DE10260860B4 - Layer of Si1-xGex, process for their preparation and micromechanical device with it - Google Patents

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Abstract

Schicht aus Si1-xGex mit 0 < x < 1 mit einer Oberseite (11) und einer Unterseite (12), wobei die Schicht (10) zumindest bereichsweise mit einem Druck- und/oder Zugspannungen in der Schicht (10) verringernden Dotierstoff versehen ist, und wobei die Dotierstoffkonzentration in einer Umgebung der Unterseite (12) der Schicht (10) von der Dotierstoffkonzentration in einer Umgebung der Oberseite (11) der Schicht (10) verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (10) eine zumindest bereichsweise freitragende Schicht, insbesondere eine zumindest bereichsweise freitragende Membran, ein zumindest bereichsweise freitragender Balken oder eine zumindest bereichsweise freitragende Mikrostruktur, ist.Layer of Si 1-x Ge x with 0 <x <1 with an upper side (11) and a lower side (12), wherein the layer (10) at least partially with a compressive and / or tensile stresses in the layer (10) reducing Dopant concentration, and wherein the dopant concentration in an environment of the lower surface (12) of the layer (10) is different from the dopant concentration in an environment of the upper surface (11) of the layer (10), characterized in that the layer (10) has a at least partially self-supporting layer, in particular an at least partially self-supporting membrane, an at least partially cantilevered beam or an at least partially cantilevered microstructure, is.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schicht aus Si1-xGex, ein mikromechanisches Bauelement mit einer derartigen Schicht, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung nach den unabhängigen Ansprüchen.The invention relates to a layer of Si 1-x Ge x , a micromechanical device having such a layer, and a method for their preparation according to the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Aus US 6 210 988 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung integrierter mikromechanischer Bauelemente bekannt, wobei auf einer Opferschicht aus Silizium-Germanium (Si1-yGey) eine Funktionsschicht aus Silizium-Germanium (Si1-xGex) erzeugt wird. Dabei weist die Opferschicht einen höheren Germaniumanteil als die Funktionsschicht auf. Weiter ist dort beschrieben, die SiGe-Funktionsschicht über ein LPCVD-Verfahren ("Low Pressure Chemical Vapour Deposition") abzuscheiden. Andere Verfahren wie ein epitaktisches Aufwachsen oder PECVD ("Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition") werden derzeit ebenfalls entwickelt.Out US 6 210 988 B1 a method for producing integrated micromechanical components is known, wherein on a sacrificial layer of silicon germanium (Si 1-y Ge y ) a functional layer of silicon germanium (Si 1-x Ge x ) is generated. In this case, the sacrificial layer has a higher germanium content than the functional layer. It is also described there to deposit the SiGe functional layer via an LPCVD process ("Low Pressure Chemical Vapor Deposition"). Other processes such as epitaxial growth or PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) are also under development.

Die Vorteile der LPCVD-Abscheidung liegen in der vergleichsweise niedrigen Abscheidetemperatur der erzeugten polykristallinen SiGe-Schichten, was für eine Backend-Integration wichtig ist.The Advantages of LPCVD deposition are in the comparatively low Deposition temperature of the generated polycrystalline SiGe layers, what for one Backend integration important is.

