JPH0788579B2 - ポリシリコン薄膜法及びその生成物 - Google Patents
ポリシリコン薄膜法及びその生成物Info
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- JPH0788579B2 JPH0788579B2 JP1501571A JP50157188A JPH0788579B2 JP H0788579 B2 JPH0788579 B2 JP H0788579B2 JP 1501571 A JP1501571 A JP 1501571A JP 50157188 A JP50157188 A JP 50157188A JP H0788579 B2 JPH0788579 B2 JP H0788579B2
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は一般に半導体加工技術の分野及びそれにより製
造された構造物並びに特に化学蒸着による多結晶質シリ
コン膜の形成に関する。
造された構造物並びに特に化学蒸着による多結晶質シリ
コン膜の形成に関する。
発明の背景 低圧化学蒸着（LPCVDと称される）技術を用いてシリコ
ン基材に蒸着された多結晶質シリコン（ポリシリコンと
称される）膜は超小形電子装置の形成及び或種の超小形
機械装置の製造の両方に魅力のある電気的性質及び機械
的性質を有する。例えば、LPCVDポリシリコン構造物は
係属中の米国特許出願第855,806号に記載されているよ
うな超小形機械圧力センサー、Ｘ線マスクブランク（ma
sk blank）及び絶縁体に蒸着されたポリシリコンの再結
晶により得られる絶縁体上の単一結晶の如き種々の用途
に使用し得る。
ン基材に蒸着された多結晶質シリコン（ポリシリコンと
称される）膜は超小形電子装置の形成及び或種の超小形
機械装置の製造の両方に魅力のある電気的性質及び機械
的性質を有する。例えば、LPCVDポリシリコン構造物は
係属中の米国特許出願第855,806号に記載されているよ
うな超小形機械圧力センサー、Ｘ線マスクブランク（ma
sk blank）及び絶縁体に蒸着されたポリシリコンの再結
晶により得られる絶縁体上の単一結晶の如き種々の用途
に使用し得る。
LPCVDポリシリコン膜は典型的には低圧に於けるシラン
ガスの熱分解により蒸着されるが、その他の反応方法が
利用し得る。上記の化学反応式は下記のとおりである。
ガスの熱分解により蒸着されるが、その他の反応方法が
利用し得る。上記の化学反応式は下記のとおりである。
SiH4＝Si＋2H2 この反応は改良酸化炉の如き気密炉中で高温で行なわれ
る。典型的には、ポリシリコンを蒸着しようとする基材
物質が、炉中で加熱し得る石英プロセス管の中央のクレ
ードル中に置かれる。管は、その管を適度の低圧に排気
せしめる特別なドアで構成されるか、または取付けられ
ている。ついでシランガスが管の一端で導入され、管壁
及びクレードル中の基材物質の上で熱分解し、これらの
露出表面上に多結晶質シリコンの薄膜を残す。所望の膜
厚が得られた時、シランガス流が停止され、蒸着膜をそ
の上に有する基材物質が炉から取り出される前の種々の
パージングサイクルが行なわれる。LPCVDポリシリコン
蒸着の四つの主要な工程は、（１）シランの輸送、
（２）基材表面上へのシランの吸着、（３）シランの表
面反応及び（４）水素の脱着である。シラン流量はポン
プのポンプ輸送速度、プロセス管中の圧力及び管の容量
により決定される。膜厚の均一性を高めるために低圧が
使用される。充分高い圧力では、シランガスは気相中で
分解して均一に核形成したポリシリコンの単一結晶粒子
を成長させ得る。LPCVD法に使用される一層低い圧力で
は、シランは基材表面上で接触分解する。吸着されたシ
ラン分子は、水素原子がケイ素から分離し水素原子また
は水素分子として脱着され、ポンプで運び去られる前
に、幾らかの程度の表面易動度を有する。
る。典型的には、ポリシリコンを蒸着しようとする基材
物質が、炉中で加熱し得る石英プロセス管の中央のクレ
ードル中に置かれる。管は、その管を適度の低圧に排気
せしめる特別なドアで構成されるか、または取付けられ
ている。ついでシランガスが管の一端で導入され、管壁
及びクレードル中の基材物質の上で熱分解し、これらの
露出表面上に多結晶質シリコンの薄膜を残す。所望の膜
厚が得られた時、シランガス流が停止され、蒸着膜をそ
の上に有する基材物質が炉から取り出される前の種々の
パージングサイクルが行なわれる。LPCVDポリシリコン
蒸着の四つの主要な工程は、（１）シランの輸送、
（２）基材表面上へのシランの吸着、（３）シランの表
面反応及び（４）水素の脱着である。シラン流量はポン
プのポンプ輸送速度、プロセス管中の圧力及び管の容量
により決定される。膜厚の均一性を高めるために低圧が
使用される。充分高い圧力では、シランガスは気相中で
分解して均一に核形成したポリシリコンの単一結晶粒子
を成長させ得る。LPCVD法に使用される一層低い圧力で
は、シランは基材表面上で接触分解する。吸着されたシ
ラン分子は、水素原子がケイ素から分離し水素原子また
は水素分子として脱着され、ポンプで運び去られる前
に、幾らかの程度の表面易動度を有する。
また、最初のケイ素原子は或る程度の表面易動度を有す
る。吸着原子は島を形成し、最後に凝集して膜の下層を
形成す。それ故、付加的な吸着原子は最初の表面とは化
学的に異なる表面上に蒸着する。表面汚染または不充分
な基材調製は、局所の核形成及び基材の部位に於ける粒
子の成長へと導き得る。成長が速い場合、ノジュール及
び突起が膜中に生じ、膜表面上の曇りまたは粗さをもた
らし、更に苛酷な場合には目視できる欠陥をもたらす。
る。吸着原子は島を形成し、最後に凝集して膜の下層を
形成す。それ故、付加的な吸着原子は最初の表面とは化
学的に異なる表面上に蒸着する。表面汚染または不充分
な基材調製は、局所の核形成及び基材の部位に於ける粒
子の成長へと導き得る。成長が速い場合、ノジュール及
び突起が膜中に生じ、膜表面上の曇りまたは粗さをもた
らし、更に苛酷な場合には目視できる欠陥をもたらす。
単一結晶のシリコン粒子の核形成が一旦起こると、成長
は更に速くなる。この場合の通常の膜成長は膜の方向の
粒子成長とその結果として起こる優先的な結晶配向とし
て生じる円柱型の粒子構造物をもたらす。核形成及び成
長を抑制するため蒸着条件の変更が可能であり、これに
より表面の粗さを減少し、優先的な配向が生じることを
防止し、一層少ない欠陥密度を有する膜をもたらす。表
面汚染により促進された核形成及び成長が一層苛酷でな
くなる。このような膜を得る一つの試みは、シランの分
解に一層低い蒸着温度を用いて微粒子の殆ど無定形のシ
リコンを蒸着することである。T.I.カミンズ（Kamins）
ら著、“低圧化学蒸着シリコン膜の構造及び安定性"J.E
lectrochemical Society,Solid State Science and Tec
hnology,1978年６月、927〜932頁、G.ハーベク（Harbek
e）ら著“LPCVD多結晶質シリコン膜の成長及び物理的性
質”、Solid State Science and Technology,131巻、３
号、1984年３月、675〜682頁を参照のこと。
は更に速くなる。この場合の通常の膜成長は膜の方向の
粒子成長とその結果として起こる優先的な結晶配向とし
て生じる円柱型の粒子構造物をもたらす。核形成及び成
長を抑制するため蒸着条件の変更が可能であり、これに
より表面の粗さを減少し、優先的な配向が生じることを
防止し、一層少ない欠陥密度を有する膜をもたらす。表
面汚染により促進された核形成及び成長が一層苛酷でな
くなる。このような膜を得る一つの試みは、シランの分
解に一層低い蒸着温度を用いて微粒子の殆ど無定形のシ
リコンを蒸着することである。T.I.カミンズ（Kamins）
ら著、“低圧化学蒸着シリコン膜の構造及び安定性"J.E
lectrochemical Society,Solid State Science and Tec
hnology,1978年６月、927〜932頁、G.ハーベク（Harbek
e）ら著“LPCVD多結晶質シリコン膜の成長及び物理的性
質”、Solid State Science and Technology,131巻、３
号、1984年３月、675〜682頁を参照のこと。
半導体装置は、典型的には低圧化学蒸着された膜をしば
しば含む、多種の蒸着され、及び／または化学的に誘導
された薄膜を有する。これらの膜は歪場（strain field
s）を示し、これらの場は加工条件に感受性であり、数
千気圧の或種の条件下で膜中に内部歪を潜在的にもたら
す。その結果、寿命、表面状態またはバルク易動度（bu
lk mobility）及び表面易動度に依存する電気特性は、
これらの量の夫々が大きい応力により影響されることか
ら、膜中の歪場の特性により影響される。膜中に誘導さ
れる歪が加工中に無視される場合には、大きい公差また
は望ましくない公差が生じ、超大規模集積回路（VLSI）
装置加工に典型的である極端な例の場合には、装置破損
が結果として起こる。逆に、歪の問題が理解される場合
には、膜中に生じる歪が装置の性能を改良するのに使用
し得る。例えば、易動度は引張歪により増大し、そこで
Ｎ−型トランジスターの性能を改良するのに使用され
た。かくして、超小型電子装置が蒸着ポリシリコン膜上
に形成される場合には、膜中の歪場の制御は膜上に形成
される装置の性能に極めて重要である。
しば含む、多種の蒸着され、及び／または化学的に誘導
された薄膜を有する。これらの膜は歪場（strain field
s）を示し、これらの場は加工条件に感受性であり、数
千気圧の或種の条件下で膜中に内部歪を潜在的にもたら
す。その結果、寿命、表面状態またはバルク易動度（bu
lk mobility）及び表面易動度に依存する電気特性は、
これらの量の夫々が大きい応力により影響されることか
ら、膜中の歪場の特性により影響される。膜中に誘導さ
れる歪が加工中に無視される場合には、大きい公差また
は望ましくない公差が生じ、超大規模集積回路（VLSI）
装置加工に典型的である極端な例の場合には、装置破損
