JPH08195496A - シリコン膜およびその製法 - Google Patents

シリコン膜およびその製法

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JPH08195496A
JPH08195496A JP7242286A JP24228695A JPH08195496A JP H08195496 A JPH08195496 A JP H08195496A JP 7242286 A JP7242286 A JP 7242286A JP 24228695 A JP24228695 A JP 24228695A JP H08195496 A JPH08195496 A JP H08195496A
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silicon
doping
substrate
thickness
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JP7242286A
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Hans Loeschner
ロシュナー ハンス
Feng Shi
シー フェン
Ivaylo W Rangelow
ダブリュー．ランゲロウ イヴァイロ
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Ims Ionen Mikrofabrikations Systems GmbH
Universitaet Kassel
Original Assignee
Ims Ionen Mikrofabrikations Systems GmbH
Universitaet Kassel
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生成されたシリコン膜がきわめて小さな応力
を有していながらも、機械的に安定したものとする。 【解決手段】あらかじめ一定の応力が与えられたシリコ
ン膜であって、特定の導電型式をもつシリコン基板１
に、極性が基板とは逆の導電型式をもつドーピングエー
ジェントｎ１ｎ２でドーピングを施すとともに、基板の
未処理セクションに電気化学的エッチングを施すことに
よって製造される。製造された膜は、あらかじめ定めら
れた厚さをもつ少なくとも１つの第一セクションＡと、
厚さが比較的に大きい少なくとも１つの第二セクション
Ｂを有していて、これらセクションの総計がシリコン膜
を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、とくに圧力センサ、力センサ、
加速度センサのような小型センサ内で使用したり、Ｘ線
リソグラフィ、電子リソグラフィ、イオン放射投影リソ
グラフィなどといった電磁縞や粒子線を用いたリソグラ
フィのマスクとして使用するための、あらかじめ一定の
応力が与えられたシリコン膜において、特定の導電型式
をもつシリコン基板に、極性が基板とは逆の導電型式を
もつドーピングエージェントでドーピングを施すととも
に、基板の未処理セクションに電気化学的エッチングを
施すことによって製造されるシリコン膜とその製法に関
する。
【０００２】
【従来技術】小型センサやマスクとして使用可能なシリ
コン膜を製造する方法は、各種の方法が公知である。
【０００３】上記のようなシリコン膜を製造するひとつ
の方法として時間エッチング法があり、この方法ではシ
リコン基板のエッチング工程が、あらかじめ設定された
時間経過後に打切られる。ただしこの方法では、均等か
つ所定の厚さの膜を作ることが難しい。
【０００４】シリコン膜を作るもうひとつの公知の方法
として、いわゆるエッチストップ法があり、この方法で
はシリコン基板の前処理（ドーピング）によって一定の
深さのところにエッチストップが形成される。
【０００５】これに類する製法（Ｐ＋＋エッチストップ
法）では、シリコン基板の表面層がホウ素によって高い
濃度（１０１９ｃｍ−３）でドーピングされる。そして
次のアルカリエッチング工程において、ホウ素ドーピン
グされた層に達するとエッチング速度が大幅に低下し、
かくしてホウ素ドーピングされた層にほぼ等しい厚さを
もつ膜が形成される。この方法はとくに、ＵＳＰ．Ｎ
ｏ．４，２５６，５３２（Ｍａｇｄｏ 他）およびＵＳ
Ｐ．Ｎｏ．４，５８９，９５２（Ｂｅｈｒｉｎｇｅｒ
他）において説明されている。ホウ素原子はシリコン原
子よりも小さく、シリコン結晶内で張力を形成すること
から、この方法で製造された膜は、膜の機械的性質に悪
影響を及ぼす大きな応力のもとで形成されることにな
る。ホウ素ドーピングはさらに、高い転位密度をもたら
すため、形成された膜は極めて脆くなる。この膜の張力
を除去する方法として、ホウ素ドーピングされた層にゲ
ルマニウム原子を追加ドーピングする手法がある。ゲル
マニウム原子はシリコン原子よりも大きいので、シリコ
ン結晶内に圧縮応力を生成させ、この圧縮応力によっ
て、ホウ素ドーピングにより膜内に形成された引張り応
力が少なくとも部分的に相殺されるのである（１９８２
年５月発行の抄録集８２−１号の１９２ページ以降を参
照）。この対策によっ膜の応力全体は確かに小さくなる
