JP2926940B2 - Manufacturing method of micromechanical structure - Google Patents

Manufacturing method of micromechanical structure

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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、半導体基板に形成され、固定部と可動部と
から構成されるマイクロメカニカル構造体の製造方法に
関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a micromechanical structure formed on a semiconductor substrate and including a fixed part and a movable part.

B.従来の技術 第14図は、例えば電子情報通信学会論文誌C,Vol.J71
−C,No.12,p.1705〜1711(1988年12月号)等で知られ
る、従来のマイクロメカニカル構造体の一例である超小
型逆止弁の平面図である。
B. Conventional technology FIG. 14 shows, for example, IEICE Transactions C, Vol.
FIG. 1C is a plan view of a micro check valve as an example of a conventional micromechanical structure known in, for example, No. 12, p. 1705-1711 (December 1988).

図において、1はシリコン基板、2はシリコン基板1
に穿設された断面逆V字状に貫通孔、3は貫通孔2の一
方の開口部の上方に形成された弁である。また、4はシ
リコン基板1の表面に形成された固定リング、5は固定
リング4から内方に延出する形態で4本設けられた支持
腕であり、弁3は、これら4本の支持腕5を介して、貫
通孔2の一方の開口部から所定距離浮上された状態で固
定リング4に固定されている。これら弁3、固定リング
4及び支持腕5は、それぞれポリシリコン(poly−Si)
で一体成形されている。
In the figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a silicon substrate 1
A through-hole 3 is formed in an inverted V-shaped cross-section, and a valve 3 is formed above one opening of the through-hole 2. Reference numeral 4 denotes a fixing ring formed on the surface of the silicon substrate 1, 5 denotes four supporting arms provided in a form extending inward from the fixing ring 4, and the valve 3 denotes these four supporting arms. It is fixed to the fixing ring 4 in a state of being floated by a predetermined distance from one opening of the through-hole 2 via 5. The valve 3, the fixing ring 4, and the support arm 5 are each made of polysilicon (poly-Si).
It is integrally molded.

このような逆止弁は、液体クロマトグラフなどの分析
化学システムを集積化するために用いられるダイアフラ
ム型超小型ポンプ(マイクロポンプ)を構成する超小型
逆止弁として用いられるものである。
Such a check valve is used as a micro check valve constituting a diaphragm type micro pump (micro pump) used for integrating an analytical chemical system such as a liquid chromatograph.

次に、上記構造を有する超小型逆止弁の製造方法を第
15図を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing a micro check valve having the above structure will be described.
This will be described with reference to FIG.

まず、第15図(a)に示すように、シリコン基板1を
高温の酸化性ガス中で熱酸化して、その表面及び裏面に
酸化膜(SiO2)6を形成した後、貫通孔2を形成する部
位に対応する部分の酸化膜6をエッチングにより除去す
る。
First, as shown in FIG. 15 (a), the silicon substrate 1 is thermally oxidized in a high-temperature oxidizing gas to form an oxide film (SiO 2 ) 6 on the front surface and the back surface thereof. The portion of the oxide film 6 corresponding to the portion to be formed is removed by etching.

次に、第15図(b)に示すように、シリコン基板1の
表面及び酸化膜6上にCVD(化学気相堆積法)を用いてP
SG膜7を堆積した後、固定リング4を形成する部位に対
応する部分のPSG膜7をフォトパターニング,エッチン
グ(フォトエッチング)により除去する。
Next, as shown in FIG. 15 (b), the surface of the silicon substrate 1 and the oxide film 6 are formed on the surface of the oxide film 6 by CVD (chemical vapor deposition).
After the SG film 7 is deposited, the portion of the PSG film 7 corresponding to the portion where the fixing ring 4 is to be formed is removed by photopatterning and etching (photoetching).

次に、第15図(c)に示すように、基板1表面及び酸
化膜6上にLPCVD(低圧化学気相堆積法)によりポリシ
リコン膜8を形成した後、弁3及び固定リング4を形成
する部位に対応する部分以外のポリシリコン膜8をフォ
トパターニング,ドライエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 15 (c), after forming a polysilicon film 8 by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) on the surface of the substrate 1 and the oxide film 6, a valve 3 and a fixed ring 4 are formed. The polysilicon film 8 other than the portion corresponding to the portion to be removed is removed by photopatterning and dry etching.

さらに、第15図(d)に示すように、再度LPCVDによ
りポリシリコン膜9を形成した後、弁3、支持腕5及び
固定リング4を形成する部位に対応する部分以外のポリ
シリコン膜9をドライエッチングにより除去する。
Further, as shown in FIG. 15 (d), after forming the polysilicon film 9 again by LPCVD, the polysilicon film 9 other than the portion corresponding to the portion where the valve 3, the support arm 5 and the fixing ring 4 are formed is removed. It is removed by dry etching.

さらに、第15図(e)に示すように、基板1の両面に
酸化膜及びCVD窒化膜10を形成した後、これら酸化膜及
び窒化膜10をフォトエッチングして、基板1の裏面に貫
通孔2に対応する部分のパターンニングする。次に、35
wt%KOH溶液に用いた異方性エッチングにより、シリコ
ン基板1裏面に逆V字状の貫通孔2を形成する。最後
に、熱リン酸、フッ酸系のエッチング液によりPSG膜7
と酸化膜及び窒化膜10を除去すれば、第15図(f)に示
す超小型逆止弁が得られる。
Further, as shown in FIG. 15 (e), after an oxide film and a CVD nitride film 10 are formed on both surfaces of the substrate 1, the oxide film and the nitride film 10 are photo-etched to form a through hole on the back surface of the substrate 1. Patterning of the portion corresponding to 2 is performed. Then, 35
An inverted V-shaped through hole 2 is formed on the back surface of the silicon substrate 1 by anisotropic etching using a wt% KOH solution. Finally, the PSG film 7 is etched with hot phosphoric acid or hydrofluoric acid based etchant.
By removing the oxide film and the nitride film 10, the micro check valve shown in FIG. 15 (f) can be obtained.

上記構造を有する超小型逆止弁の他にも、シリコン基
板上に固定された固定軸と、この固定軸の回りに回動自
在な可動部とを有するマイクロ歯車、マイクロタービ
ン、マイクロ鋏等のマイクロメカニカル構造体が従来か
ら知られている(例えばIEEE Transaction on Electron
Devices,Vol.35,No.6,June(1988),p.(719〜723)。
In addition to the micro check valve having the above structure, a micro gear, a micro turbine, a micro scissors, and the like having a fixed shaft fixed on a silicon substrate and a movable portion rotatable around the fixed shaft. Micromechanical structures are conventionally known (for example, IEEE Transaction on Electron
Devices, Vol. 35, No. 6, June (1988), p. (719-723).

また、その他にも、半導体センサ用のマイクロメカニ
カル構造体も製作されている。例えば、振動センサ等に
用いられる片持梁、両持梁構造(例えばJ.Electrochem.
Soc.,Vol.130,No.6,p.1420〜1423,June,1983)や、圧力
センサに用いられるダイアフラム構造(例えば、Proc.o
f the 6th Sensor Symposium,p.23〜28(1986))など
がある。
In addition, micromechanical structures for semiconductor sensors have also been manufactured. For example, cantilever and doubly-supported beam structures used for vibration sensors and the like (for example, J. Electrochem.
Soc., Vol. 130, No. 6, p. 1420-1423, June, 1983) and a diaphragm structure used for a pressure sensor (for example, Proc.o
f the 6th Sensor Symposium, p.23-28 (1986)).

上述のような半導体センサ用のマイクロメカニカル構
造体の一例として、圧力センサ用ダイアフラム構造の製
造方法について第16図を参照して説明する。
As an example of the micro-mechanical structure for a semiconductor sensor as described above, a method of manufacturing a diaphragm structure for a pressure sensor will be described with reference to FIG.