Der entscheidende Nachteil der LPCVD-Schichten liegt in einem ausgeprägten Stressgradienten oder Schichtspannungsgradienten innerhalb der erzeugten SiGe-Schicht. Durch diesen überlagern sich beispielsweise einzelne Antriebsfinger einer Kammstrukturanordnung, die aus der Funktionsschicht heraus strukturiert worden ist, nicht mehr über die vollständige Dicke der Schicht bzw. die gesamte Länge der Finger, so dass deren Funktion nicht mehr gewährleistet ist. Im Extremfall schleift bei zu großem Stressgradienten das aus der Funktionsschicht aus SiGe herausstrukturierte bewegliche mikrome chanische Bauelement sogar auf dem Substrat. Dieser Stressgradient wird vor allem dadurch verursacht, dass die Schichtspannung auf der Unterseite der SiGe-Schicht eine andere ist als auf deren Oberseite, so dass sich insbesondere freitragende SiGe-Schichten oder -Balken teilweise um ein Vielfaches der SiGe-Schichtdicke nach oben verwölben. Andererseits ist es bisher nicht möglich, diesen Schichtspannungsgradienten während der LPCVD-Abscheidung der SiGe-Schicht bereits ausreichend zu reduzieren, ohne die Abscheidetemperaturen über CMOS-kompatible Abscheidetemperaturen hinaus zu erhöhen.Of the decisive disadvantage of the LPCVD layers lies in a pronounced stress gradient or layer stress gradients within the generated SiGe layer. Overlay by this For example, individual drive fingers of a comb structure arrangement, which has not been structured out of the functional layer more about the complete Thickness of the layer or the entire length of the fingers, so that their Function no longer guaranteed is. In the extreme case, if there are too many stress gradients, this will worsen The functional layer of SiGe structured mobile micromechanical Component even on the substrate. This stress gradient is going on All caused by the fact that the layer tension on the bottom the SiGe layer is other than on top of it, so that In particular, self-supporting SiGe layers or beams partially Camber upwards by a multiple of the SiGe layer thickness. on the other hand so far it has not been possible this layer stress gradient during LPCVD deposition already sufficiently reduce the SiGe layer without the deposition temperatures over CMOS-compatible Increase deposition temperatures addition.

Alternative Ansätze wie ein sogenanntes "Rapid Thermal Annealing" einer SiGe-Schicht in einer Stickstoffatmosphäre oder die Herstellung einer SiGe-Schicht, welche aus mehreren Lagen mit verschiedenen Germaniumgehalten besteht, wie dies in S.A. Bhave et al., "Poly-SiGe: A high-Q structural material for integrated RF MEMS", Solid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head, S.C., June 2002, Seiten 34–37, beschrieben ist, konnten den Stressgradienten ebenfalls nicht entscheidend reduzieren.alternative approaches like a so-called "Rapid Thermal Annealing "a SiGe layer in a nitrogen atmosphere or the production of a SiGe layer, which consists of several layers with different germanium contents, as in S.A. Bhave et al., "Poly-SiGe: A high-Q structural material for integrated RF MEMS ", solid-state sensor and Actuator Workshop, Hilton Head, S.C., June 2002, pages 34-37 is, could not reduce the stress gradient also crucial.

In der Schrift US 5 357 899 A besteht die Membranschicht aus Silizium, wobei Germanium als Dotierstoff vorgeschlagen wird. Die Dotierkonzentration soll hierbei innerhalb einer Schicht konstant bleiben. Die Konzentration variiert nur von Schicht zu Schicht. Auch in der Schrift WO 01/99169 A2 wird eine Mehrlagenschicht beschrieben, in der die Dotierstoffkonzentration von Schicht zu Schicht variiert. Hier besteht die verwendete SiGe-Schicht aus mehreren Lagen mit verschiedenen Germaniumgehalten. In beiden Schriften wird eine Variation der Konzentration innerhalb der Schicht nicht gelehrt.In Scripture US 5,357,899 A If the membrane layer consists of silicon, germanium is proposed as a dopant. The doping concentration should remain constant within a layer. The concentration varies only from layer to layer. Also in Scripture WO 01/99169 A2 describes a multi-layer in which the dopant concentration varies from layer to layer. Here, the SiGe layer used consists of several layers with different germanium contents. In both documents a variation of the concentration within the layer is not taught.

In der DE 101 00 194 A1 wird zwar eine Schicht aus Si1-xGex beschrieben, in der die Dotierung von Ge innerhalb bestimmter Grenzen variiert. Auf die bauliche Ausgestaltung dieser Schicht wird aber nicht eingegangen.In the DE 101 00 194 A1 Although a layer of Si 1-x Ge x is described in which the doping of Ge varies within certain limits. The structural design of this layer is not discussed.

