本发明涉及到阳极氧化方法和装置以及半导体衬底制造方法，更确 切地说是涉及到用来在衬底上制作多孔层的阳极氧化方法和装置以及采 用阳极氧化方法作为部分工序的半导体衬底制造方法。

具有SOI(绝缘体上硅)结构的衬底(SOI衬底)即在绝缘层上 有单晶硅层的衬底。采用这种SOI结构的器件具有普通硅衬底无法得到 的许多优点。这些优点的例子如下：

(1)由于介电隔离容易而可提高集成度。

(2)可提高抗辐射能力。

(3)由于寄生电容小而可提高器件的工作速度。

(4)不需要制作阱的步骤。

(5)可防止闭锁。

(6)利用形成薄膜可制作完全耗尽的场效应晶体管。    

由于SOI结构有上述各种优点，故近几十年对它的制作方法进行 了各种研究。

作为一种SOI技术，用CVD(化学汽相淀积)方法在单晶蓝宝 石衬底上异质外延生长硅的SOS(蓝宝石上硅)技术早已为人所知。这 一SOS技术曾经被认为是最成熟的SOI技术。但由于例如硅层与下方蓝 宝石衬底之间的界面中的晶格失配产生大量晶体缺陷、组成蓝宝石的铝 混杂在硅层中、衬底昂贵以及难以获得大的面积，SOS技术至今未能得 到实际应用。

近来曾试图不用任何蓝宝石衬底来实现SOI结构。这些尝试可粗略 地分成二种方法。

在第一种方法中，对单晶硅衬底表面进行氧化，在氧化膜(SiO2层) 中制作窗口以部分暴露硅衬底。用暴露的部分作为籽晶，横向外延生长  单晶硅，从而在SiO2上制作单晶硅层(在此方法中，硅层淀积在SiO2 层上)。

在第二种方法中，单晶硅衬底本身用作有源层，而SiO2层制作在衬 底的下表面上(在此方法中，不淀积硅)。

已知的实现第一种方法的技术有：用CVD从单晶硅层沿水平方向直 接外延生长单晶硅的方法(CVD)、淀积非晶硅并借助于退火而在固相 中外延生长单晶硅的方法(固相外延生长)、用诸如电子束或激光束之 类的聚焦能量束辐照非晶硅层或多晶硅层以便借助于熔化再结晶而在 SiO2层上生长单晶硅层的方法(束退火)、或用棒状加热器扫描带状熔 区的方法(区域熔化再结晶)。

所有这些方法都具有优点和缺点以及许多控制、生产率、均匀性和 质量方面的问题，因而在工业应用的意义上一直未能得到实际应用。例 如，CVD为了制作平坦的薄膜而需要牺牲性氧化。固相外延生长的结晶 性不好。在束退火中，扫描聚焦束所要求的工艺时间以及对束的叠加或 聚焦点的调整的可控性都存在问题。区域熔化再结晶是最成熟的方法， 并在试验基础上已经制造了相当大规模的集成电路。但由于不希望有地 残留有大量诸如亚晶界之类的晶体缺陷，无法制造少数载流子器件。

下列四种技术可用作上述的第二种方法即不使用硅衬底作为外延生 长籽晶的方法。

作为第一种技术，在具有用各向异性腐蚀方法制作在表面中的V型 槽的单晶硅衬底上制作氧化膜。在氧化膜上淀积厚度几乎与单晶硅衬底 相同的多晶硅层。然后，从下表面抛光单晶硅衬底，从而在厚的多晶硅 层上制作具有被V形槽环绕和介电隔离的单晶硅区域的衬底。用这种技 术可制造具有满意结晶性的衬底。但存在与淀积厚度高达数百μm的多晶 硅的工序或与从下表面抛光单晶硅衬底以留下隔离的硅有源层的工序相 关的可控性和产率的问题。

第二种技术是SIMOW(用离子注入的氧进行隔离)。在此技术中， 氧离子被注入到单晶硅衬底之中以形成SiO2层。在此技术中，为了在衬 底中形成SiO2层，氧的注入剂量必须为1018(离子/cm2)或更高。这一 注入需要很长的时间，导致产率低而制造成本高。此外，由于产生了大 量晶体缺陷，对于制造少数载流子器件来说，其质量也太低。

作为第三种技术，借助于对多孔硅层进行氧化形成介电隔离而制作 SOI结构。在此技术中，用质子注入(见Imai等人的论文J.Crystal Growth,Vol.63,547(1983))或外延生长和图形化，在p型单晶硅衬 底表面上制作n型硅岛。将此衬底在HF溶液中进行阳极氧化，以便只 将n型硅岛周围的p型衬底转变成多孔结构。然后用加速氧化对n型硅 岛进行介电隔离。在此技术中，由于在器件工序之前必须确定待隔离的 硅区域，故器件设计的自由度受到限制。

作为第四种技术，借助于用退火或粘合剂将单晶硅衬底键合到另一 个热氧化的单晶硅衬底而制作SOI结构。在此技术中，用来制作器件的 有源层必须均匀地薄。更具体地说是，厚度为数百μm的单晶硅衬底必须 减薄到μm数量级或更薄。

抛光或选择性腐蚀可用来减薄衬底。

单晶硅衬底很难用抛光方法来均匀地减薄。特别是减薄到亚微米数 量级时，变化范围是百分之几十。随着晶片尺寸的增大，这一困难更明 显。

选择性腐蚀可用来均匀地减薄衬底。但选择比低速约102，腐蚀之后 的表面平整度很差，因而SOI层的结晶性不能令人满意。

在制作诸如光接收元件或投影液晶显示器件之类的接触传感器的过 程中，以玻璃衬底为代表的透明衬底是重要的。为了实现用于传感器或 显示器件的具有较高的密度和分辨率的高精密象素，需要高性能的驱动 元件。为此目的，已经出现了对在透明衬底上制作具有优异结晶性的单 晶硅层的要求。

但当硅层被淀积在以玻璃衬底为代表的透明衬底上时，只得到非晶 硅层或多晶硅层。这是由于透明衬底具有非晶结构，制作在此衬底上的 硅层反映了透明衬底晶体结构的无序性。

本发明人在日本专利特开平No.5-21338中公开了一种新的SOI技 术。在此技术中，用在单晶硅衬底上制作多孔层并在其表面上制作无孔 单晶层的方法得到的第一衬底，经由绝缘层被键合到第二衬底。然后， 此键合衬底叠层在多孔层处被分离成二个衬底，从而将无孔单晶层转移 到第二衬底。此技术由于SOI层的薄膜厚度均匀性好、可降低SOI层中 的晶体缺陷密度、SOI层的表面平整度好、不需要特别指标的昂贵制造 装置、且具有厚度约为数百埃到10μm的SOI膜的SOI衬底能够用同一 个制造装置来制造而很有优点。

本发明人还在日本专利特开平No.7-302889中公开了一种技术，用来 键合第一和第二衬底、从第二衬底分离第一衬底而不损坏第一衬底、平 整分离的第一衬底的表面、再次制作多孔层并重新使用多孔层。由于没 有浪费第一衬底，此技术的优点是大幅度降低了制造成本和简化了制造 工艺。

为了将键合衬底叠层分离成二个衬底同时又不损坏第一和第二衬 底，例如，当沿垂直于键合界面加力时，二个衬底沿相反的方向受拉， 切应力平行于键合界面施加(例如，二个衬底在平行于键合界面的平面 内沿相反方向被移动，或在沿圆周方向加力时沿相反方向旋转)，压力 沿垂直于键合界面的方向施加，诸如超声波之类的波能量被加于分离 区，剥离元件(例如刀之类的锋利刀片)平行于键合界面从键合衬底叠 层的侧表面插入到分离区中，采用充满用作分离区的多孔层的孔的物质 的膨胀能，用作分离区的多孔层被从键合衬底叠层的侧表面热氧化以使 多孔层的体积膨胀并分离衬底，或用作分离区的多孔层被从键合衬底叠 层的侧表面选择性地腐蚀以分离衬底。

多孔硅在1956年由正在研究半导体的电抛光的Uhlir等人发现(见 Uhlir,Bell Syst.Tech.J.,vol.35,333(1956))。借助于在HF溶液中对硅 衬底进行阳极氧化，能够制作多孔硅。

Unagami等人研究了阳极氧化时硅的溶解反应并报道空穴对于硅在 HF溶液中的阳极氧化反应是必须的，且反应如下(见T.,Unagami, J.Electrochem.Soc.,vol.127,476(1980))。

