DD272704A1 - SQUARE OR RECTANGULAR SOUND (100) ORIENTED MEMBRANE OF MONOCRYSTALLINE SILICON AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF - Google Patents

SQUARE OR RECTANGULAR SOUND (100) ORIENTED MEMBRANE OF MONOCRYSTALLINE SILICON AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF Download PDF

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DD272704A1
DD272704A1 DD31585688A DD31585688A DD272704A1 DD 272704 A1 DD272704 A1 DD 272704A1 DD 31585688 A DD31585688 A DD 31585688A DD 31585688 A DD31585688 A DD 31585688A DD 272704 A1 DD272704 A1 DD 272704A1
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DD31585688A
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Gerald Gerlach
Susanne Kuehne
Juergen Landgraf
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Teltov Geraete Regler
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine quadratische oder rechteckfoermige Siliziummembran fuer einen piezoresistiven Druckwandler und ein Herstellungsverfahren fuer die Membran. Aufgabengemaess ist die Erfindung darauf ausgerichtet, die Steifigkeit des Einspannrahmens zu erhoehen. Das wird dadurch erreicht, dass die seitlichen Begrenzungsflaechen des Einspannrahmens sowohl (111) als auch (100)-Flaechen darstellen, wobei die senkrecht auf der Membranebene stehenden (100)-Flaechen in einer oder mehrerer Membranecken jeweils zwischen zwei (111)-Begrenzungsflaechen angeordnet sind. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass auf dem (100)-Siliziumsubstrat eine Aetzmaske aufgebracht wird, die eine Oeffnung entsprechend der Anzahl n der versteiften Einspannrahmenecken von (4n)-eckiger Form mit 100 und 110-orientierten Kanten aufweist. Anschliessend wird das Substrat in einem nasschemischen Aetzprozess einem anisotrop wirkenden Aetzmittel ausgesetzt, wobei eine Aetzgrube gebildet wird, die eine (100)-orientierte Bodenflaeche (Membran), sowie an den 110-Maskenkanten seitlich begrenzende 111-Flaechen und an den 100-Maskenkanten begrenzende (100)-Flaechen aufweist. Der Aetzprozess wird abgebrochen, nach dem sich die Quadrat- oder Rechteckform der Bodenflaeche herausgebildet hat und bevor die die Aetzgrube seitlich begrenzenden (100)-Flaechen vollstaendig abgetragen sind. Fig. 3The invention relates to a square or rechteckfoermige silicon membrane for a piezoresistive pressure transducer and a manufacturing method for the membrane. Taskgemaess the invention is designed to increase the rigidity of the clamping frame. This is achieved in that the lateral boundary surfaces of the clamping frame represent both (111) and (100) surfaces, wherein the (100) surfaces perpendicular to the membrane plane are arranged in one or more membrane corners between two (111) boundary surfaces are. The method is characterized in that on the (100) silicon substrate an etching mask is applied, which has an opening corresponding to the number n of stiffened clamping frame corners of (4n) -square shape with 100 and 110-oriented edges. Subsequently, the substrate is exposed to an anisotropic etching agent in a wet-chemical etching process, forming an etching pit which defines a (100) -oriented bottom surface (membrane) and 111 surfaces laterally delimiting the 110 mask edges and bounding the 100 mask edges Has (100) surfaces. The etching process is aborted, after which the square or rectangular shape of the floor surface has developed and before the (Aetzgrube) laterally delimiting (100) surfaces are completely removed. Fig. 3

