JP2002524295A - 半導体材料における開口及びその製造方法並びにその使用 - Google Patents
半導体材料における開口及びその製造方法並びにその使用Info
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Abstract
(57)【要約】
上面（１６）及び下面（１８）を有する（１００）方向シリコンウェハーを用意する段階と；上面（１６）を部分的にエッチングすることによって、ウェハー（１４）の上面（１６）に側壁（２２）を有するキャビティ（２０）であって、下面（１８）に面し、特に凸型、又は特に凹型角あるいはエッジ又はこのタイプの曲率を有する閉鎖底部領域を備えたキャビティ（２０）を形成する段階とを含む半導体材料（１２）に開口（１０）を形成する方法に関する。半導体材料（１２）を酸化することによって、キャビティ（２０）の領域での半導体材料上に酸化層（２６）であって、底部領域（２４）で不均質部（２８）を備えた酸化層（２６）を堆積した後に、底部領域（２４）に位置する酸化膜（２６）が露出するまで、半導体材料（１４）の下面（１８）上で半導体材料（１２）を選択的にエッチバックする。露出酸化層（２６）は、切断されるまでエッチングする。
Description
【０００１】
本発明は、例えば（１００）配向シリコンまたは多結晶シリコン等の半導体材
料に開口を製造するための方法に関する。
料に開口を製造するための方法に関する。
【０００２】
マイクロメートル範囲以下の寸法のこのような開口は、例えば、走査型近接場
光顕微鏡（ＳＮＯＭ）のプローブの構成要素として利用される。この技術によっ
てサブ波長分解能で光学表面特性を調べることができる。すべての走査型プロー
ブ顕微鏡におけると同様に、走査型近接場光顕微鏡においても、達成可能な分解
能はプローブ、すなわち特に開口、の幾何学および寸法と、試料表面とのその距
離とによって限定される。サブ波長分解能を達成するために、プローブの発光領
域または検出領域は１００ｎｍ以下の横寸法を有する必要がある。１００ｎｍ範
囲以下のこのように微小に寸法設計された開口を再現可能に製造する試みが先行
技術になくはない。先行技術により公知の方法が図６に略示されている。上面１
６と下面１８とを有する半導体ウェーハ１４が図６ａに横断面図で示してある。
上面１６に多数のくぼみ２０が、例えば逆角錐３０の態様で、好ましくは異方性
エッチングによって設けられている。引き続き、例えば（１００）配向シリコン
からなる半導体ウェーハ１４の下面１８は特に異方性エッチングによって、逆角
錐の先端が露出して開口１０が生じるまでエッチバックされる。そのことが図６
ｂの第１図と第２図に略示されている。第１開口が過度に大きな開口幅を有し、
第２開口が理想的開口幅を有する一方、第３例では逆角錐の先端がまだまったく
開口していない。これは半導体ウェーハの厚さが強く変化していることに帰すこ
とができる。数１０ｎｍの厚変動が、図６に示した開口の直径変動もしくは横断
面変動をすでにもたらすことがある。先行技術によるこの例が明らかとするよう
に、半導体ウェーハ１４の厚変動のゆえに逆角錐の先端のうちごく僅かな先端が
好適な開口寸法を有するだけである。さらにこの開口の寸法はばらつきがきわめ
て強い。
光顕微鏡（ＳＮＯＭ）のプローブの構成要素として利用される。この技術によっ
てサブ波長分解能で光学表面特性を調べることができる。すべての走査型プロー
ブ顕微鏡におけると同様に、走査型近接場光顕微鏡においても、達成可能な分解
能はプローブ、すなわち特に開口、の幾何学および寸法と、試料表面とのその距
離とによって限定される。サブ波長分解能を達成するために、プローブの発光領
域または検出領域は１００ｎｍ以下の横寸法を有する必要がある。１００ｎｍ範
囲以下のこのように微小に寸法設計された開口を再現可能に製造する試みが先行
技術になくはない。先行技術により公知の方法が図６に略示されている。上面１
６と下面１８とを有する半導体ウェーハ１４が図６ａに横断面図で示してある。
上面１６に多数のくぼみ２０が、例えば逆角錐３０の態様で、好ましくは異方性
エッチングによって設けられている。引き続き、例えば（１００）配向シリコン
からなる半導体ウェーハ１４の下面１８は特に異方性エッチングによって、逆角
錐の先端が露出して開口１０が生じるまでエッチバックされる。そのことが図６
ｂの第１図と第２図に略示されている。第１開口が過度に大きな開口幅を有し、
第２開口が理想的開口幅を有する一方、第３例では逆角錐の先端がまだまったく
開口していない。これは半導体ウェーハの厚さが強く変化していることに帰すこ
とができる。数１０ｎｍの厚変動が、図６に示した開口の直径変動もしくは横断
面変動をすでにもたらすことがある。先行技術によるこの例が明らかとするよう
に、半導体ウェーハ１４の厚変動のゆえに逆角錐の先端のうちごく僅かな先端が
好適な開口寸法を有するだけである。さらにこの開口の寸法はばらつきがきわめ
て強い。
【０００３】 さらに、先行技術により公知のシリコン酸化挙動研究（Markus et al., Journ
al of the Electrochemical Society, Solid State Science and Technology, p
p 1278-1282, 1982もしくはKao et al., IEE Transactions on Electronic Devi
ces, Volume 34, No. 5, pp 1008, 1987、Volume 35, No. 1, pp 25, 1988）は
、温度および表面構造に対する半導体ウェーハ平面における配向の強い依存関係
を明らかにした。約８００℃〜９００℃の低い酸化温度において、例えばトレン
チセルの場合構造化表面の凸面稜および凹面稜の酸化膜厚が表面上の酸化膜厚に
比べて低減していることを証明することができた。この知識は、ごく鋭いシリコ
ン先端を製造するのにすでに利用された(Marcus et al., Applied Physics lett
ers, 54 (3), pp 236-238, 1990)。その際、約１ｎｍ範囲の曲率半径を達成する
ことができた。走査型プローブ顕微鏡検査において使用されるいわゆるカンチレ
バープローブ用のきわめて鋭いシリコン先端を製造するための類似方法が欧州特
許第０４６８０７１号公開公報に述べられている。
al of the Electrochemical Society, Solid State Science and Technology, p
p 1278-1282, 1982もしくはKao et al., IEE Transactions on Electronic Devi
ces, Volume 34, No. 5, pp 1008, 1987、Volume 35, No. 1, pp 25, 1988）は
、温度および表面構造に対する半導体ウェーハ平面における配向の強い依存関係
を明らかにした。約８００℃〜９００℃の低い酸化温度において、例えばトレン
チセルの場合構造化表面の凸面稜および凹面稜の酸化膜厚が表面上の酸化膜厚に
比べて低減していることを証明することができた。この知識は、ごく鋭いシリコ
ン先端を製造するのにすでに利用された(Marcus et al., Applied Physics lett
ers, 54 (3), pp 236-238, 1990)。その際、約１ｎｍ範囲の曲率半径を達成する
ことができた。走査型プローブ顕微鏡検査において使用されるいわゆるカンチレ
バープローブ用のきわめて鋭いシリコン先端を製造するための類似方法が欧州特
許第０４６８０７１号公開公報に述べられている。
【０００４】 上面と下面とを有する半導体ウェーハ、例えば（１００）配向シリコンウェー
ハを用意するステップと、上面の部分的エッチングによって半導体ウェーハの上
面に、側壁を有するくぼみを生成するステップとを含む、半導体材料に開口を製
造するための方法から出発して、本発明の課題は、約１マイクロメートル以下、
特に約１００ｎｍ、の寸法の開口を製造するための方法を示すことであり、開口
