JP2013509711A - シリコン選択エッチ方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
前記シリコン層中に第1のトレンチを異方性エッチングすることと、
前記第1のトレンチ内のシリコン表面を選択的に異方性ウェットエッチングすることであって、該ウェットエッチングが、該シリコン表面を、
芳香族トリ(低級)アルキル第四級オニウム水酸化物と、
非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩と、
を含む水性組成物に曝すことを含み、該ウェットエッチングが、前記シリコン層の(110)面及び(100)面をおよそ等しい速度で(111)面よりも優先的にエッチングして、該(111)面に側壁を有する拡大されたトレンチを形成する、選択的に異方性ウェットエッチングすることと、
を含む、基板上に設けられるシリコン層をエッチングする方法を提供する。ウェットエッチングは、選択的な異方性エッチであり、(111)面に対してシリコン層の(110)面及び(100)面を、約1.4:1〜約2.3:1の範囲の係数で、又は1つの実施の形態において、約2:1の係数で優先的にエッチングする一方、ウェットエッチングは、(100)面を超える(110)面についての選択性をほとんど示さない。これらの選択性比率は、例えば、35:1の(100)/(111)についての強い配向性の優先度を示す典型的な第四級アンモニウム水酸化物のエッチと、単純なテトラメチルアンモニウムヒドロキシドのエッチに対する2:1以上の(110)/(100)のエッチ速度とでかなり異なる。そのため、本発明が異方性ウェットエッチである一方、これまでに使用されてきたアルカリ性の異方性エッチとは、選択的な異方性ウェットエッチである点で異なる。本発明の異方性エッチの選択性は、それぞれのシリコン平面に対する相対的なエッチ速度に関して制御可能であり、これまでにない制御度合いをもたらし、また顕著により平滑なエッチング表面をもたらす。平滑度の改良は、引き続き堆積される歪み誘導性のシリコン合金にとって重要である。
前記開口を通じて、前記シリコン層中に第1のトレンチを異方性エッチングすることと、
前記第1のトレンチ内のシリコン表面を選択的に異方性ウェットエッチングすることであって、該ウェットエッチングが、該シリコン表面を、
芳香族トリ(低級)アルキル第四級オニウム水酸化物と、
非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩と、
を含む水性組成物に曝すことを含み、該ウェットエッチングが、前記シリコン層の(110)面及び(100)面をおよそ等しい速度で(111)面よりも優先的にエッチングして、該(111)面に側壁を有する拡大されたトレンチを形成する、選択的に異方性ウェットエッチングすることと、
を含む、基板上に設けられるシリコン層をエッチングする方法を提供する。
前記シリコン層中に第1のトレンチを異方性エッチングする工程と、
前記第1のトレンチ内のシリコン表面を選択的に異方性ウェットエッチングする工程であって、該ウェットエッチングが、該シリコン表面を、
芳香族トリ(低級)アルキル第四級オニウム水酸化物と、
非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩と、
を含む水性組成物に曝すことを含み、該ウェットエッチングが、前記シリコン層の(110)面及び(100)面をおよそ等しい速度で(111)面よりも優先的にエッチングして、該(111)面における側壁を有する拡大されたトレンチを形成する、選択的に異方性ウェットエッチングする工程とを含む。
本発明にかかる有用な有機オニウム化合物としては、有機オニウム塩、並びに有機オニウム水酸化物、例えば第四級アンモニウム水酸化物及び第四級ホスホニウム水酸化物が挙げられる。
一実施形態において、本発明は、シリコン層中に応力を導入する方法に関する。背景技術の節で論じたように、シリコン層中への応力の導入は、半導体材料及びとりわけMOSトランジスタのチャネル領域における電子及びホールの移動度を改善させるために使用されてきた。本発明の組成物は、上記の方法で使用される場合、シリコン合金を堆積させて応力を発生させる構造をもたらし得る空隙を形成するのにとりわけ有用である。この実施形態によれば、応力を導入する方法は少なくとも、
基板上に設けられるシリコン層を準備する工程であって、該シリコン層に開口を作るように、該シリコン層がその上に設けられる複数のスペーサ特徴を有する、シリコン層を準備する工程と、
前記開口を通じて、前記シリコン層中に第1のトレンチを異方性エッチングする工程と、
前記第1のトレンチ内のシリコン表面を選択的に異方性ウェットエッチングする工程であって、該ウェットエッチングが、該シリコン表面を、
芳香族トリ(低級)アルキル第四級オニウム水酸化物と、
非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩と、