Si+2HF+(2-n)e+-→SiF2+2H+ne-

SiF2+2HF→SiF4+H2

SiF4+2HF-→H2SiF6

或

Si+4HF+(4-λ)e+-→SiF4+4H+λe-

SiF4+2HF → H2SiF6

其中e+和e-分别各表示空穴和电子，n和λ是溶解一个Si原子所需 的空穴数。据此，当n＞2或λ＞4时，就形成多孔硅。

上面的事实意味着具有空穴的p型硅被转变成多孔硅而n型硅未被 转变。Nagano等人和Imai曾报道这种转变的选择性(见Nagano, Nakajima,Anno,Onaka,Kajiwara,IEICE Technical Report,vol.79, SSD79-9549(1979)；K.Imai,Solid-State Electrinics,vol.24,159(1981))。

但也报道过n型在高浓度时转变成多孔硅(见R.P.Holmstrom, J.Y.Chi,Appl.Phys.Lett.,vol.42,386(1983))。因此选择能够转变成多孔 硅衬底而与p型或n型无关的衬底是重要的。

为了在硅衬底上制作多孔层，一对电极被支持在充满HF溶液的工艺 槽中，硅衬底被夹持在电极之间，并在电极之间通以电流。在此工艺中， 阳极的金属元素溶解于HF溶液中以沾污硅衬底。本发明人在日本专利公 开No.6-275598中曾公开一直用来解决这一问题的阳极氧化装置。在日 本专利公开No.6-275598中所公开的阳极氧化装置中，由硅材料制成的 导电膜被插入在硅衬底与阳极之间，从而用这一导电电极防止了阳极金 属元素对硅衬底的沾污。

为了方便键合衬底叠层的分离，多孔层的多孔率最好做得大到一定 程度。为了在多孔层上制作高质量的单晶硅层，多孔率最好做得小到一 定程度。因此，为了方便键合衬底叠层的分离同时又在多孔层上制作高 质量的单晶硅层，最好制作由多孔率不同的多孔层构成的多层结构的多 孔层。

考虑到上述要求而提出了本发明，其目的是提供一种适合于制作具 有多层结构的多孔层的方法和装置，以及提供一种采用此方法的制造半 导体衬底的方法。

根据本发明的一种情况，提供了一种在衬底上制作多孔层的阳极氧 化方法，其特征在于包含下列步骤：制备用来对衬底进行阳极氧化的阳 极氧化浴槽；在将衬底夹持在阳极氧化浴槽中的阳极和阴极之间的情况 下，在第一电解液中对待加工衬底进行阳极氧化；用第二电解液替换第 一电解液；以及在第二电解液中对衬底进行阳极氧化，从而在衬底上制 作具有多层结构的多孔层。

在此阳极氧化方法中，最好在用第一电解液进行的阳极氧化和用第 二电解液进行的阳极氧化之间，改变流过阳极和阴极的电流的密度。

在此阳极氧化方法中，最好在阳极和待加工衬底之间插入一个导电 膜以防止阳极对衬底的沾污。

在此阳极氧化方法中，导电膜最好安排成使从阳极流向待加工衬底 的全部电流都流经导电膜。

在此阳极氧化方法中，导电膜最好安排成覆盖正对着待加工衬底的 背表面的阳极表面。

在此阳极氧化方法中，导电膜最好安排成使与待加工衬底的表面相 接触即在阳极侧的电解液隔离于与阳极相接触的电解液。

在此阳极氧化方法中，至少正对着待加工衬底的导电膜的表面最好 由硅材料制成。

此阳极氧化方法最好还包含在每次改变阳极氧化条件时改变导电 膜。

此阳极氧化方法最好还包含对应于每种阳极氧化条件制备一种导电 膜，且每次改变阳极氧化条件时就使用对应于此条件的导电膜。

此阳极氧化方法最好还包含制作多孔率较低的多孔层作为待加工衬 底的表面层，以及制作多孔率较高的多孔层作为表面层的下层。

此阳极氧化方法最好还包含阳极氧化制作多孔率不大于30％的多孔 层作为表面层。

此阳极氧化方法最好还包含阳极氧化制作多孔率不小于30％的多孔 层作为表面层的下层。

此阳极氧化方法最好还包含阳极氧化制作厚度不大于5μm的多孔层 作为表面层的下层。

根据本发明的另一种情况，提供了一种在衬底上制作多孔层的阳极 氧化方法，其特征在于包含下列步骤：至少制备二个用来对衬底进行阳 极氧化的阳极氧化浴槽，在将衬底夹持在一个阳极氧化浴槽中的阳极和 阴极之间的情况下对待加工衬底进行阳极氧化，在将衬底夹持在下一个 阳极氧化浴槽中的阳极和阴极之间的情况下对衬底进行阳极氧化，从而 在衬底上制作具有多层结构的多孔层。

在此阳极氧化方法中，最好使用不同的电解液作为用来在至少二个 阳极氧化浴槽中的全部或几个中进行阳极氧化的电解液。

在此阳极氧化方法中，在至少二个阳极氧化浴槽中的全部或几个中 进行阳极氧化时，最好改变流过阳极和阴极的电流的密度。

在此阳极氧化方法中，最好在阳极和待加工衬底之间插入一个导电 膜以防止阳极对衬底的沾污。

在此阳极氧化方法中，导电膜最好安排成使从阳极流向待加工衬底 的全部电流都流经导电膜。

在此阳极氧化方法中，导电膜最好安排成覆盖正对着待加工衬底的 背表面的阳极表面。

在此阳极氧化方法中，导电膜最好安排成使与待加工衬底的表面相 接触即在阳极侧的电解液隔离于与阳极相接触的电解液。

在此阳极氧化方法中，至少正对着待加工衬底的导电膜的表面最好 由硅材料制成。

此阳极氧化方法最好还包含在每次改变阳极氧化条件时改变导电 膜。

此阳极氧化方法最好还包含对应于每种阳极氧化条件制备一种导电 膜，且每次改变阳极氧化条件时就使用对应于此条件的导电膜。

此阳极氧化方法最好还包含制作多孔率较低的多孔层作为待加工衬 底的表面层，以及制作多孔率较高的多孔层作为表面层的下层。

此阳极氧化方法最好还包含阳极氧化制作多孔率不大于30％的多孔 层作为表面层。

此阳极氧化方法最好还包含阳极氧化制作多孔率不小于30％的多孔 层作为表面层的下层。

此阳极氧化方法最好还包含阳极氧化制作厚度不大于5μm的多孔层 作为表面层的下层。

根据本发明的又一种情况，提供了一种半导体衬底制造方法，其特 征在于包含下列步骤：用上述阳极氧化方法中的任何一种方法来加工第 一衬底以便在第一衬底上制作至少一个无孔层、将第二衬底键合于第一 衬底的无孔层的表面、在多孔层部分处将键合衬底叠层分离成第一衬底 侧和第二衬底侧、以及清除留在被分离的第二衬底侧上的多孔层。

