JPH03276622A - モノリシック・シリコン膜集積体およびその製造方法 - Google Patents

モノリシック・シリコン膜集積体およびその製造方法

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JPH03276622A JP2279496A JP27949690A JPH03276622A JP H03276622 A JPH03276622 A JP H03276622A JP 2279496 A JP2279496 A JP 2279496A JP 27949690 A JP27949690 A JP 27949690A JP H03276622 A JPH03276622 A JP H03276622A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、極めて薄い膜またはダイアフラムを有し、リ
ソグラフィおよびセンサの応用分野で有用な静的および
動的なシリコン・デバイスに関するものである。本発明
は、具体的には、膜およびその支持枠をシリコンの単一
の厚いスラブまたはスラグで形成した、モノリシック・
シリコン膜デバイス構造の製造に関するものである。
B、従来の技術 米国特許第4543266号明細書には、マイクロ波電
子サイクロトロン共鳴を使用したプラズマ付着法により
、膜となる薄膜を基板の主表面上に形成した構造が記載
されている。この後、膜構造を形成するため、枠として
残る部分を除いて基板を除去する。この方法により、高
密度で高品質の膜が低温で得られる。膜の内部応力は、
プラズマ付着を行なう条件を変化させ、形成後の薄膜を
熱処理することによって制御される。
より詳細に述べると、X線リソグラフィに使用する膜マ
スク構造は、厚さ0.5〜2μmで、面積が片方または
両方向に20x20mmの窒化シリコン膜と、シリコン
からなる枠部分とを含む。
この構造は、シリコン・ウェーハの上に窒化シリコンの
薄膜を付着させ、ウェーハの底面にマスク・パターンを
形成L2、パターンを形成したウェーハを20%のKO
Hでエツチングして、枠で支持された膜構造を形成する
工程によって製作される。
米国特許第4622098号明細書は、半導体ひずみセ
ンサの製造に関するものであるが、機械的研磨と湿式エ
ツチングによってシリコン基板に盲穴を形成し、枠のあ
る膜状構造を形成することを開示している。
より詳細に述べると、この半導体ひずみセンサは、1対
の互いに平行な主表面をもつ半導体基板を有する。基板
を加工して、主表面の1つに円形の盲穴を形成すること
により、枠と薄いダイアフラムを構成する。盲穴の底面
は、縁部からその中央部へと上方に突出した円錐形に形
成する。基板の厚さは0.5mm以上で、ダイアフラム
の厚さの約5倍以上である。研磨により盲穴を形成した
後、盲穴の内面をエツチングして、研磨により内面に生
じた傷を除去する。基板の他の主表面上には、抵抗層を
形成する。冬服は、ダイアフラムに与える圧力に応じて
変化する圧電抵抗を有する。
米国特許第4701391号明細書には、ダイアワラム
上にパターンを形成した吸収層を有する多層ダイアフラ
ムから、X線リングラフィ用のマスクを形成した構造が
記載されている。ダイアプラムは、IFiのマグネシウ
ム暦と少なくとも1層の中間層を含む。
米国特許第4680243号明細書には、シリコン・ウ
ェーハを窒化ホウ素の層でコーティングする工程を含む
、X線フォトリソグラフ用のマスクを製造する方法が記
載されている。マスキング材料を使って、窒化ホウ素を
コーティングしたウェーハの片面をコーティングし、エ
ツチングによりウェーハの他の面から窒化ホウ素を除去
する。
電界を利用した熱接着により、次にウェーハをパイレッ
クス・リングに接着する。電界を利用した熱接着の間に
、シリコンは直接パイレックスに接着される。次に、ジ
ルコニウム層を使ってマスクを被覆し、シリコンの円形
部分を除去する必要がある所を選択的にエツチングする
。その後、シリコンを半異方性エツチングにかける。残
った構造は、窒化ホウ素の層がその中を延びる、シリコ
ン・リングに接着されたパイレックス・リングを含む。