が、結晶組織内の原子面での応力は増大する。追加ドー
ピングはさらに、シリコン結晶内の外来原子の数が望ま
しくないほど多くなり、よって膜が脆くなるという結果
に結びつく。
【０００６】これに対して、冒頭に挙げた電気化学的エ
ッチストップ法、たとえばＥＰ−Ａ−３６７７５０（Ｉ
ＭＳ）から公知の方法を使用すると、よい結果が得られ
る。この公知の方法では、エッチストップが、ｐｎ接合
面を用いて実現されており、基板の表面層をドーピング
するためのドーピングエージェントの濃度が、生成され
た膜が用途に適した応力特性を有するように選定されて
いる。このとき応力の種類（引張り応力または圧縮応
力）はシリコン原子に対するドーピングエージェント原
子の大きさによって決まり、応力の大きさはドーピング
エージェントの膿度によって決まる。この公知の方法に
よって製造された膜は、一定の厚さを有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような膜をマイク
ロメカニックスの分野に適用する場合や、とくに投影リ
ソグラフィのマスクとして使用する場合、シリコン膜の
応力特性が重要な意味をもつ。多くの場合、生成された
膜のうち、少なくとも一部セクションの応力ができるだ
け小さくなるように製造工程を設計することが望まし
い。
【０００８】よって本発明の課題は、生成された膜が極
めて小さな応力を有しながらも、機械的に安定したもの
となるように、上述の方法を改善することにある。さら
に上述の方法は、膜の再加工時の機械的影響をその製造
段階ですでに考慮に入れることができるものであること
が望ましい。
【０００９】
【発明の開示】この課題は、冒頭に挙げた方法では簡単
な方法で、すなわち、シリコン基板の表面のうち少なく
とも１つの特定の（第一の）セクションにマスキングを
施すとともに、シリコン基板のうちマスキングされてい
ない第二のセクションにドーピングエージェントを用い
て一定の濃度でドーピングを施すことによってこの第二
のセクションだけに一定の厚さのドーピング層を形成し
たあと、シリコン基板の第一のセクションからマスキン
グを除去してからシリコン基板にドーピングエージェン
トを用いて一定の濃度でドーピングを施して、ドーピン
グされていなかった第一のセクションに相対的に薄いド
ーピング層を形成し、そしてシリコン基板に電気化学的
エッチングを施して基板の未処理領域を取り除き、かく
して少なくとも１つの第一のセクションと少なくとも１
つの第二のセクションからなり、第一のセクションが第
二のセクションよりも薄いシリコン膜を形成することに
よって解決されている。
【００１０】上述の課題の有利な解決法として、シリコ
ン基板の表面に、第一のセクションと第二のセクション
とに区分した一定厚さの阻止層を、第二のセクションの
阻止層のほうが薄くなるように形成し、シリコン基板に
阻止層を介して一定量のイオン注入または拡散を行うこ
とによりドーピングを施し、かくして阻止層の阻止特性
の違いから第一のセクションのほうが第二のセクション
よりも厚いドーピング層を形成し、そのあとシリコン基
板の表面から阻止層を除去し、最後にシリコン基板に電
気化学的エッチングを施して未処理の領域を取り除き、
かくして少なくとも１つの第一のセクションと少なくと
も１つの第二のセクションからなり、第一のセクション
が第二のセクションよりも薄いシリコン膜を形成する方
法もある。
【００１１】これによって、少なくとも２つのセクショ
ンから、すなわち少なくとも１つの一定厚さの第一セク
ションと、厚さが第一セクションよりも大きい少なくと
も１つの第二セクションとから膜が成形される。厚いほ
うのセクションによって膜の機械的強さが保証される一
方、この厚いほうのセクションは、薄いほうのセクショ
ンへ力を加える、または薄いほうのセクションからの力
を受けるのに適している。かくして、第一のセクション
と第二のセクションとを適宜組み合わせることによっ
て、膜の機械的特性を、ドーピング原子の種類とサイズ
やドーピング濃度だけによってではなく、厚さによって
もコントロールすることができる。すなわち、膜の特性
を極めてフレキシブルに設定できるパラメータが１つ増
えることになる。この方法はさらに、低いコストで実施
可能であるうえ、機械的性質があらかじめ精密に設定さ
れた膜を再現可能に生産できる。
【００１２】実践的には、上述の方法からいくつかの実
施形態が考えられる。
【００１３】まず最初の実施形態では、厚いほうの第二
のセクションを膜の境界に沿って形成し、面積の大きい
第一のセクションを、第二セクションに取り囲まれるよ
うに配置する。この実施形態では、境界部分に高いドー
ピングエージェント濃度でドーピングを施してここでシ
リコン膜の引張り応力を発生させ、発生した引張り応力
を、第二セクションに取り囲まれた大きな薄いセクショ
ンへ力を及ぼすことができる。この実施形態の利点は、
中央部へのドーピング量がとくに少なくてすみ、機械的
に安定した膜を製造できることにある。
【００１４】別の実施形態として、薄いほうの第一セク
ションを膜の境界に沿って成形し、面積の大きい第二の
セクションを、第一セクションに取り囲まれるように配
置する。この実施形態では、薄い境界部分が、これに取
り囲まれた面積の大きい厚いほうのセクションを弾性懸
架する役目を果たす。境界部分に取り囲まれたセクショ
