JP3460584B2 - Si diaphragm and method of manufacturing the same - Google Patents

Si diaphragm and method of manufacturing the same

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶方位がほぼ
(110)であるSiウエハをエッチングすることによ
り形成されたSiダイヤフラム及びその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Si diaphragm formed by etching a Si wafer having a crystal orientation of (110) and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体圧力センサのダイヤフラムの一例
として、特開平4−119672号公報に記載された構
成がある。この公報の構成では、結晶方位が(110)
であるSiウエハをエッチングすることにより、八角形
のSiダイヤフラムを形成するように構成されている。
この構成について、図25ないし図32を参照して具体
的に説明する。
2. Description of the Related Art As an example of a diaphragm of a semiconductor pressure sensor, there is a structure described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-119672. In the configuration of this publication, the crystal orientation is (110)
The octagonal Si diaphragm is formed by etching the Si wafer.
This configuration will be specifically described with reference to FIGS. 25 to 32.

【0003】まず、図25及び図26に示すように、結
晶方位が(110)であるSiウエハ1の上面(図26
中左面)に、SiNやSiO等からなるエッチングマ
スク2を形成すると共にパターニングする。尚、Siウ
エハ1の下面(図26中右面)には、所定形状のゲージ
や電極等が予め形成されている。そして、上記Siウエ
ハ1をKOH等からなるアルカリエッチング液中に浸漬
して異方性エッチングする。これにより、図27及び図
28に示すような八角形のSiダイヤフラム3が形成さ
れる。
First, as shown in FIGS. 25 and 26, the upper surface (FIG. 26) of a Si wafer 1 having a crystal orientation of (110).
On the middle left surface), an etching mask 2 made of SiN, SiO 2 or the like is formed and patterned. In addition, a gauge, an electrode, and the like having a predetermined shape are previously formed on the lower surface (the right surface in FIG. 26) of the Si wafer 1. Then, the Si wafer 1 is immersed in an alkaline etching solution made of KOH or the like for anisotropic etching. As a result, an octagonal Si diaphragm 3 as shown in FIGS. 27 and 28 is formed.

【0004】そして、エッチング完了後のSiウエハ1
からエッチングマスク2を除去したSiウエハ1を、図
29ないし図32に示す。この場合、図29に示すよう
に、八角形のSiダイヤフラム3は、上下2つの(10
0)面と、左右2つの(111)面と、斜めの位置にあ
る4つの(111)面とで囲まれている。ここで、上下
2つの(100)面は、図30に示すように、Siダイ
ヤフラム3のダイヤフラム面3aに対して傾斜する傾斜
面となっており、その傾斜角度(即ち、(100)面と
ダイヤフラム面4とが交差する角度)は45度である。
Then, the Si wafer 1 after the etching is completed
The Si wafer 1 from which the etching mask 2 has been removed is shown in FIGS. 29 to 32. In this case, as shown in FIG. 29, the octagonal Si diaphragm 3 has two upper and lower (10
It is surrounded by a (0) plane, two (111) planes on the left and right, and four (111) planes at diagonal positions. Here, as shown in FIG. 30, the two upper and lower (100) planes are inclined planes inclined with respect to the diaphragm surface 3a of the Si diaphragm 3, and the inclination angle (that is, the (100) plane and the diaphragm). The angle at which the plane 4 intersects is 45 degrees.

【0005】また、左右2つの(111)面は、図31
に示すように、ダイヤフラム面4に対して傾斜する傾斜
面となっており、その傾斜角度(即ち、左右の(11
1)面とダイヤフラム面4とが交差する角度)は35度
である。これに対して、斜めの位置にある4つの(11
1)面は、図32に示すように、ダイヤフラム面4に対
して直交する面となっており、その傾斜角度(即ち、斜
めの位置にある4つの(111)面とダイヤフラム面4
とが交差する角度)は90度である。
The two left and right (111) planes are shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the inclined surface is inclined with respect to the diaphragm surface 4, and the inclination angle (that is, left and right (11
The angle 1) at which the surface and the diaphragm surface 4 intersect is 35 degrees. On the other hand, four (11
As shown in FIG. 32, the 1) surface is a surface orthogonal to the diaphragm surface 4, and its inclination angle (that is, the four (111) surfaces at the oblique position and the diaphragm surface 4).
The angle at which and intersect) is 90 degrees.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成の場合、
上下2つの(100)面及び左右2つの(111)面は
小さな角度(45度、35度)でダイヤフラム面4に交
差しているのに対して、斜めの位置にある4つの(11
1)面はダイヤフラム面4に直交している。このため、
ダイヤフラム3に過大な圧力が作用した場合、斜めの位
置にある4つの(111)面とダイヤフラム面4とが直
交する部分に応力が集中してしまう。これにより、上記
部分が破損するおそれがあった。
In the case of the above conventional configuration,
Two upper and lower (100) planes and two left and right (111) planes intersect the diaphragm plane 4 at a small angle (45 degrees, 35 degrees), while four (11) planes at diagonal positions
The 1) plane is orthogonal to the diaphragm plane 4. For this reason,
When an excessive pressure is applied to the diaphragm 3, stress concentrates on the portions where the four (111) planes at the diagonal positions are orthogonal to the diaphragm plane 4. As a result, the above-mentioned portion may be damaged.

【0007】そこで、本発明の目的は、ダイヤフラムの
周縁部の一部分に応力が集中することを緩和して、強度
を高くすることができるSiダイヤフラム及びその製造
方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a Si diaphragm and a method for manufacturing the same which can reduce the concentration of stress on a part of the peripheral edge of the diaphragm to increase the strength.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、Siダイヤフラムのダイヤフラム面と、このダイヤ
フラム面と直交する4個の(111)面との間に、斜面
部を形成したので、ダイヤフラムを囲む部分の一部分に
応力が集中することを緩和できる。このため、強度を高
くすることができる。この構成の場合、請求項2の発明
のように、斜面部とダイヤフラム面とが交差する角度
を、26.5〜36.5度の範囲内に設定することが好
ましい。角度が大きすぎると応力緩和効果が失われ、小
さすぎる場合には、センシング感度が低下してしまう。
このように構成すると、ダイヤフラム面を(110)面
に対して若干傾斜させるような構成に対しても、十分対
応させることができる。
According to the first aspect of the present invention, since the inclined surface portion is formed between the diaphragm surface of the Si diaphragm and the four (111) surfaces orthogonal to the diaphragm surface, It is possible to alleviate the concentration of stress on a part of the portion surrounding the diaphragm. Therefore, the strength can be increased. In the case of this configuration, it is preferable that the angle at which the inclined surface portion and the diaphragm surface intersect is set within a range of 26.5 to 36.5 degrees, as in the invention of claim 2. If the angle is too large, the stress relaxation effect is lost, and if it is too small, the sensing sensitivity decreases.
With this structure, it is possible to sufficiently cope with a structure in which the diaphragm surface is slightly inclined with respect to the (110) surface.

【0009】請求項3の発明においては、Siウエハを
アルカリエッチング液中に浸漬させてエッチングしてい
るときに、Siウエハに電圧を印加することにより、S
iダイヤフラムのダイヤフラム面と、このダイヤフラム
面と直交する4個の(111)面との間に、斜面部を形
成する工程を備えた。これにより、斜面部を確実且つ容
易に形成することができる。
According to the third aspect of the present invention, when the Si wafer is immersed in an alkaline etching solution for etching, a voltage is applied to the Si wafer so that S
A step of forming an inclined surface portion was provided between the diaphragm surface of the i diaphragm and the four (111) surfaces orthogonal to the diaphragm surface. As a result, the slope portion can be formed reliably and easily.

【0010】ところで、Siウエハに電圧を印加する
と、ダイヤフラム面にマイクロピラミッドが発生し易く
なる。これに対して、請求項4の発明では、Siウエハ
に印加する電圧を、少なくとも2段階に調整するように
構成した。これにより、斜面部を十分大きく形成できる
電圧をSiウエハに印加した後、マイクロピラミッドを
消失させるための電圧をSiウエハに印加させるように
構成することが可能となり、品質を向上できる。
By the way, when a voltage is applied to the Si wafer, micropyramids are easily generated on the diaphragm surface. On the other hand, in the invention of claim 4, the voltage applied to the Si wafer is adjusted in at least two stages. This makes it possible to apply a voltage to the Si wafer to form a sufficiently large inclined surface portion, and then to apply a voltage to the microwafer to the Si wafer, thereby improving the quality.

