JPH01175268A - シリコンマイクロセンサ及びその製造方法 - Google Patents
シリコンマイクロセンサ及びその製造方法Info
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- JPH01175268A JPH01175268A JP33526587A JP33526587A JPH01175268A JP H01175268 A JPH01175268 A JP H01175268A JP 33526587 A JP33526587 A JP 33526587A JP 33526587 A JP33526587 A JP 33526587A JP H01175268 A JPH01175268 A JP H01175268A
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Landscapes
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- Micromachines (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明はシリコンの異方性エツチングを利用したシリコ
ンマイクロセンサに関し、特に支持体の材料、構造とそ
の製造方法とに関する。
ンマイクロセンサに関し、特に支持体の材料、構造とそ
の製造方法とに関する。
〈従来の技術〉
熱収支を利用する赤外線センサ、フローセンサ或いはガ
スセンサでは発熱部や検出部の熱容量を小さくすれば高
感度化、高速応答化、低消費電力化が達成できるので、
熱容量を小さくするために発熱部や検出部を微小化、薄
膜化したし構造のセンサが開発されている。
スセンサでは発熱部や検出部の熱容量を小さくすれば高
感度化、高速応答化、低消費電力化が達成できるので、
熱容量を小さくするために発熱部や検出部を微小化、薄
膜化したし構造のセンサが開発されている。
また、圧力センサ、振動センサ、加速度センサ等の可動
部を有するセンサでは可動部とその支持部を薄膜化する
ことによって微小化が図れるとともに、可動部が微小な
圧力等で動くため高感度化が図れる。
部を有するセンサでは可動部とその支持部を薄膜化する
ことによって微小化が図れるとともに、可動部が微小な
圧力等で動くため高感度化が図れる。
さらに、全てのセンサにおいて、センサ部で薄膜による
支持体を形成することによってセンサの高感度化、微小
化の他、複数センサの複合化、集積化を図ることができ
る。
支持体を形成することによってセンサの高感度化、微小
化の他、複数センサの複合化、集積化を図ることができ
る。
上述したような理由がらシリコンの結晶異方性と、フォ
トリングラフィ技術を組み合わせてシリコンを微細な形
状に正確にエツチング加工するいわゆるマイクロマシー
コング技術による微細な薄膜による支持体を形成したシ
リコンマイクロセンサの開発が近年盛んになってきてい
る。
トリングラフィ技術を組み合わせてシリコンを微細な形
状に正確にエツチング加工するいわゆるマイクロマシー
コング技術による微細な薄膜による支持体を形成したシ
リコンマイクロセンサの開発が近年盛んになってきてい
る。
センサの支持部３０にはブリッジタイプ、カンチレバー
タイプ、ダイアフラムタイプ等の各種の形状がある。各
種タイプの支持部３０の形状を第３図に示す。第３図（
ａ）はブリッジタイプの支持部３ｏ、第３図（ｂ）はカ
ンチレバータイプの支持部３０、第３図（Ｃ）はダイア
フラムタイプの支持部３０を示している。
タイプ、ダイアフラムタイプ等の各種の形状がある。各
種タイプの支持部３０の形状を第３図に示す。第３図（
ａ）はブリッジタイプの支持部３ｏ、第３図（ｂ）はカ
ンチレバータイプの支持部３０、第３図（Ｃ）はダイア
フラムタイプの支持部３０を示している。
次に、これらの支持部３０の形成工程について説明する
。
。
シリコン単結晶をＥＰＷ液（エチレンジアミン・ピロカ
テコール及び水の混合液） 、ＮａＯＨ１ＫＯＨ等のア
ルカリ液でエツチングすると、結晶軸によってエツチン
グ速度が異なる結晶軸異方性がある。つまり、＜１１１
＞方向のエツチング速度は他の＜１００＞や＜１１０＞
方向のエツチング速度に比較して極端に遅い。例えば、
酸化シリコン膜をエツチングマスクとして（１００）ウ
ェハをエツチングすると、ウェハ面と５４．７°の角度
をなすピラミッド形状の穴が開く。この穴の４面は（１
１１）面で囲まれている。また、（１１０）ウェハに同