ン内の応力は、厚い膜部分が、できる限り応力が小さく
しかも平らで機械的に充分安定する値まで、この弾性懸
架によって減少させることができる。さらに膜の弾性懸
架によって、膜の再加工時または膜の使用時に生じる追
加応力を減少させ、または補償することができる。
【００１５】本発明のシリコン膜の特別な実施形態とし
て、電磁線や粒子線を用いたリソグラフィ用の投影マス
クとして使用するための実施形態があって、ここでは複
数のアパーチャの形をなすマスク組織が、マスク上での
位置によって異なるアパーチャ密度を有していて、投影
マスクが、一定厚さとアパーチャ密度をもちドーピング
エージェントによって所定の濃度にドーピングされた少
なくとも１つのシリコン膜第一セクションと、それより
も厚さとアパーチャ密度が大きくドーピングエージェン
トによって所定の濃度にドーピングされた少なくとも１
つのシリコン膜第二セクションを有しており、少なくと
も１つの第一セクションと少なくとも１つの第二セクシ
ョンとが集まってシリコンマスクを構成している。
【００１６】このような実施形態の場合、マスク組織の
位置ずれや歪みを最小限に抑えるため、製造条件に応じ
て生じる膜の応力に加えて、その後の工程でマスク組織
（アパーチャ）が局所的にばらついたときに発生する問
題や製造後マスクに残る応力にも考慮が払われる。組織
のアパーチャ密度が高い場合、実効弾性率が大幅に変化
するので、その領域では通常、形成されたマスク組織に
大きな歪みが見られる。実効弾性率のこの変化は、厚い
ほうの第二のセクションを正確にこの部分へ配置するこ
とによって少なくとも部分的に平坦化することができ、
組織の歪みを弱めることができる。これに対してマスク
のアパーチャ密度が低い領域では、膜の実効弾性率の変
化は小さく、したがって薄い第一のセクションとして成
形することができる。第一のセクションと第二のセクシ
ョンとの共同作用により局所的平衡が生成され、これに
よってマスク組織の歪みが最小限に抑えられるととも
に、膜の機械的安定性が保持される。投影マスクにはも
ちろん、上述のような、第一または第二セクションをな
す境界部が備わっている。
【００１７】本発明の方法または本発明のシリコン膜ま
たはマスクのその他の特徴および利点は、図面を参照し
て以下に行う詳細な説明により、より明らかとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下では、添付の図を援用して、
本発明の方法および本発明の膜の各種実施形態について
詳しく説明する。
【００１９】以下の説明は、薄いシリコンプレート状の
基板、たとえばＳｉウエハーの部分断面図を示した図１
（ａ），（ｂ），（ｃ）に関するものである。
【００２０】シリコン基板（ｎ型またはｐ型）を選択す
ると、ドーピングエージェントの種類は、エッチストッ
プに必要なｐｎ接合を形成するためには、導電型式が反
対である特定のグループの物質に制限される。ｐ型ウエ
ハー、たとえばホウ素ドーピングウエハーの場合、ドー
ピングエージェントは、燐や砒素といったドナーのグル
ープから選定されるが、ｎ型ウエハーの場合には、ホウ
素やガリウムといったアクセプタのグループから選定さ
れる。
【００２１】どのようなドーピングエージェントを選択
すべきかは、シリコン膜内に形成しようとする応力の種
類によって決まってくる。直径が基板のシリコン原子の
それよりも大きいドーピング原子、たとえばガリウムや
砒素は、膜内に圧縮応力を形成するが、直径がシリコン
原子のそれよりも小さいドーピング原子、たとえばホウ
素や燐は、膜内に引張り応力を作り出す。形成される応
力の程度は主として、原子の大きさの相違とドーピング
エージェントの濃度とによって決まる。重要な元素の原
子半径（単位：１０−１２ｍ）を以下の表にまとめてあ
る（Ｒｏｅｍｐｐ ｃｈｅｍｉｅｌｅｘｉｋｏｎ第９版
より）。
【００２２】
【表１】
【００２３】図１に示した本発明の方法の実施形態で
は、ホウ素ドーピングウエハー（ｐ型）が使用されてい
る。このウエハーには、引張り応力を生成するためには
燐でドーピングを施し、圧縮応力を生成するためには砒
素でドーピングを施す。もちろん、燐ドーピングと砒素
ドーピングを組み合わせて、発生した引張り応力または
圧縮応力を少なくとも部分的に補正することも可能であ
る。
【００２４】本発明の方法の最初の工程では、シリコン
ウエハー１の表面の第一セクションＡに、ウエハー表面
の第二セクションだけが露出するようにマスキングが施
される。
【００２５】マスキングのため、シリコン基板表面にド
ーピングエージェントを通さない層２、たとえばＳｉＯ
２層がラップされる。この層に、公知のリソグラフ法を
用いてエッチングを施し、その部分がシリコン基板の第
二のセクションＢの表面となる。
【００２６】次の工程では、ドーピングエージェントｎ
２を用いて基板のドーピングが行われるが、このとき図
１（ａ）に示すとおりＳｉＯ２マスキングが行われてい
るので、ドーピングされるのはマスキングが施されてい
ない第二のセクションＢだけである。
【００２７】ドーピング工程は基本的に、公知の方法の
どれかを用いて実施することができる。ただし本実施形
態においては、被覆法またはイオン注入法を拡散法、た
とえばドライブイン拡散法やその他ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ
Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法などの熱活
性法と組み合わせて用いることが望ましい。これらドー
ピング法は、ドーピング濃度や深さを簡単かつ良好に調
節することができるからである。もちろん、被覆法、イ
オン注入法、拡散法または熱活性法を任意に組み合わせ
ることも可能である。必要なら追加熱処理によって、望
みのドーピング深さを達成することもできる。
【００２８】シリコンウエハーの第二セクションのドー
ピングｎ２が終わると、第一セクションを覆っているマ
スキング２を取り除く。これは図示の例では、適切なＳ
ｉＯ２溶剤によって簡単な方法で行われている。
【００２９】ここに図示していない実施形態では、シリ
コンウエハーのすでにドーピングされた第二セクション
Ｂに（リソグラフ法により）マスキングを施して後続の
ドーピングをセクションＡだけに制限し、かくして第二
のセクションＢがそれ以上ドーピングされるのを防止し
ている。
【００３０】次の工程（図１（ｂ）を参照）では、シリ
コンウエハーの表面層全体、すなわちウエハーの第一セ
クションＡと第二セクションＢとが、第一セクションＡ
にドーピング層ｎ１が形成されるように一定量のドーピ
ングエージェントによりドーピングされる。どんなドー
ピングエージェントを使用するかは、製造する膜に与え
ようとする応力特性によって決まる。ただしこの第二の
ドーピング工程では、生成されるドーピング層ｎ１がこ
の第一セクションＡでは相当薄くなるように、ドーピン
グエージェントが選択されている。必要なら、この工程
で追加熱処理（拡散または活性化）を施すこともでき
る。
【００３１】セクションＡやＢでのドーピング層ｎ１、
ｎ２の厚さは、いわゆるｐｎ接合部によって決まる。す
なわちドーピング濃度（ｎドーピング）はウエハーの基
礎ドーピングの濃度（ｐドーピング）に等しくなる厚さ
によって決まる。
【００３２】第二のドーピング工程が終わると、ウエハ
ーのｎドーピング側に、電気接点による電気化学的エッ
チングを行うための準備が施される。たとえばこのウエ
ハー側に、エッチング工程時にシリコンウエハー内で電
位がほぼ均等に分布するよう、導電層、たとえば金属層
が付加される。
【００３３】本発明による方法の最後の工程は、電気化
学的エッチング工程である。この工程では、シリコンウ
エハーは、一定温度のアルカリエッチング溶液、たとえ
ばＫＯＨ水溶液が満たされた電気化学的エッチングセル
へ装入される。電気学的エッチングセルの電極（陽極）
は、ウエハー自体によって形成される。すなわち、ドー
ピングされたウエハー側が（ｎ型）ドーピング層と接触
することによって形成される。これに対して第二の電極
（陰極）は、エッチング溶液に対して耐性のある導電性
物質、たとえば金やプラチナの板から構成されていて、
セル内の、ウエハーから離れたところに配置されてい
る。電気化学的エッチングの際、これら２つの電極間に
は電圧、たとえば１〜１．５Ｖの電圧が印加される。こ
の電圧によって、ｎ型ドーピング層内に充分の高さの電
位が発生し、この電位がＫＯＨエッチング溶液に対して
ドーピング溶液を不動態化させる。残りのｐ型ウエハー
材料は低電位のままで、不動態化は行われないので、こ
の部分だけにエッチングが施される。
【００３４】電気化学的エッチング工程については、Ｋ
ａｓｓｅｌ大学へ提出された博士論文のなかでＦｅｎｇ
Ｓｈｉ氏により詳しく研究されており、その後公表さ
れた「マイクロメカニックス用シリコンのマイクロスト
ラクチャリングのための湿式化学的エッチングプロセ
ス」（Ｋａｓｓｅｌ大学１９９４年）と題された論文の
なかで詳しく論じられている。
【００３５】上述の論文から分かるように、エッチング
プロセスは、ｐｎ接合部に達する前にすでに停止する。
すなわち形成された膜は、ｎ層とｐ層からなるサンドイ
ッチ構造を有している。ただし残留ウエハー材料の厚さ
は、ｐｎ接合部の深さと正比例しているので、製造され
た膜は、第一セクションｎ１での厚さが第二セクション
ｎ２でのそれよりも小さくなる。以下の表は、ｐｎ接合
部の深さと膜の厚さ（単位：μｍ）を比較したものであ
る。表記のデータは、上述の論文から引用した。
【００３６】
【表２】 第一セクションにおけるドーピングエージェントｎ１の
膿度は、要求に応じて、第二セクションにおけるドーピ
ングエージェントｎ２の濃度よりも低くしたり、等しく
したり、高くしたりすることができる。各セクションで
のドーピングエージェントの種類と濃度に応じて、製造
後の膜内の応力が決まってくる。
【００３７】実際の用途からして、第一セクションにお
ける膜の厚さは約３μｍ未満（望ましくは１−２．５μ
ｍ）であるのに対し、第二セクションにおける膜の厚さ
は約３μｍより大（望ましくは４−８μｍ）となってい
る。電気化学的エッチングプロセスに関する実際の経験
値からすると、ドーピング層の厚さは、最終的に適切な
厚さの膜を得るためには、生じるｐｎ構造から見てもっ
と薄くすべきである。膜の厚さが第一セクションと第二
セクションとで異なっていること、すなわち生じたｐｎ
サンドイッチ構造のｎ層とｐ層の厚さが異なっているこ
とは（図１（ｃ）を参照）、形成された膜の応力特性に
追加影響を与える。ウエハーの基本ドーピング層にある
