom Fluorwasserstoff/Salpetersäure-Typ verwendet wird, wird nicht nur amorphes Si, sondern auch kristallines Si weggeätzt.
  • Bei dem herkömmlichen selektiven Ätzen von porösem Si mit wäßriger NaOH-Lösung wird das Na-Ion unvermeidlich auf der geätzten Oberfläche adsorbiert. Dieses Na-Ion wird zu einer Hauptquelle für die Kontamination mit Fremdstoffen und sollte nicht in das Halbleiter-Herstellungsverfahren eingeführt werden, da es negative Wirkungen, wie die Bildung eines Grenzflächen-Niveaus (interfacial level) hervorruft.
  • 4 zeigt die Abhängigkeit der Dicke der geätzten Schicht (die Dicke nimmt ab) des porösen Si und des einkristallinen Si von der Ätzdauer in dem Fall, in dem das poröse Si und das einkristalline jeweils durch das Eintauchen in eine gepufferte Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) unter Rühren geätzt wurden. Das poröse Si wurde durch die Anodisierung von einkristallinem Si unter den nachstehenden Bedingungen hergestellt. Das Ausgangsmaterial für das mittels Anodisierung zu bildende poröse Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern es kann jede andere Kristallstruktur des Si eingesetzt werden.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porosität: 56%
  • Das unter den vorstehenden Bedingungen hergestellte poröse Si wurde durch Eintauchen in die gepufferte Fluorwasserstoffsäure unter Rühren bei Raumtemperatur geätzt. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch leere Kreise (O) angezeigt. Das poröse Si wurde schnell (70 μm in 40 Minuten und 118 μm in 120 Mi nuten) und gleichmäßig unter Beibehaltung zufriedenstellender Oberflächeneigenschaften geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab.
  • Getrennt davon wurde nicht-poröses Si mit einer Dicke von 500 μm durch Eintauchen in die gepufferte Fluorwasserstoffsäure unter Rühren bei Raumtemperatur geätzt. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch gefüllte Kreise (•) angezeigt. Das nicht-poröse Si wurde selbst nach 120 Minuten Ätzens um nicht mehr als 50 Å geätzt.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nicht-poröse Si mit Wasser gewaschen. Die Oberflächen wurden mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie betrachtet und es wurden keine Fremdstoffe gefunden.
  • Die Konzentration der Lösung und die Temperatur werden so gewählt, daß sie in einem Bereich liegen, in dem die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si und die Selektivität der Ätzung des porösen Si relativ zu dem nicht-porösen Si in dem Herstellungsverfahren vertretbar sind, und der Alkohol seine Wirkung entfalten kann.
  • 5 zeigt die Abhängigkeit der Dicke der geätzten Schicht (die Dicke nimmt ab) des porösen Si und des einkristallinen Si von der Ätzdauer in dem Fall, in dem das poröse Si und das einkristalline Si jeweils durch Eintauchen in eine 10 : 1-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) und Alkohol ohne Rühren geätzt wurden. Das poröse Si wurde mittels der Anodisierung von einkristallinem Si unter den nachstehenden Bedingungen erhalten. Das Ausgangsmaterial für das mittels Anodisierung zu bildende poröse Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern es kann jede andere Kristallstruktur des Si eingesetzt werden.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porosität: 56%
  • Das unter den vorstehenden Bedingungen hergestellte poröse Si wurde durch Eintauchen in eine 10 : 1-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure und Alkohol bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch leere Kreise (O) angezeigt. Das poröse Si wurde schnell (67 μm in 40 Minuten und 112 μm in 120 Minuten) und gleichmäßig unter Beibehaltung zufriedenstellender Oberflächeneigenschaften geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab.
  • Getrennt davon wurde nicht-poröses Si mit einer Dicke von 500 μm durch Eintauchen in die 10 : 1-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure und Alkohol bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch gefüllte Kreise (•) angezeigt. Das nicht-poröse Si wurde selbst nach 120 Minuten Ätzens um nicht mehr als 50 Å geätzt.
  • Insbesondere die Zugabe von Alkohol gestattet die sofortige Entfernung von Blasen, die durch die Ätzreaktion gebildet wurden, von der geätzten Oberfläche ohne Rühren, wodurch ein gleichmäßiges und wirksames Ätzen des porösen Si ermöglicht wird.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nicht-poröse Si mit Wasser gewaschen. Die Oberflächen wurden mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie betrachtet und es wurden keine Fremdstoffe gefunden.
  • Die Konzentration der Lösung und die Temperatur werden so gewählt, daß sie in einem Bereich liegen, in dem die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si und die Selektivität der Ätzung des porösen Si relativ zu dem nicht-porösen Si in dem Herstellungsverfahren vertretbar sind, und der Alkohol seine Wirkung entfalten kann.
  • 6 zeigt die Abhängigkeit der Dicke der geätzten Schicht (die Dicke nimmt ab) des porösen Si und des einkristallinen Si von der Ätzdauer in dem Fall, in dem das poröse Si und das einkristalline Si jeweils durch Eintauchen in eine 1 : 5-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren geätzt wurden. Das poröse Si wurde mittels der Anodisierung von einkristallinem Si unter den nachstehenden Bedingungen hergestellt. Das Ausgangsmaterial für das mittels Anodisierung zu bildende poröse Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern es kann jede andere Kristallstruktur des Si eingesetzt werden.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porosität: 56%
  • Das unter den vorstehenden Bedingungen hergestellte poröse Si wurde durch Eintauchen in eine 1 : 5-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch leere Kreise (O) angezeigt. Das poröse Si wurde schnell (88 μm in 40 Minuten und 147 μm in 120 Minuten) und gleichmäßig unter Beibehaltung zufriedenstellender Oberflächeneigenschaften geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab.
  • Getrennt davon wurde nicht-poröses Si mit einer Dicke von 500 μm durch Eintauchen in die 1 : 5-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur unter Rühren geätzt. Die Ab nahme der Dicke wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch gefüllte Kreise (•) angezeigt. Das nicht-poröse Si wurde selbst nach 120 Minuten Ätzens um nicht mehr als 50 Å geätzt.
  • Insbesondere die Zugabe der wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung beschleunigt die Oxidation des Siliciums und beschleunigt dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall, in dem das Wasserstoffperoxid fehlt. Desweiteren kann die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Änderung des Anteils bzw. des Verhältnisses der Wasserstoffperoxidlösung gesteuert werden.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nicht-poröse Si mit Wasser gewaschen. Die Oberflächen wurden mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie betrachtet und es wurden keine Fremdstoffe gefunden.
  • Die Konzentration der Lösung und die Temperatur werden so gewählt, daß sie in einem Bereich liegen, in dem die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si und die Selektivität der Ätzung des porösen Si relativ zu dem nicht-porösen Si in dem Herstellungsverfahren vertretbar sind, und der Alkohol seine Wirkung entfalten kann.
  • 7 zeigt die Abhängigkeit der Dicke der geätzten Schicht (die Dicke nimmt ab) des porösen Si und des einkristallinen Si von der Ätzdauer in dem Fall, in dem das poröse Si und das einkristalline Si jeweils durch Eintauchen in eine 10 : 6 : 50-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%), Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren geätzt wurden. Das poröse Si wurde mittels der Anodisierung von einkristallinem Si unter den nachstehenden Bedingungen hergestellt. Das Ausgangsmaterial für das mittels Anodisierung zu bildende poröse Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern es kann jede andere Kristallstruktur des Si eingesetzt werden.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porosität: 56%
  • Das unter den vorstehenden Bedingungen hergestellte poröse Si wurde durch Eintauchen in eine 10 : 6 : 50-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch leere Kreise (O) angezeigt. Das poröse Si wurde schnell (83 μm in 40 Minuten und 140 μm in 120 Minuten) und gleichmäßig unter Beibehaltung zufriedenstellender Oberflächeneigenschaften geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab.
  • Getrennt davon wurde nicht-poröses Si mit einer Dicke von 500 μm durch Eintauchen in die 10 : 6 : 50-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch gefüllte Kreise (•) angezeigt. Das nicht-poröse Si wurde selbst nach 120 Minuten Ätzens um nicht mehr als 50 Å geätzt.
  • Die Zugabe der wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung beschleunigt die Oxidation des Siliciums und vergrößert dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall, in dem das Wasserstoffperoxid fehlt. Desweiteren kann die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Änderung des Verhältnisses der Wasserstoffperoxidlösung gesteuert werden.
  • Die Zugabe von Alkohol gestattet die sofortige Entfernung von Blasen, die durch die Ätzreaktion gebildet wurden, von der geätzten Oberfläche ohne Rühren, wodurch ein gleichmäßiges und wirksames Ätzen des porösen Si ermöglicht wird.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nicht-poröse Si mit Wasser gewaschen. Die Oberflächen wurden mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie betrachtet und es wurden keine Fremdstoffe gefunden.
