JPH07107496B2 - 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
- Publication number
- JPH07107496B2 JPH07107496B2 JP19314887A JP19314887A JPH07107496B2 JP H07107496 B2 JPH07107496 B2 JP H07107496B2 JP 19314887 A JP19314887 A JP 19314887A JP 19314887 A JP19314887 A JP 19314887A JP H07107496 B2 JPH07107496 B2 JP H07107496B2
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- Japan
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- silicon
- film
- support
- silicon substrate
- microsensor
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- Pressure Sensors (AREA)
- Weting (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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ッチングを利用したシリ
コンマイクロセンサに関し、特に支持体部の材料、構造
およびその製造方法に関する。
コンマイクロセンサに関し、特に支持体部の材料、構造
およびその製造方法に関する。
＜発明の背景＞ 赤外線センサ，フローセンサ，ガスセンサなど熱収支を
利用するセンサでは、発熱部や検出部を微小化・薄膜化
することによって高感度化，高速応答化，低消費電力化
が可能となる。また、圧力センサ，振動センサ，加速度
センサなど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、高感度化，微小化が図
られる。以上のように、センサ部を非常に薄い支持体で
形成することによってセンサの高感度化，低消費電力
化，センサチップの微小化、さらには各種センサの複合
化，集積化も可能になる。このような理由から近年、シ
リコンの異方性エッチングにより微細な薄膜状の支持体
を形成する、いわゆるマイクロマシーニング技術を応用
したシリコンマイクロセンサの開発が盛んである。その
支持体の形状は、ブリッジ，カンチレバー，ダイアフラ
ムなど様々である。支持体の各種形状の概略図を第３図
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す。次に上述の微細な薄膜状の
支持体を形成する方法について説明する。
利用するセンサでは、発熱部や検出部を微小化・薄膜化
することによって高感度化，高速応答化，低消費電力化
が可能となる。また、圧力センサ，振動センサ，加速度
センサなど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、高感度化，微小化が図
られる。以上のように、センサ部を非常に薄い支持体で
形成することによってセンサの高感度化，低消費電力
化，センサチップの微小化、さらには各種センサの複合
化，集積化も可能になる。このような理由から近年、シ
リコンの異方性エッチングにより微細な薄膜状の支持体
を形成する、いわゆるマイクロマシーニング技術を応用
したシリコンマイクロセンサの開発が盛んである。その
支持体の形状は、ブリッジ，カンチレバー，ダイアフラ
ムなど様々である。支持体の各種形状の概略図を第３図
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す。次に上述の微細な薄膜状の
支持体を形成する方法について説明する。
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・水の混合液）、NaOH,KOHなどのアルカリ液でエ
ッチングすると、結晶軸によってエッチング速度が大き
く異なる結晶軸異方性がある。すなわち＜111＞方向の
エッチング速度が、他の＜100＞や＜110＞等の方向に比
べて極端に遅い。この性質のために、例えば（100）ウ
