JP2003536273A - エッチング阻止層システム - Google Patents

エッチング阻止層システム

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Abstract

(57)【要約】 単結晶シリコン基板上のＳｉＧｅ単結晶エッチング阻止物質システムが提供される。このエッチング阻止物質システムは、正確な組成では変化し得るが、ドーピングされたまたはドーピングされていないＳｉ1-xＧｅx合金（ｘは一般に０．２〜０．５）である。その厚さ方向に横切って、エッチング阻止物質自身が均一な組成を有する。本発明のエッチング阻止物は、シリコン基板とＳｉＧｅエッチング阻止物質との間に漸変組成のバッファを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、単結晶シリコン上でのエッチング阻止材料システムの分野に関する
。
【０００２】 （背景技術） マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）は、従来のマイクロエレクトロニクス
と物理的世界との間の橋渡しをする。ＭＥＭＳには、センサ、アクチュエータ、
化学反応器、薬剤デリバリーシステム、タービン、及び表示技術などのさまざま
な装置が含まれる。全てのＭＥＭＳの心臓部には、シリコンやその他の電子材料
を用いて「マイクロ機械加工」された（膜、片持ち梁、橋、アーム、チャンネル
、あるいは格子などの）物理的構造が存在する。ＭＥＭＳは、関連するマイクロ
エレクトロニクスとほぼ同サイズ規模であり、理想的には、この関連するマイク
ロエレクトロニクスと完全に集積化されるので、ＭＥＭＳは、マイクロエレクト
ロニクス産業と同一の材料、工程、装置、及び技術を利用すべきである。シリコ
ンの加工技術は、既に超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）に関して広範囲に開発され
ているので、シリコンはマイクロ機械加工の主要な材料である。シリコンは、ま
た、半導体材料を構成するのに機械的に優れており、他の電子材料では、シリコ
ンほど完全に研究された材料は何ら存在しない。
【０００３】 マイクロ機械加工されたシリコン素子の幅広のアレイは、硼素濃度の高い「エ
ッチング阻止」層を、エチレンジアミンとピロカテコールの水溶液（ＥＤＰ）、
水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、またはヒドラジン（Ｎ2Ｈ2）などの異方性ウ
ェットエッチング剤と組み合わせて使用することにより製作される。エッチ選択
性を、他の材料より早くエッチングできる材料の優先的なエッチングとして定義
し、遅いエッチング速度に対する速いエッチング速度の比として数量化する。選
択性は、１０19ｃｍ-3以上の硼素レベルで実現され、硼素濃度が増加するにつれ
て強くなる。
【０００４】 エッチング阻止物は、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）マイクロエレクトロニクス
に対する張り合わせ絶縁体上シリコン（ＢＥＳＯＩ）処理中にも用いられること
に注意すべきである。このエッチング阻止では、例えば物理的な大きさや欠陥な
どにおいてマイクロ機械加工のエッチング阻止とは多少異なる要求があるが、基
本的にはこれらは同一である。したがって、一つの適用領域での教示され開発さ
れたものは、他の領域でも影響を与えられ、またそうすべきである。特に、高速
エレクトロニクス用の基板としての応力緩和ＳｉＧｅ合金における進歩は、絶縁
体上のＳｉＧｅを作成する張り合わせ機構が、高速無線通信システムを構築する
ために望ましい処理であろうことを示唆している。
【０００５】 （発明の開示） したがって、本発明は、単結晶シリコン基板上のＳｉＧｅ単結晶エッチング阻
止物質システムを提供する。本エッチング阻止物質システムは、厳密な組成にお
いは変化し得るが、概略０．２から０．５の間のｘを有するドーピングしたまた
はドーピングしていないＳｉ1-xＧｅxである。厚さ方向の断面においては、エッ
チング阻止物質自身は均一な組成を有する。エッチング阻止物は、水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、エチレンジアミン／ピロカテコール／
ピラジン（ＥＤＰ）、ＴＭＡＨ、及びヒドラジン等のシリコンの水性異方性エッ
チング剤によるマイクロ機械加工に用いられる。例えば、片持ち梁をこのエッチ
ング阻止物質システムにより作成でき、その場合、これらのエッチング剤の一つ
に曝されることにより、その基板と周囲の物質から解放される。すなわち、「マ
イクロ機械加工」される。これらの溶液は、一般的に、７×１０19ｃｍ-3より少
ない硼素を含有する全てのシリコン、あるいは、ほぼ１８より少ないｘを有する
ドーピングされていないＳｉ1-xＧｅx合金をエッチングする。
【０００６】 適度の濃度のゲルマニウムを用いて合金化したシリコンは、ドーピングされて
いない純粋のシリコンに比べて、優れた選択性、すなわちエッチング速度の差異
を有する。このことは、ゲルマニウムを添加してエネルギー帯構造を変化させる
ことに貢献する。さらに、Ｓｉ1-xＧｅx合金における非縮退ドーピングはエッチ
ング阻止動作に影響を及ぼすべきではない。
【０００７】 本発明のエッチング阻止物には、シリコン基板とＳｉＧｅエッチング阻止物質
との間の漸変組成バッファを用いることが含まれる。名称のように、このバッフ
ァは、基板とバッファの境界面にある純粋シリコンから、バッファとエッチング
阻止層の境界面（この境界面はなお相当な速度でエッチングできる）におけるゲ
ルマニウム、及び存在する場合はドーパント、の組成まで厚さ方向に直線的に変
化する組成を有している。ここで、この境界面のバッファ側からエッチング阻止
物質までのゲルマニウム濃度に戦略的な飛躍があり、それによりエッチング阻止
層のエッチング剤に対する耐性がかなり大きくなる。
【０００８】 本発明により、単結晶シリコン基板上で用いるための単結晶エッチング阻止層
が提供される。本発明の一実施の形態においては、このシステムは、実質的に応
力緩和されたＳｉ1-xＧｅxの漸変層と、実質的に応力緩和されたＳｉ1-yＧｅyの
均一なエッチング阻止層とを有する。本発明の他の実施の形態においては、この
システムは、実質的に応力緩和されたＳｉ1-xＧｅxの漸変層と、実質的に応力緩
和されたＳｉ1-yＧｅyの均一なエッチング阻止層と、張力を受けたＳｉ1-zＧｅz 層とを有する。本発明の更に他の実施の形態においては、このシステムは、実質
的に応力緩和されたＳｉ1-xＧｅxの漸変層と、実質的に応力緩和されたＳｉ1-y
Ｇｅyの均一なエッチング阻止層と、張力を受けたＳｉ1-zＧｅzの第２のエッチ
ング阻止層と、実質的に応力緩和されたＳｉ1-wＧｅw層とを有する。
【０００９】 本発明によれば、素子または層を集積化するための方法も提供される。この方
法には、実質的に応力緩和されたＳｉ1-xＧｅxの漸変層をＳｉ基板上に沈着させ
、実質的に応力緩和されたＳｉ1-yＧｅyの均一なエッチング阻止層を漸変バッフ
ァ上に沈着させ、エッチング素子層を解放するために基板と漸変バッファとの部
分をエッチングすることが含まれる。
【００１０】 本発明の他の実施の形態によれば、素子または層を集積化するための方法が提
供される。この方法には、実質的に応力緩和されたＳｉ1-xＧｅxの漸変層をＳｉ
基板上に沈着させ、実質的に応力緩和されたＳｉ1-yＧｅyの均一な第一のエッチ
ング阻止層を漸変バッファ上に沈着させ、張力を受けたＳｉ1-zＧｅzの第二のエ
ッチング阻止層を沈着させ、実質的に応力緩和されたＳｉ1-wＧｅw層を沈着させ
、第一のエッチング素子層を解放するために基板と漸変バッファとの部分をエッ
チングし、Ｓｉ1-zＧｅzの第二のエッチング素子層を解放するために残った漸変
バッファ部をエッチングすることが含まれる。
【００１１】 （発明を実施するための最良の形態） Ｓｉのマイクロ機械加工においてエッチング阻止物を形成する従来の方法また
はあるＳＯＩ処理においては、良好なエッチング阻止結果は、硼素が非常に高濃
度のときのみ得られ、シリコン結晶構造上でのドーパントの効果が非常に重要に
なる。シリコン原子の位置を、シリコンより小さな原子である硼素により置換す
ると、シリコン格子の収縮が起こる。ドーピングした格子は、ドーピングされて
いない基板の格子に対する凝集性を残すので、基板面中に二軸「格子不整合」応
力が発生する。この応力は、同一平面上のドーピングされた物質を二軸延伸させ
る。すなわち、弾性的に変形させる。単位格子のベースが変形するので、高さも
ポアソン（Ｐｏｉｓｓｏｎ）歪みによって変形する。したがって、Ｓｉ：Ｂ格子
は、それが水平方向に拡張するに従って垂直方向に収縮し、平衡値よりも小さな
垂直格子定数を導く。このＳｉ：Ｂの薄層にとって、このように材料が弾性的に
変形している、すなわち「仮像（ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ）」である、こと
はエネルギー的に有利である。
【００１２】 しかし、ドーピングされた層の厚さが成長するにつれて、それに比例して、弾
性的に膜を歪ませる代わりに転位を生じる方がエネルギー的に有利となる「臨界
厚さ」を層の厚さが超えるまで、膜の単位面積あたりの全歪みエネルギーが増大
する。転位ループは、膜表面または膜の縁で不均質に有核であり、成長する。そ
して、基板膜の界面の方に滑りを生じる。一つのループが界面に出会うと、二つ
の端部（それらは膜の厚みを横切るので、ここでは「糸状（スレディング：ｔｈ
ｅｒｅａｄｉｎｇ）」転位と呼ぶ）が互いに離間するように移動し続け、「不整
合」転位として知られる界面での線欠陥を残す。線欠陥は格子不整合応力を説明
する。そして、水平歪み及び垂直歪みを減少させ、平面内の格子定数及び垂直格
