(57)【要約】低減された面外曲率を有する硼素ドープされた珪素（３６）の層が開示される。この層は、頂部（３８）及び底部（４０）の表面付近に硼素の実質的に等しい濃度を有する。対向する濃度が実質的に等しいので、層（３６）上の圧縮応力は実質的に釣り合っており、それにより、低減された面外曲率を有する層（３６）がもたらされる。
2004519335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一（４０）および第二（３８）対向表面を有する実質的に平面の硼素ドープ珪素層（３６）を形成する方法であって、
前記硼素ドープ珪素層（３６）を与え；そして
前記第一（４０）および第二（３８）対向表面で実質的に等しい硼素濃度を起こす、
ことを含む方法。
【請求項２】
前記硼素ドープ珪素層（３６）が容積硼素濃度を有し、かつ前記第一（４０）および第二（３８）対向表面での前記硼素濃度が前記容積硼素濃度に実質的に等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記硼素ドープ珪素層（３６）が容積硼素濃度を有し、かつ前記第一（４０）および第二（３８）対向表面での前記硼素濃度が前記容積硼素濃度よりも実質的に低い、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記硼素ドープ珪素層（３６）が初期に前記第一（４０）対向表面で硼素テールを有し、かつ前記濃度を起こす工程が前記硼素ドープ珪素層（３６）の一部を前記第一対向表面（４０）から内側に除去して前記硼素テールの一部を除去することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記硼素ドープ珪素層（３６）の一部が、化学エッチングを用いて前記第一対向表面（４０）から内側に除去される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記濃度を起こす工程が、前記硼素ドープ珪素層（３６）の前記第二対向表面（３８）に隣接するエピタキシャル層（４４）を成長させて前記第二対向表面（３８）に隣接する前記硼素ドープ珪素層に硼素テールを生じ、そして前記エピタキシャル層（４４）および前記硼素ドープ珪素層（３６）の一部を前記第二対向表面（３８）から内側に除去して対応する硼素テールの一部を除去することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記エピタキシャル層（４４）および前記硼素ドープ珪素層（３６）の一部が、化学エッチングを用いて前記第二対向表面（３８）から内側に除去される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記硼素ドープ珪素層（３６）の一部が、ドライ型エッチングを用いて前記第一対向表面（４０）から内側に除去される、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
第一および第二対向表面を有する実質的に平面の硼素ドープ珪素層（３６）を与える方法であって、
頂部表面を有する珪素基体（３０）を与え；
前記珪素基体（３０）に前記硼素ドープ珪素層（３６）を与え（前記硼素ドープ珪素層（３６）の前記第一対向表面（４０）は前記珪素基体（３０）の頂部表面に隣接する）；
前記硼素ドープ珪素層（３６）の前記第二対向表面（３８）に隣接する硼素受層（４４）を形成し；
前記硼素ドープ珪素層（３６）の前記第一対向表面（４０）の近くの硼素のいくらかを前記珪素基体（３０）の頂部表面に拡散させ、さらに前記硼素ドープ珪素層（３６）の前記第二対向表面（３８）の近くの硼素のいくらかを前記硼素受層（４４）に拡散させ；そして
第一エッチング剤を用いて前記珪素基体（３０）および前記硼素受層（４４）をエッチングする、
ことを含む方法。
【請求項１０】
前記エッチング工程が、前記硼素ドープ珪素層（３６）の前記第一（４０）および第二（３８）対向表面の少なくとも一部をエッチングする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記硼素受層（４４）が、前記硼素ドープ珪素層（３６）における前記容積硼素濃度よりも実質的に低い硼素濃度を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記硼素受層（４４）が珪素ベースである、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記硼素受層（４４）が酸化物ベースである、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
さらに第二エッチング剤を用いて前記硼素ドープ珪素層（３６）の前記第一（４０）および第二（３８）対向表面から内側にエッチングすることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二エッチング剤が、前記第一エッチング剤と同じものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第二エッチング剤が、前記第一エッチング剤よりも硼素選択性が低い、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
硼素ドープ珪素層を製造する方法であって、
珪素基体層（３０）を与え；
第一期間中第一硼素濃度を有する前記珪素基体（３０）層の上に第一硼素ドープ珪素エピタキシャル層（３６）を成長させ（前記第一硼素ドープ珪素エピタキシャル層（３６）は２つの対向表面（４０、３８）を有する）；
第二温度で第二期間中前記第一硼素濃度よりも低い第二硼素濃度を有する前記第一硼素ドープ珪素エピタキシャル層（３６）の上に第二エピタキシャル層（４４）を成長させ；