ｐ層は、ドーピング濃度が比較的低いため応力も低い
が、厚いｎ層はドーピングの仕方に応じて圧縮応力また
は引張り応力を帯びる。つまり形成された応力は基本的
に、これら２つの層の応力の共同作用によっている。応
力の違いが、第一セクションのサンドイッチ構造と第二
セクションのそれに起因している場合、膜製造後直ちに
バランスが調節されるが、このときさらにセクション間
で相互影響が生じる。これら効果のすべてを、既定の応
力特性を有する膜を製造する際に利用することができ、
最大限のフレキシビリティが得られる。
【００３８】上述の方法を用いると、最初のドーピング
工程で基板全体にドーピング層を形成し、そのあと第一
セクションのマスキング、または第二セクションのドー
ピングを行うことも可能である。すなわち上述の製造工
程の順序は、本発明の枠内で、必要性に応じて適宜設定
することができる。
【００３９】図２の（ａ）および（ｂ）は、イオン注入
法を用いて表面層のドーピングを行う、本発明による方
法の実施形態を示したものである。
【００４０】分かりやすくするため、ここでもｐ型基板
（ホウ素ドーピング基板）に、ｎドーピング（燐、砒素
によるドーピング）を行った例を示してある。
【００４１】この実施形態の場合、シリコン表面が、マ
スクの代わりに一定の厚さの阻止層でラップされてい
る。この阻止層として、たとえばＳｉＯ２層を使用でき
る。
【００４２】阻止層は、リソグラフ法を用いて少なくと
も１つの第一セクションと少なくとも１つの第二セクシ
ョンに区分されていて、第二セクションＢにおける阻止
層が薄くなっているのに対し、残りの第一セクションＡ
の厚さはそのままであり、その結果として阻止層は、場
所によって厚さと阻止作用が異なっている。
【００４３】次の工程では、たとえばイオン注入法を用
いて、阻止層を介してシリコン基板へ一定量のイオンが
注入される。ＳｉＯ２を介して第一セクションＡへ注入
されたイオンは、シリコン基板へ達する前に、比較的薄
いＳｉＯ２を介して第二セクションＢへ注入されたイオ
ンよりも強く阻止されることから、注入されたイオンの
平均到達距離は、第二セクションＢにおけるよりも第一
セクションＡにおけるほうが短くなる。図の例では、注
入されたイオン量は、ＳｉＯ２層の吸収能力が比較的小
さいため、セクションＡでもＢでもほぼ同じであり、体
積ｎ１、ｎ２当たりの注入イオン濃度は、第二セクショ
ンＢにおけるほうが第一セクションＡにおけるよりも高
い。単位体積当たりの平均ドーピング濃度もこの関連か
ら分かる。ドーピングエージェントの実際の濃度は、ほ
ぼガウス関数に近似の曲線をたどる。つまり１回のイオ
ン注入工程だけで、ドーピングエージェント含有率が高
くて薄い層ｎ１を第一セクションＡに形成すると同時
に、ドーピングエージェント含有率が低くて厚い層ｎ２
を第二セクションＢに形成することができる。
【００４４】イオン注入後、ＳｉＯ２阻止層は取り除く
ことができる。注入イオンは次の工程で、ドーピング原
子（ドナー）の役目を果たすことができるよう、公知の
方法で熱的に活性化される。すなわち、必要ならｐｎ接
合部の深さを調節することのできる熱的活性化のあと、
シリコン基板の表面層に、本発明によるドーピング層ｎ
１、ｎ２が生じるが、その厚さは第二セクションＢにお
けるよりも第一セクションＡにおけるほうが薄い。
【００４５】この方法で調製されたシリコン基板は、所
期の膜を製造するため、上述の電気化学的エッチング工
程へ送られる（図２ｂを参照）。このときパラメータ
（阻止層の厚さ、ドーピングエージェント、イオンエネ
ルギー、イオン量）をどう設定するかによって、厚さと
応力が均一でないシリコン膜を作ることもできれば、厚
さは均一でないが応力は均一なシリコン膜を作ることも
できる。
【００４６】上述の方法は、イオン注入法というドーピ
ング法に限定されるわけではない。この方法の枠内で、
阻止層をドーピングエージェントで被覆し、次いで阻止
層を介してシリコン基板までドーピング原子を拡散させ
ることによってドーピング層を形成することも可能であ
る。
【００４７】図３は、本発明によるシリコン膜の簡単な
実施例を示したものである。この膜は、たとえばｐ型ウ
エハー１に燐ドーピングを施すことによって製造される
が、このとき、第二のセクションｎ２は膜の境界に沿っ
てのみ形成され、第一のセクションｎ１はその全体がこ
の境界に取り囲まれていて、第一のセクションｎ１での
ドーピング濃度は第二セクションｎ２でのそれよりも低
くなっている。ドーピング濃度の高い膜セクションｎ２
では、引張り応力が比較的高いのに対して、ドーピング
濃度の低いセクションｎ１では製造条件から応力がほと
んど存在しない。このため、膜製造後は、境界部ｎ２か
らドーピング濃度の低いセクションｎ１へ向けて、外向
きの張力が作用する。この実施形態の利点は、一定の応
力特性を有する膜で、そのドーピング濃度を同じ応力特
性をもち厚さも同じ膜よりも低く設定できる膜を製造で
きることにある。
【００４８】図３に示した膜境界部（第二セクションｎ
２）には、膜の外部エッジに通常見られる切り欠き作用
をかなり小さくすることができ、よってこの箇所での膜
の破損を防ぐことができるという利点もある。
【００４９】境界部３に存在する引張り応力は、膜中央
部４が平らに維持されるよう、大きく設定しなければな