まず、第16図(a)に示すように、シリコン基板11の
(100)面上に中間層12、窒化シリコン膜13を堆積した
後、フォトエッチングにより中間層12、窒化シリコン膜
13をエッチしてエッチング孔14をシリコン基板11上に形
成する。
First, as shown in FIG. 16A, an intermediate layer 12 and a silicon nitride film 13 are deposited on a (100) plane of a silicon substrate 11, and then the intermediate layer 12 and the silicon nitride
Etching 13 is performed to form an etching hole 14 on the silicon substrate 11.

次に、第16図(b)に示すように、アルカリ水溶液に
よって、中間層12と共にシリコン基板11をエッチングし
て、このシリコン基板1の表面に空洞領域15を形成す
る。そして、この空洞領域15が所望の大きさになるまで
エッチングを行うことで、第16図(c)に示すように、
窒化シリコン膜13によるダイヤフラム部16を形成する。
最後に、必要に応じてポリシリコン膜をダイアフラム部
16上に堆積し、エッチング孔14を塞いでダイアフラムを
形成する。
Next, as shown in FIG. 16 (b), the silicon substrate 11 is etched together with the intermediate layer 12 with an alkaline aqueous solution to form a cavity region 15 on the surface of the silicon substrate 1. Then, by etching until the cavity region 15 has a desired size, as shown in FIG. 16 (c),
A diaphragm section 16 made of the silicon nitride film 13 is formed.
Finally, if necessary, add a polysilicon film to the diaphragm
A diaphragm is formed by depositing on the top 16 and closing the etching hole 14.

C.発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述のような従来のマイクロメカニカ
ル構造体では、固定部、可動部が多結晶膜で構成されて
いるため、結晶間の粒界の存在が避けられず、この粒界
は欠陥の集合で構造的に弱いため、マイクロメカニカル
構造体の強度を十分に確保できずに信頼性が悪いという
問題があった。また、多結晶膜で構成される各固定部、
可動部は、その表面平坦度が悪い。例えば、最も量産性
に富み良く使用されるLPCVDにより、標準的条件(モノ
シランを原料として0.8Torr,600℃付近)で反応させて
得られるポリシリコン膜は、多数の粒界の存在により数
百Å〜数千Åの凹凸が表面に存在する。そのため、接触
部における摩耗が早く進行するという問題もあった。さ
らに、多結晶膜では再現性の良い均一な膜が得にくく、
製造ロット間や同一膜上での特性の均一化が図れずに性
能のばらつきが出たり、ピエゾ抵抗等結晶内の応力に起
因する物性感度も低いという問題もあった。
C. Problems to be Solved by the Invention However, in the conventional micromechanical structure as described above, since the fixed part and the movable part are formed of a polycrystalline film, the existence of grain boundaries between crystals is inevitable. However, since these grain boundaries are aggregates of defects and are structurally weak, there has been a problem that the strength of the micromechanical structure cannot be sufficiently secured and reliability is poor. In addition, each fixing portion composed of a polycrystalline film,
The movable part has poor surface flatness. For example, a polysilicon film obtained by reacting under standard conditions (using monosilane as a raw material at around 0.8 Torr and around 600 ° C.) by LPCVD, which is most often used for mass production, has a thickness of several hundreds of thousands due to the presence of many grain boundaries. Thousands of irregularities are present on the surface. Therefore, there is also a problem that abrasion in the contact portion progresses quickly. Furthermore, it is difficult to obtain a uniform film with good reproducibility with a polycrystalline film,
There is also a problem that the characteristics cannot be uniformized between manufacturing lots or on the same film, resulting in variations in performance, and low physical property sensitivity such as piezoresistance due to stress in the crystal.

本発明の技術的課題は、マイクロメカニカル構造体の
固定部及び可動部の少なくとも一方を単結晶膜で形成す
ることにある。
A technical object of the present invention is to form at least one of a fixed part and a movable part of a micromechanical structure from a single crystal film.

D.課題を解決するための手段 一実施例を示す第1図〜第3図により本発明を説明す
ると、本発明のマイクロメカニカル構造体の製造方法
は、単結晶半導体基板20上に形成され、この基板20と一
体化した固定部22と可動部21、23とから構成されるマイ
クロメカニカル構造体の製造方法に適用される。そし
て、単結晶半導体基板20に選択的にイオンを注入する工
程と、イオン注入層31を境として第1単結晶部と第2単
結晶部とに分ける工程と、イオン注入層31をエッチング
する工程と、第2単結晶部にマイクロメカニカル構造体
を形成する工程とを備えて、上記技術的課題を達成す
る。
D. Means for Solving the Problems To explain the present invention with reference to FIGS. 1 to 3 showing one embodiment, a method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention is formed on a single crystal semiconductor substrate 20, The present invention is applied to a method for manufacturing a micromechanical structure including a fixed part 22 and movable parts 21 and 23 integrated with the substrate 20. Then, a step of selectively implanting ions into the single crystal semiconductor substrate 20, a step of dividing into a first single crystal part and a second single crystal part with the ion implantation layer 31 as a boundary, and a step of etching the ion implantation layer 31 And a step of forming a micromechanical structure in the second single crystal portion to achieve the above technical object.

E.作用 単結晶半導体基板20に選択的にイオンを注入し、その
上層にエピタキシャル層を成長させ、基板20とエピタキ
シャル層35の単結晶層を形成する。その後で、イオン注
入層31を例えば熱処理する。このイオン注入層31を境と
して単結晶層を第1結晶部と第2結晶部とに分ける。さ
らに、イオン注入層31をエッチングすることにより、基
板20内に空洞を形成し、この空洞を利用して第2結晶部
に単結晶からなるマイクロメカニカル構造体の可動部2
1、23を構成する なお、本発明の構成を説明する上記D項およびE項で
は、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いた
が、これにより本発明が実施例に限定されるものではな
い。
E. Function Ions are selectively implanted into the single crystal semiconductor substrate 20, an epitaxial layer is grown thereon, and a single crystal layer of the substrate 20 and the epitaxial layer 35 is formed. After that, the ion implantation layer 31 is heat-treated, for example. The single crystal layer is divided into a first crystal part and a second crystal part with the ion implantation layer 31 as a boundary. Further, a cavity is formed in the substrate 20 by etching the ion implantation layer 31, and the movable portion 2 of the micro mechanical structure made of a single crystal is formed in the second crystal portion by using the cavity.
1 and 23 are described. In the above sections D and E for describing the configuration of the present invention, the drawings of the embodiments are used in order to make the present invention easy to understand, but the present invention is not limited to the embodiments. Not something.

F.実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
F. Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第2図ないし第3図は、本発明によるマイクロメカニ
カル構造体の製造方法の一実施例により製造された逆止
弁(マイクロメカニカル構造体)を示す平面図および断
面図である。
2 and 3 are a plan view and a sectional view showing a check valve (micromechanical structure) manufactured by one embodiment of the method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention.

本実施例の逆止弁は、従来例における逆止弁と同様の
構造を有しており、シリコン基板20上に形成された弁2
1、固定リング22、支持腕23及びシリコン基板20に穿設
された貫通孔24から構成されている。ただし、本実施例
である、シリコン基板20表面の固定リング22で囲繞され
る範囲に円板状の溝25が形成されており、この溝25は、
貫通孔24近傍においてその底面に突起26が形成されるこ
とで、深さが若干浅くなっている。そして、これら弁2
1、固定リング22及び支持腕23は、いずれもエピタキシ
ャルシリコン層で形成されている。
The check valve of the present embodiment has the same structure as the check valve of the conventional example, and the valve 2 formed on the silicon substrate 20
1. It comprises a fixing ring 22, a support arm 23, and a through hole 24 formed in the silicon substrate 20. However, in this embodiment, a disc-shaped groove 25 is formed in a range surrounded by the fixing ring 22 on the surface of the silicon substrate 20, and this groove 25 is
The projection 26 is formed on the bottom surface in the vicinity of the through hole 24, so that the depth is slightly reduced. And these valves 2
1. The fixing ring 22 and the support arm 23 are all formed of an epitaxial silicon layer.