前記第一硼素ドープエピタキシャル層（３６）中の硼素を前記珪素基体（３０）および前記第二エピタキシャル層（４４）中に拡散させて、前記第一硼素ドープ珪素エピタキシャル層（３６）の前記２つの対向表面（４０，３８）に隣接する硼素テールを形成し；そして
第一エッチング剤を用いて前記珪素基体（３０）および前記第二エピタキシャル層（４４）をエッチングする、
ことを含む方法。
【請求項１８】
前記第二エピタキシャル層（４４）が珪素ベースである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
さらに第二エッチング剤を用いて前記硼素ドープ珪素層（３６）の前記第一（４０）および第二（３８）対向表面から内側にエッチングすることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記硼素ドープ珪素層（３６）が、硼素ドープ珪素層の偏析係数が珪素におけるよりも高いように選ばれる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
さらに前記第二エピタキシャル層（４４）を成長させた後、前記珪素基体（３０）をおよそ前記第二期間中およそ前記第二温度で維持することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
硼素ドープ珪素層を製造する方法であって、
珪素基体層（３０）を与え；
第一期間中第一硼素濃度を有する前記珪素基体層（３０）の上に硼素ドープ珪素エピタキシャル層（３６）を成長させ；
前記第一硼素ドープエピタキシャル層（３６）中の硼素を前記珪素基体（３０）中に拡散させて前記珪素基体（３０）に隣接する硼素テールをもたらし；
前記珪素基体（３０）および前記硼素ドープ珪素エピタキシャル層（３６）における前記硼素テールの少なくとも一部が第一エッチング速度で除去されるように、第一エッチング剤を用いて前記珪素基体（３０）を第一期間でエッチングし；そして
前記珪素エピタキシャル層（３６）のより多くが第二エッチング速度で除去されるように、前記硼素ドープ珪素エピタキシャル層（３６）を第二エッチング剤中第二期間でエッチングする、
ことを含む方法。
【請求項２３】
前記第二エッチング剤が、前記第一エッチング剤とは異なる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一エッチング剤が前記第二エッチング剤と同じものであり、前記第二速度が前記第一速度よりも低い、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第二エッチング剤が、前記第一エッチング剤よりも硼素選択性が低い、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
硼素ドープ珪素層を製造する方法であって、
珪素基体層（３０）を与え；
第一期間中第一硼素濃度を有する前記珪素基体層（３０）の上に第一硼素ドープ珪素エピタキシャル層（３６）を成長させ；
硼素テールが前記第一硼素濃度よりも低い硼素濃度を有する前記第一硼素ドープエピタキシャル層（３６）に形成されるように、前記第一硼素ドープエピタキシャル層（３６）中の硼素を前記珪素基体（３０）中に拡散させ；
前記珪素基体（３０）および前記硼素テールの少なくとも一部が除去されるように、前記珪素基体（３０）をＥＤＰ、ＫＯＨ、ヒドラジンもしくはＴＭＡＨ中でエッチングし；そして
前記硼素テールがさらに除去されるように、前記硼素ドープ珪素層（３６）をドライエッチングする、
ことを含む方法。
【請求項２７】
硼素ドープ珪素層（２５６）を有する比較的平面のウェファーを製造する方法であって、
頂部表面（２５２）および底部表面（２５４）を有する珪素基体（２５０）を与え；
前記硼素ドープ珪素層（２５６）が前記ウェファー（２５０）の前記頂部表面（２５２）に与えられるようにし（前記硼素ドープ珪素層（２５６）は第一硼素濃度を有する）；
前記硼素ドープ珪素層（２５６）の上に第二エピタキシャル層（２５８）を成長させ（前記第二エピタキシャル層（２５８）は、硼素濃度を有さないか、もしくは前記第一硼素濃度よりも低い硼素濃度を有する）；
前記第二エピタキシャル層（２５８）の上に寄生的第三エピタキシャル層（２６０）を成長させ（前記寄生的第三エピタキシャル層（２６０）は、前記第二エピタキシャル層（２５８）の硼素濃度よりも高い硼素濃度を有する）；
前記ウェファー（２５０）の前記底部表面（２５４）の上に第四エピタキシャル層（２６２）を成長させ（前記第四エピタキシャル層（２６２）は、前記第二エピタキシャル層（２５８）の硼素濃度に実質的に等しい硼素濃度を有する）；
ドライエッチングを用いて前記ウェファーの頂部側に配置される前記寄生的第三エピタキシャル層（２６０）を除去し；そして
前記第二エピタキシャル層（２５８）を除去する、
ことを含む方法。
【請求項２９】
ドライエッチングが、前記第二エピタキシャル層（２５８）の一部を除去する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記第二エピタキシャル層（２５８）が、硼素選択性エッチングを用いて除去される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記硼素選択性エッチングが、ＥＤＰ、ＫＯＨ、ヒドラジンもしくはＴＭＡＨである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３２】
頂部表面（２５２）および底部表面（２５４）を有する中間層（２５０）；
前記中間層（２５０）の前記頂部表面（２５２）に隣接する頂部硼素ドープ珪素層（２５６）位置；および
前記中間層（２５０）の前記底部表面（２５４）に隣接する底部硼素ドープ珪素層（２６２）位置；
を含むウェファー。
