(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｘ線位相コントラストイメージング用の高アスペクト比グリッドの製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板３０６に高アスペクト比の凹部３０２を形成すると共に、凹部底表面にメッキ金属の初期成長サイトの生成を凹部側表面よりも促進するための表面プロファイル特徴部を形成する。その後、メッキにより金属を凹部に充填する。金属が充填された高アスペクト比の凹部を、Ｘ線位相コントラストイメージング装置においてＸ線格子として用いることができる。【選択図】図３Ａ
2013049923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部開口と底表面と一つ以上の側表面とを有する凹部を半導体基板の第一の表面に形成する凹部形成工程であって、メッキ金属イオンを含むメッキ環境に前記半導体基板が曝露されたときに前記凹部の底表面が供するメッキ領域の活性を前記凹部の側表面が供するメッキ領域の活性よりも実質的に高める作用を有する拡張表面積又は粗面化表面テクスチャを有する表面プロファイル特徴部を前記凹部底表面上に形成する表面プロファイル特徴部形成工程を含む、凹部形成工程と、
前記凹部が形成された前記半導体基板を前記メッキ環境に曝露して、メッキ金属導体の初期成長サイトを前記凹部底表面上に生成させ、前記メッキ金属導体を前記凹部底表面から前記凹部側表面に沿って成長させて前記凹部に充填する、メッキ工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記メッキ工程より前に、前記凹部底表面と前記凹部側表面の前記凹部底表面に隣接する最下部とを露出させたまま前記凹部側表面を部分的に覆う絶縁体被覆を前記半導体基板の第一の表面上に形成する、絶縁体被覆形成工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記凹部底表面の前記表面プロファイル特徴部は、前記凹部底表面上に形成された複数のシリコン針状体から成る、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記凹部形成工程は、第一のエッチングプロセスを用いるエッチングを前記半導体基板の第一の表面に施して前記凹部側表面を実質的に平坦かつ平滑な端表面において終端するように形成する、第一のエッチング工程を更に含み、
前記表面プロファイル特徴部形成工程は、第一のエッチング工程が完了した後に、第二のエッチングプロセスを用いるドライエッチングを前記凹部内の実質的に平坦かつ平滑な前記端表面に施して前記凹部内の前記端表面上に複数の突起を形成する、第二のエッチング工程を更に含み、
前記複数の突起が形成された前記端表面が前記凹部底表面となる、
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第一のエッチングプロセスは、第一のエッチングレシピを用いるボッシュプロセスであり、
第二のエッチングプロセスは、第二のエッチングレシピを用いるボッシュプロセスであり、
第二のエッチングレシピは、第一のエッチングレシピよりも多くの粒子を前記凹部底表面上に堆積させる作用を有する、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第一のエッチングレシピでは、第一の濃度のＣ４Ｆ８ガスを含むパッシベーションガス混合物を第一のエッチングプロセスの各パッシベーションサイクルにおいて用い、
第二のエッチングレシピでは、第一の濃度よりも高い第二の濃度のＣ４Ｆ８ガスを含むパッシベーションガス混合物を第二のエッチングプロセスの各パッシベーションサイクルにおいて用いる、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第一のエッチングレシピでは、第一のエッチング継続時間を第一のエッチングプロセスの各エッチングサイクルにおいて用い、
第二のエッチングレシピでは、第一のエッチング継続時間よりも短い第二のエッチング継続時間を第二のエッチングプロセスの各エッチングサイクルにおいて用いる、
請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
第一のエッチングレシピでは、第一のパッシベーション継続時間を第一のエッチングプロセスの各パッシベーションサイクルにおいて用い、
第二のエッチングレシピでは、第一のパッシベーション継続時間よりも長い第二のパッシベーション継続時間を第二のエッチングプロセスの各パッシベーションサイクルにおいて用いる、
請求項５乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記凹部形成工程は、
前記半導体基板の第一の表面に形成する予定の前記凹部の位置及び平面寸法を決める開口部を有するマスク層を前記半導体基板の第一の表面上に形成する、マスク層形成工程と、
前記半導体基板の第一の表面に前記マスク層開口部を介して異方性エッチングを施して、前記凹部底表面上に形成する予定の前記表面プロファイル特徴部と同じ表面プロファイル特徴部を有する内面を有するキャビティを前記半導体基板の第一の表面に形成する、第一のエッチング工程と、
前記第一のエッチング工程が完了した後に、前記半導体基板の第一の表面に形成する予定の前記凹部の上部開口を含む平面に対して垂直な方向に前記キャビティ内面に異方性エッチングを施して、前記凹部側表面と前記表面プロファイル特徴部を有する前記凹部底表面とを形成する、第二のエッチング工程と、
を更に含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体基板は、シリコン単結晶から成るシリコン基板であり、
前記シリコン基板の上面は、前記シリコン単結晶の（１００）面であり、
前記凹部は、長手方向が前記シリコン単結晶の［０１１］方向に沿っている線形の凹部である、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体基板は、シリコン単結晶から成るシリコン基板であり、
前記シリコン基板の上面は、前記シリコン単結晶の（１１０）面であり、
前記凹部は、長手方向が前記シリコン単結晶の［２１１］方向に沿っている線形の凹部である、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記凹部形成工程は、
前記半導体基板の第一の表面に形成する予定の前記凹部の位置及び平面寸法を決める開口部であって真直側壁を有する開口部を有するフォトレジスト層を前記半導体基板の第一の表面上に形成する、フォトレジスト層形成工程と、
前記フォトレジスト層をアニーリングして、前記真直側壁を有する開口部を変形させて開口部の内側方向へ湾曲した側壁を有する開口部とする、アニーリング工程と、
前記湾曲した側壁を有する開口部を介して前記半導体基板の第一の表面にエッチングを施して、上部開口及び前記上部開口から離れる方向に湾曲した内面を有するキャビティを前記半導体基板の第一の表面に形成する、第一のエッチング工程と、
前記第一のエッチング工程が完了した後に、前記キャビティ上部開口を含む平面に対して垂直な方向に前記キャビティ内面を介して前記半導体基板にエッチングを施して、前記凹部側表面と前記凹部上部開口から離れる方向に湾曲した前記凹部底表面とを形成する、第二のエッチング工程と、
を更に含み、
前記凹部底表面の前記湾曲が前記拡張表面積を供する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記凹部形成工程は、
前記半導体基板の第一の表面上にフォトレジスト層を形成する、フォトレジスト層形成工程と、
グレースケールマスクを用いて前記フォトレジスト層をパターニングして、前記半導体基板の第一の表面に形成する予定の前記凹部の位置及び平面寸法を決める薄層部であって薄層部の基部より上方に突き出た一つ以上の突起を呈する厚さプロファイルを有する薄層部を前記フォトレジスト層に形成する、薄層部形成工程と、
前記パターニングされたフォトレジスト層を介して前記半導体基板の第一の表面にエッチングを施して、前記パターニングされたフォトレジスト層の前記厚さプロファイルに合致する一つ以上の突起を含む内面を有するキャビティを前記半導体基板の第一の表面に形成する、第一のエッチング工程と、
前記第一のエッチング工程が完了した後に、前記キャビティの上部開口を含む平面に対して垂直な方向に前記キャビティ内面を介して前記半導体基板にエッチングを施して、前記凹部側表面と前記キャビティ内面に形成されていた前記一つ以上の突起に合致する一つ以上の突起を含む前記凹部底表面と、を形成する、第二のエッチング工程と、
を更に含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記凹部の深さと前記凹部底表面の幅とのアスペクト比は１０：１乃至１００：１である、請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記方法により、前記半導体基板に前記凹部を含む複数の凹部の周期的アレイが形成され、前記複数の凹部のそれぞれの底から上に前記メッキ金属導体が充填される、請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記凹部は、前記凹部側表面に沿って３０μｍ乃至２００μｍの深さを有し、前記凹部底表面に沿って２μｍ乃至２０μｍの幅を有する、請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記凹部は、１００μｍの深さと３μｍの幅とを有する、請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記メッキ金属導体は金である、請求項１乃至１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記半導体基板はシリコンを含む、請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記表面プロファイル特徴部形成工程は、前記凹部底表面上に複数のシリコン針状体を形成する工程を含む、請求項１乃至１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記表面プロファイル特徴部形成工程は、前記凹部底表面上に複数の突起を形成する工程を含む、請求項１乃至１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記表面プロファイル特徴部形成工程は、前記凹部底表面上に単一の尖った突起を形成する工程を含む、請求項１乃至１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記表面プロファイル特徴部形成工程は、前記凹部上部開口から離れる方向に曲がった前記凹部底表面を形成する工程を含む、請求項１乃至１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記凹部上部開口から離れる方向に曲がった前記凹部底表面は、ある角度で互いに交わる二つ以上の平坦な小面を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記凹部上部開口から離れる方向に曲がった前記凹部底表面は、前記凹部上部開口から離れる方向に滑らかに湾曲した表面を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記凹部側表面の少なくとも一部は絶縁体材料により被覆される、請求項１乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記絶縁体材料はプラズマ化学気相成長法により前記凹部側表面に置かれる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記絶縁体材料は熱酸化法により前記凹部側表面に生成される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記表面プロファイル特徴部形成工程は、
前記凹部側表面及び前記凹部底表面を覆う絶縁体被覆を前記半導体基板の第一の表面上に形成する、絶縁体被覆形成工程と、
前記絶縁体被覆に対するエッチング速度よりも前記半導体基板に対するエッチング速度が高いドライエッチャントを用いるエッチングを前記凹部底表面に形成された前記絶縁体被覆に施して、前記凹部側表面に前記絶縁体被覆を残したまま前記ドライエッチャントにより前記凹部底表面から前記絶縁体被覆を完全に除去して前記凹部底表面を前記凹部上部開口から離れる方向に曲げる、エッチング工程と、
を更に含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高アスペクト比を有する表面形状を半導体基板に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線位相コントラストイメージング法は、例えば生体組織試料などの被写体の内部構造の検査に用いられる。一例として、Ｘ線位相コントラストイメージング装置は、被写体試料と画像検出器との間に配置される二つの格子を含む。第一の格子は、被写体試料の直ぐ下流側に配置される。第二の格子は、第一の格子と画像検出器との間に配置される。いくつかの実施態様では、第三の格子が、Ｘ線放射源と被写体試料との間に配置されて、被写体試料にＸ線を照射する空間的にコヒーレントな線光源のアレイを形成する。
【０００３】
第二の格子は、基本的構造として、Ｘ線伝搬方向を横切る平面内にＸ線透過部とＸ線吸収部とが交互に配列された周期的アレイを含む。この周期的アレイのピッチは、例えば数μｍ程度である。Ｘ線透過部及びＸ線吸収部のＸ線伝搬方向の寸法（高さ）が、格子により得られるイメージングコントラストを決定する。例えば金製のＸ線吸収部において実現可能な高さは少なくとも１０μｍ乃至１５μｍであり、それにより約２５％のコントラストが得られる。より高いイメージングコントラストを得るためには、一般に、Ｘ線吸収部をより高くする必要がある。つまり、第二の格子のＸ線透過部及びＸ線吸収部の高さ対幅のアスペクト比を高くする必要がある。