様のエツチングを施せば、ウェハ面と垂直な（１１１）
面及びウェハ面と３５．３°の角度をなす（１１１）面
で囲まれた穴が開く。
テコール及び水の混合液） 、ＮａＯＨ１ＫＯＨ等のア
ルカリ液でエツチングすると、結晶軸によってエツチン
グ速度が異なる結晶軸異方性がある。つまり、＜１１１
＞方向のエツチング速度は他の＜１００＞や＜１１０＞
方向のエツチング速度に比較して極端に遅い。例えば、
酸化シリコン膜をエツチングマスクとして（１００）ウ
ェハをエツチングすると、ウェハ面と５４．７°の角度
をなすピラミッド形状の穴が開く。この穴の４面は（１
１１）面で囲まれている。また、（１１０）ウェハに同
様のエツチングを施せば、ウェハ面と垂直な（１１１）
面及びウェハ面と３５．３°の角度をなす（１１１）面
で囲まれた穴が開く。
このうち、（１００）ウェハであるシリコン基板ＩＯを
用いて、熱酸化法による熱酸化シリコン膜或いはＣＶＤ
法による酸化シリコン膜１１を形成した後、当該酸化シ
リコン膜をパターン化してマスクとなし、エツチングを
行ったのが第３図に示されているものである。この場合
、支持体３０として残るのはマスクとして用いた酸化シ
リコン膜１１である。
用いて、熱酸化法による熱酸化シリコン膜或いはＣＶＤ
法による酸化シリコン膜１１を形成した後、当該酸化シ
リコン膜をパターン化してマスクとなし、エツチングを
行ったのが第３図に示されているものである。この場合
、支持体３０として残るのはマスクとして用いた酸化シ
リコン膜１１である。
〈発明が解決しようとする問題点〉
しかしながら、支持体材料として酸化シリコン膜を用い
る場合には、上述した熱酸化法、ＣＶＤ法のいずれの方
法で形成しても、支持体形成時の温度を６００〜１００
０℃と非常に高温にする必要があるため、ウェハと酸化
シリコン膜との熱膨張率の差によって酸化シリコン膜に
歪みが加わって、形成される支持体にヒビ割れや破損が
発生する。従って、酸化シリコン膜単独で支持体を形成
することは非常に困難である。
る場合には、上述した熱酸化法、ＣＶＤ法のいずれの方
法で形成しても、支持体形成時の温度を６００〜１００
０℃と非常に高温にする必要があるため、ウェハと酸化
シリコン膜との熱膨張率の差によって酸化シリコン膜に
歪みが加わって、形成される支持体にヒビ割れや破損が
発生する。従って、酸化シリコン膜単独で支持体を形成
することは非常に困難である。
従って、ＣＶＤ法で形成した単層或いは多層の窒化シリ
コン膜を支持体材料として利用することが行われている
。しかし、ＣＶＤ法では有害な半導体ガスを使用するた
めに製造設備に多大な費用がかかったり、形成条件によ
っては形成された窒化シリコン膜に大きな残留応力が発
生するためにＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜を支持
体材料として使用して、しかも歩留りを向上させること
は非常に困難である。さらに、スパッタ法で形成した窒
化シリコンスパッタ膜には塵等による欠陥が多く、この
窒化シリコンスパッタ膜をシリコン基板の上に直接形成
すると、エツチング工程でシリコン基板にエッチピット
が発生する。
コン膜を支持体材料として利用することが行われている
。しかし、ＣＶＤ法では有害な半導体ガスを使用するた
めに製造設備に多大な費用がかかったり、形成条件によ
っては形成された窒化シリコン膜に大きな残留応力が発
生するためにＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜を支持
体材料として使用して、しかも歩留りを向上させること
は非常に困難である。さらに、スパッタ法で形成した窒
化シリコンスパッタ膜には塵等による欠陥が多く、この
窒化シリコンスパッタ膜をシリコン基板の上に直接形成
すると、エツチング工程でシリコン基板にエッチピット
が発生する。
本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、シリコン
マイクロセンサの支持体としてヒビ割れや破損がなく、
しかも簡単に支持体が形成でき、シリコン基板にエッチ
ピットが発生しないシリコンマイクロセンサとその製造
方法を提供することを目的としている。
マイクロセンサの支持体としてヒビ割れや破損がなく、
しかも簡単に支持体が形成でき、シリコン基板にエッチ
ピットが発生しないシリコンマイクロセンサとその製造
方法を提供することを目的としている。
く問題点を解決するための手段〉
本発明に係名シリコンマイクロセンサは、シリコン基板
上に熱酸化シリコン膜と熱酸化シリコン膜の上に窒化シ