  • Die Konzentration der Lösung und die Temperatur werden so gewählt, daß sie in einem Bereich liegen, in dem die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si und die Selektivität der Ätzung des porösen Si relativ zu dem nicht-porösen Si in dem Herstellungsverfahren vertretbar sind, und der Alkohol seine Wirkung entfalten kann.
  • 8 zeigt die Abhängigkeit der Dicke der geätzten Schicht (die Dicke nimmt ab) des porösen Si und des einkristallinen Si von der Ätzdauer in dem Fall, in dem das poröse Si und das einkristalline Si jeweils durch Eintauchen in eine 49%ige Fluorwasserstoffsäure unter Rühren geätzt wurden. Das poröse Si wurde mittels der Anodisierung von einkristallinem Si unter den nachstehenden Bedingungen hergestellt. Das Ausgangsmaterial für das mittels Anodisierung zu bildende poröse Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern es kann jede andere Kristallstruktur des Si eingesetzt werden.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porosität: 56%
  • Das unter den vorstehenden Bedingungen hergestellte poröse Si wurde durch Eintauchen in eine 49%ige Fluorwasserstoffsäure bei Raumtemperatur unter Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch leere Kreise (O) angezeigt. Das poröse Si wurde schnell (90 μm in 40 Minuten und 205 μm in 80 Minuten) und gleichmäßig unter Beibehaltung zufriedenstellender Ober flächeneigenschaften geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab.
  • Getrennt davon wurde nicht-poröses Si mit einer Dicke von 500 μm durch Eintauchen in eine 49%ige Fluorwasserstoffsäure bei Raumtemperatur unter Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch gefüllte Kreise (•) angezeigt. Das nicht-poröse Si wurde selbst nach 80 Minuten um nicht mehr als 50 Å geätzt.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nicht-poröse Si mit Wasser gewaschen. Die Oberflächen wurden mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie betrachtet und es wurden keine Fremdstoffe gefunden.
  • Die Konzentration der Lösung und die Temperatur werden so gewählt, daß sie in einem Bereich liegen, in dem die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si und die Selektivität der Ätzung des porösen Si relativ zu dem nicht-porösen Si in dem Herstellungsverfahren vertretbar sind, und der Alkohol seine Wirkung entfalten kann.
  • 9 zeigt die Abhängigkeit der Dicke der geätzten Schicht (die Dicke nimmt ab) des porösen Si und des einkristallinen Si von der Ätzdauer in dem Fall, in dem das poröse Si und das einkristalline Si jeweils durch Eintauchen in eine 10 : 1-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und Alkohol ohne Rühren geätzt wurden. Das poröse Si wurde mittels der Anodisierung von einkristallinem Si unter den nachstehenden Bedingungen hergestellt. Das Ausgangsmaterial für das mittels Anodisierung zu bildende poröse Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern es kann jede andere Kristallstruktur des Si eingesetzt werden.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1. 1. 1
    Dauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porosität: 56%
  • Das unter den vorstehenden Bedingungen hergestellte poröse Si wurde durch Eintauchen in eine 10 : 1-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und Alkohol bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch leere Kreise (O) angezeigt. Das poröse Si wurde schnell (85 μm in 40 Minuten und 195 μm in 80 Minuten) und gleichmäßig unter Beibehaltung zufriedenstellender Oberflächeneigenschaften geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab.
  • Getrennt davon wurde nicht-poröses Si mit einer Dicke von 500 μm durch Eintauchen in die 10 : 1-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und Alkohol bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch gefüllte Kreise (•) angezeigt. Das nicht-poröse Si wurde selbst nach 80 Minuten Ätzens um nicht mehr als 50 Å geätzt.
  • Die Zugabe von Alkohol gestattet die sofortige Entfernung von Blasen, die durch die Ätzreaktion gebildet wurden, von der geätzten Oberfläche ohne Rühren, wodurch ein gleichmäßiges und wirksames Ätzen des porösen Si ermöglicht wird.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nicht-poröse Si mit Wasser gewaschen. Die Oberflächen wurden mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie betrachtet und es wurden keine Fremdstoffe gefunden.
  • Die Konzentration der Lösung und die Temperatur werden so gewählt, daß sie in einem Bereich liegen, in dem die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si und die Selektivität der Ätzung des porösen Si relativ zu dem nicht-porösen Si in dem Herstellungsverfahren vertretbar sind, und der Alkohol seine Wirkung entfalten kann.
  • 10 zeigt die Abhängigkeit der Dicke der geätzten Schicht (die Dicke nimmt ab) des porösen Si und des einkristallinen Si von der Ätzdauer in dem Fall, in dem das poröse Si und das einkristalline Si jeweils durch Eintauchen in eine 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren geätzt wurden. Das poröse Si wurde mittels der Anodisierung von einkristallinem Si unter den nachstehenden Bedingungen hergestellt. Das Ausgangsmaterial für das mittels Anodisierung zu bildende poröse Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern es kann jede andere Kristallstruktur des Si eingesetzt werden.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porosität: 56%
  • Das unter den vorstehenden Bedingungen hergestellte poröse Si wurde durch Eintauchen in eine 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch leere Kreise (O) angezeigt. Das poröse Si wurde schnell (112 μm in 40 Minuten und 256 μm in 80 Minuten) und gleichmäßig unter Beibehaltung zufriedenstellender Oberflächeneigenschaften geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab.
  • Getrennt davon wurde nicht-poröses Si mit einer Dicke von 500 μm durch Eintauchen in die 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur unter Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch gefüllte Kreise (•) angezeigt. Das nicht-poröse Si wurde selbst nach 80 Minuten Ätzens um nicht mehr als 50 Å geätzt.
  • Die Zugabe der wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung beschleunigt die Oxidation des Siliciums und vergrößert dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall, in dem das Wasserstoffperoxid fehlt. Desweiteren kann die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Änderung des Verhältnisses der Wasserstoffperoxidlösung gesteuert werden.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nicht-poröse Si mit Wasser gewaschen. Die Oberflächen wurden mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie betrachtet und es wurden keine Fremdstoffe gefunden.
  • Die Konzentration der Lösung und die Temperatur werden so gewählt, daß sie in einem Bereich liegen, in dem die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si und die Selektivität der Ätzung des porösen Si relativ zu dem nicht-porösen Si in dem Herstellungsverfahren vertretbar sind, und der Alkohol seine Wirkung entfalten kann.
  • 11 zeigt die Abhängigkeit der Dicke der geätzten Schicht (die Dicke nimmt ab) des porösen Si und des einkristallinen Si von der Ätzdauer in dem Fall, in dem das poröse Si und das einkristalline Si jeweils durch Eintauchen in eine 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren geätzt wurden. Das poröse Si wurde mittels der Anodisierung von einkristallinem Si unter den nachstehenden Bedingungen hergestellt. Das Ausgangsmaterial für das mittels Anodisierung zu bildende poröse Si ist nicht auf einkristallines Si beschränkt, sondern es kann jede andere Kristallstruktur des Si eingesetzt werden.
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 2,4 Stunden
    Dicke des porösen Si: 300 μm
    Porosität: 56%
  • Das unter den vorstehenden Bedingungen hergestellte poröse Si wurde durch Eintauchen in eine 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke des porösen Si wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch leere Kreise (O) angezeigt. Das poröse Si wurde schnell (107 μm in 40 Minuten und 244 μm in 80 Minuten) und gleichmäßig unter Beibehaltung zufriedenstellender Oberflächeneigenschaften geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab.
  • Getrennt davon wurde nicht-poröses Si mit einer Dicke von 500 μm durch Eintauchen in die 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur ohne Rühren geätzt. Die Abnahme der Dicke wurde später gemessen. Das Fortschreiten des Ätzens ist durch gefüllte Kreise (•) angezeigt. Das nicht-poröse Si wurde selbst nach 80 Minuten Ätzens um nicht mehr als 50 Å geätzt.
  • Die Zugabe der wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung beschleunigt die Oxidation des Siliciums und vergrößert dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall, in dem das Wasserstoffperoxid fehlt. Desweiteren kann die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Änderung des Verhältnisses der Wasserstoffperoxidlösung gesteuert werden.
  • Die Zugabe von Alkohol gestattet die sofortige Entfernung von Blasen, die durch die Ätzreaktion gebildet wurden, von der geätzten Oberfläche ohne Rühren, wodurch ein gleichmäßiges und wirksames Ätzen des porösen Si ermöglicht wird.
  • Nach dem Ätzen wurden das poröse Si und das nicht-poröse Si mit Wasser gewaschen. Die Oberflächen wurden mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie betrachtet und es wurden keine Fremdstoffe gefunden.
  • Die Konzentration der Lösung und die Temperatur werden so gewählt, daß sie in einem Bereich liegen, in dem die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si und die Selektivität der Ätzung des porösen Si relativ zu dem nicht-porösen Si in dem Herstellungsverfahren vertretbar sind, und der Alkohol seine Wirkung entfalten kann.
