JPH0565065B2 - - Google Patents

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JPH0565065B2
JPH0565065B2 JP22737586A JP22737586A JPH0565065B2 JP H0565065 B2 JPH0565065 B2 JP H0565065B2 JP 22737586 A JP22737586 A JP 22737586A JP 22737586 A JP22737586 A JP 22737586A JP H0565065 B2 JPH0565065 B2 JP H0565065B2
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JP
Japan
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epitaxial layer
hole
hollow chamber
oxide film
layer
Prior art date
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JP22737586A
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Japanese (ja)
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JPS6381983A (en
Inventor
Kyoichi Ikeda
Tetsuya Watanabe
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、Si単結晶で作られた微細中空室の製
造方法に関する。更に詳しくは、例えばSiウエハ
の表面にダイヤフラムを形成するとともに、この
ダイヤフラムの一方の面が受圧面となるようにSi
ウエハ上に中空室を作るような場合に適用される
微細中空室の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention relates to a method for manufacturing microscopic cavities made of Si single crystal. More specifically, for example, a diaphragm is formed on the surface of a Si wafer, and one surface of the diaphragm is a pressure-receiving surface.
The present invention relates to a method for manufacturing microscopic hollow chambers, which is applied when forming hollow chambers on a wafer.

(従来の技術) 従来、Si結晶を用いてダイヤフラムと中空室を
製造する方法として、例えばThe proceedings
of Transducer′85.1985、pp182〜185 H.H.
Busta、J.F.Detry、“LASER−
RECRYSTALLIZED
PIEZORESISTIVEMICRO−DIAPHRAGM
SENSOR”に記載されているものがある。この
方法は、polycrystalline Siを、レーザーによつ
て再結晶化させることにより、Si基板とSiダイヤ
フラムとの間が、1.25μm程度の微細中空室を製
造するものである。
(Prior Art) Conventionally, as a method for manufacturing a diaphragm and a hollow chamber using Si crystal, for example, the
of Transducer´85.1985, pp182-185 HH
Busta, JFDetry, “LASER−
RECRYSTALLIZED
PIEZORESISTIVE MICRO−DIAPHRAGM
There is a method described in ``SENSOR.'' This method produces a microscopic hollow chamber of about 1.25 μm between the Si substrate and the Si diaphragm by recrystallizing polycrystalline Si using a laser. It is something.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような方法によつて微細中
空室を製造する方法は、結晶粒界を十分少なくす
ることが困難であるうえに、レーザーで再結晶す
る時、局所的に基板の一部あるいは中空室が加熱
されるために、残留歪み、移転、粒界を発生さ
せ、Si結晶の電気的及び機械的性質を低下させる
という問題点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the method of manufacturing fine hollow chambers using such a method, it is difficult to sufficiently reduce the number of grain boundaries, and when recrystallizing with a laser, Since a part of the substrate or the hollow space is locally heated, there is a problem in that residual strain, migration, and grain boundaries are generated, which deteriorates the electrical and mechanical properties of the Si crystal.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、結晶性を完全に保つたま
ま、従つて、残留歪みやSi結晶の性質を低下する
ことなく、微細中空室を製造できる方法を提供し
ようとするものである。
The present invention was made in view of these problems, and its purpose is to form fine hollow spaces while maintaining complete crystallinity and without deteriorating residual strain or properties of Si crystals. The aim is to provide a manufacturing method.

(問題点を解決するための手段) 第1図は、本発明方法の手順を示すフローチヤ
ートである。本発明の方法は、次のような工程を
経て、シリコン結晶基板上に微細な中空室を作る
ものである。
(Means for Solving the Problems) FIG. 1 is a flowchart showing the steps of the method of the present invention. The method of the present invention involves creating fine hollow chambers on a silicon crystal substrate through the following steps.

ステツプ1:シリコン結晶基板上に酸化膜を形成
するとともに微細中空室を作る該当位置の酸化
膜を除去して第1の穴を設ける工程、 ステツプ2:シリコン結晶基板上に前記第1の穴
を埋めるように第1のエピタキシヤル層を成長
させる工程、 ステツプ3:第1のエピタキシヤル層に接し前記
シリコン結晶基板に通じるように酸化膜を除去
して第2の穴を設ける工程、 ステツプ4:第2の穴を埋めかつ第1のエピタキ
シヤル層の表面を覆うように第2のエピタキシ
ヤル層を成長させる工程、 ステツプ5:第2のエピタキシヤル層とシリコン
結晶基板に接し、かつ第1のエピタキシヤル層
に通じるように酸化膜の一部を除去して第3の
穴を設ける工程、 ステツプ6:第3の穴から第1のエピタキシヤル
層をエツチングにより除去する工程、 ステツプ7:第3の穴を第3の層により封止する
工程。
Step 1: Forming an oxide film on the silicon crystal substrate and removing the oxide film at the corresponding position where a microscopic hollow chamber is created to form a first hole. Step 2: Forming the first hole on the silicon crystal substrate. Step 3: growing a first epitaxial layer to fill the hole; Step 3: removing the oxide film to form a second hole in contact with the first epitaxial layer and communicating with the silicon crystal substrate; Step 4: Step 5: growing a second epitaxial layer to fill the second hole and cover the surface of the first epitaxial layer; Step 6: removing a portion of the oxide film to form a third hole communicating with the epitaxial layer; Step 6: removing the first epitaxial layer from the third hole by etching; Step 7: Third hole. A step of sealing the hole with a third layer.

