JPH07176770A - Membrane structure and its manufacture and microdevice using membrane structure - Google Patents
Membrane structure and its manufacture and microdevice using membrane structureInfo
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- JPH07176770A JPH07176770A JP32182293A JP32182293A JPH07176770A JP H07176770 A JPH07176770 A JP H07176770A JP 32182293 A JP32182293 A JP 32182293A JP 32182293 A JP32182293 A JP 32182293A JP H07176770 A JPH07176770 A JP H07176770A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンメンブレン構
造体、及びその製造方法、及び該製造方法により作製し
たメンブレン構造体を有するマイクロデバイスに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon membrane structure, a manufacturing method thereof, and a microdevice having the membrane structure manufactured by the manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、シリコンの選択エッチングにより
メンブレン構造体を作成する技術が提案され、圧力セン
サ、圧電抵抗素子等の作成に利用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for producing a membrane structure by selective etching of silicon has been proposed and used for producing a pressure sensor, a piezoresistive element and the like.
【0003】以下に、従来のメンブレン構造体の作製方
法を簡単に説明する。A conventional method for manufacturing a membrane structure will be briefly described below.
【0004】図7(a)は、不純物濃度によるエッチン
グ速度の差を利用した例である。まず、(100)シリ
コン基板601の片面にイオン注入法により所定の厚さ
の高濃度ボロンドープ層(p+ 層)602を形成し、他
方の表面には、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等から
成るマスク603を形成する。FIG. 7A shows an example in which a difference in etching rate due to impurity concentration is used. First, a high-concentration boron-doped layer (p + layer) 602 having a predetermined thickness is formed on one surface of a (100) silicon substrate 601 by an ion implantation method, and the other surface is made of a silicon nitride film, a silicon oxide film, or the like. A mask 603 is formed.
【0005】次に、水酸化カリウム溶液、エチレンジア
ミンピロカテコール(EDP)溶液等のエッチング溶液
中でシリコンのエッチングを行なう。これらの溶液は、
エッチング速度に不純物濃度依存性をもち、p+ 層では
n層およびp層に対して、エッチング速度は数十分の一
に低下する。従って、高濃度ボロンドープ層602に達
すると、エッチングは実質上停止し、シリコンの薄いメ
ンブレン構造体が形成される。Then, silicon is etched in an etching solution such as a potassium hydroxide solution or an ethylenediaminepyrocatechol (EDP) solution. These solutions are
The etching rate depends on the impurity concentration, and the etching rate of the p + layer is several tenths lower than that of the n layer and the p layer. Therefore, when the heavily boron-doped layer 602 is reached, the etching is substantially stopped and a thin membrane structure of silicon is formed.
【0006】また、図7(b)は、p/n接合面におけ
るエッチストップを利用した例である。(100)p型
シリコン基板604の片面に、イオン注入法、エピタキ
シャル成長法等により、所定の厚さのn層605を形成
する。非エッチング部には、シリコン窒化膜、シリコン
酸化膜等から成るマスク603を形成する。基板裏面
(n層側)がエッチング溶液にさらされないように、基
板をシールし、水酸化カリウム、EDP溶液等のエッチ
ング溶液中でシリコンのエッチングを行なう。この時、
n層側に正の電位を、エッチング溶液中に設けた電極に
負の電位を印加しながらエッチングを行なう。p層がエ
ッチング除去され、n層605に到達するとアノード電
流が流れ、n層表面にシリコン酸化膜が形成される。酸
化膜の形成によりエッチングは停止し、シリコンの薄い
メンブレン構造体が形成される。Further, FIG. 7B shows an example using an etch stop at the p / n junction surface. An n layer 605 having a predetermined thickness is formed on one surface of the (100) p-type silicon substrate 604 by an ion implantation method, an epitaxial growth method, or the like. A mask 603 made of a silicon nitride film, a silicon oxide film or the like is formed on the non-etched portion. The substrate is sealed so that the back surface (n layer side) of the substrate is not exposed to the etching solution, and silicon is etched in an etching solution such as potassium hydroxide or EDP solution. This time,
Etching is performed while applying a positive potential to the n-layer side and a negative potential to the electrode provided in the etching solution. When the p layer is removed by etching and reaches the n layer 605, an anode current flows and a silicon oxide film is formed on the surface of the n layer. The formation of the oxide film stops the etching and forms a thin membrane structure of silicon.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造方法では、以下の様な問題があった。However, the above-mentioned conventional manufacturing method has the following problems.