リコンスパッタ膜とが積層された支持体と、当該支持体
の上に形成されたセンサ膜とを有している。
上に熱酸化シリコン膜と熱酸化シリコン膜の上に窒化シ
リコンスパッタ膜とが積層された支持体と、当該支持体
の上に形成されたセンサ膜とを有している。
また、本発明に係るシリコンマイクロセンサの製造方法
は、シリコン基板上に熱酸化シリコン膜を形成する工程
と、熱酸化シリコン膜の上に窒化シリコンスパッタ膜を
形成する工程と、窒化シリコンスパッタ膜を８００〜１
１００″Ｃの温度で熱処理して支持体を形成する工程と
、支持体の上にセンサ膜を形成する工程とを有している
。
は、シリコン基板上に熱酸化シリコン膜を形成する工程
と、熱酸化シリコン膜の上に窒化シリコンスパッタ膜を
形成する工程と、窒化シリコンスパッタ膜を８００〜１
１００″Ｃの温度で熱処理して支持体を形成する工程と
、支持体の上にセンサ膜を形成する工程とを有している
。
〈実施例〉
以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を説明する
。
。
第１図（ａ）は本発明に係るシリコンマイクロセン′す
の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、第２図は
シリコンマイクロセンサの工程断面図である。なお、本
実施例ではブリッジタイプの支持部３０を形成するもの
として説明を行う。
の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、第２図は
シリコンマイクロセンサの工程断面図である。なお、本
実施例ではブリッジタイプの支持部３０を形成するもの
として説明を行う。
図面中において１０は（１００）方向の結晶軸を有した
シリコン基板であって、その表裏両面には約１００〜数
１０００人の膜厚を有する熱酸化シリコン膜１１が熱酸
化法によって形成されている（第２図（ａ）参照）。
シリコン基板であって、その表裏両面には約１００〜数
１０００人の膜厚を有する熱酸化シリコン膜１１が熱酸
化法によって形成されている（第２図（ａ）参照）。
さらに表面側の熱酸化シリコン膜１１の上には当該熱酸
化シリコン膜１１の膜厚よりも厚い（約１０００人〜数
μｍ）窒化シリコンスパッタ膜１２が形成されている。
化シリコン膜１１の膜厚よりも厚い（約１０００人〜数
μｍ）窒化シリコンスパッタ膜１２が形成されている。
窒化シリコンスパッタ膜１２のほうが熱酸化シリコン膜
１１よりも厚く形成されているのは、熱酸化シリコン膜
１１が厚すぎると熱酸化シリコン膜１１歪みによる残留
応力が太き（なり、支持体３０を形成した際に、窒化シ
リコンスパッタ膜１２にまでヒビ割れや破損が発生して
しまうことを防止するためである。従って、熱酸化シリ
コン膜１１の膜厚は１００〜数１０００人、窒化シリコ
ンスパッタ膜１２の膜厚を数１ｏｏｏ入〜数μｍにする
のが好ましい。
１１よりも厚く形成されているのは、熱酸化シリコン膜
１１が厚すぎると熱酸化シリコン膜１１歪みによる残留
応力が太き（なり、支持体３０を形成した際に、窒化シ
リコンスパッタ膜１２にまでヒビ割れや破損が発生して
しまうことを防止するためである。従って、熱酸化シリ
コン膜１１の膜厚は１００〜数１０００人、窒化シリコ
ンスパッタ膜１２の膜厚を数１ｏｏｏ入〜数μｍにする
のが好ましい。
この窒化シリコンスパッタ膜１２はシリコン基板１０を
ホットプレート （図示省略）で約３００ ’Ｃに加熱
するとともに、窒化シリコン焼結ターゲット （図示省
略）を窒素ガス中で約３ Ｗ ／ ｃｄの高周波バク−
にて高周波スパッタすることによって形成される（第２
図（ｂ）参照）。
ホットプレート （図示省略）で約３００ ’Ｃに加熱
するとともに、窒化シリコン焼結ターゲット （図示省
略）を窒素ガス中で約３ Ｗ ／ ｃｄの高周波バク−
にて高周波スパッタすることによって形成される（第２
図（ｂ）参照）。
この後、熱応力による僅かな歪みを除去するために熱酸
化シリコン膜１１及び窒化シリコンスパッタ膜１２が形
成されたシリコン基板１０を８００〜ｔｉｏ。
化シリコン膜１１及び窒化シリコンスパッタ膜１２が形
成されたシリコン基板１０を８００〜ｔｉｏ。
℃２好ましくは９５０″Ｃで約３時間熱処理を行う。
次に、窒化シリコンスパッタ膜１２の上にフォトレジス
トを塗布して、露光及び現像を行う。この場合、形成さ
れるべき支持体３０はブリッジタイプであるから２つの
長方形の開口が平行に開設されたマスク（図示省略）を
使用する。露光及び現像工程が終了したならば、裏面に