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen Anwendungsgebiet der ErfindungFor this purpose 3 pages drawings Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine quadratische oder rechteckförmige Siliziummembran und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Membran, die durch anisotropes naßchemisches Ätzen aus einem dicken monokristallinen Siliziumsubstrat abgeUünnt wird. Die Erfindung ist insbesondere in der Mikromechanik, Mikroelektronik und Sensorik anwendbar.The invention relates to a square or rectangular silicon membrane and a method for producing such a membrane, which is thinned by anisotropic wet chemical etching from a thick monocrystalline silicon substrate. The invention is particularly applicable in micromechanics, microelectronics and sensor technology.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die Herstellung dreidimensionaler mikromechanischer Strukturen in nionokristallinen Siliziumsubstraten, insbesondere die Herstellung quadratischer oder rechteckiger Membranen mittels anisotroper naßchemischer Ätzverfahren, ist bekannt und hat breite Anwendungsmöglichkeiten in der Technik gefunden (K. E. Petersen: Silicon as a Mechanical Material. Proceedings of the IEE 70 [1982] 5, S.420-457). Die hauptsächlichsten Anwendungen nutzen dabei (lOO)-orientierte Siliziumscheiben (DE 1.621.351). Dabei befindet sich auf dem Siliziumsubstrat eine Ätzmaske, ζ. B. aus Siliziumoxid oder -nitrid, die eine rechteck- oder quadratförmige Öffnung aufweist, deren Kanten < 100 >-orientiert sind. Durch den naßchemischen Ätzprozeß mit einem anisotrop wirkenden Ätzmittel, das z. B. aminhaltig (DE 1.953.665; EP 0.004.872; EP 0.009.677) oder basisch (DE 1.621.351 ; DE 1.806.225) ist, werden Siliziummembranen herausgearbeitet, die gleichfalls (100)-orientiert sind und < 100>-ausgerichtete Maskenkanten aufweisen. Die seitlich begrenzenden Flächen der Ätzgrube stellen (111 (-Flächen dar, die mit der (100)-Fläche einen Winkel von 54,7° einschließen (A. I. Stoller: The Etching of Deep Verticalwalled Patterns in Silicon. RCA Review 31 (1970], S. 271-274). Für viele Anwendungsfälle dient der Teil des unabgedünnten Siliziumsubstrates um die abgedünnte Membran als Einspannrahmen, wobei er die Membran trägt und durch seine mechanische Steifigkeit die mechanische Stabilität der Membran und den Einfluß äußerer Störkräfte oder -momente auf die Membran bestimmt. Die Größe des Einspannrahmens wird dabeiThe production of three-dimensional micromechanical structures in niocrystalline silicon substrates, in particular the production of square or rectangular membranes by means of anisotropic wet chemical etching processes, is known and has found wide application in the art (KE Petersen: Silicon as a Mechanical Material, Proceedings of the IEE 70 [1982] 5 , P.420-457). The main applications use (10000) oriented silicon wafers (DE 1.621.351). An etching mask, ζ, is located on the silicon substrate. For example, of silicon oxide or nitride, which has a rectangular or square-shaped opening whose edges are <100> -oriented. By the wet-chemical etching process with an anisotropic etchant, the z. For example, if it contains amines (DE 1,953,665, EP 0,004,872, EP 0,009,677) or basic (DE 1,621,351; DE 1,806,225), silicon membranes are also prepared which are also (100) -oriented and <100> have aligned mask edges. The laterally delimiting surfaces of the etch pit represent (111 (faces which enclose an angle of 54.7 ° with the (100) face (Al Stoller: The Etching of Deep Vertical Walled Patterns in Silicon, RCA Review 31 (1970), For many applications, the part of the un-thinned silicon substrate serves as a clamping frame around the thinned membrane, carrying the membrane and determining, by its mechanical rigidity, the mechanical stability of the membrane and the influence of external disturbing forces or moments on the membrane The size of the clamping frame is thereby

durch mehrere Faktoren begrenzt, wie z. B. die Realisierung einer bestimmten Anzahl Chips auf einer Scheibe oder die Forderung eines bestimmten Miniaturisierungsgrades der Strukturen, wie er beispielsweise in der Biomedizin auftritt. Die Steifigkeit des Einspannrahmens bzw. die Steifigkeit der Stege, die die Membran direkt halten, wird von der Stabilität des Einspannrahmens im Bereich der Eckpunkte der Membran entscheidend beeinflußt. Eine zusätzliche Stabilisierung dieser Bereiche orfolg* üblicherweise nicht. Es sind lediglich Maßnahmen bekannt, die einer weiteren Stabilitätsabnahme in diesen Beieichen entgegenwirken, insbesondere durch Unterätzungen konvexer Ecken (DE 1.621.532; DD 241.976).limited by several factors, such. As the realization of a certain number of chips on a disc or the requirement of a certain degree of miniaturization of the structures, as occurs for example in biomedicine. The rigidity of the clamping frame or the rigidity of the webs, which hold the membrane directly, is decisively influenced by the stability of the clamping frame in the region of the corner points of the membrane. An additional stabilization of these areas orfoli * usually not. Only measures are known which counteract a further decrease in stability in these Beieichen, in particular by undercutting of convex corners (DE 1,621,532; DD 241,976).