窒化ホウ素の層は、アニーリングを行なった後、X線非
透過性の材料でコーティングする。
米国特許第4668336号明細書には、1組のウェー
ハを窒化ホウ素でコーティングする工程を含む、X線フ
ォトリングラフィ用のマスクを製造する方法が記載され
ている。窒化ホウ素の張力を容量プローブで測定して、
1組の試験ウェーハの曲りを測定する。残ったウェーハ
をパイレックス・リングに取り付け、ウェーハの片面か
ら窒化ホウ素を除去する。次に、ウェーハ中に円形の穴
をエツチングし、残った窒化ホウ素膜の上にタンタルと
金の眉を形成する。金は、スパッタ・エツチングにより
パターンを形成する。スパッタ・エツチングの最後に電
力を徐々に減少させて、マスク中の機械的応力を減少さ
せる。次に、反応性イオン・エツチングによりタンタル
をエツチングする。
このようにして、X線透過性の窒化ホウ素膜を使用して
、X線非透過性の金を支持する。
米国特許第4384919号明細書には、シリコン・ウ
ェーハ基板の上に薄いポリイミド膜を形成することによ
り、X線マスクを形成した後、エッチ・バックして基板
のマスク支持リングを形成する方法が記載されている。
カステリャ−ニ(castellani )他の論文「
支持枠上への電子線投射およびX線マスクの製造(Fa
brication of E−Beam Proje
ction and X−RayMasks on a
 5upport Frame) J 11 B Mテ
クニカル・ディスクロージャ・プルテン、Vo 1.2
0tNo、7.1977年12月、pI)、2868〜
2871には、当初の基板が製造工程を通じてキャリア
として機能するだけでなく、製造の終了後も形成したマ
スク用の剛性支持リングとして残る、電子線投射マスク
およびX線リングラフィ・マスクの製造が記載されてい
る。マスクの活性領域は、マスクの形成後は処理される
ことがないため、機械的処理によるひずみやマスクもし
くはマスク基板の弛緩は生じない。
C0発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、全シリコン、すなわちモノリシックの
X線マスク基板の構造と、その製造方法を提供すること
にある。
本発明の目的には、たとえば、スラグの直径100 m
 m 1厚さ6.4mm1膜の直径が中央部で50mm
1厚さが3μmの、極めて厚いシリコン基板に一体化し
た、ホウ素をドーピングした大直径の、シリコン膜から
なるモノリシック・シリコンのX線マスク基板を提供す
ることも含まれる。
本発明の目的には、膜表面が常に薄い窒化シリコン層に
よって保護された、ホウ素をドーピングしたシリコン膜
を形成するため、ホウ素拡散、窒化シリコン付着、精密
機械加工および湿式化学エツチングを行なう製造工程を
含む、モノリシック・シリコンのX線マスクを製造する
方法を提供することも含まれる。
01課題を解決するための手段 本発明は、構造的安定性が高く、製造が容易なことから
、従来技術によるハイブリッド構造より優れたモノリシ
ック・シリコン膜構造を形成する点で、従来技術の教示
とは明らかに異なっている。
多くのシリコン膜デバイス構造では、膜および膜を支持
する枠の機械的構造特性が、デバイスの機能および性能
に重要な役割を果たしている。静的シリコン膜構造には
、X線、電子線、およびイオン・ビームを使用するりソ
グラフィ用のシャドー・マスクや蒸発した材料の選択的
付着用の機械的フィルタがある。湾曲可能なシリコン・
ダイアフラムを組み込んだ動的デバイスには、シリコン
・センサ、プローブ、アクチュエータ、および光フィル
タがある。これらの応用分野のほとんどでは、薄い大面
積の膜が、表面の変形がなく、高度の機械的均一性およ
び安定性を示すことが極めて重要である。
本発明によれば、単一の極めて厚いシリコンから膜およ
び膜の支持枠が形成された、モノリシック・シリコン膜
構造体の製造方法が提供される。
この製造工程は、シリコン上にドーピングされた膜の層
を設け、シリコン上に開口を有するマスクを形成し、機
械研磨および化学エツチングによって不必要なシリコン
領域を除去して、シリコン中にドーピングした膜で終端
