JPH04299872A - シリコンダイアフラムの形成方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコン圧力センサや加
速度センサ等に用いられるシリコンダイアフラムの形成
方法に関し、特に、小型の正八角形のダイアフラムを、
エッチング深さに依存することなく精度良く形成できる
シリコンダイアフラムの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンダイアフラムの平面形状は、歪
みの対称性や等質性，感度計算の容易等の観点より、理
想的には円形が望ましい。しかし、シリコン基板におい
て、円形の窪みを形成するのは困難であり、現実には、
円形に近い特性が得られる正八角形のダイアフラムを用
いるのが望ましい。

【０００３】図２は従来のアルカリエッチング液を用い
たシリコンダイアフラムの形成方法の一例を示す図であ
り、上側の図は下側のダイアフラム部の平面図のＸ−Ｘ
に沿う断面構造を示している。この方法は、シリコン基
板５の（１００）等価面上に、正方形の開口部を有する
（すなわち、マスク外周８が正方形である）マスク１を
設け、ＫＯＨやヒドラジン等を用いた異方性エッチング
により八角形ダイアフラムを形成するものである。シリ
コンの場合、（１００）等価面はエッチング速度が大き
く、（１１１）等価面はエッチング速度が小さい。マス
ク１としては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４が用いられる。

【０００４】この場合、マスク寸法を２Ｄｍとし、〈１
００〉等価軸方向のダイアフラム寸法を２Ｄａとし、〈
１１０〉等価軸方向のダイアフラム寸法を２Ｄｂとし、
エッチ深さをｄとし、（１００），（１１１）面間角度
θを５４．７°（図３にθの算出方法が示される）とす
ると、Ｄａ＝Ｄｍ＋ｄ・・・（１）となり、一方、Ｄｂ
＝２１／２・Ｄｍ−ｃｏｔθ・ｄ・・・（２）となる。 ダイアフラムを正八角形にするためには、Ｄａ＝Ｄｂで
なければならない。したがって、正八角形となる条件は
、（１），（２）式より、Ｄｍ＝｛（１＋ｃｏｔθ）・
ｄ｝／（２１／２−１），すなわち、Ｄｍは、約４．１
２ｄとなる。また、Ｄａ＝｛３＋（３／２１／２）｝・
ｄとなる。この条件を満たすようにマスクを作成し、エ
ッチングを行って正八角形のダイアフラムを得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のダイア
フラムの形成方法では、正八角形のダイアフラムを得る
ためには、Ｄｍ＝４．１２ｄという条件を満たさなけれ
ばならず、エッチング深さｄが決まると、これに対応し
て一律にダイアフラム寸法も決められてしまう。このた
め、ｄが大きくなると、それに従属してマスク寸法も大
きくなる。例えば、ｄ＝０．４　ｍｍとした場合、マス
ク寸法２Ｄｍ＝４ｍｍ程度となる。したがって、薄く、
かつ小型の正八角形のダイアフラムの形成が困難である
という問題点がある。本発明はこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的は、小型の正八角形の
ダイアフラムを、エッチング深さに依存することなく、
再現性良く形成できるシリコンダイアフラムの形成方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、厚肉のシリコ
ン基板の（１００）等価面上に開口部を具備するマスク
を設け、該マスクをエッチングマスクとして用いてシリ
コン基板の一部を選択的に異方性エッチングによりエッ
チングし、薄いシリコンダイアフラムを形成する方法で
あって、前記マスクが具備する開口部の形状は、基本的
に、〈１００〉等価軸方向に伸びる主要な４辺により囲
まれた正方形の形状をしており、さらに、その正方形の
４つの頂点付近には〈１１０〉等価軸方向に向かって突
出する突出部（突起状開口部）が設けられていることを
特徴とする。