【0008】高濃度不純物ドープ層を形成する方法で
は、不純物濃度が厚み方向に濃度分布をもつために、得
られたメンブレンの厚みにバラツキがあり、厚み精度が
良くない。In the method of forming the high-concentration impurity-doped layer, since the impurity concentration has a concentration distribution in the thickness direction, the thickness of the obtained membrane varies and the thickness accuracy is not good.
【0009】また、p/n接合を用いる方法では、エッ
チング溶液の温度やかくはん状態の微妙な変化やばらつ
きおよび、シリコンの溶解に伴うエッチング溶液の組成
変化により、不働態化電位(シリコン表面に酸化膜が形
成される電位)の変化やばらつきが生じるために、電位
制御が困難であり、製造歩留りが良くない。In the method using the p / n junction, the passivation potential (oxidation on the silicon surface is caused by the subtle changes and variations in the temperature of the etching solution and the stirring state and the composition change of the etching solution due to the dissolution of silicon. Since the potential at which the film is formed changes and varies, it is difficult to control the potential and the manufacturing yield is not good.
【0010】また、シリコンn層に対して電圧を印加し
なければならないので、電極形成および除去プロセス等
の余分なプロセス工程が増えそれによってコストの上昇
や歩留りの低下をもたらす。Further, since a voltage has to be applied to the silicon n-layer, extra process steps such as an electrode forming and removing process increase, which causes an increase in cost and a decrease in yield.
【0011】[発明の目的]本発明は、上記問題点を解
決すべく成されたものであり、本発明の目的は、厚み精
度の優れたメンブレン構造体を歩留り良く製造すること
のできる製造方法を提供することにある。[Object of the Invention] The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing a membrane structure having excellent thickness accuracy with a good yield. To provide.
【0012】また、本発明の他の目的は、本発明のメン
ブレン構造体の製造方法により作製したマイクロデバイ
スを提供することにある。Another object of the present invention is to provide a microdevice manufactured by the method for manufacturing a membrane structure of the present invention.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、第1基板に凹部を形成す
る工程と、シリコンである第2基板の少なくとも一部
に、表面から裏面に達する多孔質部を形成した後、一方
の面にシリコンをエピタキシャル成長させる工程と、前
記凹部とエピタキシャルシリコン層とを対峙させ、前記
第1基板と第2基板とを接合する工程と、前記多孔質部
を除去する工程と、を含む請求項1に記載のメンブレン
構造体の製造方法、及びそれにより製造されたメンブレ
ン構造体、及び該メンブレン構造体を有するマイクロデ
バイスを有する。As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a step of forming a recess in a first substrate, and at least a part of a second substrate made of silicon, from front surface to back surface. After forming a porous portion reaching the surface of the first surface, epitaxially growing silicon on one surface, a step of facing the concave portion and the epitaxial silicon layer, and joining the first substrate and the second substrate; The method for producing a membrane structure according to claim 1, further comprising a step of removing a portion, a membrane structure produced by the method, and a microdevice having the membrane structure.
【0014】[0014]
【作用】本発明によれば、多孔質シリコン部と非多孔質
シリコン部とでは、エッチング速度に10の5乗もの違
いがあることを利用して、エッチング溶液に浸漬するの
みで、膜厚精度のきわめて高いメンブレン構造体を歩留
り良く製造することができる。According to the present invention, the difference in etching rate between the porous silicon portion and the non-porous silicon portion is as high as the power of 10 5. An extremely high membrane structure can be manufactured with high yield.
【0015】また、本発明によれば、第1基板をシリコ
ン以外の材質とすることができるため、膜厚精度のきわ
めて高いメンブレン部を、シリコン以外の材質の上に形
成することも可能である。Further, according to the present invention, since the first substrate can be made of a material other than silicon, it is possible to form the membrane portion having extremely high film thickness accuracy on a material other than silicon. .