【請求項３３】
第一（４０）および第二（３８）対向表面を有する硼素ドープ珪素層（３６）；および
前記硼素ドープ珪素層の前記第一（４０）および第二（３８）対向表面間の実質的に対称的な硼素ドーピングプロフィール；
を含む実質的に平面の層。
【請求項３４】
前記硼素ドーピングプロフィールが、前記第一（４０）および第二（３８）対向表面に隣接する実質的に類似の硼素テールを含む、請求項３３に記載の実質的に平面の層。
【請求項３５】
前記硼素ドーピングプロフィールが、前記第一（４０）および第二（３８）対向表面から実質的に一定である、請求項３３に記載の実質的に平面の層。
【請求項３６】
前記硼素ドーピングプロフィールが、前記第一（４０）および第二（３８）対向表面から約１オーダーマグニチュードより多く離れていない、請求項３３に記載の実質的に平面の層。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般に半導体製造およびマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）に関する。より具体的には、本発明は、硼素ドープ珪素層の曲率を減少させる方法に関する。
【０００２】
発明の背景
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）は、しばしば、はり、スラブ、コームおよびフィンガーなどのマイクロマシンド構造を利用する。これらの構造は、内部応力およびドーピング勾配による曲率を示し得る。曲率は、アクセレロメーターおよびジャイロスコープなどの慣性センサーにおける有意なエラー源になり得る。多くの所望の構造が、現行のプロセスを用いて達成することが困難もしくは不可能であるという平面度設計判定基準を有する。特に、硼素で重ドープされた珪素層は、懸垂構造に用いられたときに有意な曲率を有し得る。
【０００３】
前記構造は、しばしば珪素ウェファー基体でスタートして製造される。ついで、硼素ドープ珪素エピタキシャル層を珪素ウェファー基体上で成長させ、続いて所望の形状にパターン化する。下でさらに記載されるように、硼素を後の加工でエッチストップとして用いて、薄い硼素ドープエピタキシャル層のみを残して珪素基体を簡単に除去することができる。
【０００４】
硼素ドープエピタキシャル層と珪素基体との間の界面で、硼素は、エピタキシャル層から出て珪素基体中に拡散する傾向がある。このことは、エピタキシャル層からいくらかの硼素を減らし、珪素基体の硼素を濃厚にする。したがって、エピタキシャル層は、しばしば界面近くで減少した硼素濃度を有するが、これをときどき「硼素テール」と呼ぶ。
【０００５】
硼素ドープ珪素エピタキシャル層を所望の厚さに成長させた後、もしくは加工のある後の時点で、珪素基体を、しばしば硼素選択性であるエッチング剤を用いて除去する。特に、エッチング剤は、珪素基体をエッチングするが、硼素ドープ珪素エピタキシャル層はエッチングしない。１つのそのようなエッチング剤は、エチレンジアミン、ピロカテコールおよび水（ＥＤＰ）の溶液である。エッチング剤は、典型的に珪素を速い速度である高レベルの硼素濃度までエッチングし、その時点でエッチング速度は有意に遅くなる。この高硼素濃度レベルを、エッチストップレベルと称する。
【０００６】
硼素テールを有するエピタキシャル層表面近くの硼素濃度は、エッチストップレベルよりも低くてもよく、エッチングに合理的な速度でエピタキシャル層表面のいくらかを除去させ、初期表面の下の硼素濃度のエッチストップレベルで停止する。はりなど、結果として得られる硼素ドープ構造は、したがって２つの表面、すなわち、硼素テールを有する珪素側表面およびいずれかの表面から離れたはりのバルクにおける濃度と実質的に等しい硼素表面層濃度を有する空気側表面、を有する。したがって、これら対向表面は、異なる硼素表面層濃度を有する。
【０００７】
硼素は珪素における置換格子部位を占領し、硼素は珪素のそれよりもおおよそ２５％小さいＰａｕｌｉｎｇの共有半径を有する。サイズ差は、硼素ドープ層を未ドープもしくは低ドープ層に比較して収縮させる。このサイズ差は、初期引張応力を導き、高硼素濃度は高引張応力を導き、低硼素濃度は低引張応力を導く。基体からの剥離後、テールにおける低硼素濃度は、高硼素濃度を有する空気側層における引張応力よりも比較的低い引張応力をもたらす。引張応力は、酸化および高温度でのアニーリングなど、さらなるプロセス工程後の圧縮応力に転移できる。正確なメカニズムにもかかわらず、珪素における不同な表面層硼素濃度は、平面度が所望される構造のカッピングもしくは面外の曲げおよび曲率を導き得る構造中のこれらの層により、不同な応力適用を導き得る。
【０００８】
したがって、所望されるものは、硼素ドープ珪素中の硼素の不同な表面層濃度を減少させて実質的に平らもしくは平面の硼素ドープ珪素マイクロ構造を製造するための方法である。
【０００９】
発明の概要
本発明は、層表面のそれぞれの近くの硼素の実質的にバランスの取れたドーピングプロフィールを与えることにより、減少させた面外曲率を有する比較的平面の硼素ドープ珪素層を形成する方法を提供する。硼素ドープ珪素エピタキシャル層を、初めに珪素基体上で成長させ、珪素基体の近くの硼素をエピタキシャル層から珪素基体中に拡散させる。先行技術におけるように、これはエピタキシャル層および珪素基体間の界面の近くの硼素濃度を減らす。しかし、本発明の第一の実施態様において、第二エピタキシャル層を第一硼素ドープ珪素エピタキシャル層上に成長させる。第二エピタキシャル層は、好ましくは第一成長エピタキシャル層における硼素濃度よりも低い硼素濃度を有する。したがって、第一硼素ドープエピタキシャル層中の硼素は、珪素基体と第二エピタキシャル層の両方に拡散する傾向がある。これは、第一エピタキシャル層の両方の表面で実質的に類似の「硼素テール」を創造する。硼素選択性エッチングを用いて珪素基体と第二エピタキシャル層の両方を除去することができる。残りの第一エピタキシャル層は頂部表面と底部表面の両方で実質的に類似の「硼素テール」を有するので、圧縮応力は、比較的平面の層を残して実質的にバランスが取れている。