するウェル開口を設ける工程を含む。
E、実施例 第4図および第5図に示した従来技術によるX線マスク
基板の実施例を参照して、変形のない機械的に安定な膜
の重要性について論じる。この従来技術によれば、X線
マスク基板は、一般に2つの構造部材、すなわち中央に
極めて薄い大面積の膜14を組み込んだ薄い標準のシリ
コン・ウェーハ10と、この膜ウェーハが接着される支
持枠またはリング12とから構成されている。X線マス
クを製造するには、金またはタングステンの高解像度高
密度の回路パターンを、基板の膜領域の上に付着する。
X線像を複製するマスター・パターンとして使用する回
路パターンが、厚さ約2〜3μmの膜上に完全に支持さ
れる。
さらに詳細に述べると、第4図および第5図に、従来技
術のハイブリッドX線マスクの上面図および斜視図が示
されている。第4図および第5図で、ハイブリッド・マ
スクは、外径がたとえば125mmのりッジまたはリッ
プ部を有する、外径がたとえば100mmのリング中に
形成された、たとえば耐熱ガラスから構成される上記の
エレメント12を含んでいる。リング12の厚さは、た
とえば10mmである◎ シリコンまたは他の適当な薄い膜材料から構成されたシ
リコン・ウェーハ10が、ガラス・リング12の底部に
接着されている。シリコン・ウェーハ10は、外径がガ
ラス・リング12の外径すなわち100mmに等しく、
厚さは中央部を除いて、たとえば0.E!4mmである
。中央部は、厚さ2〜3μm程度のシリコンlX14を
形成するため、ずっと薄くなっている。薄い膜の面積は
、たとえば25mmx25mmである・ シリコン膜14は、ホウ素でドーピングされている。
X線リングラフィでは、膜を透過する入射X線により、
二次表面上にマスク・パターンを投射する。サブミクロ
ン級の微細形状を備えた高密度集積回路を製造するには
、二次表面に投射された像が、膜表面のマスク・パター
ンと同じであることが不可欠である。マスクの寿命があ
る間に数千回、同一の像を忠実に複製するためには、マ
スク・パターンの寸法および空間特性が極めて安定であ
ることが要求される。膜の表面が僅かに変形または移動
しても、複製される像の幾何形状に好ましくないばらつ
きが生じる。したがって、膜の変形をなりシ、または最
小にすることが、X線マスクの製造および使用上、最も
重要である。
膜マスクにも同様の考慮が適用される。膜マスクは、イ
オン・ビームや電子線リソグラフィの場合と同様に、膜
上に画定された微細形状を複製するために、透過または
シャドー・マスキングを使用する。この場合も、X線リ
ングラフィと同様に、膜に最初から存在し、またはマス
クの製作もしくは使用中に生じた表面の変形によって複
製工程が悪影響を受ける。したがって、リングラフィの
性能を最良にするためには、機械的に安定で、変形のな
い膜が不可欠の条件である。
センサやトランスジューサ等の動的な微小機械的デバイ
スでは、膜の変位または湾曲は、測定にかかる変数、た
とえば、圧力、位置、強度、電荷等の変化に対応する。
表面の変形によって生じる膜の変位のばらつきをなりシ
、または最小にすると、デバイスの感度は最大になる。
従来技術に従って、支持リングに接着された標準のシリ
コン膜ウェーハから製作された、X線マスク基板等のハ
イブリッド・シリコン膜デバイスは、下記の3つの主要
な原因によって、かなりの表面の変形が生じる。
1、ウェーハの当 の平坦性 直径ioomm1厚さ約600μmの、標準のシリコン
・ウェーハの自然な状態での平坦度または反りは、一般
に10μmより大きい。このような大きい反りは、標準
のウェーハが薄すぎ、したがって、シリコン・インゴッ
トから周知の切断、ラッピング、研磨工程によってウェ
ーハを製造する間に容易に変形するために生じる。した
がって、標準のウェーハの領域を局部的にエツチングし
て形成される、厚さ2〜3μmの膜は、当初の反り以上
の表面の変形を示す。
シリコン・ウェーハの厚みを増すと、剛性が壜すために
、表面の変形が減少する。たとえば、厚さ6mmのシリ
コン・ウェーハは、標準のウェーハの厚さの10倍であ
り、したがって、ウェーハの製造中に与えられる機械的