【0016】[実施態様例]以下、図1を用いて本発明
のメンブレン構造体の製造方法を説明する。[Embodiment Example] A method for manufacturing a membrane structure of the present invention will be described below with reference to FIG.
【0017】図1(a)に示すように、第1基板101
の両面にマスク材102を成膜、パターニングしてエッ
チングのための開口部103を形成する。As shown in FIG. 1A, the first substrate 101
A mask material 102 is formed on both sides of the film and patterned to form an opening 103 for etching.
【0018】次に、この基板をエッチングして凹部を形
成し(図1(b))、マスク材102を除去して、図1
(c)の状態を得る。第1基板としては、シリコン、ガ
ラス、金属、セラミックス等が用いられる。第1基板が
シリコンの場合、エッチング液には、フッ硝酸溶液、水
酸化カリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液、エチレンジ
アミンピロカテコール溶液、テトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイド溶液等が使用できる。また、この時
マスク材102には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜
等が使用できる。第1基板がガラスの場合、エッチング
液にはフッ酸溶液、マスク材には耐フッ酸性のレジスト
膜、シリコン窒化膜等が使用できる。また、金属、セラ
ミックスの場合は材料に応じてエッチング液及びマスク
材を選択する。Next, this substrate is etched to form a recess (FIG. 1B), the mask material 102 is removed, and the recess shown in FIG.
The state of (c) is obtained. Silicon, glass, metal, ceramics or the like is used as the first substrate. When the first substrate is silicon, a hydrofluoric nitric acid solution, a potassium hydroxide solution, a sodium hydroxide solution, an ethylenediaminepyrocatechol solution, a tetramethylammonium hydroxide solution, or the like can be used as the etching solution. At this time, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used as the mask material 102. When the first substrate is glass, a hydrofluoric acid solution can be used as the etching solution, and a hydrofluoric acid-resistant resist film, a silicon nitride film, or the like can be used as the mask material. In the case of metals and ceramics, the etching solution and mask material are selected according to the materials.
【0019】一方、図1(d)に示すように、第2基板
であるシリコン基板104の両面にマスク材105を成
膜、パターニングして、陽極化成のための開口部106
を形成する。シリコン基板104は、p型もしくは低抵
抗のn型基板を使用する。マスク材には、フッ酸に対し
て耐性の強いポリイミド膜、高抵抗のシリコン薄膜等が
用いられる。On the other hand, as shown in FIG. 1D, a mask material 105 is formed and patterned on both surfaces of a silicon substrate 104 which is a second substrate, and an opening portion 106 for anodization is formed.
To form. As the silicon substrate 104, a p-type or a low-resistance n-type substrate is used. As the mask material, a polyimide film having high resistance to hydrofluoric acid, a high resistance silicon thin film, or the like is used.
【0020】次に、この基板を、フッ酸系溶液中におい
て陽極化成を行ない、図1(e)に示すように多孔質シ
リコン部107を形成する。Next, this substrate is subjected to anodization in a hydrofluoric acid solution to form a porous silicon portion 107 as shown in FIG. 1 (e).
【0021】図3に、陽極化成の装置の概略図を示す。
図中201は第2基板、202はマスク材、203は電
極、204はフッ酸系溶液である。電極203として
は、フッ酸溶液に対して侵食されないような材料、例え
ば、金、白金、等が用いられる。フッ酸系溶液204と
しては、一般に、濃フッ酸(49%HF)が用いられ
る。また、陽極化成中に基板の表面から発生する気泡を
効率よく取り除く目的から、界面活性剤としてアルコー
ルを添加してもよい。陽極化成を行なう電流値は、最大
数百mA/cm2 であり、最小値はゼロでなければよ
い。この値は、多孔質化したシリコンの表面に良質のエ
ピタキシャル成長ができる範囲内で決定される。好まし
い範囲は、1〜200mA、より好ましくは5〜100
mAである。FIG. 3 shows a schematic diagram of an anodizing apparatus.