が結果として起こる。逆に、歪の問題が理解される場合
には、膜中に生じる歪が装置の性能を改良するのに使用
し得る。例えば、易動度は引張歪により増大し、そこで
Ｎ−型トランジスターの性能を改良するのに使用され
た。かくして、超小型電子装置が蒸着ポリシリコン膜上
に形成される場合には、膜中の歪場の制御は膜上に形成
される装置の性能に極めて重要である。
同様に、ポリシリコン薄膜を使用する超小形機械構造物
に関し、典型的にビームのたわみ及びプレートのたわみ
計算を伴なう超小形機械部品の設計は膜中のビルトイン
（build−in）歪場、膜のヤング率、ポアソン比、及び
引張強さの如き機械的数値の正確な測定及び制御を必要
とする。Ｘ線マスクブランク及び種々の薄膜の実際の加
工に使用されるような圧力変換器及び充分に支持された
プレートに関する経験は、薄膜に関する支配的な機械的
数値がビルトイン歪場であるという結論に導く。また引
張強さは重要であるが二次的であり、そしてヤング率及
びポアソン比の認識は、機械的装置の性能が例えば企業
化調査よりむしろ特別の装置設計に関して計算される場
合に、必要とされる。
に関し、典型的にビームのたわみ及びプレートのたわみ
計算を伴なう超小形機械部品の設計は膜中のビルトイン
（build−in）歪場、膜のヤング率、ポアソン比、及び
引張強さの如き機械的数値の正確な測定及び制御を必要
とする。Ｘ線マスクブランク及び種々の薄膜の実際の加
工に使用されるような圧力変換器及び充分に支持された
プレートに関する経験は、薄膜に関する支配的な機械的
数値がビルトイン歪場であるという結論に導く。また引
張強さは重要であるが二次的であり、そしてヤング率及
びポアソン比の認識は、機械的装置の性能が例えば企業
化調査よりむしろ特別の装置設計に関して計算される場
合に、必要とされる。
蒸着膜の超小形機械的性質に関するビルトイン歪場の効
果は複雑であるが、ビーム及び膜の如き自立微小構造に
於いて容易に観察でき、しかも重要な結果を有する。二
重に支持されたビームはそれが充分長い場合、及び歪場
が大きくてしかも圧縮的である場合には、曲がる傾向が
あり、一方同じ圧縮的な場に於いて充分短かいビームは
まっすぐのままである。同様に端部で支持された充分大
きな膜は、それが充分大きなビルトイン圧縮歪を有する
場合には、倒れる。
果は複雑であるが、ビーム及び膜の如き自立微小構造に
於いて容易に観察でき、しかも重要な結果を有する。二
重に支持されたビームはそれが充分長い場合、及び歪場
が大きくてしかも圧縮的である場合には、曲がる傾向が
あり、一方同じ圧縮的な場に於いて充分短かいビームは
まっすぐのままである。同様に端部で支持された充分大
きな膜は、それが充分大きなビルトイン圧縮歪を有する
場合には、倒れる。
しかしながら、二重に支持されたビーム及び端部で支持
された膜は、引張歪の状態にある場合には非常に大きく
つくることができる。何となれば、ビルトイン歪はこれ
らの構造物をぴんと張って保つ傾向があるからである。
このような歪場が或る方法により製造された膜に固有で
ある程度に、これらの歪場はうまく製造し得る長小形機
械構造物の寸法に制限を課する。このような構造物の潜
在的な大きさを制限する他に、膜中で遭遇される歪場は
圧力変換器またはマイクロホンとして使用される薄膜の
共振振動数の如き構造物の所望の機械的性質に影響し得
る。
された膜は、引張歪の状態にある場合には非常に大きく
つくることができる。何となれば、ビルトイン歪はこれ
らの構造物をぴんと張って保つ傾向があるからである。
このような歪場が或る方法により製造された膜に固有で
ある程度に、これらの歪場はうまく製造し得る長小形機
械構造物の寸法に制限を課する。このような構造物の潜
在的な大きさを制限する他に、膜中で遭遇される歪場は
圧力変換器またはマイクロホンとして使用される薄膜の
共振振動数の如き構造物の所望の機械的性質に影響し得
る。
無定形及び多結晶質の両方のLPCVD蒸着シリコン膜は、
蒸着された際に大きな圧縮歪を示す。或る場合にはビル
トイン歪である圧縮歪を焼なましにより極めて低い水準
に減少することが可能であった。ハーベックら著、上記
文献及びR.T.ホウ（Howe）ら著、“多結晶質及び無定形
のシリコン薄膜”、J.Applied Physics、54巻、８号、1
983年、4674〜4675年を参照のこと。しかしながら、焼
なまし後でさえもこのような膜は従来引張歪を示さなか
った。
蒸着された際に大きな圧縮歪を示す。或る場合にはビル
トイン歪である圧縮歪を焼なましにより極めて低い水準
に減少することが可能であった。ハーベックら著、上記
文献及びR.T.ホウ（Howe）ら著、“多結晶質及び無定形
のシリコン薄膜”、J.Applied Physics、54巻、８号、1
983年、4674〜4675年を参照のこと。しかしながら、焼
なまし後でさえもこのような膜は従来引張歪を示さなか
った。
発明の要約 本発明に従って、均一な微粒子ポリシリコンが低圧化学
蒸着法により、好ましくは無定形蒸着物から微粒子ポリ
シリコン蒸着物への転位が起こるほぼ580℃の温度で、
基材に蒸着される。極めて清浄で欠陥や汚染物のない基
材（例えば単結晶シリコン）上でこの温度で成長した膜
は蒸着後に圧縮歪を示し、極めて均一な微結晶粒子構造
を示す。歪エネルギーは、ひき続いての焼なまし中の再
結晶及び粒子成長の原因となる。膜及び基材が欠陥のな
い場合には、300Å未満で100Å程度に小さい平均粒径で
もって極めて速い再結晶が焼なまし後に得ることができ
る。これらの粒径は窒素中1150℃までの温度で数時間の
焼なまし熱処理後でさえもドーピング処理またはドーピ
ング未処理の試料について著しく変化しない。膜の形
態、その組織の機能は、本質的にプロセスに独立のもの
になる。7.6cm（３インチ）の単一結晶シリコンウエー
ハ上に本発明に従って蒸着された典型的なポリシリコン
膜は、200Å未満の表面曇りでもって0.5ミクロンの孔で
50個未満の欠陥をもたらす。
蒸着法により、好ましくは無定形蒸着物から微粒子ポリ
シリコン蒸着物への転位が起こるほぼ580℃の温度で、
基材に蒸着される。極めて清浄で欠陥や汚染物のない基
材（例えば単結晶シリコン）上でこの温度で成長した膜
は蒸着後に圧縮歪を示し、極めて均一な微結晶粒子構造
を示す。歪エネルギーは、ひき続いての焼なまし中の再
結晶及び粒子成長の原因となる。膜及び基材が欠陥のな
い場合には、300Å未満で100Å程度に小さい平均粒径で
もって極めて速い再結晶が焼なまし後に得ることができ
る。これらの粒径は窒素中1150℃までの温度で数時間の
焼なまし熱処理後でさえもドーピング処理またはドーピ
ング未処理の試料について著しく変化しない。膜の形
態、その組織の機能は、本質的にプロセスに独立のもの
になる。7.6cm（３インチ）の単一結晶シリコンウエー
ハ上に本発明に従って蒸着された典型的なポリシリコン
膜は、200Å未満の表面曇りでもって0.5ミクロンの孔で
50個未満の欠陥をもたらす。
本発明に従って成長させられた微粒子は適当に焼なまし
されて圧縮的または引張のいずれかである歪場を生じ得
る。適当な焼なましサイクルを使用することにより、微
粒子ポリシリコン膜中の蒸着したままの圧縮歪を0.3％
までの引張歪に変換することが可能であり、０％未満の
所望の引張歪の水準を得るために加工パラメーターの選
択が可能である。かくして、ビーム中の圧縮歪場のため
に非常に短かい長さで曲がる通常の方法で製造されたビ
ームと対照的に、かなりの長さ（例えば1000ミクロン以
上）の自立の二重に支持されたビームが可能になる。加
えて、比較的にじょうぶで非常に大きい面積で充分支持
された薄いダイヤフラム（例えば、２ミクロンの厚さ）
が製造でき、これは引張歪の状態にある。1cm×1cm以上
の横方向寸法を有するダイヤフラムがダイヤフラムの破
損またはダイヤフラム膜中のピンホールもしくは亀裂の
発生なしに形成し得る。このようなダイヤフラムはＸ線
マスク用の基礎として作用し得る。何となれば、薄いポ
リシリコン膜はＸ線に対してしなり透明であり、Ｘ線の
良好な吸収剤である金の如き物質が所望のパターンでダ
イヤフラム上に置くことができるからである。ダイヤフ
ラム中に所望の数及び形状の孔を形成するため、更に加
工工程が行なわれてダイヤフラムをパターン化し得る。
多孔ダイヤフラムは、化学蒸着物質で被覆されて準光学
寸法（subopticaldimensions）を含む、ダイヤフラム中
の開口部のための調節可能な寸法を得ることができ、あ
るいはダイヤフラムの仕上面のみに蒸着された、金の如
き重物質で被覆されて例えばダイヤフラム中の孔部以外
のダイヤフラムの全ての位置でＸ線を実質的に吸収する
Ｘ線吸収マスクをつくることができる。
されて圧縮的または引張のいずれかである歪場を生じ得
る。適当な焼なましサイクルを使用することにより、微
粒子ポリシリコン膜中の蒸着したままの圧縮歪を0.3％
までの引張歪に変換することが可能であり、０％未満の
所望の引張歪の水準を得るために加工パラメーターの選
択が可能である。かくして、ビーム中の圧縮歪場のため
に非常に短かい長さで曲がる通常の方法で製造されたビ
ームと対照的に、かなりの長さ（例えば1000ミクロン以
上）の自立の二重に支持されたビームが可能になる。加
えて、比較的にじょうぶで非常に大きい面積で充分支持
された薄いダイヤフラム（例えば、２ミクロンの厚さ）
が製造でき、これは引張歪の状態にある。1cm×1cm以上
の横方向寸法を有するダイヤフラムがダイヤフラムの破
損またはダイヤフラム膜中のピンホールもしくは亀裂の
発生なしに形成し得る。このようなダイヤフラムはＸ線
マスク用の基礎として作用し得る。何となれば、薄いポ
リシリコン膜はＸ線に対してしなり透明であり、Ｘ線の
良好な吸収剤である金の如き物質が所望のパターンでダ
イヤフラム上に置くことができるからである。ダイヤフ
ラム中に所望の数及び形状の孔を形成するため、更に加
工工程が行なわれてダイヤフラムをパターン化し得る。
多孔ダイヤフラムは、化学蒸着物質で被覆されて準光学
寸法（subopticaldimensions）を含む、ダイヤフラム中
の開口部のための調節可能な寸法を得ることができ、あ