の寸法は再現可能に調整可能である。
ハを用意するステップと、上面の部分的エッチングによって半導体ウェーハの上
面に、側壁を有するくぼみを生成するステップとを含む、半導体材料に開口を製
造するための方法から出発して、本発明の課題は、約１マイクロメートル以下、
特に約１００ｎｍ、の寸法の開口を製造するための方法を示すことであり、開口
の寸法は再現可能に調整可能である。
【０００５】
この課題は、冒頭に触れた特徴を有する方法において、くぼみが、下面に向き
合う閉じた底部領域を有し、この底部領域が好ましくは特に凸面状または特に凹
面状の角または稜または類似の湾曲部を備えており、半導体材料の酸化によって
少なくともくぼみの領域内で半導体材料上に酸化膜が被着され、酸化膜が少なく
とも底部領域内に不均質部を有し、少なくとも底部領域内にある酸化膜が露出す
るまで半導体ウェーハの下面で半導体材料が選択的にエッチバックされ、露出し
た酸化膜が少なくともその刳り貫きに至るまでエッチングされることによって実
質的に解決される。
合う閉じた底部領域を有し、この底部領域が好ましくは特に凸面状または特に凹
面状の角または稜または類似の湾曲部を備えており、半導体材料の酸化によって
少なくともくぼみの領域内で半導体材料上に酸化膜が被着され、酸化膜が少なく
とも底部領域内に不均質部を有し、少なくとも底部領域内にある酸化膜が露出す
るまで半導体ウェーハの下面で半導体材料が選択的にエッチバックされ、露出し
た酸化膜が少なくともその刳り貫きに至るまでエッチングされることによって実
質的に解決される。
【０００６】 この方法の特別の利点として開口寸法の測定は半導体ウェーハの膜厚変化に左
右されない。その結果、製造されるべき開口はごく高い再現性で作製することが
でき、したがって例えば走査型近接場光顕微鏡検査においてプローブで利用する
場合新しい応用分野と分解能を開拓することができる。
右されない。その結果、製造されるべき開口はごく高い再現性で作製することが
でき、したがって例えば走査型近接場光顕微鏡検査においてプローブで利用する
場合新しい応用分野と分解能を開拓することができる。
【０００７】 半導体材料、例えば（１００）配向単結晶シリコンまたは多結晶シリコンに開
口を製造するために、一連の方法ステップが適用される。まず、特に角錐状また
はその他のくぼみが形成され、これらのくぼみは深部で先細となり、半導体材料
中にエッチングされる。このため半導体ウェーハの上面にマスク膜が被着される
。光リソグラフィーまたは電子線リソグラフィーと引き続く化学エッチング法、
電気化学エッチング法またはプラズマエッチング法とによって、所要の構造がマ
スク膜に転写される。くぼみのエッチングはウエットエッチング法またはプラズ
マエッチング法によって行われる。選択的に、くぼみは集束イオンビームによっ
ても生成することができる。他のステップにおいて半導体材料が酸化され、生成
する酸化膜厚は結晶配向と酸化温度と半導体ウェーハ表面の各局所構造の曲率と
に依存して変化する。好適な酸化温度を選択すると、最大曲率個所の酸化膜は応
力効果のゆえにエッチング速度が高まる。すなわち酸化膜は、例えば先細くぼみ
の場合先端領域内に、エッチング工程に関して単数または複数の“弱化部”を有
する。場合によって酸化工程中に半導体ウェーハの下面に生成する酸化膜は他の
ステップにおいて公知の技術で除去される。引き続きウエットエッチングまたは
プラズマエッチングによって下面の半導体材料がエッチバックされ、最後には、
くぼみ内にある酸化膜の先端が露出することになる。その際、酸化膜のエッチン
グも完全に、またはいずれにしても殆ど、防止するために、選択エッチング法を
適用することが重要である。半導体材料のエッチバックは、例えばくぼみアレイ
の１つの酸化膜またはすべての酸化膜が露出するまで実施される。その際、半導
体ウェーハの厚変動に基づいて、場合によっては複数の酸化膜先端が半導体ウェ
ーハの下面から多かれ少なかれ突出することが十分に起こりうる。しかしこのこ
とは、多かれ少なかれ突出する酸化膜先端が、酸化膜の厚さおよび形状に関して
いずれにしても相互に実質的に同じ形状を有し、特に先端領域にそれぞれ単数ま
たは複数の弱化部を有する限り、開口寸法の設計にとって問題ない。引き続き酸
化膜は酸化膜の材料に対する選択的エッチングで薄くされ、酸化膜の“弱化部”
で酸化膜が貫通し、酸化膜残部に所望の開口が生じる。比較的大きな開口が所望
されていない限り、エッチング工程はそのあと中断される。
口を製造するために、一連の方法ステップが適用される。まず、特に角錐状また
はその他のくぼみが形成され、これらのくぼみは深部で先細となり、半導体材料
中にエッチングされる。このため半導体ウェーハの上面にマスク膜が被着される
。光リソグラフィーまたは電子線リソグラフィーと引き続く化学エッチング法、
電気化学エッチング法またはプラズマエッチング法とによって、所要の構造がマ
スク膜に転写される。くぼみのエッチングはウエットエッチング法またはプラズ
マエッチング法によって行われる。選択的に、くぼみは集束イオンビームによっ
ても生成することができる。他のステップにおいて半導体材料が酸化され、生成
する酸化膜厚は結晶配向と酸化温度と半導体ウェーハ表面の各局所構造の曲率と
に依存して変化する。好適な酸化温度を選択すると、最大曲率個所の酸化膜は応
力効果のゆえにエッチング速度が高まる。すなわち酸化膜は、例えば先細くぼみ
の場合先端領域内に、エッチング工程に関して単数または複数の“弱化部”を有
する。場合によって酸化工程中に半導体ウェーハの下面に生成する酸化膜は他の
ステップにおいて公知の技術で除去される。引き続きウエットエッチングまたは
プラズマエッチングによって下面の半導体材料がエッチバックされ、最後には、
くぼみ内にある酸化膜の先端が露出することになる。その際、酸化膜のエッチン
グも完全に、またはいずれにしても殆ど、防止するために、選択エッチング法を
適用することが重要である。半導体材料のエッチバックは、例えばくぼみアレイ
の１つの酸化膜またはすべての酸化膜が露出するまで実施される。その際、半導
体ウェーハの厚変動に基づいて、場合によっては複数の酸化膜先端が半導体ウェ
ーハの下面から多かれ少なかれ突出することが十分に起こりうる。しかしこのこ
とは、多かれ少なかれ突出する酸化膜先端が、酸化膜の厚さおよび形状に関して
いずれにしても相互に実質的に同じ形状を有し、特に先端領域にそれぞれ単数ま
たは複数の弱化部を有する限り、開口寸法の設計にとって問題ない。引き続き酸
化膜は酸化膜の材料に対する選択的エッチングで薄くされ、酸化膜の“弱化部”
で酸化膜が貫通し、酸化膜残部に所望の開口が生じる。比較的大きな開口が所望
されていない限り、エッチング工程はそのあと中断される。
【０００８】 したがってこの方法によって、十分に限定された寸法の微小開口が半導体ウェ
ーハ全体に生成される。しかしエッチング工程がさらに継続される場合、酸化膜
の残部もさらにエッチングされ、エッチング過程の時間を介して調整可能な寸法
を有する開口が得られる。
ーハ全体に生成される。しかしエッチング工程がさらに継続される場合、酸化膜
の残部もさらにエッチングされ、エッチング過程の時間を介して調整可能な寸法
を有する開口が得られる。
【０００９】 さらに、生成したくぼみに底部領域で切刃もしくはプラトーを備える可能性も
あり、前記工程によってくぼみ当り２ないし４つの開口をくぼみ先端領域で酸化
膜に生成することができる。
あり、前記工程によってくぼみ当り２ないし４つの開口をくぼみ先端領域で酸化
膜に生成することができる。
【００１０】 基板厚の変動にもかかわらず基板表面全体にわたって同一寸法の再現可能な開
口を製造するのに例えば（１００）配向シリコンウェーハの特殊な酸化特性を利
用するとの知識が、本方法の再現性の根底にある。このため、くぼみを担持する
基板が約８００℃〜９００℃で酸化され、不均一なエッチング速度で、また不均
一な膜厚でも、酸化膜厚が形成されることになる。酸化膜は最大曲率箇所で最も
薄い。すなわち、薄くなった酸化膜部分はくぼみの先端領域に配置されている。