ェハーに、SiO2をマスクとしてエッチングで穴を開ける
と、ウェハー面と54.7゜の角度をなす４つの（111）面
で囲まれた逆ピラミッド形の穴が開く。また、（110）
ウェハーの場合には、ウェハー面と垂直な（111）面で
囲まれた穴が開く。このようなシリコンの結晶軸異方性
と、フォトグラフィ技術を組み合せて、シリコンを微細
な形状に正確にエッチング加工するのが、いわゆるマイ
クロマシーニング技術である。（100）ウェハーを用い
て、熱酸化膜を形成したのち、パターン化してマスクと
し、シリコンのエッチングを行なった例が第３図であ
る。この際薄膜状の支持体として残るのは、マスク材料
として用いた熱酸化膜である。マスク材料すなわち支持
体の材料であるSiO2膜は、熱酸化の方法以外に、CVD法
などで作製される。他の材料としてSi3N4膜が用いられ
ることもある。
コール・水の混合液）、NaOH,KOHなどのアルカリ液でエ
ッチングすると、結晶軸によってエッチング速度が大き
く異なる結晶軸異方性がある。すなわち＜111＞方向の
エッチング速度が、他の＜100＞や＜110＞等の方向に比
べて極端に遅い。この性質のために、例えば（100）ウ
ェハーに、SiO2をマスクとしてエッチングで穴を開ける
と、ウェハー面と54.7゜の角度をなす４つの（111）面
で囲まれた逆ピラミッド形の穴が開く。また、（110）
ウェハーの場合には、ウェハー面と垂直な（111）面で
囲まれた穴が開く。このようなシリコンの結晶軸異方性
と、フォトグラフィ技術を組み合せて、シリコンを微細
な形状に正確にエッチング加工するのが、いわゆるマイ
クロマシーニング技術である。（100）ウェハーを用い
て、熱酸化膜を形成したのち、パターン化してマスクと
し、シリコンのエッチングを行なった例が第３図であ
る。この際薄膜状の支持体として残るのは、マスク材料
として用いた熱酸化膜である。マスク材料すなわち支持
体の材料であるSiO2膜は、熱酸化の方法以外に、CVD法
などで作製される。他の材料としてSi3N4膜が用いられ
ることもある。
＜発明が解決しようとする問題点＞ 支持体材料としてSiO2膜を用いる場合、熱酸化法,CVD法
いずれの方法で作製しても、作製時の温度が600〜1000
℃と非常に高温であるために、シリコンウェハーと、Si
O2膜との熱膨張率の差によって、SiO2膜に歪が加わり、
マイクロブリッジ等の支持体を形成した際にヒビ割れや
破損が起こる。したがってSiO2膜のみでマイクロブリッ
ジ等の支持体を歩留り良く形成することは、非常に困難
であった。
いずれの方法で作製しても、作製時の温度が600〜1000
℃と非常に高温であるために、シリコンウェハーと、Si
O2膜との熱膨張率の差によって、SiO2膜に歪が加わり、
マイクロブリッジ等の支持体を形成した際にヒビ割れや
破損が起こる。したがってSiO2膜のみでマイクロブリッ
ジ等の支持体を歩留り良く形成することは、非常に困難
であった。
＜問題点を解決するための手段＞ 上記問題点を解決するためにと、本発明では、支持体を
スパッタ法で作製したSiO2膜と熱酸化法で作製したSiO2
膜との２層構造にすることで、SiO2膜のみでも、ヒビ割
れや破損のないマイクロブリッジ等の支持体を形成でき
る。スパッタ法を用いることにより、室温付近の基板温
度で、熱歪みの小さいSiO2膜を作製することができる。
スパッタ法を用いても、基板温度が高い場合には、熱歪
みによる支持体のヒビ割れや破損が起こるので300℃以
下が好ましい。しかし、SiO2ターゲットをArガスで高周
波スパッタするという通常のスパッタ条件では、作製さ
れたSiO2膜がEPW液等のエッチング液でエッチングされ
るという問題が残された。そこで、スパッタガスとして
ArにO2を混合したガスを用いたところ、EPW液等のエッ
チング液にも充分に耐えるSiO2膜が作製できることが判
った。Arガスに対するO2ガスの量は、0.5〜10％と少量
でよい。このようにして、EPW液等のエッチング液に耐
えるSiO2膜が得られたが、さらにもう１つの問題とし
て、スパッタ法で形成したSiO2膜には、ゴミ等異物によ
る欠陥が多く、エッチング時にここから液がしみ込み下
地のシリコンウェハーをエッチングしてしまい、エッチ
ピットが発生するという問題が残された。特にSiO2膜の
膜厚が薄い場合には多くのエッチピットが発生する。こ
のようなエッチピットは、熱酸化法で作製したSiO2膜の
場合には認められない。そこで、熱酸化法で作製したSi
