JPH07249783A - Production of diaphragm - Google Patents

Production of diaphragm

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JPH07249783A
JPH07249783A JP3893194A JP3893194A JPH07249783A JP H07249783 A JPH07249783 A JP H07249783A JP 3893194 A JP3893194 A JP 3893194A JP 3893194 A JP3893194 A JP 3893194A JP H07249783 A JPH07249783 A JP H07249783A
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silicon substrate
ring
shaped
mask
dry etching
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Tomoaki Gotou
友彰 後藤
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Abstract

PURPOSE:To make a ring-like U-groove having a vertical side wall and a micro round bottom face corner part in the surface of a silicon substrate. CONSTITUTION:Silicon oxide 2 is deposited by 2mum, as a mask, on the surface of a silicon substrate 1 of 200mum thick and then it is removed using hydrofluoric acid solution to obtain a ring-like exposed part 3. The reaction gas for dry etching is produced by mixing hexafluorosuifric gas and oxygen gas with the ratio of oxygen gas being set in the range of 1-70% and the pressure in a reaction chamber is set at 1-10 Pa. High frequency power is applied between upper and lower electrodes at a rate of 0.3-2.0W/cm<2> to cause physical chemical reaction between the exposed part 3 of the silicon substrate 1 and radicals or reaction gas ions in a plasma produced in a relative space thus effecting dry etching on the exposed part 3. Consequently, a ring-like U-shaped groove of 170mum deep having vertical side wall and micro round corner on the bottom face is obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、設計要求に応えるた
めに、ドライエッチング法によってシリコン基板表面
に、側壁が表面に垂直になり、底面の隅部に微小な丸み
をもち、かつ底面の隅部近くにゆるやかな凹部をもつ輪
形のU字溝を形成するダイヤフラムの製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION In order to meet design requirements, the present invention provides a dry etching method for a silicon substrate surface in which side walls are perpendicular to the surface and bottom corners have minute roundness and bottom corners. The present invention relates to a method of manufacturing a diaphragm in which a ring-shaped U-shaped groove having a gentle concave portion is formed near the portion.

【0002】[0002]

【従来の技術】二つの従来例について、以下に図を参照
しながら説明する。図9は一従来例の初期工程の断面
図、図10は同じくその中間工程の断面図である。図9に
おいて、シリコン基板1 の上面に、輪形の帯状領域の露
出部33をつくるように、シリコン酸化膜31とシリコン窒
化膜32とからなるマスクを被着させる。なお図では、輪
形帯状領域の右側の露出部33だけが図示されている。こ
の状態で、ふっ酸系溶液でウェットエッチングすると、
図10に示すように、底面が平らで隅部に大きな丸みをも
つU字溝が形成される。さて、ここには図示してない
が、次の工程でマスクが除去される。
2. Description of the Related Art Two conventional examples will be described below with reference to the drawings. FIG. 9 is a sectional view of an initial step of one conventional example, and FIG. 10 is a sectional view of an intermediate step thereof. In FIG. 9, a mask composed of a silicon oxide film 31 and a silicon nitride film 32 is deposited on the upper surface of the silicon substrate 1 so as to form an exposed portion 33 of a ring-shaped band region. In the drawing, only the exposed portion 33 on the right side of the ring-shaped region is shown. In this state, when wet etching with a hydrofluoric acid-based solution,
As shown in FIG. 10, a U-shaped groove having a flat bottom surface and large rounded corners is formed. Although not shown here, the mask is removed in the next step.

【0003】図11は別の従来例の初期工程の断面図、図
12は同じくその中間工程の断面図である。図11におい
て、シリコン基板1 の上面に、輪形の帯状領域の露出部
42をつくるように、シリコン窒化膜41のマスクを被着さ
せる。この状態で、アルカリ系溶液でウェットエッチン
グすると、図12に示すように、底面が平らで隅部が直角
なU字溝が形成される。次のマスク除去工程は省略して
ある。
FIG. 11 is a sectional view showing the initial process of another conventional example.
12 is a sectional view of the same intermediate step. In FIG. 11, on the upper surface of the silicon substrate 1, the exposed portion of the ring-shaped band area is formed.
A mask of silicon nitride film 41 is deposited to form 42. In this state, wet etching with an alkaline solution forms a U-shaped groove having a flat bottom surface and right-angled corners, as shown in FIG. The next mask removing step is omitted.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一従来例では、ふっ酸
系溶液によるウェットエッチングが等方的に進行するの
で、U字溝の底面が平らで隅部に大きな丸みをもつ。こ
の隅部の大きい丸みのため、ダイヤフラムの感度が低下
し、また小形化が阻害される欠点がある。別の従来例で
は、アルカリ系溶液によるウェットエッチングがシリコ
ン基板の面方位に応じて進行するので、面方位を表面に
直角になるように選択することによって、U字溝の底面
が平らで隅部が直角になるようにすることができる。こ
の直角な隅部は、ダイヤフラムの感度を高めるには有利
であるが、応力集中が起こりやすく破壊の要因になる。
また、シリコン基板の面方位が、ダイヤフラム製造上の
制約条件になるという欠点もある。
In one conventional example, wet etching with a hydrofluoric acid-based solution proceeds isotropically, so that the bottom surface of the U-shaped groove is flat and the corners have large roundness. Due to the large roundness of the corners, there is a drawback that the sensitivity of the diaphragm is lowered and the miniaturization is hindered. In another conventional example, wet etching with an alkaline solution proceeds according to the plane orientation of the silicon substrate, so by selecting the plane orientation to be perpendicular to the surface, the bottom surface of the U-shaped groove is flat and the corner portion is Can be at a right angle. This right-angled corner is advantageous for increasing the sensitivity of the diaphragm, but stress concentration is likely to occur, which causes destruction.
Further, there is also a drawback that the plane orientation of the silicon substrate becomes a constraint condition for manufacturing the diaphragm.