子定数を平衡値に回復させる。すなわち、材料を「応力緩和」させる。ダイアモ
ンド立方晶系または閃亜鉛鉱の基板上の低不整合で軽く歪んだエピタキシャル膜
に対しては、拡散や大部分のＣＶＤ工程に伴う高温のような、上昇した温度での
これらの結晶構造に対する｛１１１｝＜１１０＞の容易なスリップシステムのた
めに、直交＜１１０＞不整合転位の網目が最もありそうな構成である。
【００１３】 十分に量が多いときに、シリコンマイクロ構造上での異なる大きさの原子との
置換の効果は、硼素の置換の効果と同一である。もちろん、その影響力は、置換
する化学種の相対的な大きさと濃度とにより異なる。また、例えばゲルマニウム
などの、シリコンより大きな原子を組み込むことは、Ｓｉ：Ｂのような張力の生
じる状況をもたらすよりも、むしろ圧縮応力と圧縮歪みとをもたらす。
【００１４】 従来のエッチング阻止処理において高いエッチング速度の選択性を得るために
は、硼素の濃度を極めて高くする必要がある。硼素濃度を極めて高くすると、多
くのＭＥＭＳの用途において望ましい厚い膜中での転位の導入が導かれる。通常
拡散過程によりｐ++が生じるので、転位密度と硼素濃度とにそれぞれ傾きが存在
する。硼素濃度の傾き中でエッチングが停止するので、薄膜部は典型的には大き
な曲率を有し、この曲率は焼きなまし処理により補正される。さらに、エッチン
グ処理の選択性は硼素濃度に対して極めて敏感に反応する。硼素濃度が臨界的な
７×１０19ｃｍ-3より小さくなると、選択性は大きく変化する。このように、こ
の硼素濃度は溶解度の限界に近いので、縦及び横の次元でのドーパント濃度の変
動により、ＭＥＭＳ工程での歩留りが悪くなる。ＳｉＧｅエッチング阻止物によ
りドーパント濃度とエッチングの選択性との関連が立たれる。また、ＳｉＧｅ合
金は混和性の合金システムであるので、ＳｉとＧｅとの間の溶解度に完全な連続
性が存在する。
【００１５】 サイデル（Ｓｅｉｄｅｌ）他（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１３７
，ｐｐ．３６２１−３１（１９９０））に記載されたシリコンの異方性エッチン
グの理論は適切なモデルを広く考察している。なお、この理論はここで参照する
ことにより本願中に組み入れられる。絶対エッチング速度や溶解生成物等の細目
は異なる可能性があるが、全般的な概念は全ての異方性エッチング剤に対して有
効である。その理由は、異方性エッチング剤は全て水性のアルカリ溶液であり、
エッチング剤の寄与は、Ｈ2ＯやＯＨ-について最も詳細にモデル化されているこ
とである。事実、現在の文献は、エッチング剤間での一貫した振る舞いを示して
いる。
【００１６】 ｐ++Ｓｉ：Ｂ中でのエッチング速度の減少に関する初期の研究では、経験的な
データを越えた仮説は何ら提出されていない。エッチング阻止減少に対する二つ
の可能な説明が提案された。それらは、硼素の濃度が高いことによるより強い結
合と、硼素に基づいた不活性化層の形成とである。研究が蓄積されるに伴い、エ
ッチング速度の理論は、二つの確かな解決法のいずれかに沿って提案された。そ
の一方の電子的モデルは、エッチング速度の振る舞いをキャリアの動作に帰し、
他方の表面不活性化モデルは、エッチング速度の振る舞いを、直接に、シリコン
基板上への表面不活性化酸化物に基づいた層の形成に帰する。
【００１７】 他の者は、エッチング速度の減少は、正孔濃度に影響を受け、硼素の原子濃度
または応力には影響を受けないと結論付けた。彼らは、エッチング速度の減少が
、ほぼ３×１０19ｃｍ-3を超えた硼素濃度の増加の４乗に比例することを観察し
た。彼らの説明する酸化還元エッチング処理には４個の電子が必要であり、その
ことにより、彼らは、ｐ++物質中でのエッチング阻止効果を、正孔濃度が高いた
めに電子がオージェ再結合により失われる可能性が高いためであると説明する。
【００１８】 サイデル他は、電子再結合仮説に同意する。彼らは、縮退し始めるドーピング
レベルである２．２×１０19ｃｍ-3と一致するほぼ２〜３×１０19ｃｍ-3でエッ
チング速度が落ち始めることを観察した。縮退においては、フェルミレベルが荷
電子帯に落ち込み、バンドベンディング（ｂａｎｄ−ｂｅｎｄｉｎｇ）は、一原
子層の配列の厚さに限定される。エッチングに必要な、注入された電子は、この
ような狭いポテンシャルの井戸を通り抜けて、ｐ++のバルク結晶中で再結合する
ことが可能であり、この再結合によりエッチング反応が停止する。このエッチン
グ阻止の型における残りのエッチング速度は伝導帯電子によるものと考えられ、
この伝導帯電子の量は正孔、すなわち硼素、の濃度に逆比例する。４個の電子は
１個のシリコン原子をエッチングするのに必要である。このことにより、残りの
エッチング速度が硼素濃度の４乗に依存することが説明できる。
【００１９】 現場での偏光測定により、ＫＯＨ溶液中のｐ++Ｓｉ：Ｂ（２×１０20ｃｍ-3）
上のＳｉＯｘ表面不活性化層の形成が観察された。ｐ+‐Ｓｉの場合には、表面
に存在する多数の正孔が、薄い酸化物状の層を有する自然発生の表面不活性化を
引き起こす。この酸化物状の層は、熱酸化物のようには完全に網の目状になって
いないので、この層はより速くエッチングでき、この層を横切って反応体とエッ
チング生成物の移送がなお行われ、ある最終的な全体的なエッチング速度が導か
れる。高いドーパント濃度により生じた格子歪みにより、層の成長を大きくでき
る。さらに、エッチング速度の減少は、多量にドーピングされたｐ−シリコンお
よびｎ−シリコンの双方で生じるので、エッチング速度の減少はフェルミレベル
効果ではない。
【００２０】 チェン（Ｃｈｅｎ）他（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１４２，ｐ
．１７２（１９９５））は、上述した観察と仮説および彼ら自身の発見を復号電
気機械モデルに取り入れ、そこで、エッチング阻止は、高キャリア濃度下で酸化
膜の成長速度が高まることに起因するとした。キーとなるプロセスは、界面での
正孔により促進される酸化であり、この酸化は、Ｓｉ−Ｓｉ結合とヒドロキシ基
とに対する反応と競合することによりエッチングを阻止する。しかし、より重要
なのは、この酸化が、ＳｉＯｘバリヤを形成することによりエッチングを阻止す
ることである。ｐ++のシリコンにおいては、サイデル他により大要の述べられた
電子の動作の逆の動作として、エッチング阻止の動作をするのに十分な量の正孔
が供給される。すなわち、電子が、熱的に、ポテンシャルの井戸を回避するかバ
ルク結晶中へ突き抜ける代わりに、バルク結晶からの正孔が、ポテンシャル障壁
を熱的に克服ないし突き抜けて界面に至る。このエッチング阻止プロセスは動的
であることが認識できる。すなわち、このプロセスは、シリコンの溶解と形成お
よび酸化物上の層の溶解の競い合いであり、その最終的な結果はゼロでないエッ
チング速度である。
【００２１】 ゲルマニウムは、シリコンと等電位であり、シリコンに対して完全な混和性を
有し、かつシリコン中のドーパントや不純物よりもはるかに拡散し難いため、抗
エッチング添加物として魅力的である。さらに、シリコン−ゲルマニウム合金の
エピタキシーはシリコンの酸化物に関して選択性を有し、パターン化及び構造化
を容易にする。シリコン−ゲルマニウム合金エピタキシーは、ＭＥＭＳと共にモ
ノリシックに集積化される電子部品に対して高いキャリアの移動度をもたらしさ
えする。
【００２２】 現在のゲルマニウムに基づいたエッチング阻止システムは、せいぜいシリコン
のマイクロ機械加工に限定的にのみ適したものである。ゲルマニウムを用いるこ
とに関する上述した利点にもかかわらず、現在、シリコン−ゲルマニウム物質中
でのエッチング阻止効果に関して不適切な理解が存在し、高ゲルマニウム含有率
固溶体の異方性エッチングに関する情報は存在しない。
【００２３】 純粋ゲルマニウムに対する多くの等方性エッチング剤が存在する。これらの全
てに対して共通に、ＨＮＯ3またはＨ2Ｏ2などの酸化剤、および酸化物除去のた
めのＨＦまたはＨ3ＰＯ4などの錯化剤が存在する。初期の研究は、商業的に利用
可能なＨ2Ｏ2−ＨＦ配合である「Ｓｕｐｅｒｏｘｏｌ」などの溶液による等方性
ゲルマニウムエッチングに関してなされた。更に最近では、ＨＮＯ3，ＨＮＯ2，
ＨＦ，Ｈ2ＳＯ4，Ｈ2ＳＯ2，ＣＨ3ＣＯＯＨ，Ｈ2Ｏ2およびＨ2Ｏの種々の組み合
わせに関して研究がなされている。
【００２４】 事実、相対的な酸化速度または酸化物溶解速度の相違により、これらの組成物
の幾つかは、シリコン上のゲルマニウムまたはシリコンゲルマニウム合金を選択
的にエッチングする。しかし、一つのエッチング剤のみがこの研究題目に関する
逆の優位性を示している。すなわち、７５℃で１００％のＮＨ4ＯＨは２．５μ
ｍ／ｈｒでポリシリコンを直接侵蝕するが、ポリゲルマニウムに対しては６６０
Å／ｈｒで侵蝕する。不幸なことに選択度はほぼ３７だけに過ぎず、シリコンに
対するエッチング速度は実用できないほど遅い。エッチングは等方性であり、マ
イクロ機械加工での有用性が限定されてしまう。
【００２５】 シリコン中での高いゲルマニウム濃度に関する以前の結果も同様にマイクロ機
械加工に関して失望させるものである。シャング（Ｓｈａｎｇ）他（Ｊ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１４１，ｐ．５０７（１９９４））は、ＫＯＨ−ｐ
ｒｏｐａｎｏｌ−Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7水溶液中での応力緩和され転位したＳｉ0.7Ｇｅ0. 3 ：Ｂ（１０19ｃｍ-3）に対して選択度６を得た。シャング他はここで参照する
ことにより本願に組み入れられる。ジ（Ｙｉ）他（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓ
ｙｍ．Ｐｒｏｃ．３７７９，ｐ．９１（１９９５））は、１０％以上のゲルマニ
ウム合金に対して７０℃で１０００以上の選択度を備えた新規なＮＨ4ＮＯ3−Ｎ
Ｈ4ＯＨエッチング剤を開発した。この混合物は純粋ゲルマニウムをエッチング
しないが、純粋シリコンを５．６７μｍ／ｈｒでエッチングする。このエッチン
グ速度は、マイクロ機械加工の目的に対しては劣った速度である。両システムと
も等方性である。
【００２６】 Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3：Ｂ膜を臨界厚さに保持することにより、シャングのチームは
、同じＫＯＨ−ｐｒｏｐａｎｏｌ−Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7溶液中での選択度をほぼ４０ま
で改善した。ナロズニー（Ｎａｒｏｚｎｙ）他（ＩＥＥＥ ＩＥＤＭ（１９８８
）５６３）は、このような「歪み選択」配合を最初に用いた。しかし、彼らは、
（１０18ｃｍ-3の硼素でドーピングした３０％ゲルマニウムに対して）選択度２
０を実現したに過ぎず、また純粋シリコン26に対して室温で遅いエッチング速度
１．５μｍ／ｈｒを実現したに過ぎない。シャング他とナロズニー他の結果は、
十分に確立された硼素のエッチング阻止能力から簡単に得られたかもしれないが
、ゴッドベイ（Ｇｏｄｂｅｙ）他（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６，ｐ．
３７４（１９９０））は、ドーピングされていないＳｉ0.7Ｇｅ0.3を用いて選択
度１７を得た。歪み選択エッチング剤に関するどの論文も選択性に対する説明を
提供していない。
【００２７】 多くのＭＥＭＳ構造が典型的なＶＬＳＩの大きさに比べてかなり大きくなり得
るので、不十分なエッチング速度は重大な不利な点である。さらに、歪み選択性
エッチング剤に曝されるＭＥＭＳは臨界厚さよりも薄くなければならないであろ
う。しかし、仮像構造が解放されてその歪みが応力緩和されたときに、選択性は
劣化する。犠牲歪みエッチング阻止層を使用することができ、そのとき追加的な
処理工程と設計上の制約が課される。しかし、犠牲歪みエッチング阻止層は、現
在の酸化物／窒化物犠牲層に勝る利点を少なくとも提供するであろう。すなわち
、単結晶性を犠牲歪みエッチング阻止層上に継続でき、かつ酸化物に関してシリ
コン−ゲルマニウムが選択性を有するので、設計／パターニングの自由度が得ら
れる。
【００２８】 研究者の間で合意されていることは、ゲルマニウムが低濃度であると、ＫＯＨ
やＥＤＰのような異方性エッチング剤中でのエッチング阻止効果は、ほとんどあ
るいは完全に得られないというものであった。１２％のゲルマニウムまで、サイ
デル他は、エッチング速度の重要な抑制を何ら発見しなかった。２％のゲルマニ
ウムで歪み補償したｐ++層は、ゲルマニウムを有しない層との間に何の顕著な相
違も示さなかった。ゲルマニウムを埋め込むことにより、フェイジョー（Ｆｅｉ
ｊｏｏ）他（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１３９，ｐｐ．１３１２−
１３（１９９２））は、ほぼ０．６％のピーク濃度を有する吸収線量に対応して
、８０℃でＥＤＰ中に１２〜２４の最大選択度を得た。
【００２９】 フィン（Ｆｉｎｎｅ）他（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１４、ｐ
．９６９（１９６７））は、しかし、非常に小さい０．０５のｘを有するＳｉ１
−ｘＧｅｘ固溶体はエチレンジアミン−ピロカテコール−水（ＥＰＷ）溶液中で
エッチングしなかったことを観察した。この相違点は、＜１１１＞方向へのエッ
チングが極めて遅いため正確な測定が困難な｛１１１｝ウエハーを使用したこと
が原因であるかもしれない。異方性媒体中でのゲルマニウムに富んだ合金に関し
ては、これ以外の情報は報じられていない。
【００３０】 多くの刊行物中でのエッチング阻止剤としてのゲルマニウムの顕著な非有用性
に対応して、検出された限定的な選択性の原因に関する議論はほとんどなされて
いない。セイダル他は、大量にドーピングした硼素のエッチング阻止物に対する
彼らのモデルは、ゲルマニウムがシリコンに対して等電子であるため、ゲルマニ
ウムに対しては適用できないと注意している。彼らは、その代わり、エッチング
速度のわずかな減少は、エネルギー帯構造における変化によるものか、あるいは
再結合の中心として作用する不整合転位などの格子欠陥の極めて高い集中の結果
であると仮定している。
【００３１】 本発明は、単結晶シリコン基板上でのＳｉＧｅ単結晶エッチング阻止物質シス
テムを提供する。このエッチング阻止物質システムは、厳密な組成においては変
化し得るが、概略０．２から０．５の間のｘを有するドーピングされたあるいは
ドーピングされていないＳｉ1-xＧｅxである。厚さ方向を横切ってこのエッチン
グ阻止物質自体が均一な組成を有してる。このエッチング阻止物は水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、エチレンジアミン／ピロカテコール／
ピラジン（ＥＤＰ）、ＴＭＡＨ、及びヒドラジン等のシリコンの水性異方性エッ
チング剤によるマイクロ機械加工に用いられる。例えば、片持ち梁をこのエッチ
ング阻止物質システムにより作成でき、その場合、これらのエッチング剤の一つ
に曝されることにより、その基板と周囲の物質から解放される。すなわち、「マ
イクロ機械加工」される。これらの溶液は、一般的に、７×１０19ｃｍ-3より少
ない硼素を含有する全てのシリコン、あるいは、ほぼ１８より少ないｘを有する
ドーピングされていないＳｉ1-xＧｅx合金をエッチングする。
【００３２】 かくして、適度の濃度のゲルマニウムを用いて合金化したシリコンは、ドーピ
ングされていない純粋のシリコンに比べて、優れた選択性、すなわちエッチング
速度の差異を有する。このことは、ゲルマニウムを添加してエネルギー帯構造を
変化させることに貢献する。さらに、Ｓｉ1-xＧｅx合金における非縮退ドーピン
グはエッチング阻止動作に影響を及ぼすべきではない。
【００３３】 本発明のエッチング阻止物には、シリコン基板とＳｉＧｅエッチング阻止物質
との間の漸変組成バッファを用いることが含まれる。名称のように、このバッフ
ァは、基板とバッファの境界面にある純粋シリコンから、バッファとエッチング
阻止層の境界面（この境界面はなお相当な速度でエッチングできる）におけるゲ
ルマニウム、及び存在する場合はドーパント、の組成まで厚さ方向に直線的に変
化する組成を有している。ここで、この境界面のバッファ側からエッチング阻止
物質までのゲルマニウム濃度に戦略的な飛躍があり、それによりエッチング阻止
層のエッチング剤に対する耐性がかなり大きくなる。例えば、バッファはＳｉ0. 85 Ｇｅ0.15まで程度を上げることができ、その後Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3の均一なエッチ
ング阻止層に飛躍できる。名目上、バッファにおける組成の傾きは５〜１０％Ｇ
ｅ／μｍであり、Ｇｅ濃度の飛躍は５〜１５相対原子パーセントＧｅである。バ
ッファとエッチング阻止物質とは、化学気相反応法（ＣＶＤ）や分子線エピタキ
シー（ＭＢＥ）などにより、標準的なシリコン基板上にエピタキシャルに沈着さ
れる。上例においては、ゲルマニウム濃度によりエッチング阻止動作が導かれ、
したがってエッチング阻止物へのドーピング濃度は、エッチングの選択性に影響
を及ぼすことなく、独立に変化させ得ることに注意すべきである。
【００３４】 エッチング阻止動作における結晶欠陥の効果に関しては、Ｓｉ1-xＧｅx合金を
用いた本発明によれば、結晶欠陥の影響は最小である。漸変バッファを用いるこ
とにより、最上部のエッチング阻止層中での糸状転位密度（ＴＤＤ）が抑制され
る。このことにより、均一なほぼ欠陥のないＳｉ1-xＧｅxエッチング阻止層とな
る。
【００３５】 漸変領域の端部での濃度の飛躍の意義は、その部分の境界が十分に明確でなけ
ればならず、その部分の大きさが十分に制御されなければならないことにある。
このようにして、急で予告可能なエッチング阻止動作のために、エッチング阻止
層の頂部と漸変領域の端部との間に高い選択性が存在しなければならない。バッ
ファからエッチング阻止層への組成の滑らかな推移により、マイクロ機械加工部
分での湾曲した縁と大きな寸法変動が生じる。反対に、組成に飛躍があると、明
確な鋭い縁と、解放された構造での精密な寸法が得られる。しかし、例えば２０
〜２５原子％Ｇｅ以上のように、飛躍が大き過ぎると、格子定数の対応する変動
、すなわちミスマッチ、が欠陥を生じる場合がある。
【００３６】 このＳｉ1-xＧｅxエッチング阻止物質システムは、硼素が多量に拡散した層と
置き換えることができるが、ドーピングされていない（等電子）物質を含む有効
なエッチング阻止物質のスペクトラムを拡大し、それによりマイクロ機械加工構
造の設計の柔軟性を改善する。例えば、標準的なマイクロ機械加工処理では、シ
リコンセンサ構造の次元が単一の均一な厚さに限定されてしまう。慣性検出のた
めの共振素子では、共振器が振動質量より薄いようなより柔軟な設計によりかな
り利益が得られる。本発明は、このような多くの厚さを有する構造に対する技術
を可能とする。このような基礎的な利点により、この新規な技術は、シリコンマ
イクロ機械加工によるＭＥＭＳの製造に広く適用できる。
【００３７】 極めて重要な用途は、機械的素子及び電気的素子を同一の材料上に集積できる
能力である。集積回路（ＩＣ）の要求に適合しない、硼素を大量にドーピングし
たエッチング阻止物を、阻止品質についての等電子エッチング阻止物および適度
にドーピングしたエッチング阻止物の双方または一方により置換することにより
、機械的素子と関連する電子素子とを同一のウエハー上で同時に処理できる。ゲ