【0011】請求項5の発明においては、Siウエハに
電圧を印加するとき、Siウエハに流れる電流が所定値
となるように、前記Siウエハに印加する電圧を調整す
るように構成した。この構成によれば、斜面部を十分大
きく形成できるような電圧を、Siウエハに確実に印加
することができる。また、請求項6の発明によれば、S
iウエハに印加する電圧を、ダイヤフラム面が荒れない
ような電圧に調整する構成としたので、ダイヤフラム面
の平滑性を向上させることができる。
According to the fifth aspect of the invention, when the voltage is applied to the Si wafer, the voltage applied to the Si wafer is adjusted so that the current flowing through the Si wafer has a predetermined value. With this configuration, it is possible to reliably apply a voltage to the Si wafer so that the inclined surface portion can be formed sufficiently large. According to the invention of claim 6, S
Since the voltage applied to the i-wafer is adjusted so that the diaphragm surface is not roughened, the smoothness of the diaphragm surface can be improved.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施例につ
いて図1ないし図19を参照しながら説明する。まず、
本実施例で用いるSiウエハについて、図9に従って簡
単に説明する。Siウエハ11は、例えばP型シリコン
ウエハ(例えば比抵抗が10〜20Ω・cmのもの)か
ら構成されており、その一方の面である図9中下面に
は、例えばCVDによりN型Si層(Nエピ層)12が
形成されている。そして、N型Si層12には、P
らなる所定形状のゲージ13が形成されていると共に、
アイソレーション層14が形成されている。P
イソレーション層14の下面には、例えば全体としてほ
ぼ格子状をなすAl製の給電用電極15が形成されてい
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First,
The Si wafer used in this embodiment will be briefly described with reference to FIG. The Si wafer 11 is made of, for example, a P-type silicon wafer (having a specific resistance of 10 to 20 Ω · cm, for example), and the lower surface in FIG. N epi layer) 12 is formed. The N-type Si layer 12 has a gauge 13 made of P + and having a predetermined shape.
The P + isolation layer 14 is formed. On the lower surface of the P + isolation layer 14, for example, an Al-made power feeding electrode 15 which is substantially in a lattice shape as a whole is formed.

【0013】また、Siウエハ11の他方の面である図
9中上面には、例えばSiOやSiN膜等からなるエ
ッチングマスク16が形成されている。このエッチング
マスク16には、図5及び図6に示すように、例えば八
角形のSiダイヤフラムを形成するために必要な八角形
の開口部16aが形成されている。尚、上記Siウエハ
11としては、上記P型シリコンウエハ(N層有り)の
他に、N型シリコンウエハ、P型シリコンウエハ(N層
無し)を用いることが可能である。
An etching mask 16 made of, for example, a SiO 2 film or a SiN film is formed on the other surface of the Si wafer 11 in FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, the etching mask 16 is provided with an octagonal opening 16a necessary for forming an octagonal Si diaphragm, for example. As the Si wafer 11, it is possible to use an N-type silicon wafer or a P-type silicon wafer (without an N layer) in addition to the P-type silicon wafer (with an N layer).

【0014】そして、このようなSiウエハ11をエッ
チングするに当たって、本実施例では、図10に示すよ
うな構成のエッチング装置21を使用した。図10に示
すように、このエッチング装置21は、基台22と筒状
の枠体23と蓋体24とを備えており、これら部材は例
えば4フッ化エチレン樹脂等の高絶縁性で断熱性及び耐
蝕性に優れた材料で形成されている。基台22と枠体2
3との間及び枠体23と蓋体24との間は、Oリング2
5及び25により液密に封止されており、もって基台2
2と枠体23と蓋体24とから密閉容器(いわゆる処理
槽)が構成されている。この密閉容器内に、異方性エッ
チング液(アルカリエッチング液)26を貯留可能に構
成されている。
In etching the Si wafer 11, the etching apparatus 21 having the structure shown in FIG. 10 is used in this embodiment. As shown in FIG. 10, the etching device 21 includes a base 22, a cylindrical frame 23, and a lid 24, and these members are highly insulating and have a heat insulating property such as tetrafluoroethylene resin. And formed of a material having excellent corrosion resistance. Base 22 and frame 2
O-ring 2 between the frame 3 and the lid 24.
Liquid-tightly sealed by 5 and 25, and thus the base 2
2, the frame body 23, and the lid body 24 form a closed container (so-called processing tank). An anisotropic etching liquid (alkali etching liquid) 26 can be stored in the closed container.

【0015】また、基台22の上面22aにSiウエハ
11を配置するように構成されており、該Siウエハ1
1の上面(即ち、エッチング面)が上記異方性エッチン
グ液26と接触するように構成されている。基台22の
上面22aの外周部には、環状の負圧室形成用凹部27
が設けられている。この負圧室形成用凹部27は、リン
グ状のパッキン28により塞がれている。このパッキン
28は、Siウエハ11の外周縁部を挟んで固定してい
る。上記負圧室形成用凹部27の内部を真空ポンプによ
り真空引きすることにより、パッキン28を吸引して、
Siウエハ11を固定している。
The Si wafer 11 is arranged on the upper surface 22a of the base 22.
The upper surface (that is, the etching surface) of No. 1 is configured to come into contact with the anisotropic etching liquid 26. An annular negative pressure chamber forming recess 27 is formed on the outer peripheral portion of the upper surface 22 a of the base 22.
Is provided. The recess 27 for forming the negative pressure chamber is closed by a ring-shaped packing 28. The packing 28 is fixed by sandwiching the outer peripheral edge of the Si wafer 11. The inside of the negative pressure chamber forming recess 27 is evacuated by a vacuum pump to suck the packing 28,
The Si wafer 11 is fixed.

【0016】上記負圧室形成用凹部27内には、例えば
2個の陽極電極29、29が配設されている。これら陽
極電極29、29の先端部はSiウエハ11(の給電用
電極15)に接触して接続されている。上記陽極電極2
9、29の基端部は、可変電源回路30の正側端子30
aに接続されている。この可変電源回路30は、例えば
0〜0.3V程度の微小直流電圧V1と、例えば0.6
V以上の直流電圧V2とを出力することが可能なように
構成されている。
In the negative pressure chamber forming recess 27, for example, two anode electrodes 29, 29 are provided. The tip portions of these anode electrodes 29, 29 are in contact with and connected to (the power feeding electrode 15 of) the Si wafer 11. The anode electrode 2
The base end portions of 9 and 29 are the positive side terminals 30 of the variable power supply circuit 30.
connected to a. The variable power supply circuit 30 has a minute DC voltage V1 of about 0 to 0.3 V and, for example, 0.6 V.
It is configured to be able to output a DC voltage V2 of V or more.

【0017】また、蓋体24には、供給通路31が形成
されており、異方性エッチング液26はバルブ32及び
上記供給通路31を通して枠体23(即ち、密閉容器)
内へ供給されるように構成されている。更に、純水はバ
ルブ33及び上記供給通路31を通して枠体23内へ供
給され、窒素ガスはバルブ34及び上記供給通路31を
通して枠体23内へ供給されるように構成されている。
尚、枠体23(密閉容器)内のエッチング液26等は、
ポンプ等によりパイプ35及び蓋体24に形成された排
出通路36を通して外部へ排出されるように構成されて
いる。
Further, a supply passage 31 is formed in the lid 24, and the anisotropic etching liquid 26 is passed through the valve 32 and the supply passage 31 to form the frame 23 (that is, a closed container).
Is configured to be fed into. Further, pure water is supplied into the frame body 23 through the valve 33 and the supply passage 31, and nitrogen gas is supplied into the frame body 23 through the valve 34 and the supply passage 31.
The etching liquid 26 and the like in the frame 23 (closed container) are
It is configured to be discharged to the outside through a discharge passage 36 formed in the pipe 35 and the lid 24 by a pump or the like.