In the figure, 201 is a second substrate, 202 is a mask material, 203 is an electrode, and 204 is a hydrofluoric acid-based solution. As the electrode 203, a material that is not corroded by the hydrofluoric acid solution, such as gold or platinum, is used. Concentrated hydrofluoric acid (49% HF) is generally used as the hydrofluoric acid-based solution 204. Further, alcohol may be added as a surfactant for the purpose of efficiently removing bubbles generated from the surface of the substrate during anodization. The maximum current value for anodization is several hundred mA / cm 2 , and the minimum value is not necessarily zero. This value is determined within a range that allows good quality epitaxial growth on the surface of porous silicon. A preferable range is 1 to 200 mA, and more preferably 5 to 100 mA.
mA.
【0022】次に、マスク材105を除去した後、図1
(f)に示すように、シリコン基板104の片面にシリ
コン層108をエピタキシャル成長させる。エピタキシ
ャル成長は、一般的な熱CVD法、減圧CVD法、プラ
ズマCVD法、分子線エピタキシャル法、スパッタリン
グ法等で行われる。成長させる膜厚は、メンブレン部の
厚みの設計値とする。Next, after removing the mask material 105, as shown in FIG.
As shown in (f), a silicon layer 108 is epitaxially grown on one surface of the silicon substrate 104. The epitaxial growth is performed by a general thermal CVD method, a low pressure CVD method, a plasma CVD method, a molecular beam epitaxial method, a sputtering method, or the like. The film thickness to be grown is the design value of the thickness of the membrane part.
【0023】次に、図1(g)に示すように、第1基板
の凹部と第2基板のエピタキシャルシリコン層108を
対峙させ、第1基板101と第2基板104を接合す
る。第1基板101がシリコンの場合は、基板同士を直
接、もしくは、間にシリコン酸化膜を介して重ね、60
0〜1100℃の温度に加熱することにより直接接合で
きる。また、接着剤等を介して接合してもよい。Next, as shown in FIG. 1G, the concave portion of the first substrate and the epitaxial silicon layer 108 of the second substrate are opposed to each other, and the first substrate 101 and the second substrate 104 are bonded to each other. When the first substrate 101 is made of silicon, the substrates may be stacked directly or with a silicon oxide film interposed therebetween.
Direct bonding can be achieved by heating to a temperature of 0 to 1100 ° C. Alternatively, they may be joined via an adhesive or the like.
【0024】次に、図2(h)に示すように、第2基板
104を機械的に研磨して、所望の厚さとなるようにす
る。第2基板の厚みが設計値と等しい場合には、特に研
磨の必要はない。Next, as shown in FIG. 2H, the second substrate 104 is mechanically polished to have a desired thickness. When the thickness of the second substrate is equal to the design value, no particular polishing is necessary.
【0025】次に、図2(i)に示すように、多孔質シ
リコン部107をエッチング除去することにより、メン
ブレン構造体を形成することができる。多孔質シリコン
部107のエッチング液としては、フッ酸、あるいは、
フッ酸にアルコール、過酸化水素水のうち少なくとも1
種類を添加した混合液を用いるとよい。かかるエッチン
グ液は、非多孔質シリコンをエッチングせずに、効率良
く、均一に、多孔質シリコンを選択的にエッチングする
ことができる。Next, as shown in FIG. 2 (i), the porous silicon portion 107 is removed by etching to form a membrane structure. The etching solution for the porous silicon portion 107 is hydrofluoric acid or
At least 1 of hydrofluoric acid, alcohol, and hydrogen peroxide
It is advisable to use a mixed solution in which the types are added. Such an etching solution can selectively etch porous silicon efficiently and uniformly without etching non-porous silicon.
【0026】特に、アルコールを添加することによっ
て、エッチングによる反応生成気体の気泡を、瞬時にエ
ッチング表面から、攪拌することなく、除去でき、均一
にかつ効率よく多孔質シリコンをエッチングすることが
できる。In particular, by adding alcohol, the bubbles of the reaction product gas due to the etching can be instantly removed from the etching surface without stirring, and the porous silicon can be uniformly and efficiently etched.
【0027】また、特に、過酸化水素水を添加すること
によって、シリコンの酸化を増速し、反応速度を無添加
にくらべて増速することが可能となり、更に過酸化水素
水の比率を変えることにより、その反応速度を制御する
ことができる。Further, in particular, by adding hydrogen peroxide water, the oxidation of silicon can be accelerated and the reaction rate can be increased as compared with the case where no hydrogen peroxide is added, and the ratio of hydrogen peroxide water can be further changed. Thus, the reaction rate can be controlled.