もレジストを全面塗布し、ベーキングを行った後、窒化
シリコンスパッタ膜１２をＣＦ、ガスでプラズマエツチ
ングする。すると、前記マスクに対応した形状で開口１
２１が窒化シリコンスパッタ膜１２に形成される（第２
図（Ｃ）参照）。
トを塗布して、露光及び現像を行う。この場合、形成さ
れるべき支持体３０はブリッジタイプであるから２つの
長方形の開口が平行に開設されたマスク（図示省略）を
使用する。露光及び現像工程が終了したならば、裏面に
もレジストを全面塗布し、ベーキングを行った後、窒化
シリコンスパッタ膜１２をＣＦ、ガスでプラズマエツチ
ングする。すると、前記マスクに対応した形状で開口１
２１が窒化シリコンスパッタ膜１２に形成される（第２
図（Ｃ）参照）。
引き続き、フッ酸緩衝液で熱酸化シリコン膜１１をエツ
チングする。すると、前記開口１２１に対応した部分の
熱酸化シリコン膜１１が除去される。つまり、開口１２
１に対応した部分のシリコン基板１０が露出するのであ
る。その後フォトレジストを除去する（第２図（ｄ）参
照）。
チングする。すると、前記開口１２１に対応した部分の
熱酸化シリコン膜１１が除去される。つまり、開口１２
１に対応した部分のシリコン基板１０が露出するのであ
る。その後フォトレジストを除去する（第２図（ｄ）参
照）。
当該シリコン基板ｌＯを沸点近くまで昇温したＥＰＷ液
でシリコン基板１０をエツチングする。このシリコン基
板１０は（１００）方向の結晶軸を有しているので、＜
１１１＞面で囲まれた略逆ピラミッド状の空洞２０が形
成される。つまり、熱酸化シリコン膜１１と窒化シリコ
ンスパッタ膜１２とからなるブリッジタイプの支持体３
０が空洞２０の上に橋渡しされた状態で形成されるので
ある（第２図（ｅ）参照）。
でシリコン基板１０をエツチングする。このシリコン基
板１０は（１００）方向の結晶軸を有しているので、＜
１１１＞面で囲まれた略逆ピラミッド状の空洞２０が形
成される。つまり、熱酸化シリコン膜１１と窒化シリコ
ンスパッタ膜１２とからなるブリッジタイプの支持体３
０が空洞２０の上に橋渡しされた状態で形成されるので
ある（第２図（ｅ）参照）。
このようにして形成された支持体３０の上にセンサ膜４
０を形成するとともに、センサ膜４０に接続して電極５
０をも形成して第１図に示すようなシリコンマイクロセ
ンサが完成する。ここで、センサ膜４０の材料としては
製造するセンサの種類によって変更することはいうまで
もない。
０を形成するとともに、センサ膜４０に接続して電極５
０をも形成して第１図に示すようなシリコンマイクロセ
ンサが完成する。ここで、センサ膜４０の材料としては
製造するセンサの種類によって変更することはいうまで
もない。
なお、上述した実施例では支持体３０の形状をブリッジ
タイプとして説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、カンチレバータイプ、ダイアフラムタイプ
等の他のタイプのものであっても同様に形成することが
できる。
タイプとして説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、カンチレバータイプ、ダイアフラムタイプ
等の他のタイプのものであっても同様に形成することが
できる。
〈発明の効果〉
本発明に係るシリコンマイクロセンサによると、支持体
を熱酸化シリコン膜と窒化シリコンスパッタ膜との多層
構造から構成したので、ヒビ割れや破損のない支持体を
形成することができる。また、窒化シリコンスパッタ膜
を利用しているため、シリコン基板の温度を低い状態に
保てるので残留応力の小さいものとすることができる。
を熱酸化シリコン膜と窒化シリコンスパッタ膜との多層
構造から構成したので、ヒビ割れや破損のない支持体を
形成することができる。また、窒化シリコンスパッタ膜
を利用しているため、シリコン基板の温度を低い状態に
保てるので残留応力の小さいものとすることができる。
また、この窒化シリコンスパッタ膜を形成する際に、従
来のように危険な半導体ガスを使用する必要がないため
、製造設備を簡単にすることかで′きる。
来のように危険な半導体ガスを使用する必要がないため
、製造設備を簡単にすることかで′きる。
また、熱酸化シリコン膜及び窒化シリコンスパッタ膜を
積層した後に熱処理を行ったため、窒化シリコンスパッ
タ膜に残るほんの僅かな残留応力をも除去することがで
きるため、支持体を略完全に平坦なものとすることが可
能となった。
積層した後に熱処理を行ったため、窒化シリコンスパッ
タ膜に残るほんの僅かな残留応力をも除去することがで