応力による変形が少なくなる。たとえば厚さ6mmのウ
ェーハ形のシリコン・スラグは、従来のシリコン研磨法
を使用して、直径100mmの表面全体での反りを3μ
m未満にすることができる。
2、−接り]=主U反 膜ウェーハを支持する枠またはリングは、通常パイレッ
クス商標のガラスから製造する。このガラスは、ウェー
ハと支持リングを接着した後の膜の変形を避けるために
、厚く、平坦で、ウェーハ自体より反りが小さくなけれ
ばならない。リングをウェーハに接着するのに使用する
陽極接着法は、リングと膜ウェーハを高温で長時間締め
つけるものである。リングが平坦であっても、接着工程
で、締めつけ力のために膜表面の変形が生じる。高い硬
化温度を必要とする接着剤を使用する場合も、同様な影
響が生じる。
3、皇ll!旦l ガラスとシリコンの熱膨張率の差により、ガラス・シリ
コンX線マスクの膜マスク・パターンに変形が生じる。
熱膨張率の差は、マスク製造工程の加熱および冷却の隙
に発生する。さらに、リングラフィ露出の隙に膜に入射
するX線も、膜部分の加熱および膨張をもたらす。ガラ
ス・シリコン・ハイブリッド構造の膜の変形により、対
応するX線像の変形または変位が生じる。
第1図および第2図は、本発明の全シリコンの一体形モ
ノリシックX線マスクの実施例を示す概略上面図および
斜視図である。
外径がたとえば100mmの円形のシリコン・スラグ1
6は、直径がたとえば50〜80mmの、スラグ16の
底部で終端する開口を有し、スラグ16の本体と一体と
なった、厚さ約2〜3μmのホウ素をドーピングした膜
16Aを形成する。スラグ16の厚さは、たとえば6.
4mmである。
第1図に示すような厚いモノリシック・シリコンX線マ
スク基板は、従来技術による、シリコン膜ウェーハを厚
いバイレックス・ガラスのリングに接着して作成したも
のより、反りおよび変形が少なく、製造が容易であると
いう利点がある。
本発明の他の利点は、シリコン・スラグの厚みが、65
00μm対650μmと標準のウェーハより10倍厚く
、全シリコンの基板では、ガラスとシリコンの熱膨張率
の差による変形が生じないため、当初の反りを容易に小
さくすることができることである。また、ガラスとシリ
コンの接着による変形の可能性がなく、接着工程が不変
なため、マスクの製造が簡単になる。
厚さ6.4mmのシリコン・スラグの製造工程は、洗浄
、拡散、および窒化シリコン付着の工程を含む。膜の形
成に不要なシリコンの除去は、最初に機械研磨または等
方性化学エツチングにより、厚みを約6.4mmから約
1mmに減らし、最後に化学エツチングによりホウ素を
ドーピングした膜層を形成することによって実施した。
製造工程は下記のとおりである。
反りがたとえば3μm未満の厚いウェーハを選択し、下
記の処理を行なう。
工程1.ウェーハの洗浄、 工程2.膜層のホウ素ドーピング、 工程3.エツチングによるストリッピングおよび洗浄、 工程4.窒化シリコンの付着、 工程5.(a)精密機械研磨 (b)等方性化学エツチング によるシリコンの除去、 工程6.シリコンの異方性エツチング、工程7.ストリ
ッピングおよび洗浄。
より詳細に述べると、本発明では、膜デバイス構造を単
一の厚いシリコンのウェーハまたはスラグから構成した
自立部材として製作することにより、膜の変形に寄与す
る3つの原因を取り除く。
第1に、標準の薄いウェーハに存在する当初からの変形
は、標準のウェーハよりたとえば10倍の厚みを有する
スラグまたはスラブの剛性が大きいため、かなり減少す
る。第2に、厚いシリコン中のモノリシック膜が安定で
自立性であるため、ガラス枠が不要となり、そのためガ
ラスとシリコンの接着による変形の可能性がなくなる。
最後に、膜構造をモノリシック、すなわち単一材料から
製作するため、異種の材料で製作した構造のように熱応
力を発生することがなく、均一な膨張および収縮が生じ
る。
要約すると、厚いシリコン・ウェーハから形成したモノ
リシック膜構造により、(1)良好なシリコン出発原料
を使用し、(2)複雑な接着工程がなく、(3)熱によ
る応力が避けられるため、膜の変形が最小になる。
モノリシック膜デバイスを厚いシリコン・ウェーハ内に
