JPH07249783A - ダイヤフラムの製造方法 - Google Patents
ダイヤフラムの製造方法Info
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- JPH07249783A JPH07249783A JP3893194A JP3893194A JPH07249783A JP H07249783 A JPH07249783 A JP H07249783A JP 3893194 A JP3893194 A JP 3893194A JP 3893194 A JP3893194 A JP 3893194A JP H07249783 A JPH07249783 A JP H07249783A
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- shaped
- ring
- mask
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Abstract
(57)【要約】
【目的】シリコン基板表面に、垂直な側壁と微小な丸み
の底面隅部とをもつ輪形のＵ字溝を形成する。 【構成】厚さ200 μｍのシリコン基板1 の上側表面に厚
さ2 μｍのシリコン酸化膜2 をマスクとして形成し、ふ
っ酸溶液を用いて除去し、輪形の帯状領域の露出部3 を
つくる。ドライエッチングの反応ガス21は、六ふっ化硫
黄ガスと酸素ガスとが、酸素ガスの比率 1〜70% の範囲
で混合されたもので、反応室内では圧力が1 〜10 Pa で
ある。下部, 上部の各電極間に、0.3 〜2.0 W/cm2 の電
極単位面積当たり高周波電力が印加され、シリコン基板
1 の露出部3 と、相対空間に形成されたプラズマ内のラ
ジカルや反応ガスイオンとの間に物理化学的反応を起こ
させて、露出部3 からドライエッチングする。その結
果、深さ 170μｍの輪形のＵ字形の溝部が垂直な側壁と
底面隅部に微小丸みをもって形成される。
の底面隅部とをもつ輪形のＵ字溝を形成する。 【構成】厚さ200 μｍのシリコン基板1 の上側表面に厚
さ2 μｍのシリコン酸化膜2 をマスクとして形成し、ふ
っ酸溶液を用いて除去し、輪形の帯状領域の露出部3 を
つくる。ドライエッチングの反応ガス21は、六ふっ化硫
黄ガスと酸素ガスとが、酸素ガスの比率 1〜70% の範囲
で混合されたもので、反応室内では圧力が1 〜10 Pa で
ある。下部, 上部の各電極間に、0.3 〜2.0 W/cm2 の電
極単位面積当たり高周波電力が印加され、シリコン基板
1 の露出部3 と、相対空間に形成されたプラズマ内のラ
ジカルや反応ガスイオンとの間に物理化学的反応を起こ
させて、露出部3 からドライエッチングする。その結
果、深さ 170μｍの輪形のＵ字形の溝部が垂直な側壁と
底面隅部に微小丸みをもって形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、設計要求に応えるた
めに、ドライエッチング法によってシリコン基板表面
に、側壁が表面に垂直になり、底面の隅部に微小な丸み
をもち、かつ底面の隅部近くにゆるやかな凹部をもつ輪
形のＵ字溝を形成するダイヤフラムの製造方法に関す
る。
めに、ドライエッチング法によってシリコン基板表面
に、側壁が表面に垂直になり、底面の隅部に微小な丸み
をもち、かつ底面の隅部近くにゆるやかな凹部をもつ輪
形のＵ字溝を形成するダイヤフラムの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】二つの従来例について、以下に図を参照
しながら説明する。図９は一従来例の初期工程の断面
図、図10は同じくその中間工程の断面図である。図９に
おいて、シリコン基板1 の上面に、輪形の帯状領域の露
出部33をつくるように、シリコン酸化膜31とシリコン窒
化膜32とからなるマスクを被着させる。なお図では、輪
形帯状領域の右側の露出部33だけが図示されている。こ
の状態で、ふっ酸系溶液でウェットエッチングすると、
図10に示すように、底面が平らで隅部に大きな丸みをも
つＵ字溝が形成される。さて、ここには図示してない
が、次の工程でマスクが除去される。
しながら説明する。図９は一従来例の初期工程の断面
図、図10は同じくその中間工程の断面図である。図９に
おいて、シリコン基板1 の上面に、輪形の帯状領域の露
出部33をつくるように、シリコン酸化膜31とシリコン窒
化膜32とからなるマスクを被着させる。なお図では、輪
形帯状領域の右側の露出部33だけが図示されている。こ
の状態で、ふっ酸系溶液でウェットエッチングすると、
図10に示すように、底面が平らで隅部に大きな丸みをも
つＵ字溝が形成される。さて、ここには図示してない
が、次の工程でマスクが除去される。
【０００３】図11は別の従来例の初期工程の断面図、図
12は同じくその中間工程の断面図である。図11におい
て、シリコン基板1 の上面に、輪形の帯状領域の露出部
42をつくるように、シリコン窒化膜41のマスクを被着さ
せる。この状態で、アルカリ系溶液でウェットエッチン
グすると、図12に示すように、底面が平らで隅部が直角
なＵ字溝が形成される。次のマスク除去工程は省略して
ある。
12は同じくその中間工程の断面図である。図11におい
て、シリコン基板1 の上面に、輪形の帯状領域の露出部
42をつくるように、シリコン窒化膜41のマスクを被着さ
せる。この状態で、アルカリ系溶液でウェットエッチン
グすると、図12に示すように、底面が平らで隅部が直角
なＵ字溝が形成される。次のマスク除去工程は省略して
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一従来例では、ふっ酸