【０００４】
従来、Ｘ線位相コントラストイメージング装置の第二の格子を作成するために、まず半導体基板の表面に深く狭い線形凹部を狭い間隔で形成し、次いで電気メッキにより線形凹部に金を充填する技術がある。この技術は理論的には可能であるが、実際には、半導体基板の微小サイズで深さ対幅のアスペクト比が高い凹部に充填を行うことは困難な作業である。この充填が不均一であると、入射Ｘ線の吸収が不均一となって第二の格子のイメージング性能が低下する可能性がある。
【０００５】
特許文献１に、定量的位相コントラスト画像を得るための干渉計の例が記載されている。特許文献２に、放射線位相画像撮影装置及びその構成部品である格子の例が記載されている。特許文献３に、半導体基板に高アスペクト比の凹部を形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００９２２２７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／００６１５０８号明細書
【特許文献３】特開２０１０−１８５７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体基板における微小サイズで高アスペクト比の凹部の電気メッキに関連する技術に係る。
【０００８】
半導体基板の表面における深さ対幅のアスペクト比が高い凹部に従来の方法で電気メッキを施すと、メッキ金属イオンの一部が凹部の側壁に接触してメッキ金属の初期成長サイトを、その下方の領域にメッキ金属が完全に充填される前に、生成する可能性がある。凹部の側壁上に生成された初期成長サイトに蓄積し続けたメッキ金属は、凹部のそれら初期成長サイトの下方の領域がメッキ金属イオンと更に接触することを妨害するかもしれない。この妨害により、凹部の内側、特に凹部の底部分に堆積したメッキ金属の様々な領域に空隙が残る可能性がある。
【０００９】
微小サイズで深さ対幅のアスペクト比が高い凹部に電気メッキを施す技術は、高コントラストのＸ線格子の作製に適用される。深く狭い線形凹部を狭い間隔で配列したアレイを半導体基板に形成し、次いで、金などのＸ線吸収能が高い金属を電気メッキにより線形凹部に充填することができる。結果として得られた構造は、平坦な半導体バッキング上に垂直に交互に立ち並んだ半導体材料（即ち、Ｘ線透過部）の薄層及び金（即ち、Ｘ線吸収部）の薄層を含む。
【００１０】
線形凹部内に充填されたＸ線吸収金属の高さ及び均一性は、格子の性能に影響を及ぼす。例えば、Ｘ線吸収部（例えば、Ａｕ）の高さ方向に沿って空隙が存在すると、Ｘ線の吸収が不十分となり、多くのＸ線が格子の裏側に漏れて格子のイメージングコントラストが低下する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書で説明するように、半導体基板に狭い間隔で配列された深さ対幅のアスペクト比が高い凹部に電気メッキ技術を用いてメッキ金属を中実かつ均一に充填するために、メッキ金属の初期成長サイトが凹部側表面よりも凹部底表面によく生成されるように、凹部側表面の形成前又は形成後に、凹部底表面上に表面プロファイル特徴部を形成する工程を行う。
【００１２】
一般に、より多くの及び／又はより鋭い突起形状を有する凹部底表面上の粗い表面テクスチャは、平滑な側表面よりもメッキ金属イオンに対する誘引性が高い。この粗い表面テクスチャにより、メッキが凹部側表面に沿って上方に進行する前に凹部の底部分にメッキ金属を完全に充填することができる。本明細書では、凹部底表面上に粗い表面テクスチャ及び／又は突起を有する高アスペクト比の凹部を形成するためのいくつかの技術を説明する。
【００１３】
また、半導体の表面において所定体積のメッキ溶液に対する接触表面積が大きいほど、メッキ金属イオンを誘引してメッキ金属の初期成長サイトを生成させる可能性が高い。したがって、凹部の平面寸法を変えないで凹部底表面の表面積を拡張する（例えば、凹部上部開口から離れる方向に凹部底表面を曲げる）ことにより、メッキ金属の初期成長サイトが凹部底表面上に生成される可能性を高めることができる。その結果、凹部の底部分のメッキ金属に空隙が形成される可能性が低くなる。本明細書では、凹部側表面と凹部底表面とが交わる位置にある平面から離れる方向に曲がった凹部底表面を有する高アスペクト比の凹部を形成するための技術も説明する。
【００１４】
一態様において、本発明に係る方法は、上部開口と底表面と一つ以上の側表面とを有する凹部を半導体基板の第一の表面に形成する凹部形成工程であって、メッキ金属イオンを含むメッキ環境に半導体基板が曝露されたときに凹部の底表面が供するメッキ領域の活性を凹部の側表面が供するメッキ領域の活性よりも実質的に高める作用を有する拡張表面積又は粗面化表面テクスチャを有する表面プロファイル特徴部を凹部底表面上に形成する表面プロファイル特徴部形成工程を含む、凹部形成工程と、凹部が形成された半導体基板をメッキ環境に曝露して、メッキ金属導体の初期成長サイトを凹部底表面上に生成させ、メッキ金属導体を凹部底表面から凹部側表面に沿って成長させて凹部に充填する、メッキ工程と、を含む。
【００１５】
いくつかの実施態様において、本発明に係る方法は、メッキ工程より前に、凹部底表面と凹部側表面の凹部底表面に隣接する最下部とを露出させたまま凹部側表面を部分的に覆う絶縁体被覆を半導体基板の第一の表面上に形成する、絶縁体被覆形成工程を更に含む。
【００１６】
いくつかの実施態様において、凹部底表面の表面プロファイル特徴部は、凹部底表面上に形成された複数のシリコン針状体から成る。
【００１７】
いくつかの実施態様において、凹部形成工程は、第一のエッチングプロセスを用いるエッチングを半導体基板の第一の表面に施して凹部側表面を実質的に平坦かつ平滑な端表面において終端するように形成する、第一のエッチング工程を更に含み、表面プロファイル特徴部形成工程は、第一のエッチング工程が完了した後に、第二のエッチングプロセスを用いるドライエッチングを凹部内の実質的に平坦かつ平滑な端表面に施して凹部内の端表面上に複数の突起を形成する、第二のエッチング工程を更に含み、複数の突起が形成された端表面が凹部底表面となる。
【００１８】
いくつかの実施態様において、第一のエッチングプロセスは、第一のエッチングレシピを用いるボッシュプロセスであり、第二のエッチングプロセスは、第二のエッチングレシピを用いるボッシュプロセスであり、第二のエッチングレシピは、第一のエッチングレシピよりも多くの粒子を凹部底表面上に堆積させる作用を有する。
【００１９】
いくつかの実施態様において、第一のエッチングレシピでは、第一の濃度のＣ４Ｆ８ガスを含むパッシベーションガス混合物を第一のエッチングプロセスの各パッシベーションサイクルにおいて用い、第二のエッチングレシピでは、第一の濃度よりも高い第二の濃度のＣ４Ｆ８ガスを含むパッシベーションガス混合物を第二のエッチングプロセスの各パッシベーションサイクルにおいて用いる。
【００２０】
いくつかの実施態様において、第一のエッチングレシピでは、第一のエッチング継続時間を第一のエッチングプロセスの各エッチングサイクルにおいて用い、第二のエッチングレシピでは、第一のエッチング継続時間よりも短い第二のエッチング継続時間を第二のエッチングプロセスの各エッチングサイクルにおいて用いる。
【００２１】
いくつかの実施態様において、第一のエッチングレシピでは、第一のパッシベーション継続時間を第一のエッチングプロセスの各パッシベーションサイクルにおいて用い、第二のエッチングレシピでは、第一のパッシベーション継続時間よりも長い第二のパッシベーション継続時間を第二のエッチングプロセスの各パッシベーションサイクルにおいて用いる。
【００２２】
いくつかの実施態様において、凹部形成工程は、半導体基板の第一の表面に形成する予定の凹部の位置及び平面寸法を決める開口部を有するマスク層を半導体基板の第一の表面上に形成する、マスク層形成工程と、半導体基板の第一の表面にマスク層開口部を介して異方性エッチングを施して、凹部底表面上に形成する予定の表面プロファイル特徴部と同じ表面プロファイル特徴部を有する内面を有するキャビティを半導体基板の第一の表面に形成する、第一のエッチング工程と、第一のエッチング工程が完了した後に、半導体基板の第一の表面に形成する予定の凹部の上部開口を含む平面に対して垂直な方向にキャビティ内面に異方性エッチングを施して、凹部側表面と表面プロファイル特徴部を有する凹部底表面とを形成する、第二のエッチング工程と、を更に含む。
【００２３】
いくつかの実施態様において、半導体基板は、シリコン単結晶から成るシリコン基板であり、シリコン基板の上面は、シリコン単結晶の（１００）面であり、凹部は、長手方向がシリコン単結晶の［０１１］方向に沿っている線形の凹部である。
【００２４】
いくつかの実施態様において、第一のエッチング工程で行う異方性エッチングは、ＫＯＨ又はＴＭＡＨ溶液を用いるウェットエッチングである。
【００２５】
いくつかの実施態様において、第二のエッチング工程で行う異方性エッチングは、プラズマエッチャントを用いるドライエッチングである。
【００２６】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、シリコン単結晶の｛１１１｝面に沿っていて凹部底表面の中央の直線において互いに交わる二つの平坦な小面を含む。
【００２７】
いくつかの実施態様において、半導体基板は、シリコン単結晶から成るシリコン基板であり、シリコン基板の上面は、シリコン単結晶の（１１０）面であり、凹部は、長手方向がシリコン単結晶の［２１１］方向に沿っている線形の凹部である。
【００２８】
いくつかの実施態様において、第二のエッチング工程で行う異方性エッチングは、ＫＯＨ又はＴＭＡＨ溶液を用いるウェットエッチングである。
【００２９】
いくつかの実施態様において、凹部側表面は、シリコン単結晶の｛１１１｝面に沿っていて、凹部底表面は、シリコン単結晶の｛１１１｝面に沿っていて凹部底表面の中央の直線において互いに交わる二つの平坦な小面を含む。
【００３０】
いくつかの実施態様において、凹部形成工程は、半導体基板の第一の表面に形成する予定の凹部の位置及び平面寸法を決める開口部であって真直側壁を有する開口部を有するフォトレジスト層を半導体基板の第一の表面上に形成する、フォトレジスト層形成工程と、フォトレジスト層をアニーリングして、真直側壁を有する開口部を変形させて開口部の内側方向へ湾曲した側壁を有する開口部とする、アニーリング工程と、湾曲した側壁を有する開口部を介して半導体基板の第一の表面にエッチングを施して、上部開口及び上部開口から離れる方向に湾曲した内面を有するキャビティを半導体基板の第一の表面に形成する、第一のエッチング工程と、第一のエッチング工程が完了した後に、キャビティ上部開口を含む平面に対して垂直な方向にキャビティ内面を介して半導体基板にエッチングを施して、凹部側表面と凹部上部開口から離れる方向に湾曲した凹部底表面とを形成する、第二のエッチング工程と、を更に含み、凹部底表面の湾曲が拡張表面積を供する。
【００３１】
いくつかの実施態様において、半導体基板は、シリコン酸化物層とシリコン層とを含む。
【００３２】
いくつかの実施態様において、キャビティはシリコン酸化物層に形成され、凹部はシリコン酸化物層の下のシリコン層に形成される。
【００３３】
いくつかの実施態様において、第二のエッチング工程はボッシュプロセスを用いて行われ、シリコン酸化物層はボッシュプロセス用のマスク層となる。
【００３４】
いくつかの実施態様において、凹部形成工程は、半導体基板の第一の表面上にフォトレジスト層を形成する、フォトレジスト層形成工程と、グレースケールマスクを用いてフォトレジスト層をパターニングして、半導体基板の第一の表面に形成する予定の凹部の位置及び平面寸法を決める薄層部であって薄層部の基部より上方に突き出た一つ以上の突起を呈する厚さプロファイルを有する薄層部をフォトレジスト層に形成する、薄層部形成工程と、パターニングされたフォトレジスト層を介して半導体基板の第一の表面にエッチングを施して、パターニングされたフォトレジスト層の厚さプロファイルに合致する一つ以上の突起を含む内面を有するキャビティを半導体基板の第一の表面に形成する、第一のエッチング工程と、第一のエッチング工程が完了した後に、キャビティの上部開口を含む平面に対して垂直な方向にキャビティ内面を介して半導体基板にエッチングを施して、凹部側表面とキャビティ内面に形成されていた一つ以上の突起に合致する一つ以上の突起を含む凹部底表面と、を形成する、第二のエッチング工程と、を更に含む。
【００３５】
いくつかの実施態様において、半導体基板は、シリコン酸化物層とシリコン層とを含む。
【００３６】
いくつかの実施態様において、キャビティはシリコン酸化物層に形成され、凹部はシリコン酸化物層の下のシリコン層に形成される。
【００３７】
いくつかの実施態様において、第二のエッチング工程はボッシュプロセスを用いて行われ、シリコン酸化物層はボッシュプロセス用のマスク層となる。
【００３８】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、凹部底表面の中央に単一の尖った突起を有する。
【００３９】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、不規則に配置された突起を有する。
【００４０】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、複数の突起の周期的アレイを有する。
【００４１】
いくつかの実施態様において、凹部の深さと凹部底表面の幅とのアスペクト比は１０：１乃至１００：１である。
【００４２】
いくつかの実施態様において、本方法により、半導体基板に上述の凹部を含む複数の凹部の周期的アレイが形成され、複数の凹部のそれぞれの底から上にメッキ金属導体が充填される。
【００４３】
いくつかの実施態様において、凹部は、凹部側表面に沿って３０μｍ乃至２００μｍの深さを有し、凹部底表面に沿って２μｍ乃至２０μｍの幅を有する。
【００４４】
いくつかの実施態様において、凹部は、約１００μｍの深さと約３μｍの幅とを有する。