らない。このために必要な引張り応力は、ドーピング濃
度、第一セクション４の厚さと大きさ、および第二セク
ション３の厚さと大きさに左右され、経験的にまたは分
析によって決定される。こうして得られたパラメータに
基づき、当該セクション３および４のドーピング濃度と
深さが決定される。
【００５０】ここには示されていない、本発明による面
積の大きな膜の実施例では、ドーピング濃度が高く肉の
厚いセクションが、矩形、望ましくは正方形の境界を有
するよう成形される。この境界の内部にはドーピング濃
度が低くて肉の薄いセクションが複数ある。すなわちこ
の膜は、面積が同じで矩形、望ましくは正方形の複数の
領域に区分されており、これら領域は、ドーピング濃度
の高い境界によって互いに分割されている。本発明によ
る膜のこのような実施状態は、センサ、なかでも面積の
大きいマイクロメカニックス用エレメントに適してい
る。
【００５１】境界の幅は、膜全体のサイズからして小さ
ことが望ましい。すなわち膜表面の大部分が薄いセクシ
ョンから構成されていて、アクティブな膜面として使用
できる一方、これら薄いセクションの境界部は単に機械
的補強と必要な引張り応力の確保の役目を果たしている
ことが望ましい。
【００５２】図４の（ａ）および（ｂ）は、本発明によ
る膜のまた別の実施形態を示したものであり、この例で
は上記の実施例とは違って、第一セクションｎ１が膜の
境界５に沿って設けられているのに対し、膜の第二セク
ションｎ２はこの境界５の内部に配置されている。
【００５３】この実施形態は、投影マスクとして、とく
にＸ線リソグラフィまたはイオン放射リソグラフィに使
用するためのものである。ウエハー１の直径は上記の適
用例では１５０ｍｍ程度で、円形の境界５は１１０ｍｍ
の平均径を有しており、この境界５の内部ではマスク組
織に使用可能な膜面６があって、ここで一般に正方形の
約７５×７５ｍｍサイズの膜面をとることができる。本
発明の製造技術を用いると、膜面部分での応力を約２−
５Ｍｐａまで下げることが可能である。
【００５４】図４（ａ）から分かるとおり、投影マスク
は製造後、機械的に敏感なマスクの取扱いに便利なよう
に、適切なホルダ７、たとえばソリッドガラスやシリコ
ンフレームに固定される。
【００５５】図４（ｂ）から、ウエハーのソリッド部分
から膜への移行部での上述の切り欠き作用を小さくする
ため、境界５が膜の外部エッジから離れた位置にあるこ
とが分かる。
【００５６】境界内部にある膜領域６の厚さとドーピン
グにより、機械的な安定が得られている。ただし膜領域
３で製造時にドーピングが行われるため、一定の応力が
発生する。この応力は、本発明の方法で形成された膜で
は、薄い肉厚と比較的弾性の高い部分からなる境界５に
よって補償されている。言い換えると、製造時に発生し
た応力は、ウエハー１のフレームとの弾性結合によっ
て、全体が同じ厚さの膜の場合よりも小さくなる。製造
時に発生する応力の補償は、機械的安定性が維持され、
しかもあとで望ましくないマスク組織の歪みの生じない
ように行われる。この弾性結合は、マスク使用時の利点
ももたらす。弾性結合はたとえば、熱による応力変化や
リソグラフィ放射（イオン）によって生じる応力も補償
することができる。
【００５７】図５に示した、本発明によるシリコン膜の
また別の実施形態は、イオン放射リソグラフィの投影マ
スクとして使用するためのものであるが、ここでは薄い
第一のセクションｎ１と厚い第二のセクションｎ２と
が、前述の実施例のように一定のパターンで配置されて
いるのではなく、製造するマスクのアパーチャ密度に応
じて配置されている。すなわち、マスク組織がほとんど
ないか、あっても寸法の小さいマスク領域８には、薄い
セクションｎ１が配置されているのに対して、多くのま
たは大きなマスク組織が存在するマスク領域９には、厚
いセクションｎ２が配置されている。このようにセクシ
ョンを配分することによって、マスクに存在する応力に
対する、あとで形成されたマスク組織への影響が考慮さ
れている。アパーチャ密度の高いマスク領域９では、膜
が一定厚さの場合の実効弾性率の相対的変化は、アパー
チャ密度が小さい領域８におけるそれよりも大きい結
果、マスク組織の形成によって膜の応力状態の変化が生
じる。アパーチャ密度が高い領域９におけるこの実効弾
性率の減少はしかし、本発明による投影マスクでは、大
きな肉厚によってできる限り補償されているので、マス
ク組織の歪みが極めて小さくなくると考えられる。
【００５８】最後に指摘しておくべきは、本発明の枠内
には、厚さが領域によって異なっているシリコン膜を製
造するのに適した公知の方法がすべて含まれるというこ
とである。たとえばエピタキシャル法も適用することが
できる。本発明によると、厚さの異なる３つ以上のセク
ションからなる膜、たとえば第三または第四のセクショ
ンの厚さが第一のセクションよりも小さく、または第二
のセクションよりも大きい膜を製造することも可能であ
る。すなわち上述の実施形態や本発明による方法、それ
に本発明によるシリコン膜やシリコン投影マスクは、多
くの可能性のうちの単なる例に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の一実施形態の説明図である。
【図２】本発明の方法のその他の実施形態の説明図であ
る。