形成する上での主な課題は、膜を形成するのに不要なシ
リコンを除去することである。この工程を、X線マスク
基板の製造工程について、下記に詳述する。
1童 X線マスク基板の代表的な物理的寸法は下記のとおりで
ある。
1、シリコン・ウェーハの最初の厚み=5〜10m 2、ウェーハの直径:100mm 3、膜の直径:50〜80mm 4、膜の厚み:約3μm 製造工程は、2つの主要な操作、すなわち(1)ホウ素
ドーピングにより膜表面を形成すること、および(2)
膜自体を画定するため、ウェーハから不要なシリコンを
除去することを含む。これら2つの操作の結果を第1図
および第2図に示す。
ホウ素のドーピング 第1図および第2図の膜層16Aは、熱拡散を用いたホ
ウ素ドーピング、またはホウ素源からのイオン注入、ま
たはウェーハ表面へのホウ素をドーピングしたシリコン
のエピタキシャル付着により、ウェーハ16の表面に形
成する。拡散層の深さ、またはホウ素をドーピングしエ
ピタキシャル付着した層の厚さ(約3μm)が、膜の最
終の厚さとなる。膜層上のシリコンは、ホウ素をドーピ
ングした層を侵食しないシリコン・エッチャントにより
、選択的に除去する。水酸化カリウム(KOH)等のエ
ッチャントでのエッチ選択性を高めるには、ドーピング
した層中のホウ素濃度を、約1 x 1020/cm3
より高くする必要がある。このエッチャントを用いると
、シリコン・エツチングは表面近くのドーピングした領
域とドーピングしない領域の境界で停止する。ホウ素の
ドーピングおよびエピタキシャル付着は、超小型シリコ
ン製造技術で周知のものである。
シリコンの除去 厚みがたとえば5〜10mmのウェーハから、不要なシ
リコンを均一に、制御された方式で除去して、厚みがた
とえば2〜3μmの膜16Aを形成するには、2段階の
工程を実行する。第1の段階では、ウェーハの厚みの8
0〜90%を非選択的に急速かつ均一に除去する。第2
の段階では、残ったシリコンを、異方性エッチ液を使用
して選択的にエツチングする。異方性エッチ液は、ホウ
素を高温度でドーピングした膜層に影響を与えずに、ド
ーピングしないシリコンだけを侵食する。
急速に、ただし厚いウェーハから非選択的に均一にシリ
コンを除去するには、2つの方法が用いられる。第1は
、精密機械研磨であり、第2は、等方性化学エツチング
である。どちらの方法も、シリコン・ウェーハ中のドー
パント不純物の影響を受けないため、非選択的である。
どちらの方法も、首尾よく膜を形成することが実証され
ている実用的な方法である。
精密研磨 精密機械研磨は、所期の加工領域を画定するため、曲線
生成装置に取り付けたダイアモンドを植え込んだ水冷式
切断ホイールを使って行なう。この操作は、ガラス・レ
ンズ、プリズム、鏡等の光学部品を研磨するのに使用す
るものと類似のものである。厚いシリコン・スラグを光
学的に平坦な表面にワックスで取り付け、ウェーハの腹
側を保護する。スラグはまた、水平に正確に位置合せし
て、上面と底面を平行に保つ。研磨ホイールの速度は、
シリコン表面から深く貫通することによる過度の損傷が
起こらないように選ぶ。厚さ5〜10mmのシリコン・
ウェーハでの好ましい方法は、ウェーハの厚さを約1m
mだけ残して、ウェルまたは盲穴を研削することである
。厚さ5mmのウェーハの全研削時間は、通常10分未
満である。
残ったシリコンの厚さのばらつきは、50μm未満であ
る。
ウェーハをホルダから取り外し、ワックスを除去した後
、選択的異方性エッチャントに数時間浸漬して、残った
ドーピングしないシリコンを除去する。
等方性エツチング フッ化水素酸と硝酸の混合液による等方性化学エツチン
グが、厚いウェーハからシリコンを急速に除去するもう
1つの方法である。研磨と同様に、この方法も非選択的
であり、当初の厚みが5〜10mmのウェーハから、1
mmだけ残してシリコンを除去するのに用いられる。
等方性エツチングの好ましい方法は、ウェーハを水密ホ
ルダに取り付けて、膜表面とウェーハの縁部を保護する
ことである。酸溶液に露出した領域が膜領域を画定する
。ホルダを水に浸漬して、ウェーハの腹側を冷却し保護
する。数mQのフッ化水素酸と硝酸の混合液(体積比1