系溶液によるウェットエッチングが等方的に進行するの
で、Ｕ字溝の底面が平らで隅部に大きな丸みをもつ。こ
の隅部の大きい丸みのため、ダイヤフラムの感度が低下
し、また小形化が阻害される欠点がある。別の従来例で
は、アルカリ系溶液によるウェットエッチングがシリコ
ン基板の面方位に応じて進行するので、面方位を表面に
直角になるように選択することによって、Ｕ字溝の底面
が平らで隅部が直角になるようにすることができる。こ
の直角な隅部は、ダイヤフラムの感度を高めるには有利
であるが、応力集中が起こりやすく破壊の要因になる。
また、シリコン基板の面方位が、ダイヤフラム製造上の
制約条件になるという欠点もある。
系溶液によるウェットエッチングが等方的に進行するの
で、Ｕ字溝の底面が平らで隅部に大きな丸みをもつ。こ
の隅部の大きい丸みのため、ダイヤフラムの感度が低下
し、また小形化が阻害される欠点がある。別の従来例で
は、アルカリ系溶液によるウェットエッチングがシリコ
ン基板の面方位に応じて進行するので、面方位を表面に
直角になるように選択することによって、Ｕ字溝の底面
が平らで隅部が直角になるようにすることができる。こ
の直角な隅部は、ダイヤフラムの感度を高めるには有利
であるが、応力集中が起こりやすく破壊の要因になる。
また、シリコン基板の面方位が、ダイヤフラム製造上の
制約条件になるという欠点もある。
【０００５】さらに、一従来例, 別の従来例に共通し
た、ウェットエッチング法による欠点として、シリコ
ン基板に被着させるマスクの厚さには制限があるから、
使用可能なシリコン基板の厚さや、形成可能なＵ字溝深
さひいてはＵ字溝底面部分の厚さに限度がある、シリ
コンウェハからシリコン基板を数百個程度の多数個取り
をするとき、各シリコン基板のＵ字溝底面部分の厚さに
バラツキを生じ、製品の歩留り率が低下する恐れがあ
る、エッチング液として酸やアルカリを用いるので作
業性が悪い、エッチング液の維持管理が難しい──な
どがある。
た、ウェットエッチング法による欠点として、シリコ
ン基板に被着させるマスクの厚さには制限があるから、
使用可能なシリコン基板の厚さや、形成可能なＵ字溝深
さひいてはＵ字溝底面部分の厚さに限度がある、シリ
コンウェハからシリコン基板を数百個程度の多数個取り
をするとき、各シリコン基板のＵ字溝底面部分の厚さに
バラツキを生じ、製品の歩留り率が低下する恐れがあ
る、エッチング液として酸やアルカリを用いるので作
業性が悪い、エッチング液の維持管理が難しい──な
どがある。
【０００６】この発明が解決すべき課題は、従来の技術
がもつ以上の問題点を解消し、設計要求に応えるため
に、シリコン基板表面に、側壁が表面に垂直になり、底
面の隅部に微小な丸みをもち、かつ底面の隅部近くにゆ
るやかな凹部をもつ輪形のＵ字溝を形成するダイヤフラ
ムの製造方法を提供することにある。
がもつ以上の問題点を解消し、設計要求に応えるため
に、シリコン基板表面に、側壁が表面に垂直になり、底
面の隅部に微小な丸みをもち、かつ底面の隅部近くにゆ
るやかな凹部をもつ輪形のＵ字溝を形成するダイヤフラ
ムの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、シリコン基
板の表面に、輪形の帯状領域だけが露出するように、シ
リコン酸化膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させ
る工程と；陽極結合方式のドライエッチング装置におい
て、六ふっ化硫黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして
用い、反応ガスの酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積
当たり高周波電力が 0.3〜2.0 W/cm2 、反応室内の圧力
が 1〜10 Pa の条件で、マスク被着のシリコン基板をド
ライエッチングし輪形のＵ字溝を形成する工程と；から
なる。
板の表面に、輪形の帯状領域だけが露出するように、シ
リコン酸化膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させ
る工程と；陽極結合方式のドライエッチング装置におい
て、六ふっ化硫黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして
用い、反応ガスの酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積
当たり高周波電力が 0.3〜2.0 W/cm2 、反応室内の圧力
が 1〜10 Pa の条件で、マスク被着のシリコン基板をド
ライエッチングし輪形のＵ字溝を形成する工程と；から
なる。
【０００８】また、この発明は、シリコン基板の表面
に、輪形の帯状領域だけが露出するように、シリコン酸
化膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させる工程
と；陽極結合方式のドライエッチング装置において、六
ふっ化硫黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして用い、
反応ガスの酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積当たり
高周波電力が 2.0〜6.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 10
〜120 Paの条件で、マスク被着のシリコン基板をドライ
エッチングし輪形のＵ字溝を形成する工程と；からな
る。
に、輪形の帯状領域だけが露出するように、シリコン酸
化膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させる工程