次に、第1図を参照して、本発明による逆止弁の製造
方法の一実施例について説明する。
Next, an embodiment of a method for manufacturing a check valve according to the present invention will be described with reference to FIG.

まず、第1図(a)に示すように、面方位(100)の
シリコン単結晶基板20の表面に酸化膜(SiO2)30をCVD
により堆積する。この酸化膜30の厚みは一例として1μ
m程度である。この後、酸化膜30表面をフォトエッチン
グして、突起26を除いた固定リングう22内部に対応する
部分のパターニングする。なお、この酸化膜30を代え
て、CVD窒化膜(Si3N4)を用いることも可能である。こ
の場の膜厚は数千Å以上あればよい。
First, as shown in FIG. 1A, an oxide film (SiO 2 ) 30 is formed on a surface of a silicon single crystal substrate 20 having a plane orientation (100) by CVD.
Is deposited. The thickness of the oxide film 30 is, for example, 1 μm.
m. Thereafter, the surface of the oxide film 30 is photo-etched to pattern a portion corresponding to the inside of the fixing ring 22 excluding the protrusions 26. It should be noted that a CVD nitride film (Si 3 N 4 ) can be used instead of the oxide film 30. The film thickness in this case may be several thousand mm or more.

次に、第1図(b)に示すように、酸化膜30をマスク
として、シリコン基板20表面に酸素イオンをイオン注入
する。イオン注入の条件としては、一例として200keVの
注入エネルギーで1.8×1018cm-2程度の濃度である。そ
の後、N2等の不活性ガス中で高温アニールを行い、シリ
コン基板20の内部に安定したイオン注入層31を形成す
る。アニールの条件として、N2ガス中で1250℃で2時
間、又は1405℃で30分程度とする(Solid State Techno
logy,p.93〜98,3月号(1987)参照)。このイオン注入
層31は、ほぼSiO2層となっている。また、イオン注入層
31の上部の基板の結晶性は、このアニールにより充分回
復し、単結晶状態となっている。
Next, as shown in FIG. 1B, oxygen ions are implanted into the surface of the silicon substrate 20 using the oxide film 30 as a mask. The conditions for the ion implantation are, for example, a concentration of about 1.8 × 10 18 cm −2 at an implantation energy of 200 keV. Thereafter, high-temperature annealing is performed in an inert gas such as N 2 to form a stable ion-implanted layer 31 inside the silicon substrate 20. Annealing conditions are 2 hours at 1250 ° C. or 30 minutes at 1405 ° C. in N 2 gas (Solid State Techno)
logy, p.93-98, March (1987)). This ion implantation layer 31 is substantially an SiO 2 layer. Also, ion implantation layer
The crystallinity of the substrate on the upper part of 31 is sufficiently recovered by this annealing, and is in a single crystal state.

次に、第1図(c)に示すように、酸化膜30をエッチ
ングで除去した後、シリコン基板20の表面にエピタキシ
ャルシリコン層32を堆積し、さらにこのエピタキシャル
層32の表面及びシリコン基板20表面に酸化膜33をCVDに
より堆積し、固定リング22内部及び貫通孔24を形成する
部位に対応する部分をフォトエッチングにより除去す
る。このエピタキシャル層32はほぼ単結晶である。な
お、エピタキシャル層32の厚みは、例えば2500Å程度と
すればよい。また、酸化膜33に代えてCVD窒化膜を用い
ることも可能である。
Next, as shown in FIG. 1 (c), after removing the oxide film 30 by etching, an epitaxial silicon layer 32 is deposited on the surface of the silicon substrate 20, and the surface of the epitaxial layer 32 and the surface of the silicon substrate 20 are further removed. Then, an oxide film 33 is deposited by CVD, and portions inside the fixed ring 22 and portions corresponding to the portions where the through holes 24 are formed are removed by photoetching. This epitaxial layer 32 is substantially single crystal. Note that the thickness of the epitaxial layer 32 may be, for example, about 2500 °. Further, instead of the oxide film 33, a CVD nitride film can be used.

さらに、第1図(d)に示すように、エピタキシャル
層32表面からシリコン基板20に向けて酸素イオンを再度
イオン注入した後、例えばN2等の不活性ガス中で高温ア
ニールを行い、エピタキシャル層32直下にイオン注入層
34を形成する。イオン注入の条件としては、一例として
200keVで1.8×1018cm-2程度の濃度である。このイオン
注入層34はほぼSiO2層となっている。この後、エピタキ
シャル層32の表面に更にエピタキシャルシリコン層35を
堆積する。このエピタキシャル層35は、ほぼ単結晶であ
る。なお、エピタキシャル層35の厚みは、例えば2μm
程度とすればよい。
Furthermore, as shown in FIG. 1 (d), after re-implanting oxygen ions toward the silicon substrate 20 from the epitaxial layer 32 surface, for example, performs high-temperature annealing in an inert gas such as N 2, epitaxial layer Ion implantation layer directly below 32
Form 34. As an example of ion implantation conditions,
The concentration is about 1.8 × 10 18 cm -2 at 200 keV. This ion implantation layer 34 is almost a SiO 2 layer. Thereafter, an epitaxial silicon layer 35 is further deposited on the surface of the epitaxial layer 32. This epitaxial layer 35 is substantially single crystal. The thickness of the epitaxial layer 35 is, for example, 2 μm
It should be about the degree.

さらに、第1図(e)に示すように、弁21、固定リン
グ22及び支持腕23を形成する部位に選択的にフォトレジ
ストを形成し、それをマスクとして他の部分をRIE(反
応性イオンエッチング)等で選択的にドライエッチング
し、イオン注入層34を露呈させると共に、弁21、固定リ
ング22及び支持腕23を形成する。この後、シリコン基板
20表面及びエピタキシャル層35表面に酸化膜36をCVDに
より堆積する。勿論、前述したようにCVD窒化膜で代用
することも可能である。
Further, as shown in FIG. 1 (e), a photoresist is selectively formed on a portion where the valve 21, the fixing ring 22 and the support arm 23 are formed, and the other portion is used as a mask to perform RIE (reactive ion The dry etching is selectively performed by, for example, etching to expose the ion-implanted layer 34, and the valve 21, the fixed ring 22, and the support arm 23 are formed. After this, silicon substrate
An oxide film 36 is deposited on the surface 20 and the surface of the epitaxial layer 35 by CVD. Of course, it is also possible to substitute a CVD nitride film as described above.

さらに、第3図に示すように、例えば35wt%KOH溶液
等を用いた異方性エッチングにより、シリコン基板20裏
面に断面逆V字状の貫通孔24を形成する。この貫通孔24
は、イオン注入層31、34の存在により、これら注入層3
1、34より上方には形成されない。なお、他のエッチン
グ液としては、ヒドラジン水化物溶液、アミン系溶液等
のアルカリ溶液系のエッチング液が使用可能である。そ
して、SiO2を選択的に溶解するフッ酸系溶液を用いて、
イオン注入層31、34を選択的にエッチングし、溝25を形
成する。なお、このエッチングにより酸化膜33、36も同
時に除去されるが、酸化膜に代えて窒化膜を用いた場合
には、熱リン酸によりエッチングすればよい。以上の工
程により、第2図ないし第3図に示すような逆止弁が得
られる。
Further, as shown in FIG. 3, a through hole 24 having an inverted V-shaped cross section is formed on the back surface of the silicon substrate 20 by anisotropic etching using, for example, a 35 wt% KOH solution or the like. This through hole 24
The presence of the ion-implanted layers 31 and 34
It is not formed above 1,34. As the other etchant, an alkaline solution-based etchant such as a hydrazine hydrate solution or an amine-based solution can be used. Then, using a hydrofluoric acid solution that selectively dissolves SiO 2 ,
The grooves 25 are formed by selectively etching the ion-implanted layers 31 and 34. Although the oxide films 33 and 36 are also removed by this etching at the same time, when a nitride film is used instead of the oxide film, the etching may be performed with hot phosphoric acid. Through the above steps, a check valve as shown in FIGS. 2 and 3 is obtained.