複数のくぼみ内の酸化膜は半導体ウェーハの下面で半導体材料の選択エッチバッ
クによって露出され、この方法ステップによって酸化膜が腐食されることはなく
またはごく僅かに腐食されるだけである。製造方法のこの段階において、酸化膜
によって成型されるくぼみはすべて厳密に同じ酸化膜構造を有する。特に酸化膜
構造は半導体材料の厚変化に左右されない。酸化膜の実質同一の露出したすべて
の先端は引き続くステップにおいて、すべての先端の酸化膜がそれぞれ同一箇所
で、つまり酸化膜の弱化部で貫通されて酸化膜の先端が落下するまで、選択エッ
チングで薄くしもしくは除去することができる。これにより、すべての酸化膜残
部で事実上同一寸法の開口が半導体ウェーハの表面全体にわたって得られる。
口を製造するのに例えば（１００）配向シリコンウェーハの特殊な酸化特性を利
用するとの知識が、本方法の再現性の根底にある。このため、くぼみを担持する
基板が約８００℃〜９００℃で酸化され、不均一なエッチング速度で、また不均
一な膜厚でも、酸化膜厚が形成されることになる。酸化膜は最大曲率箇所で最も
薄い。すなわち、薄くなった酸化膜部分はくぼみの先端領域に配置されている。
複数のくぼみ内の酸化膜は半導体ウェーハの下面で半導体材料の選択エッチバッ
クによって露出され、この方法ステップによって酸化膜が腐食されることはなく
またはごく僅かに腐食されるだけである。製造方法のこの段階において、酸化膜
によって成型されるくぼみはすべて厳密に同じ酸化膜構造を有する。特に酸化膜
構造は半導体材料の厚変化に左右されない。酸化膜の実質同一の露出したすべて
の先端は引き続くステップにおいて、すべての先端の酸化膜がそれぞれ同一箇所
で、つまり酸化膜の弱化部で貫通されて酸化膜の先端が落下するまで、選択エッ
チングで薄くしもしくは除去することができる。これにより、すべての酸化膜残
部で事実上同一寸法の開口が半導体ウェーハの表面全体にわたって得られる。
【００１１】 本発明の有利な一構成によれば、くぼみが逆角錐またはＶ形溝または逆角錐台
の形状またはプラトー形状を有する。
の形状またはプラトー形状を有する。
【００１２】 特に、多数のくぼみが、例えばアレーの態様で、半導体ウェーハの上面に配置
されている。
されている。
【００１３】 特に有利には酸化膜は底部領域内に不均質部として単数または複数の弱化部も
しくは先細部を有する。
しくは先細部を有する。
【００１４】 有利には酸化膜の表面はえぐり貫き後に、特にアルミニウムで、金属化工程に
かけられる。これにより、酸化膜中にすでに存在する開口を適切に縮小する可能
性が得られる。金属化は、このような開口を備えたセンサの光学特性の向上もも
たらす。
かけられる。これにより、酸化膜中にすでに存在する開口を適切に縮小する可能
性が得られる。金属化は、このような開口を備えたセンサの光学特性の向上もも
たらす。
【００１５】 開口の直径は有利には約１００ｎｍ以下のオーダである。
【００１６】 本方法の他の有利な１構成によれば、くぼみは好ましくは異方性エッチングに
よって生成される。
よって生成される。
【００１７】 特に湿潤大気中で半導体ウェーハを約９００℃で好ましくは約２時間加熱する
ことによって酸化膜は生成される。
ことによって酸化膜は生成される。
【００１８】 半導体材料の選択エッチバックは、等方性または異方性エッチングで、例えば
特に約４０重量％のＫＯＨ溶液を用いて好ましくは約６０℃において行われる。
特に約４０重量％のＫＯＨ溶液を用いて好ましくは約６０℃において行われる。
【００１９】 好ましくは半導体材料の選択エッチバックは、半導体ウェーハのくぼみの好ま
しくは実質すべてまたは少なくとも多数において酸化膜が露出するまで行われる
。
しくは実質すべてまたは少なくとも多数において酸化膜が露出するまで行われる
。
【００２０】 露出した酸化膜のエッチングは、好ましくは、特に緩衝剤１：水１６のフッ化
アンモニウム緩衝剤を使って実施される。
アンモニウム緩衝剤を使って実施される。
【００２１】 開口の寸法は、実質的に、酸化膜のえぐり貫き後に酸化膜のエッチング時間に
よって大きい値の方に変更される。
よって大きい値の方に変更される。
【００２２】 他の有利な一構成によれば、くぼみは切刃状もしくはプラトー状に先細に構成
されており、くぼみごとに２ないし４つの開口が製造される。
されており、くぼみごとに２ないし４つの開口が製造される。
【００２３】 本発明は、特に方法請求項のいずれか１項に従って製造された半導体材料の開
口であって、半導体材料の貫通部の内壁にある酸化膜によって開口が形成されて
いるものにも関する。
口であって、半導体材料の貫通部の内壁にある酸化膜によって開口が形成されて
いるものにも関する。
【００２４】 本発明の一構成によれば、半導体膜および／または有機材料膜および／または
金属膜、特にアルミニウム膜が、酸化膜に被着されている。
金属膜、特にアルミニウム膜が、酸化膜に被着されている。
【００２５】 その際、酸化膜が半導体材料の酸化膜で形成されていると有利であることが判
明した。
明した。
【００２６】 本発明は、開口を有する半導体材料が、特に、片側を固定された曲げ梁の、特
にいわゆるカンチレバーの、前側領域に一体化されていることを特徴とする、開
口の使用にも関する。
にいわゆるカンチレバーの、前側領域に一体化されていることを特徴とする、開
口の使用にも関する。
【００２７】 使用の有利な１構成は、曲げ梁が個々に、または多数の曲げ梁が行列状配置で
、センサ素子として利用されていることにある。
、センサ素子として利用されていることにある。
【００２８】 他の有利な一構成によれば、単数または複数の曲げ梁が走査型プローブ顕微鏡
検査においてセンサ素子として利用される。
検査においてセンサ素子として利用される。
【００２９】 光透明度の劣る薄膜の堆積によって単数または複数の曲げ梁が同時的走査型力
顕微鏡検査（ＡＦＭ、ＳＦＭ）または走査型近接場光顕微鏡検査（ＳＮＯＭ）用
に利用され、半導体ウェーハの上面から開口を照明して開口が光近接場領域内で
微小光源として利用され（いわゆる照明モード）、または照明された試料の光出
力が開口自体を通して記録される（いわゆる集束モード）ことが有利であること
が判明した。
顕微鏡検査（ＡＦＭ、ＳＦＭ）または走査型近接場光顕微鏡検査（ＳＮＯＭ）用
に利用され、半導体ウェーハの上面から開口を照明して開口が光近接場領域内で
微小光源として利用され（いわゆる照明モード）、または照明された試料の光出
力が開口自体を通して記録される（いわゆる集束モード）ことが有利であること
が判明した。
【００３０】 金属、半導体、高分子等の材料を曲げ梁の前面および／または裏面に逐次堆積
させることによって開口の箇所に材料の微小接触箇所が得られる。
させることによって開口の箇所に材料の微小接触箇所が得られる。
【００３１】 他の有利な使用は、平面基板もしくは構造化表面（例えばカンチレバー）上の
例えばアレイの態様の開口の行列状配置が篩の方式で粒子を分粒するのに利用さ
れることにある。
例えばアレイの態様の開口の行列状配置が篩の方式で粒子を分粒するのに利用さ
れることにある。
【００３２】 他の使用は、平面基板または構造化表面（例えばカンチレバー）上の単数また
は複数の開口の特に行列状配置がごく微量の厳密な液体量または気体量を配量お
よび／または注入するのに利用されることを特徴としている。
は複数の開口の特に行列状配置がごく微量の厳密な液体量または気体量を配量お
よび／または注入するのに利用されることを特徴としている。
【００３３】
本発明のその他の特徴、利点、応用の可能性および目的は、図面に基づいて実
施例についての以下の説明から明らかとなる。記載された特徴および／または図
示された特徴はすべてそれ自体として、または任意に組合せて、また請求項のな
かでのそれらの統合または帰属関係にかかわりなくとも、本発明の対象を形成す
る。
施例についての以下の説明から明らかとなる。記載された特徴および／または図
示された特徴はすべてそれ自体として、または任意に組合せて、また請求項のな
かでのそれらの統合または帰属関係にかかわりなくとも、本発明の対象を形成す
る。