と；陽極結合方式のドライエッチング装置において、六
ふっ化硫黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして用い、
反応ガスの酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積当たり
高周波電力が 2.0〜6.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 10
〜120 Paの条件で、マスク被着のシリコン基板をドライ
エッチングし輪形のＵ字溝を形成する工程と；からな
る。
【０００９】さらに、輪形のＵ字溝は、シリコン基板の
片面だけに形成されること、またはシリコン基板の両面
に相対させて形成されることが可能である。
片面だけに形成されること、またはシリコン基板の両面
に相対させて形成されることが可能である。
【００１０】
【作用】この発明では、シリコン基板の表面に、輪形の
帯状領域だけが露出するようにシリコン酸化膜またはア
ルミニウム膜のマスクを被着させ、次に陽極結合方式の
ドライエッチング装置において、六ふっ化硫黄と酸素と
の混合ガスを反応ガスとして用い、反応ガスの酸素混合
比が 1〜70 %、電極単位面積当たり高周波電力が0.3〜
2.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 1〜10 Pa の条件で、マ
スク被着のシリコン基板をドライエッチングし輪形のＵ
字溝を形成する。すなわち、六ふっ化硫黄と酸素とは、
プラズマ中で解離して、ふっ素ラジカルと酸素ラジカル
が生成される。プラズマ中の酸素ラジカルがシリコン基
板のシリコン原子と反応し、瞬間的な中間生成物として
酸化シリコンが生成される。この酸化シリコンと、ふっ
素ラジカルが反応して四ふっ素シリコンが生成される。
この四ふっ素シリコンは、沸点が非常に低いので、自然
にガスとなって反応室外に排出される。
帯状領域だけが露出するようにシリコン酸化膜またはア
ルミニウム膜のマスクを被着させ、次に陽極結合方式の
ドライエッチング装置において、六ふっ化硫黄と酸素と
の混合ガスを反応ガスとして用い、反応ガスの酸素混合
比が 1〜70 %、電極単位面積当たり高周波電力が0.3〜
2.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 1〜10 Pa の条件で、マ
スク被着のシリコン基板をドライエッチングし輪形のＵ
字溝を形成する。すなわち、六ふっ化硫黄と酸素とは、
プラズマ中で解離して、ふっ素ラジカルと酸素ラジカル
が生成される。プラズマ中の酸素ラジカルがシリコン基
板のシリコン原子と反応し、瞬間的な中間生成物として
酸化シリコンが生成される。この酸化シリコンと、ふっ
素ラジカルが反応して四ふっ素シリコンが生成される。
この四ふっ素シリコンは、沸点が非常に低いので、自然
にガスとなって反応室外に排出される。
【００１１】さて酸化シリコンは、本出願人の特許出願
に係る特願平2-275626号に記載しているように、マスキ
ング効果つまりエッチング反応を妨げる作用をもつ。し
たがって、エッチング反応中にシリコン基板に形成され
るＵ字溝の側壁に、酸化シリコンが効率良く堆積し、そ
のマスキング効果によって、側壁を垂直にエッチングす
ることが可能になり、またこれと同時に、Ｕ字溝の深さ
方向には、シリコン基板付近に存在する小さな電位勾配
に基づく極めてわずかなイオンのアシスト効果によっ
て、酸化シリコンのマスキング効果が阻止されてエッチ
ング反応が進行しやすくなる、と推定される。また、電
極単位面積当たり高周波電力が 0.3〜2.0W/cm2 で、Ｒ
ＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に比べて小さいか
ら、ドライエッチングの選択比を大幅に向上させること
ができる。その結果、シリコン基板に形成した輪形のＵ
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底面隅部に微小
な丸みをもつ。
に係る特願平2-275626号に記載しているように、マスキ
ング効果つまりエッチング反応を妨げる作用をもつ。し
たがって、エッチング反応中にシリコン基板に形成され
るＵ字溝の側壁に、酸化シリコンが効率良く堆積し、そ
のマスキング効果によって、側壁を垂直にエッチングす
ることが可能になり、またこれと同時に、Ｕ字溝の深さ
方向には、シリコン基板付近に存在する小さな電位勾配
に基づく極めてわずかなイオンのアシスト効果によっ
て、酸化シリコンのマスキング効果が阻止されてエッチ
ング反応が進行しやすくなる、と推定される。また、電
極単位面積当たり高周波電力が 0.3〜2.0W/cm2 で、Ｒ
ＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に比べて小さいか
ら、ドライエッチングの選択比を大幅に向上させること
ができる。その結果、シリコン基板に形成した輪形のＵ
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底面隅部に微小
な丸みをもつ。
【００１２】また、この発明では、シリコン基板の表面
に、輪形の帯状領域だけが露出するようにシリコン酸化
膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させ、次に陽極
結合方式のドライエッチング装置において、六ふっ化硫
黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして用い、反応ガス
の酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積当たり高周波電
力が 2.0〜6.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 10 〜120 Pa
の条件で、マスク被着のシリコン基板をドライエッチン
グし輪形のＵ字溝を形成する。すなわち、先に述べたよ
うな反応メカニズムによって、シリコン基板の輪形のＵ
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底面隅部に微小
な丸みをもつとともに、電極単位面積当たり高周波電力
と反応室内の圧力とをより高めたことで、側壁からの跳
ね返ったイオンの衝撃によって、Ｕ字溝底面の側壁に近
い部分つまり隅部近くが他の部分より急速にエッチング
され、底面の隅部近くにゆるやかな凹部が形成される。
に、輪形の帯状領域だけが露出するようにシリコン酸化
膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させ、次に陽極
結合方式のドライエッチング装置において、六ふっ化硫
黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして用い、反応ガス
の酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積当たり高周波電
力が 2.0〜6.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 10 〜120 Pa
の条件で、マスク被着のシリコン基板をドライエッチン
グし輪形のＵ字溝を形成する。すなわち、先に述べたよ
うな反応メカニズムによって、シリコン基板の輪形のＵ
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底面隅部に微小
な丸みをもつとともに、電極単位面積当たり高周波電力
と反応室内の圧力とをより高めたことで、側壁からの跳
ね返ったイオンの衝撃によって、Ｕ字溝底面の側壁に近
い部分つまり隅部近くが他の部分より急速にエッチング
され、底面の隅部近くにゆるやかな凹部が形成される。
【００１３】なお、シリコン基板表面に被着されるマス
クは、シリコン酸化膜またはアルミニウム膜にすること
ができるから、アルミニウム膜の選択によって、シリコ
ン酸化膜に比べて１mm程度の厚いシリコン基板に対し深
彫りのエッチングが可能になる。また、輪形のＵ字溝
は、シリコン基板の片面だけに形成されることも、また
は、両面に相対させて形成することも可能であるから、
ダイヤフラムの特性が変えられる。
クは、シリコン酸化膜またはアルミニウム膜にすること
ができるから、アルミニウム膜の選択によって、シリコ
ン酸化膜に比べて１mm程度の厚いシリコン基板に対し深
彫りのエッチングが可能になる。また、輪形のＵ字溝
は、シリコン基板の片面だけに形成されることも、また
は、両面に相対させて形成することも可能であるから、
ダイヤフラムの特性が変えられる。
【００１４】
【実施例】この発明に係るダイヤフラムの製造方法の三
つの適用例について、以下に図を参照しながら説明す
る。第１適用例について、図１，図２を参照しながら説
明する。図１はその初期工程の断面図、図２はその中間
工程の断面図である。図１において、シリコン基板1 は
厚さ200 μｍで、その上側表面に熱酸化処理によって厚
さ2 μｍのシリコン酸化膜2 をマスクとして形成する。
このシリコン酸化膜2をふっ酸溶液を用いて除去し、輪
形の帯状領域としての露出部3 をつくる。この露出部3
が、次に述べるようにしてドライエッチングされる。な
お、マスクはシリコン酸化膜に代えてアルミニウム膜に
することができ、とくにアルミニウム膜の選択によっ
て、シリコン酸化膜に比べて１mm程度の厚いシリコン基
板に対し深彫りのエッチングが可能になる。
つの適用例について、以下に図を参照しながら説明す
る。第１適用例について、図１，図２を参照しながら説
明する。図１はその初期工程の断面図、図２はその中間
工程の断面図である。図１において、シリコン基板1 は
厚さ200 μｍで、その上側表面に熱酸化処理によって厚
さ2 μｍのシリコン酸化膜2 をマスクとして形成する。
このシリコン酸化膜2をふっ酸溶液を用いて除去し、輪
形の帯状領域としての露出部3 をつくる。この露出部3
が、次に述べるようにしてドライエッチングされる。な
お、マスクはシリコン酸化膜に代えてアルミニウム膜に
することができ、とくにアルミニウム膜の選択によっ
て、シリコン酸化膜に比べて１mm程度の厚いシリコン基
板に対し深彫りのエッチングが可能になる。
【００１５】ここで、ドライエッチングがおこなわれる
装置について、図８のドライエッチング装置の構成図を
参照しながら説明する。この装置は、陽極結合方式の平
行平板型と呼ばれ、反応室11の内部にステージ兼用の下
部電極12と、これに 5〜100mmの距離で相対する上部電
極13とが配設される。底板14の周辺部に排気管15が分散
して設けられ、それぞれは底板14の中心部に向かい、か
つこれに平行に開口している。上部電極13には、マッチ
ングチューナ16を介して高周波電源17が接続される。上
部電極13に連接する接続体19と、反応室11の頂部18との
間隙20が、矢印で流入方向を示した反応ガス21の導入口
である。
装置について、図８のドライエッチング装置の構成図を
参照しながら説明する。この装置は、陽極結合方式の平
行平板型と呼ばれ、反応室11の内部にステージ兼用の下
部電極12と、これに 5〜100mmの距離で相対する上部電
極13とが配設される。底板14の周辺部に排気管15が分散
して設けられ、それぞれは底板14の中心部に向かい、か
つこれに平行に開口している。上部電極13には、マッチ