Zusammenfassend ist es bisher nicht möglich, SiGe-Schichten, insbesondere in Form von zumindest bereichsweise freitragenden Schichten, freitragenden Membranen oder freitragenden Balken oder Kammstrukturen wie sie in Beschleunigungs- oder Drehratensensoren eingesetzt werden, herzustellen, die eine ausreichend große Sensorfläche und damit auch eine ausreichend hohe Auflösung bieten. Gerade diesen Bereich möchte man aber durch die Integration von Mikromechanik und Mikroelektronik erschließen.In summary so far it has not been possible SiGe layers, in particular in the form of at least partially cantilevered layers, cantilevered membranes or cantilevered Beams or comb structures as used in acceleration or yaw rate sensors be used to produce a sufficiently large sensor surface and thus also a sufficiently high resolution Offer. Just want this area But you can open up by the integration of micromechanics and microelectronics.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung einer Schicht aus Si1-xGex mit 0 < x < 1 mit einem reduzierten Stressgradienten, so dass insbesondere bei deren Einsatz als zumindest bereichsweise freitragende Schicht oder Struktur eine unerwünschte Verwölbung reduziert oder möglichst ganz unterdrückt werden kann, um diese so bei integrierten mikromechanischen Bauelementen auch mit großer Sensorfläche einsetzbar zu machen.Object of the present invention was to provide a layer of Si 1-x Ge x with 0 <x <1 with a reduced stress gradient, so that in particular when their use as at least partially cantilevered layer or structure can be reduced undesirable curvature or as completely as possible suppressed in order to be able to use them in integrated micromechanical components with large sensor area.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Schicht aus Silizium-Germanium (Si1-xGex) hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sie sich bei Ausbildung in Form einer zumindest bereichsweise freitragenden Schicht, einer Membran, eines freitragenden Balkens oder einer zumindest bereichsweise freitragenden Mikrostruktur gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Silizium-Germanium-Schichten deutlich weniger verwölbt.The inventive layer of silicon germanium (Si 1-x Ge x) has the advantage over the prior art that they are in form in the form of an at least partially self-supporting layer, a membrane, a cantilever beam, or at least partially self-supporting microstructure against From the prior art known silicon germanium layers significantly less warped.

Insbesondere wird durch den Unterschied der Dotierstoffkonzentration in einer Umgebung der Unterseite der Schicht gegenüber der Dotierstoffkonzentration in einer Umgebung der Oberseite der Schicht ein unerwünschter Stressgradient in der SiGe-Schicht reduziert bzw. sogar ganz abgebaut.In particular, by the difference the dopant concentration in an environment of the underside of the layer relative to the dopant concentration in an environment of the top of the layer, an unwanted stress gradient in the SiGe layer is reduced or even completely degraded.

Die Wirkung des Unterschiedes in der Dotierstoffkonzentration zwischen der Oberseite und der Unterseite der Schicht beruht darauf, dass übliche Silizium-Germanium-Schichten auf ihrer bei der Abscheidung die Unterseite bildenden Seite eine andere Schichtspannung aufweisen als auf ihrer Oberseite. So liegt in der Regel auf der Unterseite eine Druckspannung vor, während an der Oberseite eine deutlich niedrigere Druckspannung oder sogar eine Zugspannung vorherrscht. Dieser Schichtspannungsunterschied bzw. Spannungsgradient innerhalb der Silizium-Germanium-Schicht bewirkt die Verwölbung bzw. Auslenkung eines einseitig eingespannten Balkens oder die Verbiegung allgemein freitragender Strukturen aus einer derartigen Silizium-Germanium-Schicht.The Effect of Difference in Dopant Concentration Between The top and bottom of the layer is based on the usual silicon germanium layers on their in the deposition, the bottom side forming a different layer tension have as on their top. So usually lies on the Underside a compressive stress in front, while at the top a distinct lower compressive stress or even tensile stress prevails. This layer stress difference or stress gradient within the silicon-germanium layer causes the warping or deflection of a cantilever beams or cantilevers generally cantilevered Structures of such a silicon-germanium layer.

Wesentliche Ursache für diesen Spannungsgradienten ist ein ungleichmäßiges Wachstum von Silizium-Germanium-Kristalliten auf dem Substrat bei der Ausbildung der polykristallinen Silizium-Germanium-Schicht und insbesondere eine unterschiedliche SiGe-Kristallitgröße als Funktion der Schichtdicke.basics Cause for This voltage gradient is an uneven growth of silicon germanium crystallites on the substrate in the formation of the polycrystalline silicon germanium layer and in particular a different SiGe crystallite size as a function of the layer thickness.