【0005】さらに、一従来例, 別の従来例に共通し
た、ウェットエッチング法による欠点として、シリコ
ン基板に被着させるマスクの厚さには制限があるから、
使用可能なシリコン基板の厚さや、形成可能なU字溝深
さひいてはU字溝底面部分の厚さに限度がある、シリ
コンウェハからシリコン基板を数百個程度の多数個取り
をするとき、各シリコン基板のU字溝底面部分の厚さに
バラツキを生じ、製品の歩留り率が低下する恐れがあ
る、エッチング液として酸やアルカリを用いるので作
業性が悪い、エッチング液の維持管理が難しい──な
どがある。
Further, as a drawback of the wet etching method common to one conventional example and another conventional example, there is a limit to the thickness of the mask to be deposited on the silicon substrate,
There is a limit to the thickness of the usable silicon substrate, the depth of the U-shaped groove that can be formed, and the thickness of the bottom surface of the U-shaped groove. When taking several hundred silicon substrates from a silicon wafer, There is a risk that the thickness of the bottom surface of the U-shaped groove of the silicon substrate will vary, and the yield rate of the product may decrease. Poor workability due to the use of acid or alkali as the etching liquid, and difficult maintenance of the etching liquid. and so on.

【0006】この発明が解決すべき課題は、従来の技術
がもつ以上の問題点を解消し、設計要求に応えるため
に、シリコン基板表面に、側壁が表面に垂直になり、底
面の隅部に微小な丸みをもち、かつ底面の隅部近くにゆ
るやかな凹部をもつ輪形のU字溝を形成するダイヤフラ
ムの製造方法を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to solve the above problems of the prior art and to meet the design requirements, in which the side wall is vertical to the surface of the silicon substrate and the corner of the bottom surface is formed. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a diaphragm having a round U-shaped groove having a minute roundness and a gentle recess near the corner of the bottom surface.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、シリコン基
板の表面に、輪形の帯状領域だけが露出するように、シ
リコン酸化膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させ
る工程と;陽極結合方式のドライエッチング装置におい
て、六ふっ化硫黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして
用い、反応ガスの酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積
当たり高周波電力が 0.3〜2.0 W/cm2 、反応室内の圧力
が 1〜10 Pa の条件で、マスク被着のシリコン基板をド
ライエッチングし輪形のU字溝を形成する工程と;から
なる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a step of depositing a mask of a silicon oxide film or an aluminum film on the surface of a silicon substrate so that only a ring-shaped region is exposed; In the etching device, using a mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen as a reaction gas, the oxygen mixing ratio of the reaction gas is 1 to 70%, the high frequency power per electrode unit area is 0.3 to 2.0 W / cm 2 , and the reaction chamber A step of forming a ring-shaped U-shaped groove by dry etching the mask-coated silicon substrate under a pressure of 1 to 10 Pa.

【0008】また、この発明は、シリコン基板の表面
に、輪形の帯状領域だけが露出するように、シリコン酸
化膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させる工程
と;陽極結合方式のドライエッチング装置において、六
ふっ化硫黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして用い、
反応ガスの酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積当たり
高周波電力が 2.0〜6.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 10
〜120 Paの条件で、マスク被着のシリコン基板をドライ
エッチングし輪形のU字溝を形成する工程と;からな
る。
Also, the present invention comprises a step of depositing a mask of a silicon oxide film or an aluminum film on the surface of the silicon substrate so that only the ring-shaped region is exposed; in an anodic bonding type dry etching apparatus, Using a mixed gas of sulfur hexafluoride and oxygen as a reaction gas,
The oxygen mixing ratio of the reaction gas is 1 to 70%, the high frequency power per unit area of the electrode is 2.0 to 6.0 W / cm 2 , the pressure in the reaction chamber is 10
A step of forming a ring-shaped U-shaped groove by dry etching the mask-coated silicon substrate under the condition of 120 Pa.

【0009】さらに、輪形のU字溝は、シリコン基板の
片面だけに形成されること、またはシリコン基板の両面
に相対させて形成されることが可能である。
Further, the ring-shaped U-shaped groove can be formed on only one side of the silicon substrate, or can be formed opposite to both sides of the silicon substrate.