ルマニウムはシリコンに完全に混和し、ドーパントや不純物よりもはるかに拡散
し難い。ゲルマニウムを用いて合金化することにより、電子素子の高いキャリア
移動度が実現される。
【００３８】 さらに、シリコンの酸化物に対してＳｉ1-xＧｅxのエピタキシーが選択的であ
り、このことにより、パターニングと構造化とが容易になる。加えて、欠陥はこ
れらの材料のエッチング素子効率に影響しないように思える。
【００３９】 本発明のゲルマニウムに基づいたエッチング素子物の開発において、標準的な
３インチまたは４インチの亜燐酸でドーピングした（２〜４(ｃｍ）、または硼
素でドーピングした（７〜１０．２(ｃｍ）（００１）シリコン基板を用いた。
ウエハーをピラニア槽（３：１ ９５％Ｈ2ＳＯ4水溶液：３０％Ｈ2Ｏ2水溶液）
中で１０分間洗浄し、その後４．４％ＨＦおよびＤＩ水中で１０秒間洗浄した。
そして、垂直ＵＨＶＣＶＤ反応器のロードロック（ほぼ１０-8Ｔｏｒｒ）中にそ
の基板を一晩置いた。翌日、反応室の縁にその基板を約２時間持ち上げ、全ての
揮発物、有機物及び水を追い出した。そして、８５０〜９００℃の反応器室中に
ウエハーを数分間掲げることにより、残留している全ての酸化物を脱着した。反
応器が処理温度にある間、ＳｉＨ4を用いて１μｍの寸法のシリコンバッファ層
を沈着させた。この準備手続毎に引き続き、ＳｉＨ4，ＧｅＨ4，Ｈ2中の１％Ｂ2 Ｈ6，およびＨ2中の１％ＰＨ3を用いて７５０〜９００℃の温度範囲でエピタキ
シャル構造を成長させた。
【００４０】 ＫＯＨおよびＥＤＰをエッチングに用いた。ＫＯＨは一般的に研究されたエッ
チング剤であり、考慮するのに最も簡単容易であり、使用するのに比較的容易か
つ安全である。絶対的なエッチング速度の詳細は異なるが、種々の異方性シリコ
ンエッチング剤が調和的に振舞った。異方性エッチングに関する十分に支持され
たサイデル他の理論はエッチング剤に対して明白に非特異的である。シリコンの
異方性エッチングおよびエッチング阻止に関する結果、議論および結論は、全て
の異方性エッチング剤に対して有効であるように、広く考慮される。円筒エッチ
ングおよびパターンの形成された酸化物の双方を用いて、エッチング速度に関す
るゲルマニウムの有効性を決定した。
【００４１】 応力緩和されたエピタキシャルＳｉＧｅエッチング阻止物を試験するために、
図１Ａ〜１Ｄに示すように、ＷＵ＿２，ＷＵ＿３，ＷＵ＿４、及びＵＨＶ＿１７
のエピタキシャル構造を製作した。図１Ａは、シリコン基板１０２上に形成され
たエピタキシャルＳｉＧｅエッチング阻止構造１００（ＷＵ＿２）の機能ブロッ
ク図である。この構造は複数の応力緩和された漸変層１０４を有する。漸変層１
０４は基板表面のＳｉ0.98Ｇｅ0.02，５×１０20ｃｍ-3ＢからＳｉ0.74Ｇｅ0.26 ，１０18ｃｍ-3Ｐの表面層まで変化する。各層の厚さはμｍ単位で示される。
【００４２】 図１Ｂはシリコン基板１１２上に形成されたエピタキシャルＳｉＧｅエッチン
グ阻止構造１１０（ＷＵ＿３）の機能ブロック図である。この構造は、基板表面
のＳｉ0.99Ｇｅ0.01からＳｉ0.84Ｇｅ0.16の表面層まで変化する複数の応力緩和
した漸変層１１４を有する。
【００４３】 図１Ｃはシリコン基板１２２上に形成されたエピタキシャルＳｉＧｅエッチン
グ阻止構造１２０（ＷＵ＿４）の機能ブロック図である。この構造は、Ｓｉ0.66 Ｇｅ0.34の応力緩和した漸変層１２４を有する。
【００４４】 図１Ｄはシリコン基板１３２上に形成されたエピタキシャルＳｉＧｅエッチン
グ阻止構造１３０（ＷＵ＿４）の機能ブロック図である。この構造は、基板表面
のＳｉ0.97Ｇｅ0.03，３×１０15ｃｍ-3ＢからＳｉ0.66Ｇｅ0.34，４×１０16ｃ
ｍ-3Ｂの表面層まで変化する複数の応力緩和した漸変層１３４を有する。
【００４５】 組成の漸変は、ＴＤＤを効果的に抑制しながら表面のエピタキシャル層をかな
り応力緩和することが知られている。これらのエピ構造の低い漸変速度と十分な
厚さとにより、十分に応力緩和した表面膜が保証される。このようにして、漸変
バッファにより、応力緩和し、高品質で、高ゲルマニウム濃度の合金に関する、
以前には近寄れなかったエッチングの型のエッチング実験が可能となる。これま
で説明したように、従来の研究は、転位を最小にするために、仮像であるＳｉ1- x Ｇｅx層または低濃度のゲルマニウムを取り扱うか、糸状転位で飽和したゲルマ
ニウム重合金を取り扱った。したがって、漸変技術によりＳｉ1-xＧｅx固溶体の
真性エッチング阻止特性を使用できる。
【００４６】 断面ＴＥＭ試料の近似体積に基づいて、ＴＥＭ試料中の単一糸状転位がほぼ１
０8ｃｍ-2のＴＤＤを表す。図２は、構造１１０（ＷＵ＿３）の断面ＴＥＭの顕
微鏡写真である。最上面は上右方向である。平行線（不整合転位）が漸変バッフ
ァの境界を定める。糸状転位は発見できず、このことが高い結晶品質を裏付ける
。ぼんやりした縦方向の帯は「等傾角干渉縞」（ＴＥＭのアーチファクト）であ
り、糸状転位ではない。
【００４７】 図２中に糸状転位が存在しないことが構造１１０（ＷＵ＿２）、１２０（ＷＵ
＿３）および１３０（ＵＨＶ＿１７）を裏付ける。これらの構造は、縦方向に等
しい方法で処理され、ほとんど欠陥を含まない。このように応力緩和した漸変構
造のＴＤＤは、１０5〜１０6ｃｍ-2の範囲内に示された。漸変バッファを省略す
ることにより、構造１２０（ＷＵ＿４）を意図的に処理し、図３に示すように、
有意に不完全とした。図３は、構造１２０（ＷＵ＿４）の断面ＴＥＭの顕微鏡写
真である。最上面は右側である。図２と対比すると、この膜は糸状転位で飽和さ
れており、それにより、不十分な結晶品質が裏付けられる。これらの全ての４個
の試料中での不整合転位はこのような厚い上面層の下に埋められているので、上
面からのエッチングにとうてい影響を及ぼせない。
【００４８】 構造１００（ＷＵ＿２）及び１３０（ＵＨＶ＿１７）のドーパント濃度をそれ
ぞれグラフ４及び５に示す。これらのドーパント濃度は純粋シリコンと純粋ゲル
マニウムとの移動度から示したように計算した。構成１３０（ＵＨＶ＿１７）は
３０％ゲルマニウムを含むので、真の硼素含量は、純粋シリコン線に近い間のど
こかに存在する。ともかく、硼素でドーピングすることは、エッチングを阻止す
るために必要な水準に近づいていないことは明白である。意図的な背景としての
ｎドーピングにより構造１００中に抑制されたゲルマニウムを用いてポテンシャ
ルの相互作用あるいは相乗作用を研究するために、構造１３０をｐ型ドーピング
した。
【００４９】 エッチングに関するこれらの材料（最上層）の特性は次の表に要約される。
【表１】 試 料 avg％Ge(EDX) 不純物添加[cm-3] 欠陥密度(TEM) WU＿２ ２６ １０18Ｐ(SIMS) 低 WU＿３ １７ なし 低 WU＿４ ３４ なし 高 UHV＿１７ ３０ ４x１０16B(SRP) 低
【００５０】 構造１００（ＷＵ＿２）を用いて、円筒状にエッチングすることにより臨界ゲ
ルマニウム濃度を同定し、最上面からエッチングすることによりエッチング速度
の値を得た。
【００５１】 構造１００（ＷＵ＿２）の円筒形のエッチングの結果は、図６Ａのグラフに示
すように、ゲルマニウムのエッチング速度の振る舞いを裏付け、閾値ゲルマニウ
ム濃度を１６〜２２％の範囲に狭めた。膜をｎ型にドーピングすることにより、
確実に硼素の影響が何ら生じないようにした。グラフの左側の丸い点で規定され
た段はエピ構造中の層を表す。左の縦軸は各層の深さを表し、右の縦軸は各層の
名目上のゲルマニウム濃度に関する。円弧は最初の溝表面であり、四角い点はエ
ッチングされた表面の跡を示す。
【００５２】 図６Ｂは図６Ａの左側の拡大図である。１８〜２０％のゲルマニウム近辺のど
こかでエッチング速度がめざましく増大することは明らかであり、このことは、
ゲルマニウムの臨界濃度がその傍にあることを示している。
【００５３】 構造物１３０（ＵＨＶ＿１７）の円筒エッチング結果は、図７のグラフに示す
ように、ほぼ４．８〜５μｍの深さでエッチングが目覚しく加速する。５％Ｇｅ
／μｍの漸変速度で、閾値ゲルマニウム濃度が２０％ゲルマニウムに近いことが
合理的に保証される。溝のそれぞれの側の輪郭を示す。低い方の棒は、そこで輪
郭が始まり、最初の溝の形状から偏倚し始める場所を示す。この点での深さは、
最上部の表面から４．８〜５．０μｍ下にあるように思われる。
【００５４】 酸化物の窓を用いたエッチング試験の結果を次の表に示す。
【表２】 ウエハー at％Ge 濃度Ge[cm-3] エッチング速度 [μm/hr] WU＿２ ２５．６ １．２８x１０22 ０．０７０ WU＿３ １６．９ ８．４５x１０21 ０．２３４ WU＿４ ３４．０ １．７０x１０22 ０．０４０ UHV＿１７ ３０．０ １．５０x１０22 ０．１３３
【００５５】 ６０℃で３４％ＫＯＨ中の＜１００＞真性シリコンに対するエッチング速度は
、サイデル他から１８．２９μｍ／ｈｒとして取得した。構造物１００（ＷＵ＿
２），１１０（ＷＵ＿３），１２０（ＷＵ＿４）及び１３０（ＵＨＶ＿１７）を
表中に示す。１８．２９μｍで正規化して図８にサイデル他の点に沿って実験デ
ータをグラフ化する。
【００５６】 図８中の幾つかの特徴を強調すべきである。第一に、「良好な」構造１２０（
ＷＵ＿４）片の個々のエッチング速度中に、他の良好な試料よりも大きな評価す
べきばらつきが上下双方にあった。したがって、誤差棒を表記した。全てのデー
タの比較すると、格子不整合応力と高いＴＤＤとから、構造１２０（ＷＵ＿４）
の考慮できる表面粗さを多分咎めるべきであるという意見が支持される。かくし
て、漸変層の資料はこの問題を示さないので、漸変層はその有効性を既に証明し
ている。
【００５７】 新しい曲線の形状は、ＥＤＰ硼素曲線の形状に極めて類似しており、一般的な
エッチング阻止モデルの存在を暗示するだけでなく、新しいデータに対する信頼