ングチューナ16を介して高周波電源17が接続される。上
部電極13に連接する接続体19と、反応室11の頂部18との
間隙20が、矢印で流入方向を示した反応ガス21の導入口
である。
【００１６】ドライエッチング処理について述べる。シ
リコン基板1 が、ステージを兼ねる下部電極12の上面に
載置される。反応室11の内部に導入される反応ガス21
は、六ふっ化硫黄ガスと酸素ガスとが、酸素ガスの比率
1〜70% の範囲で混合されたもので、応室11内では 1〜
10 Pa の圧力が保持される。下部, 上部の各電極12,13
間に、0.3 〜2.0 W/cm2 の電極単位面積当たり高周波電
力が印加され、シリコン基板1 の露出部3(図１参照）
と、相対空間に形成されたプラズマ22内に存在するラジ
カルや反応ガスイオンとの間に物理化学的反応を起こさ
せることで、露出部3 からドライエッチングがおこなわ
れ、図２に示すように、深さ 170μｍの輪形のＵ字形の
溝部4 が形成される、つまり溝部4 の底面部分の厚さは
30 μｍになる。しかも、溝部4 の側壁5 は表面に対し
て垂直であり、かつ底面の隅部に微小な丸みをもってい
る。ところで、溝部4 が垂直な側壁5 をもつことで設計
性能の要求に応えることができ、底面隅部に微小な丸み
をもたせることで応力集中が避けられて破壊の要因の一
つが除去される。なお、次のマスク除去工程は省略して
ある。
リコン基板1 が、ステージを兼ねる下部電極12の上面に
載置される。反応室11の内部に導入される反応ガス21
は、六ふっ化硫黄ガスと酸素ガスとが、酸素ガスの比率
1〜70% の範囲で混合されたもので、応室11内では 1〜
10 Pa の圧力が保持される。下部, 上部の各電極12,13
間に、0.3 〜2.0 W/cm2 の電極単位面積当たり高周波電
力が印加され、シリコン基板1 の露出部3(図１参照）
と、相対空間に形成されたプラズマ22内に存在するラジ
カルや反応ガスイオンとの間に物理化学的反応を起こさ
せることで、露出部3 からドライエッチングがおこなわ
れ、図２に示すように、深さ 170μｍの輪形のＵ字形の
溝部4 が形成される、つまり溝部4 の底面部分の厚さは
30 μｍになる。しかも、溝部4 の側壁5 は表面に対し
て垂直であり、かつ底面の隅部に微小な丸みをもってい
る。ところで、溝部4 が垂直な側壁5 をもつことで設計
性能の要求に応えることができ、底面隅部に微小な丸み
をもたせることで応力集中が避けられて破壊の要因の一
つが除去される。なお、次のマスク除去工程は省略して
ある。
【００１７】ドライエッチングのメカニズムについて詳
しく説明する。六ふっ化硫黄と酸素とは、プラズマ中で
解離して、ふっ素ラジカルと酸素ラジカルが生成され
る。プラズマ中の酸素ラジカルがシリコン基板のシリコ
ン原子と反応し、瞬間的な中間生成物として酸化シリコ
ンが生成される。この酸化シリコンと、ふっ素ラジカル
が反応して四ふっ素シリコンが生成される。この四ふっ
素シリコンは、沸点が非常に低いので、自然にガスとな
って反応室外に排出される。酸化シリコンは、先に述べ
たように( 本出願人の特許出願に係る特願平2-275626号
の記載内容) 、マスキング効果つまりエッチング反応を
妨げる作用をもつ。したがって、エッチング反応中にシ
リコン基板に形成される溝部4 の側壁5 に、酸化シリコ
ンが効率良く堆積し、そのマスキング効果によって、側
壁5 を垂直にエッチングすることが可能になり、またこ
れと同時に、溝部4 の深さ方向には、シリコン基板1 の
付近に存在する小さな電位勾配に基づく極めてわずかな
イオンのアシスト効果によって、酸化シリコンのマスキ
ング効果が阻止されてエッチング反応が進行しやすくな
る。また、電極単位面積当たり高周波電力が 0.3〜2.0
W/cm2 で、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に比
べて小さいから、ドライエッチングの選択比を大幅に向
上させることができる。その結果、シリコン基板1 に形
成された輪形の溝部4 は、その側壁5 が垂直になり、し
かも底面隅部に微小な丸みが生じる。
しく説明する。六ふっ化硫黄と酸素とは、プラズマ中で
解離して、ふっ素ラジカルと酸素ラジカルが生成され
る。プラズマ中の酸素ラジカルがシリコン基板のシリコ
ン原子と反応し、瞬間的な中間生成物として酸化シリコ
ンが生成される。この酸化シリコンと、ふっ素ラジカル
が反応して四ふっ素シリコンが生成される。この四ふっ
素シリコンは、沸点が非常に低いので、自然にガスとな
って反応室外に排出される。酸化シリコンは、先に述べ
たように( 本出願人の特許出願に係る特願平2-275626号
の記載内容) 、マスキング効果つまりエッチング反応を
妨げる作用をもつ。したがって、エッチング反応中にシ
リコン基板に形成される溝部4 の側壁5 に、酸化シリコ
ンが効率良く堆積し、そのマスキング効果によって、側
壁5 を垂直にエッチングすることが可能になり、またこ
れと同時に、溝部4 の深さ方向には、シリコン基板1 の
付近に存在する小さな電位勾配に基づく極めてわずかな
イオンのアシスト効果によって、酸化シリコンのマスキ
ング効果が阻止されてエッチング反応が進行しやすくな
る。また、電極単位面積当たり高周波電力が 0.3〜2.0
W/cm2 で、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に比
べて小さいから、ドライエッチングの選択比を大幅に向
上させることができる。その結果、シリコン基板1 に形
成された輪形の溝部4 は、その側壁5 が垂直になり、し
かも底面隅部に微小な丸みが生じる。
【００１８】第２適用例について、図３，図４を参照し