るいはダイヤフラムの仕上面のみに蒸着された、金の如
き重物質で被覆されて例えばダイヤフラム中の孔部以外
のダイヤフラムの全ての位置でＸ線を実質的に吸収する
Ｘ線吸収マスクをつくることができる。
本発明によるポリシリコンの蒸着は、蒸着物が約580℃
以下で、好ましくは全蒸着プロセス中に殆ど温度変化な
しに580℃付近に保たれた温度で生じることを必要とす
る。蒸着前の基材の清浄及びポリシリコン蒸着物を生成
するための化学蒸着の適用方法は、結晶の不均一な局所
核形成をもたらすような汚染を避けるため注意して制御
した条件下で行なわれる。このような局所核形成は表面
中の欠陥、表面汚染物、または蒸着の重要な相中の蒸着
プロセス条件の乱れのために生じ得る。適当な加工工程
に従う場合には、所望の調節可能な歪の性質を有するポ
リシリコン膜が単結晶シリコン、パターン化シリコン基
材、窒化ケイ素層、及び熱成長した酸化ケイ素の如き種
々の基材に蒸着し得る。高温焼なましサイクル（例えば
1050℃以上）の適用は、一層長い焼なましサイクルが使
用されるにつれて次第に一層少ない歪場をもたらし、最
終的に膜中に実質的に零の歪を生じる。中間の焼なまし
温度（約650℃〜950℃）は引張歪を有する多結晶質シリ
コン膜をもたらし、一方約600℃以下の温度での焼なま
しは圧縮歪をもたらし、これは焼なましサイクルの長さ
につれて減少する。焼なましされなかった膜は比較的大
きい圧縮歪場を有する。対照的に、典型的に635℃付近
で行なわれる通常の蒸着方法に従って形成された粗大粒
子ポリシリコンは圧縮歪場のみを与え、これは焼なまし
の際に若干減少し得るが通常零まで減少し得ない。
以下で、好ましくは全蒸着プロセス中に殆ど温度変化な
しに580℃付近に保たれた温度で生じることを必要とす
る。蒸着前の基材の清浄及びポリシリコン蒸着物を生成
するための化学蒸着の適用方法は、結晶の不均一な局所
核形成をもたらすような汚染を避けるため注意して制御
した条件下で行なわれる。このような局所核形成は表面
中の欠陥、表面汚染物、または蒸着の重要な相中の蒸着
プロセス条件の乱れのために生じ得る。適当な加工工程
に従う場合には、所望の調節可能な歪の性質を有するポ
リシリコン膜が単結晶シリコン、パターン化シリコン基
材、窒化ケイ素層、及び熱成長した酸化ケイ素の如き種
々の基材に蒸着し得る。高温焼なましサイクル（例えば
1050℃以上）の適用は、一層長い焼なましサイクルが使
用されるにつれて次第に一層少ない歪場をもたらし、最
終的に膜中に実質的に零の歪を生じる。中間の焼なまし
温度（約650℃〜950℃）は引張歪を有する多結晶質シリ
コン膜をもたらし、一方約600℃以下の温度での焼なま
しは圧縮歪をもたらし、これは焼なましサイクルの長さ
につれて減少する。焼なましされなかった膜は比較的大
きい圧縮歪場を有する。対照的に、典型的に635℃付近
で行なわれる通常の蒸着方法に従って形成された粗大粒
子ポリシリコンは圧縮歪場のみを与え、これは焼なまし
の際に若干減少し得るが通常零まで減少し得ない。
本発明の別の目的は、特徴及び利点は、図面と合せて以
下の詳細な説明により明瞭にする。
下の詳細な説明により明瞭にする。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って、使用し得る低圧化学蒸着
（LPCVD）加工系の略図である。
（LPCVD）加工系の略図である。
第２図は、幾つかの異なる焼なましサイクル後の本発明
に従って形成されたポリシリコ膜中の歪を示すグラフで
ある。
に従って形成されたポリシリコ膜中の歪を示すグラフで
ある。
第３図は、円柱形粒子を有する通常のLPCVDポリシリコ
ン構造の顕微鏡写真である。
ン構造の顕微鏡写真である。
第４図は、本発明に従って蒸着されたポリシリコン構造
を示す顕微鏡写真であり、実際に組織が微粒子ポリシリ
コン膜中に目視し得ない。
を示す顕微鏡写真であり、実際に組織が微粒子ポリシリ
コン膜中に目視し得ない。
第５図〜第10図は、本発明に従って形成されたポリシリ
コンダイヤフラムの加工中の工程を示す、シリコン基材
を通しての略断面図である。
コンダイヤフラムの加工中の工程を示す、シリコン基材
を通しての略断面図である。
第11図及び第12図は、ポリシリコンダイヤフラムの配列
が第５図〜第10図の方法により形成されたシリコンウエ
ーハの正面図及び背面図である。
が第５図〜第10図の方法により形成されたシリコンウエ
ーハの正面図及び背面図である。
第13図〜第21図は、孔部を有する本発明のポリシリコン
ダイヤフラムの加工中の工程を示す、シリコン基材を通
しての略断面図である。
ダイヤフラムの加工中の工程を示す、シリコン基材を通
しての略断面図である。
第22図〜第23図は、第13図〜第21図の方法に従って形成
された孔部を有するポリシリコンダイヤフラムの配列を
有するシリコンウエーハの正面図及び背面図である。
された孔部を有するポリシリコンダイヤフラムの配列を
有するシリコンウエーハの正面図及び背面図である。
第24図〜第33図は、多孔ポリシリコンダイヤフラムの加
工及び調節された寸法中への孔部の逆充填（back filli
ng）中の工程を示す、シリコン基材を通しての略断面図
である。
工及び調節された寸法中への孔部の逆充填（back filli
ng）中の工程を示す、シリコン基材を通しての略断面図
である。
第34図及び第35図は、第24図〜第33図に示された方法に
従って形成された逆充填孔部を有するポリシリコンダイ
ヤフラムの配列を有するシリコンウエーハの正面図及び
背面図である。
従って形成された逆充填孔部を有するポリシリコンダイ
ヤフラムの配列を有するシリコンウエーハの正面図及び
背面図である。
第36図は、ポリシリコン膜中の歪を測定するためにポリ
シリコン膜から形成し得る歪測定用構造の配列のための
マスクである。
シリコン膜から形成し得る歪測定用構造の配列のための
マスクである。
第37図は第36図の構造により歪を測定するのに使用され
る種々のリング厚さに対応するたわみ比のプロットであ
る。
る種々のリング厚さに対応するたわみ比のプロットであ
る。
好ましい態様の説明 本発明は高品質のポリシリコン膜が蒸着用基材の調製、
膜を形成する蒸着工程及び蒸着膜の後蒸着加工に於ける
適切な操作により得られることを可能にする。このよう
な調製技術を用いて、所望のポリシリコンが単結晶シリ
コン基材、パターン化シリコン基材、及び熱成長させら
れた酸化ケイ素に蒸着し得ることが示された。加工のた
めの調製に於いて、シリコン基材は前面、即ちポリシリ
コンが蒸着されつ面で出来る限り接触されない。ウエー
ハはポリシリコン蒸着の前に極めて清浄な脱イオン水中
のブリスクリンス（brisk rinse）を含む、後記される
プロセス（“C2"プロセスと称する）を用いて注意して
清浄される。清浄されたウエーハは、ウエーハ裏面で
“テフロン“（商標）ピンセットまたは真空バンドを用
いて窒素で吹いて乾燥させる。蒸着工程はウエーハの清
浄直後に行なわれる。C2清浄プロセスが酸化前に基材ウ
エーハに行なわれる場合にはポリシリコン膜は酸化直後
の二酸化ケイ素上でこの方法で蒸着されてもよく、充分
乾燥した窒素焼きなましが湿った酸化物を充分乾燥する
の必要とされる。
膜を形成する蒸着工程及び蒸着膜の後蒸着加工に於ける
適切な操作により得られることを可能にする。このよう
な調製技術を用いて、所望のポリシリコンが単結晶シリ
コン基材、パターン化シリコン基材、及び熱成長させら
れた酸化ケイ素に蒸着し得ることが示された。加工のた
めの調製に於いて、シリコン基材は前面、即ちポリシリ
コンが蒸着されつ面で出来る限り接触されない。ウエー
ハはポリシリコン蒸着の前に極めて清浄な脱イオン水中
のブリスクリンス（brisk rinse）を含む、後記される
プロセス（“C2"プロセスと称する）を用いて注意して
清浄される。清浄されたウエーハは、ウエーハ裏面で
“テフロン“（商標）ピンセットまたは真空バンドを用
いて窒素で吹いて乾燥させる。蒸着工程はウエーハの清
浄直後に行なわれる。C2清浄プロセスが酸化前に基材ウ
エーハに行なわれる場合にはポリシリコン膜は酸化直後
の二酸化ケイ素上でこの方法で蒸着されてもよく、充分
乾燥した窒素焼きなましが湿った酸化物を充分乾燥する
の必要とされる。
本発明の典型的な蒸着方法に於いて、シリコン基材ウエ
ーハは加工管中に上向きに取りつけられて、前部または
後部と面する。好ましくは、一対のダミイウエーハが加
工すべきウエーハの前後に、全ウエーハ間の0.38cm（0.
15インチ）〜0.51cm（0.2インチ）の間隔で置かれる。
これらのウエーハは、管中の所定の場所で管と同心に置
かれる。管は直ちにポンプで下に送られ、窒素でパージ
される。全てのガス配管及び上記の管はパージされ漏れ
について調べられる。何となれば、過度の漏出量は不充
分な蒸着をもたらすことがわかったからである。シラン
が正圧である場合には、シランガスが配管の部分中に保
持されてもよい。シランガスは遅い適用速度で制御され
た方法で適用され、加工管中にサージングされない。20
〜30秒、好ましくは殆どまたは全く行過ぎ量なしに、操
作点に達する。シランは減圧で所定期間（例えば１分）
にわたって定常的に適用されてポリシリコンの初期の単
分子層が形成することを可能にする。ついで、シラン流
速が再度20〜30秒で行過ぎ量なしに定常的に上昇され
て、蒸着速度を増大する。また所望により、窒素はシラ
ンと一緒に注入してポンプを絞って管圧力を上昇させて
もよい。窒素は管のガス入口側よりむしろポンプで注入
されることが好ましい。管圧力及びガス流速はドリフト
またはサージングしないようにされる。蒸着後、シラン
ガス流は出来るだけ早く零に減少され、ウエーハが取り
出される前に窒素パージングが終了される。LPCVD反応
器の予備装置は、通常逆流を防止するために適度の窒素
パージングを用いてポンプで吸引される。蒸着の前に、
予備蒸着がクレードル及び加工管について行なわれる。
ーハは加工管中に上向きに取りつけられて、前部または
後部と面する。好ましくは、一対のダミイウエーハが加
工すべきウエーハの前後に、全ウエーハ間の0.38cm（0.