(作用) はじめにシリコン基板上に形成されていた第1
のエピタキシヤル層部分が、エツチングによつて
選択、除去され、シリコン基板上に第2のエピタ
キシヤル層によつて上部が囲まれた微細な中空室
を製造する。
(Function) Initially, the first layer was formed on a silicon substrate.
portions of the epitaxial layer are selectively removed by etching to produce microscopic cavities on the silicon substrate surrounded on top by a second epitaxial layer.

(実施例) 第2図は、本発明の方法の一例を示す説明図
で、ここではシリコン結晶基板上にダイヤフラム
をひとつの壁面とする微細な中空室を製造する場
合を例示する。
(Example) FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the method of the present invention. Here, a case is illustrated in which a fine hollow chamber having a diaphragm as one wall is manufactured on a silicon crystal substrate.

はじめり、(イ)に示すように(100)、P形シリコ
ン基板(ボロン不純物濃度Bは1020個/cm2以上)
1上に、SiO2の酸化膜2を形成するとともに、
微細中空室を作る該当位置の酸化膜を除去し、穴
3を設ける。
First, as shown in (a), (100), P-type silicon substrate (boron impurity concentration B is 1020 pieces/cm2 or more)
1, an oxide film 2 of SiO 2 is formed,
The oxide film at the corresponding position where the microscopic hollow chamber is to be created is removed, and the hole 3 is formed.

次に、(ロ)に示すように、穴3を埋めるように第
1のエピタキシヤル層L1を形成する。この第1
のエピタキシヤル層は、例えばH2キヤリヤ、
SiH4+HClを1000℃〜1100℃で成長させること
によつて形成できる。
Next, as shown in (b), a first epitaxial layer L1 is formed to fill the hole 3. This first
The epitaxial layer of, for example, H2 carrier,
It can be formed by growing SiH 4 +HCl at 1000°C to 1100°C.

次に、(ハ)に示すように、第1のエピタキシヤル
層L1に接し、かつシリコン基板1に通じるよう
にSiO2酸化膜2を除去し、穴4を設ける。
Next, as shown in (c), the SiO 2 oxide film 2 is removed and a hole 4 is formed so as to be in contact with the first epitaxial layer L1 and to communicate with the silicon substrate 1.

次に、(ニ)に示すように、穴4を埋め、かつ、第
1のエピタキシヤル層L1の表面を覆うように第
2のエピタキシヤル層L2を形成する。この第2
のエピタキシヤル層L2は、例えばH2キヤリヤ、
SiH4+HCl+B2H6で形成され、ボロン不純物濃
度Bが、1020個/cm2以上となるまで成長させる。
Next, as shown in (d), a second epitaxial layer L2 is formed to fill the hole 4 and cover the surface of the first epitaxial layer L1. This second
The epitaxial layer L2 is made of, for example, an H 2 carrier,
It is formed of SiH 4 +HCl+B 2 H 6 and grown until the boron impurity concentration B becomes 10 20 impurities/cm 2 or more.

次に、(ホ)に示すように、第2のエピタキシヤル
層L2とシリコン基板1に接し、かつ第1のエピ
タキシヤル層L1に通じるようにSiO2酸化膜2
の一部を除去し、穴5を設ける。
Next, as shown in (E), a SiO 2 oxide film 2 is formed so as to be in contact with the second epitaxial layer L2 and the silicon substrate 1 and to communicate with the first epitaxial layer L1.
A hole 5 is provided by removing a portion of the hole 5.

次に、(ヘ)に示すように、N2H4・H2O、110℃
で穴5から第1のエピタキシヤル層L1を、選択
的にエツチングする。
Next, as shown in (F), N 2 H 4 · H 2 O, 110°C
Then, the first epitaxial layer L1 is selectively etched through the hole 5.

次に、(ト)に示すように、シリコン基板1上に設
けてあつたSiO2の酸化膜2をエツチングで除去
する。
Next, as shown in (g), the SiO 2 oxide film 2 provided on the silicon substrate 1 is removed by etching.