【0010】[0010]

【作用】この発明では、シリコン基板の表面に、輪形の
帯状領域だけが露出するようにシリコン酸化膜またはア
ルミニウム膜のマスクを被着させ、次に陽極結合方式の
ドライエッチング装置において、六ふっ化硫黄と酸素と
の混合ガスを反応ガスとして用い、反応ガスの酸素混合
比が 1〜70 %、電極単位面積当たり高周波電力が0.3〜
2.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 1〜10 Pa の条件で、マ
スク被着のシリコン基板をドライエッチングし輪形のU
字溝を形成する。すなわち、六ふっ化硫黄と酸素とは、
プラズマ中で解離して、ふっ素ラジカルと酸素ラジカル
が生成される。プラズマ中の酸素ラジカルがシリコン基
板のシリコン原子と反応し、瞬間的な中間生成物として
酸化シリコンが生成される。この酸化シリコンと、ふっ
素ラジカルが反応して四ふっ素シリコンが生成される。
この四ふっ素シリコンは、沸点が非常に低いので、自然
にガスとなって反応室外に排出される。
According to the present invention, a mask of a silicon oxide film or an aluminum film is deposited on the surface of a silicon substrate so that only a ring-shaped region is exposed, and then a hexafluoride film is formed in an anodic bonding type dry etching apparatus. Using a mixed gas of sulfur and oxygen as the reaction gas, the oxygen mixing ratio of the reaction gas is 1 to 70%, and the high frequency power per electrode unit area is 0.3 to
Under the conditions of 2.0 W / cm 2 and the pressure in the reaction chamber of 1 to 10 Pa, the silicon substrate on which the mask is deposited is dry-etched to form a ring-shaped U.
Form a groove. That is, sulfur hexafluoride and oxygen are
When dissociated in plasma, fluorine radicals and oxygen radicals are generated. Oxygen radicals in the plasma react with silicon atoms on the silicon substrate to produce silicon oxide as an instantaneous intermediate product. This silicon oxide reacts with fluorine radicals to produce tetrafluorosilicon.
Since this tetrafluorosilicon has a very low boiling point, it naturally becomes a gas and is discharged to the outside of the reaction chamber.

【0011】さて酸化シリコンは、本出願人の特許出願
に係る特願平2-275626号に記載しているように、マスキ
ング効果つまりエッチング反応を妨げる作用をもつ。し
たがって、エッチング反応中にシリコン基板に形成され
るU字溝の側壁に、酸化シリコンが効率良く堆積し、そ
のマスキング効果によって、側壁を垂直にエッチングす
ることが可能になり、またこれと同時に、U字溝の深さ
方向には、シリコン基板付近に存在する小さな電位勾配
に基づく極めてわずかなイオンのアシスト効果によっ
て、酸化シリコンのマスキング効果が阻止されてエッチ
ング反応が進行しやすくなる、と推定される。また、電
極単位面積当たり高周波電力が 0.3〜2.0W/cm2 で、R
IE(反応性イオンエッチング)装置に比べて小さいか
ら、ドライエッチングの選択比を大幅に向上させること
ができる。その結果、シリコン基板に形成した輪形のU
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底面隅部に微小
な丸みをもつ。
Silicon oxide has a masking effect, that is, an effect of hindering an etching reaction, as described in Japanese Patent Application No. 2-275626 filed by the present applicant. Therefore, silicon oxide is efficiently deposited on the sidewalls of the U-shaped groove formed in the silicon substrate during the etching reaction, and the masking effect makes it possible to etch the sidewalls vertically. It is presumed that in the depth direction of the groove, the masking effect of silicon oxide is blocked by the extremely slight assisting effect of ions due to the small potential gradient existing near the silicon substrate, and the etching reaction is likely to proceed. . Also, the high frequency power per electrode unit area is 0.3 to 2.0 W / cm 2 , and R
Since it is smaller than the IE (Reactive Ion Etching) apparatus, the selectivity of dry etching can be greatly improved. As a result, the ring-shaped U formed on the silicon substrate
The groove has a vertical side wall and a minute roundness at the bottom corner.

【0012】また、この発明では、シリコン基板の表面
に、輪形の帯状領域だけが露出するようにシリコン酸化
膜またはアルミニウム膜のマスクを被着させ、次に陽極
結合方式のドライエッチング装置において、六ふっ化硫
黄と酸素との混合ガスを反応ガスとして用い、反応ガス
の酸素混合比が 1〜70 %、電極単位面積当たり高周波電
力が 2.0〜6.0 W/cm2 、反応室内の圧力が 10 〜120 Pa
の条件で、マスク被着のシリコン基板をドライエッチン
グし輪形のU字溝を形成する。すなわち、先に述べたよ
うな反応メカニズムによって、シリコン基板の輪形のU
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底面隅部に微小
な丸みをもつとともに、電極単位面積当たり高周波電力
と反応室内の圧力とをより高めたことで、側壁からの跳
ね返ったイオンの衝撃によって、U字溝底面の側壁に近
い部分つまり隅部近くが他の部分より急速にエッチング
され、底面の隅部近くにゆるやかな凹部が形成される。
Further, in the present invention, a mask of a silicon oxide film or an aluminum film is deposited on the surface of the silicon substrate so that only the ring-shaped region is exposed. Using a mixed gas of sulfur fluoride and oxygen as the reaction gas, the oxygen mixing ratio of the reaction gas is 1 to 70%, the high frequency power per unit area of the electrode is 2.0 to 6.0 W / cm 2 , and the pressure in the reaction chamber is 10 to 120%. Pa
Under the conditions described above, the silicon substrate on which the mask is deposited is dry-etched to form a ring-shaped U-shaped groove. That is, the ring-shaped U of the silicon substrate is formed by the reaction mechanism as described above.
The side wall of the groove is vertical, and the bottom corners have a small roundness, and the high frequency power per unit area of the electrode and the pressure inside the reaction chamber have been increased, so that the impact of the ions bounced from the side wall As a result, the portion of the bottom surface of the U-shaped groove near the side wall, that is, near the corner, is etched more rapidly than other portions, and a gentle recess is formed near the corner of the bottom surface.