Ziel der ErfndungAim of the invention

Das Ziel (er Erfindung ist es, den Einfluß äußerer Störkräfte oder -momente über den Einspannrahmen auf die Membran zu reduzieren.The object (he invention is to reduce the influence of external disturbing forces or moments on the clamping frame on the membrane.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Er'mdung ist es, eine (lOO)-orientierte viereckige Siliziummembran sowie ein Herstellungsverfahren für dieselbe zu schaffen, die «on einem Einspannrahmen mit erhöhter mechanischer Steifigkeit getragen wird.The object of the invention is to provide a (100) -oriented quadrangular silicon membrane and a manufacturing method for the same, which is carried on a clamping frame with increased mechanical rigidity.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die seitlichen Begrenzungsflächen des Einspannrahmens neben (111 !-Flächen auch (100)-Flächen aufweisen, die in jeweils einer oder mehrerer Ecken der Membran zwischen zwei (11D-Begrenzungsflächen im wesentlichen senkrecht auf der Membranebene stehen. Das Verfahren zur Herstellung einer solchen Membran ist dadurch gekennzeichnet, daß auf dem (lOO)-orientierten Siliziumsubstrat eine Ätzmaske aufgebracht wird, die eine Öffnung mit einer fünf- bis achteckigen Form derart aufweist, daß von einem Quadrat oder Rechteck mit Kanten in kristallografischer < 100 >-Richtung mindestens eine Ecke dreieckförmig maskiert ist, daß die lange Kante, die die Ätzmaskenöffnung begrenzt, eine krictallografische < 100>-Orientierung aufweist, daß das Substrat in einem naßchemischen Ätzprozeß einen anisotrop wirkenden Ätzmittel ausgesetzt wird, und daß der Ätzprozeß abgebrochen wird, nachdem sich eine quadrat- oder rechteckförmige Bodenflächen in der Ätzgrube herausgebildet hat. Im anisotropen naßchemischen Ätzprozeß bilden sich im (100)-orientierten SiliziumsubstratAccording to the invention, this object is achieved in that the lateral boundary surfaces of the clamping frame in addition to (111! -Faces also (100) surfaces which are in each case one or more corners of the membrane between two (11D boundary surfaces substantially perpendicular to the membrane plane. The method for producing such a membrane is characterized in that on the (100) -oriented silicon substrate an etching mask is applied, which has an opening with a five- to octagonal shape such that of a square or rectangle with edges in crystallographic <100 > Direction is at least a corner triangular masked, that the long edge that limits the Ätzmaskenöffnung has a krictallografische <100> orientation, that the substrate is exposed in a wet chemical etching process an anisotropic etchant, and that the etching process is stopped, after getting a square or rectangular Floor surfaces in the etching pit has emerged. The anisotropic wet-chemical etching process forms in the (100) -oriented silicon substrate

— eine Bodenfläche, die ebenfalls (100)-Orientierung aufweist,A bottom surface also having (100) orientation,

— vier \111 !-orientierte Seitenflächen, die die (lOO)-Fläche an den Maskenkanten in < 100>-Richtung schneiden, und- four \ 111! -Oriented side surfaces intersecting the (100) face at the mask edges in the <100> direction, and

— entsprechend der ein bis vier dreieckförmig maskierten Teile ein bis vier (ICO)-orientiette Seitenflächen, die die (100)-Oberflache an den < 100>-orientierten Maskenkanten schneidet, und die an jeweils zwei (111 !-orientierte Seitenflächen grenzen,Corresponding to the one to four triangularly masked parts, one to four (ICO) -oriented side surfaces intersecting the (100) surface at the <100> -oriented mask edges and bordering two (111) -oriented side surfaces,