  • Ausführungsform 2
  • Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehenden Ausführungsform 1 darin, daß auf einem Si-Substrat 22 als dem zweiten Substratelement eine Isolierschicht 23 gebildet wird, und desweiteren darauf eine polykristalline Si-Schicht 24 gebildet wird, wie in 2B gezeigt ist, und anschließend die polykristalline Si-Schicht 24 durch Ionenimplantation in eine amorphe Schicht 25 umgewandelt wird, wie in 2C gezeigt ist.
  • Ausführungsform 3
  • Der Oberflächenbereich eines einkristallinen Si-Substrates 31 als erstes Substratelement wird porös gemacht, um eine poröse Schicht 32 zu bilden, wie sie in 3A gezeigt ist. Auf einem zweiten Substratelement 33 werden eine isolierende Schicht 34 und desweiteren darauf eine amorphe Schicht 35 wie in 3B gezeigt gebildet. Der Innenwand der Poren der porösen Schicht 32 wird es gestattet, mittels einer spontanen Oxidation, einer Oxidation mit Chemikalien beim Waschen, einer Wärmeoxidation und ähnlichem oxidiert zu werden.
  • Die poröse Schicht 32 auf dem ersten Substratelement und die amorphe Schicht 35 auf dem zweiten Substrat werden wie in 3C gezeigt aneinander gebunden. Der gebundene Gegenstand wird bei einer Temperatur, die niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, wärmebehandelt, um die Fläche des porösen Si 32 und die Fläche des amorphen Si 35 dicht aneinander zu binden.
  • Die gebundenen Substratelemente werden weiter wärmebehandelt, um aus der amorphen Si-Schicht 35 mittels Festphasen-Epitaxie unter Nutzung der porösen Si-Schicht 32 als dem Kristallwachstumskeim eine einkristalline Si-Schicht 36 zu bilden, wie in 3D gezeigt ist.
  • Anschließend wird das einkristalline Si-Substrat 31 durch Abschleifen und Polieren in einem Ausmaß entfernt, daß die poröse Si-Schicht 32 gerade noch nicht freiliegt (3E), und das verbliebene einkristalline Substrat 31 wird durch Ätzen unter Nutzung der porösen Si-Schicht 32 als Schicht zur Unterbrechung des Ätzens bzw. Ätz-Stopp-Schicht (erstes selektives Ätzen, 3F) entfernt. Bei diesem ersten selektiven Ätzen wird als Ätzlösung, die das Si schneller als das SiO2 ätzt, ein Ätzmittel, wie Ätzmittel vom Fluorwasserstoff/Salpetersäure-Typ, eine Mischung aus Ethylendiamin, Brenzcatechin und Wasser, und Ätzmittel vom KOH-Typ, verwendet.
  • Die im Schritt der 3F gebundenen Substratelemente werden chemisch geätzt, um die poröse Si-Schicht 32 (zweites selektives Ätzen) zu entfernen, wobei die dünne einkristalline Si-Schicht 36 auf der isolierenden Schicht 34 zurückbleibt (3G).
  • Ausführungsform 4
  • Der Oberflächenbereich eines einkristallinen Si-Substrates 31 als erstes Substratelement wurde porös gemacht, um eine poröse Schicht 32 zu bilden, wie sie in 14A gezeigt ist. Auf einem zweiten Substratelement 330 werden eine isolierende Schicht 34 und desweiteren darauf eine amorphe Schicht 35 wie in 14B gezeigt gebildet. Der Innenwand der Poren der porösen Schicht 32 wird es gestattet, mittels einer spontanen Oxidation, einer Oxidation mit einer Waschchemikalie, einer Wärmeoxidation und ähnlichem oxidiert zu werden.
  • Die poröse Schicht 32 auf dem ersten Substratelement und die amorphe Schicht 35 auf dem zweiten Substrat werden wie in 14C gezeigt aneinander gebunden. Der gebundene Gegen stand wird bei einer Temperatur, die niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, wärmebehandelt, um die Fläche des porösen Si 32 und die Fläche des amorphen Si 35 dicht aneinander zu binden.
  • Anschließend wird das einkristalline Si-Substrat 31 durch Abschleifen und Polieren in einem Ausmaß entfernt, daß die poröse Si-Schicht 32 gerade noch nicht freiliegt (14D)
  • Der gebundene Gegenstand wird weiter wärmebehandelt, um aus der amorphen Si-Schicht 35 mittels Festphasen-Epitaxie unter Nutzung der porösen Si-Schicht 32 als dem Kristallwachstumskeim eine einkristalline Si-Schicht 36 zu bilden, wie in 14E gezeigt ist.
  • Das verbliebene einkristalline Substrat 31 wird durch Ätzen unter Nutzung der porösen Si-Schicht 32 als Ätz-Stopp-Schicht (erstes selektives Ätzen, 14F) entfernt. Bei diesem ersten selektiven Ätzen wird als Ätzlösung, die das Si schneller als das SiO2 ätzt, ein Ätzmittel, wie Ätzmittel vom Fluorwasserstoff/Salpetersäure-Typ, eine Mischung aus Ethylendiamin, Brenzcatechin und Wasser, und Ätzmittel vom KOH-Typ, verwendet.
  • Die gebundenen Substrate werden im Schritt der 14F chemisch geätzt, um die poröse Si-Schicht 32 (zweites selektives Ätzen) zu entfernen, wobei die dünne einkristalline Si-Schicht 36 auf der isolierenden Schicht 34 zurückbleibt (14G).
  • In der Ausführungsform in den 15A bis 15G wird keine isolierende Schicht auf dem zweiten Substrat 430 gebildet.
  • Die vorstehend erwähnte Festphasen-Epitaxie kann nach dem ersten selektiven Ätzen durchgeführt werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.
  • In der nachstehenden Beschreibung entsprechen die Beispiele jeweils einer der vorstehenden Ausführungsformen.
  • Beispiel 1
  • Um ein erstes Substratelement porös zu machen, wurde ein einkristallines Si-Substrat anodisiert, das eine Dicke von 200 μm, einen spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm und eine Kristallorientierung (100) aufwies und vom p-Typ oder vom n-Typ war. Die Anodenbedingungen waren wie nachstehend:
    Angelegte Spannung: 2,6 V
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 1,6 Stunden
    Dicke des porösen Si: 200 μm
    Porosität: 56%
  • Getrennt davon wurde auf einem Si-Substrat als einem zweiten Substrat mittels Wärmeoxidation eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm gebildet und darauf wurde desweiteren mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden.
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 550°C
    Wachstumsgeschwindigkeit: 1,8 nm/min
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht, und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Atmosphärentemperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Die gebundenen Substratelemente wurden eine Stunde lang bei 600°C erwärmt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig in Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Die gebundenen Substratelemente wurden durch Eintauchen in eine Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure-Essigsäure-(1 : 3 : 8)-Lösung geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si betrug wegen der um die Hälfte verringerten Dichte und anderen Gründen ungefähr das 100fache derjenigen des einkristallinen Si. Die Ätzgeschwindigkeit von normalem einkristallinen Si durch die Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure-Essigsäure-(1 : 3 : 8)-Lösung beträgt 1 μm oder etwas weniger pro Minute. Deshalb wurde der poröse Si-Bereich mit einer Dicke von 200 μm in 2 Minuten entfernt. Dementsprechend wurde das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm entfernt und es blieb die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm auf dem isolierenden Substrat zurück.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnitts der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 2
  • Das gleiche Experiment wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, ausgenommen die nachstehend beschriebenen Bedingungen.
  • In diesem Beispiel wurde die Festphasen-Epitaxie 5 Minuten lang bei 1000°C durchgeführt, wohingegen die Wärmebehandlung in Beispiel 1 eine Stunde lang bei 600°C durchgeführt worden war. Das Ätzen des porösen Si der gebundenen Substrate erfolgte in 7M NaOH-Lösung. Der poröse Si-Bereich mit einer Dicke von 200 μm wurde in 2 Minuten entfernt, da das poröse Si schneller als das einkristalline Si geätzt wird und die Ätzgeschwindigkeit des einkristallinen Si durch 7M NaOH 1 μm oder etwas weniger pro Minute beträgt. Die anderen Bedingungen, wie die Anodisierungsbedingungen, und die Bedingungen bei der Abscheidung des amorphen Si, und die Wirkungen waren die gleichen wie in Beispiel 1. Deshalb wird ihre Beschreibung hier weggelassen.
  • Beispiel 3
  • Das gleiche Experiment wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, ausgenommen die nachstehend beschriebenen Bedingungen.
  • Das amorphe Si wurde eine Minute lang gemäß dem RTA-Verfahren (rapid thermal annealing method – Schnelles Wärmeglühverfahren) bei 1200°C für eine Festphasen-Epitaxie unter Nutzung des porösen Si als des Kristallwachstumskeimes behandelt. Die gebundenen Substrate wurden mit 6M KOH-Lösung geätzt. Dadurch wurde der poröse Si-Bereich mit einer Dicke von 200 μm in 2 Minuten entfernt, da das poröse Si schneller als das einkristalline Si geätzt wird und die Ätzgeschwindigkeit des einkristallinen Si durch 6M KOH 1 μm oder etwas weniger pro Minute beträgt. Die anderen Bedingungen entsprachen denjenigen in Beispiel 1, so daß ihre Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Beispiel 4
  • Das gleiche Experiment wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, ausgenommen die nachstehend beschriebenen Bedingungen.