【0013】なお、シリコン基板表面に被着されるマス
クは、シリコン酸化膜またはアルミニウム膜にすること
ができるから、アルミニウム膜の選択によって、シリコ
ン酸化膜に比べて1mm程度の厚いシリコン基板に対し深
彫りのエッチングが可能になる。また、輪形のU字溝
は、シリコン基板の片面だけに形成されることも、また
は、両面に相対させて形成することも可能であるから、
ダイヤフラムの特性が変えられる。
The mask deposited on the surface of the silicon substrate can be a silicon oxide film or an aluminum film. Therefore, depending on the selection of the aluminum film, the depth of the mask is about 1 mm thicker than that of the silicon oxide film. Carving etching becomes possible. Further, since the ring-shaped U-shaped groove can be formed only on one surface of the silicon substrate or can be formed so as to face both surfaces,
The characteristics of the diaphragm can be changed.

【0014】[0014]

【実施例】この発明に係るダイヤフラムの製造方法の三
つの適用例について、以下に図を参照しながら説明す
る。第1適用例について、図1,図2を参照しながら説
明する。図1はその初期工程の断面図、図2はその中間
工程の断面図である。図1において、シリコン基板1 は
厚さ200 μmで、その上側表面に熱酸化処理によって厚
さ2 μmのシリコン酸化膜2 をマスクとして形成する。
このシリコン酸化膜2をふっ酸溶液を用いて除去し、輪
形の帯状領域としての露出部3 をつくる。この露出部3
が、次に述べるようにしてドライエッチングされる。な
お、マスクはシリコン酸化膜に代えてアルミニウム膜に
することができ、とくにアルミニウム膜の選択によっ
て、シリコン酸化膜に比べて1mm程度の厚いシリコン基
板に対し深彫りのエッチングが可能になる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Three application examples of the method of manufacturing a diaphragm according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The first application example will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a sectional view of the initial step, and FIG. 2 is a sectional view of the intermediate step. In FIG. 1, a silicon substrate 1 has a thickness of 200 μm, and a silicon oxide film 2 having a thickness of 2 μm is formed on the upper surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation as a mask.
The silicon oxide film 2 is removed by using a hydrofluoric acid solution to form an exposed portion 3 as a ring-shaped band region. This exposed part 3
Is dry-etched as described below. The mask can be an aluminum film instead of the silicon oxide film, and by selecting the aluminum film in particular, deep etching can be performed on a silicon substrate that is thicker than the silicon oxide film by about 1 mm.

【0015】ここで、ドライエッチングがおこなわれる
装置について、図8のドライエッチング装置の構成図を
参照しながら説明する。この装置は、陽極結合方式の平
行平板型と呼ばれ、反応室11の内部にステージ兼用の下
部電極12と、これに 5〜100mmの距離で相対する上部電
極13とが配設される。底板14の周辺部に排気管15が分散
して設けられ、それぞれは底板14の中心部に向かい、か
つこれに平行に開口している。上部電極13には、マッチ
ングチューナ16を介して高周波電源17が接続される。上
部電極13に連接する接続体19と、反応室11の頂部18との
間隙20が、矢印で流入方向を示した反応ガス21の導入口
である。
Here, an apparatus for performing dry etching will be described with reference to the configuration diagram of the dry etching apparatus in FIG. This device is called a parallel plate type of anodic coupling type, and a lower electrode 12 also serving as a stage and an upper electrode 13 opposed to this at a distance of 5 to 100 mm are arranged inside a reaction chamber 11. Exhaust pipes 15 are provided in a dispersed manner in the peripheral portion of the bottom plate 14, each of which opens toward the center of the bottom plate 14 and is parallel to this. A high frequency power supply 17 is connected to the upper electrode 13 via a matching tuner 16. A gap 20 between the connector 19 connected to the upper electrode 13 and the top 18 of the reaction chamber 11 is an inlet for the reaction gas 21 whose inflow direction is indicated by an arrow.