heraus. Zu Beginn des Ätzprozesses grenzen die (lOO)-orientierten Seitenflächen und die (lOO)-orientierte Bocenfläche aneinander. Prinzipiell werden durch anistrope naßchemische Ätzmittel (100)-Flächen wesentlich schneller als (111) Flächen abgetragen. Dadurch sind nach einer bestimmten Ätzzeit die die Ätzgrube seitlich und am Boden begrenzenden (100)-Flächen soweit abgetragen, daß die seitlich begrenzenden (100)-Flächen die den Boden begrenzende (100)-Fläche nicht oder nur noch jeweils in einem Punkt aneinanderstoßen. Die Bodenfläche wird damit in ihren Abmessungen vollständig durch die vier (111)-orientierten Seitenflächen bestimmt und bildet damit ein Quadrat oder ein Rechteck mit < 100 >-orientierten Kanten.out. At the beginning of the etching process, the (100) -oriented side surfaces and the (100) -oriented bottom surface adjoin one another. In principle, anistropic wet-chemical etchant (100) surfaces are removed much faster than (111) surfaces. As a result, after a certain etching time, the etching pit laterally and at the bottom bounding (100) surfaces are removed so far that the laterally delimiting (100) surfaces abut the ground bounding (100) surface or only in each case in one point. The bottom surface is thus determined in its dimensions completely by the four (111) -oriented side surfaces and thus forms a square or a rectangle with <100> -oriented edges.

Die Ätzgrube wird im Bereich der Ecken miot < 100 !»-ausgerichteten Maskenkanten durch jeweils zwei (111)- und eine (100)-orientierte Flächen begrenzt. Dadurch ist gegenüber der Begrenzung durch nur zwei (111 (-Flächen im Eckbereich weniger Material des Siliziumsubstrates herausgeätzt, so daß der Einspannrahmen in diesem Bereich versteift ist.The etching pit is delimited by two (111) and one (100) -oriented surfaces in the area of the corners of miot <100! »-Oriented mask edges. As a result, less material of the silicon substrate is etched out from the boundary by only two (111) surfaces in the corner region, so that the clamping frame is stiffened in this area.

Für die Herstellung der Ätzmaske und für den anisotropen naßchemischen Ätzprozeß sind übliche halbleitertechnoiogiscbe und mikromechanische Schichtabscheidungs- und -strukturierungs- sowie Ätzverfahren anwendbar.For the production of the etching mask and for the anisotropic wet-chemical etching process, it is possible to use customary semiconductor-based and micromechanical layer deposition and structuring and etching processes.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigenThe invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. Show

Figur 1 bis 5: Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrensfürein'.iEinspanneckeeinerOOOl-orientiertenquadrat-FIGS. 1 to 5: Steps of the method according to the invention for a clamping corner of a 1000-oriented square-wave

oder Rechteckförmigen Membran Figur 6 und 7: die Draufsicht auf eine erfindungsgemäß hergestellte Druckmembran im Anfangs- und Endzustandor Rectangular membrane Figure 6 and 7: the top view of a pressure membrane according to the invention prepared in the initial and final state

der Herstellung und Figur 8 und 9: die Draufsicht und das Schnittbild einer erfindungsgemäß hergestellten Membranecke mit verdicktem Eirispannradmen.the production and Figure 8 and 9: the plan view and the sectional view of a membrane corner according to the invention with thickened Eirispannradmen.

In Figur 7 ist eine quadratische (lOO)-orientierte Siliziummembran in der Draufsicht dargestellt, die von einem Einspannrahmen 8 gehalten wird. Die obere Öffnung des Einspannrahmens besitzt die Form eines Achtecks, d.h. der Einspannrahmen ist in allen viet ι/it. .,branecken durch die Schaffung von auf der Membran senkrech;stehender (lOO)-Begrenzungsflächen "" verstärkt und besitzt damit eine erhöhte mechanische Stabilität. Wie aus Fig.5 ersichtlich ist, wird die !i den Ecken befindliche (100)-Begrenzungsfläche von jeweils zwei (111 )-Begrenzungsflächen 6 eingeschlossen und berührt die Membran 9 nicht oder nur in einem Punkt.FIG. 7 shows a plan view of a square (100) -oriented silicon membrane, which is held by a clamping frame 8. The upper opening of the Einspannrahmens has the shape of an octagon, ie the clamping frame is in all viet ι / it. ., industry sectors is enhanced by the creation of (100) delimiting surfaces on the membrane, thus providing increased mechanical stability. As can be seen from Fig.5, the ! enclosed in the corners (100) boundary surface of each two (111) boundary surfaces 6 and does not touch the membrane 9 or only at one point.