【0018】一方、棒状の陰極電極37は、蓋体24を
貫通して上記密閉容器内の底部近くまで延びるように配
設されている。この陰極電極37は、例えばPt電極か
ら構成されており、その基端部は、電流検出器38を介
して可変電源回路30の負側端子30bに接続されてい
る。また、上記密閉容器内には、エッチング液等を加熱
するヒータ39及びエッチング液等の温度を検知する温
度センサ40が配設されている。上記ヒータ39は、温
度コントローラ41により通電制御されるように構成さ
れており、この温度コントローラ41は上記温度センサ
40から出力される温度検知信号を受けるように構成さ
れている。これにより、温度コントローラ41は、密閉
容器内のエッチング液等の温度を所望の温度(例えば1
10℃)に設定可能な構成となっている。
On the other hand, the rod-shaped cathode electrode 37 is arranged so as to penetrate the lid body 24 and extend to the vicinity of the bottom portion in the closed container. The cathode electrode 37 is composed of, for example, a Pt electrode, and its base end portion is connected to the negative side terminal 30b of the variable power supply circuit 30 via the current detector 38. Further, a heater 39 for heating the etching liquid and the like and a temperature sensor 40 for detecting the temperature of the etching liquid and the like are arranged in the closed container. The heater 39 is configured to be energized by a temperature controller 41, and the temperature controller 41 is configured to receive a temperature detection signal output from the temperature sensor 40. Accordingly, the temperature controller 41 sets the temperature of the etching liquid or the like in the closed container to a desired temperature (for example, 1
The temperature can be set to 10 ° C).

【0019】また、上記密閉容器内には、エッチング液
等を撹拌する撹拌翼42が配設されており、この撹拌翼
42は蓋体24の上部に配設されたモータ43により回
転駆動されるように構成されている。更に、制御装置4
4は、可変電源回路30、バルブ32、33、34、温
度コントローラ41及びモータ43を駆動制御するよう
に構成されている。
A stirring blade 42 for stirring the etching solution and the like is arranged in the closed container, and the stirring blade 42 is rotationally driven by a motor 43 arranged above the lid 24. Is configured. Further, the control device 4
4 is configured to drive and control the variable power supply circuit 30, the valves 32, 33, 34, the temperature controller 41, and the motor 43.

【0020】更にまた、可変電源回路30の両端子30
a及び30bと、陽極電極29及び陰極電極37との間
には、電圧極性切換回路45が設けられている。この電
圧極性切換回路45は、トランジスタやリレー等からな
る4個のスイッチング素子46、47、48、49を、
図10に示すように接続して構成されている。この構成
の場合、スイッチング素子46及び49をオンすると共
に、スイッチング素子47及び48をオフすると、Si
ウエハ11に正電圧が印加される。また、スイッチング
素子46及び49をオフすると共に、スイッチング素子
47及び48をオンすると、Siウエハ11に負電圧が
印加されるように構成されている。
Furthermore, both terminals 30 of the variable power supply circuit 30.
A voltage polarity switching circuit 45 is provided between a and 30b and the anode electrode 29 and the cathode electrode 37. The voltage polarity switching circuit 45 includes four switching elements 46, 47, 48, 49 including transistors and relays,
It is configured by connecting as shown in FIG. In the case of this configuration, when the switching elements 46 and 49 are turned on and the switching elements 47 and 48 are turned off, Si
A positive voltage is applied to the wafer 11. Further, when the switching elements 46 and 49 are turned off and the switching elements 47 and 48 are turned on, a negative voltage is applied to the Si wafer 11.

【0021】次に、上記した構成のエッチング装置21
を用いて前記Siウエハ11をエッチングする場合の動
作について説明する。この場合、Siウエハ11をエッ
チング装置21に図10に示すようにセットする。そし
て、密閉容器内にアルカリエッチング液26を供給し、
Siウエハ11の上面がアルカリエッチング液26に触
れる(浸漬する)ようにすると共に、可変電源回路30
からSiウエハ11に電圧を印加して、エッチングを行
う。
Next, the etching apparatus 21 having the above structure
The operation of etching the Si wafer 11 by using will be described. In this case, the Si wafer 11 is set in the etching device 21 as shown in FIG. Then, the alkaline etching solution 26 is supplied into the closed container,
The upper surface of the Si wafer 11 is brought into contact with (immersed in) the alkaline etching solution 26, and the variable power supply circuit 30 is provided.
Then, a voltage is applied to the Si wafer 11 to perform etching.

【0022】このとき、図11(a)に示すように、印
加電圧が所定値以下の場合には、異方性エッチングが進
行し、印加電圧が所定値以上の場合には、Siウエハ1
1が陽極酸化される。ここで、Siウエハ11が陽極酸
化されるときには、Siウエハ11上に酸化膜が形成さ
れると共に、この酸化膜がアルカリエッチング液26に
より少しずつエッチングされるため、非常に穏やかな等
方性エッチングが進行する。
At this time, as shown in FIG. 11A, when the applied voltage is below a predetermined value, anisotropic etching proceeds, and when the applied voltage is above a predetermined value, the Si wafer 1
1 is anodized. Here, when the Si wafer 11 is anodized, an oxide film is formed on the Si wafer 11, and this oxide film is gradually etched by the alkaline etching solution 26, so that a very gentle isotropic etching is performed. Progresses.

【0023】一方、印加電圧が非常に小さい電圧の場合
には、基本的には異方性エッチングが進行するが、電圧
を印加しない場合に比べて、Siウエハ11の各面のエ
ッチレートが変化する。具体的には、アルカリエッチン
グ液26として例えば32wt%KOHを用いると共
に、その液温を110℃に設定した状態で、印加電圧を
変化させることにより、Siウエハ11に流れる電流、
特には、Siウエハ11のエッチング面である(11
0)面の初期電流密度を変化させ、この初期電流密度
と、後述する斜面部50(図1及び図4参照)の表面
((311)面)の(110)面に対するエッチレート
比との関係を求めた。そして、この求めた関係(エッチ
ング特性)を、図12のグラフに示す。
On the other hand, when the applied voltage is a very small voltage, anisotropic etching basically proceeds, but the etching rate of each surface of the Si wafer 11 changes as compared with the case where no voltage is applied. To do. Specifically, for example, 32 wt% KOH is used as the alkaline etching liquid 26, and the applied voltage is changed while the liquid temperature is set to 110 ° C.
Particularly, it is the etching surface of the Si wafer 11 (11
The initial current density of the (0) plane is changed, and the relationship between this initial current density and the etch rate ratio of the surface ((311) plane) of the slope portion 50 (see FIGS. 1 and 4) described later to the (110) plane. I asked. The obtained relationship (etching characteristic) is shown in the graph of FIG.

【0024】このエッチング特性は、エッチングの条
件、ウエハの種類(不純物種及びその濃度)の他、各種
接触抵抗等も含めた給電回路系内の抵抗等により変動す
る。しかし、後述するように、電圧と電流がほぼリニア
に変化する電圧領域におけるエッチング特性は、エッチ
ング面の初期電流(密度)によって決まることが確認さ
れている。従って、エッチングを制御するに当たって
は、エッチング面の初期電流密度、具体的には、電流値
を被エッチング面積で割った値をパラメータとして制御
する必要がある。そこで、これ以降説明するエッチング
動作(エッチング特性)においては、初期電流密度をパ
ラメータとして説明する。
The etching characteristics vary depending on the etching conditions, the type of wafer (impurity species and its concentration), and the resistance in the power supply circuit system including various contact resistances. However, as will be described later, it has been confirmed that the etching characteristics in the voltage region where the voltage and the current change substantially linearly depend on the initial current (density) of the etching surface. Therefore, in controlling the etching, it is necessary to control the initial current density of the etching surface, specifically, a value obtained by dividing the current value by the etched area as a parameter. Therefore, in the etching operation (etching characteristic) described below, the initial current density will be used as a parameter.

【0025】さて、例えば0.2〜0.3vの正電圧を
Siウエハ11に印加して、初期電流密度を0.17〜
0.21mA/mmに設定し、異方性エッチングを進
行させる。すると、図7及び図8に示すように、Siウ
エハ11の上面に凹部51が形成される。この凹部51
の底壁部がSiダイヤフラム52となる。このとき、エ
ッチングマスク16を除去した状態のSiウエハ11
を、図1ないし図4に示す。このうち、図1ないし図3
にように、Siウエハ11の凹部51の内面のうちの図
1中上下の(100)面と図1中左右の(111)面の
形状、即ち、上記各面とダイヤフラム面52aとが交差
する角度は、従来構成(図29ないし図31)と同じで
ある。
Now, for example, a positive voltage of 0.2 to 0.3 v is applied to the Si wafer 11 so that the initial current density is 0.17 to
It is set to 0.21 mA / mm 2 , and anisotropic etching proceeds. Then, as shown in FIGS. 7 and 8, a recess 51 is formed on the upper surface of the Si wafer 11. This recess 51
The bottom wall portion of Si becomes the Si diaphragm 52. At this time, the Si wafer 11 with the etching mask 16 removed
Are shown in FIGS. Of these, Figs. 1 to 3
As described above, among the inner surfaces of the concave portion 51 of the Si wafer 11, the shapes of the upper and lower (100) surfaces in FIG. 1 and the left and right (111) surfaces in FIG. 1, that is, the above surfaces and the diaphragm surface 52a intersect. The angle is the same as in the conventional configuration (FIGS. 29 to 31).