前述のような工程により本実施例の逆止弁の製造方法
においては、シリコン単結晶基板20にイオン注入を行っ
てこの基板20内にイオン注入層31、34を形成し、このイ
オン注入層31、34を選択的にエッチングすると共に、シ
リコン基板20の表面にエピタキシャルシリコン層32、35
を堆積し、これらエピタキシャル層32、35により逆止弁
を構成しているので、シリコン単結晶基板20と一体化し
た単結晶の逆止弁を得ることができる。従って、従来の
多結晶による逆止弁に比較して、十分な強度を確保でき
て信頼性も高くなり、また、部品の表面平坦度も良好で
あるため、この面からも信頼性の向上に寄与しうる。さ
らに、単結晶膜であれば再現性の良い均一な材質を得る
ことができ、性能のばらつきも小さくなる。
In the method of manufacturing the check valve according to the present embodiment by the above-described steps, ions are implanted into the silicon single crystal substrate 20 to form ion implantation layers 31 and 34 in the substrate 20, and the ion implantation layer 31 is formed. , 34, and epitaxial silicon layers 32, 35 on the surface of the silicon substrate 20.
Is deposited and the epitaxial layers 32 and 35 constitute a check valve, so that a single crystal check valve integrated with the silicon single crystal substrate 20 can be obtained. Therefore, as compared with the conventional polycrystalline check valve, sufficient strength can be secured and reliability is improved, and since the surface flatness of parts is also good, reliability is also improved from this aspect. Can contribute. Furthermore, if a single crystal film is used, a uniform material with good reproducibility can be obtained, and variations in performance can be reduced.

第4図は、本発明によるマイクロメカニカル構造体
(逆止弁)の製造方法の他の実施例を示す図である。以
下、第4図を参照して本実施例の説明を行うが、前述し
た実施例と同一の構成要素については同一の符号を付し
てその説明を省略する。
FIG. 4 is a view showing another embodiment of the method of manufacturing the micromechanical structure (check valve) according to the present invention. Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIG. 4, but the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiment, and the description thereof will be omitted.

まず、第4図(a)に示すように、面方位(100)の
シリコン単結晶基板40の両面に酸化膜41をCVDにより堆
積し、固定リング22の内部及び貫通孔24に対応する部分
の酸化膜41をフォトエッチングにより除去する。なお、
酸化膜41に代えてCVD窒化膜を用いてもよい。
First, as shown in FIG. 4 (a), an oxide film 41 is deposited on both surfaces of a silicon single crystal substrate 40 having a plane orientation of (100) by CVD, and a portion corresponding to the inside of the fixed ring 22 and the through hole 24 is formed. The oxide film 41 is removed by photo etching. In addition,
Instead of the oxide film 41, a CVD nitride film may be used.

次に、第4図(b)に示すように、酸化膜40をマスク
としてシリコン基板40の表面に酸素イオンを注入した
後、不活性ガス中で高温アニールしてシリコン基板40中
にイオン注入層42を形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (b), oxygen ions are implanted into the surface of the silicon substrate 40 using the oxide film 40 as a mask, and annealing is performed at a high temperature in an inert gas to form an ion-implanted layer in the silicon substrate 40. Form 42.

次に、第4図(c)に示すように、酸化膜41をエッチ
ングにより除去した後、シリコン基板40表面にエピタキ
シャルシリコン層43を堆積する。
Next, as shown in FIG. 4C, after removing the oxide film 41 by etching, an epitaxial silicon layer 43 is deposited on the surface of the silicon substrate 40.

さらに、第4図(d)に示すように、フォトエッチン
グにより、エピタキシャル層43のうち弁21、固定リング
22及び支持腕23を形成すべき部分を選択的にパターンニ
ングし、その上にCVDにより酸化膜又は窒化膜44を堆積
する。
Further, as shown in FIG. 4D, the valve 21 and the fixing ring of the epitaxial layer 43 are formed by photoetching.
A portion where the 22 and the support arm 23 are to be formed is selectively patterned, and an oxide film or a nitride film 44 is deposited thereon by CVD.

さらに、第4図(e)に示すように、アルカリ溶液に
よる異方性エッチングによりシリコン基板40裏面に貫通
孔24を形成した後、SiO2を選択的にエッチングした溝25
を形成する。そして、酸化膜又は窒化膜41、44をエッチ
ングにより除去することで、逆止弁を得ることができ
る。
Further, as shown in FIG. 4 (e), after forming a through hole 24 on the back surface of the silicon substrate 40 by anisotropic etching with an alkaline solution, a groove 25 selectively etched with SiO 2 is formed.
To form Then, a check valve can be obtained by removing the oxide film or the nitride films 41 and 44 by etching.

本実施例においても、先の実施例と同様の作用効果を
得ることができる。なお、本実施例により製造された逆
止弁は、先の実施例の逆止弁と比較して、溝25の底面に
形成された突起26が省略された構成となっている。従っ
て、溝25が精度良く形成されないと、例えば支持腕23下
の溝25の底面に突起が残っている場合には、弁21の下降
が妨げられて逆止弁全体の開閉動作が円滑に行われない
おそれがある。しかしながら、先の実施例に比較して、
本実施例の製造方法はその工程が簡略化されており、安
価で高スループットな構成であるという利点がある。
In this embodiment, the same operation and effect as those of the previous embodiment can be obtained. The check valve manufactured according to the present embodiment has a configuration in which the protrusion 26 formed on the bottom surface of the groove 25 is omitted as compared with the check valve according to the previous embodiment. Therefore, if the groove 25 is not formed accurately, for example, if a protrusion remains on the bottom surface of the groove 25 below the support arm 23, the lowering of the valve 21 is prevented, and the opening and closing operation of the entire check valve can be smoothly performed. It may not be done. However, compared to the previous example,
The manufacturing method of this embodiment has the advantage that the steps are simplified, and the configuration is inexpensive and has a high throughput.

次に、第6図は、本発明によるマイクロメカニカル構
造体の製造方法の他の実施例により製造されたダイヤフ
ラム構造体を示す断面図である。
Next, FIG. 6 is a cross-sectional view showing a diaphragm structure manufactured by another embodiment of the method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention.

本実施例のダイヤフラム構造体は、前述した従来のダ
イヤフラム構造体とその構成が略同一であり、シリコン
基板50の表面に、深くなるに連れてその幅が狭くなる断
面等脚台形状の空洞領域51が形成されていると共に、こ
の空洞領域51の上部がエッチング孔52を残してダイヤフ
ラム部53で覆われ、さらにこのエッチング孔52がポリシ
リコン54が塞がれた構成となっている。そして、このダ
イヤフラム部53はシリコン単結晶で形成されている。
The diaphragm structure of the present embodiment has substantially the same structure as that of the above-described conventional diaphragm structure, and has a cross-sectionally equilateral trapezoidal cavity region on the surface of the silicon substrate 50 in which the width decreases as the depth increases. 51 is formed, the upper portion of the cavity region 51 is covered with a diaphragm portion 53 leaving an etching hole 52, and the etching hole 52 is covered with a polysilicon 54. The diaphragm 53 is made of single crystal silicon.