  • Bei der Abscheidung der amorphen Si-Schicht wurde mittels Wärmeoxidation der Si-Schicht eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm gebildet, und darauf wurde desweiteren mittels Plasma-CVD unter den nachstehend angegebenen Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden.
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 10 ccm
    Temperatur: 350°C
    Wachstumsgeschwindigkeit: 1,8 nm/min
    Leistung: 5 W
  • Die Wärmebehandlung für die Festphasen-Epitaxie erfolgte 5 Minuten lang bei 1000°C. Die anderen Bedingungen entsprachen denjenigen in Beispiel 1 und wurden hier weggelassen.
  • Beispiel 5
  • Das gleiche Experiment wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, ausgenommen die nachstehend beschriebenen Bedingungen.
  • Bei der Abscheidung der amorphen Si-Schicht wurde mittels Wärmeoxidation des Si-Substrats eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm gebildet, und es wurde desweiteren auf dem SiO2 mittels Dampfauftrags unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,2 μm abgeschieden.
    Temperatur 200°C
    Druck: 1 × 10–9 Torr
    Wachstumsgeschwindigkeit: 0,1 nm/s
  • Die Wärmebehandlung nach dem Kontakt der Oberfläche des porösen Si mit der Oberfläche des amorphen Si erfolgte 30 Minuten lang in einer Atmosphäre von 500°C, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, und die anschließende Wärmebehandlung wurde zwei Stunden lang in einer Atmosphäre von 600°C durchgeführt, um eine Festphasen-Epitaxie des amorphen Si unter Nutzung des porösen Si als des Kristallwachstumskeims zu bewirken. Die Dicke des auf der isolierenden Schicht gebildeten einkristallinen Si betrug 0,2 μm. Die anderen Bedingungen entsprachen denen in Beispiel 1 und wurden weggelassen.
  • Beispiel 6
  • In diesem Beispiel wurde anstatt der direkten Bildung einer amorphen Si-Schicht auf der isolierenden Schicht auf einem Si-Substrat als dem zweiten Substratelement polykristallines Si abgeschieden und anschließend porös gemacht. Genauer gesagt wurde ein einkristallines Si-Substrat als erstes Substrat durch eine Anodisierung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 porös gemacht. Andererseits wurde ein anderes Si-Substrat als zweites Substratelement thermisch oxidiert, um darauf eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm zu bilden, und desweiteren wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen darauf eine polykristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden.
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 620°C
    Wachstumsgeschwindigkeit: 10 nm/min
  • Anschließend wurde die polykristalline Si-Schicht mittels der Implantation von Si-Ionen unter den nachstehenden Ionenimplantationsbedingungen vollständig amorph gemacht:
    Si+-Beschleunigungsspannung: 40 keV
    Menge der implantierten Ionen: 5 × 1015 cm–2
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Die gebundenen Substratelemente wurden eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Die gebundenen Substratelemente wurden in 7M NaOH-Lösung geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si betrug ungefähr das 100fache derjenigen des einkristallinen Si, wie vorstehend erwähnt, und die Ätzgeschwindigkeit von normalem einkristallinen Si durch 7M NaOH-Lösung beträgt 1 μm oder etwas weniger pro Minute. Deshalb wurde der poröse Si-Bereich mit einer Dicke von 200 μm in 2 Minuten entfernt. Dementsprechend blieb nach der Entfernung des porösen Si-Substrats mit einer Dicke von 200 μm die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm auf dem isolierenden Substrat zurück.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnitts der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 7
  • In diesem Beispiel wurden die gebundenen Substratelemente in Beispiel 6 durch Eintauchen in eine 6M KOH-Lösung geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si betrug ungefähr das 100fache derjenigen des einkristallinen Si, wie vorstehend erwähnt, und die Ätzgeschwindigkeit von normalem einkristallinen Si durch 6M KOH-Lösung beträgt 1 μm oder etwas weniger pro Minute. Deshalb wurde der poröse Si-Bereich mit einer Dicke von 200 μm in 2 Minuten entfernt. Die anderen Bedingungen entsprachen den Bedingungen in Beispiel 6 und sind hier weggelassen.
  • Beispiel 8
  • In diesem Beispiel erfolgte die Abscheidung des amorphen Si auf der isolierenden Schicht in Beispiel 1 dergestalt, daß eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm auf dem Si-Substrat als zweites Substratelement mittels CVD bei Atmosphärendruck gebildet wurde. Desweiteren wurde eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,2 μm mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen auf dem SiO2 abgeschieden.
    Ausgangsgas: Si2H6
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Temperatur: 550°C
  • Die anderen experimentellen Bedingungen entsprachen den Bedingungen in Beispiel 1.
  • Beispiel 9
  • In diesem Beispiel wurde nicht das gesamte Si-Substrat als erstes Substratelement, sondern nur ein Oberflächenbereich davon porös gemacht.
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ, das einen Durchmesser von 6 Inch, eine Dicke von 625 μm, einen spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm und eine Kristallorientierung von (100) aufwies, wurde anodisiert. Die Anodisierungsbedingungen waren wie nachstehend angegeben.
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dem Substrat wurde es gestattet, in einer Sauerstoffatmosphäre eine Stunde lang bei 400°C oxidiert zu werden, wodurch die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm bedeckt wurden.
  • Ein anderes Si-Substrat als zweites Substratelement wurde thermisch oxidiert, um darauf eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm zu bilden, und desweiteren wurde darauf mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden.
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 550°C
    Wachstumsgeschwindigkeit: 1,8 nm/min
  • Anschließend wurden in das amorphe Si Si-Ionen unter den nachstehenden Bedingungen implantiert:
    Beschleunigungsspannung: 70 keV
    Menge der implantierten Ionen 4 × 1014 cm–2
  • Die Innenimplantation verhinderte eine Keimerzeugung an der Si/SiO2-Grenzfläche.
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Der gebundene Gegenstand wurde zwei Stunden lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Der größte Teil des ersten Si-Substrates wurde mittels Abschleifens und Polierens entfernt und es blieb eine 10 μm dicke Restschicht davon zurück, und anschließend wurde dieses verbliebene 10 μm dicke einkristalline Si-Substrat selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 20 HNO3 + 20 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 10 Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Die gebundenen Substrate wurden durch Eintauchen in eine Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure-Essigsäure-(1 : 3 : 8)-Lösung geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit des porösen Si betrug ungefähr das 100fache derjenigen des einkristallinen Si, wie vorstehend erwähnt. Die Ätzgeschwindigkeit von normalem einkristallinen Si in der Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure- Essigsäure-(1 : 3 : 8)-Lösung beträgt 1 μm oder etwas weniger pro Minute. Deshalb wurde der poröse Si-Bereich mit einer Dicke von 10 μm in 0,1 Minuten entfernt.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat mit einer Dicke von 625 μm entfernt und es blieb die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm auf dem isolierenden Substrat zurück. Das selektive Ätzen des porösen Si führte zu keiner Veränderung in der einkristallinen Si-Schicht.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnitts der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 10
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 10 : 6 : 50-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%), Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren unterzogen. In 205 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätzschutz- bzw. Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 205 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 11
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 2 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 1 : 5-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren unterzogen. In 191 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 191 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 12
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 3 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 10 : 1-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) und Alkohol ohne Rühren unterzogen. In 275 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 275 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 13
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 4 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) und Alkohol unter Rühren unterzogen. In 258 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 258 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 14
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 5 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 10 : 6 : 50-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%), Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren unterzogen. In 205 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 205 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 15
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 6 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 1 : 5-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren unterzogen. In 191 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 191 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 16
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 7 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 10 : 1-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) und Alkohol ohne Rühren unterzogen. In 275 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 275 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 17
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 8 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) unter Rühren unterzogen. In 258 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 258 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 18
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 9 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die poröse Si-Schicht wurde selektiv mit einer 1 : 5-Mischung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure (NH4F: 36%, HF: 4,5%) und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren geätzt. In einer Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger pro Minute. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 19
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren unterzogen. In 65 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 65 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 20
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 2 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren unterzogen. In 62 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 62 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 21
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 3 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 10 : 1-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und Alkohol ohne Rühren unterzogen. In 82 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 82 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 22
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 4 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit 49%iger Fluorwasserstoffsäure unter Rühren unterzogen. In 78 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 78 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 23
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 5 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren unterzogen. In 65 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 65 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 24
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 6 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren unterzogen. In 62 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 62 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 25
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 7 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 10 : 1-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren unterzogen. In 82 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 82 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 26
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 8 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit 49%iger Fluorwasserstoffsäure unter Rühren unterzogen. In 78 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 78 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 27
  • Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 9 durch die Ätzbehandlung nach der Bildung der einkristallinen Si-Schicht durch Festphasen-Epitaxie.
  • Die gebundenen Substrate wurden einem selektiven Ätzen mit einer 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren unterzogen. In 16,1 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 16,1 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Beispiel 28
  • In diesem Beispiel und in späteren Beispielen sind die Materialien des ersten Substratelementes und des zweiten Substratelementes voneinander verschieden.