【0016】ドライエッチング処理について述べる。シ
リコン基板1 が、ステージを兼ねる下部電極12の上面に
載置される。反応室11の内部に導入される反応ガス21
は、六ふっ化硫黄ガスと酸素ガスとが、酸素ガスの比率
1〜70% の範囲で混合されたもので、応室11内では 1〜
10 Pa の圧力が保持される。下部, 上部の各電極12,13
間に、0.3 〜2.0 W/cm2 の電極単位面積当たり高周波電
力が印加され、シリコン基板1 の露出部3(図1参照)
と、相対空間に形成されたプラズマ22内に存在するラジ
カルや反応ガスイオンとの間に物理化学的反応を起こさ
せることで、露出部3 からドライエッチングがおこなわ
れ、図2に示すように、深さ 170μmの輪形のU字形の
溝部4 が形成される、つまり溝部4 の底面部分の厚さは
30 μmになる。しかも、溝部4 の側壁5 は表面に対し
て垂直であり、かつ底面の隅部に微小な丸みをもってい
る。ところで、溝部4 が垂直な側壁5 をもつことで設計
性能の要求に応えることができ、底面隅部に微小な丸み
をもたせることで応力集中が避けられて破壊の要因の一
つが除去される。なお、次のマスク除去工程は省略して
ある。
The dry etching process will be described. The silicon substrate 1 is placed on the upper surface of the lower electrode 12 which also serves as a stage. Reaction gas 21 introduced into the reaction chamber 11
Is the ratio of oxygen gas to sulfur hexafluoride gas and oxygen gas
It is mixed in the range of 1 to 70%, and 1 to 70% in the reaction chamber 11.
The pressure of 10 Pa is maintained. Lower and upper electrodes 12, 13
High-frequency power of 0.3 to 2.0 W / cm 2 per unit area of the electrode was applied between the exposed parts 3 of the silicon substrate 1 (see Fig. 1).
And a physicochemical reaction between radicals and reaction gas ions existing in the plasma 22 formed in the relative space, dry etching is performed from the exposed portion 3, and as shown in FIG. A ring-shaped U-shaped groove 4 with a depth of 170 μm is formed, that is, the thickness of the bottom of the groove 4 is
It becomes 30 μm. Moreover, the side wall 5 of the groove 4 is perpendicular to the surface and has a small roundness at the corner of the bottom surface. By the way, the groove 4 has the vertical side wall 5 so that the requirement of design performance can be met, and the minute roundness at the bottom corner avoids stress concentration and eliminates one of the factors of destruction. The next mask removing step is omitted.

【0017】ドライエッチングのメカニズムについて詳
しく説明する。六ふっ化硫黄と酸素とは、プラズマ中で
解離して、ふっ素ラジカルと酸素ラジカルが生成され
る。プラズマ中の酸素ラジカルがシリコン基板のシリコ
ン原子と反応し、瞬間的な中間生成物として酸化シリコ
ンが生成される。この酸化シリコンと、ふっ素ラジカル
が反応して四ふっ素シリコンが生成される。この四ふっ
素シリコンは、沸点が非常に低いので、自然にガスとな
って反応室外に排出される。酸化シリコンは、先に述べ
たように( 本出願人の特許出願に係る特願平2-275626号
の記載内容) 、マスキング効果つまりエッチング反応を
妨げる作用をもつ。したがって、エッチング反応中にシ
リコン基板に形成される溝部4 の側壁5 に、酸化シリコ
ンが効率良く堆積し、そのマスキング効果によって、側
壁5 を垂直にエッチングすることが可能になり、またこ
れと同時に、溝部4 の深さ方向には、シリコン基板1 の
付近に存在する小さな電位勾配に基づく極めてわずかな
イオンのアシスト効果によって、酸化シリコンのマスキ
ング効果が阻止されてエッチング反応が進行しやすくな
る。また、電極単位面積当たり高周波電力が 0.3〜2.0
W/cm2 で、RIE(反応性イオンエッチング)装置に比
べて小さいから、ドライエッチングの選択比を大幅に向
上させることができる。その結果、シリコン基板1 に形
成された輪形の溝部4 は、その側壁5 が垂直になり、し
かも底面隅部に微小な丸みが生じる。
Details of the dry etching mechanism
Explain correctly. Sulfur hexafluoride and oxygen in the plasma
Dissociation produces fluorine radicals and oxygen radicals
It Oxygen radicals in the plasma are
Reacts with the nitrogen atom and forms silicon dioxide as an instantaneous intermediate product.
Are generated. This silicon oxide and fluorine radical
React to produce tetrafluorosilicon. This four
Since silicon has a very low boiling point, it naturally becomes a gas.
Is discharged outside the reaction chamber. Silicon oxide mentioned earlier
Tateyo (Japanese Patent Application No. 2-275626
, The masking effect, that is, the etching reaction
Has an interfering effect. Therefore, during the etching reaction,
On the side wall 5 of the groove 4 formed on the recon substrate, silicon oxide
Is efficiently deposited, and the masking effect of the
It is now possible to etch the wall 5 vertically,
At the same time, in the depth direction of the groove portion 4, the silicon substrate 1
Very small due to small potential gradients in the vicinity
Due to the ion assist effect, silicon oxide mask
The etching effect is blocked and the etching reaction is easy to proceed.
It In addition, high frequency power per electrode unit area is 0.3 to 2.0.
W / cm 2 Compared to RIE (Reactive Ion Etching) equipment
Since it is small, the selection ratio of dry etching is greatly improved.
Can be raised. As a result, the silicon substrate 1
The formed ring-shaped groove 4 has vertical side walls 5
A slight roundness occurs at the bottom corner.

【0018】第2適用例について、図3,図4を参照し
ながら説明する。図3はその初期工程の断面図、図4は
その中間工程の断面図である。図3において、シリコン
基板1 は厚さ200 μmで、その上側表面に熱酸化処理に
よって厚さ2 μmのシリコン酸化膜2 をマスクとして形
成し、これをふっ酸溶液を用いて除去し、輪形の帯状領
域としての露出部3 をつくる。なお、マスクをアルミニ
ウム膜にすることも可能である。ここまでは、第1適用
例と同じである。
The second application example will be described with reference to FIGS. 3 is a sectional view of the initial step, and FIG. 4 is a sectional view of the intermediate step. In FIG. 3, a silicon substrate 1 has a thickness of 200 μm, and a silicon oxide film 2 having a thickness of 2 μm is formed on the upper surface of the silicon substrate by a thermal oxidation process as a mask, and this is removed using a hydrofluoric acid solution to form a ring shape. Make exposed part 3 as a strip-shaped area. The mask may be an aluminum film. The process up to this point is the same as in the first application example.