ながら説明する。図３はその初期工程の断面図、図４は
その中間工程の断面図である。図３において、シリコン
基板1 は厚さ200 μｍで、その上側表面に熱酸化処理に
よって厚さ2 μｍのシリコン酸化膜2 をマスクとして形
成し、これをふっ酸溶液を用いて除去し、輪形の帯状領
域としての露出部3 をつくる。なお、マスクをアルミニ
ウム膜にすることも可能である。ここまでは、第１適用
例と同じである。
ながら説明する。図３はその初期工程の断面図、図４は
その中間工程の断面図である。図３において、シリコン
基板1 は厚さ200 μｍで、その上側表面に熱酸化処理に
よって厚さ2 μｍのシリコン酸化膜2 をマスクとして形
成し、これをふっ酸溶液を用いて除去し、輪形の帯状領
域としての露出部3 をつくる。なお、マスクをアルミニ
ウム膜にすることも可能である。ここまでは、第１適用
例と同じである。
【００１９】ドライエッチング処理は、第１適用例に用
いたのと同じ装置においておこなわれる。すなわち、シ
リコン基板1 が、ステージを兼ねる下部電極12の上面に
載置される。反応室11の内部に導入される反応ガス21
は、六ふっ化硫黄ガスと酸素ガスとが、酸素ガスの比率
1〜70% の範囲で混合されたもので、第１適用例におけ
るのと同じであるが、以下の条件が第１適用例と異な
る。反応室11内では、第１適用例におけるより高い 10
〜120 Paの圧力が保持され、かつ下部, 上部の各電極1
2,13 間に、第１適用例におけるより高い2.0 〜6.0 W/c
m2 の電極単位面積当たり高周波電力が印加される。図
４に示すように、露出部3 からドライエッチングがおこ
なわれ、深さ 170μｍの溝部4 が形成される。しかも、
溝部4 の側壁5は表面に対して垂直であり、かつ底面の
隅部に微小な丸みをもつとともに、隅部近くにゆくやか
な凹部6 が形成される。ところで、底面の隅部近くにゆ
るやかな凹部6 を形成することで、溝部4 の底面部分の
厚さを薄くしないで実質的に薄くしたと同程度の高感度
のダイヤフラムが得られる。
いたのと同じ装置においておこなわれる。すなわち、シ
リコン基板1 が、ステージを兼ねる下部電極12の上面に
載置される。反応室11の内部に導入される反応ガス21
は、六ふっ化硫黄ガスと酸素ガスとが、酸素ガスの比率
1〜70% の範囲で混合されたもので、第１適用例におけ
るのと同じであるが、以下の条件が第１適用例と異な
る。反応室11内では、第１適用例におけるより高い 10
〜120 Paの圧力が保持され、かつ下部, 上部の各電極1
2,13 間に、第１適用例におけるより高い2.0 〜6.0 W/c
m2 の電極単位面積当たり高周波電力が印加される。図
４に示すように、露出部3 からドライエッチングがおこ
なわれ、深さ 170μｍの溝部4 が形成される。しかも、
溝部4 の側壁5は表面に対して垂直であり、かつ底面の
隅部に微小な丸みをもつとともに、隅部近くにゆくやか
な凹部6 が形成される。ところで、底面の隅部近くにゆ
るやかな凹部6 を形成することで、溝部4 の底面部分の
厚さを薄くしないで実質的に薄くしたと同程度の高感度
のダイヤフラムが得られる。
【００２０】第２適用例の場合のエッチングメカニズム
は次のように考えられる。第１適用例の場合より電極単
位面積当たり高周波電力と、反応室内の圧力とを高めた
ことによって、側壁4 からの跳ね返ったイオンの衝撃に
よって、溝部4 の底面隅部近くが他の部分より急速にエ
ッチングされ、その結果、第１適用例における溝部4の
形成とともに、底面の隅部近くにゆるやかな凹部6 が形
成される。なお、マスクをシリコン酸化膜に代えてアル
ミニウム膜にすることによって、シリコン酸化膜に比べ
て１mm程度の厚いシリコン基板に対し深彫りのエッチン
グと、より深い凹部6 の形成とが可能になる。
は次のように考えられる。第１適用例の場合より電極単
位面積当たり高周波電力と、反応室内の圧力とを高めた
ことによって、側壁4 からの跳ね返ったイオンの衝撃に
よって、溝部4 の底面隅部近くが他の部分より急速にエ
ッチングされ、その結果、第１適用例における溝部4の
形成とともに、底面の隅部近くにゆるやかな凹部6 が形
成される。なお、マスクをシリコン酸化膜に代えてアル
ミニウム膜にすることによって、シリコン酸化膜に比べ
て１mm程度の厚いシリコン基板に対し深彫りのエッチン
グと、より深い凹部6 の形成とが可能になる。
【００２１】第３適用例について、図５，図６，図７を
参照しながら説明する。図５はその初期工程の断面図、
図６はその中間工程の断面図、図７はその次工程の断面
図である。図５において、シリコン基板1 は厚さ 200μ
ｍで、その上側，下側の各表面に厚さ 2μｍのシリコン
酸化膜2 をマスクとして形成し、これをふっ酸溶液を用
いて除去し、輪形の帯状領域としての露出部3 を上下相
対させてつくるのは、第１，第２の各適用例におけるの
と基本的に同じである。図６において、上側のドライエ
ッチングによるＵ字形の深さ85μｍの溝部7 が形成され
る。この溝7 の側壁8 と、底面の隅部近くの凹部9 と
は、第１，第２の各適用例におけるのと基本的に同様で
ある。次に、シリコン基板1 を反転させて、図７におけ
るように、下側のドライエッチングによるＵ字形の深さ
85μｍの溝部7 が形成される。したがって、各溝7 の底
面間は30μｍの厚さになる。
参照しながら説明する。図５はその初期工程の断面図、
図６はその中間工程の断面図、図７はその次工程の断面
図である。図５において、シリコン基板1 は厚さ 200μ
ｍで、その上側，下側の各表面に厚さ 2μｍのシリコン
酸化膜2 をマスクとして形成し、これをふっ酸溶液を用
いて除去し、輪形の帯状領域としての露出部3 を上下相
対させてつくるのは、第１，第２の各適用例におけるの