In Fig. 1 ist der Eckbereich einer zu schaffenden quadrat- oder rechteckförmigen Membran dargestellt. Dazu wird auf einem Siliziumsubstrat 1 mit (100)-Orientierung durch übliche halbleitertechnologische oder mikromechanische Verfahren eine Ätzmaske 2 erzeugt, die eine achteckige Öffnung 3 derart aufweist, daß von einem Quadrat oder Rechteck mit Kanten in kristallografischer (110)-Richtung 4 Ecken dreieckförmig maskiert sind, wobei die lange Kante der gleichschenkligen Dreiecke dieÄt7maskenöffnung begrenzt und in kristallografischer (100)-Richtung orientiert ist. Die Öffnung 3 der Ätzmaske 2 besitztIn Fig. 1, the corner region of a square or rectangular membrane to be created is shown. For this purpose, an etching mask 2 is produced on a silicon substrate 1 with (100) orientation by conventional semiconductor technology or micromechanical methods, which has an octagonal opening 3 such that from a square or rectangle with edges in the crystallographic (110) direction 4 corners are masked triangular with the long edge of the isosceles triangles bounding the etch mask opening and oriented in the crystallographic (100) direction. The opening 3 of the etching mask 2 has

demnach ausschließlich Kanten in (110)- und (100)-Richtung, wobei genau vier (110)-Kanten (im Ausschnitt entsprechend Fig. 1 die Kanten in (011)- und (Oit)-Richtung) und 4 (100)-Kanten (im Auschnitt entsprechend Fig. 1 die Kante in (01O)-Richtung) erzeugt werden. Die Ätzmaske 2 kann dabei beispielsweise aus Siliziumoxid, -nitrid, aus einem Metall oder aus dotiertem Silizium bestehen. Im nächsten Schritt wird das Siliziumsubstrat 1 auf der Seite der Ätzmaske 2 einem anisotrop wirkenden naßchemischen Ätzmittel ausgesetzt. Derartige Ätzmittel können beispielsweise basische wäßrige Lösungen aus Kalium- oder Natriumhydroxid odor aminhaliige Gemische aus Hydrazin und Wasser oder Ethylendiamin, Pyrocatechol und Wasser sein. Im Ätzprozeß bildet sich im Siliziumsubstrat 1 eine Ätzgrube 4 heraus, deren Bodenfläche 5 wie das Siliziumsubstrat 1 eine (100"-Orientierung aufweist (Fig.2).therefore only edges in the (110) and (100) directions, with exactly four (110) edges (in the detail corresponding to FIG. 1 the edges in the (011) and (0it) directions) and 4 (100) - Edges (in the cut corresponding to FIG. 1, the edge in (01O) direction) are generated. The etching mask 2 may consist of silicon oxide, nitride, a metal or doped silicon, for example. In the next step, the silicon substrate 1 on the side of the etching mask 2 is exposed to an anisotropically acting wet chemical etchant. Such etchants may be, for example, basic aqueous solutions of potassium or sodium hydroxide or aminhaliige mixtures of hydrazine and water or ethylenediamine, pyrocatechol and water. In the etching process, an etching pit 4 forms in the silicon substrate 1, the bottom surface 5 of which, like the silicon substrate 1, has a (100 "orientation (FIG. 2).