So haben diejenigen Kristallite, die zunächst die Startschicht auf dem Substrat bilden, und die sich später auf der Unterseite der Silizium-Germanium-Schicht befinden, einen kleineren Durchmesser als diejenigen Kristallite, die nachfolgend abgeschieden werden, und die sich insbesondere im Bereich der Schichtoberseite befinden.So have those crystallites that are initially on the starting layer Form substrate, and later located on the bottom of the silicon germanium layer, one smaller diameter than those crystallites below are deposited, and in particular in the area of the top layer are located.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene unterschiedliche Dotierstoffkonzentration in einer Umgebung der Oberseite der Schicht verglichen mit der Dotierstoffkonzentration in der Umgebung der Unterseite der Schicht und insbesondere einen definiert eingestellten Gradienten in der Dotierstoffkonzentration wie eine monoton wachsende oder monoton fallende Dotierstoffkonzentration als Funktion der Schichtdicke kann daher eine gezielte Erhöhung der Druckspannung auf der Oberseite der SiGe-Schicht erreicht, und dadurch der innerhalb der SiGe-Schicht ansonsten vorliegende Spannungsgradient reduziert bzw. ausgeglichen werden.By the inventively provided different Dopant concentration in an environment of the top of the layer compared with the dopant concentration in the vicinity of the bottom the layer and in particular a defined gradient in the dopant concentration as a monotonically increasing or monotonically decreasing dopant concentration as a function of the layer thickness can therefore be a targeted increase reaches the compressive stress on top of the SiGe layer, and thereby the voltage gradient otherwise present within the SiGe layer be reduced or compensated.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.advantageous Further developments of the invention will become apparent from the mentioned in the dependent claims Activities.

So ist besonders vorteilhaft, wenn als Dotierstoff in die polykristalline Silizium-Germanium-Schicht eingebrachte Fremdatome eingesetzt werden, die sich auf Zwischengitterplätzen oder an Kristallgrenzen befinden, oder die in das Kristallgitter des Si1-xGex integriert sind und darüber dort zu einer lokalen Verspannung führen.Thus is particularly advantageous when a dopant introduced into the polycrystalline silicon-germanium layer impurities used, which are located at interstitial sites or in grain boundaries, or which are incorporated in the crystal lattice of the Si 1-x Ge x and above there local to a Lead to tension.

Vor allem ist vorteilhaft, wenn man einen Konzentrationsgradienten des Dotierstoffes in der Si1-xGex-Schicht erzeugt, der dem zuvor vorhandenen Spannungsgradienten in der SiGe-Schicht entgegenwirkt. Insofern ist es günstig, die höchste Dotierstoffkonzentration nahe der Oberseite der Si1-xGex-Schicht vorzusehen, wo die intrinsischen Spannungen am kleinsten sind. Unter der Oberseite ist dabei die Schichtseite zu verstehen, die einer weiteren Schicht oder einem Substrat, auf der sich die Si1-xGex-Schicht befindet, abgewandt ist.Above all, it is advantageous to produce a concentration gradient of the dopant in the Si 1-x Ge x layer, which counteracts the previously existing stress gradient in the SiGe layer. As such, it is beneficial to provide the highest dopant concentration near the top of the Si 1-x Ge x layer where the intrinsic stresses are smallest. The top side is to be understood as the layer side facing away from another layer or a substrate on which the Si 1-x Ge x layer is located.

Die Einbringung des Dotierstoffes in die SiGe-Schicht erfolgt bevorzugt im Rahmen einer Wärmebehandlung nach der Abscheidung einer Si1-xGex Ausgangsschicht beispielsweise auf einem Substrat oder einer weiteren Schicht wie einer Opferschicht. Im Rahmen dieser Wärmebehandlung muss einerseits eine ausreichend hohe Temperatur erreicht werden, um eine Diffusion der Dotierstoffatome in der SiGe-Schicht zu ermöglichen, gleichzeitig darf diese Temperatur jedoch nicht derart hoch sein, dass erwünschte CMOS-Eigenschaften beeinträchtigt werden.The introduction of the dopant in the SiGe layer is preferably carried out in the context of a heat treatment after the deposition of a Si 1-x Ge x starting layer, for example on a substrate or another layer such as a sacrificial layer. In the context of this heat treatment on the one hand, a sufficiently high temperature must be achieved to allow diffusion of the dopant atoms in the SiGe layer, but at the same time this temperature must not be so high that desirable CMOS properties are impaired.