最後に、(チ)に示すように、穴5を第3のエピタ
キシヤル層L3によつて封止する。この第3のエ
ピタキシヤル層L3は、例えばH2キヤリヤ、
SiH4を1000℃〜1100℃で成長させることによつ
て形成できる。
Finally, as shown in (h), the hole 5 is sealed with the third epitaxial layer L3. This third epitaxial layer L3 is composed of, for example, an H 2 carrier,
It can be formed by growing SiH 4 at 1000°C to 1100°C.

以上のような手順により、シリコン基板1上に
微細な中空室6を作ることができる。ここで、中
空室6の大きさや形状は、第1のエピタキシヤル
層L1の厚さや、形状によつて任意に決めること
ができる。
By the above-described procedure, a fine hollow chamber 6 can be created on the silicon substrate 1. Here, the size and shape of the hollow chamber 6 can be arbitrarily determined depending on the thickness and shape of the first epitaxial layer L1.

第3図は、本発明の方法の他の例を示す説明図
である。この実施例においては、(イ)〜(ヘ)までは第
2図と同様の手順によるものであるが、(ト)におい
て、第1図のエピタキシヤル層L1のエツチング
に用いた穴5を、SiO2をスパツタして第3の層
L3を形成し、封止するようにしている。次に、
(チ)に示すように、パターニングにより、不要部分
(穴5を覆う部分以外の部分)のスパツタ膜(第
3の層)L3をエツチングして除去する。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing another example of the method of the present invention. In this example, the steps (a) to (f) are the same as those in FIG. 2, but in (g), the hole 5 used for etching the epitaxial layer L1 in FIG. A third layer L3 is formed by sputtering SiO 2 for sealing. next,
As shown in (h), by patterning, unnecessary portions (portions other than those covering the holes 5) of the sputtered film (third layer) L3 are etched and removed.

これにより、シリコン基板1上に第2のエピタ
キシヤル層L2で囲まれた微細な中空室(真空度
10-3Torr程度)を作るものである。
As a result, a fine hollow chamber (vacuum level) surrounded by the second epitaxial layer L2 is formed on the silicon substrate 1.
10 -3 Torr).

なお、上記の各実施例において、穴5の封止
は、上述した以外に、例えば蒸着あるいはCVD
(Chemical Vapour Deposition)により、
Si3N4、多結晶Si、アモルフアスSi、シリサイド
メタル等で行なうようにしてもよい。
In addition, in each of the above embodiments, the hole 5 may be sealed by vapor deposition or CVD in addition to the above-mentioned method.
(Chemical Vapor Deposition)
It may be made of Si 3 N 4 , polycrystalline Si, amorphous Si, silicide metal, or the like.

第4図及び第5図は、本発明の方法の適用例を
示す構成断面図である。
FIG. 4 and FIG. 5 are structural sectional views showing an example of application of the method of the present invention.

第4図のものは圧力センサに適用したものであ
つて、シリコン基板1上に、第2のエピタキシヤ
ル層L2によつて囲まれる中空室6を作るととも
に、この中空室6に通ずる導圧孔7を設けたもの
である。中空室6内には、導圧孔7を介して被測
定圧力Pが導びかれ、第2のエピタキシヤル層L
2がダイヤフラムとして作用し、このダイヤフラ
ムに生ずる歪変化をそこに設けた拡散ストレンジ
ゲージ8で検出する。
The one in FIG. 4 is applied to a pressure sensor, in which a hollow chamber 6 surrounded by a second epitaxial layer L2 is formed on a silicon substrate 1, and a pressure guiding hole communicating with this hollow chamber 6 is formed. 7. A pressure P to be measured is introduced into the hollow chamber 6 through a pressure guiding hole 7, and a pressure P to be measured is introduced into the second epitaxial layer L.
2 acts as a diaphragm, and a strain change occurring in this diaphragm is detected by a diffusion strange gauge 8 provided there.