【００４５】
いくつかの実施態様において、メッキ金属導体は金である。
【００４６】
いくつかの実施態様において、半導体基板はシリコンを含む。
【００４７】
いくつかの実施態様において、表面プロファイル特徴部形成工程は、凹部底表面上に複数のシリコン針状体を形成する工程を含む。
【００４８】
いくつかの実施態様において、表面プロファイル特徴部形成工程は、凹部底表面上に複数の突起を形成する工程を含む。
【００４９】
いくつかの実施態様において、表面プロファイル特徴部形成工程は、凹部底表面上に単一の尖った突起を形成する工程を含む。
【００５０】
いくつかの実施態様において、表面プロファイル特徴部形成工程は、凹部上部開口から離れる方向に曲がった凹部底表面を形成する工程を含む。
【００５１】
いくつかの実施態様において、凹部上部開口から離れる方向に曲がった凹部底表面は、ある角度で互いに交わる二つ以上の平坦な小面を含む。
【００５２】
いくつかの実施態様において、凹部上部開口から離れる方向に曲がった凹部底表面は、凹部上部開口から離れる方向に滑らかに湾曲した表面を含む。
【００５３】
いくつかの実施態様において、表面プロファイル特徴部形成工程は、凹部側表面及び凹部底表面を覆う絶縁体被覆を半導体基板の第一の表面上に形成する、絶縁体被覆形成工程と、絶縁体被覆に対するエッチング速度よりも半導体基板に対するエッチング速度が高いドライエッチャントを用いるエッチングを凹部底表面に形成された絶縁体被覆に施して、凹部側表面に絶縁体被覆を残したままドライエッチャントにより凹部底表面から絶縁体被覆を完全に除去して凹部底表面を凹部上部開口から離れる方向に曲げる、エッチング工程と、を更に含む。
【００５４】
一態様において、本発明に係る装置は、一つ以上の凹部が形成された半導体基板を含み、前記凹部は、凹部底表面と一つ以上の凹部側表面とを有し、前記凹部底表面は、前記凹部の深さよりも短い複数の突起を含み、前記凹部には、前記凹部底表面上に存在する前記複数の突起上に初期成長サイトを有するメッキ金属導体が充填されている。
【００５５】
いくつかの実施態様において、凹部の深さと凹部底表面の幅とのアスペクト比は１０：１乃至１００：１である。
【００５６】
いくつかの実施態様において、本装置はＸ線格子であり、一つ以上の凹部内に存在するメッキ金属導体と、一つ以上の凹部の間に存在する半導体材料と、により、Ｘ線格子の線形回析要素の周期的アレイが形成される。
【００５７】
いくつかの実施態様において、一つ以上の凹部内に存在するメッキ金属導体は、線形形状の周期的アレイを形成し、各線形形状は、凹部側表面に対して垂直な平面において１０ｍｍ乃至５０ｍｍの長さ及び２μｍ乃至３μｍの幅を有し、線形形状の周期的アレイは、４μｍ乃至６μｍのピッチを有する。
【００５８】
いくつかの実施態様において、各凹部は、凹部側表面に沿って３０μｍ乃至２００μｍの深さを有し、凹部底表面に沿って２μｍ乃至２０μｍの幅を有する。
【００５９】
いくつかの実施態様において、各凹部は、約１００μｍの深さと約３μｍの幅とを有する。
【００６０】
いくつかの実施態様において、メッキ金属導体は金である。
【００６１】
いくつかの実施態様において、半導体基板はシリコンを含む。
【００６２】
いくつかの実施態様において、凹部底表面上の複数の突起は、凹部底表面上に形成された複数のシリコン針状体から成る。
【００６３】
いくつかの実施態様において、凹部側表面は、絶縁体被覆により部分的に覆われていて、絶縁体被覆は、凹部側表面の凹部底表面に隣接する最下部を凹部内のメッキ金属導体に対して露出させている。
【００６４】
別の態様において、本発明に係る装置は、複数の凹部が形成された半導体基板を含み、複数の凹部のそれぞれは、凹部上部開口と凹部底表面と一つ以上の凹部側表面とを有し、複数の凹部は、半導体基板において周期的アレイを形成していて、凹部底表面は、凹部上部開口から離れる方向に曲がって半導体基板内へ窪みを形成していて、凹部側表面と凹部底表面とが交わる位置にある平面からの窪みの深さは凹部の幅の少なくとも３分の１である。
【００６５】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、メッキ金属導体により覆われていて、メッキ金属導体は、凹部底表面上の初期成長サイトから上に凹部側表面に沿って凹部に充填されている。
【００６６】
いくつかの実施態様において、メッキ金属導体が充填された凹部の周期的アレイは、Ｘ線回折格子として用いられるために適した寸法を有する。
【００６７】
いくつかの実施態様において、各凹部は、１０ｍｍ乃至５０ｍｍの長さと２μｍ乃至３μｍの幅と１００μｍ乃至２００μｍの深さとを有し、周期的アレイは、４μｍ乃至６μｍのピッチを有する。
【００６８】
いくつかの実施態様において、凹部側表面は、絶縁体被覆により部分的に覆われていて、絶縁体被覆は、凹部側表面の凹部底表面に隣接する最下部を凹部内に存在するメッキ金属導体に対して露出させている。
【００６９】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、ある角度で互いに交わる二つ以上の平坦な小面を含む。
【００７０】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、凹部上部開口から離れる方向に滑らかに湾曲した表面を含む。
【００７１】
いくつかの実施態様において、凹部の深さと凹部底表面の幅とのアスペクト比は１０：１乃至１００：１である。
【００７２】
いくつかの実施態様において、各凹部は、凹部側表面に沿って３０μｍ乃至２００μｍの深さを有し、凹部底表面に沿って２μｍ乃至２０μｍの幅を有する。
【００７３】
別の態様において、本発明に係る装置は、複数の凹部が形成された半導体基板を含み、複数の凹部のそれぞれは、凹部上部開口と凹部底表面と一つ以上の凹部側表面とを有し、複数の凹部は、半導体基板において周期的アレイを形成していて、凹部底表面は凹部上部開口に近づく方向に突出した一つ以上の突起を有する。
【００７４】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、メッキ金属導体により覆われていて、メッキ金属導体は、凹部底表面上の初期成長サイトから上に凹部側表面に沿って凹部に充填されている。
【００７５】
いくつかの実施態様において、メッキ金属導体が充填された凹部の周期的アレイは、Ｘ線回折格子として用いられるために適した寸法を有する。
【００７６】
いくつかの実施態様において、凹部内に存在するメッキ金属導体は、凹部底表面上の一つ以上の突起の頂点上に初期成長サイトを有する。
【００７７】
いくつかの実施態様において、凹部側表面は、絶縁体被覆により部分的に覆われていて、絶縁体被覆は、凹部側表面の凹部底表面に隣接する最下部を凹部内に存在するメッキ金属導体に対して露出させている。
【００７８】
いくつかの実施態様において、凹部底表面は、凹部底表面の中央又は中央付近の頂点で互いに交わる二つ以上の平坦な小面を含む。
【００７９】
いくつかの実施態様において、凹部の深さと凹部底表面の幅とのアスペクト比は１０：１乃至１００：１である。
【００８０】
いくつかの実施態様において、各凹部は、凹部側表面に沿って３０μｍ乃至２００μｍの深さを有し、凹部底表面に沿って２μｍ乃至２０μｍの幅を有する。
【００８１】
いくつかの実施態様において、凹部底表面上の一つ以上の突起は、凹部底表面上に形成された複数のシリコン針状体から成る。
【００８２】
いくつかの実施態様において、各凹部は、１０ｍｍ乃至５０ｍｍの長さと２μｍ乃至３μｍの幅と１００μｍ乃至２００μｍの深さとを有し、周期的アレイは、４μｍ乃至６μｍのピッチを有する。
【００８３】
別の態様において、本発明に係るＸ線回折装置は、Ｘ線放射源と、画像検出器と、Ｘ線放射源と画像検出器との間に配置された第一のＸ線格子と、第一のＸ線格子と画像検出器との間に配置された第二のＸ線格子と、を含み、第一のＸ線格子は、第一のＸ線格子のそれぞれ異なる部分を通過する複数のＸ線束の間に所定の位相差を生じさせるように構成され、第二のＸ線格子は、第一のＸ線格子を通過した複数のＸ線束に振幅干渉を生じさせるように構成され、第二のＸ線格子は、一つ以上の凹部が形成された半導体基板を含み、凹部は、凹部底表面と一つ以上の凹部側表面とを有し、凹部底表面は、複数の突起を含み、各凹部には、各凹部底表面上に存在する複数の突起上に初期成長サイトを有するメッキ金属導体が充填されている。
【００８４】
様々な実施態様において、本明細書に記載の技術は、以下の利点の一つ以上を提供する。
【００８５】
いくつかの実施態様において、本明細書に記載の技術を用いて、半導体基板に線形凹部の周期的アレイを形成し、電気メッキにより線形凹部にＸ線吸収金属（例えば、金）を均一かつ中実に充填することができる。結果として得られる構造は、Ｘ線回折格子として用いられるために適した寸法を有することができる。金属が充填された凹部により提供されるＸ線吸収は、格子の全体に亘って極めて均一であり、このＸ線格子を用いて作られたＸ線イメージング装置において、良好な精度及びコントラストを得ることができる。
【００８６】
本明細書に記載の主題の一つ以上の実施態様の詳細を、添付の図面及び以下の説明に記載する。主題の他の特長、態様、及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１Ａ】格子を用いた位相コントラストイメージングのためのＸ線干渉計の概略図である。
【図１Ｂ】半導体基板に形成された格子の概略平面図である。
【図１Ｃ】半導体基板に形成された格子の概略側面図である。
【図２Ａ】半導体基板内の高アスペクト比の凹部に充填されるメッキ金属に望ましくない空隙が形成される従来技術を示す図である。
【図２Ｂ】半導体基板内の高アスペクト比の凹部に充填されるメッキ金属に望ましくない空隙が形成される従来技術を示す図である。
【図２Ｃ】半導体基板内の高アスペクト比の凹部に充填されるメッキ金属に望ましくない空隙が形成される従来技術を示す図である。
【図２Ｄ】半導体基板内の高アスペクト比の凹部に充填されるメッキ金属に望ましくない空隙が形成される従来技術を示す図である。
【図２Ｅ】半導体基板内の高アスペクト比の凹部に充填されるメッキ金属に望ましくない空隙が形成される従来技術を示す図である。
【図２Ｆ】半導体基板内の高アスペクト比の凹部に充填されるメッキ金属に望ましくない空隙が形成される従来技術を示す図である。
【図３Ａ】凹部側表面よりも凹部底表面上のメッキ条件を良くする底表面プロファイル特徴部を有する、深さ対幅アスペクト比が高い凹部の例を示す図である。
【図３Ｂ】凹部側表面よりも凹部底表面上のメッキ条件を良くする底表面プロファイル特徴部を有する、深さ対幅アスペクト比が高い凹部の例を示す図である。
【図３Ｃ】凹部側表面よりも凹部底表面上のメッキ条件を良くする底表面プロファイル特徴部を有する、深さ対幅アスペクト比が高い凹部の例を示す図である。
【図３Ｄ】凹部側表面よりも凹部底表面上のメッキ条件を良くする底表面プロファイル特徴部を有する、深さ対幅アスペクト比が高い凹部の例を示す図である。
【図４Ａ】異なる凹部底表面プロファイルを有する深さ対幅のアスペクト比が高い凹部の例の内側における、メッキ金属の初期成長サイトの生成状態を示す図である。
【図４Ｂ】異なる凹部底表面プロファイルを有する深さ対幅のアスペクト比が高い凹部の例の内側における、メッキ金属の初期成長サイトの生成状態を示す図である。
【図４Ｃ】異なる凹部底表面プロファイルを有する深さ対幅のアスペクト比が高い凹部の例の内側における、メッキ金属の初期成長サイトの生成状態を示す図である。
【図５Ａ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の第一の例を示す図である。
【図５Ｂ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の第一の例を示す図である。
【図５Ｃ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の第一の例を示す図である。
【図６Ａ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の第二の例を示す図である。
【図６Ｂ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の第二の例を示す図である。
【図６Ｃ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の第二の例を示す図である。