【００３４】 開口１０を生成するための先行技術による図６の方法はすでに導入部で述べた
ように半導体ウェーハ１４の厚さ変動にきわめて敏感であり、厚変動は製造法に
かかわりなく開口１０の寸法に影響する。この厚変動が図６ａで半導体ウェーハ
１４の波状下面１８によって示唆されている。下面１８の異方性エッチング後、
逆角錐３０の図６ｂで左側の角錐先端は、この箇所では後続の中央領域よりも半
導体ウェーハ１４が薄いので、開口１０に比べてかなり大きく開口している。中
央領域では半導体ウェーハ１４の厚さは、図６の略図の場合、理想的に小さい開
口１０が生じるようにちょうど選択されている。それに対して図６ｂの右側領域
では半導体ウェーハ１４の厚さは下面１８での異方性エッチング過程が開口をま
ったく生じないような厚さである。先行技術によるこの方法例は、半導体ウェー
ハ１４の厚変化が製造すべき開口１０の寸法に直接にかつ制御不能に現れること
を説明せんとするものである。
ように半導体ウェーハ１４の厚さ変動にきわめて敏感であり、厚変動は製造法に
かかわりなく開口１０の寸法に影響する。この厚変動が図６ａで半導体ウェーハ
１４の波状下面１８によって示唆されている。下面１８の異方性エッチング後、
逆角錐３０の図６ｂで左側の角錐先端は、この箇所では後続の中央領域よりも半
導体ウェーハ１４が薄いので、開口１０に比べてかなり大きく開口している。中
央領域では半導体ウェーハ１４の厚さは、図６の略図の場合、理想的に小さい開
口１０が生じるようにちょうど選択されている。それに対して図６ｂの右側領域
では半導体ウェーハ１４の厚さは下面１８での異方性エッチング過程が開口をま
ったく生じないような厚さである。先行技術によるこの方法例は、半導体ウェー
ハ１４の厚変化が製造すべき開口１０の寸法に直接にかつ制御不能に現れること
を説明せんとするものである。
【００３５】 図１と図２は、（１００）配向ホウ素添加シリコンウェーハの溝構造の横断面
図である。このためシリコンウェーハはまず厚さ数１００ｎｍの酸化膜が備えら
れ、引き続き、溝を異方性エッチングする前にリソグラフィーで構造化される。
開口センサの希望する先端高さは約１５マイクロメートルとすべきであり、溝の
底幅は８マイクロメートル〜３０マイクロメートルと選択され、溝の深さは５〜
６マイクロメートル、２１マイクロメートルの値となる。異方性エッチング工程
後、上面に残存する酸化膜が希釈フッ化水素酸で除去される。本来の酸化工程前
にシリコンウェーハの外観検査が実施される。汚染されたシリコンウェーハは、
引き続き生成する熱酸化膜の品質に作用を及ぼす標準ＲＣＡ洗浄にかけられる。
図である。このためシリコンウェーハはまず厚さ数１００ｎｍの酸化膜が備えら
れ、引き続き、溝を異方性エッチングする前にリソグラフィーで構造化される。
開口センサの希望する先端高さは約１５マイクロメートルとすべきであり、溝の
底幅は８マイクロメートル〜３０マイクロメートルと選択され、溝の深さは５〜
６マイクロメートル、２１マイクロメートルの値となる。異方性エッチング工程
後、上面に残存する酸化膜が希釈フッ化水素酸で除去される。本来の酸化工程前
にシリコンウェーハの外観検査が実施される。汚染されたシリコンウェーハは、
引き続き生成する熱酸化膜の品質に作用を及ぼす標準ＲＣＡ洗浄にかけられる。
【００３６】 再現可能な結果を得るために、洗浄は常に、シリコンウェーハを強希釈フッ化
水素酸（１ＨＦ：５０Ｈ2Ｏ）内に短時間浸漬し、引き続き完全脱塩水（抵抗：
１５ＭΩｃｍ）で徹底的に洗浄することによって終了する。それに直接続いてシ
リコンウェーハは酸化装置内に移され、約９００℃において湿潤大気中で約２時
間酸化される。この処理方式では最大の応力効果が、したがってごく不均質な酸
化膜厚も予想される。
水素酸（１ＨＦ：５０Ｈ2Ｏ）内に短時間浸漬し、引き続き完全脱塩水（抵抗：
１５ＭΩｃｍ）で徹底的に洗浄することによって終了する。それに直接続いてシ
リコンウェーハは酸化装置内に移され、約９００℃において湿潤大気中で約２時
間酸化される。この処理方式では最大の応力効果が、したがってごく不均質な酸
化膜厚も予想される。
【００３７】 酸化膜の輪郭を判断するために、シリコンウェーハが溝構造を横切って折られ
、走査形電子顕微鏡検査にかけられる。酸化膜２６と半導体材料１２、例えばシ
リコン、との間でコントラストを高めるために、半導体材料は酸化膜２６に対し
て選択的に数マイクロメートルだけエッチバックされる。予想によれば（１１１
）壁上の酸化膜は最も厚く、平面（１００）配向表面上よりも酸化膜厚が小さく
なる角に不均質部２８、特に弱化部を示す。凸面状角の酸化膜２６は、逆角錐３
０の先端の凹面状角の酸化膜よりも一般に厚い。不均質部２８もしくは薄化部は
凹面状角の直接下にあるのではなく、本来の先端の左右の２つの領域内に移動し
ている。開口１０を製造する途中で溝構造内の酸化膜は後続のステップにおいて
等方性で７５ｎｍだけ薄くされる。引き続き試料が再度折られ、半導体材料１２
もしくはシリコンはコントラスト向上のために数マイクロメートルだけエッチン
グ除去される。このエッチング過程に続く結果が図２に示してある。エッチング
過程が等方性で実施されるので、角錐先端の領域は約１５０ｎｍに拡大したよう
に見え、すなわち各方向に約７５ｎｍ拡大したように見える。不均質部２８もし
くは弱化部は図１に示すエッチング過程前よりも一層顕著となっている。
、走査形電子顕微鏡検査にかけられる。酸化膜２６と半導体材料１２、例えばシ
リコン、との間でコントラストを高めるために、半導体材料は酸化膜２６に対し
て選択的に数マイクロメートルだけエッチバックされる。予想によれば（１１１
）壁上の酸化膜は最も厚く、平面（１００）配向表面上よりも酸化膜厚が小さく
なる角に不均質部２８、特に弱化部を示す。凸面状角の酸化膜２６は、逆角錐３
０の先端の凹面状角の酸化膜よりも一般に厚い。不均質部２８もしくは薄化部は
凹面状角の直接下にあるのではなく、本来の先端の左右の２つの領域内に移動し
ている。開口１０を製造する途中で溝構造内の酸化膜は後続のステップにおいて
等方性で７５ｎｍだけ薄くされる。引き続き試料が再度折られ、半導体材料１２
もしくはシリコンはコントラスト向上のために数マイクロメートルだけエッチン
グ除去される。このエッチング過程に続く結果が図２に示してある。エッチング
過程が等方性で実施されるので、角錐先端の領域は約１５０ｎｍに拡大したよう
に見え、すなわち各方向に約７５ｎｍ拡大したように見える。不均質部２８もし
くは弱化部は図１に示すエッチング過程前よりも一層顕著となっている。
【００３８】 酸化膜２６の逆角錐３０の底部領域２４もしくは先端を露出させ、次にこれを
慎重に等方性エッチングし、酸化膜２６の不均質部２８もしくは弱化部を刳り貫
き、ただし角錐壁の側壁２２をなお維持することに成功するとき、図１、図２に
示す酸化膜２６のこの断面は開口１０を製造するのに利用することができる。角
錐形酸化膜２６を露出させるために、次のステップにおいて半導体材料１２がエ
ッチバックされる。このエッチングは、酸化膜２６のすべての先端が半導体材料
１２の残存薄膜から突出すると中断される。ＫＯＨ内での酸化膜エッチング速度
はシリコン内でのエッチング速度よりもかなり低いので（酸化膜：０．０６マイ
クロメートル／ｈ、シリコン：１９．９マイクロメートル／ｈ；４０重量％ＫＯ
Ｈ、６０℃）、このステップのとき酸化膜２６が半導体材料１２の選択エッチン
グによって腐食されることはなく、またはごく僅かに腐食されるだけである。完
全にエッチング除去される高さ２０マイクロメートルの角錐の場合、酸化膜角錐
の最も外側の先端は、ＫＯＨエッチング液にそれ相応に長く曝されているので、
底に比べて約６０ｎｍだけ薄くなるだけである。５マイクロメートルの基板厚変
動の場合、６０℃における４０重量％ＫＯＨの酸化膜エッチング速度が基礎とさ
れるとき、個々の角錐の僅か５０ｎｍの酸化膜厚変動が帰結する。引き続き後続
のステップにおいて酸化膜角錐が慎重に数ナノメートルだけ等方性エッチングさ
れ、酸化膜２６の不均質部２８もしくは弱化部または先細部は刳り貫くことがで