【図３】本発明による膜の一実施形態を示す断面図であ
る。
【図４】（ａ）は本発明による膜の別の実施形態の上面
図、（ｂ）はその断面図である。
【図５】本発明によるシリコン投影マスクの一実施形態
の説明図である。
【符号の説明】
１ シリコンウエハー ２ マスキング ３ 境界部（第二セクション） ４ 膜中央部（第一セクション） ５ 境界 ６ 膜面 ７ ホルダ ８ マスク組織の少ないマスク領域 ９ マスク組織の多いマスク領域 Ａ 第一セクション Ｂ 第二セクション ｎ１（第一セクションの）ドーピング層 ｎ２（第二セクションの）ドーピング層
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3063 21/308 Ｂ // Ｇ０３Ｆ 7/38 ５０１ Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｌ (72)発明者 ハンス ロシュナー オーストリア国、Ａ−1190 ウィーン、ヴ ェガガッセ ６ (72)発明者 フェン シー ドイツ国、Ｄ−34121 カッセル、ホイブ ナーシュトラーセ 15 (72)発明者 イヴァイロ ダブリュー．ランゲロウ ドイツ国、Ｄ−34225 バウンナタール、 オーベル ゾマーバッハシュトラーセ 45

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 とくに圧力センサ、力センサ、加速度セ
    ンサのような小型センサ内で使用したり、Ｘ線リソグラ
    フィ、電子リソグラフィ、イオン放射投影リソグラフィ
    などといった電磁線や粒子線を用いたリソグラフィのマ
    スクとして使用するための、あらかじめ一定の応力が与
    えられたシリコン膜において、特定の導電型式をもつシ
    リコン基板に、極性が基板とは逆の導電型式をもつドー
    ピングエージェントでドーピングを施すとともに、基板
    の未処理セクションに電気化学的エッチングを施すこと
    によって製造されるシリコン膜の製法であって、以下の
    工程を含むもの： ａ） シリコン基板の表面の少なくとも１つの特定の第
    一セクションにマスキングを施す工程、 ｂ） シリコン基板の表面のマスキングされていない第
    二セクションに所定の厚さのドーピング層を形成するた
    め、このセクションに、ドーピングエージェントを用い
    てあらかじめ定められた濃度でドーピングを施す工程、 ｃ） 基板表面の第一セクションからマスキングを除去
    する工程、 ｄ） 基板のドーピングされていない第一セクションに
    比較的に薄いドーピング層を形成するため、ドーピング
    エージェントを用いてあらかじめ定められた濃度でシリ
    コン基板にドーピングを施す工程、 ｅ） ドーピングされた第一および第二セクションの下
    に位置する基板部分を除去し、少なくとも１つの第一お
    よび第二セクションからなるシリコン膜で、その厚さが
    第二セクションにおけるよりも第一セクションにおける
    ほうが薄いシリコン膜を形成するため、シリコン基板に
    電気化学的エッチングを施す工程。
  2. 【請求項２】 工程ｃ）を実施後シリコン基板の第二セ
    クションにマスキングを施し、工程ｄ）を実施後このマ
    スキングを除去すること特徴とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 とくに圧力センサ、力センサ、加速度セ
    ンサのような小型センサ内で使用したり、Ｘ線リソグラ
    フィ、電子リソグラフィ、イオン放射投影リソグラフィ
    などといった電磁線や粒子線を用いたリソグラフィのマ
    スクとして使用するための、あらかじめ一定の応力が与
    えられたシリコン膜において、特定の導電型式をもつシ
    リコン基板に、極性が基板とは逆の導電型式をもつドー
    ピングエージェントでドーピングを施すとともに、基板
    の未処理セクションに電気化学的エッチングを施すこと
    によって製造されるシリコン膜の製法であって、以下の
    工程を含むもの： ａ） １つの第一および第二セクションからなるシリコ
    ン基板の表面に所定の厚さをもつ阻止層を形成する工
    程、 ｂ） 第二セクション内の阻止層の厚さを所定の量減ら
    す工程、 ｃ） 阻止層を介して所定量のイオンを注入または拡散
    することによってシリコン基板にドーピングを施し、こ
    のとき形成されたドーピング層の厚さが、阻止層の阻止
    特性の違いにより第二セクションにおけるよりも第一セ
    クションにおけるほうが薄くなるようにする工程、 ｄ） シリコン基板の表面から阻止層を除去する工程、 ｅ） 基板の未処理の部分を除去し、少なくとも１つの
    第一および第二セクションからなるシリコン膜で、その
    厚さが第二セクションにおけるよりも第一セクションに
    おけるほうが薄い膜を形成するために、シリコン基板に
    電気化学的エッチングを施す工程。
  4. 【請求項４】 阻止層がＳｉＯ２層であることを特徴と
    する請求項３の方法。
  5. 【請求項５】 第一セクション内のシリコン膜の厚さが
    約３μｍ未満、望ましくは約１−２．５μｍであり、か