【0026】これに対して、本実施例の場合、図1及び
図4に示すように、ダイヤフラム面52aと直交する4
個の(111)面と、ダイヤフラム面52aとの間に、
テーパー状の斜面部50が形成される。この斜面部50
は、ダイヤフラム面52aである(110)面とほぼ3
1.5度(図13(b)も参照)で交差する面であるこ
とから、(311)面であると推定される。上記斜面部
50が形成されることにより、図29及び図32に示す
従来構成のSiダイヤフラムに存在する角部(即ち、
(110)面と(111)面とが直交する角部)を無く
することができる。これにより、本実施例のSiダイヤ
フラム52においては、その周縁部に応力が集中する部
分をなくすことができる。
On the other hand, in the case of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, 4 which is orthogonal to the diaphragm surface 52a.
Between the individual (111) planes and the diaphragm surface 52a,
A tapered slope portion 50 is formed. This slope 50
Is approximately 3 with the (110) surface that is the diaphragm surface 52a.
Since it is a plane that intersects at 1.5 degrees (see also FIG. 13B), it is estimated to be a (311) plane. With the formation of the slope 50, the corners (that is, the corners) existing in the Si diaphragm of the conventional configuration shown in FIGS.
It is possible to eliminate the corner portion where the (110) plane and the (111) plane are orthogonal to each other. As a result, in the Si diaphragm 52 of the present embodiment, it is possible to eliminate a portion where stress concentrates on the peripheral portion.

【0027】そして、上記斜面部50のテーパー面
((311)面)のエッチング面(即ち、(110)
面)に対するエッチレート比は、図12に示すように、
エッチング面の初期電流密度に対応して変化する。この
ため、初期電流密度(即ち、印加電圧)を調整すること
により、上記エッチレート比を制御することが可能であ
る。尚、上述した現象は、異方性のエッチングが電圧の
印加により陽極酸化に遷移する手前の領域(図12の初
期電流密度が0.1〜0.25mA/mmの範囲)に
おいて生ずる特徴的な現象である。
Then, the tapered surface ((311) surface) of the slope 50 is etched (ie, (110)).
As shown in FIG. 12, the etch rate ratio to the
It changes corresponding to the initial current density of the etched surface. Therefore, the etch rate ratio can be controlled by adjusting the initial current density (that is, the applied voltage). The above-mentioned phenomenon is characteristic in the region before anisotropic etching transitions to anodic oxidation by the application of voltage (the initial current density in FIG. 12 is in the range of 0.1 to 0.25 mA / mm 2 ). It is a phenomenon.

【0028】ここで、斜面部50の生成条件について、
図13を参照して考察してみる。上記斜面部50の生成
条件は、(110)面、(111)面、及び、斜面部5
0の表面であるテーパー面((311)面)の各エッチ
レートによって決まる。ここで、(111)面のエッチ
レートは、印加電圧に関係なく、0.15〜0.25μ
m/minであり、他の2つの面のエッチレートに比べ
て非常に小さい。従って、斜面部50が出現するか(形
成されるか)否かは、斜面部50のテーパー面のエッチ
レートとエッチング面((110)面)のエッチレート
との比(即ち、2つの面のエッチレート比)によって決
まる。
Here, regarding the generation conditions of the slope portion 50,
Let us consider with reference to FIG. The conditions for generating the slope 50 are (110) plane, (111) plane, and slope 5
It is determined by each etch rate of the tapered surface ((311) surface) which is the surface of 0. Here, the etch rate of the (111) plane is 0.15 to 0.25 μ, regardless of the applied voltage.
m / min, which is much smaller than the etch rates of the other two surfaces. Therefore, whether or not the slope portion 50 appears (is formed) is determined by the ratio of the etching rate of the tapered surface of the slope portion 50 to the etching rate of the etching surface ((110) surface) (that is, between the two surfaces). Etch rate ratio).

【0029】この場合、斜面部50を形成させるために
は、2つの面のエッチレート比を少なくとも0.85以
下(図12の初期電流密度が0.1mA/mm以下の
領域)に設定する必要がある。この値から斜面部が現れ
始める。そして、このエッチレート比が小さいほど、斜
面部50の突き出し量が大きくなる。この突き出し量
は、(111)面から斜面部50が突出する量であり、
図13(b)において寸法dで示す量である。斜面部5
0の突き出し量を大きくとるためには、図12から初期
電流密度が0.15mA/mm以上が好ましい。
In this case, in order to form the slope portion 50, the etching rate ratio between the two surfaces is set to at least 0.85 or less (the region where the initial current density in FIG. 12 is 0.1 mA / mm 2 or less). There is a need. The slope starts to appear from this value. Then, the smaller the etch rate ratio, the larger the protrusion amount of the slope portion 50. This protrusion amount is the amount by which the slope portion 50 protrudes from the (111) plane,
This is the amount indicated by the dimension d in FIG. Slope 5
In order to increase the protrusion amount of 0, it is preferable from FIG. 12 that the initial current density is 0.15 mA / mm 2 or more.

【0030】次に、初期電流密度の制御方法について説
明する。微小電圧をSiウエハ11に印加してエッチン
グする場合、エッチング時に流れる電流(密度)は、エ
ッチングの進行により凹部51(ダイヤフラム52)の
形状が変化するのに伴い徐々に変化する。しかし、エッ
チング初期には、エッチングの対象となるのが(11
0)面のみであるから、電流は印加電圧に依存してほぼ
一定になる。尚、接触抵抗およびウエハ内部の抵抗ばら
つきにより、上記電流は若干ばらつく。そこで、Siウ
エハ11に流れる電流を検出し、この電流が所定値にな
るように印加する電圧を調整するように構成すれば良
い。例えば、図10のエッチング装置21を使用する場
合には、電流検知器38により電流を検出(モニター)
しながら、印加電圧を調整するように構成すれば良い。
つまり、電流密度を制御することによりエッチングを安
定させることができる。
Next, a method of controlling the initial current density will be described. When a minute voltage is applied to the Si wafer 11 for etching, the current (density) flowing at the time of etching gradually changes as the shape of the recess 51 (diaphragm 52) changes as the etching progresses. However, at the beginning of etching, the target of etching is (11
Since it is only the (0) plane, the current becomes almost constant depending on the applied voltage. The current slightly varies due to the contact resistance and the resistance variation inside the wafer. Therefore, the current flowing through the Si wafer 11 may be detected and the applied voltage may be adjusted so that the current has a predetermined value. For example, when the etching device 21 of FIG. 10 is used, the current is detected by the current detector 38 (monitor).
However, it may be configured to adjust the applied voltage.
That is, etching can be stabilized by controlling the current density.

【0031】ところで、図10のエッチング装置21を
使用する場合、予め加熱して暖めておいたエッチング液
26を密閉容器内に供給して、エッチングを開始した
後、エッチング液26の温度が目標温度(110℃)に
到達するまでに、数分間の時間を要する。この間は、エ
ッチングが進行しないようにすることが好ましいので、
例えば1V程度の電圧を印加しておく。そしてこの後、
エッチング液の温度が目標温度に到達して安定した時点
で、電流検知器38によりSiウエハ11に流れる電流
をモニターし、電流密度が所定値(後述する値)になる
ように印加電圧を調整するように制御することが好まし
い。
By the way, when the etching apparatus 21 of FIG. 10 is used, the temperature of the etching liquid 26 is set to the target temperature after the etching liquid 26 which has been heated and warmed in advance is supplied into the closed container to start the etching. It takes several minutes to reach (110 ° C.). During this time, it is preferable to prevent etching from progressing.
For example, a voltage of about 1 V is applied. And after this,
When the temperature of the etching solution reaches the target temperature and becomes stable, the current detector 38 monitors the current flowing through the Si wafer 11 and adjusts the applied voltage so that the current density becomes a predetermined value (a value described later). It is preferable to control as follows.