15インチ）〜0.51cm（0.2インチ）の間隔で置かれる。
これらのウエーハは、管中の所定の場所で管と同心に置
かれる。管は直ちにポンプで下に送られ、窒素でパージ
される。全てのガス配管及び上記の管はパージされ漏れ
について調べられる。何となれば、過度の漏出量は不充
分な蒸着をもたらすことがわかったからである。シラン
が正圧である場合には、シランガスが配管の部分中に保
持されてもよい。シランガスは遅い適用速度で制御され
た方法で適用され、加工管中にサージングされない。20
〜30秒、好ましくは殆どまたは全く行過ぎ量なしに、操
作点に達する。シランは減圧で所定期間（例えば１分）
にわたって定常的に適用されてポリシリコンの初期の単
分子層が形成することを可能にする。ついで、シラン流
速が再度20〜30秒で行過ぎ量なしに定常的に上昇され
て、蒸着速度を増大する。また所望により、窒素はシラ
ンと一緒に注入してポンプを絞って管圧力を上昇させて
もよい。窒素は管のガス入口側よりむしろポンプで注入
されることが好ましい。管圧力及びガス流速はドリフト
またはサージングしないようにされる。蒸着後、シラン
ガス流は出来るだけ早く零に減少され、ウエーハが取り
出される前に窒素パージングが終了される。LPCVD反応
器の予備装置は、通常逆流を防止するために適度の窒素
パージングを用いてポンプで吸引される。蒸着の前に、
予備蒸着がクレードル及び加工管について行なわれる。
蒸着されたポリシリコン膜を有するウエーハの焼なまし
は第二石英プロセス管中で行なわれる。ウエーハは蒸着
温度（例えば580℃）で管中に入れられ、所望の焼なま
し温度まで傾斜される。長い高温の焼なましは、次第に
一層少ない歪場をもたらす。中間焼なまし温度は本発明
に従って適切に形成された微粒子ポリシリコン膜に関し
て引き伸ばしやすいポリシリコン膜をもたらす。600℃
未満の温度での焼なましサイクルは圧縮歪を生じ、粒径
は変化しない。また、充分に焼なましされたポリシリコ
ンは粒径変化を示さない。焼なましの前に、蒸着膜は比
較的高い圧縮歪場を示し、焼なまし温度及びサイクルの
長さの選択は比較的大きな圧縮歪場から比較的大きな引
張歪場まで、あるいは零歪場までの膜中の最終的な歪を
決定する。対照的に、典型的に635℃で蒸着された粗大
粒子ポリシリコンは、焼なましの際に若干減少し得るが
零歪または引張歪場に減少し得ない圧縮歪場を与える。
は第二石英プロセス管中で行なわれる。ウエーハは蒸着
温度（例えば580℃）で管中に入れられ、所望の焼なま
し温度まで傾斜される。長い高温の焼なましは、次第に
一層少ない歪場をもたらす。中間焼なまし温度は本発明
に従って適切に形成された微粒子ポリシリコン膜に関し
て引き伸ばしやすいポリシリコン膜をもたらす。600℃
未満の温度での焼なましサイクルは圧縮歪を生じ、粒径
は変化しない。また、充分に焼なましされたポリシリコ
ンは粒径変化を示さない。焼なましの前に、蒸着膜は比
較的高い圧縮歪場を示し、焼なまし温度及びサイクルの
長さの選択は比較的大きな圧縮歪場から比較的大きな引
張歪場まで、あるいは零歪場までの膜中の最終的な歪を
決定する。対照的に、典型的に635℃で蒸着された粗大
粒子ポリシリコンは、焼なましの際に若干減少し得るが
零歪または引張歪場に減少し得ない圧縮歪場を与える。
本発明を実施するのに使用し得るLPCVD系の略図が第１
図に示されている。LPCVD管10は標準の外径110mm、内径
105mm長さ178cm（70インチ）の石英プロセス管である。
端部は特別な処理を必要としない。プロセス管はリンド
バーグオメガ（Lindberg Omega）13スタック炉中に設置
される。前ドア及び後ドア11及び12はステンレス鋼から
つくられ、二重Ｏ−リングシール及びアルミニウム外部
ナットを有する。ドアは水冷される。ポンプ13は、適当
なトラップ並びにプロセス管及び種々の供給配管からポ
ンプへと戻ってリードする戻り系14中の窒素パージを備
えたレイホールドヘラウス（Leyhold Heraus）D60ACメ
カニカル２−段ポンプである。加工管は1000ミリトルの
バラトロン（Baratron）ゲージ15及びヘースティングス
（Hastings）熱電対パージ16で監視される。
図に示されている。LPCVD管10は標準の外径110mm、内径
105mm長さ178cm（70インチ）の石英プロセス管である。
端部は特別な処理を必要としない。プロセス管はリンド
バーグオメガ（Lindberg Omega）13スタック炉中に設置
される。前ドア及び後ドア11及び12はステンレス鋼から
つくられ、二重Ｏ−リングシール及びアルミニウム外部
ナットを有する。ドアは水冷される。ポンプ13は、適当
なトラップ並びにプロセス管及び種々の供給配管からポ
ンプへと戻ってリードする戻り系14中の窒素パージを備
えたレイホールドヘラウス（Leyhold Heraus）D60ACメ
カニカル２−段ポンプである。加工管は1000ミリトルの
バラトロン（Baratron）ゲージ15及びヘースティングス
（Hastings）熱電対パージ16で監視される。
窒素は、パージング及び排気のため、及びポンプを絞る
ために窒素圧力タンク17から利用し得る。シランはシラ
ン圧力タンク18から利用し得る。窒素流及びシラン流は
タイラン（Tylan）FC260質量流量調節器及び改良タイラ
ンタイマー（Tymer）16シーケンサー（sequencer）19で
調節される。流量調節器は閉止弁から下流にある。シラ
ン質量流量調節器のレンジは０〜100sccmであり、窒素
流量調節器のレンジは０〜1000sccmである。調節弁21〜
39は種々のガス供給配管、ポンプ・アウト（pumpout）
配管及びシラン戻り配管に連結されて種々の流れ条件を
調節する。シランガス配管20はポンプ13に直接排気し得
る。シラン配管はサージングのない蒸着サイクルの開始
時にシランの遅く且つ調節された適用を可能にするよう
に設定され、また蒸着後の迅速な閉止のために設定され
る。
ために窒素圧力タンク17から利用し得る。シランはシラ
ン圧力タンク18から利用し得る。窒素流及びシラン流は
タイラン（Tylan）FC260質量流量調節器及び改良タイラ
ンタイマー（Tymer）16シーケンサー（sequencer）19で
調節される。流量調節器は閉止弁から下流にある。シラ
ン質量流量調節器のレンジは０〜100sccmであり、窒素
流量調節器のレンジは０〜1000sccmである。調節弁21〜
39は種々のガス供給配管、ポンプ・アウト（pumpout）
配管及びシラン戻り配管に連結されて種々の流れ条件を
調節する。シランガス配管20はポンプ13に直接排気し得
る。シラン配管はサージングのない蒸着サイクルの開始
時にシランの遅く且つ調節された適用を可能にするよう
に設定され、また蒸着後の迅速な閉止のために設定され
る。
第１図の系を使用してポリシリコン蒸着を実施するため
の操作工程の順序は好ましい運転操作として下記される
が、その他の型の装置及び系構造物が使用される場合に
はその他の操作が利用されることが明らかである。
の操作工程の順序は好ましい運転操作として下記される
が、その他の型の装置及び系構造物が使用される場合に
はその他の操作が利用されることが明らかである。
準備条件：ポリシリコン系管及び窒化物系管がポンプで
吸引され、クレードルが管中央にあり、系調節器は手動
であり、パージN2はタイランタイマー16で50sccmにセッ
トされる。管圧力は130ミリトル付近である。プログラ
マーは自動方式であり工程０にある。それ故、弁21、2
2、23、24、25、27、29、38及び39は開いている。その
他の全ての弁は閉じられている。リードバーグオメガ炉
はプロセス管中で580℃にセットされる。
吸引され、クレードルが管中央にあり、系調節器は手動
であり、パージN2はタイランタイマー16で50sccmにセッ
トされる。管圧力は130ミリトル付近である。プログラ
マーは自動方式であり工程０にある。それ故、弁21、2
2、23、24、25、27、29、38及び39は開いている。その
他の全ての弁は閉じられている。リードバーグオメガ炉
はプロセス管中で580℃にセットされる。
段階０ 窒化物系（閉じられた弁39）は使用状態であってはなら
ない。N2びん調節器24の圧力は10.5kg/cm2（150psi）よ
り大きくなければならず、調整弁25は1.05kg/cm2（15ps
i）にセットされる。
ない。N2びん調節器24の圧力は10.5kg/cm2（150psi）よ
り大きくなければならず、調整弁25は1.05kg/cm2（15ps
i）にセットされる。
ポンプケーシングへの窒素流（弁28によりセットされ
る）は1/2／分であるべきであり調整弁は0.70kg/cm2
（1psi）にセットされる。適切な操作のために油循環器
をチェックする。TCゲージ弁22を閉じる。ポリシリコン
系でゲート弁21を閉じる。窒化物系でゲート弁39を閉じ
る。全てのガスは遮断されてなければならない。パージ
N2（弁27、28）をタイマー16で250sccmにセットする。
調節器を“手動”外に切り換える。調節器の全てのガス
スイッチは切っているべきである。
る）は1/2／分であるべきであり調整弁は0.70kg/cm2
（1psi）にセットされる。適切な操作のために油循環器
をチェックする。TCゲージ弁22を閉じる。ポリシリコン
系でゲート弁21を閉じる。窒化物系でゲート弁39を閉じ
る。全てのガスは遮断されてなければならない。パージ
N2（弁27、28）をタイマー16で250sccmにセットする。
調節器を“手動”外に切り換える。調節器の全てのガス
スイッチは切っているべきである。
“開始”ボタンを押す。
段階１ 管は４分間で自動的に排気する（弁26が開く）。
段階２ ガス抜きN2（弁26）がオフに変り、パージN2（弁27、2
8）がオンになり、警報器が鳴ってオペレーターに管が
開いていることを知らせる。
8）がオンになり、警報器が鳴ってオペレーターに管が
開いていることを知らせる。
“警報終了”を押す。
前ドアを取りはずす。
クレードルを取りはずし基準ウエーハの約5mm前の各第
二スロット中にウエーハを入れる。二つのダミイウエー
ハをプロセスウエーハの前後に置く。
二スロット中にウエーハを入れる。二つのダミイウエー
ハをプロセスウエーハの前後に置く。
押し棒上の適当なマークを用いてクレードルを管中央に
もどす。
もどす。
Ｏ−リング及びＯ−リング表面をチェックし前ドアを取
り換える。
り換える。
ゲート弁21を徐々に開いて、系をポンプで吸引する。
“工程開始”を押す。
段階３ N2を５分間パージする（弁27、28をオンにする）管圧力
は約440ミリトルである。
は約440ミリトルである。