前述のような構成のダイヤフラム構造体においては、
空胴領域51を圧力基準室としてダイヤフラム部53に例え
ばシリコンのピエゾ抵抗を形成し、外気圧の変化に応じ
てダイヤフラム部53の歪みによる変化をピエゾ抵抗値の
変化として取り出すことにより、圧力センサを構成する
ことができる。
In the diaphragm structure having the above configuration,
The pressure sensor is formed by forming, for example, a piezoresistor of silicon in the diaphragm portion 53 with the cavity region 51 as a pressure reference chamber, and taking out a change due to the distortion of the diaphragm portion 53 as a change in the piezoresistance value according to a change in the outside air pressure. Can be configured.

ダイヤフラム構造体の製造方法を第6図を参照して説
明する。
A method for manufacturing the diaphragm structure will be described with reference to FIG.

まず、第5図(a)に示すように、面方位(100)の
シリコン単結晶基板50上にCVD酸化膜もしくは窒化膜60
を堆積し、ダイヤフラム部52に対応する部分の酸化膜60
をフォトエッチングにより除去する。
First, as shown in FIG. 5A, a CVD oxide film or a nitride film 60 is formed on a silicon single crystal substrate 50 having a plane orientation (100).
Is deposited, and an oxide film 60 corresponding to the diaphragm 52 is formed.
Is removed by photoetching.

次に、第5図(b)に示すように、酸化膜60をマスク
として、シリコン基板50表面に酸素イオンをイオン注入
した後、不活性ガス中で高温アニールすることでイオン
注入層61を形成する。イオン注入の条件としては、例え
ば200keVで1.8×1018cm-2程度の濃度である。このイオ
ン注入層61は、ほぼSiO2である。
Next, as shown in FIG. 5B, using the oxide film 60 as a mask, oxygen ions are ion-implanted into the surface of the silicon substrate 50, followed by high-temperature annealing in an inert gas to form an ion-implanted layer 61. I do. The conditions for ion implantation are, for example, a concentration of about 1.8 × 10 18 cm −2 at 200 keV. This ion implantation layer 61 is almost SiO 2 .

さらに、第5図(c)に示すように、シリコン基板60
の表面にエピタキシャルシリコン層62を堆積した後、フ
ォトエッチングによりエッチング孔52を形成する。この
エピタキシャルシリコン層62はほぼ単結晶である。
Further, as shown in FIG.
After an epitaxial silicon layer 62 is deposited on the surface of the substrate, an etching hole 52 is formed by photoetching. This epitaxial silicon layer 62 is substantially single crystal.

さらに、第5図(d)に示すように、フッ酸系のエッ
チング液によりイオン注入層61を選択的に溶解して円板
状の空洞63を形成した後、シリコン基板50の全面にCVD
で酸化膜あるいは窒化膜64を堆積し、フォトエッチング
によりエッチング孔52底面の部分の酸化膜を除去する。
Further, as shown in FIG. 5 (d), after the ion implantation layer 61 is selectively dissolved by a hydrofluoric acid type etching solution to form a disk-shaped cavity 63, the entire surface of the silicon substrate 50 is subjected to CVD.
Then, an oxide film or a nitride film 64 is deposited, and the oxide film on the bottom surface of the etching hole 52 is removed by photoetching.

さらに、第5図(e)に示すように、アルカリ系エッ
チング液で空洞63直下のシリコン基板50を異方的にエッ
チングし、断面等脚台形状の空洞領域51をシリコン基板
50内に形成する。その後、酸化膜あるいは窒化膜64をエ
ッチングにより除去する。
Further, as shown in FIG. 5 (e), the silicon substrate 50 immediately below the cavity 63 is anisotropically etched with an alkali-based etching solution to form a trapezoidal cavity region 51 having an isosceles cross section.
Form within 50. After that, the oxide film or the nitride film 64 is removed by etching.

そして、例えば減圧CVD中で、エッチング孔52を塞ぐ
ようにポリシリコン54をエピタキシャル層62表面に堆積
し、フォトエッチングによりエッチング孔52の部分以外
のポリシリコン54を除去することで、第6図に示すよう
なダイヤフラム構造体を製造することができる。
Then, for example, during low pressure CVD, a polysilicon 54 is deposited on the surface of the epitaxial layer 62 so as to cover the etching hole 52, and the polysilicon 54 other than the portion of the etching hole 52 is removed by photoetching, as shown in FIG. A diaphragm structure as shown can be manufactured.

このような構成を有するタイヤフラム構造体の製造方
法においては、そのダイヤフラム部53をエピタキシャル
層62、すなわち単結晶で構成できるので、ダイヤフラム
部53全体における特性の均一化を図ることができる。こ
れにより、ピエゾ抵抗の変化が大きくなって圧力センサ
の感度を高めることができ、高精度の圧力センサを実現
することができる。なお、エッチング孔52の形成個数,
その位置は本例以外にも所望にできることは勿論、孔の
ふさぎ方も本例に限るものでないことはいうまでもな
い。
In the method of manufacturing a tire diaphragm structure having such a configuration, since the diaphragm portion 53 can be formed of the epitaxial layer 62, that is, a single crystal, the characteristics of the entire diaphragm portion 53 can be made uniform. As a result, the change in the piezo resistance increases, the sensitivity of the pressure sensor can be increased, and a highly accurate pressure sensor can be realized. The number of etching holes 52 formed,
Needless to say, the position can be set to a desired position other than in this example, and the way of closing the holes is not limited to this example.

次に、第8図及び第9図は本発明によるマイクロメカ
ニカル構造体の製造方法の他の実施例により製造された
片時梁構造体を示す底面図及び断面図である。図におい
て、71は下方に向かうに従って窄まる角錐台形状の錘で
あり、矩形の支持台72の内側をくり抜いて形成され、錘
71は片持状態で片持梁73で支持されており、この片持梁
73には例えばピエゾ抵抗(図示せず)が形成されてい
る。なお、74はくり抜き貫通孔である。
Next, FIGS. 8 and 9 are a bottom view and a cross-sectional view showing a one-time beam structure manufactured by another embodiment of the method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention. In the figure, reference numeral 71 denotes a truncated pyramid-shaped weight that narrows downward, and is formed by hollowing out the inside of a rectangular support base 72.
71 is supported by a cantilever 73 in a cantilever state.
For example, a piezo resistor (not shown) is formed in 73. Here, 74 is a hollow through hole.

このような構成の片持梁構造体においては、その全体
に加速度に加えると錘71が変位し、これを支持する片持
梁73に歪みが生じてピエゾ抵抗値が変化するため、この
ピエゾ抵抗値の変化を検出すれば加速度検出センサとし
て利用できる。
In the cantilever structure having such a configuration, the weight 71 is displaced when acceleration is applied to the entire structure, and the cantilever 73 supporting the weight is distorted to change the piezoresistance value. If a change in the value is detected, it can be used as an acceleration detection sensor.

片持梁構造体の製造方法を第7図を参照して説明す
る。
A method for manufacturing the cantilever structure will be described with reference to FIG.