Als Dotierstoff eignet sich vor allem Bor, Phosphor sowie Sauerstoff. Daneben sind jedoch auch andere, auf Zwischengitterplätze oder Kristallitgrenzen in dem Si1-xGex einbringbare Dotierstoffe geeignet.Boron, phosphorus and oxygen are especially suitable as dopants. In addition, however, other dopants which can be introduced on interstitial sites or crystallite boundaries in the Si 1-x Ge x are also suitable.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Sauerstoff, da Si1-xGex Schichten vielfach ohnehin bereits eine Dotierung aufweisen, um darüber den elektrischen Widerstand der SiGe-Schicht zu vermindern. Da man zum Erreichen eines möglichst geringen elektrischen Widerstandes die Dotierstoffe dabei meist bis an die Grenze ihrer Löslichkeit in die SiGe-Schicht einbringt, kann man mit einem weiteren Zusatz solcher Dotierstoffe keinen zusätzlichen Dotierstoffgradienten mehr aufbauen, der Druck- und/oder Zugspannungen in der SiGe-Schicht vermindert. Sauerstoff kann hingegen stets zumindest lokal in die oberen Bereiche der SiGe-Schicht eindiffundieren und dort eine Erhöhung der Schichtspannung induzieren. Weiter ist es über die Menge des eindiffundierten Sauerstoffes und die Temperatur besonders einfach möglich, den Spannungsgradienten in der SiGe-Schicht einzustellen. Schließlich führt der Einsatz von Sauerstoff nicht zu Kontaminations- bzw. Umweltproblemen.The use of oxygen is particularly advantageous since Si 1-x Ge x layers often already have a doping in order to reduce the electrical resistance of the SiGe layer. Since, in order to achieve the lowest possible electrical resistance, the dopants are usually introduced into the SiGe layer up to the limit of their solubility, it is no longer possible to build up any additional dopant gradients, the compressive and / or tensile stresses in the SiGe, with a further addition of such dopants Layer diminished. On the other hand, oxygen can always diffuse at least locally into the upper regions of the SiGe layer and induce an increase in the layer stress there. Furthermore, it is particularly easy to adjust the voltage gradient in the SiGe layer via the amount of diffused oxygen and the temperature. Finally, the use of oxygen does not lead to contamination or environmental problems.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt 1 eine Prinzipskizze einer SixGe1-x-Schicht im Schnitt und 2 eine Prinzipskizze einer Si1-xGex-Schicht auf einer Opferschicht im Schnitt.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below tert. It shows 1 a schematic diagram of a Si x Ge 1-x layer in section and 2 a schematic diagram of a Si 1-x Ge x layer on a sacrificial layer in section.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung geht von der Herstellung einer Ausgangsschicht 10 aus Si1-xGex mit 0 < x < 1, insbesondere 0,2 < x < 0,8, auf einem Substrat oder einer weiteren Schicht 13 aus. Dazu sei auf US 6 210 988 B1 verwiesen, wo die Herstellung einer solchen Ausgangsschicht 10 aus Si1-xGex mit 0 < x < 1 auf einer Opferschicht 13 aus Si1-yGey mit 0 < y < 1 beschrieben ist. Im hier erläuterten Beispiel wird bevorzugt zunächst analog verfahren.The invention is based on the production of an initial layer 10 of Si 1-x Ge x with 0 <x <1, in particular 0.2 <x <0.8, on a substrate or another layer 13 out. Be on that US 6 210 988 B1 referenced where the production of such an initial layer 10 of Si 1-x Ge x with 0 <x <1 on a sacrificial layer 13 from Si 1-y Ge y with 0 <y <1 is described. In the example explained here, the procedure is preferably analogous.

Insbesondere wird in US 6 210 988 B1 eine polykristalline Si1-xGex-Schicht auf polykristallinem Germanium abgeschieden und gegebenenfalls strukturiert, und anschließend die polykristalline Germanium-Schicht unter der Si1-xGex-Schicht zumindest bereichsweise entfernt, so dass man ein bereichsweise freitragendes mikroelektromechanisches Bauelement erhält.In particular, in US 6 210 988 B1 a polycrystalline Si 1-x Ge x layer deposited on polycrystalline germanium and optionally structured, and then the polycrystalline germanium layer under the Si 1-x Ge x layer removed at least partially, so as to obtain a partially self-supporting microelectromechanical device.