【0028】フッ酸濃度は、エッチング液に対して、好
ましくは1〜95%、より好ましくは5〜90%、さら
に好ましくは5〜80%の範囲で設定される。The hydrofluoric acid concentration is preferably set in the range of 1 to 95%, more preferably 5 to 90%, and further preferably 5 to 80% with respect to the etching solution.
【0029】過酸化水素水濃度は、エッチング液に対し
て、好ましくは1〜95%、より好ましくは5〜90
%、さらに好ましくは10〜80%で、且つ上記過酸化
水素水の効果を奏する範囲で設定される。The hydrogen peroxide concentration is preferably 1 to 95%, more preferably 5 to 90%, based on the etching solution.
%, More preferably 10 to 80%, and set within a range where the effect of the hydrogen peroxide solution is exhibited.
【0030】アルコール濃度は、エッチング液に対し
て、好ましくは80%以下、より好ましくは60%以
下、さらに好ましくは40%以下で、且つ上記アルコー
ルの効果を奏する範囲で設定される。The alcohol concentration is set to preferably 80% or less, more preferably 60% or less, still more preferably 40% or less with respect to the etching solution, and within the range in which the effect of the alcohol is exhibited.
【0031】温度は、好ましくは0〜100℃、より好
ましくは5〜80℃、さらに好ましくは5〜60℃の範
囲で設定される。The temperature is preferably set in the range of 0 to 100 ° C, more preferably 5 to 80 ° C, and further preferably 5 to 60 ° C.
【0032】本発明に用いられるアルコールはエチルア
ルコールのほか、イソプロピルアルコールなど製造工程
等に実用上差し支えなく、さらに上記アルコール添加効
果を望むことのできるアルコールを用いることができ
る。As the alcohol used in the present invention, in addition to ethyl alcohol, isopropyl alcohol and the like which can be practically used in the manufacturing process and which can be expected to have the above-mentioned alcohol addition effect can be used.
【0033】図1においては、第1基板と第2基板とを
接合した後に、多孔質シリコン部をエッチング除去して
いるが、第1基板の耐フッ酸性が悪い場合などには、多
孔質シリコン部をエッチング除去した後に第1基板と第
2基板とを接合してもよい。In FIG. 1, the porous silicon portion is removed by etching after joining the first substrate and the second substrate. However, when the hydrofluoric acid resistance of the first substrate is poor, the porous silicon portion is removed. The first substrate and the second substrate may be joined after the portions are removed by etching.
【0034】また、図1においては、第2基板を部分的
に多孔質化しているが、第2基板全面を多孔質化しても
よい。Although the second substrate is partially made porous in FIG. 1, the entire surface of the second substrate may be made porous.
【0035】また、図2(j)に示すように、第2基板
104に第3基板109を接合して、メンブレン部の上
下に空洞部を形成してもよい。第3基板109として
は、シリコン、ガラス、金属、セラミックス、等が使用
できる。Further, as shown in FIG. 2J, the third substrate 109 may be bonded to the second substrate 104 to form cavities above and below the membrane portion. As the third substrate 109, silicon, glass, metal, ceramics or the like can be used.
【0036】以上、本発明によれば、多孔質シリコン部
と非多孔質シリコン部とでは、エッチング速度に10の
5乗もの違いがあるため、エッチング溶液に浸漬するの
みで、膜厚精度のきわめて高いメンブレン構造体を歩留
り良く製造することができる。As described above, according to the present invention, since the etching rates of the porous silicon portion and the non-porous silicon portion differ by as much as 10 5 power, the film thickness accuracy is extremely high only by immersing in the etching solution. A high membrane structure can be manufactured with high yield.
【0037】また、本発明によれば、膜厚精度のきわめ
て高いメンブレン部を、シリコン以外の材質の上に形成
することも可能である。Further, according to the present invention, it is possible to form the membrane portion having extremely high film thickness accuracy on a material other than silicon.