  • In diesem Beispiel wurde ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 200 μm und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als erstes Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 1,6 Stunden
    Dicke des porösen Si: 200 μm
    Porosität: 56%
  • Auf einem Quarzglassubstrat (fused silica substrate) als dem zweiten Substratelement wurde eine CVD-SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm gebildet und weiter wurde auf der gebildeten SiO2-Schicht eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen abgeschieden:
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 550°C
    Wachstumsgeschwindigkeit: 1,8 nm/min
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Der gebundene Gegenstand wurden eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Danach wurde nur auf der Seite des Quarzglases ein Si3N4-Film als Ätzschutzfilm gebildet und der gebundene Gegenstand wurde durch Eintauchen in eine 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung ohne Rühren selektiv geätzt. In 65 Minuten wurde das poröse Si-Substrat vollständig selektiv geätzt, um es zu entfernen, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 65 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen zum Ätzen des porösen Si anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 29
  • In diesem Beispiel wurde ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 200 μm und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als erstes Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 1,6 Stunden
    Dicke des porösen Si: 200 μm
    Porosität: 56%
  • Auf einem Glassubstrat mit einem Erweichungspunkt von ungefähr 800°C als dem zweiten Substratelement wurde eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm mittels Dampfauftrags unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen abgeschieden:
    Temperatur: Raumtemperatur
    Druck: 1 × 10–9 Torr
    Wachstumsgeschwindigkeit: 0,1 nm/min
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Der gebundene Gegenstand wurden 30 Minuten lang bei 700°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen, wodurch die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase wuchs und einen einkristallinen Si-Film bildete.
  • Danach wurde nur auf der Seite des Glassubstrates ein Si3N4-Film als Ätzschutzfilm gebildet und die gebundenen Substrate wurden in einer 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren selektiv geätzt. In 62 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 62 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Ä) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 30
  • In diesem Beispiel wurde ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 200 μm und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als erstes Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 30 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 1,6 Stunden
    Dicke des porösen Si: 200 μm
    Porosität: 56%
  • Getrennt davon wurde auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm mittels Vorspannungs-Sputterns unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen abgeschieden:
    HF-Frequenz: 100 MHz
    Hochfrequenzleistung: 600 W
    Temperatur: Raumtemperatur
    Ar-Gasdruck: 8 × 10–3 Torr
    Target-Gleichspannung: –200 V
    Substrat-Gleichspannung: +5 V
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Der gebundene Gegenstand wurden eine Minute lang bei 1200°C mittels RTA (schnelles Wärmeglühen) wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim epitaxial wachsen zu lassen, wodurch das amorphe Si vollständig mittels Festphasen-Epitaxie wuchs und einen einkristallinen Si-Film bildete.
  • Danach wurde nur auf der Seite des Quarzglases ein Si3N4-Film als Ätzschutzfilm gebildet und der gebundene Gegenstand wurde durch Eintauchen in eine Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure-Essigsäure-(1 : 3 : 8)-Lösung selektiv geätzt. Da die Geschwindigkeit des Ätzens des porösen Si ungefähr das 100fache derjenigen des einkristallinen Si, wie vorstehend erwähnt, beträgt und die Geschwindigkeit des Ätzens von normalem einkristallinem Si ungefähr 1 μm pro Minute beträgt, wurde der amorphe Si-Bereich mit einer Dicke von 200 μm in 2 Minuten entfernt.
  • Dementsprechend wurde das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 200 μm entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 31
  • In diesem Beispiel wurde ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder n-Typ (100) mit einer Dicke von 525 μm, einem Durchmesser von 4 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 24 Minuten
    Dicke des porösen Si: 20 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde 2 Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 550°C
    Wachstumsgeschwindigkeit: 1,8 nm/min
  • Si-Ionen wurden unter den nachstehenden Ionenimplantationsbedingungen in die amorphe Si-Schicht implantiert:
    Si+-Beschleunigungsspannung: 70 keV
    Menge der implantierten Ionen: 4 × 1014 cm–2
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Der gebundene Gegenstand wurde eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 10 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Das Quarzglassubstrat wurde nur auf der Seite der gebundenen Substrate mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und anschließend wurde dieses verbliebene 10 μm dicke einkristalline Si-Substrat selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 20 HNO3 + 20 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 10 Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Der gebundene Gegenstand wurde durch 49%ige Fluorwasserstoffsäure unter Rühren selektiv geätzt. In 18,6 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 18,6 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 32
  • In diesem Beispiel wurde ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 5 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde 2 Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine polykristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 620°C
  • Si-Ionen wurden unter den nachstehenden Ionenimplantationsbedingungen in die polykristalline Si-Schicht implantiert, um das polykristalline Si vollständig amorph zu machen:
    Si+-Beschleunigungsspannung: 40 keV
    Menge der implantierten Ionen: 5 × 1015 cm–2
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Der gebundene Gegenstand wurde zwei Stunden lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 5 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat wurde selektiv mit einer Mischung aus "Ethylendiamin + Brenzcatechin + Wasser" (Mischungsverhältnis von 17 ml : 3 g : 8 ml) unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht bei 110°C geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 3 Minuten weggeätzt, wodurch der gesamte poröse Si-Schichtbereich freigelegt wurde.
  • Die gebundenen Substrate wurden durch eine 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und 30%igem Wasserstoffperoxid ohne Rühren selektiv geätzt. In 11,4 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 11,4 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 33
  • In diesem Beispiel wurde ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 6 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde 2 Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: Si2H6
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Temperatur: 520°C
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Der gebundene Gegenstand wurde eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 5 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat wurde selektiv mit einer wäßrigen 30%igen KOH-Lösung unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht bei 110°C geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in einer Minute weggeätzt, wodurch der gesamte poröse Si-Schichtbereich freigelegt wurde.
  • Die gebundenen Substrate wurden durch eine 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und 30%igem Wasserstoffperoxid unter Rühren selektiv geätzt. In 11,1 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 11,1 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 34
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 6 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm wurde als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde 2 Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Keramiksubstrat als dem zweiten Substratelement wurde eine Si3N4-Schicht mit einer Dicke von 100 nm und desweiteren darauf eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm mittels CVD gebildet. Desweiteren wurde auf der SiO2-Schicht mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: Si2H6
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Temperatur: 520°C
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 500°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Der gebundene Gegenstand wurde eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 10 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Nur die Seite des Keramiksubstrates der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat wurde selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 20 HNO3 + 20 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in fünf Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Anschließend wurde der gebundene Gegenstand durch eine 10 : 1-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und Alkohol ohne Rühren selektiv geätzt. In 12,7 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 12,7 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem Keramiksubstrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Jedes andere Substrat konnte an Stelle des Keramiksubstrats verwendet werden.
  • Beispiel 35
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 525 μm, einem Durchmesser von 4 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm wurde als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 46%
  • Dieses Substrat wurde eine Stunde lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde eine CVD-SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm gebildet. Desweiteren wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm auf der SiO2-Schicht abgeschieden:
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 520°C
    Wachstumsgeschwindigkeit: 1,8 nm/min
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde zwei Stunden lang bei einer Temperatur von 300°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch davon eine 10 μm dicke Restschicht zurückblieb. Danach wurde der gebundene Gegenstand eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substrate wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat mit einer Dicke von 10 μm wurde selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 20 HNO3 + 20 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 10 Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Anschließend wurde der gebundene Gegenstand durch eine 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und wäßrigem 30%igen Wasserstoffperoxid ohne Rühren selektiv geätzt. In 11,4 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 11,4 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 36
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 5 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm wurde als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 24 Minuten
    Dicke des porösen Si: 20 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde zwei Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Glassubstrat mit einem Erweichungspunkt von ungefähr 800°C als dem zweiten Substratelement wurde mittels Abscheidung aus der Gasphase unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht abgeschieden:
    Temperatur: Raumtemperatur
    Druck: 1 × 10–9 Torr
    Wachstumsgeschwindigkeit: 0,1 nm/s
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 50 Stunden lang bei einer Temperatur von 200°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 5 μm dicke Restschicht zurückblieb.