き、これにより開口１０が生成し、半導体ウェーハ１４の厚変動にもかかわらず
開口の寸法はごく高い再現性で調整可能である。
慎重に等方性エッチングし、酸化膜２６の不均質部２８もしくは弱化部を刳り貫
き、ただし角錐壁の側壁２２をなお維持することに成功するとき、図１、図２に
示す酸化膜２６のこの断面は開口１０を製造するのに利用することができる。角
錐形酸化膜２６を露出させるために、次のステップにおいて半導体材料１２がエ
ッチバックされる。このエッチングは、酸化膜２６のすべての先端が半導体材料
１２の残存薄膜から突出すると中断される。ＫＯＨ内での酸化膜エッチング速度
はシリコン内でのエッチング速度よりもかなり低いので（酸化膜：０．０６マイ
クロメートル／ｈ、シリコン：１９．９マイクロメートル／ｈ；４０重量％ＫＯ
Ｈ、６０℃）、このステップのとき酸化膜２６が半導体材料１２の選択エッチン
グによって腐食されることはなく、またはごく僅かに腐食されるだけである。完
全にエッチング除去される高さ２０マイクロメートルの角錐の場合、酸化膜角錐
の最も外側の先端は、ＫＯＨエッチング液にそれ相応に長く曝されているので、
底に比べて約６０ｎｍだけ薄くなるだけである。５マイクロメートルの基板厚変
動の場合、６０℃における４０重量％ＫＯＨの酸化膜エッチング速度が基礎とさ
れるとき、個々の角錐の僅か５０ｎｍの酸化膜厚変動が帰結する。引き続き後続
のステップにおいて酸化膜角錐が慎重に数ナノメートルだけ等方性エッチングさ
れ、酸化膜２６の不均質部２８もしくは弱化部または先細部は刳り貫くことがで
き、これにより開口１０が生成し、半導体ウェーハ１４の厚変動にもかかわらず
開口の寸法はごく高い再現性で調整可能である。
【００３９】 この事情が図３に概略示してある。図２に示す酸化膜２６の厚さの幾何学から
明らかとなるように、逆角錐３０の先端での酸化膜厚の僅かな変動は発生する開
口１０の寸法に事実上作用しない。
明らかとなるように、逆角錐３０の先端での酸化膜厚の僅かな変動は発生する開
口１０の寸法に事実上作用しない。
【００４０】 特にこのような開口１０を光近接場センサにおいて利用する場合、一般に金属
化が不可欠であり、この金属化が図３ｃに特にアルミニウムからなる金属膜３６
として示してある。金属膜のこの被着は開口１０の寸法をさらに低減するのに利
用することができる。図３ａ、ｂから明らかとなるように、半導体ウェーハ１４
の厚さの違いは開口１０の直径もしくは寸法に影響を及ぼさない。膜厚の変化は
半導体材料１２の横に配置された矢印で明示されており、膜厚の変化にもかかわ
らず開口１０の直径は変化していない。
化が不可欠であり、この金属化が図３ｃに特にアルミニウムからなる金属膜３６
として示してある。金属膜のこの被着は開口１０の寸法をさらに低減するのに利
用することができる。図３ａ、ｂから明らかとなるように、半導体ウェーハ１４
の厚さの違いは開口１０の直径もしくは寸法に影響を及ぼさない。膜厚の変化は
半導体材料１２の横に配置された矢印で明示されており、膜厚の変化にもかかわ
らず開口１０の直径は変化していない。
【００４１】 開口１０を生成するための所要のステップがすべて実施された酸化済み逆角錐
アレイの走査形電子顕微鏡写真が図４に示してある。くぼみ２０が均一な横方向
距離で位置決めされた角錐アレイはすでに述べたように酸化されエッチングされ
て露出され、酸化膜２６の底部領域２４が存在することになり、これらの底部領
域は残りの半導体材料１２から−半導体材料１２もしくは半導体ウェーハ１４の
厚変動に応じて−さまざまな程度に突出する。開口１０を生成するために酸化膜
角錐は、酸化膜２６の不均質部２８もしくは弱化部の刳り貫きに基づいて開口１
０が生成するまで、慎重にエッチングされる。図４ａでは酸化膜２６の先端が下
面１８から約４マイクロメートル突出している。図４ｂでは先端が下面１８から
約６マイクロメートル突出しており、これは一層長いエッチングによって生じた
ものである。この措置によって半導体材料１２もしくは半導体ウェーハ１４の膜
変動が事実上シミュレートされる。図４ｃ、ｄにはその上にあるアレイ４ａ、ｂ
の各１つの逆角錐３０が拡大して示してあり、酸化膜２６の慎重なエッチングに
よって１６０ｎｍ範囲内の開口１０が生成されている。この例では異なるエッチ
ング速度によって半導体ウェーハ１４の約２マイクロメートルの厚変動がシミュ
レートされているのではあるが、図４ａ、ｃの事例において開口１０の寸法は事
例４ｂ、ｄに比較して事実上違いがない。こうして、本発明による方法に従って
製造される開口１０が開口１０の寸法設計に関してきわめて再現可能であり、特
に半導体ウェーハ１４の厚変動にかかわりなく製造可能であることは、実験でも
証明された。
アレイの走査形電子顕微鏡写真が図４に示してある。くぼみ２０が均一な横方向
距離で位置決めされた角錐アレイはすでに述べたように酸化されエッチングされ
て露出され、酸化膜２６の底部領域２４が存在することになり、これらの底部領
域は残りの半導体材料１２から−半導体材料１２もしくは半導体ウェーハ１４の
厚変動に応じて−さまざまな程度に突出する。開口１０を生成するために酸化膜
角錐は、酸化膜２６の不均質部２８もしくは弱化部の刳り貫きに基づいて開口１
０が生成するまで、慎重にエッチングされる。図４ａでは酸化膜２６の先端が下
面１８から約４マイクロメートル突出している。図４ｂでは先端が下面１８から
約６マイクロメートル突出しており、これは一層長いエッチングによって生じた
ものである。この措置によって半導体材料１２もしくは半導体ウェーハ１４の膜
変動が事実上シミュレートされる。図４ｃ、ｄにはその上にあるアレイ４ａ、ｂ
の各１つの逆角錐３０が拡大して示してあり、酸化膜２６の慎重なエッチングに
よって１６０ｎｍ範囲内の開口１０が生成されている。この例では異なるエッチ
ング速度によって半導体ウェーハ１４の約２マイクロメートルの厚変動がシミュ
レートされているのではあるが、図４ａ、ｃの事例において開口１０の寸法は事
例４ｂ、ｄに比較して事実上違いがない。こうして、本発明による方法に従って
製造される開口１０が開口１０の寸法設計に関してきわめて再現可能であり、特
に半導体ウェーハ１４の厚変動にかかわりなく製造可能であることは、実験でも
証明された。
【００４２】 開口センサを製造するための個々の方法ステップが図５に概略示してある。逆
角錐３０のエッチング過程の定義と帰結が図５ａに示してある。図５ｂではカン
チレバー構造もしくは曲げ梁構造が、再度酸化され前処理された半導体ウェーハ
１４に転写される。図５ｃによれば曲げ梁もしくはカンチレバーの周囲が沈降さ
れており、残存する酸化膜２６はくぼみ２０の領域を除いて除去されている。図
５ｄは半導体ウェーハ１４の平面図であり、図５ｅによれば第２半導体ウェーハ
１４の酸化膜中に保持要素が定義される。図５ｆによれば、異方性エッチングに
よって、枠内で固定される保持要素が生成される。図５ｇは第２半導体ウェーハ
の平面図である。両方の半導体ウェーハがどのように組立てられ、窒化ケイ素膜
がどのように備えられるのかが図５ｈに断面図で示してある。図５ｉは異方性エ
ッチング工程による基板からの曲げ梁もしくはカンチレバーの分離を示す。窒化
ケイ素膜が除去される。アルミニウムを使った金属化工程が製造工程を終了させ
る。
角錐３０のエッチング過程の定義と帰結が図５ａに示してある。図５ｂではカン
チレバー構造もしくは曲げ梁構造が、再度酸化され前処理された半導体ウェーハ
１４に転写される。図５ｃによれば曲げ梁もしくはカンチレバーの周囲が沈降さ
れており、残存する酸化膜２６はくぼみ２０の領域を除いて除去されている。図
５ｄは半導体ウェーハ１４の平面図であり、図５ｅによれば第２半導体ウェーハ
１４の酸化膜中に保持要素が定義される。図５ｆによれば、異方性エッチングに
よって、枠内で固定される保持要素が生成される。図５ｇは第２半導体ウェーハ
の平面図である。両方の半導体ウェーハがどのように組立てられ、窒化ケイ素膜
がどのように備えられるのかが図５ｈに断面図で示してある。図５ｉは異方性エ
ッチング工程による基板からの曲げ梁もしくはカンチレバーの分離を示す。窒化