きるため、支持体を略完全に平坦なものとすることが可
能となった。
第１図（ａ）は本発明に係るシリコンマイクロセンサの
平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、第２図はシ
リコンマイクロセンサの工程断面図、第３図は従来のシ
リコンマイクロセンサの支持体の形状を示す構成図であ
る。 １０・・・シリコン基板、１１・・・熱酸化シリコン膜
、１２・・・窒化シリコンスパッタ膜、３０・・・支持
体、４０・・・センサ膜。
平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、第２図はシ
リコンマイクロセンサの工程断面図、第３図は従来のシ
リコンマイクロセンサの支持体の形状を示す構成図であ
る。 １０・・・シリコン基板、１１・・・熱酸化シリコン膜
、１２・・・窒化シリコンスパッタ膜、３０・・・支持
体、４０・・・センサ膜。
Claims (2)
- （１） シリコン基板上に熱酸化シリコン膜、該熱酸化
シリコン膜上に窒化シリコンスパッタ膜が積層された支
持体と、該支持体の上に形成されたセンサ膜とを具備し
たことを特徴とするシリコンマイクロセンサ。 - （２） シリコン基板上に熱酸化シリコン膜を形成する
工程と、熱酸化シリコン膜の上に窒化シリコンスパッタ
膜を形成する工程と、窒化シリコンスパッタ膜を８００
〜１１００℃の温度で熱処理して支持体を形成する工程
と、支持体の上にセンサ膜を形成する工程とを具備した
ことを特徴とするシリコンマイクロセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33526587A JPH0777267B2 (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | シリコンマイクロセンサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33526587A JPH0777267B2 (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | シリコンマイクロセンサ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01175268A true JPH01175268A (ja) | 1989-07-11 |
| JPH0777267B2 JPH0777267B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=18286588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33526587A Expired - Fee Related JPH0777267B2 (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | シリコンマイクロセンサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0777267B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7270763B2 (en) | 2003-02-10 | 2007-09-18 | Yamaha Corporation | Anisotropic wet etching of silicon |
-
1987
- 1987-12-28 JP JP33526587A patent/JPH0777267B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7270763B2 (en) | 2003-02-10 | 2007-09-18 | Yamaha Corporation | Anisotropic wet etching of silicon |
| US7867408B2 (en) | 2003-02-10 | 2011-01-11 | Yamaha Corporation | Anisotropic wet etching of silicon |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0777267B2 (ja) | 1995-08-16 |
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