  • Nur die Seite des Glassubstrates der gebundenen Substrate wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat mit einer Dicke von 5 μm wurde selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 10 HNO3 + 10 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 5 Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Danach wurde der gebundene Gegenstand eine Stunde lang bei 700°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Anschließend wurde der gebundene Gegenstand durch eine 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und wäßriger 30%iger Wasserstoffperoxidlösung unter Rühren selektiv geätzt. In 16,1 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 16,1 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 37
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 6 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm wurde als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde zwei Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde mittels Vorspannungs-Sputterns unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    HF-Frequenz: 100 MHz
    Hochfrequenzleistung: 600 W
    Temperatur: Raumtemperatur
    Ar-Gasdruck: 8 × 10–3 Torr
    Target-Gleichspannung: –200 V
    Substrat-Gleichspannung: +5 V
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 400°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 10 μm dicke Restschicht zurückblieb. Danach wurde der gebundene Gegenstand eine Minute lang mittels RTA (schnelles Wärmeglühen) bei 1200°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substrate wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat mit einer Dicke von 10 μm wurde selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 40 HNO3 + 40 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 15 Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Anschließend wurde der gebundene Gegenstand in eine Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure-Essigsäure(1 : 3 : 8)-Lösung eingetaucht. Wie vorstehend beschrieben beträgt die Geschwindigkeit des Ätzens des porösen Si ungefähr das 100fache derjenigen des einkristallinen Si, und die Geschwindigkeit des Ätzens von normalem einkristallinem Si durch die Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure-Essigsäure(1 : 3 : 8)-Lösung beträgt ungefähr 1 μm pro Minute. Deshalb wurde das poröse Si-Substrat mit einer Dicke von 10 μm innerhalb einer Minute entfernt.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 38
  • In diesem Beispiel wurde ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 525 μm, einem Durchmesser von 4 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 24 Minuten
    Dicke des porösen Si: 20 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde zwei Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 550°C
    Wachstumsgeschwindigkeit 1,8 nm/min
  • Si-Ionen wurden unter den nachstehenden Ionenimplantationsbedingungen in die polykristalline Si-Schicht implantiert:
    Si+-Beschleunigungsspannung: 70 keV
    Menge der implantierten Ionen: 4 × 1014 cm–2
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht. Der kontaktierte Gegenstand wurde bei Raumtemperatur einer anodischen Bindung unterzogen und anschließend 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 450°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 10 μm dicke Restschicht zurückblieb. Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat mit einer Dicke von 10 μm wurde selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 20 HNO3 + 20 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 10 Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Der gebundene Gegenstand wurde eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Der gebundene Gegenstand wurde durch 49%ige Fluorwasserstoffsäure unter Rühren selektiv geätzt. In 18,6 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 18,6 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 39
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 5 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde zwei Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine polykristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 620°C
  • Si-Ionen wurden unter den nachstehenden Ionenimplantationsbedingungen in die polykristalline Si-Schicht implantiert, um das polykristalline Si vollständig amorph zu machen:
    Si+-Beschleunigungsspannung: 40 keV
    Menge der implantierten Ionen: 5 × 1015 cm–2
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde bei einer Temperatur von 400°C einer anodischen Bindung unterzogen, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 5 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Danach wurde der gebundene Gegenstand zwei Stunden lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat wurde selektiv mit einer Mischung aus "Ethylendiamin + Brenzcatechin + Wasser" (Mischungsverhältnis von 17 ml : 3 g : 8 ml) bei einer Temperatur von 110°C unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 3 Minuten weggeätzt, wodurch der gesamte poröse Si-Schichtbereich freigelegt wurde.
  • Die gebundenen Substratelemente wurden durch eine 10 : 6 : 50-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure, Alkohol und 30%igem Wasserstoffperoxid ohne Rühren selektiv geätzt. In 11,4 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 11,4 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 40
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 6 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde zwei Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: Si2H6
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Temperatur: 520°C
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 100 Stunden lang bei einer Temperatur von 200°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 5 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat wurde selektiv mit einer wäßrigen 30%igen KOH-Lösung unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht bei einer Temperatur von 110°C geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in einer Minuten weggeätzt, wodurch der gesamte poröse Si-Schichtbereich freigelegt wurde.
  • Der gebundene Gegenstand wurde eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Der gebundene Gegenstand wurde durch eine 1 : 5-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und 30%igem Wasserstoffperoxid unter Rühren selektiv geätzt. In 11,1 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 11,1 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das poröse Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 41
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 6 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm wurde als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde 2 Stunden lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem anderen, aus Keramik gefertigten Substrat als dem zweiten Substratelement wurde eine Si3N4-Schicht mit einer Dicke von 100 nm und desweiteren darauf eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 500 nm mittels CVD gebildet. Desweiteren wurde auf der SiO2-Schicht mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: Si2H6
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Temperatur: 520°C
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 300°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Nur die Seite des Keramiksubstrat der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt. Der größte Teil des ersten Si-Substrates wurde durch Ätzen mit einer Lösung aus "66 HNO3 + 34 HF" geätzt, wobei eine 10 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Das verbliebene ein kristalline Si-Substrat mit einer Dicke von 10 μm wurde selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 10 HNO3 + 10 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in fünf Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Die gebundenen Substratelemente wurden eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Die gebundenen Substrate wurden durch eine 10 : 1-Mischung aus 49%iger Fluorwasserstoffsäure und Alkohol ohne Rühren selektiv geätzt. In 12,7 Minuten wurde das poröse Si-Substrat selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si ungeätzt als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des nicht-porösen einkristallinen Si durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in 12,7 Minuten. Deshalb beträgt das Ätzselektivitätsverhältnis von porösem Si zu nicht-porösem Si 105 oder mehr, so daß die Abnahme der Dicke der nicht-porösen Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar war.
  • Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere selektive Ätzlösungen anstelle der vorstehenden selektiven Ätzlösung verwendet wurden.
  • Dementsprechend wurde das poröse Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem Keramiksubstrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Jedes andere Substrat konnte an Stelle des Keramiksubstrats verwendet werden.
  • Beispiel 42
  • Ein einkristallines Si-Substrat vom p-Typ oder vom n-Typ (100) mit einer Dicke von 625 μm, einem Durchmesser von 5 Inch und einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm wurde als das erste Substratelement verwendet und in einer HF-Lösung unter den nachstehenden Anodisierungsbedingungen anodisiert:
    Stromdichte: 5 mA·cm–2
    Anodisierungslösung: HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 1
    Dauer: 12 Minuten
    Dicke des porösen Si: 10 μm
    Porosität: 45%
  • Dieses Substrat wurde eine Stunde lang einer Oxidation in einer Sauerstoffatmosphäre bei 400°C unterzogen. Dadurch wurden die Innenwände der Poren des porösen Si mit einem Wärmeoxidationsfilm überzogen.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substratelement wurde eine amorphe GaAs-Schicht mit einer Dicke von 0,2 μm mittels MOCVD oder MBE abgeschieden. Die Abscheidung erfolgte unter den im allgemeinen für Halbleiter-Verfahren angewandten Abscheidungsbedingungen.
  • Die Oberfläche des porösen Si und die Oberfläche des amorphen GaAs wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde zehn Stunden lang bei einer Temperatur von 200°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen GaAs ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten Si-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 10 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Danach wurde der gebundene Gegenstand eine Stunde lang bei 600°C wärmebehandelt, um das amorphe GaAs unter Nutzung des porösen Si als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe GaAs-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen GaAs-Film.
  • Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat mit einer Dicke von 10 μm wurde selektiv mit einer Lösung aus "1 HF + 20 HNO3 + 20 CH3COOH" unter Nutzung der porösen Si-Schicht mit den an den Innenwänden oxidierten Poren als Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Das gesamte erste Si-Substrat wurde in 10 Minuten weggeätzt, wodurch die poröse Si-Schicht freigelegt wurde.
  • Der Oxidfilm der porösen Schicht wurde mittels Fluorwasserstoffsäure entfernt. Anschließend wurde die poröse Si-Schicht durch eine Mischung aus Ethylendiamin, Brenzcatechin und Wasser (Mischungsverhältnis von 17 ml : 3 g : 8 ml) bei einer Temperatur von 110°C geätzt. In einer Minute wurde das poröse Si-Substrat unter Nutzung des einkristallinen GaAs als des Ätz-Stopp-Materials selektiv geätzt und vollständig entfernt, wobei das einkristalline GaAs ungeätzt zurückblieb.
  • Die Geschwindigkeit des Ätzens des einkristallinen GaAs durch die vorstehende Ätzlösung ist äußerst gering: ungefähr 50 Å oder weniger in einer Minute. Deshalb war die Abnahme der Dicke der GaAs-Schicht (einige Zehn Å) durch das Ätzen praktisch vernachlässigbar.
  • Die Ätzlösung in diesem Ätzverfahren ist nicht auf die vorstehend angewandte Ätzlösung beschränkt. Jede Ätzlösung kann verwendet werden, die geeignet ist, das poröse Si zu ätzen und das GaAs nicht ätzt.
  • Dementsprechend wurde das Si-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline GaAs-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen Si wurde in der einkristallinen GaAs-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen GaAs-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Beispiel 43
  • Die Oberfläche eines einkristallinen GaAs mit einem Durchmesser von 3 Inch als erstes Substrat wurde porös gemacht.
  • Auf einem Quarzglassubstrat als dem zweiten Substrat wurde mittels thermischer CVD unter den nachstehenden Abscheidungsbedingungen eine amorphe Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm abgeschieden:
    Ausgangsgas: SiH4
    Gasdruck: 0,3 Torr
    Strömungsgeschwindigkeit des Gases 50 ccm
    Temperatur: 550°C
    Wachstumsgeschwindigkeit: 1,8 nm/min
  • Die Oberfläche des porösen GaAs und die Oberfläche des amorphen Si wurden in engem Kontakt zueinander gebracht und der kontaktierte Gegenstand wurde zwei Stunden lang bei einer Temperatur von 300°C wärmebehandelt, was niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Si ist, um die Bindung zu vervollständigen.