【図７Ａ】凹部上部開口から離れる方向に湾曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｂに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図７Ｂ】凹部上部開口から離れる方向に湾曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｂに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図７Ｃ】凹部上部開口から離れる方向に湾曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｂに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図７Ｄ】凹部上部開口から離れる方向に湾曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｂに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図７Ｅ】凹部上部開口から離れる方向に湾曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｂに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図８Ａ】凹部上部開口に近づく方向に屈曲して単一の尖った突起が存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図８Ｂ】凹部上部開口に近づく方向に屈曲して単一の尖った突起が存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図８Ｃ】凹部上部開口に近づく方向に屈曲して単一の尖った突起が存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図９Ａ】尖った突起がいくつか存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部の変形例）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図９Ｂ】尖った突起がいくつか存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部の変形例）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図９Ｃ】尖った突起がいくつか存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部の変形例）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１０Ａ】多数の針状体が存在する粗い凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｄに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１０Ｂ】多数の針状体が存在する粗い凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｄに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１０Ｃ】多数の針状体が存在する粗い凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｄに示す凹部）を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１１Ａ】深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａ〜３Ｄのそれぞれに示す凹部）に電気メッキを施して凹部の底から上に金属を充填する方法の例を示す図である。
【図１１Ｂ】深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａ〜３Ｄのそれぞれに示す凹部）に電気メッキを施して凹部の底から上に金属を充填する方法の例を示す図である。
【図１１Ｃ】深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａ〜３Ｄのそれぞれに示す凹部）に電気メッキを施して凹部の底から上に金属を充填する方法の例を示す図である。
【図１２Ａ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した露出した凹部底表面と絶縁体被覆により全体的に覆われた凹部側表面とを有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１２Ｂ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した露出した凹部底表面と絶縁体被覆により全体的に覆われた凹部側表面とを有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１２Ｃ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した露出した凹部底表面と絶縁体被覆により全体的に覆われた凹部側表面とを有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１２Ｄ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した露出した凹部底表面と絶縁体被覆により全体的に覆われた凹部側表面とを有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１２Ｅ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した露出した凹部底表面と絶縁体被覆により全体的に覆われた凹部側表面とを有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【図１２Ｆ】凹部上部開口から離れる方向に屈曲した露出した凹部底表面と絶縁体被覆により全体的に覆われた凹部側表面とを有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部を半導体基板に形成する方法の例を示す図である。
【００８８】
図面において、層及び形状部分の多くは加工工程及びその結果をより明瞭に示すために誇張されて描かれている。それぞれの図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
半導体基板に微小サイズで高アスペクト比の凹部を製作するための技術を、Ｘ線位相コントラストイメージング装置内のＸ線格子の製造に用いることができる。Ｘ線位相コントラストイメージング法は、Ｘ線束が試料の各部分を透過する際に生じるＸ線位相シフトについての情報をＸ線吸収量についての情報に加えて利用するものである。図１Ａは、位相コントラストイメージング用の、格子を用いたＸ線干渉計１００の概略図である。
【００９０】
図１Ａに示すように、干渉計１００は、最も基本的な構成部品として、撮像される被写体１０６（例えば、生体組織試料）と画像検出器１０８との間に配置された二つの格子１０２及び１０４を含む。また、干渉計１００は、被写体１０６の上流側に一つ以上の放射源１１０を含む。放射源１１０は、被写体１０６に向けてＸ線を放射する。Ｘ線束が被写体１０６を透過する際に、Ｘ線束の位相及び振幅が被写体１０６の内部構造により変化する。いくつかの実施態様において、Ｘ線源１１０がコヒーレントな放射源でない場合に、被写体１０６とＸ線源１１０との間に第三の格子（不図示）を配置して、空間的にコヒーレントな複数の放射源を形成することができる。
【００９１】
第一の格子１０２は、透過Ｘ線の吸収能が低く位相シフトが大きい構造体であり、概ね数十μｍのピッチを有する。第一の格子１０２は、平坦な半導体基板（例えば、シリコンウエハ）から作製されることができ、平行な線形凹部１１２（例えば、溝）が表面に形成されている。線形凹部１１２の深さは、線形凹部１１２を透過するＸ線束と、互いに隣接する線形凹部１１２を分離する半導体材料を透過するＸ線束と、の間に所定の位相差（例えば、π）が生じるように選択される。例えば、エネルギーレベル４０ｋｅＶに相当する波長のＸ線束に位相シフトπを生じさせる凹部１１２の深さは、約２５μｍである。
【００９２】
第二の格子１０４は、第一の格子１０２を通過したＸ線束に振幅干渉を生じさせる。第二の格子１０４は、交互に配列されたＸ線透過部（即ち、Ｘ線低吸収能部）とＸ線高吸収能部とを含む。第二の格子１０４は、平坦な半導体基板（例えば、シリコンウエハ）から作製されることができ、平行な線形凹部１１４（例えば、溝）が表面に形成されている。線形凹部１１４には、Ｘ線吸収能が高い材料（例えば、金）が充填されている。凹部１１４内に充填された材料（例えば、金）により吸収可能なＸ線量は、凹部１１４内に充填された材料の厚さに依存する。したがって、凹部１１４内に充填された材料の厚さが、第二の格子１０４を通過した回折Ｘ線束により形成される画像のコントラストを決定する。
【００９３】
図１Ｂは、半導体基板１１６（例えば、シリコンウエハ）に形成された第二の格子１０４の例の平面図である。第二の格子１０４は、線形凹部１１４（例えば、真直側壁を有する溝）の周期的アレイを含む。線形凹部１１４には、Ｘ線吸収能が高い材料（例えば、Ａｕ）が充填されている。線形凹部１１４の幅ｗ（即ち、線形凹部１１４内に充填されたＸ線吸収材料の幅ｗ）は、概ね１μｍ乃至数μｍ（例えば、１．５μｍ、２μｍ、又は３μｍ）であってもよい。線形凹部１１４の長さｌ１（即ち、線形凹部１１４内に充填されたＸ線吸収材料の長さｌ１）は、線形凹部１１４の幅ｗよりも遥かに大きくてもよい。例えば、線形凹部１１４の長さは、基板１１６のサイズや干渉計１００について要求されるイメージングエリアにより、数十ｍｍ乃至数百ｍｍ程度（例えば、３０ｍｍ、６０ｍｍ、１００ｍｍ、又は２００ｍｍ）であってもよい。
【００９４】
格子の横寸法ｌ２は、線形凹部１１４の長さｌ１と同様であってもよく、例えば線形凹部１１４の長さｌ１に等しくてもよい。線形凹部１１４の周期的アレイのピッチｐは、線形凹部１１４の幅ｗの約２倍であってもよい。互いに隣接する線形凹部１１４の間の半導体材料１２０の幅ｗ’も、概ね１μｍ乃至数μｍ（例えば、１．５μｍ、２μｍ、又は３μｍ）である。
【００９５】
図１Ｂに示すように、各線形凹部１１４は、半導体基板１１６の表面に垂直な二つの垂直側壁を有する。これら二つの垂直側壁の間の距離が、半導体基板１１６の表面に平行な平面における線形凹部１１４の幅ｗである。半導体ウエハに形成された各線形凹部１１４は、別の二つの対向する垂直側壁も有し、これら二つの対向する垂直側壁の間の距離が、線形凹部１１４の長さｌ１である。
【００９６】
図１Ｃは、第二の格子１０４の例の概略側面図である。この側面図は、図１Ｂに示す半導体基板１１６を半導体基板１１６の表面１２４と線形凹部１１４の長手方向とに直交する平面で切った断面図に相当する。図１Ｃに示すように、線形凹部１１４は、実質的に平坦で半導体基板１１６の表面１２４に垂直な側壁１２２を有する。半導体基板１１６の表面１２４からの線形凹部１１４の深さｄは、線形凹部１１４内に充填されたＸ線吸収材料１１８（例えば、Ａｕ）の厚さ又は高さでもある。Ｘ線吸収材料１１８の厚さ又は高さｄが第二の格子１０４により得られるイメージングコントラストを決定し、厚さｄが大きいとイメージングコントラストが高い。所定のイメージングコントラストを得るために必要なＸ線吸収材料の厚さｄは、Ｘ線束のエネルギーが高いほど大きい。いくつかの実施態様において、半導体基板１１６の表面１２４内に刻まれた線形凹部１１４の深さｄ（即ち、Ｘ線吸収材料１１８の厚さｄ）は、数十μｍ乃至数百μｍ程度（例えば、２５μｍ乃至２００μｍ、５０μｍ、１００μｍ、又は２００μｍ）である。
【００９７】
図１Ｃに示すように、線形凹部１１４は、半導体基板１１６の全厚に亘って形成されてはいない。格子層１２６（即ち、半導体材料１２０（例えば、Ｓｉ）とＸ線吸収材料１１８（例えば、Ａｕ）とが交互に配列されている層）の下に、半導体材料層が残存している。格子層１２６の下に残存する半導体材料層の厚さは、格子層１２６が形成されている半導体ウエハ１１６の元来の厚さに依存していてもよい。いくつかの実施態様において、残存する半導体材料層がその上の格子層１２６を構造的に十分に支持する限り、半導体ウエハ１１６を片側又は両側から薄くしてもよい。
【００９８】
図１Ｃに示す側面図は、線形凹部１１４を、半導体基板１１６の上面に形成された、深さ対幅（ｄ：ｗ）のアスペクト比が高い凹部として示している。線形凹部１１４の深さ（Ｘ線吸収材料１１８の高さ）対幅のアスペクト比ｄ：ｗは、様々な実施態様において、１０：１乃至２００：１程度（例えば、２０：１、５０：１、１００：１、２００：１等）であってもよい。異なる視点から見ると、格子層１２６を、Ｘ線透過半導体材料（例えば、Ｓｉ）層１２０とＸ線吸収材料（例えば、Ａｕ）層１１８とが交互に配列されたものと見ることができる。各層は、半導体基板１１６の上面１２４に垂直な平面において平面寸法ｌ１×ｄを有する。Ｘ線透過層（即ち半導体材料層１２０）は小さい厚さｗ’を有し、Ｘ線吸収層（即ち金層１１８）は小さい厚さｗを有する。
【００９９】
理想的には、Ｘ線吸収材料（例えば、金又は金合金）が、線形凹部１１４のアレイにおける各線形凹部１１４の底から上に全深ｄに亘って充填されている。実際には、半導体基板１１６に線形凹部１１４を形成した後に、Ｘ線吸収材料の金属イオンを含むメッキ環境（例えば、メッキ浴）に半導体基板１１６を置く。メッキ工程において、半導体基板１１６を負電位に保持してもよい。負に帯電した半導体基板１１６は、メッキ環境中の正に帯電した金属イオンを還元して半導体基板１１６の露出面上にメッキ金属として堆積させるための負電荷を与えることができる。
【０１００】
微視的に見ると、メッキ工程中に、メッキ環境中のメッキ金属イオンの濃度が変動する可能性があり、半導体基板１１６の露出面上における負電荷の有効性が半導体基板１１６の露出面の全体に亘って常に均一ではない可能性がある。したがって、線形凹部１１４の露出した側表面よりも線形凹部１１４の底表面の方がメッキ金属イオンに対する誘引性が高いように工夫しないと、メッキ金属の初期成長サイトは線形凹部１１４の露出した側表面上に生成される可能性が統計的に高く、この傾向は線形凹部１１４の深さ対幅のアスペクト比が高いときに顕著である。
【０１０１】
図２Ａに示すように、半導体基板２００内の平坦な底を有する半導体凹部２０２を金イオンを含むメッキ環境２０４に曝露すると、金の初期堆積サイト２０６は凹部２０２の側表面２０８上に生成される可能性が高い。金の初期堆積サイト２１０が底表面２１２上にもほぼ同時に生成されたとしても、側表面２０８上の初期堆積サイト２０６からのメッキ金属の成長により、成長サイト２０６の下方の領域にメッキ金属が完全に充填される前に凹部２０２の全幅が速やかに塞がれて、成長サイト２０６の下方の領域がメッキ環境２０４と更に接することが妨害される可能性が高い。それにより、側表面２０８上の初期堆積サイト２０６の下方において、凹部２０２内に空隙２１４（即ち、凹部２０２内で未充填のまま残された領域）が形成される。
【０１０２】
凹部２０２の側表面２０８上の複数の初期堆積サイト２０６からメッキ金属が成長し続けると、より多くの空隙が凹部２０２の深さ方向に沿って形成される可能性がある。上述の問題は、凹部２０２の深さ対幅のアスペクト比が高いときに特に深刻である。このようなメッキ方法で作製されたＸ線格子（図１Ａ〜１Ｃに示す第二の格子１０４等）は、線形凹部のそれぞれの吸収率が不均一であるので、Ｘ線格子のコントラスト及び精度が劣る。