O2膜の上にスパッタ法で作成したSiO2膜を重ねて形成し
た２層構造にすることによって、エッチピットの問題の
解決をはかった。この時のそれぞれの膜厚は、熱酸化膜
の厚みに比較して、スパッタ膜の厚みを厚くする必要が
ある。熱酸化膜が厚すぎると、、熱歪みによる残留応力
が大きすぎて、マイクロブリッジ等の支持体を形成した
時に、スパッタ膜までヒビ割れや破損が起こってしま
う。従って、膜厚は、熱酸化膜が数100Å〜数1000Å，
スパッタ膜が、数1000Å〜数μｍの範囲で、スパッタ膜
の方を厚くするのが好ましい。
スパッタ法で作製したSiO2膜と熱酸化法で作製したSiO2
膜との２層構造にすることで、SiO2膜のみでも、ヒビ割
れや破損のないマイクロブリッジ等の支持体を形成でき
る。スパッタ法を用いることにより、室温付近の基板温
度で、熱歪みの小さいSiO2膜を作製することができる。
スパッタ法を用いても、基板温度が高い場合には、熱歪
みによる支持体のヒビ割れや破損が起こるので300℃以
下が好ましい。しかし、SiO2ターゲットをArガスで高周
波スパッタするという通常のスパッタ条件では、作製さ
れたSiO2膜がEPW液等のエッチング液でエッチングされ
るという問題が残された。そこで、スパッタガスとして
ArにO2を混合したガスを用いたところ、EPW液等のエッ
チング液にも充分に耐えるSiO2膜が作製できることが判
った。Arガスに対するO2ガスの量は、0.5〜10％と少量
でよい。このようにして、EPW液等のエッチング液に耐
えるSiO2膜が得られたが、さらにもう１つの問題とし
て、スパッタ法で形成したSiO2膜には、ゴミ等異物によ
る欠陥が多く、エッチング時にここから液がしみ込み下
地のシリコンウェハーをエッチングしてしまい、エッチ
ピットが発生するという問題が残された。特にSiO2膜の
膜厚が薄い場合には多くのエッチピットが発生する。こ
のようなエッチピットは、熱酸化法で作製したSiO2膜の
場合には認められない。そこで、熱酸化法で作製したSi
O2膜の上にスパッタ法で作成したSiO2膜を重ねて形成し
た２層構造にすることによって、エッチピットの問題の
解決をはかった。この時のそれぞれの膜厚は、熱酸化膜
の厚みに比較して、スパッタ膜の厚みを厚くする必要が
ある。熱酸化膜が厚すぎると、、熱歪みによる残留応力
が大きすぎて、マイクロブリッジ等の支持体を形成した
時に、スパッタ膜までヒビ割れや破損が起こってしま
う。従って、膜厚は、熱酸化膜が数100Å〜数1000Å，
スパッタ膜が、数1000Å〜数μｍの範囲で、スパッタ膜
の方を厚くするのが好ましい。
以上の様に、本発明は、薄い熱酸化膜の上にスパッタ膜
を重ねた２層構造とすることによって、強度が強く平坦
で、ヒビ割れや破損のないマイクロブリッジ等の支持体
を形成し、シリコンウェハー上のエッチピットもないシ
リコンマイクロセンサを提供しようとするものである。
を重ねた２層構造とすることによって、強度が強く平坦
で、ヒビ割れや破損のないマイクロブリッジ等の支持体
を形成し、シリコンウェハー上のエッチピットもないシ
リコンマイクロセンサを提供しようとするものである。
＜実施例＞ 第１図に本発明の１実施例であるシリコンマイクロセン
サの断面図及び平面図を、第２図にその製作工程毎の断
面図を示す。
サの断面図及び平面図を、第２図にその製作工程毎の断
面図を示す。
シリコンウェハー１の表面を熱酸化し、熱酸化膜２を形
成する（第２図（Ａ））、片面の熱酸化膜２上にスパッ
タ法でSiO2膜３を熱酸化膜２より厚く形成する（第２図
（Ｂ））。スパッタ条件はアルゴン中に酸素を１〜５％
混入した混合ガスを用い、全ガス圧6Pa、基板温度100℃
で行なった。つぎに、フォトレジストとフッ酸緩衝液を
用いて、スパッタ膜３および熱酸化膜２をエッチング
し、パターン化する（第２図（Ｃ））。このパターン化
したスパッタ膜３および熱酸化膜２をマスクとして、沸
点近くまで昇温したEPW液でシリコンウェハー１をエッ
チングし、シリコンウェハー１に空洞を形成してマイク
ロブリッジを作製する（第２図（Ｄ））。最後に、得ら
れたマイクロブリッジ部にセンサ材料となる薄膜４およ
び電極５を形成して、第１図のシリコンマイクロセンサ
が完成する。薄膜４としては赤外線センサ材料，感ガス
材料，感湿材料，圧力センサ材料等種々のものが利用さ
れる。
成する（第２図（Ａ））、片面の熱酸化膜２上にスパッ
タ法でSiO2膜３を熱酸化膜２より厚く形成する（第２図
（Ｂ））。スパッタ条件はアルゴン中に酸素を１〜５％
