制造半导体基底部件的方法技术

为了实现多孔层的孔尺寸分布均匀，在硅基底材料的表面上形成包括原子台阶和台面的表面，在不消除该台阶和台面的情况下制成多孔，然后在其上形成非多孔的半导体单晶膜。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在多孔层上形成有非多孔层的半导体基底部件和用该半导体基底部件制造诸如SOI晶片之类的半导体部件的方法。为了制造发光元件或SOI晶片，必须制备带有多孔层和形成在其上的非多孔层的半导体基底部件。下面，参照图9A至图9F说明制备半导体基底部件的实例。如图9A所示，制备具有抛光表面的诸如CZ硅晶片之类的硅基底材料1，并通过阳极氧化等至少使其表面为多孔状。在使多孔层2中孔的内壁表面氧化后，用稀释的氢氟酸清洗该硅基底材料，除去多孔层2表面的氧化膜。如图9B所示，在含有氢的气氛中使多孔层2经受热处理，然后导入含有硅的气体，外延生长非多孔层3。如图9C所示，将非多孔层3的表面氧化，形成绝缘膜4。如图9D所示，包括带有多孔层2、非多孔层3和绝缘层4的硅基底材料1的第一部件与分开制备的第二部件5键合，形成在内侧具有非多孔层3的多层结构。如图9E所示，除去硅基底材料1。除去硅基底材料1的方法包括研磨、抛光或背面腐蚀除去硅基底材料1本身的方法，和使多孔层2的内侧和/或其界面裂开以分离和除去硅基底材料1的方法。如图9F所示，除去保留在第二部件5的表面上的多孔层2，以获得具有通过绝缘层4形成在第二部件5上的非多孔层3的SOI晶片。在日本专利申请公开No.5-21338(日本专利No.2608351)、美国专利No.5371037、美国专利No.5856229、日本专利申请公开No.9-102594和Appl.Phys.Lett.64，1994，p.2108等中披露了上述方法。但是，有进一步改善在多孔层上形成的非多孔层质量的要求，实际上，要求改善表面平滑度和晶体缺陷。例如，在制造SOI晶片的上述方法中，当被键合的表面不平滑时，在键合中容易产生空隙，即未键合区域。由超声波或红外发射光可观察出该区域。此外，在利用非多孔层制造例如MOS晶体管器件中，金属杂质一般可被分凝成晶体缺陷点。当金属杂质被分凝成晶体缺陷点时，器件特性就容易变劣。本专利技术的目的在于提供，该方法可以改善在多孔层上形成的薄非多孔膜的表面质量，降低晶体缺陷密度。本专利技术的另一目的在于提供，该方法使多孔层的微孔尺寸分布均匀，以有效地密封多孔层表面上的微孔，同时改善表面平滑度，并且该方法可以降低在多孔层上形成的非多孔膜中的晶体缺陷密度。本专利技术的特征在于，在硅基底材料上形成包括原子台阶和原子台面的表面，然后进行多孔化，随之形成非多孔膜。附图说明图1A、1B、1C和1D是表示本专利技术一实施例的制造半导体基底部件方法的示意性透视图；图2是表示本专利技术硅基底材料表面的台阶-台面结构的示意性放大图；图3A和图3B是在原子力显微镜(AFM)下晶片表面的照片；图4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H和4I是表示本专利技术另一实施例的制造半导体基底部件方法的示意性透视图；图5A、5B、5C、5D、5E和5F是表示本专利技术的制造半导体基底部件方法的示意性剖面图；图6A、6B、6C、6D、6E、6F、6G和6H是表示本专利技术的制造半导体基底部件方法的示意性透视图；图7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G和7H是表示本专利技术的制造半导体基底部件方法的示意性剖面图；图8是表示在其内装有硅晶片的立式热处理炉的示意性剖面图；和图9A、9B、9C、9D、9E和9F是表示制造半导体基底部件的常规方法的一个实例的示意性剖面图。图1A至图1D是表示本专利技术一实施例的制造半导体基底部件方法的示意图。如图1A所示，准备硅基底材料1，该材料有呈现粒状结构的表面10。该基底材料一般是市场购置的硅晶片。如图1B所示，利用如下所述的氢气退火处理硅基底材料的表面，把呈现粒状结构的表面10改变成基本上包括原子台阶11和台面12的表面。利用阳极氧化使包括台阶11和台面12的表面多孔化，如图1C所示，至少在硅基底材料1的上表面上形成多孔层2。如图1D所示，利用CVD等在多孔层2的表面上形成非多孔层3。与制造没有台阶和台面的多孔表面的常规方法相比，本专利技术可以减少多孔层2的孔尺寸分布，以增加在多孔层上形成的非多孔层3的结晶度。就是说，本专利技术可以减少可能引入非多孔层3的堆垛层错、位错或双晶的晶体缺陷密度。可以利用气体吸附方法或利用高清晰度扫描电子显微镜(HRSEM)观察来评定在多孔硅表面中孔的孔尺寸。例如，在R.Herino等人的J.Electrochem. Soc.，vol.134，p.1994(1987)中披露了采用气体吸附方法的测量方法。另一方面，在HRSEM方法中，处理获得的HRSEM图象，以计算孔尺寸分布。在这种情况下，必须防止照片中SEM图象的亮度和对比度的改变。如图1A所示，采用原子力显微镜的观测显示作为呈现粒状结构的硅基底材料1准备的市场购置硅晶片的表面。化学机械抛光(CMP)利用由研磨所获得的表面并充分地清洗该表面，制成市场购置的硅晶片。另一方面，如图1B所示，在硅基底材料的表面上，无论在氢气退火后立即获得的表面(AS ANNEAL)还是单晶硅层的外延生长后立即获得的表面(AS EPI)中，都观测到代替粒状结构的条纹结构。该条纹结构由台阶形状的表面组成，在这些台阶之间的高度差对应于硅的晶格距离。此外，台阶周期依据与次级(low-order)晶面的晶面取向的偏移而增加或减少。如果晶面取向(100)的硅表面经过氢气退火，那么可观察到包括(2×1)重新配置表面和(1×2)重新配置表面的台阶-台面结构，即包括原子台阶和台面的晶面。原子力显微镜显示该台阶-台面结构的露出表面的表面粗糙度比市场购置的晶片粗糙度好。例如，当市场购置的晶片在其表面的1μm×1μm面积上呈现0.13nm的均方(meansquare)粗糙度时，在相同的条件下，台阶-台面结构有0.09nm的均方粗糙度。形成这种台阶-台面结构的方法并不限于上述方法，但在适当的条件下可以采用特殊的化学清洗或气体腐蚀，形成该结构。图2示意性地表示台阶-台面结构的放大图。