【0019】ドライエッチング処理は、第1適用例に用
いたのと同じ装置においておこなわれる。すなわち、シ
リコン基板1 が、ステージを兼ねる下部電極12の上面に
載置される。反応室11の内部に導入される反応ガス21
は、六ふっ化硫黄ガスと酸素ガスとが、酸素ガスの比率
1〜70% の範囲で混合されたもので、第1適用例におけ
るのと同じであるが、以下の条件が第1適用例と異な
る。反応室11内では、第1適用例におけるより高い 10
〜120 Paの圧力が保持され、かつ下部, 上部の各電極1
2,13 間に、第1適用例におけるより高い2.0 〜6.0 W/c
m2 の電極単位面積当たり高周波電力が印加される。図
4に示すように、露出部3 からドライエッチングがおこ
なわれ、深さ 170μmの溝部4 が形成される。しかも、
溝部4 の側壁5は表面に対して垂直であり、かつ底面の
隅部に微小な丸みをもつとともに、隅部近くにゆくやか
な凹部6 が形成される。ところで、底面の隅部近くにゆ
るやかな凹部6 を形成することで、溝部4 の底面部分の
厚さを薄くしないで実質的に薄くしたと同程度の高感度
のダイヤフラムが得られる。
The dry etching process is carried out in the same apparatus as used in the first application example. That is, the silicon substrate 1 is placed on the upper surface of the lower electrode 12 which also serves as a stage. Reaction gas 21 introduced into the reaction chamber 11
Is the ratio of oxygen gas to sulfur hexafluoride gas and oxygen gas
It is mixed in the range of 1 to 70% and is the same as in the first application example, but the following conditions are different from the first application example. In reaction chamber 11, higher than in the first application example 10
A pressure of ~ 120 Pa is maintained, and the lower and upper electrodes 1
Between 2 and 13, higher than the first application example 2.0-6.0 W / c
High frequency power is applied per unit area of m 2 of electrode. As shown in FIG. 4, dry etching is performed from the exposed portion 3 to form a groove portion 4 having a depth of 170 μm. Moreover,
The side wall 5 of the groove 4 is perpendicular to the surface, has a minute roundness at the corner of the bottom surface, and a gentle recess 6 is formed near the corner. By forming the gradual recesses 6 near the corners of the bottom surface, it is possible to obtain a diaphragm having the same high sensitivity as when the bottom surface of the groove 4 is not thinned but is substantially thinned.

【0020】第2適用例の場合のエッチングメカニズム
は次のように考えられる。第1適用例の場合より電極単
位面積当たり高周波電力と、反応室内の圧力とを高めた
ことによって、側壁4 からの跳ね返ったイオンの衝撃に
よって、溝部4 の底面隅部近くが他の部分より急速にエ
ッチングされ、その結果、第1適用例における溝部4の
形成とともに、底面の隅部近くにゆるやかな凹部6 が形
成される。なお、マスクをシリコン酸化膜に代えてアル
ミニウム膜にすることによって、シリコン酸化膜に比べ
て1mm程度の厚いシリコン基板に対し深彫りのエッチン
グと、より深い凹部6 の形成とが可能になる。
The etching mechanism in the case of the second application example is considered as follows. By increasing the high-frequency power per unit area of the electrode and the pressure in the reaction chamber compared to the case of the first application example, the vicinity of the bottom corner of the groove 4 is faster than other parts due to the impact of the rebounded ions from the side wall 4. As a result, along with the formation of the groove portion 4 in the first application example, the gentle concave portion 6 is formed near the corner of the bottom surface. By using an aluminum film as the mask instead of the silicon oxide film, it becomes possible to perform deep etching on a silicon substrate thicker than the silicon oxide film by about 1 mm and to form a deeper recess 6.

【0021】第3適用例について、図5,図6,図7を
参照しながら説明する。図5はその初期工程の断面図、
図6はその中間工程の断面図、図7はその次工程の断面
図である。図5において、シリコン基板1 は厚さ 200μ
mで、その上側,下側の各表面に厚さ 2μmのシリコン
酸化膜2 をマスクとして形成し、これをふっ酸溶液を用
いて除去し、輪形の帯状領域としての露出部3 を上下相
対させてつくるのは、第1,第2の各適用例におけるの
と基本的に同じである。図6において、上側のドライエ
ッチングによるU字形の深さ85μmの溝部7 が形成され
る。この溝7 の側壁8 と、底面の隅部近くの凹部9 と
は、第1,第2の各適用例におけるのと基本的に同様で
ある。次に、シリコン基板1 を反転させて、図7におけ
るように、下側のドライエッチングによるU字形の深さ
85μmの溝部7 が形成される。したがって、各溝7 の底
面間は30μmの厚さになる。
A third application example will be described with reference to FIGS. 5, 6 and 7. 5 is a sectional view of the initial process,
6 is a sectional view of the intermediate step, and FIG. 7 is a sectional view of the next step. In FIG. 5, the silicon substrate 1 has a thickness of 200 μ.
m, a silicon oxide film 2 with a thickness of 2 μm is formed on each of the upper and lower surfaces as a mask, and this is removed using a hydrofluoric acid solution, and the exposed portion 3 as a ring-shaped belt-like region is vertically opposed to each other. The production is basically the same as in the first and second application examples. In FIG. 6, a U-shaped groove 7 having a depth of 85 μm is formed by dry etching on the upper side. The side wall 8 of the groove 7 and the recess 9 near the corner of the bottom surface are basically the same as in the first and second application examples. Next, turn over the silicon substrate 1 and, as shown in FIG. 7, perform a U-shaped depth by dry etching on the lower side.
Grooves 7 of 85 μm are formed. Therefore, the thickness between the bottoms of the grooves 7 is 30 μm.