此半导体衬底制造方法最好还包含清除留在分离的第一衬底侧上的 多孔层以便能够重新使用第一衬底的步骤。

在此半导体衬底制造方法中，分离步骤最好还包含在具有多层结构 的多孔层中的多孔率高的部分处分离键合衬底叠层。

在此半导体衬底制造方法中，无孔层最好包含单晶硅层。

在此半导体衬底制造方法中，无孔层最好包含依次制作在多孔层上 的单晶硅层和氧化硅层。

在此半导体衬底制造方法中，无孔层最好含有化合物半导体层。

在此半导体衬底制造方法中，第二衬底最好包含硅衬底。

在此半导体衬底制造方法中，第二衬底最好包含具有在待要与第一 衬底键合的表面上制作的氧化硅层的衬底。

在此半导体衬底制造方法中，第二衬底最好包含透明衬底。

此半导体衬底制造方法最好还包含，在清除多孔层之后，对第二衬 底侧上的表面层进行整平的步骤。

在此半导体衬底制造方法中，整平步骤最好包含在含氢气氛中退 火。

在此半导体衬底制造方法中，清除多孔层的步骤最好包含用下列之 一作为腐蚀剂来选择性腐蚀多孔层：

a)氢氟酸，

b)在氢氟酸中加入乙醇和过氧化氢中的至少一种而制备的混合液，

c)缓冲的氢氟酸，以及

d)在缓冲的氢氟酸中加入乙醇和过氧化氢中的至少一种而制备的混 合液。

在此半导体衬底制造方法中，清除多孔层的步骤最好包含用对多孔 层的腐蚀速率高于对化合物半导体的腐蚀速率的腐蚀剂来选择性腐蚀多 孔层。

在此半导体衬底制造方法中，清除多孔层的步骤最好包含用无孔层 作为停止层而对多孔层进行选择性抛光。

在此半导体衬底制造方法中，键合步骤最好包含使具有无孔层的第 一衬底与第二衬底紧密接触的步骤。

在此半导体衬底制造方法中，键合步骤最好包含，在使具有无孔层 的第一衬底与第二衬底紧密接触的步骤之后，执行选自阳极键合、加压、 加热或其组合之中的一个工序。

根据本发明的另一种情况，提供了一种用来在衬底上制作多孔层的 阳极氧化装置，其特征在于包含：具有阳极和阴极的阳极氧化浴槽、多 个用来储存待要馈送到阳极氧化浴槽的电解液的容器、用来选择性地将 储存在多个容器中任何一个中的电解液馈送到阳极氧化浴槽的馈送机 构、以及用来将电解液从阳极氧化浴槽排回到馈送此电解液的容器中的 排放机构。

此阳极氧化装置最好还包含用来将导电膜夹持在阳极和待加工衬底 之间的夹持机构，此导电膜防止阳极对衬底的沾污。

在此阳极氧化装置中，夹持机构最好将导电膜夹持成使阳极到待加 工衬底的全部电流都流过此导电膜。

在此阳极氧化装置中，夹持机构最好将导电膜夹持成覆盖正对着待 加工衬底的背表面的阳极表面。

在此阳极氧化装置中，夹持机构最好将导电膜夹持成使与待加工衬 底的表面相接触即在阳极侧的电解液隔离于与阳极相接触的电解液。

在此阳极氧化装置中，至少正对着待加工衬底的导电膜的表面最好 由硅材料制成。

在此阳极氧化装置中，夹持机构最好可拆卸地夹持导电膜。

根据本发明的另一种情况，提供了一种在衬底上制作多孔层的阳极 氧化装置，其特征是包含至少二个各具有阳极和阴极的阳极氧化浴槽以 及用来将在一个阳极氧化浴槽中阳极氧化的衬底转移到下一个阳极氧化 浴槽中去的传送机构。

在此阳极氧化装置中，衬底最好在不同的条件下在至少二个阳极氧 化浴槽中的全部或几个中被阳极氧化。

此阳极氧化装置最好还包含用来清洗在至少二个阳极氧化浴槽中的 最后一个阳极氧化浴槽中加工过的衬底的清洗单元，以及用来干燥被清 洗单元清洗过的衬底的干燥单元。

在此阳极氧化装置中，每个阳极氧化浴槽最好包含用来将导电膜夹 持在阳极和待加工衬底之间的夹持机构，此导电膜防止了阳极对衬底的 沾污。

在此阳极氧化装置中，夹持机构最好将导电膜夹持成使阳极到待加 工衬底的全部电流都流过此导电膜。

在此阳极氧化装置中，夹持机构最好将导电膜夹持成覆盖正对着待 加工衬底的背表面的阳极表面。

在此阳极氧化装置中，夹持机构最好将导电膜夹持成使与待加工衬 底的表面相接触即在阳极侧的电解液隔离于与阳极相接触的电解液。

在此阳极氧化装置中，至少正对着待加工衬底的导电膜的表面最好 由硅材料制成。

在此阳极氧化装置中，夹持机构最好可拆卸地夹持导电膜。

从参照附图对本发明实施例的下列详细描述中，本发明的进一步目 的、特点和优点将变得明显。

图1A-1F示出了根据本发明最佳实施例制造半导体衬底的各个步 骤；

图2示出了根据第一实施例的阳极氧化装置的示意设置；

图3示出了根据第二实施例的阳极氧化装置的示意设置；

图4示出了根据第三实施例的阳极氧化装置的示意设置；

图5示出了第三实施例的一种变更；

图6示出了能够进行多个衬底的批处理的图5所示阳极氧化浴槽的 改进的例子；

图7示出了根据第四实施例的阳极氧化装置的示意设置；以及

图8示出了与图7所示阳极氧化装置相结合的自动工艺线的示意设 置。

下面参照附图来描述本发明的最佳实施例。

首先描述根据本发明最佳实施例的制造半导体衬底的步骤。图1A-1F 示出了根据本实施例制造半导体衬底的各个步骤。在图1A所示的步骤 中，制备了单晶硅衬底11，并在单晶硅衬底11的上表面侧制作了具有 不同的多孔率的二个多孔层12和13。也可以制作三个或更多个多孔层。

最上部的多孔层12最好具有较低的多孔率，例如30％或更低，以便 在其上制作高质量的外延层。另一方面，第二多孔层13最好具有高的多 孔率，例如30％或更高，以便易于分离。多孔层13的厚度最好是例如 5μm或更小。

在图1B所示的步骤中，在最上部多孔层12上制作至少一个无孔层。 得到的结构用作第一衬底。在图1B所示的例子中，制作了二个无孔层14 和15。例如单晶硅层适合于用作无孔层14。此单晶硅层可用作有源层。 例如SiO2层适合于用作上表面侧上的无孔层15。此SiO2层适合于从结 合界面隔离有源层。

多晶硅层、非晶硅层、金属层、化合物半导体层、或超导层也适合 于用作无孔层。此时在无孔层上可以制作诸如MOSFET之类的器件。

在图1C所示的步骤中，在室温下使第一衬底与独立制备的第二衬底 在中间夹入无孔层的情况下彼此紧密接触。然后用阳极键合、加压、加 热或它们的组合，将第一和第二衬底键合。

当单晶硅层被制作成无孔层14时，最好在用例如上述的热氧化方法 在单晶硅层表面上制作SiO2层之后对第一和第二衬底进行键合。

除硅衬底之外，具有在其上制作的SiO2层的硅衬底、由氧化硅玻璃 组成的透明衬底、石英或蓝宝石晶片也适合于用作第二衬底。但第二衬 底不局限于此，任何其它的衬底只要具有足够平坦的键合表面就能够采 用。

当无孔层14不由硅制成，或没有硅衬底被用作第二衬底16时，不 必制作作为绝缘层的无孔层15。

在键合过程中，可在第一和第二衬底之间插入另一个绝缘薄片以形 成一个三层结构。

在图1D所示的步骤中，键合衬底叠层在多孔层13处被分离成二个 衬底。为了分离键合衬底叠层，例如诸如水的流体被注入到衬底之间， 加上了压力，加上诸如拉力或剪切力之类的外力，多孔硅层13被从周边 部分扩展氧化使之在多孔硅层13中产生内压力，利用脉冲形状的热变化 将热应力加于多孔硅层13，或使多孔硅层13软化。也可以使用任何其 它的方法。

在图1E所示的步骤中，第二衬底16上的多孔层12和13被清除。 倘若无孔层14是单晶硅层，则只有多孔硅层12和13被无电湿法化学腐 蚀过程腐蚀，此无电湿法化学腐蚀过程使用选自下列腐蚀剂中的至少一 种：用来腐蚀硅的普通腐蚀剂、作为用来选择性腐蚀多孔硅的腐蚀剂的 氢氟酸、用在氢氟酸中加入乙醇和过氧化氢中的至少一种而制备的混合 液、缓冲的氢氟酸、或用在缓冲的氢氟酸中加入乙醇和过氧化氢中的至 少一种而制备的混合液，从而在第二衬底16上留下无孔层14和15。由 于无孔硅层具有大的表面积，如上所述，即使采用普通硅腐蚀剂，也仅 仅能够选择性腐蚀多孔硅。

作为变通，可以采用无孔层14作为抛光停止层来选择性清除多孔硅 层12和13。

倘若化合物半导体层被制作成无孔层14，则用对硅的腐蚀速率高于 对化合物半导体的腐蚀速率的腐蚀剂只能够选择性化学腐蚀多孔硅层12 和13，在第二衬底16上留下单晶化合物半导体层(无孔层14)。作为 变通，借助于用单晶化合物半导体层(无孔层14)作为停止层进行抛光， 可选择性清除多孔硅层12和13。