【００１０】
適宜の材料を用いて第一硼素ドープエピタキシャル層の頂部表面の近くの硼素濃度を減らすことができると企図される。例えば、珪素ベース第二エピタキシャル層を成長させるよりも、酸化物層を用いてもよいことが企図される。好ましくは、硼素が酸化物層に偏析され、硼素の表面珪素層を減らすように、酸化物層を選ぶ。１つの適切な酸化物は、エピタキシャル層で珪素の酸化を通して生成できる酸化珪素である。
【００１１】
珪素基体に珪素ドープ第一エピタキシャル層を成長させるよりも、珪素ウェファーの頂部表面を、例えば、拡散、イオン注入もしくは他の適宜の方法により直接硼素でドープさせてもよいことが企図される。ついで、第二エピタキシャル層を珪素ウェファーの頂部表面に直接成長させてもよい。前述のように、硼素は基体と第二エピタキシャル層の両方に拡散して、重ドープされた珪素層の両側に実質的に同類の「硼素テール」を残す傾向があるかもしれない。ついで、硼素選択性エッチングを用いて、低硼素ドープ珪素基体と第二エピタキシャル層の両方を除去できる。
【００１２】
層の曲率を減少させるために重硼素ドープ層のいずれかの側に実質的に類似の「硼素テール」を形成する代わりに、本発明は、１つの表面の近くの硼素テールを有する層を与え、ついで、硼素テールを実質的に除去することも企図する。この実施態様において、第一硼素ドープ珪素エピタキシャル層を珪素基体上に成長させてもよい。代替的に、かつ前述のように、硼素を珪素基体の頂部表面に直接与えてもよい。いずれの場合も、硼素は珪素基体に拡散する傾向があり、それにより硼素テールを創造する。珪素基体を、珪素基体および硼素テールの少なくとも一部が第一エッチング速度で除去されるように、第一期間で第一エッチング剤を用いてエッチングすることができる。ついで、珪素基体を、硼素テールのより多くが第二エッチング速度で除去されるように、第二期間で第二エッチング剤を用いてさらにエッチングすることができる。第二エッチング剤は、第一エッチング剤と同じものでも、あるいは硼素による抑制が少ない異なるエッチング剤でもあり得る。
【００１３】
関連する方法において、第二エッチング剤がドライエッチング（ＲＩＥ）などの非硼素選択性エッチング剤であることが企図される。この実施態様において、硼素選択性である第一エッチング剤を用いて、珪素基体と硼素テールの少なくとも一部とをエッチストップレベルまで除去することができる。ついで、非硼素選択性エッチング剤を用いて残りの硼素テールもしくはその一部を除去する。非硼素選択性エッチングも重硼素ドープ層の対向側表面から材料のいくらかをエッチングしてもよい。
【００１４】
別の方法は、重硼素ドープ層を有する比較的平面のウェファーを与えることを企図する。この実例的実施態様において、第一重硼素ドープエピタキシャル層を珪素ウェファーの頂部表面に成長させ、それに第二非ドープ（もしくは軽ドープ）エピタキシャル層が続く。硼素ドープ層における引張応力のために、ウェファーは有意な曲率（カッピング）を示す。さらなるプロセスと両立できるようにウェファーの曲率を減少させるために、別の重ドープエピタキシャル層をウェファーの頂部表面に成長させる。多くの場合、ウェファーの底側からの硼素ドープ珪素エピタキシャル層のエピタキシャル成長の間、薄い硼素ドープ層もウェファーの前側に成長させる。ついで、ドライエッチング（非硼素選択性エッチング）を用いて、構造の頂部表面の重ドープエピタキシャル層、および多分、その下の非ドープ（もしくは軽ドープ）エピタキシャル層の一部を除去する。ついで、硼素選択性エッチングを用いて、構造の頂部表面の非ドープ（もしくは軽ドープ）層の残りの部分を除去する。これは、重硼素ドープ層がウェファーの頂部表面および底部表面の両方に残るので、比較的平面のウェファーを生じ得る。頂部重硼素ドープ層の頂部表面が汚染をほとんど有さず、欠陥がごくわずかしかなく、それにより、はり、スラブ、コームおよびフィンガーなどの所望のマイクロマシンド構造を形成するための理想的な層を与えることも見出された。
【００１５】
発明の詳細な記述
ＭＥＭＳマイクロ構造などの構造を創造するために用いられる層の形成は、しばしば単結晶珪素基体上の硼素ドープ珪素エピタキシャル層の成長を含む。後の加工で硼素をエッチストップ剤として用いて珪素基体を容易に除去し、薄い硼素ドープエピタキシャル層のみを残して最終マイクロ構造を得る。硼素ドープエピタキシャル層は、典型的に「空気側」と「珪素基体側」とを有する。硼素濃度は、層中心から空気側表面まで比較的一定にとどまることができる。しかし、珪素基体側で、硼素のいくらかが硼素ドープ珪素エピタキシャル層から出て珪素基体層中に拡散すると、硼素濃度が減少する。この硼素濃度における減少は、「硼素テール」として既知である。
【００１６】
図１は、珪素基体側に向かって低下する硼素原子濃度を有する硼素テールを示す、硼素原子濃度対硼素ドープ珪素エピタキシャル層への深さのグラフ２０である。Ｘ軸は、２８で表示される空気側表面から３０で表示される珪素基体側表面まで、層の深さに相当する。プロットには、２２における不変硼素濃度領域、２４における肩領域、２６で表示されるエッチストップレベルへの落下、および領域２７で表示されるエッチストップレベルのさらに下の落下が含まれる。１つの方法において、１ｃｍ３につき約１．５ｘ１０２０硼素原子の一定の硼素濃度が、不変硼素濃度領域で与えられる。
【００１７】