【0038】[0038]
【実施例】以下、実施例をあげ、本発明をより詳細に説
明する。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
【0039】(実施例1)厚み500μm、(100)
方位のn型シリコン単結晶基板(第1基板)を、90℃
に加熱した30重量%水酸化カリウム溶液中でエッチン
グし、厚み250μmの凹部を形成した。この時、マス
クとしては、LPCVD法により成膜した厚み1500
Åのシリコン窒化膜を用いた。(Example 1) Thickness of 500 μm, (100)
Oriented n-type silicon single crystal substrate (first substrate) at 90 ° C
Etching was performed in a 30% by weight potassium hydroxide solution heated to the above to form a recess having a thickness of 250 μm. At this time, the mask has a thickness of 1500 formed by the LPCVD method.
A Å silicon nitride film was used.
【0040】一方、厚み200μm、低抵抗p型シリコ
ン単結晶基板(第2基板)の両面に、高抵抗のエピタキ
シャルシリコン層を減圧CVD法により5000Å形成
した。成長条件は、 使用ガス:SiH4 /H2 温度:850℃ 圧力:1×10-2Torr 成長速度:3.3nm/sec とした。On the other hand, a high resistance epitaxial silicon layer was formed on both surfaces of a low resistance p-type silicon single crystal substrate (second substrate) having a thickness of 200 μm by a low pressure CVD method to a thickness of 5000 Å. The growth conditions were: used gas: SiH 4 / H 2 temperature: 850 ° C. pressure: 1 × 10 -2 Torr growth rate: 3.3 nm / sec.
【0041】その後、エピタキシャルシリコン層上に、
リソグラフィー技術によりレジストをパターニングし、
エピタキシャルシリコン層が露出している領域を、反応
性イオンエッチング法によりエッチングして、陽極化成
用のマスクを形成した。また、この時マスクは、表面裏
面とも同位置に形成した。Then, on the epitaxial silicon layer,
The resist is patterned by lithography technology,
The exposed area of the epitaxial silicon layer was etched by a reactive ion etching method to form a mask for anodization. At this time, the mask was formed at the same position on the front and back surfaces.
【0042】次に、この基板を49%フッ酸溶液中にお
いて、電流密度100mA/cm2の条件で陽極化成を
行ない、多孔質シリコン部を形成した。Next, this substrate was anodized in a 49% hydrofluoric acid solution under the condition of a current density of 100 mA / cm 2 to form a porous silicon part.
【0043】次に、陽極化成用のマスクを除去した後、
基板表面にCVD法により、単結晶シリコン層を5.0
μmエピタキシャル成長させた。堆積条件は、以下の通
りである。Next, after removing the mask for anodization,
A single crystal silicon layer is formed on the surface of the substrate by the CVD method at 5.0.
μm epitaxially grown. The deposition conditions are as follows.
【0044】使用ガス:SiH4 /H2 温度:750℃ 圧力:80Torr 成長速度:0.12μm/min. 次に、これら2枚のシリコン基板を、凹部とエピタキシ
ャルシリコン層を対峙させて重ね合わせ、窒素雰囲気中
で1000℃に加熱し、両者を接合した。Gas used: SiH 4 / H 2 Temperature: 750 ° C. Pressure: 80 Torr Growth rate: 0.12 μm / min. Next, these two silicon substrates were superposed with the recess and the epitaxial silicon layer facing each other, and heated at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere to bond them.
【0045】次に、第2基板側の厚みが10μmとなる
ように、基板の表面を機械的に研磨した後、この貼合せ
基体をエッチング溶液中に侵し、多孔質シリコン部のみ
を選択的に除去した。この時、エッチング溶液の組成
は、49%フッ酸:30%過酸化水素水:エタノール=
5:25:6とした。Next, after mechanically polishing the surface of the substrate so that the thickness on the side of the second substrate becomes 10 μm, the bonded substrate is immersed in an etching solution to selectively select only the porous silicon portion. Removed. At this time, the composition of the etching solution is 49% hydrofluoric acid: 30% hydrogen peroxide: ethanol =
It was set to 5: 25: 6.
【0046】本実施例においては、単結晶シリコン部は
殆どエッチングされず、多孔質シリコン部のみが選択的
にエッチングされたために、厚み精度の極めて良いメン
ブレン構造体を作製することができた。In this example, since the single crystal silicon portion was hardly etched and only the porous silicon portion was selectively etched, it was possible to manufacture a membrane structure having extremely good thickness accuracy.