を付け加える。さらに、ＥＤＰよりもより環境にやさしいＫＯＨは、従来のｐ++ エッチング阻止物を有するＥＤＰよりもＳｉＧｅ合金と共により良いエッチング
阻止剤であるように思われる。
【００５８】 当該文献中での一般的な所感にも拘らず、十分なゲルマニウムを有するシリコ
ンゲルマニウム合金が、最も大量に硼素でドーピングした材料と競合する例外的
なエッチング阻止物であるということは明白である。三つの異なったエッチング
技術と二つのエッチングシステム、ＫＯＨ及びＥＤＰ、とがこのことを決定的に
示している。ＫＯＨゲルマニウム曲線の急勾配の部分の単一相対エッチング速度
との交点、サイデル他により定義されたいわゆる「臨界濃度」、は、ゲルマニウ
ムに対して、２×１０21ｃｍ-3、すなわち４％であるように思われる。この値は
、硼素に対して彼らの「臨界濃度」よりもほぼ１００倍大きいが、固体溶解性に
も電気的活動度にも限界がないのであるから、ゲルマニウムを用いてより高い選
択性を理論的に得ることができる。
【００５９】 十分に応力緩和した低欠陥試料の構造物１００（ＷＵ＿２）、１１０（ＷＵ＿
３）及び１３０（ＵＨＶ＿１７）から得られる実質的な選択性は、欠陥または異
なった原子半径により誘発される歪みがエッチング阻止動作の主たる原因ではな
いことを示している。
【００６０】 欠陥はエッチング抵抗の中心的役割を果たすものではない。低いＴＤＤを有す
る応力緩和された材料であるＷＵ＿２、ＷＵ＿３及びＵＨＶ＿１７からの優れた
結果は、再結合の中心として機能している格子欠陥が、ゲルマニウムまたは等電
位添加物のそれぞれとともにエッチング阻止動作を引き起こすという見解を否定
する。さらに、構造物１２０（ＷＵ＿４）のエッチング速度をＫＯＨ−ゲルマニ
ウム傾向線と比較すると、高いＴＤＤすらエッチング阻止に劇的に（全く無いに
しても）影響を及ぼしはせず、属性的方法でも影響を及ぼさないことを示す。
【００６１】 ゲルマニウムの新しく発見された、シリコンにおけるエッチング阻止効果に対
する直接的で魅力的な説明は、ここで引用することにより本願に組み入れられる
、アール・リーンクー（Ｒ．Ｌｅａｎｃｕ）（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔ
ｕａｔｏｒｓ，Ａ４６−４７（１９９５）３５−３７）により大要が述べられた
機構である。１５〜３０％のゲルマニウムに対して、異なった性質の純粋シリコ
ンの特性にどのようにゲルマニウムが影響を及ぼすかのみについて仮定するより
も、純粋ゲルマニウムのバルク特性から説明し換える方がより論理的に見える。
すなわち、ゲルマニウム原子はもはやドーパントではなく、むしろ最も真実の意
味での合金種であるのだから、ゲルマニウム原子にシリコン原子とまさに等しい
信用を付与すべきである。かくして、問題のシリコン−ゲルマニウム合金は、純
粋ゲルマニウムのエッチング特性からの明白な影響を示すべきであり、この影響
にはＫＯＨ中で低速であることも含まれる。
【００６２】 この簡単な化学的方法を心に留めると、シリコン−ゲルマニウムのような完全
に混和性の二元性システムは、合金組成に対して、エッチング速度の線型依存性
を示すであろう。純粋ゲルマニウムを含む高いゲルマニウム濃度でのエッチング
速度データを用いずとも、図８に、このような場合は当て嵌まらないことが明白
に示されている。同一の趣旨に沿って、エッチング速度が単純に化学構造の結果
であるとすれば、すなわち、各元素の特性の結果であるとすれば、何故エッチン
グ阻止効果に対してゲルマニウムのある臨界濃度が存在するのかが不明である。
事実、非線形のプロットと臨界濃度とは、エッチング速度は、化学構造というよ
りもエネルギー帯構造の関数であることを示唆している。
【００６３】 関連する注意に関して、図８は、ゲルマニウムＫＯＨ曲線が、電子的エッチン
グ阻止理論により描いた硼素−ＥＤＰ曲線の形状に極めて類似しているが、傾斜
は必ずしもそうではないことを示している。ゲルマニウムＫＯＨデータが、ゲル
マニウムには適用できないことを警告している完全に異なったモデルに基づいた
硼素−ＥＤＰデータにゲルマニウムＫＯＨデータがほんのたまたま似ていたと創
造することは困難である。すなわち、形状が極めてよく一致するときに、ゲルマ
ニウムに対する真のエッチング阻止機構は、硼素に対する真のエッチング阻止機
構とは完全に無関係であることは有り得ない。
【００６４】 シリコンゲルマニウム固溶体中でのエッチング阻止動作に対する説明のために
エネルギー体モデルを考える理由が存在する。第一に、Ｓｉ1-xＧｅxデータはｐ++ Ｓｉ：Ｂデータと類似している。Ｓｉ1-xＧｅxデータは、臨界濃度と残りのエ
ッチング速度の指数法則依存性とを有し、ｐ++Ｓｉ：Ｂデータはエネルギー帯効
果により良く説明できる。これらの量において、ゲルマニウムは、シリコンのバ
ンド構造を著しく変化させることが知られている。さらに、ゲルマニウムのエッ
チング阻止に対して二つの可能な機構は、欠陥とエネルギー帯とであった。欠陥
により高められた再結合は、我々の漸変層の方法により除去できる。エネルギー
帯構造は、他の可能性に過ぎない。
【００６５】 純粋バルクゲルマニウムは、純粋バルクシリコンの１．１２ｅＶに比べて、室
温で０．６６ｅＶのエネルギーバンドギャップＥｇを有する。したがって、ゲル
マニウムをシリコンに添加すると、バンドギャップが減少する。すなわち、試料
ＷＵ＿２、ＷＵ＿３、ＷＵ＿４およびＵＨＶ＿１７の状態である、無歪Ｓｉ0.7
Ｇｅ0.3はほぼ１．０４ｅＶのエネルギーギャップを有している。ゲルマニウム
は、また、シリコンの４．０５ｅＶに対して小さな電子親和力χ＝４．００ｅＶ
を有している。かくして、ゲルマニウムを組み込むことにより、電子親和力も同
様に減少する。ゲルマニウムが添加されるとき、バンドギャップと電子親和力が
減少し、それにより伝導帯中のポテンシャルの井戸と荷電子帯中のポテンシャル
障壁が減少する。
【００６６】 一般的な真性半導体に対する荷電子帯中のポテンシャル障壁の高さｂは
【数１】 で与えられる。ここで、ｄは、基準真空レベルであるＥ＝０からのフェルミレベ
ルの距離である。Ｓｉ1-xＧｅxのバンドギャップは、ゲルマニウム濃度に対して
完全に線型には変化しないことが理解されている。しかし、ゲルマニウムの含量
を増やすに伴ってどのように電子親和力が減少するかは知られていない。それに
もかかわらず、上記二つの関数が線型に近似された場合には、ｂも大略ゲルマニ
ウムの濃度に線型に依存している。
【００６７】 真性シリコンにゲルマニウムを添加すると、バンドギャップの減少に伴い、平
衡電子及び正孔のそれぞれの量ｎｉおよびｐｉが増加する。
【数２】 ここで、ＮｃとＮｖは、それぞれ伝導帯及び荷電子帯における状態の有効密度、
ｋはボルツマン定数、Ｔは温度である。この式を簡略化するために、ＮｃとＮｖ
とを定数で純粋シリコンに対する値に等しいと仮定する。再びＥｇのゲルマニウ
ム濃度への依存度が線型であると考えると、ｐｉは指数的にゲルマニウムの濃度
に関係する。
【００６８】 ｐｉが増加すると、表面不活性化反応が増大する。真性状態に対しては、井戸
と障壁とは突き抜けを許すほど鋭くないと仮定する。このことは、浅い障壁を有
するＳｉ1-xＧｅxに対して特に当て嵌まる。さらに、表面の反転層はｎ型である
。そして、表面不活性化反応への正孔の供給がｈである。ｈは、バルクからの正
孔の量であり、ポテンシャルの障壁を熱的に克服する量である。かくして、ｈは
ボルツマン活性化プロセスである。
【００６９】
【数３】 ｈ＝ｐiｅｘｐ（−ｂ／ｋＴ） ［３］
【００７０】 ｐｉはゲルマニウム濃度に指数的に依存し、ｂは直線的に関係しているので、
ｈは全体としてゲルマニウム濃度に指数的に関係する。このことは、式［１］と
［２］を式［３］に代入することにより容易に理解できる。その結果、
【数４】 が得られる。ここで、Ｅｇおよびχはゲルマニウム濃度に線型に依存する。エッ
チング処理を阻止するための臨界的な正孔濃度が存在する場合には、臨界的なゲ
ルマニウム濃度が観察される。
【００７１】 荷電子帯におけるポテンシャル障壁は、フェルミレベルが荷電子帯に近づくよ
うに移動するにつれ、増大する。しかし、正孔濃度はｐドーピングにより有意に
増大する。事実、この二つの効果は、互いに正確に相殺する。非本質的な場合に
は、平衡正孔濃度ｐは
【数５】 と規定される。Ｅg／２−ＥFは正確には材料がドーピングされるときのｂにおけ
る変化である。そこで、式［５］に式［３］中のｐiを代入すると、Ｅg／２−ＥF が式［３］中でｂの変化を正確に相殺する。かくして、非退縮ドーピングによ
り、ｈの値は
【数６】 から変化しない。ここで、ｂiは真性材料中の障壁の高さである。かくして、Ｓ
ｉＧｅエッチング阻止の大きな利点は、エッチ選択性がＧｅ濃度のみに依存する
ということである。
【００７２】 完全な非ドーピング材料である構造１１０（ＷＵ＿３）の試験構造物を製作し
、精査した。ゲルマニウム濃度（１５〜１７％）が、エッチング阻止選択性が減
少し始めるときの濃度に近かったため、構造物１１０（ＷＵ＿３）は、ＳｉＧｅ
合金を用いて利用できる「最も硬い」エッチング阻止剤を提供はしなかった。こ
の結果は、図９に示すように、非常に有望である。図９はマイクロ機械加工され
た検査物９００の上面の写真である。これらの低Ｇｅ濃度においてすら、図９の
検査物９００のようなエッチングされた部分が可能である。均一層中でＧｅ濃度
をより高くすれば（３０％）、１０００：１に近づく選択性を有する極めて硬い
エッチ阻止物が生じる。
【００７３】 ＥＤＰやＫＯＨを用いた円筒面および最上面エッチングと、ＥＤＰ中でマイク
ロ機械加工された実際の構造とから、十分なゲルマニウムを有する応力緩和され
たシリコン−ゲルマニウム合金は非常に優れたエッチング阻止物である。３４％
ゲルマニウムに対応する１０００に達する選択度が、＜１００＞方向に対してＫ