图1E示出了用上述各步骤制造的半导体衬底。根据上述各步骤，能 够在第二衬底16的整个区域中制作具有均匀厚度的平坦无孔薄膜(例如 单晶硅薄膜)。

例如，具有单晶硅层作为表面侧无孔层14和SiO2层作为内部无孔层 15的半导体衬底可以用作SOI衬底。倘若绝缘衬底被用作第二衬底16， 则能够制造适合于制作电绝缘电子元件。

在图1F所示的步骤中，留在第一衬底侧即单晶硅衬底11上的多孔 层13被清除。若表面平整度超出可允许的范围，则对单晶硅衬底11的 表面进行整平。用这一工艺，可将此衬底用作制作第一衬底的衬底(单 晶硅衬底11)或第二衬底16。

下面描述用来执行图1A所示的步骤亦即制作具有多层结构的多孔 层的阳极氧化装置的实施例。

[第一实施例]

在本实施例的阳极氧化装置中，每次制作一个多孔层，阳极氧化浴 槽中的电解液都被替换以改变阳极氧化条件，从而制作具有多层结构的 多孔层。

图2示出了根据第一实施例的阳极氧化装置的示意设置。此阳极氧 化装置包含阳极氧化浴槽101、溶液容器121、122、131和132、以 及溶液馈送与清除机构。

阳极氧化浴槽101具有阴极(例如由铂制成的)104、将阴极104 固定在浴槽中的阴极夹具105、阳极(例如由铂制成的)106、将阳极 106固定在浴槽中的阳极夹具107、以及将待要加工的硅衬底102固定在 一对电极104和106之间的衬底夹具103。衬底夹具103有一个用来使 待加工衬底102的下表面与阳极106侧的电解液部分接触的窗口部分。

在此阳极氧化浴槽101中，在硅衬底102被安装在衬底夹具103上 时，待要加工的硅衬底102的阴极104侧，亦即在硅衬底上制作有多孔 层的一侧，与硅衬底102的阳极106侧隔离。

阳极氧化浴槽101的阴极侧充以容器121或122中的电解液。阳极 侧充以容器131或132中的电解液。

充满阳极氧化浴槽101的阴极侧的电解液与充满阳极侧的电解液可 以是相同的电解液或不同的电解液。用来进行阳极氧化的电解液，亦即 含HF的电解液，必须用作充满阳极氧化浴槽101的阴极侧的电解液。 但充满阳极侧的电解液只需要具有适当的导电性即可。为了防止阴极侧 的电解液与阳极侧的电解液的混合所引起的不利影响，两个电解液最好 是同一种类型。

下面描述假设第一电解液141和151分别储存在第一和第二容器121 和131中，而不同于第一电解液的第二电解液142和152分别储存在第 三和第四容器122和132中。不同的电解液意味着具有不同的化学物质 混合比的电解液即具有不同的组分的电解液。

在此阳极氧化装置中，首先，用第一电解液141和151对硅衬底102 进行阳极氧化以形成第一多孔层。随后，用第二电解液142和152对硅 衬底102进行阳极氧化以形成第二多孔层。

下面详细描述阳极氧化装置的工艺流程。

首先，排出阳极氧化浴槽101中的电解液，关闭阀门161和163。 此时，用自动传送机械手之类将待要加工的硅衬底102传送到衬底夹具 103并用真空吸盘机构(未示出)的吸力加以固定。

将阀门162打开到第一容器121侧。第一电解液141被泵172抽起 并通过过滤器181馈送到阳极氧化浴槽101的阴极侧。同时阀门164打 开到第二容器131侧。第一电解液151被泵174抽起并通过过滤器182 馈送到阳极氧化浴槽101的阳极侧。

当阳极氧化浴槽101的阴极侧和阳极侧分别被第一电解液141和151 充满时，具有第一电流值的电流在预定的时间内流过阴极104和阳极106 以对硅衬底102进行阳极氧化，从而在硅衬底102的阴极侧上形成第一 多孔层。

随后，为了用第二电解液替换阳极氧化浴槽101中的第一电解液， 阀门161打开到第一容器121侧。第一电解液被泵171从阴极侧的阳极 氧化浴槽101的下部排出到第一容器121，再关闭阀门161。同时，将 阀门163打开到第二容器131侧。第一电解液被泵173从阳极侧的阳极 氧化浴槽101的下部排出到第二容器131，再关闭阀门163。

接着，将阀门162打开到第三容器122侧。第二电解液被泵172抽 起并通过过滤器181馈送到阳极氧化浴槽101的阴极侧。同时阀门164 打开到第四容器132侧。第二电解液152被泵174抽起并通过过滤器182 馈送到阳极氧化浴槽101的阳极侧。在将第二电解液142和152馈送到 阳极氧化浴槽101之前，最好用水之类的清洗液清洗阳极氧化浴槽101 的内部。在清洗完成时，最好从阳极氧化浴槽101完全排出清洗液以防 止对下次待要馈送的电解液产生任何不利的影响。

当阳极氧化浴槽101的阴极侧和阳极侧分别被第二电解液142和152 充满时，具有第二电流值的电流在预定的时间内流过阴极104和阳极106 以对硅衬底102进行阳极氧化，从而在硅衬底102的阴极侧上形成第二 多孔层。此多孔层制作在第一多孔层的下表面上。

将阀门161打开到第三容器122侧。第二电解液被泵171从阴极侧 上阳极氧化浴槽101的下部排出到第三容器122，再关闭阀门161。同 时，将阀门163打开到第四容器132侧。第二电解液被泵173从阳极侧 上阳极氧化浴槽101的下部排出到第四容器132，再关闭阀门163。

在将第二电解液142和152排出之后，最好用水之类的清洗液清洗 阳极氧化浴槽101的内部。在清洗完成时，最好从阳极氧化浴槽101完 全排出清洗液以防止对下次待要馈送的电解液产生任何不利的影响。

在制作第二多孔层之后，借助于再次用第一电解液141和151或其 它电解液充满阳极氧化浴槽101，可制作第三多孔层。重复这一工艺就 可制作更多的多孔层。 [第二实施例]

本实施例的阳极氧化装置具有多个阳极氧化浴槽。用这一安排，每 制作一个多孔层就更换阳极氧化浴槽，从而制作具有多层结构的多孔 层。

图3示出了根据第二实施例的阳极氧化装置的示意安排。此阳极氧 化装置被用来制作具有四层结构的多孔层且包含四个阳极氧化浴槽 101a、101b、101c和101d。阳极氧化浴槽101a、101b、101c和101d 中的每一个基本上具有与图2所示的阳极氧化浴槽101相同的设置并包 含一对电极104和106以及衬底夹具103。

阳极氧化浴槽101a、101b、101c和101d分别充以第一、第二、 第三和第四电解液201、202、203和204。第三电解液203可以与第 一电解液201相同。第四电解液204可以与第一或第二电解液201或202 相同。

根据此阳极氧化装置，在硅衬底102在一个阳极氧化浴槽中被加工 之后，硅衬底102被转移到充以不同的电解液的另一个阳极氧化浴槽以 改变阳极氧化条件并执行下一工序。因此，电解液不必在每制作一个多 孔层后进行变换。此外，由于空出的阳极氧化浴槽能够用来加工下一个 硅衬底102，故能够实现高产出。

更确切地说是，首先，硅衬底102被安装在充以第一电解液201的 第一阳极氧化浴槽101a的衬底夹具103上，并在第一条件下被阳极氧 化。随后，硅衬底102被安装在充以第二电解液202的第二阳极氧化浴 槽101b的衬底夹具103上，并在第二条件下被阳极氧化。然后，硅衬底 102被安装在充以第三电解液203的第三阳极氧化浴槽101c的衬底夹具 103上，并在第三条件下被阳极氧化。最后，硅衬底102被安装在充以第 四电解液204的第四阳极氧化浴槽101d的衬底夹具103上，并在第四条 件下被阳极氧化。

[第三实施例]

本实施例是第一实施例的阳极氧化装置的一种改进。在根据第三实 施例的阳极氧化装置中，防止了待要加工的硅衬底102被溶解于电解液 中的阳极金属材料(例如铂)沾污。

图4示出了根据第三实施例的阳极氧化装置的示意安排。

在此阳极氧化装置中，用来防止电解液沾污的导电膜108和待要加 工的硅衬底102插入在阳极106a和电解液之间。此导电膜108最好由硅 衬底(更具体地说是具有几乎与待要加工的硅衬底102相同的电阻率的 硅衬底)组成。倘若导电膜108由与待要加工的硅衬底102相同的材料 制成，则能够防止待要加工的硅衬底102被沾污。