【０１０３】
図２Ｂ〜２Ｆは、半導体基板内の高アスペクト比の凹部に電気メッキにより充填される金属に望ましくない空隙が形成されてしまう、別の従来技術を示す。まず、マスク２２６（例えば、線形の開口部２２４が形成されたシリコン酸化物層）の開口２２４を介して半導体基板２２２をエッチングすることにより、一つ以上の凹部２２０を形成する。図２Ｂに示すように、半導体基板２２２の平坦な表面２２８上にシリコン酸化物層２２６を設ける。次いで、シリコン酸化物層２２６に、半導体基板２２２に形成する予定の線形凹部と同じ長さ及び幅を有する開口２２４を形成する。
【０１０４】
次いで、ボッシュプロセスを用いて、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部を半導体基板２２２に形成する。ボッシュプロセスは、短時間のエッチングサイクルとパッシベーションサイクルとを交互に繰り返す一連の工程を含み、数千サイクルのボッシュプロセスを用いて、深さ対幅のアスペクト比が最大で数百であるマイクロメートルオーダーの凹部を形成することができる。各ボッシュステップは、エッチングサイクルとそれに続くパッシベーションサイクルとを含む。まず、エッチングサイクルにおいて、エッチングガス混合物を用いて、エッチングガス混合物に曝露された半導体材料をエッチング除去する。次いで、パッシベーションサイクルにおいて、パッシベーションガス混合物を用いて、先のエッチングサイクルで新たに形成された凹部側壁及び凹部底表面上に保護層を形成する。その次のエッチングサイクルにおいて、エッチングガス混合物により、凹部底表面上に形成された保護層のみを貫いて選択的にエッチングを行うことでエッチングを半導体基板内へ少し深めて、少し延長された凹部側壁と新しい凹部底表面とを形成する。ボッシュステップを繰り返すことにより、深く狭い凹部を半導体基板に形成することができる（図２Ｃ参照）。このプロセスにより半導体基板内で基本的にエッチングが深さ方向に選択的に進むので、ボッシュプロセスによるエッチングは実質的に異方性のあるエッチングであるといえる。図面からは明らかでないが、ボッシュプロセスで得られた凹部は、ボッシュサイクルに起因する僅かな粗さ（スキャロップ）を凹部側表面上に有する。
【０１０５】
この従来技術において、メッキ金属の初期堆積サイトが凹部２２０の側表面上に生成されることを防止する試みを行う。図２Ｄに示すように、半導体基板２２２の凹部２２０の側壁２３２と底表面２３４とを含む露出表面全体の上に、例えば酸化物層２３０である絶縁体の薄い被覆を、例えばプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）又は熱酸化法によって設ける。いくつかの実施態様において、絶縁体層２３０は、半導体基板２２２の上面の凹部２２０を取り囲む領域を覆う部分が他の部分よりも厚くてもよい。
【０１０６】
絶縁体層２３０を形成した後に、凹部２２０の底表面２３４をドライエッチングにより再露出させて、半導体基板２２２をメッキ環境に曝露した際に再露出している底表面２３４が最初にメッキされるようにする。しかしながら、従来技術では、凹部底表面を再露出させるために用いるエッチャント（例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３）は、絶縁体被覆（例えば、ＳｉＯ２）に対するエッチング速度の方がその下にある半導体材料（例えば、Ｓｉ）に対するエッチング速度よりも高い。そのため、図２Ｅに示すように、ドライエッチングにより底表面２３４が再露出したときには、底表面２３４付近の側表面２３２も再露出している。また、エッチャントの半導体基板材料に対するエッチング速度が低いので、再露出した凹部底表面は実質的に平坦なままである。更に、ドライエッチングで生じたデブリが、底表面２３４付近の側表面２３２上に残る可能性もある。
【０１０７】
高アスペクト比の凹部を形成する方法（例えば、本例で用いるボッシュプロセス）で形成される凹部の底表面は一般に平滑で比較的平坦であるので、ドライエッチングにより底表面２３４が再露出したときに、露出した側表面２３２、特に側表面２３２のデブリ及び残存する絶縁体層２３０の縁付近の部分よりも、底表面２３４の方がメッキ金属イオンに対する誘引性が低くメッキ金属の堆積条件が劣っていることが多い。
【０１０８】
図２Ｆに示すように、図２Ｅに示す半導体基板２２２をメッキ環境に曝露してメッキを行うと、メッキ金属が底表面２３４付近の側表面２３２上にまず堆積して、それによる妨害のため、凹部２２０のメッキ金属２３８の下方の底部分に空隙２３６が形成される可能性がある。
【０１０９】
本明細書で説明するように、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部の形成において、凹部の露出した側表面（特に、露出した凹部側表面の凹部底表面付近の部分）よりも凹部底表面の方がメッキ環境中のメッキ金属イオンに対する誘引性が高くなるように、凹部底表面に表面プロファイル特徴部を設ける工程を行う。
【０１１０】
図３Ａ〜３Ｄに、凹部側表面よりも凹部底表面上のメッキ条件を良くする底表面プロファイル特徴部を有する、深さ対幅アスペクト比が高い凹部の例を示す。
【０１１１】
図３Ａ及び３Ｂに示す凹部は、同じ深さで実質的に平坦な底表面を有する凹部（例えば、従来のボッシュプロセスを用いて形成された底表面を有する凹部）に比べて、凹部底表面が凹部上部開口から離れる方向に半導体基板内に入り込むように屈曲している。図２Ｂ〜２Ｆで説明したボッシュプロセスでは、結果として得られる高アスペクト比の凹部の底表面が僅かに下向きに湾曲している可能性はあるものの、湾曲した凹部底表面の平坦からの逸脱の程度は、極めて小さくて、凹部側壁に比べて凹部底表面のメッキ条件を良くする程の差異は生じない。
【０１１２】
対照的に、図３Ａにおいて、凹部３０２は、半導体基板３０６の上面３０１の平坦部分に対して垂直な垂直側壁３０４を有する。いくつかの実施態様において、凹部３０２は、Ｘ線格子（例えば、図１Ａ〜１Ｃに示す第二の格子１０４）に用いられるような線形凹部であってもよい。そのような実施態様において、各線形凹部３０２の底表面は、二つの平坦な小面３０８を含む。二つの平坦な小面３０８は、凹部３０２の上部開口３１２を含む平面に平行な平面３１０から離れて傾斜している。二つの平坦な小面３０８は、凹部底表面の中央線又は中央付近の直線（頂点３１４として示す）に沿って互いに交わっている。頂点３１４と平面３１０との間の距離は、凹部３０２の幅ｗの少なくとも３分の１（例えば、幅ｗの半分超）であってもよい。
【０１１３】
いくつかの実施態様において、凹部３０２は、微小サイズで深さ対幅のアスペクト比が高い他の種類の凹部を必要とする適用に応じて、正方形や矩形の上部開口３１２を有していてもよい。そのような実施態様において、各凹部３０２の底表面は、凹部底表面の中央又は中央付近の点で互いに交わる複数（例えば、四つ）の平坦な小面を有していてもよい。
【０１１４】
高アスペクト比の凹部の底表面を、凹部の上部開口を含む平面に平行な平面から離れて曲がっているように形成することにより、同じ寸法を有する凹部の底表面が平滑かつ実質的に平坦である場合と比較して、凹部底表面の表面積を著しく拡張することができる。電荷は半導体の内部よりも表面付近を流れやすい傾向があるので、凹部底表面の表面積を拡張することにより、凹部底表面上にメッキ金属イオンを誘引してメッキ金属を堆積させる機会を増大させることができる。
【０１１５】
特定の理論によって制限されるものでは全くないが、メッキ環境中に存在するメッキ金属イオンは、高アスペクト比の凹部の底表面付近の狭い範囲において所定の濃度を有し、凹部側表面の凹部底表面付近もメッキ環境に曝露されている場合には、その狭い範囲に存在するメッキ金属イオンを捕捉する機会を凹部側表面上の自由負電荷と凹部底表面上の自由負電荷とが競い合うであろう。凹部底表面上に存在する自由負電荷の量が凹部底表面付近の凹部側表面上に存在する自由負電荷の量よりも著しく多いならば、メッキ金属の初期成長サイトの多くが凹部底表面上に先に生成される可能性が高まる。これらの初期成長サイトがまず凹部底表面上に生成された後に、メッキを普通に継続して、メッキ金属を凹部底表面から凹部側表面に沿って上方に凹部の全長に亘って充填することができる。高アスペクト比の凹部がこのような曲がった底表面を有する場合、メッキ金属の空隙は、仮に生じたとしても、より少なくより小さいであろう。
【０１１６】
凹部底表面が呈する屈曲の程度は、半導体基板における結晶面の配向に依存していてもよい。例えば、凹部底表面の平坦な小面（例えば、小面３０８）がＫＯＨエッチングによってシリコン基板の｛１１１｝面に沿って形成されているとき、各小面３０８と、各小面３０８が側表面３０４と交わる位置にある平面３１０（即ち、凹部上部開口を含む平面に平行な平面）と、の間の角度は約５４°であってもよい。いくつかの実施態様において、異なる程度の屈曲が凹部底表面に形成されるように、エッチングの処方を最適化することができる。図３Ａに示す凹部底表面プロファイルを形成する方法のいくつかの例を、図５Ａ〜５Ｃ及び図６Ａ〜６Ｃを参照してより詳細に説明する。
【０１１７】
凹部底表面の曲がり方は、図３Ａに示すような角がある屈曲であってもよいが、図３Ｂに示すような湾曲であってもよい。図３Ｂに示すように、凹部３２２の底表面３２４は、上部開口３２６から離れる方向に半導体基板３２８内に入り込むように湾曲している。凹部底表面３２４と凹部側表面３３０とが交わる位置にある平面３３２から凹部底表面３２４の中央までの距離ａが凹部３２２の幅ｗの１／３よりも大きいように、凹部底表面３２４の平均曲率半径は十分に小さい。いくつかの実施態様において、距離ａは、凹部３２２の幅ｗの半分であってもよく、ｗ／２乃至ｗ／３であってもよい。
【０１１８】
図３Ａに示す角張って屈曲した凹部底表面と同様に、図３Ｂに示す湾曲した表面プロファイルを有する凹部底表面３２４も、凹部底表面の表面積が拡張されているという利点を有し、凹部内の所定の体積のメッキ環境と接触する自由表面電荷の数が増加している。高アスペクト比の凹部が平坦な底表面を有している場合とは対照的に、図３Ｂに示す凹部３２２の底表面３２４は、凹部３２２の底表面３２４付近の側表面３３０よりもメッキ金属イオンに対する誘引性が高いメッキ金属堆積領域を提供する。
【０１１９】
例えば図２Ｅに示す構成と同様に、凹部３２２を絶縁体層により部分的に被覆して側表面３３０の下側部分及び底表面３２４だけをメッキ環境に曝露すると、メッキ金属の初期成長サイトが底表面３２４上にまず生成される。メッキ金属の初期成長サイトが底表面３２４上に確立されれば、メッキ金属を凹部３２２の底から上に均一に充填することができる。同様の寸法で平坦な底を有する凹部の内側のメッキ金属に見られる空隙と比較して、凹部３２２の内側に形成されるメッキ金属の空隙は、仮に生じたとしても、より少なく及び／又はより小さい。
【０１２０】
図３Ｃは、平坦な凹部底表面と比較して、また高アスペクト比の凹部の平滑な側表面と比較して、より良好なメッキ条件を提供することができる凹部底表面プロファイルの他の例を示す。図３Ｃに示すように、凹部３４２の底表面３４４は、凹部３４２の上部開口３４６に近づく方向に屈曲している。底表面３４４の表面積は、同じ寸法の凹部における平坦な底表面の表面積よりも大きい。更に、底表面３４４は、底表面３４４の中央又は中央付近である角度で互いに交わって尖った頂点３５０を形成する二つの平坦な小面３４８を含む。自由電荷は表面上の突起付近に集まる傾向があるので、メッキ工程において半導体基板３５２が負電位に保持されていると、半導体基板３５２の頂点３５０付近の表面は、底表面３４４付近の側表面３５４よりも高い濃度の自由電荷を有することができる。したがって、底表面３４４上の突起形状により、側表面３５４の底表面３４４付近の領域よりもメッキ金属イオンに対する誘引性が高いメッキ金属堆積領域が提供される。
【０１２１】
メッキ金属の初期成長サイトが底表面３４４の頂点３５０上に生成された後、メッキを初期成長サイトから続けて、メッキ金属を凹部３４２の底から上に均一に充填することができる。図８Ａ〜８Ｃは、凹部上部開口に近づく方向に屈曲して単一の尖った突起が存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部３４２）を半導体基板に形成する方法の例を示す。
【０１２２】
図３Ｃに示す凹部３４２は凹部底表面上に一つの突起形状を有しているが、いくつかの実施態様において、凹部底表面上に二つ以上の突出した表面形状を形成して、それらの突起形状の各頂点上にメッキ金属の初期成長サイトを生成することができるようにしてもよい。図９Ａ〜９Ｃは、尖った突起がいくつか存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部３４２の変形例）を半導体基板に形成する方法の例を示す。
【０１２３】
図３Ｄは、多くの尖った突起（以下、針状体という）３６８が存在する凹部底表面プロファイルを有する高アスペクト比の凹部の例である凹部３６２を示す。複数の針状体３６８は、凹部３６２の底表面３６４上に「芝生のような（grassy）」表面テクスチャを形成する。針状体３６８の先端（即ち、頂点）３６６は、底表面３６４付近の平滑な側表面３７０よりも、メッキ金属イオンを強く誘引する。したがって、凹部３６２の表面をメッキ環境に曝露すると、メッキ金属の初期成長サイトが、凹部３６２の側表面３７０の底表面３６４付近の部分上ではなく、針状体３６８の先端上に生成される。
【０１２４】
メッキ金属の初期成長サイトが針状体３６８の先端３６６上に生成された後、メッキを続けて、メッキ金属を凹部３６２の底表面から側表面に沿って上に均一かつ中実に充填することができる。いくつかの実施態様において、複数の針状体３６８の先端３６６が、凹部３６２の上部開口３７２を含む平面に平行な同一の水平面上に概ね位置していてもよい。このような実施態様では、メッキ金属の初期成長サイトが針状体３６８の先端３６６上に生成されたときに、メッキ金属が実質的に水平な底表面を有することができる。メッキ金属の小さな空隙が針状体３６８の隙間に形成されるかもしれないが、これらの空隙は、微細であり、凹部３６２を用いて形成される格子において大きな散乱や性能劣化の原因にはならないであろう。