ＯＨ中で得られた。これらの結果に対して、歪みも欠陥もその原因とはならない
。高い欠陥密度はＳｉ1-xＧｅxのエッチング速度に劇的な影響を及ぼさない。相
対エッチング速度をゲルマニウムの濃度に対してプロットすると、臨界濃度と残
りの速度の指数法則依存性を有するｐ++Ｓｉ：Ｂデータと同一の形状となる。応
力緩和されたＳｉＧｅ合金中でのエッチング阻止動作は、Ｇｅ濃度のみに関係付
けられたバンド構造中の変化に相関する。
【００７４】 本発明のＳｉＧｅエッチング素子物質システムを用いて達成される極端に高い
エッチング選択性は、半導体／酸化物構造を形成するのに直接適用される。絶縁
体上シリコンを形成する一つの方法は、Ｓｉウエハーを、二酸化シリコンを塗布
した他のＳｉウエハー上に接着することである。ウエハーの一方が薄いときには
、二酸化シリコン／Ｓｉ上のＳｉの薄層が作成される。このような構造は、Ｓｉ
活性層がバルクＳｉ基板から二酸化シリコン層に対して分離されているため、低
電力エレクトロニクス及び高速度エレクトロニクスで有用である。
【００７５】 この工程の主な不利益は、シリコン基板−二酸化シリコン−シリコン基板のサ
ンドイッチの一方の側面を薄くすることが難しいことに有る。高い再生産性と高
い歩留りを得るために、全体のウエハーを均一にかつ非常に正確に薄くしなけれ
ばならない。埋め込まれた各阻止物はほとんど成功せずに使用されてきた。埋め
込まれても、歪んだＳｉＧｅの薄層が用いられ、しかし、最初の方で述べたよう
に、これらのエッチングは１００よりはるかに小さいエッチング選択度を示し、
したがって、不十分である。
【００７６】 本発明の応力緩和したＳｉＧｅ合金は、この型のエッチング阻止に理想的に適
している。シリコンウエハー１００２上の漸変ＳｉＧｅ層１００４と均一な組成
層１００４との構造物１０００を、二酸化シリコン１０１２を塗布したシリコン
ウエハー１０１０を有する構造物１００８に接着することにより、本発明のエッ
チング阻止物を、シリコンウエハー上に形成された二酸化シリコン上の非常に均
一で応力緩和されたＳｉＧｅ合金を製作するのに用いることができる。この工程
を概略的に図１０に示す。
【００７７】 例えば焼きなましにより構造物が一旦接着されると、エッチングによりシリコ
ン基板１００２と漸変層１００４とが選択的に除去される。仕上がった構造物１
０１４は、絶縁物上のＳｉＧｅ基板である。構造物１００８は、ガラスやガラス
セラミックのようなバルク絶縁物質であっても良いことを認識すべきである。
【００７８】 高効率エッチング阻止物を作成するための全体の新しい物質システムを開発し
た。新しいシステムは、現在の技術に対して多くの利点を提供する。ゲルマニウ
ムは、シリコンに対して等電位で、完全に可溶であり、その中でほとんど拡散し
ない。シリコン−ゲルマニウムの沈着物は酸化物に対して選択的である。欠陥は
、エッチング阻止効果を弱めない。このエッチング阻止物質は完全に非ドーピン
グであることができ、提案したバンド構造モデルに従って、非退縮ドーピングが
エッチング阻止行動に影響を及ぼさない。このことにより、信じられない有用性
と設計の柔軟性、特にマイクロエレクトロニクスを用いた集積が可能となる。こ
の目的のために、ゲルマニウムは、更に高いキャリア移動度を可能とする。
【００７９】 事実、このエッチング阻止システムは、全ての所望の基板（例えば絶縁基板ま
たは半導体基板）上の応力緩和したＳｉＧｅ上に種々の歪んだＳｉ電子素子を集
積するのに容易く用いることができる。このようなシステムの一つは絶縁基板上
のＳｉＧｅ（ＳｉＧｅＯＩ）である。以下でこの工程の更に詳細な説明を行う。
【００８０】 絶縁物上の半導体の製造のための主な方法は、注入酸素による分離（ＳＩＭＯ
Ｘ）およびウエハー接着（エッチングによる除去またはスマートカット（Ｓｍａ
ｒｔ−Ｃｕｔ）の工程が続く）である。ＳＩＭＯＸは、酸素の注入と、それに続
く高温焼きなまし工程とを含み、その明らかな簡単さに故に魅力的である。この
技術は低Ｇｅ組成に対してある程度の成功を示したが、高Ｇｅ率に対し、特にＳ
ｉ0.5Ｇｅ0.5に対して、Ｓｉ1-xＧｅxＯ2の熱力学的不安定さに起因して、埋め
込んだ酸化物構造が効果を示さなかった。簡単に述べれば、ＧｅＯ2の揮発性の
性質によりＧｅが酸化物中に組み込まれず、したがって高いＧｅの部分に対して
適切な酸化物を形成するのには不十分なＳｉ原子が存在する。他方では、ＳｉＧ
ｅウエハーを酸化したハンドルウエハーに対してＳｉＧｅのウエハーを接着し続
いて過剰な材料を除去することを含む接着技術は、不安定な酸化物の問題を除い
て全てのＧｅの部分に適用できる。さらに、この手順は一般的であり、ＳｉＧｅ
を、全ての絶縁ウエハーを含む所望の基板上に作成できる。
【００８１】 張り合わせＳｉＧｅＯＩ製造技術に対するプロセスの流れを概略的に図１１Ａ
〜１１Ｆに示す。このプロセスは、成長の工程と張り合わせの工程とに分けられ
る。成長の工程は、（ａ）ＣＭＰが続く応力緩和したＳｉＧｅ漸変バッファのＵ
ＨＶＣＶＤ成長、及び（ｂ）歪んだＳｉ（ε−Ｓｉ）及びＳｉＧｅ接着層の再成
長である。張り合わせの工程は、（ｃ）絶縁基板へのウエハーの張り合わせ、（
ｄ）背面の研削、（ｅ）漸変層中でのＳｉエッチング阻止、および（ｆ）歪んだ
Ｓｉ上でのＳｉＧｅエッチング阻止である。
【００８２】 第一の成長の間、２μｍのＳｉ0.75Ｇｅ0.25でキャップした応力緩和した２．
５μｍの組成的に漸変するＳｉＧｅバッファ１１０２をＵＨＶＣＶＤ反応器を用
いて９００℃でＳｉ基板１１００上に沈着した。この漸変バッファは糸状転位を
最小化し、不整合が漸変層中だけに存在し、均一組成のキャップ中には存在しな
いように保証する。しかし、これらの下にある不整合は、なお、成長の間表面の
クロスハッチを形成してしまう歪み場を生成する。このウエハーの接着を妨げる
表面粗さを除去するために、ノマルスキー顕微鏡法を用いてクロスハッチが最早
見えなくなるまで（化学機械研磨ＣＭＰを用いて）ウエハーを研磨した。
【００８３】 次に、１５０ｎｍのＳｉ0.75Ｇｅ0.25の層１１０６が続く、１２ｎｍの歪んだ
Ｓｉから成る歪んだＳｉ構造１１０４を研磨したＳｉＧｅウエハー上に６５０℃
でＵＨＶＣＶＤにより成長させた。低い成長温度により最小の表面交換と相互拡
散とが保証され、Ｓｉ層とＳｉＧｅ層との間の鋭い界面を保証する。歪んだＳｉ
層は最終エッチングステップの間エッチング阻止物として作用し、歪んだＳｉチ
ャンネルのための厚さの要求と表面粗さの制約とに応じる。この歪んだＳｉ層は
、またなんとかＭＯＳＦＥＴ素子チャンネルとしても用いられ得る。
【００８４】 そして、ＳｉＧｅウエハーを、厚さ２００ｎｍの酸化物層１１０を備えた、熱
的に酸化したＳｉウエハー１１０８に接着した。適当な接着を保証するために、
ウエハー上に疎水性の接着前洗浄を行った。ＳＣＩ層がＧｅをエッチングし、し
たがってＳｉＧｅ表面を粗くしてしまうので、標準的なＲＣＡ洗浄は、接着保証
のためには用いることができない。その代わりに、５０：１ＨＦへの３０秒間の
浸漬を伴うピラニア洗浄（１０分間）を用いた。このピラニア洗浄では、表面の
疎水性は残る。このような洗浄では、適切な温度での引き続く焼きなましの後で
、親水性の洗浄よりもより強く接着できることが分かった。さらに、水の界面で
の粒子のため、（図１２ＡのＩＲ画像中に示したように）内在する気孔が無いこ
とを保証するために、ウエハーは、また、極めて清潔な環境中で接着しなければ
ならない。
【００８５】 ウエハー対を窒素雰囲気中で８００℃２時間焼きなましした。適度の温度によ
り強い接着が保証されるが、その温度はＧｅの、歪んだＳｉ層中への拡散を最小
にするのに十分なだけ低い。さらに、この温度で２時間焼きなますことにより、
最初の焼きなましの間に形成される内在する水素の気孔が拡散できる。その結果
、焼きなまし後のウエハー対には気孔が存在しないことを赤外線映像を用いて見
出した。マスザラ（Ｍａｓｚａｒａ）かみそり試験技術（図１３Ｂ）を用いて推
定した部分表面エネルギーは３．７Ｊ／ｍ２（この値は酸化物接着に対するＳｉ
について見出された表面部分エネルギーと同様である）であった。この気孔が存
在しないことにより、層間剥離の危険を有しなで、他の材料処理を行うのに全く
十分なだけ接着が強いことが表明される。
【００８６】 ウエハーを接着した後、ウエハー対を、エッチングの間ハンドルウエハーの背
面を保護ため、窒化物を用いて塗布した。ＳｉＧｅウエハーの背面を次に１１１
２として研削し、ほぼ４５０μｍ除去し、そして第一のエッチングを１１１４で
ウエハー上で行い、残りのＳｉをＳｉＧｅウエハーから除去した。シリコンを侵
襲してＳｉＧｅを侵襲しない全てのエッチング剤（例えばＫＯＨ，ＴＭＡＨ）を
使用できる。例えば、ＫＯＨ混合物（水中での重量によりＫＯＨ３０％）を８０
℃で２時間エッチングを行うことを採用でき、その後背面のＳｉをＳｉＧｅウエ
ハーから除去する。概略２０％より高いＧｅの組成を有する応力緩和したＳｉ1- x ＧｅxをＫＯＨエッチングは重大には侵襲しない。ここで、純粋Ｓｉまたは歪ん
だＳｉＧｅに基づいた構造とは異なり、応力緩和したＳｉＧｅ層は自然のエッチ
ング阻止物を提供し、かくしてｐ++阻止層の必要性を軽減する。エッチング阻止
性能に関して独立の変数としてのドーピングの柔軟性は、素子層を異なった用途
のために設計する上で重要である。例えば、ｐ++層はＲＦ用途においては望まし
くない。
【００８７】 次のエッチング１１１６は、残っているＳｉＧｅを除去するために用いられ、
歪んだＳｉ層１１０４上で停止する。このエッチングの有効成分は、全てのＧｅ
酸化剤（例えば、Ｈ2Ｏ2、ＨＮＯ3、低温湿式酸化剤）からなり、酸化物剥ぎ取
り剤（例えばＨＦ）と結合している。例えば、低温度（６５０℃〜７５０℃）湿
式酸化は、図１３に示すように、Ｓｉよりはるかに速い速度でＳｉＧｅを酸化す
ることが分かった。すなわち、７００℃１時間の酸化でＳｉ0.75Ｇｅ0.25は２.