导电膜108最好是可拆卸的。例如，在图4所示的例子中，在阳极 106a的表面上或在阳极夹具107a中，最好安装真空吸盘机构。导电膜 108与阳极106a必须电连接。当在导电膜108与阳极106a之间形成间隙 时，此间隙必须充以导电液或导电材料。

当硅衬底要用此阳极氧化装置加工时，将导电膜108安装在阳极夹 具107a上，然后用第一电解液141和151充满阳极氧化浴槽101以加工 硅衬底102。然后，在用第二电解液142和152更换第一电解液141和 151而不更换导电膜108之后，可加工硅衬底102。

但例如当使用与待要加工的硅衬底型号相同的硅衬底作为导电膜， 且电解液(例如含HF的溶液)作为充满阳极106a侧的电解液151和152 时，每次更换电解液时最好用各个电解液的专用导电膜来更换导电膜。 其理由如下。

当待要加工的硅衬底102与导电膜108之间的空间被诸如含HF的溶 液之类的电解液充满且进行阳极氧化时，多孔层不仅形成在待要加工的 硅衬底102的阴极侧，而且形成在导电膜108的阴极侧。当在对大量硅 衬底102反复改变阳极氧化条件的情况下制作具有多层结构的多孔层 时，在导电膜108上就形成由大量多孔率不同的多孔层组成的厚的多层 结构。最终，多孔层破裂，以致沾污浴槽内部或待要加工的硅衬底。导 电膜108上的多孔层发生破裂的可能原因如下。

1)由于具有不同多孔率的多孔层被堆叠起来，故孔壁承受不了应 力。

2)当多孔率高的多孔层制作在多孔率低的多孔层之下(之内)时， 多孔率高的多孔层的多孔率与从导电膜108表面到多孔层的深度(多孔 层的总厚度)成比例增大。因此，当大量硅衬底被加工时，制作在导电 膜108最深处的多孔层的多孔率就达到击破孔壁的临界值。

当阳极氧化在相同的条件下重复时，不容易发生孔壁破裂。这是因 为沿导电膜108的深度方向保持了几乎恒定的多孔率。

下面描述采用此阳极氧化装置来制作多孔层的适当的工艺手续。此 时，假设要在25个硅衬底的每一个上制作具有多层结构的多孔层。

首先，排出阳极氧化浴槽101中的电解液，关闭阀门161和163。 此时，用自动传送机械手之类传送第一电解液151的导电膜108并将其 固定在阳极夹具107a上。

用自动传送机械手之类传送待要加工的第一硅衬底102并将其固定 在衬底夹具103上。

将阀门162打开到第一容器121侧。第一电解液141被泵172抽起 并通过过滤器181馈送到阳极氧化浴槽101的阴极侧。同时打开阀门164 到第二容器131侧。第一电解液151被泵174抽起并通过过滤器182馈 送到阳极氧化浴槽101的阳极侧。

当阳极氧化浴槽101的阴极侧和阳极侧分别被第一电解液141和151 充满时，具有第一电流值的电流在预定的时间内流过阴极104和阳极 106a以对第一硅衬底102进行阳极氧化，从而在硅衬底102的阴极侧上 形成第一多孔层。

阀门161打开到第一容器121侧。第一电解液被泵171从阴极侧的 阳极氧化浴槽101的下部排出到第一容器121，再关闭阀门161。同时， 将阀门163打开到第二容器131侧。第一电解液被泵173从阳极侧的阳 极氧化浴槽101的下部排出到第二容器131，再关闭阀门163。

用第二硅衬底102更换固定在衬底夹具103上的第一硅衬底102。

将阀门162打开到第一容器121侧。第一电解液141被泵172抽起 并通过过滤器181馈送到阳极氧化浴槽101的阴极侧。同时打开阀门164 到第二容器131侧。第一电解液151被泵174抽起并通过过滤器182馈 送到阳极氧化浴槽101的阳极侧。

当阳极氧化浴槽101的阴极侧和阳极侧分别被第一电解液141和151 充满时，具有第一电流值的电流在预定的时间内流过阴极104和阳极 106a以对硅衬底102进行阳极氧化，从而在硅衬底102的阴极侧上形成 第一多孔层。

重复此工艺直至得到第25个硅衬底102。

随后，为了用第二电解液更换阳极氧化浴槽101中的第一电解液， 将阀门161打开到第一容器121侧。第一电解液被泵171从阴极侧的阳 极氧化浴槽101的下部排出到第一容器121，再关闭阀门161。同时， 将阀门163打开到第二容器131侧。第一电解液被泵173从阳极侧的阳 极氧化浴槽101的下部排出到第二容器131，再关闭阀门163。

用自动传送机械手之类传送第二电解液152的导电膜108并将其固 定在阳极夹具107a上。

然后，将阀门162打开到第三容器122侧。第二电解液142被泵172 抽起并通过过滤器181馈送到阳极氧化浴槽101的阴极侧。同时打开阀 门164到第四容器132侧。第二电解液152被泵174抽起并通过过滤器 182馈送到阳极氧化浴槽101的阳极侧。在将第二电解液142和152馈送 到阳极氧化浴槽101之前，最好用水之类的清洗液清洗阳极氧化浴槽101 的内部。在清洗完成时，最好从阳极氧化浴槽101完全排出清洗液以防 止对下次待要馈送的电解液产生任何不利的影响。

当阳极氧化浴槽101的阴极侧和阳极侧分别被第二电解液142和152 充满时，具有第二电流值的电流在预定的时间内流过阴极104和阳极 106a以对硅衬底102进行阳极氧化，从而在硅衬底102的阴极侧上形成 第二多孔层。此多孔层制作在第一多孔层的下侧。

阀门161打开到第三容器122侧。第二电解液被泵171从阴极侧的 阳极氧化浴槽101的下部排出到第三容器122，再关闭阀门161。同时， 将阀门163打开到第四容器132侧。第二电解液被泵173从阳极侧的阳 极氧化浴槽101的下部排出到第四容器132，再关闭阀门163。

用第二硅衬底102更换固定在衬底夹具103上的第一硅衬底102。

然后，将阀门162打开到第三容器122侧。第二电解液142被泵172 抽起并通过过滤器181馈送到阳极氧化浴槽101的阴极侧。同时打开阀 门164到第四容器132侧。第二电解液152被泵174抽起并通过过滤器 182馈送到阳极氧化浴槽101的阳极侧。

当阳极氧化浴槽101的阴极侧和阳极侧分别被第二电解液142和152 充满时，具有第二电流值的电流在预定的时间内流过阴极104和阳极 106a以对硅衬底102进行阳极氧化，从而在硅衬底102的阴极侧上形成 第二多孔层。

重复此工艺直至得到第25个硅衬底102。

最后，将阀门161打开到第三容器122侧。第二电解液被泵171从 阴极侧上阳极氧化浴槽101的下部排出到第三容器122，再关闭阀门 161。同时，将阀门163打开到第四容器132侧。第二电解液被泵173 从阳极侧上阳极氧化浴槽101的下部排出到第四容器132，再关闭阀门 163。在将第二电解液142和152排出之后，最好用水之类的清洗液清洗 阳极氧化浴槽101的内部。在清洗完成时，最好从阳极氧化浴槽101完 全排出清洗液以防止对下次待要馈送的电解液产生任何不利的影响。

在上述一系列工序中，每次更换硅衬底102时，电解液被暂时从阳 极氧化浴槽101排出。但当同一类型的电解液被馈送到阳极氧化浴槽101 的阴极侧和阳极侧时，特别是当不需要考虑用来传送硅衬底102的自动 传送机械手的腐蚀时，硅衬底102可以在保持电解液充满阳极氧化浴槽 101的情况下进行更换。

在制作第二多孔层之后，借助于再次用第一电解液141和151或另 一种电解液充满阳极氧化浴槽101，可制作第三多孔层。重复此工序就 可制作更多的多孔层。

图5示出了第三实施例的一种变更。图5所示的阳极氧化浴槽301 具有只用来固定导电膜108的导电膜夹具103a。在用导电液充满导电膜 108与阳极106之间的间隙的情况下使用阳极氧化浴槽301。此导电液只 是用来电连接导电膜108和阳极106，因此，不必在每次制作待要加工 的硅衬底102上的具有多层结构的多孔层时进行更换。阳极氧化浴槽301 被例如图4所示的阳极氧化浴槽101代替。