Die Ätzgrube wird seitlich furch (111 !-orientierte Seitenflächen 6 und (1 OOJ-orientierte Seitenflächen 7 begrenzt. Die (11D-orientierten Seitenflächen 6 treten an den (110)-orientierten Maske'ikanten auf und schließen mit der Bodenfläche 5 einen Winkel von 125,3° ein. Sie werden mit einer Ätzgeschwindigkeit R;no abgetragen, die für naßchemische anisotrop wirkende Ätzmittel prinzipiell kleiner als die Ätzgeschwindigkeit R<ioo) der Bodenfläche ist. Die (lOO)-orientierten Seitenflächen 7 treten an den (100)-orientierten Maskenkanten auf und stehen senkrecht auf der Bodenfläche 5. Sie werden mit der gleichen Ätzgeschwindigkeit R^00) wie die Bodenfläche 5 abgetragen.The etch pit is bounded laterally by (111) -oriented side surfaces 6 and (10) OOJ-oriented side surfaces 7. The (11D-oriented side surfaces 6 appear at the (110) -oriented masking edges and make an angle with the bottom surface 5 125.3 ° C. They are removed at an etch rate R 1n which, for wet-chemical anisotropically acting etchants, is in principle smaller than the etching rate R 100 of the bottom surface. oriented mask edges and are perpendicular to the bottom surface 5. They are removed at the same etching rate R ^ 00 ) as the bottom surface 5.

Wegen der größeren Atzrate R(too) der (lOO)-orientierten Seitenflächen 7 gegenüber der Ätzrate R<in> der (111 !-orientierten Seitenflächen 8 und der größeren Widerstandsfähigkeit von langsam ätzenden Flächen an konkaven Ecken dreidimensionaler Einätzungen ist zum Zeitpunkt entsprechend Fig. 3 die Seitenfläche 7 soweit abgetragen, daß die (111)- und (100)-orientiertsn Seitenflächen 6 und 7 in einem Punkt mit der Bodenfläche 5 aneinanderstoßen. Die Bodenfläche 5 der Ätzgrube 4 hat entsprechend der Ätzmaskenöffnung 3 der Ätzmaske 2 die quadratische oder rechteckige Form erreicht. Der Ätzprozeß kann zu diesem Zeitpunkt abgebrochen oder aber weitergeführt werden, wobei der Abbruch erfolgt, bevor die (100)-orientierte Seitenfläche 7 vollständig abgetragen sind (Fig. 4). Die Seitenflächen 7 werden hier von den (111 !-orientierten Seitenflächen eingeschlossen, die die quadratische oder rechteckige Form der Bodenfläche 5 bestimmen. Gegenüber dem Fall, daß die Ätzgrube 4 seitlich nur durch (111 !-Flächen begrenzt wird, tritt im Bereich der Ätzgrubenecken durch die zur Bodenfläche 5 senkrechten Seitenflächen 7 eine Verdickung des Einspannrahmens 8 der Membran 9 auf.Because of the greater etch rate R (too) of the (100) -oriented side surfaces 7 with respect to the etch rate R <in> of the (111! -Oriented side surfaces 8 and the greater resistance of slow-etching surfaces to concave corners of three-dimensional etches, at the time shown in FIG. 3, the side surface 7 is removed so far that the (111) and (100) -oriented side surfaces 6 and 7 abut each other at a point with the bottom surface 5. The bottom surface 5 of the etching pit 4 has the square or rectangular shape corresponding to the etching mask opening 3 of the etching mask 2 The etching process may be stopped or continued at this point in time, with the termination taking place before the (100) -oriented side surface 7 has been completely removed (Figure 4) The side surfaces 7 are here distinguished from the (111! Side surfaces included, which determine the square or rectangular shape of the bottom surface 5. Compared to the case that the et Zgrube 4 laterally limited only by (111! -faces, occurs in the field of Ätzgrubenecken by the vertical surface to the bottom surface 5 side surfaces 7 thickening of the Einspannrahmens 8 of the membrane 9.