５ｎｍ／ｍｉｎの速度で酸化し、反対にＳｉは大略１００倍小さい酸化速度を有
している。引き続くＨＦへの浸漬との組み合わせで、上述の酸化を、Ｓｉ上で止
まりながらＳｉＧｅの非常に薄い層を取り除くのに使用できる。
【００８８】 上述の構成を化学的に代替するものとして、ＨＦ：Ｈ2Ｏ2：ＣＨ3ＣＯＯＨ（
１：２：３）溶液がある。この溶液は、（Ｓｉのエッチングが２０％Ｇｅ領域の
近くで停止する停止する場合に）、ほぼ３０分のエッチング時間を有する。この
溶液は、非常に高い選択度でＳｉＧｅを選択的にエッチングする。特に、応力緩
和されたＳｉ0.75Ｇｅ0.25対Ｓｉの場合は、選択度は大略３００となる。例証の
目的で、１２ｎｍの歪んだＳｉ上の応力緩和された４００ｎｍのＳｉ0.75Ｇｅ0. 25 から成る試験試料を部分的にマスクし、プロフィルメーターを使用してエッチ
ング深さ対時間を測定した。図１４の結果は高い選択性を明白に示しており、さ
らにＳｉ0.75Ｇｅ0.25の表面層のエッチング速度が比較的高いことを示している
。常用な観察点は、この溶液は、歪んだＳｉ阻止層上の転位糸をエッチングし、
窪みを生じ、このことが次に、エッチング時間が延びた場合に歪んだＳｉ層中に
尾部を生じるということである。
【００８９】 図１５は、提案した技術を用いて製造したＳｉＧｅＯＩ構造のＴＥＭ断面画像
を示している。糸状転位のような構造上の欠陥は、ＳｉＧｅ層の断面ＴＥＭ中に
何ら観察されなかった。１０5ｃｍ-2の範囲の低密度の糸を、成長したＳｉＧｅ
及び接着されたＳｉＧｅの両者のＥＤＰ（エッチング窪み密度）によって確認し
た。このことは、提案したプロセスにより糸状転位の実質的な増加が存在しない
ことを証明する。このことは、埋め込まれる物質システムに応じて多くの追加的
欠陥を生じる可能性のあるＳＩＭＯＸと対照をなす。特に、種々のＧｅ部分の埋
め込まれたＳｉＧｅに対する糸状転位はまだ文献中に報じられていない。
【００９０】 最終的なエッチング後の歪んだＳｉ表面のＡＦＭ走査を図１６に示す。実効粗
さは略１．０ｎｍ、最大の頂上対谷の値が６．４ｎｍであると検出された。この
ことは、ＨＦ：Ｈ2Ｏ2：ＣＨ3ＣＯＯＨ（１：２：３）ＳｉＧｅエッチングは良
好な選択性を有するが、それは歪んだＳｉ層をかなり粗く残すということを示し
ている。したがって、このエッチングを使う場合には、表面の粗さが阻止の特性
に影響を及ぼす可能性があるので、Ｓｉエッチング阻止層は阻止のチャンネルと
して二つ折りになるのに十分なだけは滑らかではないかもしれない。このような
場合には、最も速く最も一般的な方法は、単純にＫＯＨを用いてＳｉエッチング
阻止層を除去するか、用いられているＧｅ組成に対して選択的である何らかの他
のＳｉエッチングを要求する。そして、所望の阻止構造をＳｉＧｅＯＩ基板上に
成長させることができ、それには歪んだＳｉ表面チャンネルまたは他のより複雑
な構造が含まれる。
【００９１】 別の方法が、特に埋め込まれたチャンネル素子の場合には、素子チャンネル層
を接着構造中に組み込むことを含むであろう。どちらの方法も我々の柔軟な接着
／エッチング除去プロセスを用いて容易に達成できる。この一般的な方法を用い
ると、絶縁基板（またはその物質、全ての基板）の利益を、ＳｉＧｅの厚さ、Ｇ
ｅの組成、絶縁基板の厚さ、または型に関する何の制約もなしに、容易に全ての
ＳｉＧｅ素子に適用できる。
【００９２】 本発明は数個の望ましい実施の形態に関して示し、説明したが、本発明の精神
と範囲から離れることなく、その形状及び詳細に種々の変形、省略、追加を行な
うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 本発明にしたがって、シリコン基板上に構成された代表的なエ
ピタキシャルＳｉＧｅエッチング阻止構造の機能ブロック図である。
【図１Ｂ】 本発明にしたがって、シリコン基板上に構成された代表的なエ
ピタキシャルＳｉＧｅエッチング阻止構造の機能ブロック図である。
【図１Ｃ】 本発明にしたがって、シリコン基板上に構成された代表的なエ
ピタキシャルＳｉＧｅエッチング阻止構造の機能ブロック図である。
【図１Ｄ】 本発明にしたがって、シリコン基板上に構成された代表的なエ
ピタキシャルＳｉＧｅエッチング阻止構造の機能ブロック図である。
【図２】 図１Ｂの構成の断面のＴＥＭ顕微鏡写真である。
【図３】 図１Ｃの構成の断面のＴＥＭ顕微鏡写真である。
【図４】 図１Ａの構成のドーパント濃度のグラフである。
【図５】 図１Ｄの構成のドーパント濃度のグラフである。
【図６Ａ】 図１Ａの構成の円筒エッチング結果を示すグラフである。
【図６Ｂ】 図６Ａの左側の拡大を示すグラフである。
【図７】 図１Ｄの構成の円筒エッチング結果を示すグラフである。
【図８】 図１Ａ−１Ｄの構成の１８．２９μｍ／ｈｒで正規化した６５℃
での３４％ＫＯＨ中の＜１００＞真正シリコンに対するエッチング速度を示すグ
ラフである。
【図９】 マイクロ機械加工した検査物の上面の写真である。
【図１０】 絶縁体上ＳｉＧｅ構造を製作するための工程のブロック図であ
る。
【図１１Ａ】 ＳｉＧｅＯＩの製造工程の概略図である。
【図１１Ｂ】 ＳｉＧｅＯＩの製造工程の概略図である。
【図１１Ｃ】 ＳｉＧｅＯＩの製造工程の概略図である。
【図１１Ｄ】 ＳｉＧｅＯＩの製造工程の概略図である。
【図１１Ｅ】 ＳｉＧｅＯＩの製造工程の概略図である。
【図１１Ｆ】 ＳｉＧｅＯＩの製造工程の概略図である。
【図１２Ａ】 接着界面での粒子による内在気孔のＩＲ遷移画像、並びに気
孔の存在しない接着、及び焼きなましに先立って酸化物に接着されたＳｉＧｅに
対するマスザラ表面エネルギー試験によるクラックの例証である。
【図１２Ｂ】 接着界面での粒子による内在気孔のＩＲ遷移画像、並びに気
孔の存在しない接着、及び焼きなましに先立って酸化物に接着されたＳｉＧｅに
対するマスザラ表面エネルギー試験によるクラックの例証である。
【図１３】 種々のＧｅ濃度に対するＳｉＧｅの７００℃水性酸化物に対す
る、酸化物の厚さ対酸化時間のグラフである。
【図１４】 差し込み図中に示された試験構造に対する、ＨＦ：Ｈ2Ｏ2：Ｃ
Ｈ3ＣＯＯＨ（１：２：３）溶液を用いたエッチング結果を示すグラフである。
【図１５】 酸化物構造上の最終的な代表的なＳｉＧｅの断面のＴＥＭ顕微
鏡写真である。
【図１６】 ＨＦ：Ｈ2Ｏ2：ＣＨ3ＣＯＯＨ（１：２：３）溶液で３０分エ
ッチングした後のＳｉＧｅＯＩ構造中の残留する歪んだＳｉ層の原子力顕微鏡表
面像である。
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，Ｔ Ｊ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＷ (72)発明者 フィッツジェラルド ユージン エイ アメリカ合衆国 ニュー ハンプシャー ウィンダム キャメロット ロード ７ (72)発明者 ボレンスタイン ジェフリー ティー アメリカ合衆国 マサチューセッツ ホリ ストン ハイランド ストリート 936 (72)発明者 タラシ ジャイアナ アメリカ合衆国 マサチューセッツ ソマ ービル サマー ストリート 223 アパ ートメント １アール Ｆターム(参考） 5F043 AA02 BB02 DD30 GG10 【要約の続き】

Claims (111)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単結晶Ｓｉ基板上で使用するための単結晶エッチング阻止層
    システムであって、 Ｓｉ1-xＧｅxのほぼ応力緩和された漸変層と、 ほぼ応力緩和されたＳｉ1-yＧｅyの均一なエッチング阻止層とを備えたことを
    特徴とする単結晶エッチング阻止層システム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の単結晶エッチング阻止層システムであって、 ｘ＜０．２０であることを特徴とするシステム。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の単結晶エッチング阻止層システムであって、 ｙ＞０．１９であることを特徴とするシステム。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の単結晶エッチング阻止層システムであって、 ｘ＜０．２０およびｙ＞０．１９であることを特徴とするシステム。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の単結晶エッチング阻止層システムであって、 前記Ｓｉ1-yＧｅy層が第２の基板に接着されていることを特徴とするシステム
    。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の単結晶エッチング阻止層システムであって、 前記第２の基板がＳｉより成ることを特徴とするシステム。
  7. 【請求項７】 請求項５記載の単結晶エッチング阻止層システムであって、 前記第２の基板がガラスより成ることを特徴とするシステム。
  8. 【請求項８】 請求項５記載の単結晶エッチング阻止層システムであって、 前記第２の基板が石英より成ることを特徴とするシステム。
  9. 【請求項９】 請求項５記載の単結晶エッチング阻止層システムであって、 前記第２の基板が第２のＳｉ基板上にＳｉＯ2層を備えたことを特徴とするシ
    ステム。
  10. 【請求項１０】 請求項５記載の単結晶エッチング阻止層システムであって
    、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  11. 【請求項１１】 請求項６記載の単結晶エッチング阻止層システムであって
    、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  12. 【請求項１２】 請求項７記載の単結晶エッチング阻止層システムであって
    、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  13. 【請求項１３】 請求項８記載の単結晶エッチング阻止層システムであって
    、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  14. 【請求項１４】 請求項９記載の単結晶エッチング阻止層システムであって
    、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  15. 【請求項１５】 請求項１記載の単結晶エッチング阻止層システムであって
    、 前記ＳｉＯ2層は前記Ｓｉ1-yＧｅy層上に堆積していることを特徴とするシス
    テム。
  16. 【請求項１６】 請求項１５記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記ＳｉＯ2層が第２の基板に接着されていることを特徴とするシステム。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が第２のＳｉ基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とする
    システム。
  18. 【請求項１８】 請求項１６記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板がガラス基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とするシス
    テム。
  19. 【請求項１９】 請求項１６記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が石英基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とするシステ
    ム。
  20. 【請求項２０】 請求項１６記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  21. 【請求項２１】 請求項１７記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  22. 【請求項２２】 請求項１８記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  23. 【請求項２３】 請求項１９記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  24. 【請求項２４】 請求項１０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  25. 【請求項２５】 請求項１１記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  26. 【請求項２６】 請求項１２記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  27. 【請求項２７】 請求項１３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  28. 【請求項２８】 請求項１４記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  29. 【請求項２９】 請求項２０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  30. 【請求項３０】 請求項２１記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  31. 【請求項３１】 請求項２２記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  32. 【請求項３２】 請求項２３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 表面が平坦化されたことを特徴とするシステム。
  33. 【請求項３３】 単結晶Ｓｉ基板上で使用するための単結晶エッチング阻止
    層システムであって、 Ｓｉ1-xＧｅxのほぼ応力緩和された漸変層と、 ほぼ応力緩和されたＳｉ1-yＧｅyの均一なエッチング阻止層と、 歪んだＳｉ1-zＧｅz層とを備えたことを特徴とする単結晶エッチング阻止層シ
    ステム。
  34. 【請求項３４】 請求項３３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 ｚ＜ｙであることを特徴とするシステム。
  35. 【請求項３５】 請求項３３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 ｙ＞０．１８であることを特徴とするシステム。
  36. 【請求項３６】 請求項３３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 ｙ＞０．１８およびｚ＜ｙであることを特徴とするシステム。
  37. 【請求項３７】 請求項３３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 ｙ＞０．１８およびｚ＝０であることを特徴とするシステム。
  38. 【請求項３８】 請求項３３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記Ｓｉ1-zＧｅzが第２の基板に接着されていることを特徴とするシステム。