まず、第7図(a)に示すように、面方位(100)の
シリコン単結晶基板80の表面に酸化膜あるいは窒化膜81
をCVDにより堆積し、片持梁73の底部に対応する部分の
酸化膜81をフォトエッチングにより除去する。その後、
酸化膜81をマスクとして、シリコン基板80表面に酸素イ
オンをイオン注入し、不活性ガス中で高温アニールする
ことで、シリコン基板80内にイオン注入層82を形成す
る。イオン注入の条件としては、例えば200keVで1.8×1
018cm-2程度の濃度である。このイオン注入層82はほぼS
iO2である。
First, as shown in FIG. 7A, an oxide film or a nitride film 81 is formed on the surface of a silicon single crystal substrate 80 having a plane orientation (100).
Is deposited by CVD, and the oxide film 81 corresponding to the bottom of the cantilever 73 is removed by photoetching. afterwards,
Oxygen ions are ion-implanted into the surface of the silicon substrate 80 using the oxide film 81 as a mask, and high-temperature annealing is performed in an inert gas to form an ion-implanted layer 82 in the silicon substrate 80. Conditions for ion implantation are, for example, 1.8 × 1 at 200 keV.
The concentration is about 0 18 cm -2 . This ion implantation layer 82 is almost S
is an iO 2.

次に、第7図(b)に示すように、酸化膜81をエッチ
ングにより除去した後、シリコン基板80の表面にエピタ
キシャルシリコン層83を堆積する。このエピタキシャル
層83はほぼ単結晶である。
Next, as shown in FIG. 7B, after removing the oxide film 81 by etching, an epitaxial silicon layer 83 is deposited on the surface of the silicon substrate 80. This epitaxial layer 83 is substantially single crystal.

さらに、第7図(c)に示すように、酸化膜あるいは
窒化膜84をエピタキシャル層83の表面及びシリコン基板
80の裏面に堆積した後、シリコン基板80の裏面の酸化面
84のうち、錘71及び支持台72以外の部分の酸化膜84をフ
ォトエッチングにより除去する。さらに、アルカリ系の
エッチング液を用いて異方性エッチングし、貫通孔74及
び片持梁73を形成する。この時、アルカリ系のエッチン
グ液はSiO2を殆どエッチングせず、従って、イオン注入
層82が露呈した段階で片持梁73底部のエッチングは終了
するため、この片持梁73の厚みを精度良く形成すること
が可能である。なお、エピタキシャル層83の表面及びシ
リコン基板80の裏面に形成する膜は、酸化膜及び窒化膜
の2層膜であってもよい。
Further, as shown in FIG. 7C, an oxide film or a nitride film 84 is formed on the surface of the epitaxial layer 83 and the silicon substrate.
After depositing on the back surface of 80, the oxidized surface of the back surface of the silicon substrate 80
Of the 84, the oxide film 84 other than the weight 71 and the support base 72 is removed by photoetching. Further, anisotropic etching is performed using an alkaline etching solution to form the through hole 74 and the cantilever 73. At this time, the alkaline etching solution hardly etches the SiO 2 , and therefore, the etching of the bottom of the cantilever 73 is completed at the stage when the ion-implanted layer 82 is exposed. It is possible to form. Note that the film formed on the front surface of the epitaxial layer 83 and the back surface of the silicon substrate 80 may be a two-layer film of an oxide film and a nitride film.

そして、イオン注入層82及び酸化膜84を選択的にエッ
チングすることで、第8図及び第9図に示すような片持
梁構造体を製造することができる。
Then, by selectively etching the ion implantation layer 82 and the oxide film 84, a cantilever structure as shown in FIGS. 8 and 9 can be manufactured.

このような片持梁構造体の製造方法においては、錘7
1、支持台72及び片持梁73の全てを単結晶で構成できる
ので、従来例に比べて、高品質、高精度で安価な加速度
センサを得ることができる。すなわち、従来の片持梁構
造体は、不純物型の異なるエピタキシャル層をシリコン
基板上に形成し、バイアス下でアルカリ系エッチング液
による(電解)エッチングにより基板部を除去するよう
な方法が採られていた(例えば、TRANSDUCER′87,p.112
〜115)。しかしながら、電解エッチングは、装置の操
作が複雑でその制御性が悪く、安定した操作が得るのが
困難であると共に、シリコン基板内の電気化学反応のば
らつきが大きくこの基板の大口径化を図るのが困難であ
り、高スループットで再現性の良好な加速度センサを得
にくいという問題があった。一方、本実施例において
は、ウエハ内,ロット間での再現性の良い均一な膜を得
ることが容易であり、シリコン基板の大口径化を図るこ
とができ、高スループットな加速度センサを得ることが
できると共に、その精度も良好なものを安価に得ること
ができる。
In the method of manufacturing such a cantilever structure, the weight 7
1. Since all of the support base 72 and the cantilever 73 can be formed of a single crystal, a high-quality, high-accuracy, and inexpensive acceleration sensor can be obtained as compared with the conventional example. That is, the conventional cantilever structure employs a method in which epitaxial layers having different impurity types are formed on a silicon substrate, and the substrate is removed by (electrolytic) etching with an alkaline etchant under a bias. (For example, TRANSDUCER '87, p.112
~ 115). However, in the case of electrolytic etching, the operation of the apparatus is complicated, the controllability is poor, it is difficult to obtain a stable operation, and the electrochemical reaction in the silicon substrate has a large variation, so that the diameter of the substrate is increased. However, there is a problem that it is difficult to obtain an acceleration sensor with high throughput and good reproducibility. On the other hand, in the present embodiment, it is easy to obtain a uniform film with good reproducibility within a wafer and between lots, and it is possible to increase the diameter of a silicon substrate and obtain a high-throughput acceleration sensor. Can be obtained at a low cost.

次に、第11図は本発明によるマイクロメカニカル構造
体の製造方法の他の実施例により製造されたマイクロ歯
車構造体を示す断面図である。この図において、90はシ
リコン基板、91はこのシリコン基板90上に別体として配
設されたマイクロ歯車、92はマイクロ歯車91の中心に形
成された貫通孔、93はシリコン基板90と一体化され、マ
イクロ歯車91の貫通孔92内に遊嵌された軸である。この
軸93は、貫通孔92内に配置された有底円筒状の基部94
と、この基部94上端から水平外方に延出する翼部95とか
ら構成され、これにより、マイクロ歯車91が軸93から飛
び出すことなく回動自在に支持されている。また、本実
施例ではマイクロ歯車91は単結晶で形成される一方、軸
93はポリシリコンで形成されている。
Next, FIG. 11 is a cross-sectional view showing a micro gear structure manufactured by another embodiment of the method for manufacturing a micro mechanical structure according to the present invention. In this figure, 90 is a silicon substrate, 91 is a micro gear provided separately on the silicon substrate 90, 92 is a through hole formed at the center of the micro gear 91, 93 is integrated with the silicon substrate 90. And a shaft loosely fitted in the through hole 92 of the micro gear 91. The shaft 93 has a bottomed cylindrical base 94 disposed in the through hole 92.
And a wing 95 extending horizontally outward from the upper end of the base 94, whereby the micro gear 91 is rotatably supported without protruding from the shaft 93. In this embodiment, the micro gear 91 is formed of a single crystal,
93 is formed of polysilicon.

マイクロ歯車構造体の製造方法を第10図を参照して説
明する。
A method of manufacturing the micro gear structure will be described with reference to FIG.

まず、第10図(a)に示すように、面方位(100)の
シリコン単結晶基板90上に酸化膜あるいは窒化膜100をC
VDにより堆積し、マイクロ歯車91を形成する部分の酸化
膜100をフォトエッチングにより除去する。その後、酸
化膜100をマスクとして、シリコン基板90表面に酸素イ
オンをイオン注入し、不活性ガス中で高温アニールする
ことでイオン注入層101をシリコン基板90内に形成す
る。
First, as shown in FIG. 10A, an oxide film or a nitride film 100 is deposited on a silicon single crystal substrate 90 having a plane orientation (100).
The oxide film 100 deposited by VD and forming the micro gear 91 is removed by photoetching. After that, using the oxide film 100 as a mask, oxygen ions are ion-implanted into the surface of the silicon substrate 90, and annealing is performed at a high temperature in an inert gas to form the ion-implanted layer 101 in the silicon substrate 90.