を含む水性組成物に曝すことを含み、該ウェットエッチングが、前記シリコン層の(110)面及び(100)面をおよそ等しい速度で(111)面よりも優先的にエッチングして、該(111)面における側壁を有する拡大されたトレンチを形成する、選択的に異方性ウェットエッチングする工程と、
前記拡大されたトレンチの少なくとも一部分のシリコン表面上にシリコン合金をエピタキシャル堆積させる工程とを含む。
以下は、本発明の実施形態を実施するための例示的なプロセスであり、(100)、(110)及び(111)のシリコン平面のエッチング速度を評価するように、例示的で非限定的な目的で提供される。
本発明の実施形態に従いシリコン層を選択的に異方性ウェットエッチングするプロセスを実行するためのバス(bath)又は溶液の温度は、エッチングされるシリコン層の特定のシリコン組成物の特性、エッチングされるシリコン層の厚み、アンモニウム水酸化物及び/若しくはホスホニウム水酸化物、並びに/又は塩の濃度、エッチングに割り当てられる時間、及びシリコンエッチングプロセスにおけるエッチ速度に影響を及ぼすことが知られている類似の因子を含む、当業者に既知の因子に基づき好適に選択され得る。一実施形態において、シリコン層を選択的に異方性ウェットエッチングするためのウェットエッチング組成物のバス又は溶液の温度は、約30℃〜約90℃の範囲をとり、別の実施形態では、バス又は溶液の温度が約50℃〜約80℃の範囲をとり、別の実施形態では、バス又は溶液の温度が約60℃〜約75℃の範囲をとり、さらに別の実施形態では、バス又は溶液の温度が約70℃である。
一実施形態において、本明細書中で方法に記載されるように、本発明によるウェットエッチング組成物を用いることによって得られる、(111)面に対する(100)面についての選択性は、約1.4〜約2.5の範囲をとり、(111)面に対する(110)面についての選択性は約1.5〜約2.5の範囲をとる。
上記のように、本発明の方法によってエッチングされる表面上へのシリコン合金のエピタキシャル堆積を改善させるために、これらの表面を可能な限り平滑にすることが重要である。
図1〜図3は、本発明による方法の利用の作用を示すものである。
Claims (26)
- 基板上に設けられるシリコン層をエッチングする方法であって、
前記シリコン層中に第1のトレンチを異方性エッチングすることと、
前記第1のトレンチ内のシリコン表面を選択的に異方性ウェットエッチングすることであって、該ウェットエッチングが、該シリコン表面を、
芳香族基を含有する第四級オニウム水酸化物と、
非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩と、
を含む水性組成物に曝すことを含み、該ウェットエッチングが、前記シリコン層の(110)面及び(100)面をおよそ等しい速度で(111)面よりも優先的にエッチングして、該(111)面に側壁を有する拡大されたトレンチを形成する、選択的に異方性ウェットエッチングすることと、
を含む、基板上に設けられるシリコン層をエッチングする方法。 - 前記シリコン層が、その上に、該シリコン層を曝す開口を生じるように設けられる複数の構造を有し、前記異方性エッチングを、該開口を通じて行う、請求項1に記載の方法。
- 前記選択的に異方性ウェットエッチングすることによって、前記複数の構造の各々を部分的に切り下げ、前記拡大されたトレンチが前記(111)面に2つの側壁を備える、請求項2に記載の方法。
- 前記芳香族基を含有する第四級オニウム水酸化物が、アンモニウム若しくはホスホニウム、又はそれらのいずれか2つ以上の組合せを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記芳香族基を含有する第四級オニウム水酸化物が、該芳香族基に加えて、1個〜約4個の炭素原子を独立して含有する3つの基を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記芳香族トリ(低級)アルキル第四級オニウム水酸化物において、前記芳香族基がベンジル基又はフェニル基であり、各低級アルキルが独立してメチル又はエチルである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩が、約8個〜約18個の炭素原子を有するアルキル基を含み、1個〜約4個の炭素原子を独立して含有する1つ又は複数の低級アルキル基を更に含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第四級オニウム水酸化物が、約0.1wt.%〜約20wt.%の範囲の濃度で存在し、前記第四級ホスホニウム塩が、約0.1wt.%〜約20wt.%の範囲の濃度で存在する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水性組成物が、グリコール、アルコール、グリコールエーテル、又はそれらのいずれか2つ以上の組合せを更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記グリコール、前記アルコール及び/又は前記グリコールエーテルが、最大約5wt.%の濃度で存在する、請求項9に記載の方法。