  39. 【請求項３９】 請求項３８記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、前記第２の基板がＳｉから成ることを特徴とするシステム。
  40. 【請求項４０】 請求項３８記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、前記第２の基板がガラスから成ることを特徴とするシステム。
  41. 【請求項４１】 請求項３８記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が石英より成ることを特徴とするシステム。
  42. 【請求項４２】 請求項３８記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が第２のＳｉ基板上にＳｉＯ2層を備えたことを特徴とするシ
    ステム。
  43. 【請求項４３】 請求項３８記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  44. 【請求項４４】 請求項３９記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  45. 【請求項４５】 請求項４０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  46. 【請求項４６】 請求項４１記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  47. 【請求項４７】 請求項４２記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  48. 【請求項４８】 請求項３３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記ＳｉＯ2層は前記Ｓｉ1-zＧｅz層上に堆積していることを特徴とするシス
    テム。
  49. 【請求項４９】 請求項４８記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記ＳｉＯ2層が第２の基板に接着されていることを特徴とするシステム。
  50. 【請求項５０】 請求項４９記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が第２のＳｉ基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とする
    システム。
  51. 【請求項５１】 請求項４９記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板がガラス基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とするシス
    テム。
  52. 【請求項５２】 請求項４９記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が石英基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とするシステ
    ム。
  53. 【請求項５３】 請求項４９記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  54. 【請求項５４】 請求項５０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  55. 【請求項５５】 請求項５１記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  56. 【請求項５６】 請求項５２記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  57. 【請求項５７】 単結晶Ｓｉ基板上で使用するための単結晶エッチング阻止
    層システムであって、 Ｓｉ1-xＧｅxのほぼ応力緩和された漸変層と、 ほぼ応力緩和されたＳｉ1-yＧｅyの均一なエッチング阻止層と、 歪んだＳｉ1-zＧｅzの第２のエッチング阻止層と、 ほぼ応力緩和されたＳｉ1-wＧｅw層とを備えたことを特徴とする単結晶エッチ
    ング阻止層システム。
  58. 【請求項５８】 請求項５７記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 ｙ−０．０５＜ｗ＜ｙ＋０．０５であることを特徴とするシステム。
  59. 【請求項５９】 請求項５７記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 ｗ＝ｙであることを特徴とするシステム。
  60. 【請求項６０】 請求項５７記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記Ｓｉ1-wＧｅwが第２の基板に接着されていることを特徴とするシステム。
  61. 【請求項６１】 請求項６０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、前記第２の基板がＳｉから成ることを特徴とするシステム。
  62. 【請求項６２】 請求項６０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、前記第２の基板がガラスから成ることを特徴とするシステム。
  63. 【請求項６３】 請求項６０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が石英より成ることを特徴とするシステム。
  64. 【請求項６４】 請求項６０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が第２のＳｉ基板上にＳｉＯ2層を備えたことを特徴とするシ
    ステム。
  65. 【請求項６５】 請求項６０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  66. 【請求項６６】 請求項６１記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  67. 【請求項６７】 請求項６２記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  68. 【請求項６８】 請求項６３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  69. 【請求項６９】 請求項６４記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  70. 【請求項７０】 請求項５７記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記ＳｉＯ2層は前記Ｓｉ1-wＧｅw層上に堆積していることを特徴とするシス
    テム。
  71. 【請求項７１】 請求項７０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記ＳｉＯ2層が第２の基板に接着されていることを特徴とするシステム。
  72. 【請求項７２】 請求項７０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が第２のＳｉ基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とする
    システム。
  73. 【請求項７３】 請求項７０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板がガラス基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とするシス
    テム。
  74. 【請求項７４】 請求項７０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第２の基板が石英基板上にＳｉＯ2の層を備えたことを特徴とするシステ
    ム。
  75. 【請求項７５】 請求項７０記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  76. 【請求項７６】 請求項７１記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  77. 【請求項７７】 請求項７２記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  78. 【請求項７８】 請求項７３記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  79. 【請求項７９】 請求項７４記載の単結晶エッチング阻止層システムであっ
    て、 前記第１のＳｉ基板と漸変層とがほぼ取り除かれたことを特徴とするシステム
    。
  80. 【請求項８０】 素子または層を集積する方法であって、 Ｓｉ1-xＧｅxのほぼ応力緩和された漸変層をＳｉ基板上に堆積させる工程と、 ほぼ応力緩和されたＳｉ1-yＧｅyの均一なエッチング阻止層を前記漸変バッフ
    ァ上に堆積させる工程と、 前記エッチング阻止層を応力緩和するために前記基板と前記漸変バッファ層と
    の一部をエッチングする工程とを備えたことを特徴とする方法。
  81. 【請求項８１】 請求項８０記載の方法であって、 ｘ＜０．２０であることを特徴とする方法。
  82. 【請求項８２】 請求項８０記載の方法であって、 ｙ＞０．１９であることを特徴とする方法。
  83. 【請求項８３】 請求項８０記載の方法であって、 ｘ＜０．２０およびｙ＞０．１９であることを特徴とする方法。
  84. 【請求項８４】 請求項８０記載の方法であって、 前記エッチング阻止層を応力緩和するのに使用するエッチング剤がＫＯＨであ
    ることを特徴とする方法。
  85. 【請求項８５】 請求項８０記載の方法であって、 前記エッチング阻止層を応力緩和するのに使用するエッチング剤がＴＭＡＨで
    あることを特徴とする方法。
  86. 【請求項８６】 請求項８０記載の方法であって、 前記エッチング阻止層を応力緩和するのに使用するエッチング剤がＥＤＰであ
    ることを特徴とする方法。
  87. 【請求項８７】 請求項８０記載の方法であって、 エッチング阻止は応力緩和され、前記エッチング阻止層は平坦化されているこ
    とを特徴とする方法。
  88. 【請求項８８】 請求項８７記載の方法であって、 平坦化の方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）であることを特徴とする方法。
  89. 【請求項８９】 素子または層を集積する方法であって、 Ｓｉ1-xＧｅxのほぼ応力緩和された漸変層をＳｉ基板上に堆積させる工程と、 ほぼ応力緩和されたＳｉ1-yＧｅyの均一な第１のエッチング阻止層を前記漸変
    バッファ上に堆積させる工程と、 歪んだＳｉ1-zＧｅzの第２のエッチング阻止層を堆積させる工程と、 ほぼ応力緩和されたＳｉ1-wＧｅw層を堆積させる工程と、 前記第１のエッチング阻止層を応力緩和するために前記基板と前記漸変バッフ
    ァ層との一部をエッチングする工程と、 前記第２のエッチング阻止Ｓｉ1-zＧｅz層を応力緩和するために前記残留漸変
    バッファの一部をエッチングする工程とを備えたことを特徴とする方法。
  90. 【請求項９０】 請求項８９記載の方法であって、 前記第２のエッチング阻止層を応力緩和するために使用するエッチング剤が酸
    化剤と酸化物剥離剤とを備えたことを特徴とする方法。
  91. 【請求項９１】 請求項９０記載の方法であって、 前記酸化剤が、Ｓｉよりはるかに早くＧｅを酸化することを特徴とする方法。
  92. 【請求項９２】 請求項９０記載の方法であって、 前記酸化剤がＨ2Ｏ2を有することを特徴とする方法。
  93. 【請求項９３】 請求項９０記載の方法であって、 前記剥離剤がＨＦを有することを特徴とする方法。
  94. 【請求項９４】 請求項９０記載の方法であって、 前記酸化剤がＨ2Ｏ2を有し、前記剥離剤がＨＦを有することを特徴とする方法
    。
  95. 【請求項９５】 請求項９４記載の方法であって、 前記希釈剤がＣＨ3ＣＯＯＨを含むことを特徴とする方法。
  96. 【請求項９６】 請求項９５記載の方法であって、 前記エッチング剤中の化学物質の割合は（ＨＦ：Ｈ2Ｏ2：ＣＨ3ＣＯＯＨ）が
    （１：２：３）であることを特徴とする方法。
  97. 【請求項９７】 請求項８９記載の方法であって、 前記酸化剤がＳｉ1-xＧｅx及びＳｉ1-yＧｅyを選択的に酸化し、それによりＳ
    ｉ1-zＧｅzに関するエッチング阻止物として動作することを特徴とする方法。
  98. 【請求項９８】 請求項９７記載の方法であって、 前記湿式酸化剤の温度が摂氏７５０度より低いことを特徴とする方法。
  99. 【請求項９９】 請求項９７記載の方法であって、 酸化された層をＨＦと水の溶液により除去することを特徴とする方法。
  100. 【請求項１００】 請求項９８記載の方法であって、 酸化された層をＨＦ溶液により除去することを特徴とする方法。
  101. 【請求項１０１】 請求項９０記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  102. 【請求項１０２】 請求項９１記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  103. 【請求項１０３】 請求項９２記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  104. 【請求項１０４】 請求項９３記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  105. 【請求項１０５】 請求項９４記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  106. 【請求項１０６】 請求項９５記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  107. 【請求項１０７】 請求項９６記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  108. 【請求項１０８】 請求項９７記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  109. 【請求項１０９】 請求項９８記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  110. 【請求項１１０】 請求項９９記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
  111. 【請求項１１１】 請求項１００記載の方法であって、 前記Ｓｉ1-zＧｅz層を前記Ｓｉ1-wＧｅw層に関する選択エッチング剤を用いて
    ほぼ除去することを特徴とする方法。
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