と基本的に同じである。図６において、上側のドライエ
ッチングによるＵ字形の深さ85μｍの溝部7 が形成され
る。この溝7 の側壁8 と、底面の隅部近くの凹部9 と
は、第１，第２の各適用例におけるのと基本的に同様で
ある。次に、シリコン基板1 を反転させて、図７におけ
るように、下側のドライエッチングによるＵ字形の深さ
85μｍの溝部7 が形成される。したがって、各溝7 の底
面間は30μｍの厚さになる。
【００２２】
【発明の効果】この発明では、シリコン基板の輪形のＵ
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底隅部に微小な
丸みをもたせることができ、また、電極単位面積当たり
高周波電力と反応室内の圧力とをより高めることで、側
壁からの跳ね返ったイオンの衝撃によって、溝底面の側
壁に近い部分つまり隅部近くが他の部分より急速にエッ
チングされ、底面の隅部近くにゆるやかな凹部を形成す
ることができる。その結果、溝が垂直な側壁を持つこ
とで設計性能の要求に応え、底隅部に微小な丸みを持
たせることで応力集中が避けられ、底面の隅部近くに
ゆるやかな凹部を形成することで、Ｕ字溝底面部分の厚
さを薄くしないで実質的に薄くしたと同程度の高感度の
ダイヤフラムが得られる──などの効果が得られる。さ
らに、シリコン基板表面に被着されるマスクは、シリコ
ン酸化膜またはアルミニウム膜にすることができるか
ら、アルミニウム膜の選択によって、シリコン酸化膜の
選択に比べて１mm程度の厚いシリコン基板に対して深彫
りのエッチングが可能になる。また、輪形のＵ字溝は、
シリコン基板の片面だけに形成されることも、または、
両面に相対させて形成することも可能であるから、ダイ
ヤフラムの特性が変えられ、それだけ設計の要求に柔軟
に応えることができる。
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底隅部に微小な
丸みをもたせることができ、また、電極単位面積当たり
高周波電力と反応室内の圧力とをより高めることで、側
壁からの跳ね返ったイオンの衝撃によって、溝底面の側
壁に近い部分つまり隅部近くが他の部分より急速にエッ
チングされ、底面の隅部近くにゆるやかな凹部を形成す
ることができる。その結果、溝が垂直な側壁を持つこ
とで設計性能の要求に応え、底隅部に微小な丸みを持
たせることで応力集中が避けられ、底面の隅部近くに
ゆるやかな凹部を形成することで、Ｕ字溝底面部分の厚
さを薄くしないで実質的に薄くしたと同程度の高感度の
ダイヤフラムが得られる──などの効果が得られる。さ
らに、シリコン基板表面に被着されるマスクは、シリコ
ン酸化膜またはアルミニウム膜にすることができるか
ら、アルミニウム膜の選択によって、シリコン酸化膜の
選択に比べて１mm程度の厚いシリコン基板に対して深彫
りのエッチングが可能になる。また、輪形のＵ字溝は、
シリコン基板の片面だけに形成されることも、または、
両面に相対させて形成することも可能であるから、ダイ
ヤフラムの特性が変えられ、それだけ設計の要求に柔軟
に応えることができる。
【００２３】さらに、ドライエッチング法に基づく特長
として、一つには、シリコンウェハからシリコン基板を
数百個程度の多数個取りをするとき、各シリコン基板の
Ｕ字溝底面部分の厚さのバラツキが抑えられ、品質の均
一性つまり歩留り率が維持,向上されて生産性が向上
し、二つには、良好な作業性とともに、エッチング媒体
の維持管理が比較的容易になる。
として、一つには、シリコンウェハからシリコン基板を
数百個程度の多数個取りをするとき、各シリコン基板の
Ｕ字溝底面部分の厚さのバラツキが抑えられ、品質の均
一性つまり歩留り率が維持,向上されて生産性が向上
し、二つには、良好な作業性とともに、エッチング媒体
の維持管理が比較的容易になる。
【００２４】ところで、この発明は、シリコン基板にド
ライエッチングによって深彫りのＵ字溝を形成し、しか
もその側壁が垂直で、かつ底面隅部に応力集中を避けう
る微小な丸みが付くことから、一般に複雑な形状のマイ
クロセンサや、マイクロスキャナなどのマイクロマシン
の製造に広く利用できる、という波及効果がある。
ライエッチングによって深彫りのＵ字溝を形成し、しか
もその側壁が垂直で、かつ底面隅部に応力集中を避けう
る微小な丸みが付くことから、一般に複雑な形状のマイ
クロセンサや、マイクロスキャナなどのマイクロマシン
の製造に広く利用できる、という波及効果がある。
【図１】この発明に係る第１適用例の初期工程の断面図
【図２】同じくその中間工程の断面図
【図３】この発明に係る第２適用例の初期工程の断面図
【図４】同じくその中間工程の断面図
【図５】この発明に係る第３適用例の初期工程の断面図
【図６】同じくその中間工程の断面図
【図７】同じくその次工程の断面図
【図８】適用例に用いられるドライエッチング装置の構
成図
成図
【図９】一従来例の初期工程の断面図
【図10】同じくその中間工程の断面図
【図11】別の従来例の初期工程の断面図
【図12】同じくその中間工程の断面図
１ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ 露出部 ４ 溝部 ５ 側壁 ６ 凹部 ７ 溝部 ８ 側壁 ９ 凹部 １１ 反応室 １２ 下部電極 １３ 上部電極 １４ 底板 １５ 排気管 １６ マッチングチューナ １７ 高周波電源 １８ 反応室頂部 １９ 接続体 ２０ 間隙 ２１ 反応ガス ２２ プラズマ
Claims (4)
- 【請求項１】シリコン基板の表面に、輪形の帯状領域だ
けが露出するようにシリコン酸化膜またはアルミニウム
膜のマスクを被着させる工程と；陽極結合方式のドライ
エッチング装置において、六ふっ化硫黄と酸素との混合
ガスを反応ガスとして用い、反応ガスの酸素混合比が 1