- 前記拡大されたトレンチが、原子間力顕微鏡検査(AFM)によって測定する場合、約0.340nm〜約0.450nmの範囲の粗さRaを有する曝露シリコン表面を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記異方性エッチングがドライエッチングである、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- シリコン層中に応力を導入する方法であって、
基板上に設けられるシリコン層を準備することであって、該シリコン層に開口を生じるように、該シリコン層がその上に設けられる複数のスペーサ特徴を有する、準備すること;
前記開口を通じて、前記シリコン層中に第1のトレンチを異方性エッチングすること;
前記第1のトレンチ内のシリコン表面を選択的に異方性ウェットエッチングすることであって、該ウェットエッチングが、該シリコン表面を、
芳香族トリ(低級)アルキル第四級オニウム水酸化物と、
非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩と、
を含む水性組成物に曝すことを含み、該ウェットエッチングが、前記シリコン層の(110)面及び(100)面をおよそ等しい速度で(111)面よりも優先的にエッチングして、該(111)面に側壁を有する拡大されたトレンチを形成する、選択的に異方性ウェットエッチングすること;及び
前記拡大されたトレンチの少なくとも一部のシリコン表面上にシリコン合金をエピタキシャル堆積させること、
を含む、シリコン層中に応力を導入する方法。 - 前記シリコン合金が、前記シリコン層の少なくとも一部分に応力を導入する、請求項13に記載の方法。
- 前記シリコン合金がシリコンゲルマニウム又はシリコン炭素を含む、請求項13又は14に記載の方法。
- 前記シリコン層が、その上に、前記シリコン層を曝す開口を生じるように設けられる複数の構造を有し、前記異方性エッチングを、該開口を通じて行う、請求項13に記載の方法。
- 前記選択的に異方性ウェットエッチングすることによって、前記複数の構造の各々を部分的に切り下げ、前記拡大されたトレンチが前記(111)面に2つの側壁を備える、請求項16に記載の方法。
- 前記芳香族基を含有する第四級オニウム水酸化物が、アンモニウム若しくはホスホニウム、又はそれらのいずれか2つ以上の組合せを含む、請求項13〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記芳香族基を含有する第四級オニウム水酸化物が、該芳香族基に加えて、1個〜約4個の炭素原子を独立して含有する3つの基を含む、請求項13〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記芳香族トリ(低級)アルキル第四級オニウム水酸化物において、前記芳香族基がベンジル基又はフェニル基であり、各低級アルキルが独立してメチル又はエチルである、請求項13〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩が、約8個〜約18個の炭素原子を有するアルキル基を含み、1個〜約4個の炭素原子を独立して含有する1つ又は複数の低級アルキル基を更に含む、請求項13〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第四級オニウム水酸化物が、約0.1wt.%〜約20wt.%の範囲の濃度で存在し、前記第四級ホスホニウム塩が、約0.1wt.%〜約20wt.%の範囲の濃度で存在する、請求項13〜21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水性組成物が、グリコール、アルコール、グリコールエーテル、又はそれらのいずれか2つ以上の組合せを更に含む、請求項13〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記グリコール、アルコール及び/又はグリコールエーテルが、最大約5wt.%の濃度で存在する、請求項23に記載の方法。
- 前記拡大されたトレンチが、原子間力顕微鏡検査(AFM)によって測定する場合、約0.340nm〜約0.450nmの範囲の粗さRaを有する曝露シリコン表面を含む、請求項13〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記異方性エッチングがドライエッチングである、請求項13〜25のいずれか一項に記載の方法。
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