【0022】[0022]

【発明の効果】この発明では、シリコン基板の輪形のU
字溝は、その側壁が垂直になり、しかも底隅部に微小な
丸みをもたせることができ、また、電極単位面積当たり
高周波電力と反応室内の圧力とをより高めることで、側
壁からの跳ね返ったイオンの衝撃によって、溝底面の側
壁に近い部分つまり隅部近くが他の部分より急速にエッ
チングされ、底面の隅部近くにゆるやかな凹部を形成す
ることができる。その結果、溝が垂直な側壁を持つこ
とで設計性能の要求に応え、底隅部に微小な丸みを持
たせることで応力集中が避けられ、底面の隅部近くに
ゆるやかな凹部を形成することで、U字溝底面部分の厚
さを薄くしないで実質的に薄くしたと同程度の高感度の
ダイヤフラムが得られる──などの効果が得られる。さ
らに、シリコン基板表面に被着されるマスクは、シリコ
ン酸化膜またはアルミニウム膜にすることができるか
ら、アルミニウム膜の選択によって、シリコン酸化膜の
選択に比べて1mm程度の厚いシリコン基板に対して深彫
りのエッチングが可能になる。また、輪形のU字溝は、
シリコン基板の片面だけに形成されることも、または、
両面に相対させて形成することも可能であるから、ダイ
ヤフラムの特性が変えられ、それだけ設計の要求に柔軟
に応えることができる。
According to the present invention, a ring-shaped U of a silicon substrate is used.
The groove has a vertical side wall, and can have a minute roundness at the bottom corner. Further, by increasing the high frequency power per unit area of the electrode and the pressure in the reaction chamber, the groove rebounds from the side wall. By the bombardment of ions, the portion near the sidewall of the groove bottom, that is, near the corner is etched more rapidly than other portions, and a gentle recess can be formed near the corner of the bottom. As a result, the groove has vertical side walls to meet the design performance requirements, and the bottom corner has a minute roundness to avoid stress concentration, and to form a gentle recess near the bottom corner. Thus, it is possible to obtain the same high-sensitivity diaphragm as when the thickness of the bottom surface of the U-shaped groove is not thinned but is substantially thinned. Further, since the mask deposited on the surface of the silicon substrate can be a silicon oxide film or an aluminum film, the selection of the aluminum film makes it possible to form a mask with a depth of about 1 mm thicker than that of the silicon oxide film. Carving etching becomes possible. The ring-shaped U-shaped groove is
It may be formed on only one side of the silicon substrate, or
Since it is also possible to form it on both sides, it is possible to change the characteristics of the diaphragm and flexibly meet the design requirements.

【0023】さらに、ドライエッチング法に基づく特長
として、一つには、シリコンウェハからシリコン基板を
数百個程度の多数個取りをするとき、各シリコン基板の
U字溝底面部分の厚さのバラツキが抑えられ、品質の均
一性つまり歩留り率が維持,向上されて生産性が向上
し、二つには、良好な作業性とともに、エッチング媒体
の維持管理が比較的容易になる。
Further, one of the features of the dry etching method is that, when a large number of silicon substrates, such as several hundreds, are taken from a silicon wafer, there is a variation in the thickness of the bottom surface of the U-shaped groove of each silicon substrate. And the uniformity of quality, that is, the yield rate is maintained and improved to improve the productivity, and secondly, the workability is good and the maintenance of the etching medium is relatively easy.

【0024】ところで、この発明は、シリコン基板にド
ライエッチングによって深彫りのU字溝を形成し、しか
もその側壁が垂直で、かつ底面隅部に応力集中を避けう
る微小な丸みが付くことから、一般に複雑な形状のマイ
クロセンサや、マイクロスキャナなどのマイクロマシン
の製造に広く利用できる、という波及効果がある。
By the way, according to the present invention, since a deeply engraved U-shaped groove is formed in a silicon substrate by dry etching, the side wall thereof is vertical, and a minute roundness for avoiding stress concentration is formed at the corner of the bottom surface. In general, it has a ripple effect that it can be widely used for manufacturing microsensors having complicated shapes and micromachines such as microscanners.

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

【図1】この発明に係る第1適用例の初期工程の断面図FIG. 1 is a sectional view of an initial step of a first application example according to the present invention.

【図2】同じくその中間工程の断面図FIG. 2 is a sectional view of the intermediate step of the same.

【図3】この発明に係る第2適用例の初期工程の断面図FIG. 3 is a sectional view of an initial step of a second application example according to the present invention.