  • Anschließend wurde der größte Teil des ersten GaAs-Substrates durch Abschleifen und Polieren entfernt, wodurch eine 10 μm dicke Restschicht davon zurückblieb. Danach wurde der gebundene Gegenstand eine Stunde lang bei 600°C wärmebehan delt, um das amorphe Si unter Nutzung des porösen GaAs als Kristallwachstumskeim mittels Festphasen-Epitaxie wachsen zu lassen. Dadurch wuchs die amorphe Si-Schicht vollständig epitaxial in der Festphase und bildete einen einkristallinen Si-Film.
  • Nur die Seite des Quarzglassubstrates der gebundenen Substratelemente wurde mit Si3N4 als Ätzschutzfilm bedeckt, und das verbliebene einkristalline Si-Substrat wurde mit einer Mischung aus "H2SO4 + H2O2 + H2O" geätzt. Anschließend wurde unter Verwendung der gleichen Ätzlösung die poröse GaAs-Schicht selektiv geätzt. Das poröse GaAs wurde vollständig entfernt, wobei das einkristalline Si als Ätz-Stopp-Material zurückblieb.
  • Die Ätzlösung in diesem Ätzverfahren ist nicht auf die vorstehend angewandte Ätzlösung beschränkt. Jede Ätzlösung kann verwendet werden, die geeignet ist, das poröse GaAs zu ätzen und das einkristalline Si nicht ätzt.
  • Dementsprechend wurde das GaAs-Substrat entfernt, und nach dem Entfernen des Ätzschutzfilmes blieb auf dem lichtdurchlässigen Substrat die einkristalline Si-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm zurück. Nach dem selektiven Ätzen des porösen GaAs wurde in der einkristallinen Si-Schicht keine Veränderung beobachtet.
  • Durch die Betrachtung eines Querschnittes der einkristallinen Si-Schicht mittels eines Transmissions-Elektronenmikroskops wurde gefunden, daß sie eine hohe Kristallinität aufwies.
  • Wie vorstehend beschrieben stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung, das die vorstehend erwähnten Probleme löst.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung einer einkristallinen Si-Schicht mit hoher Kristallinität auf einem isolierenden Substrat zur Verfügung, das vorteilhaft in Bezug auf die Produktivität, die Einheitlichkeit, die Steuerbarkeit und die Kosten ist.
  • Die Erfindung liefert ein Substrat für eine Halbleitervorrichtung, das für eine herkömmliche SOI-Vorrichtung eingesetzt werden kann und realisiert die Vorteile der SOI.
  • Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung, das an Stelle der teuren SOS und SIMOX bei der Herstellung von LSI-Schaltungen mit SOI-Struktur nützlich ist.
  • In der Erfindung wird eine einkristalline Si-Schicht durch die Umwandlung eines einkristallinen Si-Substrates von ursprünglich hoher Qualität in poröses Si, das selektiv entfernt werden kann, und das Wachsenlassen einer amorphen Si-Schicht, die auf einer isolierenden Schicht gebildet wurde, durch Festphasen-Epitaxie, um eine einkristalline Si-Schicht zu bilden, wobei das resultierende poröse einkristalline Si als Kristallwachstumskeim genutzt wird, gebildet. Dieses Verfahren ermöglicht die Behandlung vieler Produkte in kurzer Zeit, was zu großen Produktivitätsvorteilen und zu großer Wirtschaftlichkeit führt.
  • In der Erfindung wird das amorphe Si auf einer isolierenden Schicht mittels Festphasen-Epitaxie in eine vertikale Richtung wachsen gelassen. Deshalb besteht die erforderliche Wachstumslänge nur in der Dicke der amorphen Si-Schicht, so daß das Wachstum in kurzer Zeit beendet ist und die Kristallinität des Films sich im Vergleich zu einer seitlichen Festphasen-Epitaxie, die bei der SOI-Herstellung praktiziert wird, in großem Ausmaß verbessert. Darüberhinaus ermöglicht das Verfahren die Bildung einer einkristallinen Festphasen-Epitaxie-Schicht über die gesamte Fläche eines Wafers, was zu großen Verbesserungen in Bezug auf die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit führt.
  • In der Erfindung kann beim Ätzen des porösen Si eine nasse chemische Ätzlösung vom gepufferten Fluorwasserstoff-Typ verwendet werden, die das Halbleiterverfahren nicht negativ beeinflußt, und das Ätzselektivitätsverhältnis von dem porösem Si zu dem nicht-porösen Si beträgt mehr als 105, was zu großen Fortschritten in Bezug auf die Steuerbarkeit und die Produktivität führt.
  • In der Erfindung kann beim Ätzen des porösen Si auch eine nasse chemische Ätzlösung vom gepufferten Fluorwasserstoff-Typ verwendet werden, die das Halbleiterverfahren nicht negativ beeinflußt, und das Ätzselektivitätsverhältnis von dem porösen Si zu dem nicht-porösen Si beträgt mehr als 105, was zu großen Fortschritten in Bezug auf die Steuerbarkeit und die Produktivität führt.
  • Die Erfindung stellt ein ausgezeichnetes Verfahren für die Herstellung einer einkristallinen Si-Schicht mit hoher Kristallinität auf einem lichtdurchlässigen Substrat unter Verwendung eines lichtdurchlässigen Substrates aus verschiedenen Arten von Materialien zur Verfügung, das in Bezug auf die Produktivität, die Einheitlichkeit, die Steuerbarkeit und die Wirtschaftlichkeit vorteilhaft ist. Dieses Verfahren ermöglicht die Bildung eines Hochleistungs-Ansteuerungselementes auf einem einkristallinen Si, wodurch es einen Sensor oder Bildelemente (Pixel) einer Anzeige-Vorrichtung mit höherer Dichte, höherer Auflösung und höherer Feinheit liefert.
  • Die Erfindung ermöglicht in Kombination mit einer anderen funktionellen Vorrichtung die Bildung einer dreidimensionalen Struktur oder ermöglicht die Verwendung eines anderen Materials als Si als Substrat, das Eigenschaften aufweist, die mit Si nicht erreicht werden können, wie Lichtdurchlässigkeit, hohe Wärmebelastbarkeit, hohe mechanische Festigkeit und geringe Kosten.
  • In einem Aspekt der Erfindung wird das amorphe Si auf einem Substrat, das aus einer anderen Sorte Material gefertigt ist, mittels Festphasen-Epitaxie in vertikaler Richtung wachsen gelassen. Deshalb besteht die benötigte Wachstumslänge nur aus der Dicke der amorphen Si-Schicht, so daß das Wachstum in kurzer Zeit abgeschlossen ist, und die Kristallinität des Films verbessert sich im Vergleich zu einer seitlichen Festphasen-Epitaxie, die bei der SOI-Herstellung praktiziert wird, in großem Ausmaß. Zudem ermöglicht das Verfahren die Bildung einer einkristallinen Festphasen-Epitaxie-Schicht über die gesamte Fläche eines Wafers, was zu einer großen Verbesserung der Produktivität und der Wirtschaftlichkeit führt.
  • In der Erfindung wird ein Si-Substrat durch Abschleifen und Polieren vor der Festphasen-Epitaxie dünner gemacht, wodurch eine Ablösung oder ein Zerbrechen der gebundenen Substrate während des Festphasen-Wachstums bei einer Temperatur, die höher als die Festphasen-Wachstumstemperatur ist, verhindert wird, selbst wenn verschiedene Substrate mit unterschiedlichen Koeffizienten der Wärmeausdehnung verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung liefert durch die Anwendung eines selektiven Zwei-Schritte-Ätzens, bei dem die Selektivität des zweiten Ätzschrittes bemerkenswert hoch ist, ein gleichmäßig flaches einkristallines Si mit äußerst hoher Kristallinität über eine große Fläche.
  • Es ist bekannt, daß eine Oxidation der Innenwände der Poren des porösen Si für die Verhinderung einer strukturellen Veränderung des porösen Si während der Wärmebehandlung wirkungsvoll ist. Weitere Wirkungen werden in der Erfindung hinsichtlich (1) der Verbesserung der Selektivität in dem ersten Ätzschritt und (2) der Beschleunigung des Ätzens des porösen Si in dem zweiten Ätzschritt, um eine hohe Selektivität zu erhalten, erzielt. Beim selektiven Ätzen des Massen-Si im ersten Ätzschritt dient die poröse Si-Schicht durch die Verwendung einer Ätzlösung, die eine größere Ätzgeschwindigkeit gegenüber Si als gegenüber SiO2 zeigt, als zufriedenstellende Ätz-Stopp-Schicht, da die Innenfläche des porösen Si mit einem Oxidfilm überzogen ist.
  • In dem ersten Ätzschritt wird der freigelegte poröse Si-Bereich, der auf Grund der Uneinheitlichkeit der Dicke des porösen Si und der Unregelmäßigkeiten des Ätzens im ersten Ätzschritt früher freigelegt wird, vor der Beendigung des Ätzens des Massen-Si in anderen Bereichen dünn. Die außergewöhnlich hohe Selektivität im zweiten Ätzschritt kompensiert jedoch die Uneinheitlichkeit der Dicke des verbliebenen porösen Si.