【０１２５】
様々な実施態様において、芝生状の表面テクスチャ（即ち、針状体の集合体）を凹部底表面上に形成するために用いられる処理方法に依存して、針状体は異なる外観を呈する。例えば、いくつかの実施態様において、複数の針状体は、芝生のような見掛けを有し、ある程度の不規則性がそれらの位置及び寸法にあってもよい。図１０Ａ〜１０Ｃは、多数の針状体が存在する粗い凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｄに示す凹部３６２）を半導体基板に形成する方法の例を示す。
【０１２６】
特定の理論によって制限されるものでは全くないが、図４Ａ〜４Ｃは、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部の各例の内側における、電気メッキされた金属の初期成長サイトの生成状態を示す。
【０１２７】
図４Ａは、平滑かつ実質的に平坦な底表面４０４を有する凹部４０２の例を示す。凹部４０２を含む半導体基板４０６がメッキ工程において負電位に保持されていると、自由表面電荷は、凹部４０２の底表面４０４上よりも側表面４１０上のデブリ及び絶縁体被覆４０８の縁付近に集中する。凹部４０２の底表面４０４よりも側壁４１０の方が、自由表面電荷の濃度が高いので、メッキ溶液のうち凹部４０２の底部に存在する部分中の金属イオンを強く誘引する。したがって、メッキ金属の初期成長サイトの多くは、底表面４０４上ではなく底表面４０４付近の側表面４１０上に生成される。初期成長サイト４１２の上にメッキ金属が蓄積し続けると、凹部４０２の側表面４１０上の初期成長サイト４１２の下方の領域に空隙が形成されるであろう。
【０１２８】
図４Ｂは、凹部４２２の上部開口から相当の距離だけ離れる方向に屈曲した底表面４２４を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部４２２を示す。凹部４２２の側表面４２６は、側表面４２６の底表面４２４付近の下側部分を除いて、絶縁体被覆４３０により覆われている。底表面４２４の屈曲により、底表面４２４は側表面４２６の底表面４２４付近の露出部分よりも面積が著しく大きくなっている。底表面４２４の表面積がより大きいということは、側表面４２６の底表面４２４付近の露出部分よりも底表面４２４の方が、メッキ溶液のうち凹部４２２の底部に存在する部分と接触する自由表面電荷の数が多い、ということを意味する。したがって、メッキ金属の初期成長サイト４２８は、側表面４２６の底表面４２４付近の露出部分上よりも底表面４２４上に生成される可能性が高い。初期成長サイト４２８の上にメッキ金属が蓄積し続けられると、メッキ金属が底表面４２４上の初期成長サイト４２８から凹部４２２の底から上に充填される。図４Ｂには平坦な小面を有する凹部底表面を例示しているが、上述と同じ原理が、凹部上部開口から離れる方向に湾曲した凹部底表面を有する凹部にも適用可能である。
【０１２９】
図４Ｃは、一つ以上の針状体４４８（例えば、シリコンの芝生状の表面テクスチャ）が凹部４４２の底表面４４６に存在する、半導体基板４４４内の高アスペクト比の凹部４４２を示す。凹部４４２の側表面４５０は、側表面４５０の底表面４４６付近の下側部分を除いて、絶縁体被覆４５２により覆われている。半導体基板４４４がメッキ工程において負電位に保持されていると、自由表面電荷は針状体４４８の頂点上に極めて集中する。したがって、メッキ金属の初期成長サイトは、側表面４５０の底表面４４６付近の露出部分上よりも底表面４５４上に（針状体４４８の先端に）生成される可能性が高い。メッキ金属が初期成長サイト４５４の上に蓄積し続けられると、メッキ金属が底表面４４６上の初期成長サイト４５４から側表面４５０に沿って凹部４２２の全長に亘って底から上に充填される。
【０１３０】
図５Ａ〜５Ｃは、凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａに示す凹部３０２）を半導体基板に形成する方法の例を示す。
【０１３１】
図５Ａ〜５Ｃに例示する方法では、平坦な上面が（１００）面である単結晶から成る半導体基板５００（例えば、単結晶シリコンウエハ）を用いる。まず、半導体基板５００の平坦な上面の上に、マスク層５０２を形成する。マスク層５０２は、一つ以上の開口５０４がパターニングされた層（例えば、フォトレジスト、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４）であってもよい。マスク層５０２の各開口５０４は、半導体基板５００の上面に形成される予定の凹部の開口と同じ形状及び寸法を有する。
【０１３２】
例えば、Ｘ線格子（例えば、図１Ａ〜１Ｃに示す第二の格子１０４）に用いる線形凹部の形成のために、一つ以上の線形スロット５０４をマスク層５０２に形成する。本例示の方法では、マスク層５０２がパターニングされた後の半導体基板５００の上面の平面図（図５Ａの右上部）に示すように、マスク層５０２に形成された線形スロット５０４は、線形スロット５０４の長手方向が半導体基板５００の［０１１］方向に沿うように配向されている。
【０１３３】
半導体基板５００の上面の上に置かれたマスク層５０２に線形スロット５０４を形成した後、半導体基板５００の上面に、ＫＯＨ又は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）エッチング溶液などのエッチャントを用いた異方性エッチングを施す。図５Ｂに示すように、異方性エッチングにより、半導体基板５００の露出した上面から半導体材料が半導体基板５００の｛１１１｝面に沿って選択的にエッチング除去される。エッチングの結果、半導体基板５００の露出した上面に、二つの対向する平坦な小面５０８を有するキャビティ５０６が形成される。二つの対向する平坦な小面５０８は、図５Ｂに示すように、半導体基板５００の表面に形成されたキャビティ５０６の中央の直線に沿って互いに交わっている。異方性エッチングにより形成されたキャビティ５０６の表面プロファイルが、高アスペクト比の凹部を半導体基板５００に形成するために必要な所望の表面プロファイル特徴部を含むようになったら、エッチングを終了してよい。
【０１３４】
キャビティ５０６を形成する異方性ウェットエッチングが完了した後に、半導体基板５００の上面を（例えば、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスで）ドライエッチングに曝露して、図５Ｃに示すように、高アスペクト比の凹部５１２の垂直な側壁５１０を形成することができる。凹部５１２が所望の深さに到達したら、ドライエッチングを終了してよい。ドライエッチングは、凹部５１２の上部開口を含む平面に対して垂直な方向において実質的に均一な速度で行うことができるので、半導体基板５００の露出した上面から半導体材料を連続的に除去しながら、ドライエッチングを最初に始めたときにキャビティ５０６が有していた表面プロファイルを凹部５１２の底表面に転写することができる。
【０１３５】
したがって、ドライエッチングプロセスにより凹部５１２が所望の深さに到達して凹部５１２の垂直側壁５１０が完全に形成された時点において、凹部５１２の底表面は、底表面の中央の直線で互いに交わる二つの平坦な小面５１４を含んでいる。二つの平坦な小面５１４が互いに交わる位置は、底表面（即ち、小面５１４を含む表面）と凹部５１２の垂直側壁５１０とが交わる位置にある水平面５１６に対して、ある距離だけ下方にある。このようにして、図３Ａに示す深さ対幅のアスペクト比が高い凹部が半導体基板５００に形成される。続いて、半導体基板５００をメッキ環境に曝露して、電気メッキにより凹部５１２の底から上まで金属導体（例えば、金）を充填することができる。
【０１３６】
図６Ａ〜６Ｃは、凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａに示す凹部３０２）を半導体基板に形成する方法の他の例を示す。
【０１３７】
図６Ａ〜６Ｃに例示する方法では、平坦な上面が（１１０）面である単結晶から成る半導体基板６００（例えば、単結晶シリコンウエハ）を用いる。まず、半導体基板６００の平坦な上面の上に、マスク層６０２を形成する。マスク層６０２は、一つ以上の開口６０４がパターニングされた層（例えば、フォトレジスト、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４）であってもよい。マスク層６０２の各開口６０４は、半導体基板６００の上面に形成される予定の凹部の開口と同じ形状及び寸法を有する。
【０１３８】
例えば、Ｘ線格子（例えば、図１Ａ〜１Ｃに示す第二の格子１０４）に用いる線形凹部の形成のために、一つ以上の線形スロット６０４をマスク層６０２に形成する。本例示の方法では、マスク層６０２がパターニングされた後の半導体基板６００の上面の平面図（図６Ａの右上部）に示すように、マスク層６０２に形成された線形スロット６０４は、線形スロット６０４の長手方向が半導体基板６００の［２１１］方向に沿うように配向されている。
【０１３９】
半導体基板６００の上面の上に置かれたマスク層６０２に線形スロット６０４を形成した後、半導体基板６００の上面に、ＫＯＨ又はＴＭＡＨエッチング溶液などのエッチャントを用いた異方性エッチングを施す。図６Ｂに示すように、異方性エッチングにより、半導体基板６００の露出した上面から半導体材料が半導体基板６００の｛１１１｝面に沿って選択的にエッチング除去される。エッチングの結果、キャビティ６０６の中央の直線に沿って互いに交わる二つの対向する平坦な小面６０８を有するキャビティ６０６が、半導体基板６００に形成される。
【０１４０】
キャビティ６０６の二つの平坦な小面６０８がキャビティ６０６の中央の直線で互いに接続した後に異方性エッチングを継続すると、図６Ｃに示すように、凹部６１０の垂直側壁６１４が形成される。凹部６１０の垂直側壁６１４も、半導体基板６００の｛１１１｝面に沿っている。
【０１４１】
ＫＯＨ又はＴＭＡＨを用いた異方性エッチングを継続して凹部６１０が所望の深さに到達したら、異方性エッチングプロセスを終了してよい。エッチングプロセスの終了時点において、キャビティ６０６の表面プロファイルが凹部６１０の底表面に転写されている。半導体基板６００に形成された凹部６１０の底表面は、凹部６１０の底表面の中央の直線で互いに交わる二つの対向する平坦な小面６１２を含んでいる。二つの平坦な小面６１２の交線である直線は、凹部６１０の底表面と凹部６１０の垂直側壁６１４とが交わる位置にある水平面６１６に対して、ある距離だけ下方にある。このようにして、図３Ａに示す深さ対幅のアスペクト比が高い凹部が半導体基板６００に形成される。続いて、半導体基板６００をメッキ環境に曝露して、電気メッキにより凹部６１０の底から上まで金属導体を充填することができる。
【０１４２】
図５Ａ〜５Ｃ及び図６Ａ〜６Ｃにより説明した二つの方法例は同様の構造を形成するが、これら二つの方法例は少なくともいくつかの点において異なる。例えば、これら二つの方法例で用いられる半導体基板の結晶配向は互いに異なる。また、線形凹部は、半導体基板の表面において異なる結晶方向に沿って形成される。更に、図５Ａ〜５Ｃに示す方法では二つのステップのエッチングプロセス（先にウェットエッチング、次いでドライエッチング）を用いて凹部の全体を形成し、図６Ａ〜６Ｃに示す方法では単一のウェットエッチングプロセスを用いて凹部の全体を形成する。
【０１４３】
凹部上部開口から離れる方向に屈曲した凹部底表面を有する凹部を形成する方法の他の例を、図１２Ａ〜１２Ｆを参照して本明細書で後述する。図１２Ａ〜１２Ｆに示す方法は、少なくとも、凹部の内面が形成されて絶縁体被覆で被覆された後に図１２Ａ〜１２Ｆに示す凹部の屈曲した底表面が形成されるという点において、図５Ａ〜５Ｃ及び図６Ａ〜６Ｃに例示する方法と異なる。
【０１４４】
図７Ａ〜７Ｅは、凹部上部開口から離れる方向に曲がった凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｂに示す凹部３２２）を半導体基板に形成する方法の他の例を示す。本例示の方法では、凹部上部開口から離れる方向に湾曲した凹部底表面を有する、深く狭い凹部が形成される。従来のボッシュプロセスで形成された高アスペクト比の凹部も、凹部上部開口から離れる方向に少々湾曲した凹部底表面を有している場合があるが、図７Ａ〜７Ｅに示す方法を用いて形成された凹部では、遥かに顕著な湾曲が凹部底表面に形成されて、凹部底表面の方が凹部底表面付近の平坦な凹部側表面よりもメッキ環境中のメッキ金属イオンに対する誘引性が極めて高くなる。
【０１４５】
図７Ａに示すように、半導体基板７００（例えば、シリコンウエハ又はシリコン−オン−オキサイド・ウエハ）の平坦な上面に、フォトレジスト層７０２を置く。次いで、フォトレジスト層７０２をパターニングして、フォトレジスト層７０２に開口７０４を形成し、開口７０４内のフォトレジストの下の領域を開口７０４を介して露出させる。フォトレジスト層７０２に形成される開口７０４は、半導体基板７００の上面に平行な平面内での平面形状及び平面寸法が、半導体基板７００に形成される予定の凹部と概ね同じである。
【０１４６】
例えば、半導体基板７００に長さｌ、幅ｗ及び深さｄを有する線形凹部（例えば、図１Ｂ及び１Ｃに示す線形凹部１１４）が形成される場合、フォトレジスト層７０２の開口７０４の平面寸法はｌ×ｗに概ね等しい。フォトレジスト層７０２の厚さは、少なくとも幅ｗの半分である。
【０１４７】
フォトレジスト層７０２に開口７０４を形成したら、フォトレジスト層７０２を高温（例えば、約２００℃）でフォトレジスト層の形状が変化し始めるまでアニールする。形成当初の開口７０４の側壁は、実質的に平坦であって半導体基板７００の上面に対して垂直である。そして、加熱によってフォトレジストが半溶融することにより、フォトレジスト層が変形する。半溶融したフォトレジストの自重と表面張力との相互作用により、フォトレジスト層７０２に形成された開口７０４の側壁を含むフォトレジスト層７０２の露出面上に、湾曲した表面プロファイルが形成される。