ＥＤＰなどの硼素選択性エッチングを用いるとき、珪素基体表面は領域２７同様エッチングされるが、エッチストップレベル２６近くでエッチングは停止してエピタキシャル層の残りを実質的に手をつけないでおき、かつ硼素ドープ珪素層を形成する。エッチングはエッチストップレベルで完全には停止しないかもしれないが、かなり遅くてもよい。あるエッチング剤では、エッチストップレベルは１ｃｍ３につき約７〜９ｘ１０１９硼素原子で生じる。このレベル以上で、エッチング速度は、ＥＤＰなどいくつかのエッチング剤については１〜２オーダーマグニチュード落ちる。
【００１８】
硼素ドープ構造の曲率を減少させる第一の方法には、エピタキシャル層の空気側を第一エピタキシャル層よりも有意に低い硼素濃度を有する第二エピタキシャル硼素ドープ珪素層に封入することが含まれる。第一硼素ドープエピタキシャル層の所望の厚さへの成長後、成長プロセスを低もしくは無硼素濃度を有する珪素の層の成長とともに継続できる。硼素濃度は、好ましくは用いられるエッチング剤のエッチストップレベルよりも少なくとも１オーダーマグニチュード低い。１つの実施態様において、第二エピタキシャル層は非常に薄く、約２〜１０ミクロンである。
【００１９】
第二エピタキシャル層の所望の厚さが達成された後、成長を停止することができる。１つの実施態様において、ウェファーを、第一エピタキシャル層の成長時間とほぼ同じ期間同じ温度で保持する。第二硼素テールを第二エピタキシャル層に向かってこのように形成できる。ウェファーを、第一エピタキシャル層の両側の低硼素濃度珪素層が除去されるように、エッチング剤中でエッチングできる。１つの実施態様において、ＥＤＰがエッチング剤として用いられ、エッチングは約９ｘ１０１９ｃｍ−３の硼素濃度で停止して、珪素基体側における硼素テールに類似の硼素テールを有するウェファーの空気側を残す。所望なら、結果として得られるウェファーを磨いて表面荒さを除去してもよいが、それは硼素ドーピングにより誘導される高応力の結果として珪素に形成される転位線と関連づけられる。
【００２０】
図２Ａ−２Ｄは、両方の表面の近くの硼素テールを有する硼素ドープ珪素エピタキシャル層を創造する第一の方法の模式図を含み、方法は、第一高濃度硼素ドープ珪素エピタキシャル層上の第二低濃度硼素ドープ珪素エピタキシャル層の成長を含む。図２Ａで始めると、珪素ウェファー３０が基体として与えられ、それは後にエッチングを通して除去される。珪素ウェファー３０は、第一表面３２および第二表面３４を有する。図２Ｂに示されるように、硼素ドープ珪素の第一エピタキシャル層３６を、第一表面３２で珪素ウェファー３０上に成長させる。第一エピタキシャル層３６の成長は、第一エピタキシャル層３６と珪素ウェファー３０との間に界面４２を形成する。硼素は、界面４２の近くの第一エピタキシャル層３６から出て、第一エピタキシャル層３６から珪素ウェファー３０中に拡散する傾向がある。第一エピタキシャル層３６は、珪素側表面４０と空気側表面３８との間に延びる。
【００２１】
図２Ｃは、第一硼素ドープエピタキシャル層３６上での第二硼素ドープ珪素エピタキシャル層４４の成長を含むプロセスにおける別の工程を図解する。第二エピタキシャル層４４は、第一エピタキシャル層３６よりも低い（もしくは無）硼素濃度を有し、２つのエピタキシャル層の間で第二界面５０を形成する。第二エピタキシャル層における低硼素濃度のために、硼素は第一エピタキシャル層３６から第二エピタキシャル層４４中に拡散する傾向がある。第一エピタキシャル層３６からの硼素の外部拡散は、空気側３８近くで第二硼素テールを創造する。この第二硼素テールは、好ましくは珪素側４０近くで形成される硼素テールに類似し、最後に第一エピタキシャル層３６の両方の表面でエピタキシャル層の容積に比例する応力勾配の類似表面領域を創造する。
【００２２】
図２Ｄは、例えば、ＥＤＰなど、硼素選択性エッチング剤でエッチングした後の第一エピタキシャル層３６を説明する。珪素ウェファー３０および第二エピタキシャル層４４の両方が除去され、珪素側４０と空気側３８の両方で減少硼素濃度の表面領域を有する第一エピタキシャル層３６を残す。
【００２３】
図３Ａ〜３Ｄを参照すると、図２Ａ〜２Ｄに関して討議した第一の方法を、より詳細に図解している。図３Ａ〜３Ｄは、それぞれ図２Ａ〜２Ｄに対応し、識別する必要のない同じ照合数字の多くを含む。図３Ｂは、波形断面ハッチングで表示されるように、珪素ウェファー３０と第一エピタキシャル層３６との間の界面４２の形成を図解し、第一エピタキシャル層３６における硼素減少領域４１および珪素基体３０における硼素濃厚層４３が含まれる。矢印４８は、第一エピタキシャル層３６におけるエッチストップ位置に相当する物理的ロケーションを表示する。
【００２４】
図３Ｃは、第二エピタキシャル層４４と第一エピタキシャル層３６との間の第二界面領域５０の形成を図解し、第一エピタキシャル層３６から第二低硼素濃度エピタキシャル層４４への硼素の外部拡散により形成される硼素減少領域５４および硼素濃厚領域５２を含む。矢印５６は、界面５０の近くの第一エピタキシャル層３６の表面上のエッチストップ位置に相当する物理的ロケーションを表示する。
【００２５】
図３Ｄは、エッチング後の第一硼素ドープエピタキシャル層３６を図解し、珪素ウェファー３０および第二エピタキシャル層４４の損失をもたらす。エッチングは、また矢印４８および５６で表示されるエッチストップ位置までの第一エピタキシャル層の部分的損失ももたらす。図３Ｄに見られるように、第一エピタキシャル層３６は、４１および５４の両方の表面近くで硼素テールを有する。硼素テール領域は、好ましくは類似の硼素濃度プロフィール、および対向引張応力の効果を相殺する作用をするそれぞれの表面に加えられる引張応力の類似の貢献を有する。
【００２６】