Entsprechend wird auch im hier erläuterten Beispiel die Ausgangsschicht 10 aus Si1-xGex mit 0 < x < 1 zu einem mikroelektromechanischen Bauelement strukturiert. Insbesondere wird ein integriertes mikroelektromechanisches System mit einer Kombination von elektronischen und mikromechanischen Bauelementen wie Resonatoren, Beschleunigungssensorelementen oder Drehratensensorelementen erzeugt, wobei bevorzugt auch eine Leiter bahnebene zur Verbindung der mechanischen Bauelemente mit den elektronischen Bauelementen vorgesehen ist, die sich unter der Opferschicht 13 befindet.Accordingly, in the example explained here, the starting layer 10 from Si 1-x Ge x with 0 <x <1 to form a microelectromechanical component. In particular, an integrated microelectromechanical system is produced with a combination of electronic and micromechanical components, such as resonators, acceleration sensor elements or yaw rate sensor elements, preferably also a conductor track plane is provided for connecting the mechanical components to the electronic components located below the sacrificial layer 13 located.

Das mikroelektromechanische Bauelement oder allgemeiner die Ausgangsschicht 10 aus Si1-xGex mit 0 < x < 1, beispielsweise mit x = 0,64, auf dem Substrat 13 gemäß 1 wird danach einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 100°C bis maximal 450°C, insbesondere zwischen 200°C bis 300°C, in einer Gasatmosphäre und/oder Dampfatmosphäre unterzogen. Dabei wird ein Dotierstoff in die Si1-xGex-Schicht 10 derart eingebracht dass die Dotierstoffkonzentration in der Umgebung der Unterseite 12 der Schicht 10 von der Dotierstoffkonzentration in der Umgebung der Oberseite 11 der Schicht 10 verschieden ist.The microelectromechanical device or more generally the output layer 10 of Si 1-x Ge x with 0 <x <1, for example with x = 0.64, on the substrate 13 according to 1 is then subjected to a heat treatment at a temperature between 100 ° C to a maximum of 450 ° C, in particular between 200 ° C to 300 ° C, in a gas atmosphere and / or vapor atmosphere. In this case, a dopant in the Si 1-x Ge x layer 10 introduced such that the dopant concentration in the vicinity of the bottom 12 the layer 10 from the dopant concentration in the vicinity of the top 11 the layer 10 is different.

Insbesondere wird eine monoton fallende Dotierstoffkonzentration von der Oberseite 11 zu der Unterseite 12 der Schicht 10 eingestellt.In particular, a monotonically decreasing dopant concentration becomes from the top 11 to the bottom 12 the layer 10 set.

Als Dotierstoff wird bevorzugt Sauerstoff in die Ausgangsschicht aus SiGe-Schicht eingebracht.When Dopant is preferably oxygen in the starting layer SiGe layer introduced.

Die Wärmebehandlung erfolgt bevorzugt in einem Ofen unter Atmosphärendruck, um ein möglichst schnelles Eindiffundieren des Sauerstoffes zu ermöglichen. Dabei ist sowohl eine sogenannte Wet-Oxidation, als auch eine sogenannte Dry-Oxidation möglich.The heat treatment is preferably carried out in an oven at atmospheric pressure to a possible allow fast diffusion of oxygen. It is both a so-called wet oxidation, as well as a so-called Dry oxidation possible.

Alternativ zu reinem Sauerstoff kann auch Sauerstoff in einem Gasgemisch mit variablem Sauerstoffpartialdruck wie ein O2/N2-Gemisch oder ein O2/Ar-Gemisch eingesetzt werden. Daneben eignen sich auch andere oxidierende Gasatmosphären oder Dampfatmosphären, die bevorzugt mindestens eines der nachfolgenden Gase bzw. mindestens einen der nachfolgenden Dämpfe ausgewählt aus der Gruppe Wasserdampf, H2O2-Dampf, HNO3-Dampf, HNO3/HCl-Dampf, NO2, Ozon, PH3, NOCl2, CO2 oder COCl2 enthalten oder daraus bestehen.As an alternative to pure oxygen, it is also possible to use oxygen in a gas mixture having a variable oxygen partial pressure, such as an O 2 / N 2 mixture or an O 2 / Ar mixture. In addition, other oxidizing gas atmospheres or vapor atmospheres, preferably at least one of the following gases or at least one of the following vapors selected from the group consisting of water vapor, H 2 O 2 vapor, HNO 3 vapor, HNO 3 / HCl vapor, NO 2 , ozone, PH 3 , NOCl 2 , CO 2 or COCl 2 or consist thereof.