图6示出了图5、所示的阳极氧化浴槽的一个改进的例子，此例子能 够批量加工大量的衬底。阳极氧化浴槽401具有多个衬底夹具103。

在此实施例中，借助于用导电液充满其间的间隙，导电膜与待要加 工的硅衬底被电连接起来。但导电膜与待要加工的硅衬底也可以彼此直 接接触。

[第四实施例]    

此实施倒是第二实施例的阳极氧化装置的一种改进。根据第四实施 例的阳极氧化装置具有用来防止待要加工的硅衬底102被溶解于电解液 中的阳极106a的金属材料(例如铂)沾污的装置。

图7示出了根据第四实施例的阳极氧化装置的示意设置。

在此阳极氧化装置中，用来防止电解液沾污的导电膜108和待要加 工的硅衬底102被插入在阳极106a和电解液之间。此导电膜108最好由 硅衬底(更具体地说是具有与待要加工的硅衬底几乎相同的电阻率的硅 衬底)组成。当导电膜108由与待要加工的硅衬底102相同的材料制成 时，能够防止待要加工的硅衬底102受到沾污。

导电膜108最好是可拆卸的。例如，在图7所示的例子中，真空吸 盘机构最好排列在阳极106a表面上或在阳极夹具107a中。导电膜108 和阳极106a必须电连接。当在导电膜108和阳极106a之间形成间隙时， 必须用导电液或导电材料充满此间隙。

本实施例的阳极氧化装置具有多个阳极氧化浴槽。用这一安排，每 制作一个多孔层，就更换阳极氧化浴槽，从而制作具有多层结构的多孔 层。由于每个阳极氧化浴槽中的阳极氧化能够在相同的条件下执行，故 不必考虑第三实施例所述的问题，亦即导电膜108破裂的问题。由于不 需要频繁更换导电膜108，故此阳极氧化装置在产出方面是优异的。

用此阳极氧化装置的工艺手续与第二实施例相同。

本实施例的阳极氧化装置的各个第一阳极氧化浴槽101a、101b、 101c和101d可以用图5所示的阳极氧化浴槽301或图6所示的阳极氧化 浴槽401来代替。

在本实施例中，借助于用导电液充满其间的间隙而电连接导电膜与 待要加工的硅衬底。但导电膜与待要加工的硅衬底也可以彼此直接接 触。

图8示出了组合有图7所示的阳极氧化装置的自动工艺线的示意安 排。此自动制造线具有二个用来制作具有双层结构的多孔层的阳极氧化 浴槽101a和101b。实际上也可以采用三个或更多的阳极氧化浴槽。

下面描述此自动制造线的工艺手续。

用来储存待要加工的硅衬底102的晶片载体702被安装在装料器701 上。借助于操作控制面板(未示出)指示工艺的开始。

响应于此，第一传送机械手721借助于从晶片下表面吸住晶片而从 晶片载体702取出一个硅衬底102并将其浸入阴极104侧的第一阳极氧 化浴槽101a。第二传送机械手722借助于从晶片下表面吸住晶片而接收 硅衬底102并将硅衬底102移动到硅衬底102与衬底夹具103的吸盘表 面相接触的位置。此时，衬底夹具103的真空吸盘机构被启动以便将硅 衬底102吸住在吸盘表面上。

预定的电流流过第一阳极氧化浴槽101a的电极104和106a，从而 在硅衬底102表面上形成第一多孔层。

在第二传送机械手722借助于从其下表面吸住第一阳极氧化浴槽 101a中的硅衬底102，且撤消对衬底夹具103的真空吸引之后，硅衬底 102被从衬底夹具103分离。硅衬底102被从第二传送机械手722转移到 第一传送机械手721。

硅衬底102被第一机械手721传送到第二阳极氧化浴槽101b，转移 到第二传送机械手722，并固定在第二阳极氧化浴槽101b的衬底夹具103 上。

预定的电流流过第一阳极氧化浴槽101b的电极104和106a，从而 在硅衬底102上的第一多孔层下方形成第二多孔层。

在第二传送机械手722借助于从其下表面吸住第二阳极氧化浴槽 101b中的硅衬底102，且撤消对衬底夹具103的真空吸引之后，硅衬底 102被从衬底夹具103分离。硅衬底102被从第二传送机械手722转移到 第一传送机械手721。

硅衬底102被第一传送机械手721储存在已经预先浸入在洗涤容器 703中的晶片载体702中。

上述工序被连续执行以加工装料器701上晶片载体702中的所有硅 衬底102并将它们储存在洗涤容器703中的载体702中。然后清洗硅衬 底102。

在将它们继续储存在晶片载体702中的情况下，第三机械手731取 出硅衬底102，并将它们传送到旋转干燥器704。在硅衬底102被旋转 干燥器704干燥之后，第三机械手731将硅衬底102传送到卸载器705， 同时使它们继续储存在晶片载体702中。

下面描述用上述阳极氧化装置进行阳极氧化的例子。

[例1]

单晶硅衬底被安置在上述各实施例的各个阳极氧化装置中，并制作 具有双层结构的多孔层。第一和第二阳极氧化条件如下。

＜第一阳极氧化条件＞

电流密度           7(mA/cm2)

阳极氧化溶液       HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          11(min)

多孔硅层厚度(目标)12(μm)

多孔率(目标)      达24％ ＜第二阳极氧化条件＞

电流密度          10(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶2∶2

工艺时间          3(min)

多孔硅层厚度(目标)3(μm)

多孔率(目标)     达35％

在每一种第一至第四实施例的阳极氧化装置中，能够制造具有双层 结构多孔层的衬底。在每一种第二和第四阳极氧化装置中，采用两个阳 极氧化浴槽。

在第三实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上制作第 一多孔层之后，更换电解液和导电膜，并在25个硅衬底的每一个上制作 第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层不破裂。

在第四实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上相继制 作第一和第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层 不破裂。

[例2]

单晶硅衬底被安置在上述各实施例的各个阳极氧化装置中，并制作 具有三层结构的多孔层。第一至第三阳极氧化条件如下。 

＜第一阳极氧化条件＞

电流密度          7(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          11(min)

多孔硅层厚度(目标)12(μm)

多孔率(目标)      达24％ ＜第二阳极氧化条件＞

电流密度          10(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶2∶2

工艺时间          3(min)

多孔硅层厚度(目标)3(μm)

多孔率(目标)      达35％ ＜第三阳极氧化条件＞

电流密度          7(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          1(min)

多孔硅层厚度(目标)1.1(μm)

多孔率(目标)      达25％

在每一种第一至第四实施例的阳极氧化装置中，能够制造具有三层 结构多孔层的衬底。在每一种第一和第三实施例的阳极氧化装置中，第 一和第三阳极氧化工序的阳极氧化溶液从第一和第二容器馈送，而第二 阳极氧化工序的阳极氧化溶液从第三和第四容器馈送。在每一种第二和 第四实施例的阳极氧化装置中，采用三个阳极氧化浴槽。

在第三实施例的阳极氧化装置中，设置第一导电膜，并在第一阳极 氧化条件下在25个硅衬底的每一个上制作第一多孔层。随后，设置第二 导电膜，并在第二阳极氧化条件下在25个硅衬底的每一个上制作第二多 孔层。然后，设置第三导电膜，并在第三阳极氧化条件下在25个硅衬底 的每一个上制作第三多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的 多孔层不破裂。

在第四实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上相继制 作第一至第三多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层 不破裂。

[例3]

单晶硅衬底被安置在上述各实施例的各个阳极氧化装置中，并制作 具有双层结构的多孔层。第一和第二阳极氧化条件如下。

＜第一阳极氧化条件＞

电流密度          7(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          5(min)

多孔硅层厚度(目标)6(μm)

多孔率(目标)      达24％ ＜第二阳极氧化条件＞

电流密度          30(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          110(sec)

多孔硅层厚度(目标)3(μm)

多孔率(目标)      达40％

在每一种第一至第四实施例的阳极氧化装置中，能够制造具有双层 结构多孔层的衬底。在每一种第二和第四阳极氧化装置中，采用两个阳 极氧化浴槽。

在第三实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上制作第 一多孔层之后，更换电解液和导电膜，并在25个硅衬底的每一个上制作 第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层不破裂。