図４は、硼素ドープエピタキシャル層の両方の表面の近くの硼素テールを図解する図３Ｃの３つの層の横断面図である。硼素濃度５９のプロットが断面図に付加されている。複合層には、第二エピタキシャル層４４に隣接する第一エピタキシャル層３６に隣接する珪素ウェファー３０が含まれる。第一硼素テール４１を珪素層３０の近くで見てもよく、第二硼素テール５４を第二エピタキシャル層４４の近くで見てもよい。硼素選択性エッチング剤は、かくて層の各表面のエッチストップロケーションまで第一エピタキシャル層３６にエッチングする。図５は、硼素ドープエピタキシャル層の両方の表面の近くの硼素テール４１および５４を図解するエッチング後の図３Ｄの硼素ドープエピタキシャル層３６の横断面図である。
【００２７】
本発明による別の方法は、硼素テールを減少もしくは削減するために長期間硼素テールをエッチングすることを含む。約７〜９ｘ１０１９ｃｍ−３の硼素濃度で、ＥＤＰ（ＥＰＷ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）およびテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）などのいくつかのエッチング溶液における硼素ドープ珪素層のエッチング速度は、変化する程度に低下する。例えば、ＥＤＰは２オーダーマグニチュード衰退するが、ＴＭＡＨのエッチング速度は約５倍（ａｂｏｕｔ ａ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｆｉｖｅ）衰退する。異なるエッチング剤における硼素テールをエッチングする実例的時間を下記表１に挙げる。
【００２８】
【表１】
2004519335.tif 000003
【００２９】
ＥＤＰ、ＫＯＨもしくはＴＭＡＨにおけるエクステンディッドエッチング剤を用いることにより、硼素テールを減少でき、これは硼素ドープ構造の曲率を減少する。この方法において、エピタキシャル層を、高硼素選択性を有するＥＤＰもしくは他のエッチング溶液中でエッチストップ限界までエッチングできる。試料を、約３０分〜数時間など、より長い期間同じエッチング溶液中に保持できる。曲率が許容限界内に持って来られるまで、このエッチングを継続できる。代替的に、試料を、硼素ドーピングに低選択性を有する第二エッチング溶液、例えば、ＴＭＡＨに、約３０分間など第二期間移してもよい。この第二エッチングは、硼素テールを含む珪素層を除去できる。ウェファーの曲率を選択された時間間隔で測定して、プロセスをそれに応じて調整することが企図される。
【００３０】
図６Ａ−６Ｄは、減少もしくは削減した硼素テールを有する硼素ドープ珪素エピタキシャル層を創造する第二方法を図解し、方法は、硼素テールを含む硼素ドープ珪素エピタキシャル層の増大させたエッチングを含む。第二方法の図解は、省略してあるが推測できる図２Ａ〜２Ｄに類似の図を必要としない。図６Ａ〜６Ｄは、各層の一部のみを示し、図３Ａ〜３Ｄにフォーマットにおいて類似する。図６Ａは珪素基体層３０を図解し、図６Ｂはエピタキシャル層７０の成長後の珪素基体層を図解して、その間の界面４２を定める。硼素減少テール領域を、内部テール領域７８および外部テール領域８０を含む界面４２近くで見てもよく、内部テール領域７８はエピタキシャル層のバルクよりも低いが外部テール領域８０よりも高い硼素濃度を有する。硼素は、前述のように、珪素基体層３０における硼素濃厚領域４３に拡散する。エピタキシャル層７０の最終寸法は、矢印で表示される。第一エッチングの限界は７４で表示され、第二エッチングの限界は７２で表示され、かつエピタキシャル層の空気側表面の最終寸法は７６で表示される。
【００３１】
図６Ｃは、硼素選択性エッチング剤を用いる第一エッチング工程の結果を図解する。この第一エッチング工程は、１つの実施態様において通常の条件下で実施される。第一エッチング工程は、珪素基体およびエピタキシャル層を、エッチング速度が有意に遅くなるレベルまで、しばしば外部表面での速度の１もしくは２オーダーマグニチュード下まで硼素濃度が増大する第一エッチストップ点までエッチングする。かくて、第一エッチング工程は、エピタキシャル層７０の一部を７２で表示される点まで、硼素テールを通して部分的にエッチングする。
【００３２】
第一エッチング工程後、第二エッチング工程を実施してもよい。１つの実施態様において、第二エッチング工程は、第一エッチング工程の継続であり、第二エッチング工程は通常よりも長い期間実施される。１つの実施態様において、第一エッチング工程を、ＥＤＰなどの溶媒中約１１５℃の温度で約５００分間実施して珪素ウェファー３０を除去するが、それは１つの実施態様において約５００ミクロンの厚さを有し得る。ついで、第二エッチング工程を、ＥＤＰなどの溶媒中約１１５℃の温度で約９０分間実施してもよい。高硼素濃度での低下エッチング速度のために、硼素テールの高硼素濃度領域のエッチングを実施するために、第二期間をもっと長くしてもよい。
【００３３】
別の実施態様において、第二エッチング工程は、ＫＯＨもしくはＴＭＡＨなどの第一エッチング剤とは異なるエッチング剤中で実施される。第二エッチング工程を、硼素テールがさらにエッチングされ、エピタキシャル層の曲率を減少するまで、継続できる。図６Ｄは、層の珪素側で非常に減少した硼素テールを有する第二エッチング工程後のエピタキシャル層７０を図解する。
【００３４】
図７は、硼素ドープエピタキシャル層の珪素基体側表面の近くの硼素テール、ならびに初期エッチストップレベル８１および延長エッチストップレベル８３を図解する図６Ｂの２つの層の横断面図である。硼素濃度のプロット８２がエピタキシャル層の上に付加され、第一エッチング度は７４で表示され、第二エッチング度もしくは延長エッチング度は７２で表示される。図７の検査からわかるように、第一エッチング工程はエピタキシャル層７０の一番外の層をエッチングし、第二エッチング工程はエピタキシャル層の一番外の層をさらにエッチングする。１つの実施態様において、第二エッチング工程は硼素テールを完全には除去しないが、厚さを有意に減少させ、それにより硼素テールの貢献する勾配応力を有意に減少させる。いくつかの実施態様において、特に、硼素選択性の低いエッチング剤を利用する実施態様において、エピタキシャル層の対向空気側のいくらかもいくぶん除去される。