【0032】さて、上述したようにして斜面部50を形
成した場合、Siダイヤフラム52のダイヤフラム面5
2aに、横断面がほぼ菱形形状のマイクロピラミッドが
発生することがあった。そこで、初期電流密度とマイク
ロピラミッドの発生頻度との関係を実験により求め、こ
の求めたグラフを図14に示す。尚、マイクロピラミッ
ドの発生頻度は、マイクロピラミッドの大きさ(菱形の
長い方の対角線の長さ)が20μm以上のものの単位面
積当たりの個数を表している。そして、図14におい
て、黒丸の点はマイクロピラミッドの発生頻度の実測点
を示し、これら黒丸の点を結ぶ曲線が初期電流密度とマ
イクロピラミッドの発生頻度との関係を示すグラフであ
る。
When the slope portion 50 is formed as described above, the diaphragm surface 5 of the Si diaphragm 52 is
In 2a, a micropyramid having a substantially rhombic cross section was sometimes generated. Therefore, the relationship between the initial current density and the frequency of occurrence of micropyramids was experimentally obtained, and the graph obtained is shown in FIG. The frequency of occurrence of micropyramids indicates the number of micropyramids having a size (long rhombus diagonal length) of 20 μm or more per unit area. In FIG. 14, black dots represent measured points of the occurrence frequency of micropyramids, and a curve connecting these black dots is a graph showing the relationship between the initial current density and the occurrence frequency of micropyramids.

【0033】また、初期電流密度と、エッチング面(ダ
イヤフラム面)の平滑性(面粗度)を表すRzとの関係
を測定したグラフも、図14に併せて示す。この図14
において、白丸の点が面粗度Rzの実測点を示し、これ
ら白丸の点を結ぶ曲線が初期電流密度と面粗度Rzとの
関係を示すグラフである。尚、図14におけるA点、即
ち、初期電流密度が0の場合(電圧を印加しない場合ま
たは−0.3V以下の電圧を印加する場合)のエッチン
グ面の様子を図15に示す。更に、図14におけるB
点、即ち、初期電流密度が0.10mA/mmの場合
のエッチング面の様子を図16に示す。更にまた、図1
4におけるC点、即ち、初期電流密度がほぼ0.15m
A/mmの場合のエッチング面の様子を図17に示
す。そして、図14におけるD点、即ち、初期電流密度
がほぼ0.24mA/mmの場合のエッチング面の様
子を図18に示す。尚、これら図15、図16、図1
7、図18は、エッチング面を撮影した写真を模写した
図である。
FIG. 14 also shows a graph in which the relationship between the initial current density and Rz representing the smoothness (surface roughness) of the etched surface (diaphragm surface) is measured. This FIG.
In the graph, the white circles represent the actual measurement points of the surface roughness Rz, and the curve connecting the white circles is a graph showing the relationship between the initial current density and the surface roughness Rz. FIG. 15 shows the state of the etching surface at point A in FIG. 14, that is, when the initial current density is 0 (when no voltage is applied or when a voltage of −0.3 V or less is applied). Further, B in FIG.
FIG. 16 shows the state of the points, that is, the etched surface when the initial current density is 0.10 mA / mm 2 . Furthermore, FIG.
Point C in 4, that is, the initial current density is approximately 0.15 m
The state of the etched surface in the case of A / mm 2 is shown in FIG. FIG. 18 shows the state of the etched surface at point D in FIG. 14, that is, when the initial current density is approximately 0.24 mA / mm 2 . Incidentally, these FIG. 15, FIG. 16 and FIG.
FIG. 7 and FIG. 18 are views copying a photograph of the etched surface.

【0034】上記図14から、電流密度を大きくする
と、マイクロピラミッドの発生頻度が大きくなることが
わかる。そして、発生したマイクロピラミッドの中に
は、高さ寸法が10μmを越えるものもあるため、ダイ
ヤフラムとしての特性が悪くなることもあり、マイクロ
ピラミッドを消滅させる方が好ましい。
It can be seen from FIG. 14 that the frequency of micropyramids increases with increasing current density. Since some of the generated micropyramids have a height dimension exceeding 10 μm, the characteristics as a diaphragm may deteriorate, and it is preferable to eliminate the micropyramids.

【0035】上記マイクロピラミッドを消滅させる方法
としては、図14から、初期電流密度が0.18mA/
mm以下となるような電圧、例えば0〜0.15Vの
電圧を印加して、約50μm程度エッチングする方法が
ある。そこで、本実施例では、マイクロピラミッドが発
生した場合には、その後、0〜0.15Vの電圧を印加
して、約50μm程度エッチングを行うことにより、マ
イクロピラミッドを消滅させるようにしている。尚、こ
の場合、電圧を印加しないようにしてエッチングしても
良い。また、エッチング装置21の電圧極性切換回路4
5を切換動作させて、逆電圧を印加するようにしても、
マイクロピラミッドを消滅させることができる。
As a method of extinguishing the micropyramid, an initial current density of 0.18 mA /
There is a method of applying a voltage that is less than or equal to mm 2 such as a voltage of 0 to 0.15 V and performing etching for about 50 μm. Therefore, in the present embodiment, when micropyramids are generated, a voltage of 0 to 0.15V is applied thereafter and etching is performed for about 50 μm to eliminate the micropyramids. In this case, etching may be performed without applying a voltage. Further, the voltage polarity switching circuit 4 of the etching device 21
Even if 5 is switched and the reverse voltage is applied,
The micropyramid can be extinguished.

【0036】ここで、斜面部50を形成すると共に、マ
イクロピラミッドをなくすようにしたエッチング制御の
一例を説明する。この例では、例えば元厚が300μm
のSiウエハ11を用いて、30μmのSiダイヤフラ
ム52を形成している。この場合、まず、第1の電圧と
して例えば1Vを印加して、エッチング液の温度が安定
するまで、例えば10分間、Siウエハ11を陽極酸化
する。続いて、0.3Vの電圧を印加して、電流値をモ
ニターし、電流密度が例えば0.21mA/mmとな
るように印加電圧を調整する。そして、この電圧印加状
態で、例えば24分間エッチングを行う。次に、電圧を
0Vとして、例えば5.5分間エッチングを行う。この
後、エッチング装置21の密閉容器(処理槽)内に、水
を注入してエッチングを終了する。このとき、必要に応
じてSiウエハを再度陽極酸化しても良い。
Here, an example of etching control in which the slope 50 is formed and the micropyramid is eliminated will be described. In this example, for example, the original thickness is 300 μm
A Si diaphragm 52 of 30 μm is formed using the Si wafer 11 of FIG. In this case, first, for example, 1 V is applied as the first voltage, and the Si wafer 11 is anodized for 10 minutes, for example, until the temperature of the etching solution becomes stable. Subsequently, a voltage of 0.3 V is applied, the current value is monitored, and the applied voltage is adjusted so that the current density is 0.21 mA / mm 2 . Then, in this voltage applied state, for example, etching is performed for 24 minutes. Next, the voltage is set to 0 V and etching is performed for 5.5 minutes, for example. After that, water is injected into the closed container (processing tank) of the etching apparatus 21 to complete the etching. At this time, the Si wafer may be anodized again if necessary.

【0037】そして、上記したエッチング制御により、
(111)面に対する突き出し量が約100μmである
斜面部50を有する八角形のSiダイヤフラムを形成す
ることができた。ここで、斜面部50の突き出し量の寸
法は、エッチング液の温度が安定した後のエッチング時
の初期電流密度(印加電圧)を調整制御することによ
り、0〜100μm程度の間で自由にコントロールする
ことができる。
Then, by the above etching control,
It was possible to form an octagonal Si diaphragm having the inclined surface portion 50 having a protrusion amount of about 100 μm with respect to the (111) plane. Here, the size of the protruding amount of the slope portion 50 is freely controlled within the range of about 0 to 100 μm by adjusting and controlling the initial current density (applied voltage) during etching after the temperature of the etching solution is stabilized. be able to.

【0038】また、突き出し量の小さい斜面部50を形
成する場合には、上記エッチング時の初期電流密度が
0.1〜0.15mA/mmとなるような電圧(例え
ば0.1V)を印加するように制御すれば良い。そし
て、この電圧を印加する場合は、マイクロピラミッドが
発生することがない。従って、マイクロピラミッドを消
滅させるための電圧制御が不要になり、それだけ制御が
簡単になる。尚、応力集中を防止するために必要な斜面
部50の突き出し量としては、約5μm程度もあれば十
分である。
When forming the slope portion 50 having a small protrusion amount, a voltage (for example, 0.1 V) is applied so that the initial current density during the etching is 0.1 to 0.15 mA / mm 2. It should be controlled so that When applying this voltage, no micropyramid is generated. Therefore, the voltage control for extinguishing the micropyramid is not necessary, and the control becomes simpler. The amount of protrusion of the slope 50 required to prevent stress concentration is about 5 μm, which is sufficient.