次に、第10図(b)に示すように、酸化膜100をエッ
チングにより除去した後、シリコン基板90表面にエピタ
キシャルシリコン層102を堆積する。
Next, as shown in FIG. 10 (b), after removing the oxide film 100 by etching, an epitaxial silicon layer 102 is deposited on the surface of the silicon substrate 90.

次に、第10図(c)に示すように、エピタキシャルシ
リコン層102をエッチングして、マイクロ歯車91となる
部分を形成する。さらに、このエッチングを続け、シリ
コン基板90の表面がイオン注入層101直下に至るまでシ
リコン基板90もエッチングする。但し、イオン注入層10
1は基板中全面にわたり形成してもよいことはいうまで
もない(第10図(a)′,(b)′)。
Next, as shown in FIG. 10 (c), the part to be the micro gear 91 is formed by etching the epitaxial silicon layer 102. Further, this etching is continued, and the silicon substrate 90 is also etched until the surface of the silicon substrate 90 reaches directly below the ion implantation layer 101. However, the ion implantation layer 10
Needless to say, 1 may be formed over the entire surface of the substrate (FIGS. 10 (a) 'and (b)').

次に、第10図(d)に示すように、シリコン基板90表
面に酸化膜103を堆積し、前記貫通孔92底部の酸化膜103
のみをフォトエッチングにより除去する。この後、シリ
コン基板90表面にLPCVDによりポリシリコン膜を堆積
し、軸93の部分以外のポリシリコン膜をフォトエッチン
グにより除去する。
Next, as shown in FIG. 10 (d), an oxide film 103 is deposited on the surface of the silicon substrate 90, and the oxide film 103 on the bottom of the through hole 92 is formed.
Only those are removed by photoetching. Thereafter, a polysilicon film is deposited on the surface of the silicon substrate 90 by LPCVD, and the polysilicon film other than the portion of the axis 93 is removed by photoetching.

そして、イオン注入層101、酸化膜103を選択的にエッ
チングすることで、第11図に示すようなマイクロ歯車構
造体を製造することができる。
Then, by selectively etching the ion-implanted layer 101 and the oxide film 103, a micro gear structure as shown in FIG. 11 can be manufactured.

このような構成のマイクロ歯車構造体の製造方法にお
いて、マイクロ歯車91を単結晶で形成することができ、
従来のポリシリコンによるマイクロ歯車に比較して、表
面平坦度が高くて高精度かつ摩耗に対する耐性も高い機
械部品を提供することができる。しかも、マイクロ歯車
91そのものの強度も十分に確保でき、品質のばらつきも
少ないという利点がある。
In the manufacturing method of the micro gear structure having such a configuration, the micro gear 91 can be formed of a single crystal,
It is possible to provide a mechanical component having higher surface flatness, higher precision and higher resistance to abrasion than a conventional micro gear made of polysilicon. Moreover, micro gears
The advantage is that the strength of the 91 itself can be sufficiently ensured, and there is little variation in quality.

なお、マイクロ歯車の製造方法においては、第10図
(c)に示すエピタキシャル層102のエッチングの後、
第12図に示すような工程を採用することも可能である。
In the method of manufacturing a micro gear, after the etching of the epitaxial layer 102 shown in FIG.
It is also possible to adopt a process as shown in FIG.

すなわち、第12図(a)に示すように、シリコン基板
90及びエピタキシャル層102の表面に酸化膜110をCVDに
より堆積し、エピタキシャル層102表面の酸化膜110をフ
ォトエッチングにより除去する。この後、酸化膜110を
マスクとして、エピタキシャル層102表面に酸素イオン
をイオン注入し、不活性ガス中で高温アニールすること
でエピタキシャル層102内にイオン注入層111を形成す
る。
That is, as shown in FIG.
An oxide film 110 is deposited on the surface of the epitaxial layer 102 and the epitaxial layer 102 by CVD, and the oxide film 110 on the surface of the epitaxial layer 102 is removed by photoetching. Thereafter, using the oxide film 110 as a mask, oxygen ions are ion-implanted into the surface of the epitaxial layer 102, and annealing is performed at a high temperature in an inert gas to form an ion-implanted layer 111 in the epitaxial layer 102.

さらに、第12図(b)に示すように、RIEにより酸化
膜110をドライエッチングして、エピタキシャル層102側
壁の部分以外の酸化膜110を除去する。この後、エピタ
キシャル成長法により、エピタキシャルシリコン層112
に堆積し、フォトエッチングにより軸93を形成する。
Further, as shown in FIG. 12 (b), the oxide film 110 is dry-etched by RIE to remove the oxide film 110 other than the portion on the side wall of the epitaxial layer 102. Thereafter, the epitaxial silicon layer 112 is formed by an epitaxial growth method.
And a shaft 93 is formed by photoetching.

そして、第12図(c)に示すように、フッ酸系のエッ
チング液によりイオン注入層101、111及び酸化膜110も
選択的にエッチングすることで、マイクロ歯車91及び軸
93が共に単結晶で形成されたマイクロ歯車構造体を製造
することができる。
Then, as shown in FIG. 12 (c), the ion implantation layers 101 and 111 and the oxide film 110 are also selectively etched by a hydrofluoric acid-based etchant, thereby forming the micro gear 91 and the shaft.
A micro gear structure can be manufactured in which both 93 are formed of a single crystal.

なお、第12図(c)に示す工程において、軸93を形成
するエピタキシャル成長法として選択エピタキシャル法
(例えばSolid State Technol.Vol.29,No.1,p.107(198
6)、Vol.31,No.5,p.159(1988)、Abs.259、Ext.Abs.V
ol.87−1,Electrochem.Soc.,1987等)を用いれば、屈曲
部等に欠陥の少ない単結晶の軸93を得ることができる。
また、バリの様に図示のイオン注入層111状に残る極薄
の結晶層113は、必要に応じてRIE等のガスエッチングを
軽くほどこすことによりエピタキシャルシリコン層112
下以外の部分を取り去ればよい。
In the step shown in FIG. 12C, a selective epitaxial method (for example, Solid State Technol. Vol. 29, No. 1, p. 107 (198
6), Vol.31, No.5, p.159 (1988), Abs.259, Ext.Abs.V
ol. 87-1, Electrochem. Soc., 1987, etc.), it is possible to obtain a single crystal axis 93 having few defects in a bent portion or the like.
The ultra-thin crystal layer 113 remaining like the ion implantation layer 111 shown in the drawing like a burr can be formed by lightly performing gas etching such as RIE as necessary.
All you have to do is remove the parts other than the bottom.

以上、前述したマイクロメカニカル構造体の製造方法
をブロックダイヤグラムで示すと、第13図の如くであ
る。
FIG. 13 is a block diagram showing a method for manufacturing the micromechanical structure described above.