混入した混合ガスを用い、全ガス圧6Pa、基板温度100℃
で行なった。つぎに、フォトレジストとフッ酸緩衝液を
用いて、スパッタ膜３および熱酸化膜２をエッチング
し、パターン化する（第２図（Ｃ））。このパターン化
したスパッタ膜３および熱酸化膜２をマスクとして、沸
点近くまで昇温したEPW液でシリコンウェハー１をエッ
チングし、シリコンウェハー１に空洞を形成してマイク
ロブリッジを作製する（第２図（Ｄ））。最後に、得ら
れたマイクロブリッジ部にセンサ材料となる薄膜４およ
び電極５を形成して、第１図のシリコンマイクロセンサ
が完成する。薄膜４としては赤外線センサ材料，感ガス
材料，感湿材料，圧力センサ材料等種々のものが利用さ
れる。
上記実施例ではブリッジの例を示したが、カンチレバー
についても同様に作製可能である。
についても同様に作製可能である。
＜発明の効果＞ 本発明の支持体上にセンサ材料を形成することにより、
機械的強度，熱的強度が強く、信頼性の高いシリコンマ
イクロセンサが得られる。
機械的強度，熱的強度が強く、信頼性の高いシリコンマ
イクロセンサが得られる。
すなわち、支持体を熱酸化シリコン膜と酸化シリコンス
パッタ膜との２層構造としたことにより、機械的強度及
び信頼性が向上し、また、ゴミ等異物からのエッチピッ
ト発生がなくなり、製造歩留まりが向上する。また、下
層の熱酸化シリコン膜の膜厚よりも上層の酸化シリコン
スパッタ膜の膜厚を厚く設定したことにより、熱歪みが
少なくなり機械的強度が向上し、支持体のヒビ割れや破
損が少なくなって、信頼性及び製造歩留まりが向上す
る。さらに、酸素を少量含むアルゴンガスでスパッタリ
ングして酸化シリコンスパッタ膜を形成したことによ
り、シリコンエッチャントに対し耐エッチング性能が向
上する。さらに、酸化シリコンスパッタ膜のスパッタリ
ング時にシリコン基板温度を室温〜300℃の範囲に設定
することにより、熱歪みが少なくなり、支持体の破損が
少なくなる。
パッタ膜との２層構造としたことにより、機械的強度及
び信頼性が向上し、また、ゴミ等異物からのエッチピッ
ト発生がなくなり、製造歩留まりが向上する。また、下
層の熱酸化シリコン膜の膜厚よりも上層の酸化シリコン
スパッタ膜の膜厚を厚く設定したことにより、熱歪みが
少なくなり機械的強度が向上し、支持体のヒビ割れや破
損が少なくなって、信頼性及び製造歩留まりが向上す
る。さらに、酸素を少量含むアルゴンガスでスパッタリ
ングして酸化シリコンスパッタ膜を形成したことによ
り、シリコンエッチャントに対し耐エッチング性能が向
上する。さらに、酸化シリコンスパッタ膜のスパッタリ
ング時にシリコン基板温度を室温〜300℃の範囲に設定
することにより、熱歪みが少なくなり、支持体の破損が
少なくなる。
そして、このシリコンマイクロセンサは、赤外線セン
サ，フローセンサ，ガスセンサ等の熱収支を利用するセ
ンサに応用でき、高感度化，低消費電力化に役立つ。ま
た、圧力センサ，振動センサ，加速度センサ等可動部を
有するセンサへの応用も可能である。さらに、センサの
微小化，複合化，集積化にも寄与する。
サ，フローセンサ，ガスセンサ等の熱収支を利用するセ
ンサに応用でき、高感度化，低消費電力化に役立つ。ま
た、圧力センサ，振動センサ，加速度センサ等可動部を
有するセンサへの応用も可能である。さらに、センサの
微小化，複合化，集積化にも寄与する。
第１図は本発明の１実施例を示すシリコンマイクロセン
サの断面図及び平面図である。 第２図は第１図に示すシリコンマイクロセンサの製造工
程図である。 第３図は、従来のシリコンマイクロセンサの支持体形状
を示す構成図である。 １……シリコン基板、２……熱酸化膜 ３……スパッタ膜、４……センサ膜 ５……電極
サの断面図及び平面図である。 第２図は第１図に示すシリコンマイクロセンサの製造工
程図である。 第３図は、従来のシリコンマイクロセンサの支持体形状
を示す構成図である。 １……シリコン基板、２……熱酸化膜 ３……スパッタ膜、４……センサ膜 ５……電極
Claims (4)
- 【請求項１】シリコン基板と、該シリコン基板との間に
空隙部を有し該シリコン基板に固着された絶縁物からな
る支持体と、該支持体上に設けられたセンサ膜とを備え
たシリコンマイクロセンサにおいて、 前記支持体が２層構造からなり、下層が熱酸化シリコン
膜であり、上層が酸化シリコンスパッタ膜であることを
特徴とするシリコンマイクロセンサ。 - 【請求項２】前記熱酸化シリコン膜の膜厚よりも前記酸