【0039】ところで、八角形のSiダイヤフラム52
を形成する場合、図19(a)に示すような形状のエッ
チングマスクを使用する。そして、エッチング時に電圧
を印加しない従来構成においては、元厚が300μmの
Siウエハで、30μm以下のSiダイヤフラムを形成
する場合、寸法が600μm以下のSiダイヤフラムを
形成することができなかった。これは、図19(a)に
示すエッチングマスクのd1、d2、d3の各寸法をど
のように調整しても、図19(b)に示すように、四角
形または横長及び縦長の八角形になるためである。
By the way, the octagonal Si diaphragm 52
When forming the film, an etching mask having a shape as shown in FIG. Further, in the conventional configuration in which no voltage is applied during etching, when a Si diaphragm having an original thickness of 300 μm and a Si diaphragm having a thickness of 30 μm or less is formed, it is not possible to form a Si diaphragm having a dimension of 600 μm or less. This results in a quadrangle or a horizontally and vertically long octagon, as shown in FIG. 19B, no matter how the dimensions of d1, d2 and d3 of the etching mask shown in FIG. 19A are adjusted. This is because.

【0040】これに対して、本実施例によれば、斜面部
50の分だけ四角形の角がとれることから、元厚が30
0μmのSiウエハを用いて、ダイヤフラム厚が30μ
m以下で、寸法が600μm(0.6mm)の小形八角
形Siダイヤフラム(図19(c)参照)を形成するこ
とができる。この場合、本実施例を適用すると、寸法が
500μmの小形八角形Siダイヤフラムを形成できる
ことを確認している。従って、本実施例によれば、Si
ダイヤフラムの設計の自由度が高くなる。
On the other hand, according to this embodiment, since the corners of the quadrangle can be formed by the slope portion 50, the original thickness is 30.
Diaphragm thickness is 30μ using 0μm Si wafer.
A small octagonal Si diaphragm (see FIG. 19 (c)) having a size of 600 μm (0.6 mm) or less can be formed with a size of m or less. In this case, it has been confirmed that a small octagonal Si diaphragm having a size of 500 μm can be formed by applying this embodiment. Therefore, according to this embodiment, Si
The degree of freedom in designing the diaphragm is increased.

【0041】また、図20ないし図24は本発明の第2
の実施例を示す図であり、第1の実施例と異なるところ
を説明する。尚、第1の実施例と同一部分には、同一符
号を付している。この第2の実施例では、Siウエハ1
1をエッチングするに当たって、図20に示すような構
成のエッチング装置21を使用した。このエッチング装
置21は、図10に示すエッチング装置21と基本的構
成がほぼ同じ装置であり、異なるところは次の点であ
る。
20 to 24 show the second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and the difference from the first embodiment will be described. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals. In the second embodiment, the Si wafer 1
When etching No. 1 was used an etching device 21 having a configuration as shown in FIG. This etching device 21 has substantially the same basic configuration as the etching device 21 shown in FIG. 10, except for the following points.

【0042】即ち、陽極電極29、29の基端部と、電
圧極性切換回路45のスイッチング素子46、47の共
通接続点との間に、抵抗接続切換回路53を設けた点で
ある。この抵抗接続切換回路53は、トランジスタやリ
レー等からなるスイッチング素子54と抵抗体55を直
列接続した直列回路と、トランジスタやリレー等からな
るスイッチング素子56とを並列接続して構成されてい
る。上記2個のスイッチング素子54、56は、前記制
御装置44によりオンオフ制御されるように構成されて
いる。上記抵抗体55は、例えば20Ωの抵抗である。
That is, the resistance connection switching circuit 53 is provided between the base ends of the anode electrodes 29, 29 and the common connection point of the switching elements 46, 47 of the voltage polarity switching circuit 45. The resistance connection switching circuit 53 is configured by connecting a series circuit in which a switching element 54 including a transistor and a relay and a resistor 55 are connected in series and a switching element 56 including a transistor and a relay and the like in parallel. The two switching elements 54 and 56 are configured to be on / off controlled by the control device 44. The resistor 55 has a resistance of 20Ω, for example.

【0043】この構成の場合、スイッチング素子54を
オンすると共に、スイッチング素子56をオフすると、
Siウエハ11に抵抗体55が直列接続されるように構
成されている。また、スイッチング素子54をオフする
と共に、スイッチング素子56をオンすると、Siウエ
ハ11に抵抗体55が接続されない構成となるように構
成されている。
In this structure, when the switching element 54 is turned on and the switching element 56 is turned off,
The resistor 55 is connected in series to the Si wafer 11. Further, when the switching element 54 is turned off and the switching element 56 is turned on, the resistor 55 is not connected to the Si wafer 11.

【0044】また、第2の実施例では、N型のSiウエ
ハ11に対してエッチングを行うようにした。ここで、
N型のSiウエハ11について図21を参照して簡単に
説明する。N型のSiウエハ11は、例えば比抵抗が
0.6〜1.2Ω・cmのものから構成されている。図
21に示すように、このN型のSiウエハ11の下面に
は、所定形状のゲージ57が形成されていると共に、例
えば全体としてほぼ格子状をなすAl製の給電用電極5
8が形成されている。そして、N型のSiウエハ11の
他方の面である上面には、例えばSiOやSiN膜等
からなるエッチングマスク16が形成されている。
In the second embodiment, the N type Si wafer 11 is etched. here,
The N type Si wafer 11 will be briefly described with reference to FIG. The N-type Si wafer 11 is made of, for example, one having a specific resistance of 0.6 to 1.2 Ω · cm. As shown in FIG. 21, a gauge 57 of a predetermined shape is formed on the lower surface of the N-type Si wafer 11, and for example, the Al-made power supply electrode 5 which is substantially in a lattice shape as a whole.
8 is formed. An etching mask 16 made of, for example, SiO 2 or a SiN film is formed on the upper surface, which is the other surface of the N-type Si wafer 11.

【0045】次に、上記N型のSiウエハ11を図20
に示すエッチング装置21を使用してエッチングする場
合のエッチング動作について説明する。この場合、アル
カリエッチング液26として例えば32wt%KOHを
用いると共に、その液温を110℃に設定した。そし
て、この状態で、印加電圧を変化させることにより、S
iウエハ11のエッチング面である(110)面の初期
電流密度を変化させ、この初期電流密度と、(110)
面のエッチレートとの関係を求めた。また、給電回路内
の抵抗値を変えることにより、上記エッチング特性がど
のように変化するかも調べてみた。これら調べた結果
(エッチング特性)を、図22のグラフに示す。
Next, the N-type Si wafer 11 is shown in FIG.
The etching operation when etching is performed using the etching apparatus 21 shown in FIG. In this case, for example, 32 wt% KOH was used as the alkaline etching liquid 26 and the liquid temperature was set to 110 ° C. Then, in this state, by changing the applied voltage, S
The initial current density of the (110) plane, which is the etching surface of the i-wafer 11, is changed.
The relationship with the etch rate of the surface was sought. In addition, we also examined how the above etching characteristics change by changing the resistance value in the power supply circuit. The results of these examinations (etching characteristics) are shown in the graph of FIG.

【0046】図22(a)は印加電圧と電流密度との関
係を示すグラフであり、図22(b)は印加電圧とエッ
チレートとの関係を示すグラフである。そして、図22
(a)、(b)において、白丸の点及びこれら白丸の点
を結ぶ曲線は、抵抗体55を接続していないとき(スイ
ッチング素子54をオフし、スイッチング素子56をオ
ンしたとき)のエッチング特性を示す。また、図22
(a)、(b)において、黒丸の点及びこれら黒丸の点
を結ぶ曲線は、抵抗体55を接続したとき(スイッチン
グ素子54をオンし、スイッチング素子56をオフした
とき)のエッチング特性を示す。
FIG. 22A is a graph showing the relationship between the applied voltage and the current density, and FIG. 22B is a graph showing the relationship between the applied voltage and the etch rate. And FIG.
In (a) and (b), the white circles and the curve connecting the white circles are the etching characteristics when the resistor 55 is not connected (when the switching element 54 is turned off and the switching element 56 is turned on). Indicates. In addition, FIG.
In (a) and (b), black dots and curves connecting these black dots indicate etching characteristics when the resistor 55 is connected (when the switching element 54 is turned on and the switching element 56 is turned off). .