在第四实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上相继制 作第一和第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层 不破裂。

[例4]

单晶硅衬底被安置在上述各实施例的各个阳极氧化装置中，并制作 具有双层结构的多孔层。第一和第二阳极氧化条件如下。

＜第一阳极氧化条件＞

电流密度          7(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          11(min)

多孔硅层厚度(目标)12(μm)

多孔率(目标)      达24％ ＜第二阳极氧化条件＞

电流密度          10(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶2∶2

工艺时间          3(min)

多孔硅层厚度(目标)3(μm)

多孔率(目标)     达35％

在每一种第一至第四实施例的阳极氧化装置中，能够制造具有双层 结构多孔层的衬底。在每一种第二和第四阳极氧化装置中，采用两个阳 极氧化浴槽。

在第三实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上制作第 一多孔层之后，更换电解液和导电膜，并在25个硅衬底的每一个上制作 第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层不破裂。

在第四实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上相继制 作第一和第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层 不破裂。

具有多孔层的衬底在氧气氛中于400℃被氧化1小时。在此氧化时， 多孔硅层中的各个孔的内壁被热氧化膜覆盖。

然后，用CVD(化学汽相淀积)方法在多孔硅层上外延生长0.3μm 厚的单晶硅层。生长条件如下。由于在外延生长的初始阶段多孔硅层暴 露于氢气中，故表面的孔被填充以致整平表面。

＜外延生长条件＞

源气体          SiH2Cl2/H2

气体流速        0.5/180(升/min)

气体压力        80(Torr)

温度            950(℃)

生长速率        0.3(μm/min)

随后，用热氧化方法在外延生长的单晶硅层的表面上制作厚度为 200nm的SiO2层(第一衬底完成)。

使这一SiO2层的表面与独立制备的硅衬底(第二衬底)紧密接触， 这些衬底是用1000℃下退火1小时的方法键合的。

将直径为0.2mm的水流注射到键合衬底叠层的倾斜间隙中以便将键 合衬底叠层在第二(下部)多孔硅层处分离成二个衬底。

留在第二衬底上的多孔硅层用由49％的氢氟酸、30％的过氧化氢和 水组成的混合液腐蚀。此时，单晶硅层起腐蚀停止层的作用，故多孔硅 层被选择性腐蚀。

腐蚀剂对无孔单晶硅的腐蚀速率是很低的，而多孔单晶硅的腐蚀速 率对无孔单晶硅的腐蚀速率之比值达到105或更大。因此，对于实际使用 来说，无孔层的腐蚀量(大约数十埃)可以忽略不计。

用上述工艺得到了在氧化硅膜上具有厚度为0.2μm的单晶硅层的 SOI衬底。在整个表面上的100个点处测量了此SOI衬底的单晶硅层的 厚度。此膜的厚度均匀性为201nm±4nm。

得到的结构在氢中于1100℃下退火1小时，并用原子力显微镜评估 了表面粗糙度。在50μm见方的区域内的均方根粗糙度约为0.2nm。这 几乎等于市售硅晶片的粗糙度。

用透射电子显微镜进行的剖面观察表明在硅层中没有形成新的晶体 缺陷，保持了满意的结晶性。

即使在外延生长的单晶硅层的表面上没有制作氧化膜时，也得到了 与上述相同的结果。

而且，即使在第二衬底的表面上或在第一和第二衬底二者的表面上 制作了氧化膜时，也得到了与上述相同的结果。

留在第一衬底上的多孔硅层也用由49％的氢氟酸、30％的过氧化氢 和水组成的混合液进行选择性腐蚀。此时，单晶硅层起腐蚀停止层的作 用，故多孔硅层被选择性腐蚀。此衬底可以再次被用作制作阳极氧化中 的第一衬底的衬底或键合过程中的第二衬底。

在衬底被重新用来制作第一衬底之前，可在氢中于1100℃下对此衬 底进行1小时退火以便将微孔造成的表面粗糙度(微粗糙度)恢复回到 正常。但由于当衬底要被重新用来制作第一衬底时，在外延生长之前的 氢中预焙烧过程中，与多孔硅层表面上孔的密封的同时执行了表面整 平，故不需要经常执行微粗糙度的整平。

微孔造成的微粗糙度可以不用氢中退火的方法而用表面接触抛光的 方法来整平。

[例5]

例5是例4的一种修正。更具体地说是，第一和第二阳极氧化条件 改变如下。

＜第一阳极氧化条件＞

电流密度           7(mA/cm2)

阳极氧化溶液       HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间           5(min)

多孔硅层厚度(目标) 6(μm)

多孔率(目标)       达24％

＜第二阳极氧化条件＞

电流密度           30(mA/cm2)

阳极氧化溶液       HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          110(sec)

多孔硅层厚度(目标)3(μm)

多孔率(目标)      达40％

[例6]

例6是例4的一种变更。更具体地说是，例4的制造条件改变如下。

1)外延硅层的厚度：              2μm

2)外延硅层上的热氧化膜的厚度：0.1μm

3)第二衬底：具有厚度为1.9μm的SiO2层

4)键合：在第一和第二衬底暴露于氮等离子体之后，将衬底彼此紧 密接触并在400 ℃下退火10小时。

[例7]

例7是例4的一种变更。更具体地说是，例4的制造条件改变如下。

1)第二衬底：氧化硅或石英衬底

2)键合：在第一和第二衬底暴露于氮等离子体之后，或第一和第二 衬底用水冲洗之后，将衬底彼此紧密接触并在200℃下退火24小时。

3)氢中退火：得到的结构在氢中于970℃下退火2小时，并用原子 力显微镜评估表面粗糙度。在50μm见方的区域内的均方根粗糙度约为 0.2nm。这几乎等于市售硅晶片的粗糙度。

4)重新使用：第一衬底侧在分离之后被用在阳极氧化中作为用来制 作第一衬底的衬底。

[例8]

单晶硅衬底被安置在上述各实施例的各个阳极氧化装置中，并制作 具有双层结构的多孔层。第一和第二阳极氧化条件如下。

＜第一阳极氧化条件＞

电流密度           7(mA/cm2)

阳极氧化溶液       HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间           5(min)

多孔硅层厚度(目标) 6(μm)

多孔率(目标)       达24％

＜第二阳极氧化条件＞

电流密度           30(mA/cm2)

阳极氧化溶液       HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间           110(sec)

多孔硅层厚度(目标) 3(μm)

多孔率(目标)       达40％

在每一种第一至第四实施例的阳极氧化装置中，能够制造具有双层 结构多孔层的衬底。在每一种第二和第四阳极氧化装置中，采用两个阳 极氧化浴槽。

在第三实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上制作第 一多孔层之后，更换电解液和导电膜，并在25个硅衬底的每一个上制作 第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层不破裂。

在第四实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上相继制 作第一和第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层 不破裂。

具有多孔层的衬底在氧气氛中于400℃被氧化1小时。在此氧化时， 多孔硅层中的各个孔的内壁被热氧化膜覆盖。

然后，用MOCVD(金属有机化学汽相淀积)方法在多孔硅层上外 延生长厚度为1μm的单晶GaAs层。生长条件如下。

＜外延生长条件＞

源气体            TMG/AsH3/H2

气体压力          80(Torr)

温度              700(℃)

使GaAs的表面与独立制备的硅衬底(第二衬底)紧密接触。

将直径为0.2mm的水流注射到键合衬底叠层的倾斜间隙中以便将键 合衬底叠层在第二(下部)多孔硅层处分离成两个衬底。

留在第二衬底侧上的多孔硅层在110℃下用由乙二胺/邻苯二酚/水 (比例为17ml∶3g∶8ml)组成的混合液(腐蚀剂)腐蚀。此时，单晶GaAs层起腐蚀停止层的作用，故多孔硅层被选择性腐蚀。

腐蚀剂对单晶GaAs的腐蚀速率是很低的，故对于实际使用来说，单 晶GaAs的腐蚀量(大约数十埃)可以忽略不计。

用上述工艺得到了在单晶硅层上具有厚度为1μm的单晶GaAs层的 衬底。在整个表面上的100个点处测量了此衬底的单晶GaAs层的厚度。 此膜的厚度均匀性为1 μm±29.8nm。