【００３５】
図８Ａ−８Ｄは、頂部表面と底部表面の両方の近くの硼素テールを有する硼素ドープ珪素エピタキシャル層を創造する別の方法を図解する。方法は、図３Ａ〜３Ｄに示されるような珪素エピタキシャル層よりも、硼素ドープ珪素エピタキシャル層上に酸化物層の成長を含む。この方法は、図３Ａ〜３Ｄに関して記載される方法に、両方とも第二層への拡散によりエピタキシャル層からいくらかの硼素を引き出すために硼素ドープ珪素層上に第二層を形成することを含む点で類似する。硼素の外部拡散は、エピタキシャル層の第二表面上での第二硼素テール形成を起こし、エピタキシャル層からの硼素の珪素層への拡散により生じる第一硼素テールの効果に反作用する。
【００３６】
酸化物層を形成するとき、硼素は酸化物層に偏析する傾向がある。硼素は酸化物層に偏析する一方、珪素層中に拡散し続けるようである。かくて、酸化物層における硼素の偏析係数を珪素基体層における硼素の拡散速度よりも高く有することが、しばしば有利である。比較的バランスの取れた一対の硼素テールを達成しようとする試みは、かくて酸化物層形成における材料、厚さ、時間および温度の選択から恩恵を得てもよい。１つの実施態様において、湿潤酸化物の約０．５ミクロン厚さの珪素酸化物層が約１０００℃で成長する。
【００３７】
図８Ｂは、波形断面ハッチングで表示されるように、珪素ウェファー１３０と第一エピタキシャル層１３６との間の界面１４２の形成を図解し、第一エピタキシャル層１３６における硼素減少領域１４１および珪素基体１３０における硼素濃厚層１４３が含まれる。矢印１４８は、第一エピタキシャル層１３６におけるエッチストップ位置に相当する物理的ロケーションを表示する。
【００３８】
図８Ｃは、第二酸化物層１４４と第一エピタキシャル層１３６との間の第二界面領域１５０の形成を図解し、第一エピタキシャル層１３６から第二酸化物層１４４への硼素の偏析により形成される硼素減少領域１５４および硼素濃厚領域１５２が含まれる。矢印１５６は、界面１５０の近くの第一エピタキシャル層１３６の表面上のエッチストップ位置に相当する物理的ロケーションを表示する。
【００３９】
図８Ｄは、エッチング後の第一硼素ドープエピタキシャル層１３６を図解し、珪素ウェファー１３０および第二酸化物層１４４の損失をもたらす。エッチングは、また矢印１４８および１５６で表示されるエッチストップ位置までの第一エピタキシャル層の部分的損失ももたらす。図８Ｄに見られるように、第一エピタキシャル層１３６は、１４１および１５６で表示される両方の表面で硼素テールを有する。硼素テール領域は、好ましくは類似の硼素濃度およびそれぞれの表面に加えられる応力勾配に対して類似の貢献を有し、対向応力プロフィールの効果を相殺する傾向がある。いくつかの実施態様において、結果として得られる最終硼素ドープエピタキシャル層における硼素濃度は、図５で図解されるものに類似する。
【００４０】
図９Ａ〜９Ｄを参照すると、硼素ドープ珪素エピタキシャル層における面外曲率を減少させる別の方法が図解されている。方法は、硼素テールを有する表面およびテールを有さない表面を含む硼素ドープ珪素エピタキシャル層の両表面のドライエッチングを含む。図６Ａ〜６Ｃに図解される方法は、図９Ａ〜９Ｃに図解される方法にいくぶん類似し得る。１つの実施態様において、ウェファーを初めにＥＤＰ中でエッチストップレベルまでエッチングし、ついでリンスして乾燥させる。ついで、ウェファーをドライエッチング（リアクティブイオンエッチなどの）中に入れ、約１ミクロン以下の珪素を全構造から除去する。
【００４１】
図９Ａは珪素基体層１３０を図解し、図９Ｂはエピタキシャル層１７０の成長後の珪素基体層を図解して、その間の界面１４２を定める。硼素減少テール領域を、内部テール領域１７８および外部テール領域１８０を含む界面１４２近くで見てもよく、内部テール領域１７８はエピタキシャル層のバルクよりも低いが外部テール領域１８０よりも高い硼素濃度を有する。硼素は、前述のように、珪素基体層１３０における硼素濃厚領域１４３に拡散する。エピタキシャル層１７０の最終寸法は、矢印で表示される。第一エッチングの限界は１７４で表示され、第二エッチングの限界は１７２で表示され、かつエピタキシャル層の空気側表面の最終寸法は１７６で表示される。
【００４２】
図９Ｃは、硼素選択性エッチング剤を用いる第一エッチング工程の結果を図解する。この第一エッチング工程は、１つの実施態様において通常の条件下で実施され得る。第一エッチング工程は、珪素基体およびエピタキシャル層を、エッチング速度が有意に遅くなるレベルまで、しばしば外部表面での速度の１もしくは２オーダーマグニチュード下まで硼素濃度が増大する第一エッチストップ点までエッチングする。第一エッチング工程は、エピタキシャル層１７０を１７４で表示される点まで、硼素テールを通して部分的にエッチングする。図９Ｃの検査からわかるように、１７６で表示される最終寸法は、エピタキシャル層１７０の空気側表面下に配置される。
【００４３】
図９Ｄは、硼素テール領域１７２のより多くもしくは全部を除去するためのドライエッチングの結果を図解する。ドライエッチングは、リアクティブイオンエッチなどの非硼素選択性でもよい。かくて、ドライエッチング工程を用いて、エピタキシャル層の頂部表面および底部表面の両方から材料を除去することができる。図９Ｄにより表示されるように、硼素テール１７２は有意にもしくは全体的に除去される。
【００４４】
図１０を参照すると、マイクロ構造デバイス２００が示されている。マイクロ構造２００は、本体２０２および頂部表面２０６と底部表面２０８とを有する片持ばり２０４を取り込むＭＥＭＳデバイスなどのマイクロ構造デバイスを表す。１つの実施態様において、マイクロ構造２００は、アクセレロメーターの一部を形成する。片持ばり２０４は別に形成され、後に継目もしくは界面２１０に沿って本体２０２に取り付けられる。代替的に、はり２０４を本体２０２と一体形成してもよい。