【0047】上記図22(a)、(b)から、エッチン
グ特性は、給電回路内の抵抗によって変化することがわ
かる。そして、電圧と電流がほぼリニアに変化する電圧
領域におけるエッチング特性は、電流(密度)によって
決まることがわかる。また、N型のSiウエハ11を用
いた場合の初期電流密度とマイクロピラミッド発生頻度
との関係を求め、この求めた関係を図23に示す。更
に、N型のSiウエハ11を用いた場合の、初期電流密
度と、斜面部50のテーパー面のエッチレートの(11
0)面のエッチレートに対する比(即ち、エッチレート
比)との関係を求め、この求めた関係を図24に示す。
From FIGS. 22A and 22B, it can be seen that the etching characteristics change depending on the resistance in the power feeding circuit. Then, it is understood that the etching characteristic in the voltage region where the voltage and the current change substantially linearly depends on the current (density). Further, the relationship between the initial current density and the micropyramid generation frequency when the N-type Si wafer 11 was used was obtained, and the obtained relationship is shown in FIG. Further, when the N-type Si wafer 11 is used, the initial current density and the etching rate of the taper surface of the slope portion 50 (11
The relationship between the ratio of the (0) surface to the etch rate (that is, the etch rate ratio) was obtained, and the relationship thus obtained is shown in FIG.

【0048】これら図22、図23、図24から、N型
のSiウエハ11をエッチングする場合において、給電
回路内の抵抗が小さい状態、即ち、抵抗体55を接続し
ない状態で、エッチングを実行して第1の実施例と同様
な斜面部50を形成するためには、0Vに近い微小な正
電圧を印加しなければならないことがわかる。また、マ
イクロピラミッドを消失させるためには、0Vに近い微
小な負電圧を印加しなければならないことがわかる。そ
して、このような微小な電圧制御を高精度に行うことは
かなり困難であった。そこで、第2の実施例において
は、Siウエハ11に抵抗体55を直列に接続した状態
でエッチングを実行するようにして、正電圧を印加する
だけでエッチング処理を実現できるようにした。
From these FIGS. 22, 23, and 24, when etching the N-type Si wafer 11, the etching is performed in a state where the resistance in the power supply circuit is small, that is, in the state where the resistor 55 is not connected. It is understood that in order to form the slope portion 50 similar to that of the first embodiment, a minute positive voltage close to 0V must be applied. Further, it is understood that a minute negative voltage close to 0V must be applied to eliminate the micropyramid. It is quite difficult to perform such minute voltage control with high accuracy. Therefore, in the second embodiment, the etching is performed with the resistor 55 being connected in series to the Si wafer 11, so that the etching process can be realized only by applying a positive voltage.

【0049】ここで、例えば元厚が300μmのN型の
Siウエハ11を用いて、30μm厚のSiダイヤフラ
ム52を形成する場合のエッチング条件について説明す
る。この場合、まず最初は、抵抗体55を接続しない状
態、即ち、スイッチング素子54をオフし、スイッチン
グ素子56をオンした状態にして、第1の電圧として例
えば1Vを印加して、エッチング液の温度が安定するま
で、例えば10分間、Siウエハ11を陽極酸化する。
続いて、抵抗体55を接続する状態、即ち、スイッチン
グ素子54をオンし、スイッチング素子56をオフする
状態に切り換えてから、例えば1.2Vの電圧を印加し
て、電流値をモニターし、電流密度が例えば0.21m
A/mmとなるように印加電圧を微調整する。そし
て、この電圧印加状態で、例えば24分間エッチングを
行う。次に、電圧を0.2Vとして、例えば5.5分間
エッチングを行う。この後、エッチング装置21の密閉
容器(処理槽)内に、水を注入してエッチングを終了す
る。このとき、必要に応じてSiウエハ11を再度陽極
酸化しても良い。
Here, the etching conditions for forming the Si diaphragm 52 having a thickness of 30 μm using the N-type Si wafer 11 having an original thickness of 300 μm will be described. In this case, first, the resistor 55 is not connected, that is, the switching element 54 is turned off and the switching element 56 is turned on, and, for example, 1 V is applied as the first voltage to change the temperature of the etching solution. Is stabilized, the Si wafer 11 is anodized for 10 minutes, for example.
Subsequently, after switching the state in which the resistor 55 is connected, that is, the state in which the switching element 54 is turned on and the switching element 56 is turned off, a voltage of, for example, 1.2 V is applied to monitor the current value and Density is 0.21m
The applied voltage is finely adjusted so as to be A / mm 2 . Then, in this voltage applied state, for example, etching is performed for 24 minutes. Next, the voltage is set to 0.2 V and etching is performed for 5.5 minutes, for example. After that, water is injected into the closed container (processing tank) of the etching apparatus 21 to complete the etching. At this time, the Si wafer 11 may be anodized again if necessary.

【0050】上記したエッチング制御により、(11
1)面に対する突き出し量が約100μmである斜面部
50を有すると共に、ダイヤフラム面にマイクロピラミ
ッドがない八角形のSiダイヤフラムを形成することが
できた。そして、上記第2の実施例では、抵抗体55を
接続することにより、正電圧を印加するだけの電圧制御
となると共に、電圧の可変範囲が大きくなるから、それ
だけ電圧制御が簡単になる。尚、上述した以外の第2の
実施例の構成は、第1の実施例の構成と同じ構成となっ
ている。
By the above etching control, (11
1) It was possible to form an octagonal Si diaphragm having a slope portion 50 having a protrusion amount of about 100 μm with respect to the surface and having no micropyramid on the diaphragm surface. In addition, in the second embodiment, by connecting the resistor 55, the voltage control is performed only by applying the positive voltage, and the variable range of the voltage is increased, so that the voltage control is simplified accordingly. The configuration of the second embodiment other than the above is the same as the configuration of the first embodiment.

【0051】また、上記実施例では、抵抗接続切換回路
53において抵抗体55を接続するかしないかを切り換
えるように構成したが、これに限られるものではなく、
複数の抵抗体を切換接続可能に構成しても良い。そし
て、Siウエハ11に直列接続する抵抗体の抵抗値を所
望の値に可変させるように構成することも好ましい構成
である。
Further, in the above embodiment, the resistance connection switching circuit 53 is configured to switch whether or not the resistor 55 is connected, but the invention is not limited to this.
A plurality of resistors may be switchably connectable. It is also a preferable configuration to change the resistance value of the resistor connected in series to the Si wafer 11 to a desired value.

【0052】更に、上記各実施例では、結晶方位が(1
10)であるSiウエハ11をエッチングする構成に適
用したが、これに限られるものではなく、結晶方位が
(110)面に対して若干傾きを有するSiウエハをエ
ッチングする構成に適用しても良い。上記傾きとして
は、最大5度くらいが考えられる。この傾きによって、
Siダイヤフラムに形成される斜面部のテーパー面とダ
イヤフラム面とが交差する角度は、31.5度±5度、
即ち、26.5度から36.5度の範囲内の角度とな
る。そして、斜面部のテーパー面の傾斜角度は、上記し
たような角度に変わるが、この構成の場合でも、ダイヤ
フラムの周縁部(即ち、端部)に応力が集中することを
極力防止できる。
Further, in each of the above embodiments, the crystal orientation is (1
Although the present invention is applied to the configuration for etching the Si wafer 11 which is 10), the present invention is not limited to this and may be applied to the configuration for etching a Si wafer having a crystal orientation slightly tilted with respect to the (110) plane. . The inclination may be about 5 degrees at maximum. By this inclination,
The angle at which the taper surface of the slope formed on the Si diaphragm and the diaphragm surface intersect is 31.5 degrees ± 5 degrees,
That is, the angle is in the range of 26.5 degrees to 36.5 degrees. Then, the inclination angle of the tapered surface of the inclined surface portion changes to the above-described angle, but even in the case of this configuration, it is possible to prevent stress from being concentrated on the peripheral portion (that is, the end portion) of the diaphragm as much as possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示すSiダイヤフラム
の上面図
FIG. 1 is a top view of a Si diaphragm showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1中a−a線に沿う断面図FIG. 2 is a sectional view taken along line aa in FIG.

【図3】図1中b−b線に沿う断面図FIG. 3 is a sectional view taken along line bb in FIG.

【図4】図1中c−c線に沿う断面図FIG. 4 is a sectional view taken along line cc in FIG.

【図5】エッチング前のSiウエハの上面図FIG. 5 is a top view of a Si wafer before etching.

【図6】図5中a−a線に沿う断面図6 is a sectional view taken along line aa in FIG.

【図7】エッチング後のSiウエハの上面図FIG. 7 is a top view of the Si wafer after etching.

【図8】図7中a−a線に沿う断面図8 is a sectional view taken along line aa in FIG.

【図9】Siウエハの縦断面図FIG. 9 is a vertical sectional view of a Si wafer.