【０１４８】
フォトレジスト層７０２に湾曲した表面プロファイルが形成されたら、フォトレジスト層７０２を冷却して図７Ｂに示すように湾曲した表面プロファイルを有する状態で再硬化させる。いくつかの実施態様において、図７Ｂに示すフォトレジスト層７０２に形成される開口７０４の平面寸法が正確にｌ×ｗとなるように、図７Ａに示すフォトレジスト層７０２に形成する開口７０４の寸法を精密に調整してもよい。
【０１４９】
フォトレジスト層７０２を冷却してフォトレジスト層７０２の湾曲した表面プロファイルを安定させた後に、半導体基板７００を等方性エッチングすることにより、フォトレジスト層７０２の湾曲した表面プロファイルを半導体基板７００の上面に転写することができる。
【０１５０】
いくつかの実施態様において、半導体基板７００は、ユニタリシリコンウエハであってもよい。フォトレジスト層７０２の湾曲したプロファイルをシリコンウエハに形成されたキャビティ７０６の表面に転写した後に、ボッシュプロセスを行って凹部の側壁を形成することができる。ボッシュプロセスは半導体基板７００の上面に垂直な方向に高いエッチング速度を有するので、キャビティ７０６の湾曲した表面プロファイルを凹部底表面に転写しながら、凹部のエッチングを半導体基板７００内へ深めて行くことができる。フォトレジスト層をボッシュプロセスのマスクとしても用いる実施態様では、キャビティ７０４がシリコン層に形成されたときにフォトレジスト層がシリコン基板上に十分な厚さで残存しているように、フォトレジスト層を比較的厚くしておくことが必要である。
【０１５１】
いくつかの実施態様において、このプロセスに用いる半導体基板７００はシリコン−オン−インシュレータ基板であり、フォトレジスト層７０２の直下の層はシリコン酸化物層７０８である。シリコン酸化物層７０８をフォトレジスト層７０２を介して等方性エッチャントを用いてエッチングしたときに、フォトレジスト層７０２の湾曲したプロファイルをシリコン酸化物層７０８の表面上に完全に転写することが可能であるように、シリコン酸化物層７０８は少なくとも数μｍ（例えば、２μｍ乃至４μｍ）の厚さを有する。
【０１５２】
図７Ｃに示すように、シリコン酸化物層７０８のエッチングは、フォトレジスト層７０２の湾曲したプロファイルが酸化物層７０８の表面上に転写されるまで行う。つまり、酸化物層７０８の表面に、湾曲した表面プロファイルを有するキャビティ７０６を形成する。次いで、残っているフォトレジストがあったら除去して、酸化物層７０８を露出させる。いくつかの実施態様において、酸化物層７０８を研磨して酸化物層７０８のキャビティ７０６の外側の上面を平坦化する工程を、適宜追加してもよい。次いで、酸化物層７０８をマスク層として用いて、ボッシュプロセスを用いて酸化物層７０８の下のシリコン層７１０に深く狭い凹部７１２を形成することができる。
【０１５３】
図７Ｄ及び７Ｅに示すように、エッチング段階と堆積段階とを交互に繰り返すボッシュプロセスを続けると、半導体基板７００のシリコン層７１０に、深く狭い凹部７１２の垂直側壁７１４が徐々に形成される。凹部７１２の底表面７１６は、酸化物マスク層７０８に以前に存在していたキャビティ７０６の底表面の湾曲形状を維持する。
【０１５４】
図７Ｃに示すように湾曲した側壁を有する開口部がある酸化物マスクではなく、通常の垂直な壁を有するマスクを用いたボッシュプロセスにより形成される凹部の底表面は、少々湾曲しているかもしれないが、その湾曲の量、即ち底表面の最も低い部分と底表面が側表面と交わる位置にある平面との間の距離は、数百ｎｍ程度以下に過ぎない。対照的に、図７Ａ〜７Ｅに示すプロセスを用いると、凹部７１２の底表面７１６の湾曲の量、即ち底表面７１６の最も低い部分と底表面７１６が側表面７１４と交わる位置にある平面７１８との間の距離を、凹部７１２の幅ｗの半分にまで及ばせることができる。
【０１５５】
いくつかの実施態様において、深さ１００μｍ及び幅２μｍの深い凹部で、底表面７１６の最低点と底表面７１６が垂直な側表面７１４と交わる位置にある平面７１８との間の距離を、１μｍにまで及ばせることができる。
【０１５６】
特定の理論によって制限されるものでは全くないが、シリコン酸化物層７０８をボッシュプロセス用のマスク層として用いることの利点の一つは、酸化物層７０８は長く続くボッシュプロセスの後でも通常のフォトレジスト層と違ってひび割れたり分解したりしないことである。したがって、高アスペクト比で深さが大きい（例えば、１００μｍ程度）凹部を形成するために、酸化物層をボッシュプロセス用のマスクとして用いる。ボッシュプロセス中に酸化物層が部分的に侵食されて薄くなるかもしれないが、フォトレジスト層にありがちなひび割れの問題は酸化物層には起きない。いくつかの実施態様において、凹部７１２を形成した後に、酸化物層を除去又は平坦化してもよい。
【０１５７】
図８Ａ〜８Ｃは、凹部上部開口に近づく方向に屈曲して単一の尖った突起が存在する凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部３４２）を半導体基板に形成する方法の例を示す。
【０１５８】
本例示の方法では、グレースケールマスクを用いて、半導体基板の凹部を形成する予定の場所の上に、尖った表面形状部を有する厚さプロファイルを形成する。次いで、フォトレジスト層をマスクとして用いて、半導体基板に凹部を形成する。
【０１５９】
図８Ａに示すように、半導体基板８００の平坦面上にフォトレジスト層８０２を置く。次いで、フォトレジスト層８０２を、グレースケールマスク８０４を介して紫外光に曝露する。グレースケールマスク８０４は、紫外光の透過度がグレースケールマスク８０４の紫外光透過プロファイルに従ってグレースケールマスク８０４上の場所によって異なるように、特別に設計されている。本例において、グレースケールマスク８０４は、半導体基板８００の表面の凹部が形成される予定の場所に合わせられる領域のみを紫外光が透過可能なように設計されている。図８Ａの上部のグラフは、グレースケールマスク８０４の紫外光透過プロファイル８０６を表す。
【０１６０】
紫外光透過プロファイル８０６に示すように、半導体基板８００の表面に長さｌ及び幅ｗの線形凹部を形成するためのグレースケールマスク８０４は、線形凹部を形成する予定の場所（例えば、２ｗのピッチを有する）に合致する場所の、長さｌ及び幅ｗを有する領域のストライプ８０８のみで、紫外光を透過させる。更に、各ストライプ８０８における紫外光透過度Ｔは、各ストライプ８０８の幅方向の両端で最高であり、各ストライプ８０８の各端から離れてストライプ８０８の中央に近づくにつれて直線的に低下している。
【０１６１】
フォトレジストの平坦な層８０２をグレースケールマスク８０４を介して紫外光に曝露してから現像すると、フォトレジスト層８０２は、半導体基板８００の表面に平行な平面内の平面寸法だけでなく半導体基板８００の表面に垂直な方向の厚さ寸法においてもパターニングされる。図８Ａに示すように、現像後のフォトレジスト層８０２のプロファイルは、グレースケールマスク８０４の紫外光透過プロファイル８０６が反転した形を呈する。具体的には、フォトレジスト層８０２のうち、紫外光がグレースケールマスク８０４に遮られて全く照射されなかった領域は、平坦である。フォトレジスト層８０２のうち、紫外光がグレースケールマスク８０４を透過して照射された領域（即ち、フォトレジスト層８０２のうち、グレースケールマスク８０４の透過ストライプ８０８の下方の領域）では、フォトレジスト層８０２の表面プロファイルは、グレースケールマスク８０４の紫外光透過プロファイル８０６が反転した形となる。つまり、パターニングされたフォトレジスト層８０２は、フォトレジスト層８０２の平坦な底表面から離れる方向に突出した単一の尖った突起８１０を含んだ表面プロファイルを有する。本例示の方法では、単一の尖った突起８１０は、フォトレジスト層８０２の凹んだ部分の長さｌに沿った単一の直線において互いに交わる二つの平坦な小面８１２を有する。
【０１６２】
フォトレジスト層８０２を、半導体基板８００に形成する予定の凹部８２２の平面寸法及び底表面プロファイルに従って、平面寸法と厚さ寸法との両方においてパターニングした後、フォトレジスト層８０２を介して凹部８２２を形成するプロセスを行うことができる。いくつかの実施態様において、プラズマエッチングプロセスなどのドライエッチングプロセスにより凹部８２２を形成することができる。いくつかの実施態様において、ボッシュプロセスを用いて凹部８２２を形成してもよい。
【０１６３】
いくつかの実施態様において、ボッシュプロセスを用いて深い凹部を形成する場合、半導体基板８００は、酸化物層８１４とシリコン層８１６とを含むシリコン−オン−オキサイド・ウエハであってもよい。エッチング中に、まずフォトレジストマスク８０２のプロファイルが酸化物層８１４に転写される。次いで、フォトレジスト層８０２を除去することができ、酸化物層８１４を、その下のシリコン層８１６に所望の深さの凹部８２２を形成する次のボッシュプロセス用のマスク層として使うことができる。図８Ｂに示すように、ボッシュプロセスの開始前に、酸化物層８１４の、更なるエッチングによりシリコン層８１６に形成される予定の凹部８２２の上の場所に、真直側壁を有するキャビティ８２０が形成されている。各キャビティ８２０の底表面には、二つの平坦な小面８２４を有する単一の尖った突起８１８が形成されている。
【０１６４】
次いで、ボッシュプロセスを行って、酸化物層８１４のキャビティ８２０の内側の表面プロファイルを凹部８２２の底表面に転写しながら、ボッシュプロセスのエッチングサイクル及びパッシベーションサイクルによって凹部８２２を深めることができる。凹部８２２が所望の深さに到達したら、ボッシュプロセスを終了してよい。結果として得られる凹部８２２のそれぞれは、垂直側壁８２６と単一の尖った突起８２８を含む底表面とを有する。各凹部８２２の底表面の単一の尖った突起８２８は、凹部８２２の上部開口に向かって突き出ている。図８Ｃにおいて、単一の尖った突起８２８は、直線において互いに交わる二つの平坦な小面８３０を有する。いくつかの実施態様において、図８Ａ〜８Ｃに示す方法を用いて、他の表面プロファイルを有する単一の尖った突起を形成してもよい。
【０１６５】
上述の方法で、適切な紫外光透過プロファイルを有するマスクを用いることにより、凹部底表面上に単一の尖った突起を形成するだけでなく、凹部底表面上に多数の尖った突起を形成することもできる。図９Ａ〜９Ｃは、尖った突起がいくつか存在する粗い凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｃに示す凹部３４２の変形例）を半導体基板に形成する方法の例を示す。
【０１６６】
図９Ａに示すように、半導体基板９００上に置かれたフォトレジスト層９０２のパターニングには、図８Ａとは異なるグレースケールマスクを用いている。例えば、ここで用いるグレースケールマスクは、半導体基板９００に形成される予定の凹部の平面形状及び位置に合致するフォトレジスト層９０２の領域９０４に厚さプロファイルを形成する、紫外光透過プロファイルを有することができる。パターニングされたフォトレジスト層９０２の厚さプロファイルは、例えば、周期的アレイ（例えば、２×２アレイ）状に配列された少数の尖った突起を有することができる。
【０１６７】
図９Ｂに示すように、パターニングされたフォトレジスト層９０２を介して半導体基板９００をエッチングに曝露すると、フォトレジスト層９０２の領域９０４の内側の表面プロファイルが、エッチングにより形成されるキャビティ９１０の底表面９１２に転写される。つまり、キャビティ９１０の底表面９１２は、小周期のアレイ状に配列された突起形状９１４を有することになる。また、キャビティ９１０は、半導体基板９００に形成される予定の凹部の平面形状及び寸法を決める垂直側壁を有する。
【０１６８】
いくつかの実施態様において、半導体基板９００は、シリコン−オン−オキサイド・ウエハであり、酸化物層９０６及びシリコン層９０８を含む。パターニングされたフォトレジスト層９０２の直下の層は、酸化物層９０６である。パターニングされたフォトレジスト層９０２を介して酸化物層９０６をエッチングすると、フォトレジスト層９０２の垂直プロファイルが酸化物層９０６の表面上に転写される。次いで、フォトレジスト層９０２を除去して、パターニングされた酸化物層９０６を、その下のシリコン層９０８の次のエッチング用のマスクとして用いる。
【０１６９】
いくつかの実施態様において、ボッシュプロセスを用いて、シリコン層９０８に所望の深さの凹部９１６を形成することができる。各凹部９１６は、垂直側壁９２２と底表面９１８とを有するであろう。凹部９１６の底表面９１８は、酸化物層９０６に以前に存在していたキャビティ９１０の底表面９１２上の突起９１４に合致する尖った突起９２０を含むであろう。凹部９１６の底表面９１８は、凹部９１６の垂直な側表面９２２よりもメッキ金属イオンに対する誘引性が高く良好なメッキ金属堆積領域を提供するために十分な粗さを有する。凹部９１６をメッキ環境に曝露すると、凹部９１６の底表面９１８上の尖った突起９２０の上に、メッキ金属の初期成長サイトが生成される。
【０１７０】
上記の方法例では限られた数の凹部のみを図示しているが、当業者は、適切なマスクパターニングを同じ方法で用いることにより、多くの凹部が配列された複数のアレイを形成できることを認識するであろう。
【０１７１】
図１０Ａ〜１０Ｃは、多数の針状体が存在する粗い凹部底表面を有する、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ｄに示す凹部３６２）を半導体基板に形成する方法の例を示す。
【０１７２】
本例示の方法では、図１０Ａに示すように、半導体基板１０００上にパターニングされたマスク１００２が形成される。いくつかの実施態様において、パターニングされたマスク１００２は、シリコン−オン−オキサイド・ウエハのパターニングされた酸化物層であってもよく、半導体基板１０００は、シリコン−オン−オキサイド・ウエハのシリコン層であってもよい。パターニングされた酸化物マスク１００２は、その下の半導体基板１０００で凹部が形成される予定の場所の上に、真直側壁を有する開口１００４を有する。開口１００４は、半導体基板１０００に形成される予定の凹部と同じ平面寸法を有する。