ケイ素膜が除去される。アルミニウムを使った金属化工程が製造工程を終了させ
る。
【００４３】 本発明による方法に従って製造される開口は多種多様なマイクロ機械部品を実
現するための出発点として利用することができる。開口寸法が適切にかつ再現可
能に、例えばアレイにおいて調整することができるので、例えば多数の開口１０
を篩状に配置して粒子を分粒するための応用が可能である。同様にこれらの開口
１０は医学、生物学および化学においてごく微量の気体量または液体量等を注入
するのに利用することができる。他の重要な応用事例はセンサ技術に見ることが
できる。
現するための出発点として利用することができる。開口寸法が適切にかつ再現可
能に、例えばアレイにおいて調整することができるので、例えば多数の開口１０
を篩状に配置して粒子を分粒するための応用が可能である。同様にこれらの開口
１０は医学、生物学および化学においてごく微量の気体量または液体量等を注入
するのに利用することができる。他の重要な応用事例はセンサ技術に見ることが
できる。
【００４４】 開口が曲げ梁プローブ（カンチレバー）の中空先端内に一体化される場合、こ
れは多種多様な物理的、化学的パラメータを走査型プローブ顕微鏡検査において
測定するためのさまざまなプローブを実現するための出発素子として利用するこ
とができる。カンチレバープローブは片側を固定された曲げ梁であり、梁の末端
に一体化された先端を有し、多種多様な環境、例えば空気、真空、液体内で試料
表面のトポグラフィー、付加的物理的および／または化学的特性を調べるために
被検試料表面にわたって先端が走査される。
れは多種多様な物理的、化学的パラメータを走査型プローブ顕微鏡検査において
測定するためのさまざまなプローブを実現するための出発素子として利用するこ
とができる。カンチレバープローブは片側を固定された曲げ梁であり、梁の末端
に一体化された先端を有し、多種多様な環境、例えば空気、真空、液体内で試料
表面のトポグラフィー、付加的物理的および／または化学的特性を調べるために
被検試料表面にわたって先端が走査される。
【００４５】 中空先端の微小開口は、例えば、走査型近接場光顕微鏡検査（ＳＮＯＭ）に基
づいて光学表面特性を調べるために利用することができる。穴もしくは開口を担
持した先端はカンチレバー内に一体化しておくことができ、または素子として光
学繊維に貼付けておくことができる。光学特性を向上するために尖端状開口は細
い金属先端で補強することができる。開口を有するくぼみは同じ目的のために、
例えばＳＮＯＭを利用して並行写真撮影または並行データ記憶のために並行作業
を達成するために、曲げ梁または平面基板内に列および行ごとに配置することも
できる。
づいて光学表面特性を調べるために利用することができる。穴もしくは開口を担
持した先端はカンチレバー内に一体化しておくことができ、または素子として光
学繊維に貼付けておくことができる。光学特性を向上するために尖端状開口は細
い金属先端で補強することができる。開口を有するくぼみは同じ目的のために、
例えばＳＮＯＭを利用して並行写真撮影または並行データ記憶のために並行作業
を達成するために、曲げ梁または平面基板内に列および行ごとに配置することも
できる。
【００４６】 材料で上から被覆された先端が下面１８からやはり被覆される場合、こうして
微小コンタクトを実現することができ、これらのコンタクトは実質的に開口１０
の寸法を有する。この種のコンタクトは、先端内に一体化されたセンサ素子用に
多面的に利用することができる。代表的１例は、局所温度測定するための熱電対
として利用可能な金属／金属コンタクトまたは金属／半導体コンタクトである。
微小コンタクトを実現することができ、これらのコンタクトは実質的に開口１０
の寸法を有する。この種のコンタクトは、先端内に一体化されたセンサ素子用に
多面的に利用することができる。代表的１例は、局所温度測定するための熱電対
として利用可能な金属／金属コンタクトまたは金属／半導体コンタクトである。
【００４７】 酸化膜２６の先端が下面１８の方から金属膜を備えられる場合、金属膜の厚さ
に依存して酸化膜開口を上側で閉鎖することができる。しかし先端領域では微小
容器はアトリットルのオーダに留まる。この金属膜を周囲に対して電気的に絶縁
するために絶縁薄膜、例えば窒化ケイ素または酸化ケイ素が曲げ梁の裏面から蒸
着される。こうしてセンサは液体環境中で作動させることができ、前側金属先端
にのみ存在するガルヴァーニ電流は絶縁金属膜を利用して測定することができる
。これらのプローブは例えばやはり先端内に一体化することができ、走査型電気
化学顕微鏡検査（ＳＥＣＭ）に基づいて表面を電気化学的に調べるためのプロー
ブとして利用することができる。
に依存して酸化膜開口を上側で閉鎖することができる。しかし先端領域では微小
容器はアトリットルのオーダに留まる。この金属膜を周囲に対して電気的に絶縁
するために絶縁薄膜、例えば窒化ケイ素または酸化ケイ素が曲げ梁の裏面から蒸
着される。こうしてセンサは液体環境中で作動させることができ、前側金属先端
にのみ存在するガルヴァーニ電流は絶縁金属膜を利用して測定することができる
。これらのプローブは例えばやはり先端内に一体化することができ、走査型電気
化学顕微鏡検査（ＳＥＣＭ）に基づいて表面を電気化学的に調べるためのプロー
ブとして利用することができる。
【００４８】 切刃状先端構造を有する酸化膜構造を製造する場合、酸化膜の先端もしくは底
部領域２４に、場合によっては２つの開口をエッチングすることができる。その
際、両方の開口１０は酸化膜ランドによって相互に分離されている。この微小ラ
ンドは他の材料、例えば金属、半導体材料、有機材料等で被覆することができる
。こうして梁状微小電気導体を簡単に製造することができる。この配置は、導体
路の温度依存抵抗を局所試料温度の測定に利用することによって、例えば走査型
サーマルプローブ顕微鏡検査（ＳＴｈＭ）用に利用することができる。
部領域２４に、場合によっては２つの開口をエッチングすることができる。その
際、両方の開口１０は酸化膜ランドによって相互に分離されている。この微小ラ
ンドは他の材料、例えば金属、半導体材料、有機材料等で被覆することができる
。こうして梁状微小電気導体を簡単に製造することができる。この配置は、導体
路の温度依存抵抗を局所試料温度の測定に利用することによって、例えば走査型
サーマルプローブ顕微鏡検査（ＳＴｈＭ）用に利用することができる。
【００４９】 酸化膜２６の残部の先細側にプラトー構造を有する酸化膜構造が製造される場
合、場合によっては４つの開口を酸化膜２６の先端にエッチングすることができ
る。４つの開口は十字形酸化膜構造によって相互に分離されている。この微小十
字は次に他の材料、例えば金属、半導体材料、有機材料等で被覆することができ
、磁場を測定するための微小中空プローブとして使用することができる。同様に
、平面基板上の開口１０の行列状配置、または構造化表面、例えばカンチレバー
上の先端もしくは底部領域２４の行列状配置を、厳密に配量されたごく微量の液
体の注入用に利用する可能性がある。
合、場合によっては４つの開口を酸化膜２６の先端にエッチングすることができ
る。４つの開口は十字形酸化膜構造によって相互に分離されている。この微小十
字は次に他の材料、例えば金属、半導体材料、有機材料等で被覆することができ
、磁場を測定するための微小中空プローブとして使用することができる。同様に
、平面基板上の開口１０の行列状配置、または構造化表面、例えばカンチレバー
上の先端もしくは底部領域２４の行列状配置を、厳密に配量されたごく微量の液
体の注入用に利用する可能性がある。
【００５０】 全体として本発明の利点は、酸化膜２６の各先端もしくは各底部領域２４に、
製造されるべき開口１０の寸法を適切に決定することのできる方法が開発された
ことにある。これは、先端の酸化膜２６内、すなわち最大曲率の領域内の応力に
よって、局所的に定義された高いエッチング速度が実現可能であることによって
成就される。こうして、先端もしくは底部領域２４の領域内のエッチング酸化膜
厚はエッチング時間を特別に選択することによって決定することができ、半導体