第5図のものは、振動式トランスデユーサに適
用したものであつて、第2のエピタキシヤル層L
2によつて囲まれた中空室6内に、振動子9を設
置するようにしたものである。振動子9は例えば
シリコン基板1をエツチングして作ることが可能
であり、外部の流体と完全に隔離して中空室6内
に設置することができる。ここで、第3の層L3
を形成し、中空室6を封止するに際して、減圧
CVD装置を用いれば、中空室6内の圧力を下げ
ることができ、Qの高い振動式トランスデユーサ
ができる。
The one in FIG. 5 is applied to a vibration type transducer, and the second epitaxial layer L
A vibrator 9 is installed in a hollow chamber 6 surrounded by 2. The vibrator 9 can be made by etching the silicon substrate 1, for example, and can be installed in the hollow chamber 6 completely isolated from external fluid. Here, the third layer L3
When forming and sealing the hollow chamber 6, the pressure is reduced.
If a CVD device is used, the pressure inside the hollow chamber 6 can be lowered, and a vibrating transducer with a high Q can be obtained.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明の方法は、第1、
第2のエピタキシヤル層の形成と第1のエピタキ
シヤル層のエツチングによる除去及び第3の層に
よつて中空室を封止し、シリコン基板上に微細中
空室を作るようにしたものである。従つて、本発
明の方法によれば、結晶粒界が少なく、シリコン
基板と同一の結晶性を有し、残留歪みやSi結晶の
性質を低下することなく微細な中空室をシリコン
基板上に作ることができる。また、蒸着またはス
パツタによつて中空室を封止すれば、中空室を高
い真空度に容易に保つことができる。
(Effects of the Invention) As explained above, the method of the present invention has the following advantages:
The second epitaxial layer is formed, the first epitaxial layer is removed by etching, and the hollow chamber is sealed by the third layer, thereby creating a fine hollow chamber on the silicon substrate. Therefore, according to the method of the present invention, fine hollow chambers can be created on a silicon substrate with few grain boundaries, the same crystallinity as a silicon substrate, and no residual strain or deterioration of the properties of Si crystals. be able to. Moreover, if the hollow chamber is sealed by vapor deposition or sputtering, the hollow chamber can be easily maintained at a high degree of vacuum.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明方法の手順を示すフローチヤ
ート、第2図は本発明方法の一例を示す説明図、
第3図は本発明方法の他の例を示す説明図、第4
図及び第5図は本発明の方法の適用例を示す構成
図である。 1……シリコン基板、2……SiO2酸化膜、3,
4,5……穴、6……中空室、L1,L2,L3
……エピタキシヤル層。
FIG. 1 is a flowchart showing the procedure of the method of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the method of the present invention,
FIG. 3 is an explanatory diagram showing another example of the method of the present invention;
5 and 5 are configuration diagrams showing an example of application of the method of the present invention. 1...Silicon substrate, 2...SiO 2 oxide film, 3,
4, 5...hole, 6...hollow chamber, L1, L2, L3
...epitaxial layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 次の(イ)〜(ト)の工程を経てシリコン結晶基板上
に微細中空室を作るようにした微細中空室の製造
方法。 (イ) シリコン結晶基板上に酸化膜を形成するとと
もに微細中空室を作る該当位置の酸化膜を除去
して第1の穴を設ける工程、 (ロ) シリコン結晶基板上に前記第1の穴を埋める
ように第1のエピタキシヤル層を成長させる工
程、 (ハ) 第1のエピタキシヤル層に接し前記シリコン
結晶基板に通じるように酸化膜を除去して第2
の穴を設ける工程、 (ニ) 第2の穴を埋めかつ第1のエピタキシヤル層
の表面を覆うように第2のエピタキシヤル層を
成長させる工程、 (ホ) 第2のエピタキシヤル層とシリコン結晶基板
に接し、かつ第1のエピタキシヤル層に通じる
ように酸化膜の一部を除去して第3の穴を設け
る工程、 (ヘ) 第3の穴から第1のエピタキシヤル層をエツ
チングにより除去する工程、 (ト) 第3の穴を第3の層により封止する工程。 2 特許請求の範囲第1項において、第3の層
を、エピタキシヤル層とした微細中空室の製造方
法。 3 特許請求の範囲第1項において、第3の層
を、蒸着又はスパツタによつて形成するようにし
た微細中空室の製造方法。
[Scope of Claims] 1. A method for manufacturing a microscopic hollow chamber, in which a microscopic hollow chamber is formed on a silicon crystal substrate through the following steps (a) to (g). (b) Forming an oxide film on the silicon crystal substrate and removing the oxide film at corresponding positions where microscopic hollow chambers are to be formed to form a first hole; (b) forming the first hole on the silicon crystal substrate; (c) removing the oxide film and growing a second epitaxial layer in contact with the first epitaxial layer and communicating with the silicon crystal substrate;
(d) growing a second epitaxial layer to fill the second hole and cover the surface of the first epitaxial layer; (e) forming a second epitaxial layer and silicon; (f) forming a third hole by removing a portion of the oxide film in contact with the crystal substrate and communicating with the first epitaxial layer; (f) etching the first epitaxial layer from the third hole; (g) A step of sealing the third hole with the third layer. 2. A method for manufacturing a microscopic hollow chamber according to claim 1, wherein the third layer is an epitaxial layer. 3. The method for manufacturing micro hollow chambers according to claim 1, wherein the third layer is formed by vapor deposition or sputtering.
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