【図4】同じくその中間工程の断面図FIG. 4 is a sectional view of the same intermediate step.

【図5】この発明に係る第3適用例の初期工程の断面図FIG. 5 is a sectional view of an initial step of a third application example according to the present invention.

【図6】同じくその中間工程の断面図FIG. 6 is a sectional view of the same intermediate step.

【図7】同じくその次工程の断面図FIG. 7 is a sectional view of the next process as well.

【図8】適用例に用いられるドライエッチング装置の構
成図
FIG. 8 is a configuration diagram of a dry etching apparatus used in an application example.

【図9】一従来例の初期工程の断面図FIG. 9 is a sectional view of an initial step of a conventional example.

【図10】同じくその中間工程の断面図[FIG. 10] Similarly, a sectional view of the intermediate step

【図11】別の従来例の初期工程の断面図FIG. 11 is a cross-sectional view of the initial process of another conventional example.

【図12】同じくその中間工程の断面図[FIG. 12] Similarly, a sectional view of the intermediate step

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 露出部 4 溝部 5 側壁 6 凹部 7 溝部 8 側壁 9 凹部 11 反応室 12 下部電極 13 上部電極 14 底板 15 排気管 16 マッチングチューナ 17 高周波電源 18 反応室頂部 19 接続体 20 間隙 21 反応ガス 22 プラズマ 1 Silicon Substrate 2 Silicon Oxide Film 3 Exposed Part 4 Groove 5 Sidewall 6 Recess 7 Groove 8 Sidewall 9 Recess 11 Reaction Chamber 12 Lower Electrode 13 Upper Electrode 14 Bottom Plate 15 Exhaust Pipe 16 Matching Tuner 17 High Frequency Power Supply 18 Reaction Chamber Top 19 Connector 20 Gap 21 Reaction gas 22 Plasma

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコン基板の表面に、輪形の帯状領域だ
けが露出するようにシリコン酸化膜またはアルミニウム
膜のマスクを被着させる工程と;陽極結合方式のドライ
エッチング装置において、六ふっ化硫黄と酸素との混合
ガスを反応ガスとして用い、反応ガスの酸素混合比が 1
〜70 %、電極単位面積当たり高周波電力が 0.3〜2.0 W/
cm2 、反応室内の圧力が 1〜10 Pa の条件で、マスク被
着のシリコン基板をドライエッチングし輪形のU字溝を
形成する工程と;からなることを特徴とするダイヤフラ
ムの製造方法。
1. A step of depositing a mask of a silicon oxide film or an aluminum film on a surface of a silicon substrate so as to expose only a ring-shaped region; and sulfur hexafluoride in an anodic bonding dry etching apparatus. A mixed gas with oxygen is used as a reaction gas, and the oxygen mixing ratio of the reaction gas is 1
~ 70%, high frequency power 0.3 ~ 2.0 W /
a step of forming a ring-shaped U-shaped groove by dry etching a mask-coated silicon substrate under conditions of cm 2 and a pressure in the reaction chamber of 1 to 10 Pa.
【請求項2】シリコン基板の表面に、輪形の帯状領域だ
けが露出するようにシリコン酸化膜またはアルミニウム
膜のマスクを被着させる工程と;陽極結合方式のドライ
エッチング装置において、六ふっ化硫黄と酸素との混合
ガスを反応ガスとして用い、反応ガスの酸素混合比が 1
〜70 %、電極単位面積当たり高周波電力が 2.0〜6.0 W/
cm2 、反応室内の圧力が 10 〜120 Paの条件で、マスク
被着のシリコン基板をドライエッチングし輪形のU字溝
を形成する工程と;からなることを特徴とするダイヤフ
ラムの製造方法。
2. A step of depositing a mask of a silicon oxide film or an aluminum film on the surface of a silicon substrate so as to expose only a ring-shaped region; and sulfur hexafluoride in an anodic bonding dry etching apparatus. A mixed gas with oxygen is used as a reaction gas, and the oxygen mixing ratio of the reaction gas is 1
~ 70%, high frequency power per electrode area 2.0 ~ 6.0 W /
a step of forming a ring-shaped U-shaped groove by dry-etching a mask-coated silicon substrate under conditions of cm 2 and a pressure in the reaction chamber of 10 to 120 Pa.
【請求項3】請求項1または2に記載の方法において、
輪形のU字溝は、シリコン基板の片面だけに形成されて
なることを特徴とするダイヤフラムの製造方法。
3. The method according to claim 1 or 2, wherein
A method of manufacturing a diaphragm, wherein the ring-shaped U-shaped groove is formed on only one surface of the silicon substrate.
【請求項4】請求項1または2に記載の方法において、
輪形のU字溝は、シリコン基板の両面に相対させて形成
されてなることを特徴とするダイヤフラムの製造方法。
4. The method according to claim 1 or 2, wherein
A method of manufacturing a diaphragm, wherein the ring-shaped U-shaped groove is formed so as to face both sides of a silicon substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030071899A (en) * 2002-03-02 2003-09-13 (주)엠투엔 Method for manufacturing waveguide groove by using the dry etching
JP2011197386A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Seiko Epson Corp Optical filter and analytical instrument
JP2016159421A (en) * 2015-03-05 2016-09-05 セイコーエプソン株式会社 Semiconductor device, electronic device, and movable body

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