ウェーハ１４の厚変動が開口１０の寸法に影響することはない。
製造されるべき開口１０の寸法を適切に決定することのできる方法が開発された
ことにある。これは、先端の酸化膜２６内、すなわち最大曲率の領域内の応力に
よって、局所的に定義された高いエッチング速度が実現可能であることによって
成就される。こうして、先端もしくは底部領域２４の領域内のエッチング酸化膜
厚はエッチング時間を特別に選択することによって決定することができ、半導体
ウェーハ１４の厚変動が開口１０の寸法に影響することはない。
【図１】 異方性エッチングされた溝構造と被着された酸化膜との横断面
図である。
図である。
【図２】 酸化膜が７５ｎｍだけエッチングされたのちの図１の酸化済み
溝構造の拡大横断面図である。
溝構造の拡大横断面図である。
【図３】 （ａ）エッチング後の酸化膜の先端の略示図であり、半導体ウ
ェーハの仮定された厚差が自由酸化膜先端をもたらし、これらの先端は残りの半
導体材料からさまざまな程度に突出しているが、しかし約１５０ｎｍの同一寸法
の開口を有する。（ｂ）エッチング後の酸化膜の先端の略示図であり、半導体ウ
ェーハの仮定された厚差が自由酸化膜先端をもたらし、これらの先端は残りの半
導体材料からさまざまな程度に突出しているが、しかし約１５０ｎｍの同一寸法
の開口を有する。（ｃ）金属化工程の実施によって縮小した開口を略示図で示す
。
ェーハの仮定された厚差が自由酸化膜先端をもたらし、これらの先端は残りの半
導体材料からさまざまな程度に突出しているが、しかし約１５０ｎｍの同一寸法
の開口を有する。（ｂ）エッチング後の酸化膜の先端の略示図であり、半導体ウ
ェーハの仮定された厚差が自由酸化膜先端をもたらし、これらの先端は残りの半
導体材料からさまざまな程度に突出しているが、しかし約１５０ｎｍの同一寸法
の開口を有する。（ｃ）金属化工程の実施によって縮小した開口を略示図で示す
。
【図４】 すべての方法ステップが実施された酸化済み逆角錐アレイの走
査形電子顕微鏡写真であって、（ａ）酸化膜先端が残りの半導体材料から約４マ
イクロメートル突出している。（ｂ）半導体材料のエッチングが一層長いので先
端が約６マイクロメートルだけ突出する。これにより、半導体ウェーハの厚差が
いわばシミュレートされた。（ｃ）図４（ａ）に示す下側にあるアレイの逆角錐
の最も外側の先端の拡大図である。（ｃ）及び（ｄ）では開口は直径が約１６０
ｎｍであり、殆ど同一である。（ｄ）図４（ｂ）に示す下側にあるアレイの逆角
錐の最も外側の先端の拡大図である。
査形電子顕微鏡写真であって、（ａ）酸化膜先端が残りの半導体材料から約４マ
イクロメートル突出している。（ｂ）半導体材料のエッチングが一層長いので先
端が約６マイクロメートルだけ突出する。これにより、半導体ウェーハの厚差が
いわばシミュレートされた。（ｃ）図４（ａ）に示す下側にあるアレイの逆角錐
の最も外側の先端の拡大図である。（ｃ）及び（ｄ）では開口は直径が約１６０
ｎｍであり、殆ど同一である。（ｄ）図４（ｂ）に示す下側にあるアレイの逆角
錐の最も外側の先端の拡大図である。
【図５】 開口センサ製造のための個々の工程ステップを再び略示図で示
す。
す。
【図６】 公知の先行技術による開口生成の略示図である。
１０ 開口 １２ 半導体材料 １４ 半導体ウェーハ １６ 上面 １８ 下面 ２０ くぼみ ２２ 側壁 ２４ 底部領域 ２６ 酸化膜 ２８ 不均質部 ３０ 逆角錐 ３２ アレイ ３４ 内壁 ３６ 金属膜 ３８ 曲げ梁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 エグバート・オエスターシュールツェ ドイツ・Ｄ−34134・カッセル・コーバッ ヒャー・シュトラーセ・28 Ｆターム(参考） 5F043 AA02 AA31 BB02 BB22 GG05
Claims (23)
- 【請求項１】 上面（１６）と下面（１８）とを有する半導体ウェーハ（
１４）、例えば（１００）配向シリコンウェーハを用意するステップと、前記上
面（１６）の部分的エッチングによって前記半導体ウェーハ（１４）の前記上面
（１６）に、側壁（２２）を有するくぼみ（２０）を生成するステップとを含む
、半導体材料（１２）に開口（１０）を製造するための方法において、前記くぼ
み（２０）が、前記下面（１８）に向き合う閉じた底部領域（２４）を有し、こ
の底部領域が好ましくは特に凸面状または特に凹面状の角または稜または類似の
湾曲部を備えており、前記半導体材料（１２）の酸化によって少なくとも前記く
ぼみ（２０）の領域内で前記半導体材料（１２）上に酸化膜（２６）が被着され
、前記酸化膜（２６）が少なくとも前記底部領域（２４）内に不均質部（２８）
を有し、少なくとも前記底部領域（２４）内にある前記酸化膜（２６）が露出す
るまで前記半導体ウェーハ（１４）の前記下面（１８）で前記半導体材料（１２
）が選択的にエッチバックされ、露出した前記酸化膜（２６）が少なくともその
刳り貫きに至るまでエッチングされることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記くぼみ（２０）が、逆角錐（３０）またはＶ形溝また
は逆角錐台の形状、またはプラトー形状を有することを特徴とする、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 多数の前記くぼみ（２０）が、例えばアレイ（３２）の態
様で、前記半導体ウェーハ（１４）の前記上面（１６）に生成されることを特徴
とする、請求項１または２のいずれかに記載の方法。 - 【請求項４】 前記酸化膜（２６）が前記底部領域（２４）内に不均質部
として単数または複数の弱化部または先細部を有することを特徴とする、請求項
１から３のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項５】 前記酸化膜（２６）が刳り貫き後に、特にアルミニウムで
、金属化工程にかけられることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に
記載の方法。 - 【請求項６】 前記開口（１０）の平均直径が約１００ｎｍ以下のオーダ
であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項７】 前記くぼみ（２０）が異方性エッチングによって生成され
ることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項８】 好ましくは湿潤大気中で前記半導体ウェーハ（１４）を約
９００℃で約２時間加熱することによって前記酸化膜（２６）が生成されること
を特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項９】 前記半導体材料（１２）の選択エッチバックが、等方性ま
たは異方性エッチングで、例えば特に約４０重量％のＫＯＨ溶液を用いて好まし
くは約６０℃において行われることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１
項に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記半導体材料（１２）の選択エッチバックは、好まし
くは実質すべてまたは少なくとも多数の前記くぼみ（２０）内で前記酸化膜（２
６）が露出するまで行われることを特徴とする、請求項３から９のいずれか１項
に記載の方法。 - 【請求項１１】 露出した前記酸化膜（２６）のエッチングが、特に緩衝
剤１：水１６のフッ化アンモニウム緩衝剤を使って実施されることを特徴とする
、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記開口（１０）の寸法が、実質的に、前記酸化膜（２
６）の刳り貫き後に前記酸化膜のエッチング時間によって大きい値の方に変更可
能であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記くぼみ（３０）が切刃状もしくはプラトー状に先細