段階４ N2パージ（弁27、28をオンにする）及びシラン配管ポン
プアウト（弁29）を５分間オンにし、ついで停止する。
プアウト（弁29）を５分間オンにし、ついで停止する。
“警報終了”を押す。
“工程開始”を押す。
段階５ N2パージ（弁27）をオフにし、シラン配管ポンプアウト
（弁29）をオンにしベースラインまでポンプで吸引し、
停止する。
（弁29）をオンにしベースラインまでポンプで吸引し、
停止する。
“警報終了”を押す。
漏れチェックを行なう。ゲート弁21を閉じ圧力上昇を１
分間記録する。最小圧力は10ミリトル／分漏出量より少
ない約10ミリトルである。
分間記録する。最小圧力は10ミリトル／分漏出量より少
ない約10ミリトルである。
日付、N2びん圧力、ウエーハの数及び位置、管の最小圧
力及び漏出速度、管温度、調節器セッティング、ウエー
ハ同定及び運転時間を記録する。
力及び漏出速度、管温度、調節器セッティング、ウエー
ハ同定及び運転時間を記録する。
ゲート弁21を開く。
シラン調整弁32及びN2パージ弁30が閉じられていること
を確め、調整弁をアウトに戻す。
を確め、調整弁をアウトに戻す。
運転時間をサムホイール（thumbwheel）でセットする。
上記の５工程を二重チェックする。
シランびん弁31及び調整弁32を開く。
調整弁を1.05kg/cm2（15psi）にセットする。
“工程開始”を押す。
段階６ “ソフト開始”弁34をオンにする。シラン配管ポンプア
ウト弁29が２分間開く。ついでシラン流量調節弁34が
“ソフト開始”中にしっかりと閉じられ、弁33及び35は
閉じたままである。
ウト弁29が２分間開く。ついでシラン流量調節弁34が
“ソフト開始”中にしっかりと閉じられ、弁33及び35は
閉じたままである。
管圧力はベースライン圧力より上にサージングまたは上
昇してはならない。
昇してはならない。
段階７ 少量のシランが3sccmで1.7分間流れる（弁33、34、35を
オンにする）（読取りが5sccmにセットされる）。
オンにする）（読取りが5sccmにセットされる）。
シラン流に関し0.6の修正率に留意する。
段階８ 多量のシランが48sccm（読取りが80sccmにセットされ
る）で流れる（弁33、34、35をオンにする）。シラン調
整弁圧力が1.05kg/cm2（15psi）以上であることを確め
る。
る）で流れる（弁33、34、35をオンにする）。シラン調
整弁圧力が1.05kg/cm2（15psi）以上であることを確め
る。
流量調整弁34が所望の流量に達しない場合には増加す
る。所望によりインジェクター窒素を加える（弁36、3
7）。操作点はベースライン圧力より300ミリトル高い。
る。所望によりインジェクター窒素を加える（弁36、3
7）。操作点はベースライン圧力より300ミリトル高い。
操作圧力を記録する。
管圧力を監視する時以外はバラトロンゲージ弁23を閉じ
る。
る。
運転終了前にシランびん弁21をオフに切り換える（42.2
kg/cm2（600psi）のびん圧力について約10分間）。シラ
ンびん圧力を記録する。
kg/cm2（600psi）のびん圧力について約10分間）。シラ
ンびん圧力を記録する。
窒素焼なまし管を所望の温度（580℃）にセットする。
段階９ シラン配管ポンプアウト弁29が開き、弁33及び35が閉
じ、LPVCD管10を５分間ポンプで吸引する。窒素インジ
ェクター弁36が閉じられる。
じ、LPVCD管10を５分間ポンプで吸引する。窒素インジ
ェクター弁36が閉じられる。
段階10 N2パージ（弁27、28が開く）及びシラン配管が５分間ポ
ンプアウトされる（弁29が開く）。
ンプアウトされる（弁29が開く）。
シラン調整弁32を閉じ、調整弁をバックアウトし、びん
弁31をしっかりと閉じる。
弁31をしっかりと閉じる。
段階11 ベースラインにポンプで吸引する。
“警報終了”を押す。
ゲート弁21を閉じることにより後蒸着圧力及び管漏出速
度を記録する。
度を記録する。
ゲート弁21は閉じたままである。
“工程開始”を押す。
段階12 N2パージ（弁27、28が開く）を１分間行ない、停止す
る。
る。
“警報終了”及び“工程開始“を押す。
段階13 系を排気する（弁26が開く） 段階14 ガス抜きN2（弁26）が閉じられ、Ｎパージ（弁27、28が
開く）がオンに変わり、警報が鳴る。
開く）がオンに変わり、警報が鳴る。
“警報終了”を押す。
ウエーハを降す。
クレードルを管中央に戻す。
ドアを交換する。
ゲート弁21を開き、系をポンプで吸引する。
窒化物系ゲート弁39を開く。
“リセット”を押す。
調節器を“手動”に切り換える。
パージN2（弁27、28）にスイッチを入れ、50sccmに戻
す。
す。
タイマー16プログラム工程は、以下のとおりである。
1. 0.4分間排気する。
2. N2パージを0.1分間オンにし、停止する。
3. ５分間N2パージを行なう。
4. ５分間N2パージを行ない、シラン配管をポンプアウ
トし、停止する。
トし、停止する。
5. ガスをオフにし、シラン配管ポンプアウトを0.1分
間オンにし、停止する。
間オンにし、停止する。
6. ソフトを開始し、シラン配管ポンプアウトを0.2分
間行なう。
間行なう。
7. 少量のシランを1.7分間流す（またTWスイッチをオ
ンにセットする） 8. 多量のシランを流し、サムホイールにより読み取
る。
ンにセットする） 8. 多量のシランを流し、サムホイールにより読み取
る。
9. シラン配管を0.5分間ポンプアウトする。
10. N2パージ及びシラン配管ポンプアウトを５分間行
なう。
なう。
11. ガスをオフにし、シラン配管ポンプアウトを0.1分
間オンにし、停止する。
間オンにし、停止する。
12. N2パージを0.1分間行ない、停止する。
13. 0.4分間排気する。
14. N2パージを0.1分間行ない、停止する。プログラム
はここで終了する。
はここで終了する。
15. N2パージを５分間行ない、停止する。
16. N2パージを５分間行ない、停止する。
17. N2パージを５分間行ない、停止する。
幾つかの物質加工及び装置に関連する因子は、高品質の
微粒子ポリシリコンの成長に有害であることが示された
し、あるいはそうであると考えられる。これらの因子は
以下に検討される。
微粒子ポリシリコンの成長に有害であることが示された
し、あるいはそうであると考えられる。これらの因子は
以下に検討される。
物質に関連する項目に関し、包装またはのこ引きからの
初期の残渣は注意して清浄される必要がある。出発物質
は掻ききず及び欠陥のないものである必要がある。
初期の残渣は注意して清浄される必要がある。出発物質
は掻ききず及び欠陥のないものである必要がある。
操作に関して、ウエーハは、それらが傷つけられない
か、あるいは汚れた表面と接触して置かれないようにし
て取り扱われる必要がある。金属製ピンセットは許され
ず、テフロン製ピンセットは清浄される必要がある。石
英製のホルダー及びボートは基材を傷つけてはならな
い。清浄サイクルは表面汚染物を完全に除去する必要が
ある。再生可能な表面を生じるには、希フッ化水素酸
（HF）中の最終エッチングが推奨される。脱イオン水中
の最終リンスはあち立ちがよく、しかも充分でなければ
ならない。最終の吹き出し（blowoff）乾燥は完全なも
のでなければならない。ポリシリコンが熱酸化物に蒸着
される場合には酸化物は酸化温度で窒素中で充分に焼な
ましされてウエーハ及び酸化物を充分に乾燥する必要が
ある。蒸着中の操作温度は充分に速い蒸着速度による微
粒子成長のためには580℃に出来る限り近い温度に留ま
る必要がある。半径方向の均一性のためには、低い操作
圧力が蒸着中に望ましい。ソフト開始は初期の膜が成長
し凝集する時間を与えるために好ましい。系の管及びガ
ス配管は蒸着の直前にパージまたは排気されて空気及び
その他のガスを追い出した状態に保つ必要がある。
か、あるいは汚れた表面と接触して置かれないようにし
て取り扱われる必要がある。金属製ピンセットは許され
ず、テフロン製ピンセットは清浄される必要がある。石
英製のホルダー及びボートは基材を傷つけてはならな
い。清浄サイクルは表面汚染物を完全に除去する必要が
ある。再生可能な表面を生じるには、希フッ化水素酸
（HF）中の最終エッチングが推奨される。脱イオン水中
の最終リンスはあち立ちがよく、しかも充分でなければ
ならない。最終の吹き出し（blowoff）乾燥は完全なも
のでなければならない。ポリシリコンが熱酸化物に蒸着
される場合には酸化物は酸化温度で窒素中で充分に焼な
ましされてウエーハ及び酸化物を充分に乾燥する必要が
ある。蒸着中の操作温度は充分に速い蒸着速度による微
粒子成長のためには580℃に出来る限り近い温度に留ま
る必要がある。半径方向の均一性のためには、低い操作
圧力が蒸着中に望ましい。ソフト開始は初期の膜が成長
し凝集する時間を与えるために好ましい。系の管及びガ
ス配管は蒸着の直前にパージまたは排気されて空気及び
その他のガスを追い出した状態に保つ必要がある。
わずかな程度の温度の変動であっても不充分な膜が形成
されることをひき起こすことがあるので、注意して制御
する必要がある機械及び系に関連した項目は温度の不安
定性を含む。炉調節器は温度行き過ぎを防止するために
正確に操作する必要がある。ガス圧力のサージング、例
えば調整弁調節によるガス圧力のサージングはポリシリ
コンをもろくするので、圧力の不安定性は最小にされる
必要がある。漏れ、特に大気漏れ及びドアシール中の漏
れがあってはならない。ガス配管中の酸素は排除される
必要がある。ポンプからの油蒸気の逆流は防止される必
要がある。系はウエーハに沈降し得る二酸化ケイ素また
はその他のフレーク物質を含まないものである必要があ
る。ドアシール、例えばＯ−リングは、漏出、ガス発生
または劣化してはならない。
されることをひき起こすことがあるので、注意して制御
する必要がある機械及び系に関連した項目は温度の不安
定性を含む。炉調節器は温度行き過ぎを防止するために
正確に操作する必要がある。ガス圧力のサージング、例
えば調整弁調節によるガス圧力のサージングはポリシリ
コンをもろくするので、圧力の不安定性は最小にされる
必要がある。漏れ、特に大気漏れ及びドアシール中の漏
れがあってはならない。ガス配管中の酸素は排除される
必要がある。ポンプからの油蒸気の逆流は防止される必
要がある。系はウエーハに沈降し得る二酸化ケイ素また
はその他のフレーク物質を含まないものである必要があ
る。ドアシール、例えばＯ−リングは、漏出、ガス発生
または劣化してはならない。
本明細書中では“C2"清浄サイクルと称される好ましい
清浄サイクルは、ウエーブを適当に清浄するのに使用さ
れることが好ましい。清浄サイクルは160〜180℃で３分