:1)を用いて、シリコン表面の露出した部分を侵食さ
せ、30〜60秒ごとに補給する。シリコンの平均エツ
チング速度が毎分50μmのとき、厚さ約5mmのウェ
ーハのエツチングは約80分で完了する。
ウェーハをホルダから取り外し、洗浄した後、選択的異
方性エツチングを行なって、残ったシリコンを除去し、
膜層を形成する。
選択的化学エツチング シリコンの選択的異方性エツチングを行なうのに通常使
用する化学エツチング溶液には、水酸化カリウム(KO
H)溶液、およびエチレンジアミンとピロカテコールと
水の混合液(EPW)がある。これらのエッチャントは
、ホウ素濃度が約1x 1020/ c m”を超える
シリコンを除いて、あらゆる形のシリコンを急速に侵食
する。したがって、ホウ素を高濃度でドーピングしたシ
リコン層は、それと一体になった、低濃度でドーピング
した基板をEPWまたはKOHでバック・エツチングす
る際に、エツチングに耐える。膜の形成にEPWおよび
KOHを使用することは周知であり、文献にも記載され
ている。
製造工程 ホウ素ドーピングの後、シリコンを除去する製造工程の
詳細は、最終のデバイスの設計および用途によってかな
り異なる。設計に応じて、選択できる材料、工具、およ
び処理方法がある。したがって、すべての種類のシリコ
ン膜デバイス構造の製造に適用できる単一の工程または
方法はない。下記に概略を示す工程とそのいくつかの代
替方法は、シリコン膜の製造に一般的に使用されるもの
である。シリコン膜は、厚み5〜10mmのシリコン・
ウェーハの一体部分であり、完成後、たとえばX線マス
ク基板として使用される。下記の方法は、シリコン集積
回路の製造に一般に使用される超小型製造法に基づくも
のである。
ウェーハは、下記の仕様に適合するものが好ましい。
厚さ:5〜10 m m N反りまたは平坦度二両面3
μm未槙 表面:欠陥がなく、研磨したもの 厚みの均一性=5μmより良好なもの 工程1.ウェーハの水洗 工程2.ホウ素ドーピング 拡散。ウェーハの片面または好ましくは両面を、約3a
mの深さまで、lX1020/cm3の濃度でホウ素を
ドーピングする。ドーピングは、気体、液体、または固
体のホウ素供給源を使用し、1050°Cを超える温度
でドーパントの熱拡散を行なう。拡散条件は、表面にお
けるホウ素の欠乏を避け、この例では厚さ3μmの膜層
で高いホウ素濃度が得られるように、十分なホウ素供給
源を与えるように選択することが重要である。もう1つ
の重要な要件は、膜層のホウ素を高濃度で含む上面を、
拡散サイクルの終了時に酸化させることである。拡散後
の、酸素または水蒸気中での酸化は、清浄なシリコン表
面に約20nmの二酸化シリフンを成長させる条件で行
なう。拡散後の酸化を行なわないと、膜が破損したり、
品質の低い膜となる。
イオン注入。ホウ素ドーパントのイオン注入に続いて、
高温でのアニーリングを行なっても、同様の結果が得ら
れ、拡散後の酸化は不要になる。
しかし、この方法は拡散法より複雑で、したがって低コ
ストの用途にはむかない。
エピタキシ。膜層を形成する代替方法として、エピタキ
シャル法があり、厚み約3μmのホウ素をドーピングし
た単結晶シリコン膜を付着させるのに使用される。この
皮膜は、ウェーハの片面、または好ましくは両面に付着
する。エピタキシャル付着は、シリコン膜の成長の隙に
ゲルマニウムとホウ素の原子を同時に取り込むことによ
り、付着した膜中の機械的ひずみを調整する独特の方法
をもたらす。この方法により、ホウ素拡散またはイオン
注入では得られない比較的欠陥の少ない暦が形成される
工程3.ストリッピングおよび洗浄 成長または付着させた表面酸化物を、まず希薄なフッ化
水素酸でウェーハからストリッピングした後、洗浄する
。この段階では、残渣や皮膜のない完全に清浄な表面が
好ましい。
工程4.窒化シリコンの付着 ウェーハの両面に付着させた厚さ約1100nの窒化シ
リコンの薄膜が、後の研磨およびエツチングの工程にお
ける保護層およびマスキング層として機能する。この目
的には、高温での化学蒸着によって得られる皮膜が好ま
しい。同様の目的で用いられる他の皮膜には、二酸化シ