Generell kann die erläuterte Wärmebehandlung zwischen einigen Minuten und einigen Stunden andauern, was unter anderem von der Schichtdicke und dem Spannungsgradienten in der Ausgangsschicht vor der Wärmebehandlung abhängig ist. Die Temperatur, der die Ausgangsschicht 10 während der Wärmebehandlung ausgesetzt ist, ist einerseits so niedrig zu wählen, dass eine vorgesehene elektronische Schaltung auf oder in einer Um gebung der Si1-xGex Schicht nicht zerstört wird, andererseits aber so hoch, dass eine ausreichende Diffusion des Dotierstoffes wie Sauerstoffgegeben ist. Für viele Elektronikprozesse und insbesondere CMOS-kompatible Prozesse beträgt diese maximale Temperatur 450°C.In general, the explained heat treatment can last between a few minutes and a few hours, which depends inter alia on the layer thickness and the stress gradient in the starting layer before the heat treatment. The temperature of the initial layer 10 while the heat treatment is exposed, on the one hand to choose so low that an intended electronic circuit on or in a surrounding environment of the Si 1-x Ge x layer is not destroyed, but on the other hand so high that sufficient diffusion of the dopant such as oxygen is given , For many electronic processes, and in particular CMOS-compatible processes, this maximum temperature is 450 ° C.

Nach Abschluss der Wärmebehandlung ist die Sauerstoffkonzentration im Bereich der Oberseite 11 der Schicht 10 größer als im Bereich der Unterseite 12, so dass eine durch den Sauerstoff zusätzlich in die Schicht 10 eingebrachte Spannung zuvor darin vorhandenen Spannungsgradienten durch Druck- und/oder Zugspannungen entgegenwirkt. Dadurch wird eine Verbiegung der Schicht 10, insbesondere in einem freitragenden Bereich, deutlich reduziert bzw. vermindert.After completion of the heat treatment, the oxygen concentration is in the upper side 11 the layer 10 larger than in the area of the bottom 12 so that one through the oxygen in addition to the layer 10 introduced voltage previously counteracts existing therein voltage gradients by compressive and / or tensile stresses. This will cause a bending of the layer 10 , Especially in a cantilevered area, significantly reduced or reduced.

Claims (13)