すなわち、第1図に示す実施例では、 (I)→(II)→(III)→(IV)→(II)→(III)→
(IV)→(V)→(VI) 第4図に示す実施例では、 (I)→(II)→(III)→(IV)→(V)→(VI) 第5図に示す実施例では、 (I)→(II)→(III)→(IV)→(V)→(VI)→
(VII) 第7図に示す実施例では、 (I)→(II)→(III)→(IV)→(V)→(VI) 第10図に示す実施例では、 (I)→(II)→(III)→(IV)→(V)→(VI) 第12図に示す実施例では、 (I)→(II)→(III)→(IV)→(V)→(II)→
(III)→(IV)→(V)→(VI) 以上からも明らかなように、(II)、(VI)の工程は必
須であるが、他の工程については製造しようとするマイ
クロメカニカル構造体に応じて適宜組み合わされればよ
い。当然、(II)、(VI)の工程を含んだ前述の工程以
外の組み合わせが存在することは勿論である。また、
(II)の工程を繰り返すことで、イオン注入層を厚く形
成することも可能である。
That is, in the embodiment shown in FIG. 1, (I) → (II) → (III) → (IV) → (II) → (III) →
(IV) → (V) → (VI) In the embodiment shown in FIG. 4, (I) → (II) → (III) → (IV) → (V) → (VI) The embodiment shown in FIG. Then, (I) → (II) → (III) → (IV) → (V) → (VI) →
(VII) In the embodiment shown in FIG. 7, (I) → (II) → (III) → (IV) → (V) → (VI) In the embodiment shown in FIG. 10, (I) → (II) ) → (III) → (IV) → (V) → (VI) In the embodiment shown in FIG. 12, (I) → (II) → (III) → (IV) → (V) → (II) →
(III) → (IV) → (V) → (VI) As is clear from the above, the steps (II) and (VI) are essential, but the micromechanical structure to be manufactured for the other steps What is necessary is just to combine suitably according to a body. It goes without saying that combinations other than the above-described steps including the steps (II) and (VI) exist. Also,
By repeating the step (II), the ion-implanted layer can be formed thick.

なお、以上の実施例では酸素イオンをイオン注入した
が、これに代えて窒素イオンをイオン注入してSiNから
なるイオン注入層を形成し、このイオン注入層を熱リン
酸等のエッチング液で選択的にエッチングしてもよい。
また、ホウ素、リン、ヒ素、アンチモン、ゲルマニウ
ム、アルミニウム等のイオンを高濃度イオン注入して高
濃度不純物層を形成し、この高濃度不純物層を選択的に
エッチングしてもよい。例えば、これらの高濃度不純物
は層、1:3:8(49.23%HF:69.51%HNO3:99%CH3COOH)の
エッチング液で選択的にエッチングできる(例えばElec
trochem.Soc.Extent.Abstr.,72−1,p.74(1972))。ま
た、酸素イオンを注入すると共にリンなど他のイオン種
をイオン注入し、PSGに近いイオン注入層を形成しても
よい。
In the above embodiment, oxygen ions were ion-implanted. Instead, nitrogen ions were ion-implanted to form an ion-implanted layer made of SiN, and this ion-implanted layer was selected with an etching solution such as hot phosphoric acid. Etching may be performed.
Alternatively, a high-concentration impurity layer may be formed by high-concentration ion implantation of ions of boron, phosphorus, arsenic, antimony, antimony, germanium, aluminum, or the like, and the high-concentration impurity layer may be selectively etched. For example, these high concentration impurity layer, 1: 3: 8 (49.23 % HF: 69.51% HNO 3: 99% CH 3 COOH) can be selectively etched with an etching solution (e.g. Elec
trochem. Soc. Extent. Abstr., 72-1, p. 74 (1972)). Further, other ion species such as phosphorus may be ion-implanted while oxygen ions are implanted to form an ion-implanted layer close to PSG.

G.発明の効果 以上のように本発明によれば、単結晶半導体基板に選
択的にイオンを注入してイオン注入層を形成した上で、
イオン注入層により第1単結晶部と第2単結晶部とに分
け、さらにイオン注入層をエッチングしてマイクロメカ
ニカル構造体を形成するようにしたので、従来の多結晶
によるマイクロメカニカル構造体を比較して、十分な強
度を確保できて信頼性も高くなり、また、部品の表面平
坦度も良好であるため、この面からも信頼性の向上に寄
与しうる。さらに、単結晶膜であれば再現性の良い均一
な材質を得ることができ、性能のばらつきも小さくな
る。
G. Effects of the Invention As described above, according to the present invention, ions are selectively implanted into a single crystal semiconductor substrate to form an ion-implanted layer,
The first single crystal portion and the second single crystal portion are divided by the ion implantation layer, and the ion implantation layer is etched to form a micromechanical structure, so that the conventional polycrystalline micromechanical structure is compared. As a result, a sufficient strength can be ensured and the reliability can be improved, and the surface flatness of the component is also good, which can contribute to the improvement of the reliability from this aspect as well. Furthermore, if a single crystal film is used, a uniform material with good reproducibility can be obtained, and variations in performance can be reduced.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明によるマイクロメカニカル構造体の製造
方法の一実施例を示す説明用断面図である。 第2図は同実施例により製造された逆止弁を示す平面図
である。 第3図は同断面図である。 第4図は本発明によるマイクロメカニカル構造体の製造
方法の他の実施例を示す説明用断面図である。 第5図は本発明によるマイクロメカニカル構造体の製造
方法の他の実施例を示す説明用断面図である。 第6図は同実施例により製造されたダイヤフラム構造体
を示す平面図である。 第7図は本発明によるマイクロメカニカル構造体の製造
方法の他の実施例を示す説明用断面図である。 第8図は同実施例により製造された片持梁構造体を示す
底面図である。 第9図は同断面図である。 第10図は本発明によるマイクロメカニカル構造体の製造
方法の他の実施例を示す説明用断面図である。 第11図は同実施例により製造されたマイクロ歯車構造体
を示す断面図である。 第12図は本発明によるマイクロメカニカル構造体の製造
方法の他の実施例を示す説明用断面図である。 第13図はマイクロメカニカル構造体の製造方法を説明す
る図である。 第14図(a),(b)は従来のマイクロメカニカル構造
体の一例である超小型逆止弁の平面図および断面図であ
る。 第15図はその製造方法の説明用断面図である。 第16図は従来のダイヤフラム構造の製造方法の説明用断
面図である。 20,40,50,80,90:単結晶半導体基板 22,51,72,93:固定部 21,23,53,71,91:可動部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory sectional view showing one embodiment of a method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a check valve manufactured according to the embodiment. FIG. 3 is a sectional view of the same. FIG. 4 is an explanatory sectional view showing another embodiment of the method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention. FIG. 5 is an explanatory sectional view showing another embodiment of the method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention. FIG. 6 is a plan view showing a diaphragm structure manufactured according to the embodiment. FIG. 7 is an explanatory sectional view showing another embodiment of the method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention. FIG. 8 is a bottom view showing the cantilever structure manufactured according to the embodiment. FIG. 9 is a sectional view of the same. FIG. 10 is an explanatory sectional view showing another embodiment of the method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention. FIG. 11 is a sectional view showing a micro gear structure manufactured according to the example. FIG. 12 is an explanatory cross-sectional view showing another embodiment of the method for manufacturing a micromechanical structure according to the present invention. FIG. 13 is a diagram illustrating a method for manufacturing a micromechanical structure. 14 (a) and 14 (b) are a plan view and a cross-sectional view of a micro check valve as an example of a conventional micromechanical structure. FIG. 15 is a sectional view for explaining the manufacturing method. FIG. 16 is a sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a diaphragm structure. 20,40,50,80,90: Single-crystal semiconductor substrate 22,51,72,93: Fixed part 21,23,53,71,91: Movable part

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】単結晶半導体基板に形成され、該基板と一
体化した固定部と可動部とから構成されるマイクロメカ
ニカル構造体の製造方法であって、 前記単結晶半導体基板に選択的にイオンを注入する工程
と、 前記イオン注入層を境として第1単結晶部と第2単結晶
部とに分ける工程と、 前記イオン注入層をエッチングする工程と、 前記第2単結晶部にマイクロメカニカル構造体を形成す
る工程とを備えたことを特徴とするマイクロメカニカル
構造体の製造方法。
1. A method of manufacturing a micromechanical structure formed on a single crystal semiconductor substrate and comprising a fixed portion and a movable portion integrated with the substrate, wherein the single crystal semiconductor substrate is selectively ionized. Implanting; a step of dividing the ion implantation layer into a first single crystal part and a second single crystal part; a step of etching the ion implantation layer; and a micromechanical structure in the second single crystal part. And a step of forming a body.
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