【図10】エッチング装置の縦断側面図FIG. 10 is a vertical side view of the etching apparatus.

【図11】P型Siウエハのエッチング特性を示す特性
図であり、(a)は印加電圧と電流密度との関係を示す
特性図、(b)は印加電圧とエッチレートとの関係を示
す特性図
11A and 11B are characteristic diagrams showing etching characteristics of a P-type Si wafer, where FIG. 11A is a characteristic diagram showing a relationship between an applied voltage and current density, and FIG. 11B is a characteristic showing a relationship between an applied voltage and an etch rate. Figure

【図12】初期電流密度とエッチレート比との関係を示
す特性図
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the initial current density and the etch rate ratio.

【図13】斜面部が形成されるときのエッチング動作を
説明する図
FIG. 13 is a diagram illustrating an etching operation when a slope portion is formed.

【図14】エッチング面の粗度と初期電流密度との関
係、並びに、マイクロピラミッド発生頻度と初期電流密
度との関係を示すグラフ
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the roughness of the etched surface and the initial current density, and the relationship between the micropyramid generation frequency and the initial current density.

【図15】エッチング面の様子を示す図FIG. 15 is a diagram showing a state of an etching surface.

【図16】エッチング面の様子を示す図FIG. 16 is a diagram showing a state of an etching surface.

【図17】エッチング面の様子を示す図FIG. 17 is a diagram showing a state of an etched surface.

【図18】エッチング面の様子を示す図FIG. 18 is a diagram showing a state of an etching surface.

【図19】(a)はエッチングマスクの上面図、(b)
は従来技術によりエッチングしたときのSiダイヤフラ
ムの上面図、(c)は第1の実施例によりエッチングし
たときのSiダイヤフラムの上面図
FIG. 19A is a top view of an etching mask, FIG.
Is a top view of the Si diaphragm when etched by the conventional technique, and (c) is a top view of the Si diaphragm when etched by the first embodiment.

【図20】本発明の第2の実施例を示す図10相当図FIG. 20 is a view corresponding to FIG. 10 showing a second embodiment of the present invention.

【図21】図9相当図FIG. 21 is a view equivalent to FIG. 9.

【図22】図11相当図FIG. 22 is a view corresponding to FIG. 11.

【図23】図14相当図FIG. 23 is a view corresponding to FIG.

【図24】図12相当図24 is a view equivalent to FIG.

【図25】従来構成を示す図5相当図FIG. 25 is a view corresponding to FIG. 5 showing a conventional configuration.

【図26】図25中a−a線に沿う断面図26 is a sectional view taken along the line aa in FIG. 25.

【図27】図7相当図FIG. 27 is a view corresponding to FIG. 7.

【図28】図27中a−a線に沿う断面図28 is a sectional view taken along the line aa in FIG. 27.

【図29】図1相当図FIG. 29 is a view equivalent to FIG.

【図30】図29中a−a線に沿う断面図30 is a sectional view taken along the line aa in FIG.

【図31】図29中b−b線に沿う断面図FIG. 31 is a sectional view taken along line bb in FIG. 29.

【図32】図29中c−c線に沿う断面図32 is a sectional view taken along the line cc in FIG. 29.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11はSiウエハ、12はN型Si層、13はゲージ、
16はエッチングマスク、16aは開口部、21はエッ
チング装置、23は枠体、26は異方性エッチング液、
29は陽極電極、30は可変電源回路、38は電流検出
器、39はヒータ、40は温度センサ、41は温度コン
トローラ、44は制御装置、45は電圧極性切換回路、
50は斜面部、51は凹部、52はSiダイヤフラム、
52aはダイヤフラム面、53は抵抗接続切換回路、5
5は抵抗体、57はゲージ、58は給電用電極を示す。
11 is a Si wafer, 12 is an N-type Si layer, 13 is a gauge,
16 is an etching mask, 16a is an opening, 21 is an etching device, 23 is a frame, 26 is an anisotropic etching liquid,
29 is an anode electrode, 30 is a variable power supply circuit, 38 is a current detector, 39 is a heater, 40 is a temperature sensor, 41 is a temperature controller, 44 is a control device, 45 is a voltage polarity switching circuit,
50 is a slope portion, 51 is a concave portion, 52 is a Si diaphragm,
52a is a diaphragm surface, 53 is a resistance connection switching circuit, 5
Reference numeral 5 is a resistor, 57 is a gauge, and 58 is a power feeding electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深田 毅 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 横山 賢一 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 伊藤 基樹 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 平9−116172(JP,A) 特開 平4−119672(JP,A) 特開 平4−320379(JP,A) 特開 平5−87661(JP,A) 特開 平9−153479(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/306,21/3063 H01L 21/308,29/84 G01L 9/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Takeshi Fukada, 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi prefecture, Denso Co., Ltd. (72) Inventor, Kenichi Yokoyama, 1-1, Showa-machi, Kariya city, Aichi prefecture, Denso company ( 72) Inventor Motoki Ito 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi Prefecture DENSO CORPORATION (56) Reference JP-A-9-116172 (JP, A) JP-A-4-119672 (JP, A) JP-A 4-320379 (JP, A) JP-A-5-87661 (JP, A) JP-A-9-153479 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/306 , 21/3063 H01L 21 / 308,29 / 84 G01L 9/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 結晶方位がほぼ(110)であるSiウ
エハをアルカリエッチング液中に浸漬させてエッチング
することにより形成される八角形のSiダイヤフラムに
おいて、 前記Siダイヤフラムのダイヤフラム面と、このダイヤ
フラム面と直交する4個の(111)面との間に、斜面
部を形成したことを特徴とするSiダイヤフラム。
1. An octagonal Si diaphragm formed by immersing an Si wafer having a crystal orientation of (110) in an alkaline etching solution and etching the Si wafer, the diaphragm surface of the Si diaphragm, and the diaphragm surface. And a four (111) planes that are orthogonal to each other, and an inclined surface portion is formed between them.
【請求項2】 前記斜面部と前記ダイヤフラム面とが交
差する角度を、26.5〜36.5度の範囲内に設定し
たことを特徴とする請求項1記載のSiダイヤフラム。
2. The Si diaphragm according to claim 1, wherein an angle at which the inclined surface portion and the diaphragm surface intersect is set within a range of 26.5 to 36.5 degrees.
【請求項3】 結晶方位がほぼ(110)であるSiウ
エハをアルカリエッチング液中に浸漬させてエッチング
することにより八角形のSiダイヤフラムを製造するS
iダイヤフラムの製造方法において、 前記Siウエハを前記アルカリエッチング液中に浸漬さ
せてエッチングしているときに、前記Siウエハに電圧
を印加することにより、前記Siダイヤフラムのダイヤ
フラム面と、このダイヤフラム面と直交する4個の(1
11)面との間に、斜面部を形成する工程を備えたこと
を特徴とするSiダイヤフラムの製造方法。
3. An octagonal Si diaphragm is manufactured by immersing a Si wafer having a crystal orientation of (110) in an alkaline etching solution and etching it.
In the method for manufacturing an i diaphragm, a voltage is applied to the Si wafer while the Si wafer is being immersed in the alkaline etching solution for etching, and the diaphragm surface of the Si diaphragm and the diaphragm surface Four orthogonal (1
11) A method for manufacturing a Si diaphragm, comprising a step of forming an inclined surface portion between the surface and the surface.
【請求項4】 前記Siウエハに印加する電圧を、少な
くとも2段階に調整することを特徴とする請求項3記載
のSiダイヤフラムの製造方法。
4. The method of manufacturing a Si diaphragm according to claim 3, wherein the voltage applied to the Si wafer is adjusted in at least two steps.
【請求項5】 前記Siウエハに電圧を印加するとき、
前記Siウエハに流れる電流が所定値となるように、前
記Siウエハに印加する電圧を調整することを特徴とす
る請求項3または4記載のSiダイヤフラムの製造方
法。
5. When a voltage is applied to the Si wafer,
5. The method of manufacturing a Si diaphragm according to claim 3, wherein the voltage applied to the Si wafer is adjusted so that the current flowing through the Si wafer has a predetermined value.
【請求項6】 前記Siウエハに印加する電圧を、前記
ダイヤフラム面が荒れないような電圧に調整することを
特徴とする請求項3ないし4のいずれかに記載のSiダ
イヤフラムの製造方法。
6. The method for manufacturing a Si diaphragm according to claim 3, wherein the voltage applied to the Si wafer is adjusted to a voltage that does not roughen the diaphragm surface.
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