Schicht aus Si1-xGex mit 0 < x < 1 mit einer Oberseite (11) und einer Unterseite (12), wobei die Schicht (10) zumindest bereichsweise mit einem Druck- und/oder Zugspannungen in der Schicht (10) verringernden Dotierstoff versehen ist, und wobei die Dotierstoffkonzentration in einer Umgebung der Unterseite (12) der Schicht (10) von der Dotierstoffkonzentration in einer Umgebung der Oberseite (11) der Schicht (10) verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (10) eine zumindest bereichsweise freitragende Schicht, insbesondere eine zumindest bereichsweise freitragende Membran, ein zumindest bereichsweise freitragender Balken oder eine zumindest bereichsweise freitragende Mikrostruktur, ist.Layer of Si 1-x Ge x with 0 <x <1 with a top side ( 11 ) and a bottom ( 12 ), the layer ( 10 ) at least partially with a compressive and / or tensile stress in the layer ( 10 ) and wherein the dopant concentration in an environment of the underside ( 12 ) of the layer ( 10 ) of the dopant concentration in an environment of the upper side ( 11 ) of the layer ( 10 ) is different, characterized in that the layer ( 10 ) an at least partially self-supporting layer, in particular an at least partially self-supporting membrane, an at least partially cantilevered beam or an at least partially self-supporting microstructure is. Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schicht (10) ein Gradient in der Dotierstoffkonzentration, insbesondere eine monoton wachsende oder fallende Dotierstoffkonzentration, zwischen Oberseite (11) und Unterseite (12), vorliegt.Layer according to claim 1, characterized in that in the layer ( 10 ) a gradient in the dopant concentration, in particular a monotonically increasing or decreasing dopant concentration, between top ( 11 ) and underside ( 12 ) is present. Schicht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Si1-xGex polykristallin ist.Layer according to one of the preceding claims, characterized in that the Si 1-x Ge x is polycrystalline. Schicht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff Bor, Phosphor, Sauerstoff oder ein anderer, auf Zwischengitterplätzen und/oder Kristallitgrenzen in dem Si1-xGex einbringbarer Stoff ist.Layer according to one of the preceding claims, characterized in that the dopant is boron, phosphorus, oxygen or another substance which can be introduced on interstice sites and / or crystallite boundaries in the Si 1-x Ge x . Schicht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (10) eine Funktionsschicht mit darin angelegten mikromechanischen Strukturen oder Bauelementen ist.Layer according to one of the preceding claims, characterized in that the layer ( 10 ) is a functional layer with micromechanical structures or components applied therein. Schicht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (10) auf einer weiteren Schicht (13), insbesondere einer Opferschicht, angeordnet ist.Layer according to one of the preceding claims, characterized in that the layer ( 10 ) on another layer ( 13 ), in particular a sacrificial layer is arranged. Schicht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht (13) eine Schicht aus Si1-yGy mit 0 < y ≤ 1, insbesondere eine Schicht aus Germanium, ist, und dass y größer x ist.Layer according to claim 6, characterized in that the further layer ( 13 ) is a layer of Si 1-y G y with 0 <y ≦ 1, in particular a layer of germanium, and that y is greater than x. Schicht nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der der weiteren Schicht (13) abgewandte Bereich der Oberseite (11) der Schicht (10) eine größere Dotierstoffkonzentration aufweist als der der weiteren Schicht (10) zugewandte Bereich der Unterseite (12) der Schicht (10).Layer according to claim 6 or 7, characterized in that that of the further layer ( 13 ) facing away from the top side ( 11 ) of the layer ( 10 ) has a greater dopant concentration than that of the further layer ( 10 ) facing the underside of the area ( 12 ) of the layer ( 10 ). Mikromechanisches Bauelement mit einer Schicht (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Micromechanical device with a layer ( 10 ) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus Si1-xGex mit 0 < x < 1 nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsschicht aus Si1-xGex mit 0 < x < 1 auf einem Substrat oder der weiteren Schicht (13) erzeugt wird, und dass eine Wärmebehandlung der Ausgangsschicht in einer den Dotierstoff enthaltenden und/oder einer den Dotierstoff in der Ausgangsschicht freisetzenden Gasatmosphäre und/oder Dampfatmosphäre vorgenommen wird, durch die die Ausgangsschicht in die Schicht (10) überführt wird.Method for producing a layer of Si 1-x Ge x with 0 <x <1 according to one of the preceding claims, characterized in that an output layer of Si 1-x Ge x with 0 <x <1 on a substrate or the further layer ( 13 ), and in that a heat treatment of the starting layer is carried out in a gas atmosphere and / or vapor atmosphere containing the dopant and / or a dopant in the starting layer, through which the starting layer enters the layer ( 10 ) is transferred. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasatmosphäre und/oder Dampfatmosphäre eine Sauerstoffatmosphäre oder eine Sauerstoff enthaltende Gas- oder Dampfatmosphäre eingesetzt wird.Method according to claim 10, characterized in that that as a gas atmosphere and / or steam atmosphere an oxygen atmosphere or an oxygen-containing gas or vapor atmosphere used becomes. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein O2/N2-Gemisch, ein O2/Ar-Gemisch, PH3, Wasserdampf, H2O2-Dampf, HNO3-Dampf, ein HNO3/HCl-Dampf, NO2, Ozon, NOCl2, CO2 oder COCl2 eingesetzt wird.A method according to claim 11, characterized in that an O 2 / N 2 mixture, an O 2 / Ar mixture, PH 3 , water vapor, H 2 O 2 vapor, HNO 3 vapor, an HNO 3 / HCl vapor , NO 2 , ozone, NOCl 2 , CO 2 or COCl 2 is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsschicht während der Wärmebehandlung maximal auf eine Temperatur von 450°C aufgeheizt wird.Method according to one of claims 10 to 12, characterized that the initial layer during the heat treatment is heated to a maximum temperature of 450 ° C.
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