化シリコンスパッタ膜の膜厚が厚く設定されていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のシリコンマ
イクロセンサ。 - 【請求項３】シリコン基板の表面を熱酸化して熱酸化シ
リコン膜を形成する工程と、 該熱酸化シリコン膜上に酸素を少量含むアルゴンガスを
用いてスパッタリングすることにより酸化シリコンスパ
ッタ膜を形成して２層構造からなる絶縁膜を前記シリコ
ン基板上に形成する工程と、 フォトエッチ工程により前記絶縁膜を所望の支持体に形
成すると共に不要な部分を除去して前記シリコン基板表
面を露出する工程と、 前記支持体をマスクにして前記シリコン基板表面からシ
リコンエッチャントにより前記支持体と前記シリコン基
板との間に空隙部を形成する工程と、 前記支持体上にセンサ膜を配設する工程と を含むことを特徴とするシリコンマイクロセンサの製造
方法。 - 【請求項４】シリコン基板温度を室温〜300℃の範囲に
設定してスパッタリングにより前記酸化シリコンスパッ
タ膜を形成することを特徴とする特許請求の範囲第３項
に記載の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 |
|---|---|---|---|
| JP19314887A JPH07107496B2 (ja) | 1987-07-31 | 1987-07-31 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP19314887A JPH07107496B2 (ja) | 1987-07-31 | 1987-07-31 | 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 |
|---|---|
| JPS6435352A JPS6435352A (en) | 1989-02-06 |
| JPH07107496B2 true JPH07107496B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=16303083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19314887A Expired - Lifetime JPH07107496B2 (ja) | 1987-07-31 | 1987-07-31 | 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) | JPH07107496B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07152049A (ja) * | 1993-11-29 | 1995-06-16 | Sharp Corp | 液晶表示装置およびその製造方法 |
| US5734452A (en) * | 1994-09-26 | 1998-03-31 | Sharp Kabushiki Kaisha | Two-terminal non-linear resistive device and a method for producing the same in which nickel or iron is an impurity in the zinc sulfide layer |
| TWI434037B (zh) | 2010-12-03 | 2014-04-11 | Ind Tech Res Inst | 氣體感測器及其製造方法 |
| EP3980557A4 (en) * | 2019-06-07 | 2023-07-26 | Applied Materials, Inc. | METHODS OF MAKING TWO-PORE SENSORS |
| CN111847377A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 中国计量大学 | 一种硅基mems微半球阵列的制备方法 |
-
1987
- 1987-07-31 JP JP19314887A patent/JPH07107496B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6435352A (en) | 1989-02-06 |
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