間の硫酸中の第一浴、160〜180℃で３分間の硫酸中の第
二浴、ついで15分間の脱イオン水中のリンスを含む。そ
の後、脱イオン水50部対ウッ化水素酸１部の好ましい比
でもってフッ化水素酸エッチングが２分間行なわれる。
この後に、脱イオン水中のリンスが15分間行なわれる。
この後に、水酸化アンモニムウ、過酸化水素及び脱イオ
ン水（１部対１部対６部）の75〜80℃で１分間の浴が行
なわれる。この後に、15分間の脱イオン水中のリンスつ
いで脱イオン水50部対フッ化水素酸１部の比のフッ化水
素酸中の２分間のエッチングが行なわれる。この後に、
速い流速でのポリシリコン蒸着のために、脱イオン水中
の30分間の最終リンスが行なわれる。
清浄サイクルは、ウエーブを適当に清浄するのに使用さ
れることが好ましい。清浄サイクルは160〜180℃で３分
間の硫酸中の第一浴、160〜180℃で３分間の硫酸中の第
二浴、ついで15分間の脱イオン水中のリンスを含む。そ
の後、脱イオン水50部対ウッ化水素酸１部の好ましい比
でもってフッ化水素酸エッチングが２分間行なわれる。
この後に、脱イオン水中のリンスが15分間行なわれる。
この後に、水酸化アンモニムウ、過酸化水素及び脱イオ
ン水（１部対１部対６部）の75〜80℃で１分間の浴が行
なわれる。この後に、15分間の脱イオン水中のリンスつ
いで脱イオン水50部対フッ化水素酸１部の比のフッ化水
素酸中の２分間のエッチングが行なわれる。この後に、
速い流速でのポリシリコン蒸着のために、脱イオン水中
の30分間の最終リンスが行なわれる。
脱イオン水系は、蒸留、その後の脱イオン化ついで分子
量1000のカットオフによる限外濾過からなることが好ま
しい。系の管材料は100％のPFAポリテトラフルオロエチ
レン（テフロン）であることが好ましい。得られる水の
抵抗率は18.8×グオームーcmより大きいことが好まし
い。
量1000のカットオフによる限外濾過からなることが好ま
しい。系の管材料は100％のPFAポリテトラフルオロエチ
レン（テフロン）であることが好ましい。得られる水の
抵抗率は18.8×グオームーcmより大きいことが好まし
い。
本発明の加工技術に従って形成されるポリシリコン膜中
に存在する歪が測定でき、焼なまし時間及び温度の如き
異なる加工条件による歪の変化が測定できる。歪は例え
ば第36図に示されたようなシリコンウエーハの上に蒸着
されたポリシリコンから形成された歪測定用構造物を使
用することにより測定し得る。例えば、H.グッケル（Gu
ckel）ら著、“微粒子ポリシリコン及び平面圧力変換器
へのその適用"Transducers′87、第４回固体センサー及
びアクチュエータの国際会議、東京、日本、1987年６
月、277〜281頁、H.グッケルら著、“ポリシリコンへの
適用による薄膜中の機械的歪の測定に関する簡単な技
術”、Journal of Applied Physics、57巻、５号、1985
年３月１日、1671〜1975頁を参照のこと。
に存在する歪が測定でき、焼なまし時間及び温度の如き
異なる加工条件による歪の変化が測定できる。歪は例え
ば第36図に示されたようなシリコンウエーハの上に蒸着
されたポリシリコンから形成された歪測定用構造物を使
用することにより測定し得る。例えば、H.グッケル（Gu
ckel）ら著、“微粒子ポリシリコン及び平面圧力変換器
へのその適用"Transducers′87、第４回固体センサー及
びアクチュエータの国際会議、東京、日本、1987年６
月、277〜281頁、H.グッケルら著、“ポリシリコンへの
適用による薄膜中の機械的歪の測定に関する簡単な技
術”、Journal of Applied Physics、57巻、５号、1985
年３月１日、1671〜1975頁を参照のこと。
自立ビームの診断構造物が基材表面に形成される。所定
の圧縮歪場に関し、両端部で基材に固定された自立ビー
ムのビーム座屈は、臨界長さLcrより長い全てのビーム
について生じる。ビームビームの座屈に関してオイラー
（Euler）判定規準を用いて、歪場は次式で表わされ
る。
の圧縮歪場に関し、両端部で基材に固定された自立ビー
ムのビーム座屈は、臨界長さLcrより長い全てのビーム
について生じる。ビームビームの座屈に関してオイラー
（Euler）判定規準を用いて、歪場は次式で表わされ
る。
ε＝−（1/3）（πt/Lcr）２ （式中、εは歪場（圧縮の場合は負である）であり、ｔ
はビームの厚さである）引張歪場を測定するために、第
36図の下２列に示されるように、リングを横切るビーム
を備えたリング構造物が使用される。これらの構造物の
夫々に関し、ビーム幅は一定に保たれるが、リングの半
径従ってビームの長さは変化される。引張下で、リング
は大きさが減少し、ビームの座屈をもたらし、これが歪
場を生じる。
はビームの厚さである）引張歪場を測定するために、第
36図の下２列に示されるように、リングを横切るビーム
を備えたリング構造物が使用される。これらの構造物の
夫々に関し、ビーム幅は一定に保たれるが、リングの半
径従ってビームの長さは変化される。引張下で、リング
は大きさが減少し、ビームの座屈をもたらし、これが歪
場を生じる。
ε＝−（πt/Rcr）2/12g（Rcr） （式中、Rcrは座屈の際の重心の臨界リング半径であ
り、ｇ（Rcr）は90゜離れたリングの二つの位置のたわ
み比である）たわみ比関数ｇ（Rcr）が、異なるリング
の厚さに関して第37図にプロットされて示されている。
関数ｇ（Rcr）は負であり、かくして引張歪場εは正で
ある。座屈は位相差顕微鏡により容易に見ることができ
る。このような診断構造物を用いて、蒸着フィルムが圧
縮または引張のいずれの状態にあるかを測定すること、
並びに診断構造物の配列のうちどれが座屈を示すかに応
じて圧縮または引張のいずれかの歪場の大きさを測定す
ることが可能になる。
り、ｇ（Rcr）は90゜離れたリングの二つの位置のたわ
み比である）たわみ比関数ｇ（Rcr）が、異なるリング
の厚さに関して第37図にプロットされて示されている。
関数ｇ（Rcr）は負であり、かくして引張歪場εは正で
ある。座屈は位相差顕微鏡により容易に見ることができ
る。このような診断構造物を用いて、蒸着フィルムが圧
縮または引張のいずれの状態にあるかを測定すること、
並びに診断構造物の配列のうちどれが座屈を示すかに応
じて圧縮または引張のいずれかの歪場の大きさを測定す
ることが可能になる。
本発明の方法の例として、数個の7.6cm（３インチ）の
単結晶シリコンウエーハはウエーハの表面上に±0.02ミ
クロンの均一性で約2.02ミクロンの深さまで上記の方法
に従って蒸着されたポリシリコンを有していた。アルフ
ァーステップ・プロフィロメーター（Alpha−Step Prof
ilometer）を使用して、15ミクロンの走査長さで、粗度
TIRは20Åに等しいことがわかり、そしてRA＝５である
ことがわかった。蒸着速度は、注入窒素を用いて580
℃、３ミリトル、48sccmシランで50Å／分であり、注入
窒素を用いないで580℃、約100ミリトル、60sccmのシラ
ンで45Å／分であった。ついで、診断構造物をつくるた
めにパターン化された膜中の蒸着されたポリシリコンを
有するウエーハは、600℃、650℃、700℃、850℃、950
℃、1050℃及び1150℃で酸素を含まない窒素雰囲気中で
30分から180分まで時間の長さを変えて焼なましにかけ
た。焼なまし時間の関数として種々の温度に於ける種々
のウエーハに関する歪測定の結果が第２図に示される。
図示されるように、焼なましを行なわないで歪場は最初
に圧縮性であり、600℃の焼なまし温度では経時的に徐
々に減少するが圧縮性のままである。
単結晶シリコンウエーハはウエーハの表面上に±0.02ミ
クロンの均一性で約2.02ミクロンの深さまで上記の方法
に従って蒸着されたポリシリコンを有していた。アルフ
ァーステップ・プロフィロメーター（Alpha−Step Prof
ilometer）を使用して、15ミクロンの走査長さで、粗度
TIRは20Åに等しいことがわかり、そしてRA＝５である
ことがわかった。蒸着速度は、注入窒素を用いて580
℃、３ミリトル、48sccmシランで50Å／分であり、注入
窒素を用いないで580℃、約100ミリトル、60sccmのシラ
ンで45Å／分であった。ついで、診断構造物をつくるた
めにパターン化された膜中の蒸着されたポリシリコンを
有するウエーハは、600℃、650℃、700℃、850℃、950
℃、1050℃及び1150℃で酸素を含まない窒素雰囲気中で
30分から180分まで時間の長さを変えて焼なましにかけ
た。焼なまし時間の関数として種々の温度に於ける種々
のウエーハに関する歪測定の結果が第２図に示される。
図示されるように、焼なましを行なわないで歪場は最初
に圧縮性であり、600℃の焼なまし温度では経時的に徐
々に減少するが圧縮性のままである。
1050℃以上の高い焼なまし温度では、ポリシリコン膜は
30分の非常に短い焼なまし時間の後に殆ど零の歪を示
し、同温度で一層長い期間の焼なましにかけられると実
際に歪場を示さないことを続ける。600℃と1050℃との
中間温度、即ち約650℃〜約950℃の温度に関し、歪場は
焼なまし温度が上昇されるにつれて一般に零歪を向って
減少する引張歪場と逆に作用することが観察される。か
くして、最大及び最小の圧縮値または引張値の間の圧縮
または引張のいずれかの所望の歪の水準が選択でき、且
つ零歪場を含む所望の圧縮または引張の歪場を有する膜
を生じる適当な焼なましサイクル及び温度を見つけるこ
とができることがわかる。
30分の非常に短い焼なまし時間の後に殆ど零の歪を示
し、同温度で一層長い期間の焼なましにかけられると実
際に歪場を示さないことを続ける。600℃と1050℃との
中間温度、即ち約650℃〜約950℃の温度に関し、歪場は
焼なまし温度が上昇されるにつれて一般に零歪を向って
減少する引張歪場と逆に作用することが観察される。か
くして、最大及び最小の圧縮値または引張値の間の圧縮
または引張のいずれかの所望の歪の水準が選択でき、且
つ零歪場を含む所望の圧縮または引張の歪場を有する膜
を生じる適当な焼なましサイクル及び温度を見つけるこ
とができることがわかる。
通常のポリシリコン膜及び本発明に従って成長させられ
た微粒子ポリシリコン膜の粒子構造物間の対比が第３図
及び第４図に示されている。第３図は640℃で蒸着され
た円柱形粒子を示す。この粗大粒子ポリシリコンは圧縮
歪場を有し、これは焼なましの際に若干減少するが高温
でさえも零に減少し得ない。第４図に示された微粒子ポ
リシリコン膜構造物は上記の如く580℃で本発明に従っ
て蒸着されたものであり実際に組織（texture）を全く
示さない。このような材料は一般に300Å未満の平均粒