【０１７３】
酸化物マスク１００２を作成した後、酸化物マスク１００２を介してボッシュプロセスを行って、半導体基板１０００に凹部１００６を形成することができる。ボッシュプロセスは、交互に繰り返されるエッチング段階及びパッシベーション段階を含む。エッチング段階では、所定時間（即ち、エッチング継続時間）の間、ある特定のガス混合物（例えば、ＳＦ６ガス）を基板１０００の表面に向けて垂直に送る。エッチングガス混合物は、半導体基板の露出面を侵食して、凹部の底部分をやや深める。エッチングガス混合物は半導体基板を側方向にも侵食する（即ち、エッチングが等方的に進む）ので、このエッチング段階は、凹部１００６の幅を開口１００４の幅に近く保つために、比較的短く（例えば、数秒）しておく必要がある。
【０１７４】
パッシベーション段階では、所定時間（即ち、パッシベーション継続時間）の間、エッチングガス混合物とは異なるガス混合物（例えば、Ｃ４Ｆ８ガス）が、先のエッチング段階で露出された直後の凹部１００６の側壁及び底表面上に保護層を形成する。パッシベーション段階の後に、エッチングガス混合物によるエッチング段階を再び始める。エッチングガス混合物により、凹部１００６の底表面上に形成された保護層が侵食されるが、凹部１００６の側表面上の保護層は比較的そのまま残る（即ち、エッチングが異方的に進む）。エッチングガス混合物が凹部１００６の底表面上の保護層を貫通すると、エッチングガス混合物は、半導体基板１０００内へエッチングを進めて、エッチング段階が再び終わるまで凹部１００６をやや深める。ボッシュプロセスのエッチング段階及びパッシベーション段階を数千回繰り返して、所望の幅及び深さの高アスペクト比の凹部を形成することができる。この繰り返しにより半導体基板１０００へエッチングが選択的に深さ方向に行われるため、ボッシュプロセスによるエッチングは異方性エッチングとみなすことができる。
【０１７５】
半導体基板１０００に凹部１００６を形成する上述のボッシュプロセスの間、エッチング段階及びパッシベーション段階のそれぞれのガス圧、温度、ガス混合物の組成、及び継続時間（これらを、ボッシュプロセスの「エッチングレシピ」と総称する）を、凹部１００６の側壁１００８及び底表面１０１０が平滑かつ平坦であるように、注意深く選定する。本例では、高アスペクト比の凹部を形成するためのレシピにより、起伏が数ｎｍ程度である凹部側壁を形成することができる。
【０１７６】
図１０Ｂに示すように、高アスペクト比の凹部１００６の側壁１００８の全体は、実質的に平坦かつ垂直な凹部側壁と実質的に水平かつ平滑な凹部底表面とを有する深く狭い凹部を形成するように調製された、第一のボッシュレシピを用いて形成されている。次いで、第一のボッシュレシピとは異なる第二のボッシュレシピを用いて、凹部１００６の底表面１０１０の表面テクスチャを改変する。第二のレシピは、第一のレシピに基づいてもよいが、保護材料の堆積を促進するように、及び／又はエッチング速度を下げるように、変更される。例えば、第二のレシピにおいて、エッチング段階で第一のレシピよりも圧力を上げ、及び／又は温度を下げてもよい。更に、又は代わりに、第二のレシピにおいて、堆積段階（パッシベーション段階）で、第一のレシピよりも堆積ガス混合物中のＣ４Ｆ８ガスの濃度を上げて材料の堆積を促進してもよい。更に、第二のレシピにおいて、第一のレシピよりもパッシベーション継続時間を長くしてもよい。
【０１７７】
図１０Ｃに示すように、第二のレシピを用いたボッシュプロセスにより、凹部１００６がやや深まるかもしれないが、より重要なことは、凹部１００６の底表面１０１２上に、多くの針状体（シリコングラス（silicon grass）とも呼ばれる）から成る芝生状の表面特徴部が形成されることである。芝生状の表面特徴部を構成する針状体は、芝葉のような外観を呈する半導体材料の尖片である。特定の理論によって制限されるものでは全くないが、これらの針状体は、第二のボッシュエッチングプロセス中に凹部１００６の底表面上に形成された堆積物の粒子が微小なマスクとして作用した結果物であってもよい。凹部１００６の底表面上に所望のテクスチャができたら、第二のエッチングプロセスを終了してよい。
【０１７８】
図１１Ａ〜１１Ｃに、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部（例えば、図３Ａ〜３Ｄのそれぞれに示す凹部）に電気メッキを施して凹部の底から上に金属を充填する方法の例を示す。図１１Ａ〜１１Ｃに示す方法は、例えば、図５Ａ〜１０Ｃにより説明した各方法の後に行うことができる。図１１Ａ〜１１Ｃに示す例では粗い底表面を有する凹部（例えば、底表面上にシリコン針状体を有する凹部）を金属（例えば、金）によりメッキしているが、本明細書に記載の他の表面プロファイルを有する凹部にも同じメッキ方法を適用することができる。
【０１７９】
図１１Ａに示すように、半導体基板１１００には、メッキを促進するように特別に準備された凹部底表面プロファイルを有する高アスペクト比の凹部１１０２が形成されている。各凹部１１０２の底表面１１０４は、複数の突出した表面特徴部（例えば、シリコン針状体）を有する。いくつかの実施態様において、半導体基板１１００の上面の上に、酸化物層１１０６（例えば、凹部１１０２を形成する際のボッシュプロセスにおいて用いられたマスク層）が残存しているかもしれない。次いで、図１１Ｂに示すように、半導体基板１１００の上面を、絶縁体の薄層１１０８で被覆する。絶縁体層１１０８は、半導体基板１１００の上面の凹部１１０２を取り囲む平坦領域を覆う部分が他の部分よりも厚くてもよく、凹部１１０２内では底表面１１０４に近づくにつれて薄くなる。絶縁体被覆１１０８は、ＰＥＣＶＤ又は熱酸化法により設けることができる酸化物層であってもよい。
【０１８０】
いくつかの実施態様において、凹部１１０２が十分に狭く深いと、絶縁体被覆１１０８が凹部１１０２の底表面１１０４まで到達しない。いくつかの実施態様において、絶縁体被覆１１０８が凹部１１０２の底表面１１０４まで到達して凹部１１０２の側壁１１１０及び底表面１１０４を覆っている場合は、例えばドライエッチングにより、凹部１１０２の底表面１１０４から絶縁体被覆を除去する工程を行ってもよい。絶縁体被覆１１０８の厚さは、例えば１０ｎｍ乃至５０ｎｍである。絶縁体被覆１１０８は、凹部１１０２の底表面１１０４がメッキされる前に凹部１１０２の側表面１１１０がメッキされることを防止する。
【０１８１】
図示の例において、凹部１１０２の側表面１１１０の最下部は絶縁体被覆１１０８で覆われないで露出しているかもしれないが、凹部１１０２の底表面１１０４に（例えば、本明細書において前述した方法により）形成されている特別な表面プロファイル特徴部の作用により、メッキ金属の初期成長サイトは、凹部１１０２の側表面１１１０の最下部よりも底表面１１０４に生成される可能性が高い。図１１Ｃは、金イオンを含むメッキ浴などのメッキ環境に半導体基板１１００を曝露すると、メッキ金属の初期成長サイトが凹部１１０２の底表面１１０４に生成されて、メッキ金属１１１２が初期成長サイトから凹部１１０２の底から上に中実かつ均一に充填されることを示す。いくつかの実施態様において、凹部１１０２の内側に充填された金属は、例えば、図１Ａ〜１Ｃに示すＸ線格子１０４のＸ線吸収要素として用いることができる。
【０１８２】
図１１Ａ〜１１Ｃに例示する方法では、メッキ金属の初期成長サイトの生成を促進する表面プロファイル特徴部を有するように凹部底表面を形成した後に、絶縁体被覆を凹部に設ける。図１２Ａ〜１２Ｆに例示する別の方法では、まず、平坦な底を有する凹部を形成する。次いで、凹部の内面（凹部底表面及び凹部側表面を含む）を絶縁体被覆で被覆する。図１２Ａ〜１２Ｆに例示する方法では、図２Ｂ〜２Ｆに示す従来の方法とは異なり、凹部側表面を再露出させることなく凹部底表面を優先的に再露出させるドライエッチングプロセスを用いて（例えば、異なるエッチャントにより）、凹部底表面を再露出させる。したがって、その後、凹部をメッキ環境に曝露した際に、メッキ金属を、凹部の再露出した底表面上にのみ堆積させて凹部の底から上に充填し始めることができる。
【０１８３】
図１２Ａに示すように、半導体基板１２０４（例えば、シリコンウエハ又はシリコン−オン−オキサイド・ウエハ）に、深さ対幅のアスペクト比が高い凹部１２０２が一つ以上形成されている。各凹部１２０２は、実質的に水平かつ平滑な底表面１２０６と、垂直側壁１２０８と、上部開口１２１０と、を有する。半導体基板１２０４の上面の凹部１２０２の開口１２１０を取り囲む部分は、平坦であり、凹部１２０２の底表面１２０６に対して実質的に平行である。いくつかの実施態様において、凹部１２０２は従来のボッシュプロセスにより形成され、半導体基板１２０４の上面の平坦な部分の上にマスク層１２１２（例えば、シリコン酸化物層）が残っていてもよい。
【０１８４】
図１２Ｂに示すように、平坦な底表面１２０６を有する凹部１２０２を半導体基板１２０４に形成した後に、半導体基板１２０４の表面に絶縁体被覆１２１４を設ける。絶縁体被覆１２１４により、凹部１２０２の側表面１２０８及び底表面１２０６が覆われる。いくつかの実施態様においては、絶縁体被覆１２１４はＰＥＣＶＤにより堆積させた酸化物（例えば、ＳｉＯ２）の薄層（例えば、厚さ数十ｎｍ）である。いくつかの実施態様においては、絶縁体被覆１２１４は熱酸化法により半導体基板１２０４の表面上に成長させた酸化物の薄層である。図１２Ｂに示すように、絶縁体被覆１２１４の層は、半導体基板１２０４の上面の凹部１２０２の開口１２１０を取り囲む部分も覆っていてもよい。絶縁体被覆１２１４は、絶縁体被覆１２１４の下の半導体基板１２０４の表面上の自由電荷によりメッキ金属イオンがメッキ金属に還元されることを防止することができる。
【０１８５】
絶縁体被覆１２１４を半導体基板１２０４の表面に設けて凹部１２０２の内面を覆った後、被覆された半導体基板１２０４の表面を、上方からのドライエッチングに曝露することができる。図１２Ｃに示すように、ドライエッチャント（例えば、ＳＦ６ガス）を用いて、凹部１２０２の底表面１２０６上に形成された絶縁体被覆１２１４を除去することができる。このドライエッチングプロセスにおいて用いるエッチャントとして、絶縁体被覆１２１４の材料（例えば、ＳｉＯ２）に対するエッチング速度よりも半導体基板１２０４の材料（例えば、Ｓｉ）に対するエッチング速度が遥かに高いものを選択する。図１２Ｃに示すように、衝突するエッチャント（例えば、ＳＦ６）の方向性（例えば、底表面１２０６に垂直に向けられている）のため、底表面１２０６の中央部１２１６がまず再露出される。底表面１２０６の中央部１２１６が再露出された後（例えば、第一のエッチング継続時間の経過後）、凹部１２０２の側表面１２０８の上及び底表面１２０６の縁部の上に、絶縁体被覆材料がまだ残っている。
【０１８６】
図１２Ｄに示すように、ドライエッチングを継続すると、凹部１２０２の底表面１２０６は、継続的にエッチングされて、凹部１２０２の上部開口１２１０から離れる方向に屈曲するように拡張される。対照的に、凹部１２０２の側表面１２０８上に形成されている絶縁体被覆１２１４は、実質的に損なわれないで残り、側表面１２０８をエッチャントから保護し続ける。凹部１２０２の底表面１２０６上に形成された絶縁体被覆が除去された後（例えば、第一のエッチング継続時間よりも短い第二のエッチング継続時間の経過後）、ドライエッチングを終了してよい。図１２Ｄに示すように、ドライエッチングの後に、凹部１２０２の底表面１２０６は、凹部１２０２の底の中央においてある角度で互いに交わる二つの平坦な小面１２１８を含むことができる。図１２Ｄに示す凹部１２０２の底表面１２０６の全体の表面積は、図１２Ａに示す凹部１２０２の平坦な底表面１２０６の表面積よりも、著しく拡張している。
【０１８７】
図１２Ｅに示すように、半導体基板１２０４をメッキ金属イオン（例えば、金イオン）を含むメッキ環境に曝露すると、凹部１２０２の再露出され拡張された底表面１２０６上にメッキ金属の初期成長サイトが生成される。凹部１２０２の拡張された底表面１２０６上の初期成長サイトから成長したメッキ金属１２２０は、凹部１２０２を底から上に徐々に埋める。凹部１２０２の側表面１２０８は絶縁体被覆１２１４により完全に覆われているので、側表面１２０８がメッキ金属イオンに対する誘引性を底表面１２０６と競うことはなく、図１２Ｆに示すように、凹部１２０２の内側に充填されたメッキ金属の全長に亘って、空隙が形成されることはない。
【０１８８】
本願の明細書及び特許請求の範囲の全体において、「前」、「後」、「上部」、「底部」、「左」、「右」、「上」、「下」、「上方」及び「下方」などの用語は、説明されているシステムの様々な構成要素の相対的な位置及び各構成要素の様々な部品の相対的な位置を説明するために使用されている。同様に、本願の明細書及び特許請求の範囲の全体において、「水平」や「垂直」に関する用語も、説明されているシステムの様々な構成要素の相対的な向き及び各構成要素の様々な部品の相対的な向きを説明するために使用されている。特定の構成要素、システム、又は装置についての説明において下記の相対的な向きや位置が明示的に述べられている場合を除き、これらの用語の使用は、システム、装置、構成要素、又はそれらの部品の、（１）地球の重力の方向に対して、（２）地面若しくは地平面に対して、（３）システム、装置、若しくはそれらの特定の構成要素が実際の製造、使用、若しくは輸送において有し得る方向に対して、又は（４）システム、装置、若しくはそれらの特定の構成要素が実際の製造、使用、若しくは輸送中に配設され得る表面に対して、特定の位置や向きを示唆するものではない。
【０１８９】
本発明のいくつかの実施形態を説明してきた。しかし、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変形を行うことができることが理解されよう。例えば、いくつかの処理工程は、異なる順序で行ってもよいし、変更又は省略してもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１１Ｂ】
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