Claims (32)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung, das die nachstehenden Schritte umfaßt: Porösmachen eines ersten Substratelementes (11; 21), Bildung einer amorphen Schicht (14; 25) auf einem zweiten Substratelement (12; 22; 120; 220), Binden des porösen ersten Substratelementes (11, 21) an die amorphe Schicht (14; 25) bei einer Temperatur, bei der die amorphe Schicht (14; 25) nicht kristallisiert, Veranlassen einer Festphasen-Epitaxie der amorphen Schicht (14; 25) unter Nutzung des porösen ersten Substratelementes (11; 21) als Kristallwachstumskeim, und Entfernen des gebundenen ersten Substratelementes (11; 21) nach der Beendigung der Epitaxie mittels chemischen Ätzens.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung, das die nachstehenden Schritte umfaßt: Porösmachen der Oberflächenschicht (32) von mindestens einer Seite eines ersten Substratelementes (31), das aus Si besteht, Bildung von amorphem Si (35) auf einem zweiten Substratelement (33; 330), Binden der Oberfläche des amorphen Si (32) an die Oberfläche der porösen Oberflächenschicht (35) bei einer Temperatur, bei der die amorphe Schicht (35) nicht kristallisiert, Veranlassen einer Festphasen-Epitaxie des amorphen Si (35) unter Nutzung der porös gemachten Oberflächenschicht (32) des ersten Substratelementes (31) als Kristallwachstumskeim, und Entfernen des ersten Substratelementes (31), ausgenommen der poröse Bereich (32), mittels selektiven Ätzens als ein erster Entfernungsschritt, und Entfernen des porösen Bereiches (32) mittels eines selektiven chemischen Ätzens als ein zweiter Entfernungsschritt.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, das desweiteren den Schritt der Entfernung des ersten Substratelementes (31) mittels Schleifens oder Polierens umfaßt, in einem Ausmaß, daß der poröse Bereich (32) vor dem ersten Entfernungsschritt gerade noch nicht freiliegt oder ein Teil davon freiliegt.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem auf dem zweiten Substratelement (12, 22; 33; 120; 220; 330) eine isolierende Schicht (13; 23; 34) gebildet wird, und die amorphe Schicht (14; 25) oder das amorphe Si (35) auf der isolierenden Schicht (13; 23; 34) auf dem zweiten Substratelement (12; 22; 33; 120; 220; 330) gebildet wird.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, in dem das zweite Substratelement aus einem Material besteht, das sich von dem des ersten Substratelementes unterscheidet, nach dem Binden der Oberfläche der amorphen Schicht an die Oberfläche der porösen Schicht das erste Substratelement durch die Entfernung eines Teils davon dünner gemacht wird, nach der Festphasen-Epitaxie der amorphen Schicht der Rest des ersten Substratelementes selektiv als der erste Entfernungsschritt entfernt wird, und nur die verbliebene poröse Schicht der gebundenen Substratelemente selektiv als der zweite Entfernungsschritt entfernt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, in dem mindestens eines der beiden Materialien, ausgewählt aus dem ersten Substratelement (11; 21) und der amorphen Schicht (14; 25), aus einem einzelnen Element oder einem Verbindungshalbleiter besteht.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, in dem die isolierende Schicht (13; 23; 34) aus einem Film besteht, ausgewählt aus einem Wärmeoxidationsfilm, einem abgeschiedenen SiO2-Film, einem abgeschiedenen Si3N4-Film und einem mehrlagigen Film daraus.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, in dem die amorphe Si-Schicht (14; 25; 35) durch Aufwachsen aus der Gasphase gebildet wird.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, in dem die amorphe Si-Schicht (14; 25; 35) durch die Bildung von polykristallinem Si mittels Aufwachsens aus der Gasphase und einer anschließenden Ionenimplantation, um das polykristalline Si amorph zu machen, gebildet wird.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, in dem die amorphe Si-Schicht (14; 25; 35) durch die Bildung von amorphem Si mittels Aufwachsens aus der Gasphase und einer anschließenden Ionenimplantation in das amorphe Si gebildet wird.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem der Schritt des Porösmachens des ersten Substratelementes (11; 21; 31) aus einer anodischen Behandlung besteht.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, in dem die anodische Behandlung in einer HF-Lösung durchgeführt wird.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, in dem das chemische Ätzen des porösen Bereiches nach dem Schritt des Bindens des ersten Substratelementes (11; 21) und des zweiten Substratelementes (12; 22) durch Eintauchen beider gebundenen Substratelemente in Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure oder einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure mit mindestens einer Substanz, ausgewählt aus einem Alkohol und einer Wasserstoffperoxidlösung, durchgeführt wird und dadurch selektiv nur der poröse Bereich entfernt wird.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, in dem das chemische Ätzen des porösen Bereiches durch Eintauchen des ersten Substratelementes (31) und des zweiten Substratelementes (33), die aneinander gebunden sind, nach dem selektiven Ätzen als der erste Entfernungsschritt, in Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure oder einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure mit mindestens einer Substanz, ausgewählt aus einem Alkohol und einer Wasserstoffperoxidlösung, durchgeführt wird und dadurch selektiv nur der poröse Bereich (32) des ersten Substratelementes (31) entfernt wird.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, in dem der Schritt der Entfernung des porösen Si durch Eintauchen der gebundenen Substratelemente in Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure oder einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure mit mindestens einer Substanz, ausgewählt aus einem Alkohol und einer Wasserstoffperoxidlösung, durchgeführt wird.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem das zweite Substratelement (12; 22; 120; 220; 33: 330) aus Si besteht.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem das zweite Substratelement (12; 22; 120; 220; 33: 330) aus einem von Si unterschiedlichen Material besteht.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem das zweite Substratelement (12; 22; 120; 220; 33: 330) aus einem lichtdurchlässigen Material besteht.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, das desweiteren den Schritt der Oxidation der Innenwände der Poren in der porös gemachten Si-Schicht (32) umfaßt, wobei das zweite Substratelement (33; 330) aus einem von Si unterschiedlichen Material besteht.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, in dem die isolierende Schicht (34) auf dem zweiten Substratelement (12; 22; 120; 220; 33: 330) gebildet wird und das amorphe Si (35) auf der isolierenden Schicht (34) gebildet wird.
  21. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, in dem die Festphasen-Epitaxie erfolgt, nachdem das erste Si-Substratelement durch selektives Ätzen als der erste Ätzschritt entfernt worden ist und bevor das poröse Si der ge bundenen Substrate durch selektives chemisches Ätzen als der zweite Ätzschritt entfernt wird.
  22. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, in dem die Festphasenepitaxie erfolgt, bevor das erste Si-Substratelement durch selektives Ätzen als der erste Ätzschritt entfernt wird.
  23. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, in dem die Festphasenepitaxie erfolgt, nachdem das erste Si-Substratelement durch selektives Ätzen als der erste Ätzschritt entfernt wurde und bevor das poröse Si der gebundenen und geätzten Substratelemente durch selektives chemisches Ätzen als der zweite Ätzschritt entfernt wird.
  24. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, in dem der Schritt des Oxidierens der porösen Si-Schicht mittels einer der nachstehenden Maßnahmen erfolgt, ausgewählt aus einer Wärmeoxidation, einer spontanen Oxidation an der Luft, und einer Oxidation während des RCA-Waschschrittes oder einer Kombination daraus.
  25. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 19 bis 23, in dem der Schritt des Entfernens des porösen Si durch Eintauchen der gebundenen Substratelemente in Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure oder einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure oder gepufferter Fluorwasserstoffsäure mit mindestens einer Substanz, ausgewählt aus einem Alkohol und einer Wasserstoffperoxidlösung, durchgeführt wird.
  26. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, in dem die isolierende Schicht eine Schicht ist, ausgewählt aus einem Wärmeoxidationsfilm, einem abgeschiedenen SiO2-Film, einem abgeschiedenen Si3N4-Film oder einem mehrlagigen Film davon.
  27. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, in dem die amorphe Si-Schicht mittels Aufwachsens aus der Gasphase gebildet wird.
  28. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, in dem die amorphe Si-Schicht durch die Bildung von polykristallinem Si mittels Aufwachsens aus der Gasphase und einer anschließenden Ionenimplantation, um das polykristalline Si amorph zu machen, gebildet wird.
  29. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, in dem die amorphe Si-Schicht durch die Bildung von amorphem Si mittels Aufwachsens aus der Gasphase und einer anschließenden Ionenimplantation in das amorphe Si gebildet wird.
  30. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 19 bis 23, in dem der Schritt des Porösmachens des ersten Substratelementes aus einer anodischen Behandlung besteht.
  31. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 30, in dem die anodische Behandlung in einer HF-Lösung durchgeführt wird.
  32. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 19 bis 23, in dem das zweite Substratelement aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt ist.
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