に構成されており、特に前記くぼみごとに２ないし４つの前記開口（１０）が製
造されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１４】 請求項１から１３のいずれか１項に記載された方法に従
って製造された半導体材料（１２）の開口（１０）において、前記半導体材料（
１２）の貫通部の内壁（３４）にある酸化膜（２６）によって前記開口（１０）
が形成されていることを特徴とする開口。 - 【請求項１５】 半導体膜および／または有機材料膜および／または金属
膜（３６）、特にアルミニウム膜が、前記酸化膜（２６）に被着されていること
を特徴とする、請求項１４に記載の半導体材料の開口。 - 【請求項１６】 前記酸化膜（２６）が前記半導体材料（１２）の酸化膜
で形成されていることを特徴とする、請求項１４または１５のいずれかに記載の
開口。 - 【請求項１７】 前記開口（１０）を有する前記半導体材料（１２）が、
特に、片側を固定された曲げ梁（３８）の、特にいわゆるカンチレバーの、前側
領域に一体化されていることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか１項
に記載された開口の使用。 - 【請求項１８】 前記曲げ梁（３８）が個々に、または多数の前記曲げ梁
（３８）が行列状配置で、単数もしくは複数のセンサ素子として利用されること
を特徴とする、請求項１７に記載の使用。 - 【請求項１９】 単数または複数の前記曲げ梁（３８）が走査型プローブ
顕微鏡検査においてセンサ素子として利用されることを特徴とする、請求項１７
または１８のいずれかに記載の使用。 - 【請求項２０】 光透明度の特別劣る薄膜の堆積によって単数または複数
の前記曲げ梁（３８）が同時的走査型力顕微鏡検査（ＡＦＭ、ＳＦＭ）または走
査型近接場光顕微鏡検査（ＳＮＯＭ）用に利用され、前記半導体ウェーハ（１４
）の前記上面（１６）から前記開口（１０）を照明して前記開口（１０）が光近
接場領域内で微小光源として利用され（いわゆる照明モード）、または照明され
た試料の光出力が前記開口（１０）を通して記録される（いわゆる集束モード）
ことを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の使用。 - 【請求項２１】 金属、半導体、高分子等の材料を前記曲げ梁（３８）の
前記上面（１６）および／または前記下面（１８）に逐次堆積させることによっ
て前記開口（１０）の箇所に材料の微小接触箇所が得られることを特徴とする、
請求項１７または１８のいずれかに記載の使用。 - 【請求項２２】 カンチレバー等の平面基板もしくは構造化表面上の例え
ばアレイ（３２）の態様の複数の前記開口（１０）の行列状配置が、篩の方式で
粒子を分粒するのに利用されることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれ
か１項に記載された開口（１０）の使用。 - 【請求項２３】 カンチレバー等の平面基板または構造化表面上の単数ま
たは複数の前記開口（１０）の特に行列状配置が、ごく微量の厳密な液体量また
は気体量を配量および／または注入するのに利用されることを特徴とする、請求
項１４から１６のいずれか１項に記載された開口（１０）の使用。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19841909 | 1998-09-12 | ||
| DE19841909.0 | 1999-06-11 | ||
| DE19926601.8 | 1999-06-11 | ||
| DE19926601A DE19926601B4 (de) | 1998-09-12 | 1999-06-11 | Apertur in einem Halbleitermaterial sowie Herstellung der Apertur und Verwendung |
| PCT/EP1999/006685 WO2000015544A1 (de) | 1998-09-12 | 1999-09-10 | Apertur in einem halbleitermaterial sowie herstellung der apertur und verwendung |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002524295A true JP2002524295A (ja) | 2002-08-06 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000570089A Withdrawn JP2002524295A (ja) | 1998-09-12 | 1999-09-10 | 半導体材料における開口及びその製造方法並びにその使用 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2002524295A (ja) |
| WO (1) | WO2000015544A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021501041A (ja) * | 2017-09-22 | 2021-01-14 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 原子層堆積及びエッチングを使用してポア径を縮小させるための方法 |
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| DE10236149A1 (de) * | 2002-08-05 | 2004-02-26 | Universität Kassel | Verfahren zur Herstellung einer eine schmale Schneide oder Spitze aufweisenden Struktur und mit einer solchen Struktur versehener Biegebalken |
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| EP2926197A4 (en) | 2012-10-29 | 2016-09-07 | Univ Northwestern | PROJECTED AND HEAT-ACTIVATED LITHOGRAPHY SYSTEMS AND METHODS |
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| JP3253683B2 (ja) * | 1992-07-14 | 2002-02-04 | 株式会社東芝 | 電界放出型冷陰極板の製造方法 |
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1999
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- 1999-09-10 JP JP2000570089A patent/JP2002524295A/ja not_active Withdrawn
- 1999-09-10 WO PCT/EP1999/006685 patent/WO2000015544A1/de active Application Filing
- 1999-09-10 US US09/786,966 patent/US6794296B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| JP2021501041A (ja) * | 2017-09-22 | 2021-01-14 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 原子層堆積及びエッチングを使用してポア径を縮小させるための方法 |
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