〜70 %、電極単位面積当たり高周波電力が 0.3〜2.0 W/
cm2 、反応室内の圧力が 1〜10 Pa の条件で、マスク被
着のシリコン基板をドライエッチングし輪形のＵ字溝を
形成する工程と；からなることを特徴とするダイヤフラ
ムの製造方法。 - 【請求項２】シリコン基板の表面に、輪形の帯状領域だ
けが露出するようにシリコン酸化膜またはアルミニウム
膜のマスクを被着させる工程と；陽極結合方式のドライ
エッチング装置において、六ふっ化硫黄と酸素との混合
ガスを反応ガスとして用い、反応ガスの酸素混合比が 1
〜70 %、電極単位面積当たり高周波電力が 2.0〜6.0 W/
cm2 、反応室内の圧力が 10 〜120 Paの条件で、マスク
被着のシリコン基板をドライエッチングし輪形のＵ字溝
を形成する工程と；からなることを特徴とするダイヤフ
ラムの製造方法。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の方法において、
輪形のＵ字溝は、シリコン基板の片面だけに形成されて
なることを特徴とするダイヤフラムの製造方法。 - 【請求項４】請求項１または２に記載の方法において、
輪形のＵ字溝は、シリコン基板の両面に相対させて形成
されてなることを特徴とするダイヤフラムの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03893194A JP3178223B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | ダイヤフラムの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03893194A JP3178223B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | ダイヤフラムの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07249783A true JPH07249783A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3178223B2 JP3178223B2 (ja) | 2001-06-18 |
Family
ID=12538980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03893194A Expired - Lifetime JP3178223B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | ダイヤフラムの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3178223B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003518738A (ja) * | 1999-12-20 | 2003-06-10 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | シリコンの金属マスクエッチング方法 |
| KR20030071899A (ko) * | 2002-03-02 | 2003-09-13 | (주)엠투엔 | 건식 식각 방법을 이용한 웨이브 가이드 홈 제작 방법 |
| JP2011197386A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Seiko Epson Corp | 光フィルターおよび分析機器 |
| JP2016159421A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体デバイス、電子機器および移動体 |
-
1994
- 1994-03-10 JP JP03893194A patent/JP3178223B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003518738A (ja) * | 1999-12-20 | 2003-06-10 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | シリコンの金属マスクエッチング方法 |
| KR20030071899A (ko) * | 2002-03-02 | 2003-09-13 | (주)엠투엔 | 건식 식각 방법을 이용한 웨이브 가이드 홈 제작 방법 |
| JP2011197386A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Seiko Epson Corp | 光フィルターおよび分析機器 |
| US9703092B2 (en) | 2010-03-19 | 2017-07-11 | Seiko Epson Corporation | Optical filter including a substrate having a groove with a pair of curved surfaces and analytical instrument |
| JP2016159421A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体デバイス、電子機器および移動体 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3178223B2 (ja) | 2001-06-18 |
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