Fig. 5 zeigt die Anordnung entsprechend von Fig. 4 nach der möglichen, aber nicht notwendigen Entfernung der Ätzmaske 2. Fig. 6 zeigt ein Siliziumsubstrat 4 zur erfindungsgemäßen Herstellung einer quadratischen Membran, z. B. für einen Drucksensor. Auf dem Substrat 1 ist in der oben beschriebenen Weise eine Ätzmaske 2 mit einer achteckigen Ätzmaskenöffnung 3 aufgebracht, deren Ätzmaskenkanten (110)- und (100)-orientiert sind. Zur Verhinderung der Eckenunterätzung an konvexen Ecken dreidimensionaler Einätzungen sind zusätzliche Kompensationsätzmaskenteile 10 realisiert. Fig. 7 zeigt das Substrat 1 von Fig. 6 nach Beendigung des Ätzprozesses und Entfernung der Ätzmaske 2. Innerhalb des Substrates 1 ist die Membran 9 quadratisch abgedünnt. Die Ätzgrube im Substrat 1 wird dabei durch (111 !-orientierte Seitenflächen 6und(10C|-orientierte Seitenflächen 7 seitlich begrenzt. Die Verdickung des Einspannrahmens 8 ist durch die Eckbereiche 11 gegeben, in denen die Ätzgrube durch senkrecht auf die Bodenfläche der Membran 9 stehende Seitenwände 7 und nicht durch geeignete Seitenflächen, wie z. B. (111 !-Flächen begrenzt wird.Fig. 5 shows the arrangement according to Fig. 4 after the possible, but unnecessary removal of the etching mask 2. Fig. 6 shows a silicon substrate 4 for the manufacture of a square membrane according to the invention, for. B. for a pressure sensor. On the substrate 1 in the manner described above, an etching mask 2 is applied with an octagonal etching mask opening 3, the Ätzmaskenkanten (110) - and (100) -oriented. To prevent the corner undercut at convex corners of three-dimensional etches additional compensation etching mask parts 10 are realized. Fig. 7 shows the substrate 1 of Fig. 6 after completion of the etching process and removal of the etching mask 2. Within the substrate 1, the membrane 9 is thinned square. The etching pit in the substrate 1 is bounded laterally by (111) -oriented side surfaces 6 and (10C) -oriented side surfaces 7. The thickening of the clamping frame 8 is given by the corner regions 11 in which the etching pit is perpendicular to the bottom surface of the membrane 9 Side walls 7 and not by suitable side surfaces, such as (111! -Laces is limited.

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen die geometrischen Beziehungen zwischen der Abmessung deiÄtzmaskeiiöffnung 3, insbesondere der dreieckig abgedeckten Bereiche 11 im Bereich der Ecken der Membran 0 imι Vergleich zur Ätztiefe dpoo) für den Fall, daß in vertikaler Richtung im Siliziumsubstrat 1 kein Ätzstoppmechanismus eine Änderung der Ätzgeschwindigkeit R<ioo> bewirkt. Demzufolge wird die Versteifung des Eckbereiches dann erreicht, wenn für die Abmessung b die BeziehungFIGS. 8 and 9 show the geometric relationships between the dimension of the etching opening 3, in particular of the triangular areas 11 in the region of the corners of the membrane 0 in comparison to the etching depth dpoo) in the case where no etching stop mechanism in the vertical direction in the silicon substrate 1 Changing the etching rate R <ioo> causes. As a result, the stiffening of the corner region is achieved when, for the dimension b, the relationship

d(ioo) < b S 2d(ioo)d (ioo) <b S 2d (ioo)

giltapplies

Wegen Because of

a = V2b für gleichschenklige Dreiecke müssen die gleichschenkligen Seiten eine Abmessung a vona = V2b for isosceles triangles, the isosceles sides must have a dimension a of

aufweisen.respectively.

Durch die Anwendung von Ätzstoppmechanismen in vertikaler Ätzrichtung sind auch Verhältnisse a > 2 \J2 d<1Oo> möglich.By the use of etch stop mechanisms in the vertical etching direction, ratios a> 2 \ J2 d < 10 > are also possible.

Claims (5)