【００４５】
はり２０４は、好ましくは平らで、ごくわずかな面外曲率を有する。アクセレロメーターおよび他のマイクロデバイスは、非常に平らな表面を有する平面構造から恩恵を得ることができ、かつ／またはデバイスの他の部分に対して中心に置かれる末端を必要とし得る。本発明を用いて、非常に少ない面外曲率を有するそのような構成部品を与え、それによりそのようなマイクロデバイスの性能を向上させることができる。
【００４６】
図１１Ａ−１１Ｅは、高硼素ドープ頂部層の頂部表面に低欠陥密度を有する実質的に平面のウェファーを創造する方法の模式図である。図１１Ａで始めると、珪素ウェファー２５０が基体として与えられる。珪素ウェファー２５０は、第一表面２５２および第二表面２５４を有する。図１１Ｂに示されるように、硼素ドープ珪素の第一エピタキシャル層２５６を、珪素ウェファー２５０の第一表面２５２上に成長させ、第二非ドープ（もしくは軽ドープ）エピタキシャル層２５８が続く。硼素ドープエピタキシャル層２５６により生じる増大した引張応力のために、珪素ウェファー２５０は平面からはずれたカッピングを始め得る。
【００４７】
ウェファー２５０の面外曲率を低下させるために、別の重ドープエピタキシャル層をウェファーの底部表面に成長させる。いくつかの場合、ウェファーの底側での硼素ドープエピタキシャル珪素層の成長は、図１１Ｃにおいて２６０および２６２で示されるように、珪素ウェファーの頂部側でも硼素ドープ珪素層の薄層の寄生的堆積をもたらす。ついで、図１１Ｄに示されるように、ドライエッチング（非硼素選択性エッチング）を用いて、構造の頂部表面の重ドープエピタキシャル層２６０、および多分、非ドープ（もしくは軽ドープ）エピタキシャル層２５８の一部を除去する。最後に、図１１Ｅに示されるように、硼素選択性エッチング（ＥＤＰ）を用いて、図１１Ｄの非ドープ（もしくは軽ドープ）層２５８の残りの部分を除去する。結果として得られる構造は、ウェファーの頂部表面および底部表面の両方上の重硼素ドープ層２５６および２６２を含み、それはウェファー２５０の面外曲率を減少してもよい。頂部重硼素ドープ層２５６の頂部表面は汚染がほとんどなく、欠陥がごくわずかしかなく、それにより、はり、スラブ、コームおよびフィンガーなどの所望のマイクロマシンド構造を形成するための理想的な層を与えることも見出された。
【００４８】
前記実施態様のすべてにおいて、第一高ドープエピタキシャル層を、珪素ウェファーの頂部表面を直接ドープすることに代えてもよい。すなわち、硼素を珪素ウェファーの頂部表面中に、拡散、イオン注入もしくは他の適宜の方法により直接与えて、高硼素ドープ層を生成してもよい。残りの工程を実質的に変えないでよい。
【００４９】
本書類により網羅される本発明の多くの利点を、前記記載で述べた。しかしながら、この開示は多くの点で例示にすぎないことが理解される。本発明の範囲を越えることなく、特に、形状、寸法および部品の配置事項において、変化を詳細に行ってもよい。もちろん、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲が表現される言語で定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、珪素基体側に向かって低下する硼素原子濃度を有する硼素テールを示す、硼素原子濃度対硼素ドープ珪素層への深さのグラフである。
【図２】
図２Ａ−２Ｄは、頂部表面と底部表面の両方の近くの硼素テールを有する比較的平面の硼素ドープ珪素エピタキシャル層を創造する方法の模式図であり、方法は、第一硼素ドープ珪素エピタキシャル層上の第二低硼素ドープ珪素エピタキシャル層の成長を含む。
【図３】
図３Ａ−３Ｄは、図２Ａ−２Ｄの方法のより詳細な模式図である。
【図４】
図４は、硼素ドープエピタキシャル層の頂部表面と底部表面の両方の近くの硼素テールを図解する図３Ｃの３つの層の横断面図である。
【図５】
図５は、硼素ドープエピタキシャル層の頂部表面と底部表面の両方の近くの硼素テールを図解する図３Ｄの硼素ドープエピタキシャル層の横断面図である。
【図６】
図６Ａ−６Ｄは、減少もしくは削減した硼素テールを有する比較的平面の硼素ドープ珪素エピタキシャル層を創造する方法の模式図であり、方法は、硼素テールの領域で硼素ドープ珪素エピタキシャル層の増大させたエッチングを含む。
【図７】
図７は、硼素ドープエピタキシャル層の珪素基体側表面の近くの硼素テール、ならびに初期エッチストップレベルおよび延長エッチストップレベルを図解する図６Ｂの２つの層の横断面図である。
【図８】
図８Ａ−８Ｄは、頂部表面と底部表面の両方の近くの硼素テールを有する硼素ドープ珪素エピタキシャル層を創造する方法の模式図であり、方法は、硼素ドープ珪素エピタキシャル層上の酸化物層の成長を含む。
【図９】
図９Ａ−９Ｄは、減少もしくは削減した硼素テールを有する硼素ドープ珪素エピタキシャル層を創造する方法の模式図であり、方法は、硼素テールを有する側を含む硼素ドープ珪素エピタキシャル層の両側のドライエッチングを含む。
【図１０】
図１０は、硼素ドープ珪素エピタキシャル層から形成される非曲線平面的片持ばりを有するマイクロ構造の模式横断面図である。
【図１１】
図１１Ａ−１１Ｅは、高硼素ドープ頂部層の頂部表面に低欠陥密度を有する実質的に平面のウェファーを創造する方法の模式図である。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004519335.tif 000046
【国際調査報告】
2004519335.tif 000047
2004519335.tif 000048
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