リコン、炭化シリコン、および窒化ホウ素がある。
工程5.高速非選択的シリコン除去 精密研磨。上記のシリコン除去の項で述べたように、ウ
ェーハの片面で機械研磨を行ない、反対面は水平で平坦
なホルダにワックスで取り付ける。
研磨の間、形成されたウェルの深さを定期的に測定する
。研磨工程中、ウェル底面に残ったシリコンの平行度と
厚みの均一性を保たなければならない。最終的に残った
厚さは約1mmであることが好ましく、不可避の結晶の
損傷は約0.05mm以内とすべきである。窒化シリコ
ンを、ポリイミド等の重合体層、または高温でベーキン
グしたフォトレジストでオーバコートすることによって
表面および裏面の保護を強化する。ワックスの除去とウ
ェーハの洗浄は、溶剤および濃硫酸と濃硝酸の熱混合液
を用いて行なう。
等方性化学エツチング。第3図を参照して、ウェーハを
、フッ化水素酸(HF)と硝酸(HN O3)の混合液
の侵食に耐える適当な0リング・シール22を備えたプ
ラスチック製の取付具20に取り付ける。好ましい材料
には、テフロン(デュポン社(E、1.Dupont 
Co、 )の商標)、塩化ビニール、およびビトンがあ
る。
酸の侵食を受ける領域は、二重の0リング22で画定さ
れ、露出しない領域は、耐酸性のワックスまたはポリイ
ミド等の重合体でコーティングし、ガスケット24でホ
ルダ20内に支持する。露出した領域で、最初にHFで
窒化シリコンを除去した後、HF 十HN 03(7)
混酸(体積比1 : 1) テ処理する。ウェーハを冷
却して混酸による侵食を防止するため、エツチングの間
、ウェー/1の腹側は常に冷水に浸漬しておく。所定の
エッチ速度により、ウェルの底部に残るシリコンの最終
の厚みが決まる。等方性エツチングでは結晶の損傷が発
生しないため、残った厚みは1mm未満にすることが可
能である。ワックスの除去および水洗は、濃硫酸と濃硝
酸の熱混合液を用いて行なう。
工程61選択的/リコン・エツチング 水酸化カリウム(KOH) 、およびエチレンジアミン
とピロカテコールと水の混合液(EPW)を主成分とす
る異方性化学エツチング溶液が、ホウ素をドーピングし
た膜層を画定するための選択的エッチャントとして好ま
しい。
ホウ素をドーピングしたシリコンと、下層のシリコン基
板の間のエッチ選択性は非常に大きくなければならない
。エッチ選択性が低いと、好ましくないエツチングが生
じ、ホウ素をドーピングした膜が薄くなる。
KOH,KOH溶液はEPWに比べて、使用が簡単で安
全である。KOHを使用する場合、エツチング工程は2
段階で行なう。最初に、70〜90℃のKOH20〜3
0%水溶液を使用して、/リコンを50〜100μmの
厚みを残して除去する。その後、過剰のイソプロピルア
ルコール(IPA)を飽和させた上記と同じ溶液を使用
して、ドーピングしないシリコンをすべて除去し、膜の
境界面でエツチングを停止させる。
EPW、EPWを使用すると、シリコンのエツチングお
よび膜の形成を1段階で行なうことができる。二酸化シ
リコンのマスキング皮膜を使用する場合、KOHのほう
が二酸化シリコン膜の侵食が速いため、EPWがエッチ
ャントとして好ましい。
工程7.ストリッピングおよび洗浄 膜形成の後、両面の窒化シリコン膜をHFでストリッピ
ングする。この段階で、基本的なモノリシック膜構造の
製造が完了する。用途または後の加工要件に応じて、窒
化シリコンまたは他の適当な材料の新しい皮膜を構造の
片面または両面にコーティングする。
F3発明の効果 本発明により、構造的安定性が高く製造が容易なX線マ
スク基板の構造及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、本発明の原理によるモノリシッ
ク・シリコンX線マスクの一実施例の、概略上面図およ
び断面を含む斜視図である。 第3図は、マスクの製造の間、シリコン・ウェーハを保
持するホルダの概略図である。 第4図および第5図は、従来技術によるX線マスクの、
概略上面図および断面を含む斜視図である。 10・・・・シリコン・ウェーハ、12・・・・支持枠
、14・・・・M、1B−−−・シリコン・スラグ、1