径を有し、100Å程度に小さい粒径をもつ材料を得るこ
とができる。その粒径は窒素中で1150℃程度に高い温度
で数時間の熱処理後であってもドーピング処理またはド
ーピング未処理の試料について有意に変化しないことが
わかった。
た微粒子ポリシリコン膜の粒子構造物間の対比が第３図
及び第４図に示されている。第３図は640℃で蒸着され
た円柱形粒子を示す。この粗大粒子ポリシリコンは圧縮
歪場を有し、これは焼なましの際に若干減少するが高温
でさえも零に減少し得ない。第４図に示された微粒子ポ
リシリコン膜構造物は上記の如く580℃で本発明に従っ
て蒸着されたものであり実際に組織（texture）を全く
示さない。このような材料は一般に300Å未満の平均粒
径を有し、100Å程度に小さい粒径をもつ材料を得るこ
とができる。その粒径は窒素中で1150℃程度に高い温度
で数時間の熱処理後であってもドーピング処理またはド
ーピング未処理の試料について有意に変化しないことが
わかった。
本発明を用いて製造し得る適用構造物の例を、以下に示
す。
す。
まず、端部のみで支持されたポリシリコンダイヤフラム
（これは圧力センサーダイヤフラム及びＸ線マスクの基
礎を含む種々の目的に有用である）が、第５図〜第12図
に示された製造順序によりつくられる。単結晶（100）
シリコン40の最初の基材ウエーハが用意され、歪補償窒
化ケイ素の層41及び42が、第５図に示されるように、LP
CVD蒸着による通常の方法で両方の表面上に2,500Åの深
さまで蒸着された。窒化ケイ素層の歪補償は蒸着中のガ
ス比の選択により行ない得る。M.セキモトら著、“窒化
ケイ素単一層Ｘ線マスク"Journal of Vacuum Science T
echnology、21巻、４号、1982年11月/12月、1017〜1021
頁を参照のこと。この場合には、若干引張性の窒化ケイ
素膜が好ましい。ついで、上記のポリシリコン蒸着操作
に従って、窒化ケイ素が第６図に示されるようにポリシ
リコンの膜43及び44で2.0ミクロンの深さまで被覆され
た。ここで基材は、ポリシリコン膜が蒸着される表面を
与える窒化物層41及び42を有する基材としてシリコンウ
エーハ40を構成した。ついで、第７図に示されるように
窒化ケイ素の付加的な層45及び46がポリシリコン層の上
に2500Åの深さまでLPCVD蒸着され、焼なましサイクル
が上記のようにして行なわれてポリシリコン膜を低い引
張歪場に入った。ついで、第８図に示されるように、ウ
エーハ40の裏面が正方形の領域47中の窒化物層42及び46
並びにポリシリコン層44を適当なエッチング剤（窒化ケ
イ素用にはHF並びに窒化ケイ素及びポリシリコン用には
CF4プラズマエッチング）で除去することによりパター
ン化して1cm×1cmより若干大きい正方形の領域47を開け
る。ついで、第９図に示されるように、パターン化ウエ
ーハはエチレンジアミンピロカテコール（EDPと称す
る）を用いて異方性エッチングにかけて基材の単結晶シ
リコン40をエッチングし、各エッチングは窒化ケイ素層
41で停止して、層41に底をつけるキャビティの境界を形
成する傾斜壁部48を残す。ついで、ウエーハは濃HF中に
浸漬されて露出窒化ケイ素を除去し露出されたポリシリ
コン層43を残し、第10図に示された、ポリシリコン膜中
のダイヤフラム50を形成した。一例として、第11図は形
成された３×３の配列の1cm×1cmのダイヤフラム50（２
ミクロンの厚さ）を有するウエーハ40の前面を示し、そ
して第12図はダイヤフラム50とダイヤフラムを形成する
キャビティを形成する傾斜スライド壁部48とを有するウ
エーハの裏面を示す。ダイヤフラム50は圧力センサーダ
イヤフラム及びＸ線ブランクの如き目的に有用である。
ポリシリコンの２ミクロンの厚さのダイヤフラムはシン
クロトロンＸ線に対して約66％の透過率を示し、良好な
熱安定性を示す。また、ダイヤフラムは例えばポリシリ
コンダイヤフラム上に形成された絶縁性窒化ケイ素層の
上にピエゾ抵抗性ポリシリコン抵抗体の完全ブリッジを
形成することによりマイクロフォンを製造するのに使用
し得る。
（これは圧力センサーダイヤフラム及びＸ線マスクの基
礎を含む種々の目的に有用である）が、第５図〜第12図
に示された製造順序によりつくられる。単結晶（100）
シリコン40の最初の基材ウエーハが用意され、歪補償窒
化ケイ素の層41及び42が、第５図に示されるように、LP
CVD蒸着による通常の方法で両方の表面上に2,500Åの深
さまで蒸着された。窒化ケイ素層の歪補償は蒸着中のガ
ス比の選択により行ない得る。M.セキモトら著、“窒化
ケイ素単一層Ｘ線マスク"Journal of Vacuum Science T
echnology、21巻、４号、1982年11月/12月、1017〜1021
頁を参照のこと。この場合には、若干引張性の窒化ケイ
素膜が好ましい。ついで、上記のポリシリコン蒸着操作
に従って、窒化ケイ素が第６図に示されるようにポリシ
リコンの膜43及び44で2.0ミクロンの深さまで被覆され
た。ここで基材は、ポリシリコン膜が蒸着される表面を
与える窒化物層41及び42を有する基材としてシリコンウ
エーハ40を構成した。ついで、第７図に示されるように
窒化ケイ素の付加的な層45及び46がポリシリコン層の上
に2500Åの深さまでLPCVD蒸着され、焼なましサイクル
が上記のようにして行なわれてポリシリコン膜を低い引
張歪場に入った。ついで、第８図に示されるように、ウ
エーハ40の裏面が正方形の領域47中の窒化物層42及び46
並びにポリシリコン層44を適当なエッチング剤（窒化ケ
イ素用にはHF並びに窒化ケイ素及びポリシリコン用には
CF4プラズマエッチング）で除去することによりパター
ン化して1cm×1cmより若干大きい正方形の領域47を開け
る。ついで、第９図に示されるように、パターン化ウエ
ーハはエチレンジアミンピロカテコール（EDPと称す
る）を用いて異方性エッチングにかけて基材の単結晶シ
リコン40をエッチングし、各エッチングは窒化ケイ素層
41で停止して、層41に底をつけるキャビティの境界を形
成する傾斜壁部48を残す。ついで、ウエーハは濃HF中に
浸漬されて露出窒化ケイ素を除去し露出されたポリシリ
コン層43を残し、第10図に示された、ポリシリコン膜中
のダイヤフラム50を形成した。一例として、第11図は形
成された３×３の配列の1cm×1cmのダイヤフラム50（２
ミクロンの厚さ）を有するウエーハ40の前面を示し、そ
して第12図はダイヤフラム50とダイヤフラムを形成する
キャビティを形成する傾斜スライド壁部48とを有するウ
エーハの裏面を示す。ダイヤフラム50は圧力センサーダ
イヤフラム及びＸ線ブランクの如き目的に有用である。
ポリシリコンの２ミクロンの厚さのダイヤフラムはシン
クロトロンＸ線に対して約66％の透過率を示し、良好な
熱安定性を示す。また、ダイヤフラムは例えばポリシリ
コンダイヤフラム上に形成された絶縁性窒化ケイ素層の
上にピエゾ抵抗性ポリシリコン抵抗体の完全ブリッジを
形成することによりマイクロフォンを製造するのに使用
し得る。
第13図〜第23図に示されたようにして、多孔ポリシリコ
ンダイヤフラムまたはプレートが同様の加工工程を用い
て製造し得る。第13図に示されたように、単結晶シリコ
ンのウエーハ60は2500Åの深さまで蒸着された窒化ケイ
素の最初の層61及び62を有し基材を形成し、ついで第14
図に示されたように上記の本発明の加工工程を用いてポ
リシリコン層63及び64が窒化物層の上に２ミクロンの深
さまで形成される。第15図に示されるように、Ｅビーム
エバポレーター（またスパッタリング系が使用し得る）
を使用して、クロムの層65が基材の前面のポリシリコン
63の上に1200Åの深さまで蒸着される。ついで、第16図
に示されるように、フォトレジスト層66がパターン中の
クロム層65の上に適用され、エッチング剤がクロムに適
用されてクロム中に開口部67を残す。フォトレジストの
除去後に、第17図に示されるように、ポリシリコンが垂
直壁ポリシリコンエッチングを適用することによりエッ
チングされてポリシリコン層63の連結部分間に穴67を残
す。ついで、第18図に示されるように、クロムがストリ
ッピングされ、2500Åの深さの窒化ケイ素の層がポリシ
リコンの上にLPCVD蒸着され、ついで上記のように焼な
ましサイクルが適用されて小さい引張歪場を有するポリ
シリコン膜を与える。
ンダイヤフラムまたはプレートが同様の加工工程を用い
て製造し得る。第13図に示されたように、単結晶シリコ
ンのウエーハ60は2500Åの深さまで蒸着された窒化ケイ
素の最初の層61及び62を有し基材を形成し、ついで第14
図に示されたように上記の本発明の加工工程を用いてポ
リシリコン層63及び64が窒化物層の上に２ミクロンの深
さまで形成される。第15図に示されるように、Ｅビーム
エバポレーター（またスパッタリング系が使用し得る）
を使用して、クロムの層65が基材の前面のポリシリコン
63の上に1200Åの深さまで蒸着される。ついで、第16図
に示されるように、フォトレジスト層66がパターン中の
クロム層65の上に適用され、エッチング剤がクロムに適
用されてクロム中に開口部67を残す。フォトレジストの
除去後に、第17図に示されるように、ポリシリコンが垂
直壁ポリシリコンエッチングを適用することによりエッ
チングされてポリシリコン層63の連結部分間に穴67を残
す。ついで、第18図に示されるように、クロムがストリ
ッピングされ、2500Åの深さの窒化ケイ素の層がポリシ
リコンの上にLPCVD蒸着され、ついで上記のように焼な
ましサイクルが適用されて小さい引張歪場を有するポリ
シリコン膜を与える。
ついで、第19図に示されるように、ウエーハの裏面が上
記のようにしてパターン化されて第20図に示されるよう
な開放領域71を残し、異方性エッチング剤（EDP）が適
用されて単結晶シリコン基材60をエッチングして窒化ケ
イ素層61で終わるキャビティを形成し、傾斜キャビティ
側壁72を残す。ついで、第21図に示されるように、窒化
ケイ素は窒化ケイ素エッチング剤（濃HF）を用いて除去
されてウエーハの上面にポリシリコンの膜63を残し正方
形のダイヤフラム73を形成する。このようにして、直径
約４ミクロンの開口部67を有し、１平方cm当り約３百万
個のこれらの開口部67を有する一辺が約1cmのダイヤフ
ラムが形成される。第22図は大きさが非常に拡大された
開口部67を有する３×３個の配列のダイヤフラム73を有
するウエーハの前面を示し、第23図は形成されたダイヤ
フラム73を有するウエーハ60の裏面を示し、ダイヤフラ
ムを形成するキャビティの傾斜側壁72を示す。図示され
ていないが、ポリシリコン層63の露出表面は蒸着された