用透射电子显微镜进行的剖面观察表明在GaAs层中没有形成新的 晶体缺陷，保持了满意的结晶性。

当具有氧化膜的硅衬底被用作支持衬底时，能够制作绝缘膜上具有 GaAs层的衬底。

留在第一衬底侧上的多孔硅层用由49％的氢氟酸、30％的过氧化氢 组成的混合液在搅拌情况下被选择性腐蚀。此时，单晶硅层起腐蚀停止 层的作用，故多孔硅层被选择性腐蚀。此衬底可以再次被用作制作阳极 氧化中的第一衬底的衬底或键合过程中的第二衬底。

在衬底被重新用来制作第一衬底之前，可在氢中于1100℃下对此衬 底进行1小时退火以便将微孔造成的表面粗糙度(微粗糙度)恢复回到 正常。但由于当衬底要被重新用来制作第一衬底时，在外延生长之前的 氢中预焙烧过程中，与多孔硅层表面上孔的密封的同时执行了表面整 平，故不需要经常执行微粗糙度的整平。

微孔造成的微粗糙度可以不用氢中退火的方法而用表面接触抛光的 方法来整平。

[例9]

单晶硅衬底被安置在上述各实施例的各个阳极氧化装置中，并制作 具有双层结构的多孔层。第一和第二阳极氧化条件如下。

＜第一阳极氧化条件＞

电流密度           7(mA/cm2)

阳极氧化溶液       HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间           11(min)

多孔硅层厚度(目标) 12(μm)

多孔率(目标)       达24％

＜第二阳极氧化条件＞

电流密度           10(mA/cm2)

阳极氧化溶液       HF∶H2O∶C2H5OH=1∶2∶2

工艺时间          3(min)

多孔硅层厚度(目标)3(μm)

多孔率(目标)      达35％

在每一种第一至第四实施例的阳极氧化装置中，能够制造具有双层 结构多孔层的衬底。在每一种第二和第四阳极氧化装置中，采用两个阳 极氧化浴槽。

在第三实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上制作第 一多孔层之后，更换电解液和导电膜，并在25个硅衬底的每一个上制作 第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层不破裂。

在第四实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上相继制 作第一和第二多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层 不破裂。

具有多孔层的衬底在氧气氛中于400℃被氧化1小时。在此氧化时， 多孔硅层中的各个孔的内壁被热氧化膜覆盖。

用MOCVD(金属有机化学汽相淀积)方法在多孔硅层上外延生长 厚度为1μm的单晶InP层。

在将InP层和独立制备的氧化硅或石英衬底(第二衬底)的表面暴 露于氮等离子体之后，使这些衬底彼此紧密接触并在200℃下退火10小 时。

将直径为0.2mm的水流注射到键合衬底叠层的倾斜间隙中以便将键 合衬底叠层在第二(下部)多孔硅层处分离成二个衬底。

留在第二衬底侧上的多孔硅层用由49％的氢氟酸、30％的过氧化氢 组成的混合液在搅拌情况下被选择性腐蚀。此时，单晶InP层起腐蚀停 止层的作用，故多孔硅层被选择性腐蚀。

腐蚀剂对单晶InP的腐蚀速率是很低的，故对于实际使用来说，单 晶InP的腐蚀量(大约数十埃)可以忽略不计。

用上述工艺得到了在氧化硅或石英衬底上具有厚度为1μm的单晶 InP层的衬底。在整个表面上的100个点处测量了此衬底的单晶InP层 的厚度。此膜的厚度均匀性为1μm±29.0nm。

用透射电子显微镜进行的剖面观察表明在InP层中没有形成新的晶 体缺陷，保持了满意的结晶性。

留在第一衬底侧上的多孔硅层也用由49％的氢氟酸、30％的过氧化 氢组成的混合液在搅拌情况下被选择性腐蚀。此时，单晶硅层起腐蚀停 止层的作用，故多孔硅层被选择性腐蚀。此衬底可以再次被用作制作阳 极氧化中的第一衬底的衬底。

在衬底被重新用来制作第一衬底之前，可在氢中于1100℃下对此衬 底进行1小时退火以便将微孔造成的表面粗糙度(微粗糙度)恢复回到 正常。但由于当衬底要被重新用来制作第一衬底时，在外延生长之前的 氢中预焙烧过程中，与多孔硅层表面上孔的密封的同时执行了表面整 平，故不需要经常执行微粗糙度的整平。

微孔造成的微粗糙度可以不用氢中退火的方法而用表面接触抛光的 方法来整平。

[例10]

在例10中，改变了例4-9中的键合衬底叠层分离方法。更具体地说 是，在例10中，不采用水射流方法，而是将薄的树脂楔插入到键合衬底 叠层的倾斜间隙中以便在第二(下方)多孔硅层处将键合衬底叠层分离 成二个衬底。

[例11]

在例11中，对用来制作第一衬底的单晶硅衬底的二个表面都执行例 4-9所述的工序。

[例12]

单晶硅衬底被安置在上述各实施例的各个阳极氧化装置中，并制作 具有四层结构的多孔层。第一至第四阳极氧化条件如下。

＜第一阳极氧化条件＞

电流密度          7(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          5(min)

多孔硅层厚度(目标)6(μm)

多孔率(目标)      达24％

＜第二阳极氧化条件＞

电流密度          10(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶2∶2

工艺时间          3(min)

多孔硅层厚度(目标)3(μm)

多孔率(目标)      达35％

＜第三阳极氧化条件＞

电流密度          7(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          5(min)

多孔硅层厚度(目标)6(μm)

多孔率(目标)      达25％

＜第四阳极氧化条件＞

电流密度          20(mA/cm2)

阳极氧化溶液      HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1

工艺时间          80(sec)

多孔硅层厚度(目标)1(μm)

多孔率(目标)     达45％

在每一种第一至第四实施例的阳极氧化装置中，能够制造具有四层 结构多孔层的衬底。在每一种第一和第三实施例的阳极氧化装置中，第 一、第三和第四阳极氧化工序的阳极氧化溶液从第一和第二容器馈送， 而第二阳极氧化工序的阳极氧化溶液从第三和第四容器馈送。在每一种 第二和第四实施例的阳极氧化装置中，采用四个阳极氧化浴槽。

在第三实施例的阳极氧化装置中，设置第一导电膜，并在第一阳极 氧化条件下在25个硅衬底的每一个上制作第一多孔层。随后，设置第二 导电膜，并在第二阳极氧化条件下在25个硅衬底的每一个上制作第二多 孔层。然后，设置第三导电膜，并在第三阳极氧化条件下在25个硅衬底 的每一个上制作第三多孔层。最后，设置第四导电膜，并在第四阳极氧 化条件下在25个硅衬底的每一个上制作第四多孔层。相继制作在各个用 作导电膜的硅衬底上的多孔层不破裂。

在第四实施例的阳极氧化装置中，在25个硅衬底的每一个上相继制 作第一至第四多孔层。相继制作在各个用作导电膜的硅衬底上的多孔层 不破裂。

[其它]

在上述各个例子中，为了在多孔硅层上外延生长诸如单晶硅层之类 的无孔层，不仅能够采用CVD方法，而且能够采用MBE、溅射或液相 外延生长方法。用来选择性腐蚀多孔硅层的腐蚀剂不局限于由49％的氢 氟酸和30％的过氧化氢组成的混合液。例如，也可以使用：

1)氢氟酸和水的混合液，

2)向由氢氟酸和水组成的混合液加入乙醇和过氧化氢中的至少一种 的方法而制备的混合液，

3)缓冲氢氟酸，

4)向缓冲氢氟酸加入乙醇和过氧化氢中的至少一种的方法制备的混 合液，或

5)由氢氟酸、硝酸和乙酸组成的混合液。

多孔硅层具有大的表面积，因此能够用各种腐蚀剂来选择性腐蚀。

除了像使用水射流方法那样用流体的分离方法之外，也可以使用各 种各样的方法来分离键合衬底叠层。

不仅能够用上述各个例子的方法，而且也可以用各种各样的方法来 执行其余的工艺。

如上所述，通过每制作一个多孔层就更换电解液，能够精确地控制 得到的多孔层的多孔率。

此外，当在相同的阳极氧化条件下使用一个导电膜时，能够抑制导 电膜的破裂。

根据本发明，能够制作具有多层结构的多孔层。

本发明不局限于上述各个实施例，而是能够在本发明的构思与范围 之内做出各种各样的改变和修正。因此，为了明示本发明的范围，特提 出下列权利要求。