6A・・・・ホウ素をドーピングした膜。 第1図 第2図 第8図 ↑ 冷却水 tMJ図 筒5図

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)シリコン・ウェーハの表面に選択した深さ
    のドーピングしたシリコン領域を形成して、膜層を画定
    するステップと、 (b)上記のウェーハ表面の上記膜層と反対側の部分を
    、開口を有するマスク層でマスクし、上記の表面の一部
    はマスクせずに残すステップと、(c)上記のマスクし
    ない部分の下の、ドーピングしないシリコン・ウェーハ
    材料を除去して、上記のドーピングした膜層の、上記の
    開口を有するマスク層のマスクしない部分に対応する部
    分を露出させるウェルを形成するステップと、 (d)上記のシリコン・ウェーハの表面から上記の開口
    を有するマスク層を除去し、上記のウェーハ構造体を洗
    浄して、集積されたドーピングした膜層で終端するウェ
    ルを含む、モノリシック・シリコン・ウェーハ構造を形
    成するステップと、を含む、モノリシック・シリコン膜
    構造を製造する方法。
  2. (2)上記のステップcが、上記のマスクしない部分の
    下の、上記のシリコン・ウェーハ材料の第1の量を、機
    械研磨によって除去するステップと、上記のマスクしな
    い部分の下で、上記のドーピングした膜の上の、上記の
    シリコン・ウェーハ材料の残量を、選択的化学エッチン
    グによって除去するステップとを含むことを特徴とする
    、請求項(1)に記載のモノリシック・シリコン膜構造
    を製造する方法。
  3. (3)上記のステップaが、シリコン・ウェーハの表面
    をホウ素でドーピングして、上記のシリコン・ウェーハ
    の上に、少なくとも1層のホウ素をドーピングした膜層
    を形成するステップを含むことを特徴とする、請求項(
    1)に記載のモノリシック・シリコン膜構造を製造する
    方法。
  4. (4)上記のシリコン・ウェーハとして、3μm未満の
    きわめて小さい反りと、均一な厚さを示すものを選択し
    、上記のウェーハの上面および下面が平行で、研磨され
    、欠陥が比較的少ないことを特徴とする、請求項(1)
    に記載のモノリシック・シリコン膜構造を製造する方法
  5. (5)上記のシリコン・ウェーハの厚さが0.6mmよ
    り厚く、上記のドーピングした膜層の厚さが1μmより
    厚いことを特徴とする、請求項(3)に記載のモノリシ
    ック・シリコン膜構造を製造する方法。
  6. (6)上記のステップbが、窒化シリコン、二酸化シリ
    コン、炭化シリコン、または窒化ホウ素からなる、厚さ
    約100nmのマスクを付着するステップを含むことを
    特徴とする、請求項(5)に記載のモノリシック・シリ
    コン膜構造を製造する方法。
  7. (7)上記の選択的化学エッチングが、水酸化カリウム
    、またはエチレンジアミンとピロカテコールと水の混合
    物を主成分とする化学エッチング液により、上記の低濃
    度でドーピングした、またはまったくドーピングしない
    シリコン・ウェーハ材料をエッチングすることを含むこ
    とを特徴とする、請求項(2)に記載のモノリシック・
    シリコン膜構造を製造する方法。
  8. (8)ウェル領域を有するシリコン・ウェーハと、上記
    のウェル領域の下面に付着させた、上記のシリコン・ウ
    ェーハと一体部分であり、かつ上記のシリコン・ウェー
    ハと連続した、比較的薄いシリコン膜層と を含むモノリシック・シリコン膜構造体。
  9. (9)上記のシリコン・ウェーハが、3μm未満のきわ
    めて少ない反りと、均一な厚さを有し、上記のウェーハ
    の上面と下面が平行で、研磨され、欠陥が比較的少ない
    ことを特徴とする、請求項(8)に記載のモノリシック
    ・シリコン膜構造を製造する方法。
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