    つ第二セクション内のシリコン膜の厚さが約３μｍより
    大、望ましくは約４−８μｍであることを特徴とする請
    求項１または３の方法。
  6. 【請求項６】 シリコン基板がｐ型であり、たとえばホ
    ウ素ドーピングされており、ドーピングエージェントが
    ｎ型である、たとえば燐または砒素であることをもって
    特徴とする請求項１ないし５のいずれかの方法。
  7. 【請求項７】 燐がドーピングエージェントとして第一
    セクションでも第二セクションでも使用されることを特
    徴とする請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 とくに圧力センサ、力センサ、加速度セ
    ンサのような小型センサ内で使用したり、Ｘ線リソグラ
    フィ、電子リソグラフィ、イオン放射投影リソグラフィ
    などといった電磁線や粒子線を用いたリソグラフィのマ
    スクとして使用するための、あらかじめ一定の応力が与
    えられたシリコン膜において、特定の導電型式をもつシ
    リコン基板に、極性が基板とは逆の導電型式をもつドー
    ピングエージェントでドーピングを施すとともに、基板
    の未処理セクションに電気化学的エッチングを施すこと
    によって製造されるシリコン膜であって、 ａ） 所定の厚さを有し、かつあらかじめ定められた濃
    度でドーピングが施された少なくとも１つの第一セクシ
    ョン、および、 ｂ） 比較的に大きな厚さを有し、かつあらかじめ定め
    られた濃度でドーピングが施された少なくとも１つの第
    二セクション、を有し、少なくとも１つの第一セクショ
    ンと少なくとも１つの第二セクションの総計から構成さ
    れていることを特徴とするシリコン膜。
  9. 【請求項９】 第二セクションの部分の厚さが３μｍを
    越え、望ましくは４−８μｍであることを特徴とする請
    求項８のシリコン膜。
  10. 【請求項１０】 第一セクションの部分の厚さが３μｍ
    未満、望ましくは１−２．５μｍであることを特徴とす
    る請求項８のシリコン膜。
  11. 【請求項１１】 シリコン基板がＤ型であり、たとえば
    ホウ素ドーピングされており、ドーピングエージェント
    がｎ型である、たとえば燐または砒素であることを特徴
    とする請求項８ないし１０のいずれかのシリコン膜。
  12. 【請求項１２】 第一セクションが膜の境界にほぼ沿っ
    て形成されており、面積の大きな第二セクション全体が
    境界の内部に配置されていることを特徴とする請求項８
    ないし１１のどれかによるシリコン膜。
  13. 【請求項１３】 第二セクションが膜の境界にほぼ沿っ
    て形成されており、面積の大きな第一セクション全体が
    境界の内部に配置されていることを特徴とする請求項８
    ないし１２のいずれかのシリコン膜。
  14. 【請求項１４】 膜の境界が正面から見て正方形であ
    り、境界の幅が膜全体の寸法からして小さいことを特徴
    とする請求項１２または１３のシリコン膜。
  15. 【請求項１５】 膜の境界が正面から見て円形であり、
    境界の幅が膜全体の寸法からして小さいことを特徴とす
    る請求項１２または１３のシリコン膜。
  16. 【請求項１６】 Ｘ線リソグラフィ、電子リソグラフ
    ィ、イオン放射投影リソグラフィなどといった電磁線や
    粒子線を用いたリソグラフィ用のシリコン製投影マスク
    で；アパーチャからなるマスク組織がマスク上の位置に
    よって異なるアパーチャ密度を有しており、特定の導電
    型式をもつシリコン基板に、極性が基板とは逆の導電型
    式をもつドーピングエージェントでドーピングを施すと
    ともに、基板の未処理セクションに電気化学的エッチン
    グを施すことによって製造され、 ａ） 所定の厚さとあらかじめ定められたアパーチャ密
    度を有し、ドーピングエージェントによりあらかじめ定
    められた濃度でドーピングが施された少なくとも１つの
    第一セクション、および、 ｂ） 比較的に大きな厚さと比較的に高いアパーチャ密
    度を有し、ドーピングエージェントによりあらかじめ定
    められた濃度でドーピングが施された少なくとも１つの
    第二セクション、を有し、少なくとも１つの第一セクシ
    ョンと少なくとも１つの第二セクションの総計から構成
    されていることを特徴とするシリコン製投影マスク。
  17. 【請求項１７】 第一セクションにおける平均ドーピン
    グ濃度が第二セクションのそれに等しいことを特徴とす
    る請求項１６のシリコン製投影マスク。
  18. 【請求項１８】 第一セクションにおける平均ドーピン
    グ濃度が第二セクションのそれより低いことを特徴とす
    る請求項１６のシリコン製投影マスク。
  19. 【請求項１９】 第一セクションにおける平均ドーピン
    グ濃度が第二セクションのそれより高いことを特徴とす
    る請求項１６のシリコン製投影マスク。
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