1. Quadratische oder rechteckförmige, (100)-orientierte Membran aus tnonokristallinem Silizium mit < 100>-orientierten Membrankanten, die von einem die Membran umgebenden dicken Einspannrahmen aus monokristallinem Silizium getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Begrenzungsflächen des Einspannrahmens sowohl (111) als auch (100)-Flächen darstellen, wobei die senkrecht auf der Membranebene stehenden (100)-Flächen in einer oder mehreren Memtranecken jeweils zwischen zwei (111)-Begrenzungsflächen angeordnet sind.A square or rectangular (100) -oriented tnonocrystalline silicon membrane with <100> -oriented membrane edges carried by a thick monocrystalline silicon clamping frame surrounding the membrane, characterized in that the lateral boundary surfaces of the clamping frame are both (111) and (100) surfaces, wherein the (100) surfaces perpendicular to the membrane plane are arranged in one or more membrane tuyeres in each case between two (111) boundary surfaces. 2. Verfahren zur Herstellung von quadratischen oder rechteckförmigen, (100)-orientierten oder rechteckförmigen Membranen aus monokristallinem Silizium mit < 100>-orientierten Membrankanten gemäß Anspruch 1, die von einem dicken Einspannrahmen aus monokristallinem Silizium getragen wird, der η = 1 ... 4 Versteifungen im Bereich der Membranecken aufweist, dadurch gekennzeichnet,2. A process for the production of square or rectangular, (100) -oriented or rectangular membranes of monocrystalline silicon with <100> -oriented membrane edge according to claim 1, which is supported by a thick gripping frame of monocrystalline silicon, the η = 1 ... 4 stiffeners in the region of the membrane corners, characterized — daß auf einem (lOO)-orientierten Siliziumsubstrat eine Atzmaske aufgebracht wird, die eine Öffnung entsprechend der Anzahl η der versteiften Einspannrahmenecken mit (4 + n)-eckiger Form derart aufweist, daß von einem Quadrat oder Rechteck mit < 100>-orientierten Kanten genau η Ecken dreieckförmig von der Ätzmaske bedeckt sind, daß diese Ätzmaskenkanten eine < 100>-Orientierung aufweisen,- That on a (100) -oriented silicon substrate, an etching mask is applied, which has an opening corresponding to the number η of stiffened Einspannrahmenecken with (4 + n) -eckiger form such that of a square or rectangle with <100> -oriented edges precisely η corners are triangularly covered by the etching mask, that these etching mask edges have a <100> orientation, — daß das Substrat in einem naßchemischen Ätzprozeß einem anisotrop wirkenden Ätzmittel ausgesetzt wird,- that the noun at r in a wet chemical etching process is exposed to an anisotropically acting etching agent, — daß im Ätzprozeß durch das anisotrope Ätzmittel eine Ätzgrube gebildet wird, die eine (100)-orientierte Bodenfläche, die die Membranoberfläche ist, sowie an den < 100>-Maskenkanten seitlich begrenzende (111)-Flächen und an den <100>-Maskenkanten seitlich begrenzende (100)-Flächen aufweist, die Seitenflächen des Einspannrahmens sind, undIn that an etching pit is formed in the etching process by the anisotropic etchant, which has a (100) -oriented bottom surface, which is the membrane surface, as well as at the <100> mask edges laterally delimiting (111) surfaces and at the <100> mask edges having laterally delimiting (100) surfaces, which are side surfaces of the clamping frame, and — daß der Ätzprozeß abgebrochen wird, nachdem sich die Quadrat-oder Rechteckform der (100)-orientierten Bodenfläche herausgebildet hat, aber bevor die die Ätzgrube seitlich begrenzenden (100)-Flächen vollständig abgetragen sind.- That the etching process is stopped after the square or rectangular shape of the (100) -oriented bottom surface has formed, but before the etching pit laterally delimiting (100) surfaces are completely removed. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragsgeschwindigkeit des Ätzmittels in die Tiefe der Membrangrube keine Veränderung erfährt und die gleichschenkligen Seiten der dreieckigen Ätzmaskenbereiche in der quadrat- bzw. rechteckförmigen Ätzmaskenöffnungen Abmessungen zwischen dem \/2-fachen und denn 2 · \/2-fachen der geforderten Ätztiefe entspricht.3. The method according to claim 2, characterized in that the removal rate of the etchant in the depth of the diaphragm pit undergoes no change and the isosceles sides of the triangular Ätzmaskenbereiche in the square or rectangular Ätzmaskenöffnungen dimensions between the \ / 2-fold and because 2 · / 2 times the required etch depth. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Ätzprozeß die Ätzmaskierung entfernt wird.4. The method according to claim 2, characterized in that following the etching process, the Ätzmaskierung is removed. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätztiefe der Membrangrube durch einen Ätzstoppmechanismus festgelegt wird.5. The method according to claim 2, characterized in that the etching depth of the membrane pit is determined by an etch stop mechanism.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007020756A1 (en) * 2006-12-28 2008-09-11 Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. Layout design for micro-scratch drive actuators
DE10004964B4 (en) * 2000-02-04 2010-07-29 Robert Bosch Gmbh Micromechanical cap structure

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