台阶11的形状可以为直线、圆弧、涡旋或象图2中所示的曲线那样。例如，在Proc of the 7th Int.Symposium on Silicon Materials ScienceTechnology(The Electrochemical Society，1994)，pp.1170-1181“The effectof H2 Annealing on the Si surface and its use in the study of rougheningduring wet chemical cleaning”中披露了台阶-台面结构。该文献展示在外延生长前利用氢气退火形成台阶-台面结构。但是，在氢气退火或外延生长后，通过清洗除去了许多台阶或台面。一般来说，采用各种化学方法例如RCA清洗仔细地清洗用于制造LSI的硅晶片，从而除去晶片表面附着的微粒，除去有机物质或氧化物，或防止金属杂质。实际上，用称为SC-1或APM的包含氨和过氧化氢的水溶液的清洗在清除金属杂质中十分重要。通过除去外来物质同时腐蚀硅来进行这种清洗。因此，在长时间清洗或用高浓度氨溶液清洗后，硅晶片的表面已经被容易地腐蚀了20nm以上。市场购置的CZ晶片或经氢气退火的CZ晶片都呈现粒状结构。图3A是呈现这种粒状结构的晶片表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体基底部件的方法，该方法包括以下步骤：在硅基底材料上形成包含原子台阶和台面的表面，制成多孔表面，然后在其上形成非多孔膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1998-7-23 207933/981.一种制造半导体基底部件的方法，该方法包括以下步骤在硅基底材料上形成包含原子台阶和台面的表面，制成多孔表面，然后在其上形成非多孔膜。2.如权利要求1的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，通过在含氢的还原气氛下的热处理形成原子台阶和台面，然后在不清除原子台阶和台面的条件下清洗该表面来获得包含原子台阶和台面的表面。3.如权利要求2的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，含氢的还原气氛包括100％的氢。4.如权利要求1的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，通过形成外延硅层形成原子台阶和台面，然后在不清除原子台阶和台面的条件下清洗该表面来获得包含原子台阶和台面的表面。5.如权利要求4的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，用杂质掺杂外延硅层，以转换成p或n型简并状态。6.如权利要求1的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，提供表面没有原子台阶和台面的硅基底材料，在该表面上形成原子台阶和台面，在不清除原子台阶和台面的条件下清洗该表面，并使包含原子台阶和台面的已清洗的表面形成多孔。7.如权利要求1的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，通过经化学清洗或气体腐蚀形成原子台阶和台面来获得包含台阶和台面的表面。8.如权利要求1的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，在提供的硅基底材料上形成有比提供的硅基底材料的杂质浓度高的外延硅层，以形成原子台阶和台面，在不清除原子台阶和台面的条件下清洗包含原子台阶和台面的表面，然后使外延硅层和硅基底材料的表面形成多孔。9.如权利要求1的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，原子台阶的周期为200nm或更大。10.如权利要求1的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，还包括外延生长包含杂质的硅基底材料，然后加热处理该基底材料，以把杂质从基底材料扩散至外延层的步骤。11.一种制造半导体基底部件的方法，该方法包括在硅基底材料上形成包括原子台阶和台面的表面，使表面多孔形成多孔层，并在其上形成非多孔半导体单晶膜从而提供第一部件的步骤；把第一部件和第二部件键合在一起，获得在其内侧有非多孔半导体单晶膜的多层结构的步骤；和除去多层结构中的多孔层的步骤。12.如权利要求11的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，利用在包含氢的还原气氛下的热处理，形成原子台阶和台面，然后在不消除原子台阶和台面的条件下清洗该表面，从而获得包括原子台阶和台面的表面。13.如权利要求12的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，包含氢的还原气氛包括100％的氢。14.如权利要求11的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，利用形成外延硅层形成原子台阶和台面，然后在不消除原子台阶和台面的条件下清洗该表面来获得包括原子台阶和台面的表面。15.如权利要求14的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，用杂质掺杂外延硅层，使其转换成p或n型简并状态。16.如权利要求11的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，提供表面没有原子台阶和台面的硅基底材料，在该表面上形成原子台阶和台面，在不消除原子台阶和台面的条件下清洗该表面，使包括原子台阶和台面的清洗过的该表面形成多孔。17.如权利要求11的制造半导体基底部件的方法，其特征在于，利用化学清洗或气体腐蚀形成原...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤信彦，松村聪，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]