金属（例えばクロムまたは金）の属を有してもよく、金
属は露出した対向する表面のみに蒸着しダイヤフラム中
の開口部67の表面には蒸着しない。金及びクロムの如
き、このような物質はＸ線をかなり吸収し、かくしてＸ
線が穴67の領域のみで被覆ポリシリコンダイヤフラム中
を通過することを可能にし、穴67ではＸ線は本質的に妨
害されない。勿論、穴67は一層複雑な外形を有してもよ
く、所望のＸ線マスクパターンがダイヤフラム中の開口
部により形成されることを可能にし得る。
記のようにしてパターン化されて第20図に示されるよう
な開放領域71を残し、異方性エッチング剤（EDP）が適
用されて単結晶シリコン基材60をエッチングして窒化ケ
イ素層61で終わるキャビティを形成し、傾斜キャビティ
側壁72を残す。ついで、第21図に示されるように、窒化
ケイ素は窒化ケイ素エッチング剤（濃HF）を用いて除去
されてウエーハの上面にポリシリコンの膜63を残し正方
形のダイヤフラム73を形成する。このようにして、直径
約４ミクロンの開口部67を有し、１平方cm当り約３百万
個のこれらの開口部67を有する一辺が約1cmのダイヤフ
ラムが形成される。第22図は大きさが非常に拡大された
開口部67を有する３×３個の配列のダイヤフラム73を有
するウエーハの前面を示し、第23図は形成されたダイヤ
フラム73を有するウエーハ60の裏面を示し、ダイヤフラ
ムを形成するキャビティの傾斜側壁72を示す。図示され
ていないが、ポリシリコン層63の露出表面は蒸着された
金属（例えばクロムまたは金）の属を有してもよく、金
属は露出した対向する表面のみに蒸着しダイヤフラム中
の開口部67の表面には蒸着しない。金及びクロムの如
き、このような物質はＸ線をかなり吸収し、かくしてＸ
線が穴67の領域のみで被覆ポリシリコンダイヤフラム中
を通過することを可能にし、穴67ではＸ線は本質的に妨
害されない。勿論、穴67は一層複雑な外形を有してもよ
く、所望のＸ線マスクパターンがダイヤフラム中の開口
部により形成されることを可能にし得る。
また、上記のポリシリコンダイヤフラム中に良く形成さ
れた高密度の開口部は、このようなダイヤフラムが濾過
目的に利用されることを可能にする。何となればポリシ
リコン中の穴の大きさは非常に狭い範囲で形成されてお
り、精密に制御されたフィルターの孔径を与えるからで
ある。
れた高密度の開口部は、このようなダイヤフラムが濾過
目的に利用されることを可能にする。何となればポリシ
リコン中の穴の大きさは非常に狭い範囲で形成されてお
り、精密に制御されたフィルターの孔径を与えるからで
ある。
準光学的な大きさの孔を有するポリシリコンプレートを
形成するためのダイヤフラム製造技術の別の拡張が、第
24図〜第35図に示されている。加工技術の多くは上記の
もとの本質的に同じである。本発明に従って、単結晶シ
リコンの最初の基材ウエーハ80はその上に蒸着された窒
化ケイ素の層81及び82（第24図）、続いてポリシリコン
膜83及び84の蒸着物（第25図）を有する。クロムの層85
が一つのポリシリコン層83を上に蒸着され（第26図）、
ついでフォトレジストがパターン86中で適用され、エッ
チング剤が使用されてフォトレジストパターンにより露
出された領域中のクロム層を除去する（第27図）。つい
で、第28図に示されるように、垂直壁ポリシリコンエッ
チングが使用されて露出領域中のポリシリコンを除去
し、ついでクロムがストリッピングされ、窒化ケイ素の
層87がが露出ポリシリコン層83の全てに適用され、また
窒化ケイ素の層88がウエーハの裏面に形成される（第29
図）。ついでウエーハ裏面がエッチングされて開放領域
89を形成し（第30図）、ついで窒化ケイ素層81で終わる
異方性エッチング剤が適用されて、第31図に示されるよ
うに傾斜側壁90を有するキャビティを残す。ついで、第
32図に示されるように窒化ケイ素層が除去されて、露出
されたポリシリコン膜83を残し、ついで窒化ケイ素の層
91及び92が露出表面の全てに蒸着されて、窒化ケイ素の
外層91により被覆されたポリシリコンの内膜83からなる
キャビティの上にダイヤフラム93を残す。低圧化学蒸着
により適用される窒化ケイ素は所望の深さをもつように
選択し得るので、開口部94の幅は準光学寸法を含む所望
の寸法に調節することができ、これらの準光学寸法はレ
ジストパターンを形成するために光学的方法を用いて形
成し得る寸法よりもかなり小さい。ウエーハ80の上に形
成された３×３個の配列のダイヤフラム93の正面図が第
34図に示されており、そのウエーハの背面図が第35図に
示されており、その図面はダイヤフラム93とダイヤフラ
ムの下にあるキャビティを形成する側壁90を示す。
形成するためのダイヤフラム製造技術の別の拡張が、第
24図〜第35図に示されている。加工技術の多くは上記の
もとの本質的に同じである。本発明に従って、単結晶シ
リコンの最初の基材ウエーハ80はその上に蒸着された窒
化ケイ素の層81及び82（第24図）、続いてポリシリコン
膜83及び84の蒸着物（第25図）を有する。クロムの層85
が一つのポリシリコン層83を上に蒸着され（第26図）、
ついでフォトレジストがパターン86中で適用され、エッ
チング剤が使用されてフォトレジストパターンにより露
出された領域中のクロム層を除去する（第27図）。つい
で、第28図に示されるように、垂直壁ポリシリコンエッ
チングが使用されて露出領域中のポリシリコンを除去
し、ついでクロムがストリッピングされ、窒化ケイ素の
層87がが露出ポリシリコン層83の全てに適用され、また
窒化ケイ素の層88がウエーハの裏面に形成される（第29
図）。ついでウエーハ裏面がエッチングされて開放領域
89を形成し（第30図）、ついで窒化ケイ素層81で終わる
異方性エッチング剤が適用されて、第31図に示されるよ
うに傾斜側壁90を有するキャビティを残す。ついで、第
32図に示されるように窒化ケイ素層が除去されて、露出
されたポリシリコン膜83を残し、ついで窒化ケイ素の層
91及び92が露出表面の全てに蒸着されて、窒化ケイ素の
外層91により被覆されたポリシリコンの内膜83からなる
キャビティの上にダイヤフラム93を残す。低圧化学蒸着
により適用される窒化ケイ素は所望の深さをもつように
選択し得るので、開口部94の幅は準光学寸法を含む所望
の寸法に調節することができ、これらの準光学寸法はレ
ジストパターンを形成するために光学的方法を用いて形
成し得る寸法よりもかなり小さい。ウエーハ80の上に形
成された３×３個の配列のダイヤフラム93の正面図が第
34図に示されており、そのウエーハの背面図が第35図に
示されており、その図面はダイヤフラム93とダイヤフラ
ムの下にあるキャビティを形成する側壁90を示す。
本発明は例示として本明細書に記載された特別の方法及
び構造物に限定されるものではなく、請求の範囲に入る
ようなそれらの改良形態を全て包含することが理解され
る。
び構造物に限定されるものではなく、請求の範囲に入る
ようなそれらの改良形態を全て包含することが理解され
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 21/20 8418−4Ｍ 21/324 Ｚ 29/84 Ｂ 8932−4Ｍ
Claims (13)
- 【請求項１】（ａ） ポリシリコンを蒸着し得る表面を
有する基材を用意する工程、 （ｂ） ポリシリコンの結晶粒子の核形成が生じ得る欠
陥及び汚染物を本質的に含まないように基材表面を調製
する工程、 （ｃ） 蒸着膜が実質的に均一な微細な粒径を有するよ
うな条件下で実質的に580℃以下でシランを分解するこ
とによりシリコンを基材の表面に膜の形態で蒸着する工
程、及び （ｄ） 焼きなまし後のポリシリコン膜が引張歪の状態
となるように650℃から950℃の範囲の温度で選択された
時間にわたって蒸着膜を焼なましする工程であって、焼
なまし後のポリシリコンの結晶粒子の平均粒径が300Å
未満となる前記工程、 を含むことを特徴とする、選択された機械的性質を有す
るポリシリコン膜の製造方法。 - 【請求項２】焼なまし工程後の平均粒径が100Åとなる
ような条件下でポリシリコンの蒸着工程が行なわれる請
求の範囲１項記載の方法。 - 【請求項３】焼なまし後にポリシリコン膜が引張歪の状
態となるように700℃〜850℃で少なくとも30分間の焼な
まし工程が行なわれる請求の範囲１項記載の方法。 - 【請求項４】（ａ） 形成された無定形または多結晶質
のシリコンの焼なましされていない膜であって、焼なま
しされた時に結晶の平均粒径が300Å以下となるような
構造を有する該膜を有する基材を用意する工程、及び （ｂ） 650℃から950℃の範囲の温度で所望の引張歪の
水準を膜中に生じるように選ばれた時間にわたり膜及び
基材を加熱することにより膜を焼なましする工程、 を含むことを特徴とする、歪が調節されたポリシリコン
膜の製造方法。 - 【請求項５】加熱による膜の焼なまし工程が基材及び膜
の温度を580℃から所望の焼なまし温度に一定速度で昇
温し、ついで基材及び膜を所望の焼なまし温度で少なく
とも30分間の焼なまし時間にわたって保持することによ
り行なわれる請求の範囲４項記載の方法。 - 【請求項６】基材に少なくとも一部支持されたポリシリ
コン膜であって、平均粒径300Å未満の均一な結晶粒
子、100Årms未満の粗度、及び零の内部歪または内部引
張歪を有する膜を含むことを特徴とする、シリコン構造
物。 - 【請求項７】膜の厚さが0.5〜10ミクロンである請求の
範囲６項記載のシリコン構造物。 - 【請求項８】膜が基材により支持されないで包囲された
部分であって引張歪の状態にある部分を有する請求の範
囲６項記載のシリコン構造物。 - 【請求項９】基材により支持されていない膜の部分がそ
の中に穴を有している請求の範囲８項記載のシリコン構
造物。 - 【請求項１０】穴が実質的に長方形である請求の範囲９
項記載のシリコン構造物。 - 【請求項１１】膜中の穴の内表面を含む膜の上に蒸着さ
れた窒化ケイ素の層を穴に一部近いが完全には近くない
位置に含み、選ばれた寸法の開口部を膜及び蒸着層の中
に残す請求の範囲９項記載のシリコン構造物。 - 【請求項１２】膜を支持する基材が単結晶シリコンのベ
ース及びベースの一表面上の窒化ケイ素の層、窒化ケイ
素層で支持されたポリシリコン膜を含む請求の範囲第８
項記載のシリコン構造物。 - 【請求項１３】焼なまされた膜の一部が引張歪を有しか
つその端部で基材により支持される独立な膜を形成する
ようにその膜の一部の下の基材をエッチング除去する付
加的な工程を含む請求の範囲１項記載の方法。
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