【０００７】

【作用】従来の正方形マスクを用いた場合に、正八角形
ダイアフラムの形成に条件が付加されるのは、傾斜して
いる（１１１）面の横方向の寸法の制御の自由度が乏し
いからである。したがって、この完全な正方形マスクの
使用をやめ、（１１１）面が問題となる正方形の４頂点
付近に、〈１１０〉軸方向に外へ伸びる突出開口部（マ
スク側からみれば切込み部）を設け、その突出先端を基
準として（１１１）面のエッチングを開始させるように
する。エッチング深さｄに対応して、突出開口部の突出
長を調整することにより、エッチング深さｄによる規制
を解除でき、ダイアフラム形成の自由度を向上できる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明のシリコンダイアフラムの形
成方法の一実施例の特徴を説明するための図である。本
実施例の特徴は、マスク１の開口部の４隅に、突起状開
口部２がそれぞれ設けられ、〈１１０〉等価軸方向の寸
法の調整を行なえるようになっていることである。本実
施例では、マスク寸法２Ｄｍ＝２（Ｄａ−ｄ），互いに
対向する突起状開口部２の先端間の距離２Ｄｃ＝２（Ｄ
ａ＋ｄ・ｃｏｔθ）としてある。

【０００９】この場合、深さｄのエッチングを行うと、
〈１００〉等価軸方向には、マスク１の正方形の基本辺
を基準として距離ｄのサイドエッチングが行われ、トー
タルのサイドエッチ量は２ｄとなって、この方向のダイ
アフラム寸法（長径）は結果的に２Ｄａとなる。

【００１０】また、〈１１０〉等価軸方向には、突起状
開口部２の先端位置をエッチング位置の基準として（１
１１）面の傾斜による横方向の滑り込み（ダイアフラム
面と（１１１）面の接線位置がダイアフラムの内側に向
かってシフトすること）が生じ、エッチング後には、ト
ータルで２・（ｄ・ｃｏｔθ）の内側へのシフトが生じ
、この方向でのダイアフラム寸法（２Ｄｂ）は２Ｄａに
等しくなり、正八角形のダイアフラムが得られる。ダイ
アフラムの長径２Ｄａとエッチ深さｄは、Ｄａ≦｛３＋
（３／２１／２）｝・ｄの関係を満たせばよく、従来の
ようにエッチ深さｄと１：１の対応が強制されることが
なくなり、設計の自由度が向上する。なお、本明細書中
で使用している（１００）等価面とは、（０１０），（
００１），（−１００），（０−１０），（００−１）
等の特性が等価な全ての結晶面をいう。また〈１１０〉
等価軸とは、〈−１１０〉，〈１−１０〉，〈−１−１
０〉等の、（１１０）等価面に垂直な全ての方向をいう
。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、（１１１
）面が問題となる正方形の４頂点付近に、〈１１０〉等
価軸方向に外へ伸びる突出開口部を設け、その突出先端
を基準として（１１１）面のエッチングを開始させるよ
うにし、エッチング深さｄに対応して、突出開口部の突
出長を調整しておくことにより、エッチング深さｄによ
る規制を解除でき、ダイアフラム形成の自由度を向上で
きる効果がある。これにより、小型の正八角形のダイア
フラムを、エッチング深さに依存することなく、再現性
良く形成できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のシリコンダイアフラムの形成方
法の一実施例の特徴を説明するための図であり、上側の
図は下側のダイアフラム部の平面図のＸ−Ｘに沿う断面
構造を示している。

【図２】図２は従来のアルカリエッチング液を用いたシ
リコンダイアフラムの形成方法の一例を示す図であり、
上側の図は下側のダイアフラム部の平面図のＸ−Ｘに沿
う断面構造を示している。

【図３】（１００）面と（１１１）面との、面間角度θ
（５４．７°）の算出方法を示す図である。

【符号の説明】

１　　マスク ２　　突起状開口部 ３　　ダイアフラム外周 ４　　ダイアフラム ５　　シリコン基板 ６　　マスク外周

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　厚肉のシリコン基板の（１００）等価
   面上に開口部を具備するマスクを設け、該マスクをエッ
   チングマスクとして用いてシリコン基板の一部を選択的
   に異方性エッチングによりエッチングし、薄いシリコン
   ダイアフラムを形成する方法であって、前記マスクが具
   備する開口部の形状は、基本的に、〈１００〉等価軸方
   向に伸びる主要な４辺により囲まれた正方形の形状をし
   ており、さらに、その正方形の４つの頂点付近には〈１
   １０〉等価軸方向に向かって突出する突出部が設けられ
   ていることを特徴とするシリコンダイアフラムの形成方
   法。