【0047】(実施例2)次に、本発明のメンブレン構
造体の製造方法により作製した圧力センサの実施例につ
いて説明する。(Example 2) Next, an example of a pressure sensor manufactured by the method for manufacturing a membrane structure of the present invention will be described.
【0048】図4(a)は本実施例の圧力センサの平面
図、図4(b)は、図4(a)のA−A′線における断
面図、図4(c)は、図4(a)のB−B′線における
断面図である。図中301は第1基板、302はシリコ
ンである第2基板、303はエピタキシャルシリコンの
メンブレン部であり、メンブレン部303の表面、及び
第1基板301の凹部には、それぞれ対向するように電
極304及び305が形成されており、メンブレン部3
03に加えられた圧力を、電極304及び305間の容
量変化により検出する。306はリード電極、307は
リード電極引出部である。FIG. 4A is a plan view of the pressure sensor of this embodiment, FIG. 4B is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. 4A, and FIG. It is sectional drawing in the BB 'line of (a). In the figure, 301 is a first substrate, 302 is a second substrate made of silicon, 303 is a membrane portion of epitaxial silicon, and electrodes 304 are provided on the surface of the membrane portion 303 and the concave portion of the first substrate 301 so as to face each other. And 305 are formed, and the membrane part 3 is formed.
The pressure applied to 03 is detected by the capacitance change between electrodes 304 and 305. Reference numeral 306 is a lead electrode, and 307 is a lead electrode lead portion.
【0049】以下に、本実施例の圧力センサの製造方法
を簡単に説明する。The method of manufacturing the pressure sensor of this embodiment will be briefly described below.
【0050】厚み200μm、(100)方位の高抵抗
n型シリコン単結晶基板(第1基板301)を90℃に
加熱した30重量%水酸化カリウム溶液中でエッチング
し、厚み50μmの凹部を形成した。この時、マスクと
しては、LPCVD法により成膜した厚み1500Åの
シリコン窒化膜を用いた。A high resistance n-type silicon single crystal substrate (first substrate 301) having a thickness of 200 μm and a (100) orientation was etched in a 30 wt% potassium hydroxide solution heated to 90 ° C. to form a recess having a thickness of 50 μm. . At this time, as the mask, a silicon nitride film with a thickness of 1500 Å formed by the LPCVD method was used.
【0051】次に、電極形成用のパターニングを行な
い、電極形成部のシリコン窒化膜を除去した後、リン
(P)を注入、拡散して、電極305及びリード電極3
06を形成した。Next, after patterning for electrode formation is performed to remove the silicon nitride film in the electrode formation portion, phosphorus (P) is injected and diffused to form the electrode 305 and the lead electrode 3.
06 was formed.
【0052】一方、厚み200μm、低抵抗p型シリコ
ン単結晶基板(第2基板302)の両面に高抵抗のエピ
タキシャルシリコン層を減圧CVD法により5000Å
形成した。On the other hand, a high resistance epitaxial silicon layer is formed on both surfaces of a low resistance p-type silicon single crystal substrate (second substrate 302) having a thickness of 200 μm by a low pressure CVD method at a pressure of 5000Å.
Formed.
【0053】その後、リソグラフィー法及び反応性イオ
ンエッチング法により、エピタキシャルシリコン層を部
分的に除去して、陽極化成用のマスクを形成した。この
時、マスクは、表面、裏面とも同位置に形成した。After that, the epitaxial silicon layer was partially removed by a lithography method and a reactive ion etching method to form a mask for anodization. At this time, the mask was formed at the same position on the front surface and the back surface.
【0054】次に、この基板を49%フッ酸溶液中で、
電流密度30mA/cm2 の条件で、陽極化成を行な
い、多孔質シリコン部を形成した。Next, this substrate was immersed in a 49% hydrofluoric acid solution.
Anodization was performed under conditions of a current density of 30 mA / cm 2 to form a porous silicon part.
【0055】その後、陽極化成用のマスクを除去し、基
板表面に実施例1と同様の条件で、エピタキシャルシリ
コン層を5.0μm形成した。Then, the mask for anodization was removed, and an epitaxial silicon layer was formed on the surface of the substrate under the same conditions as in Example 1 to a thickness of 5.0 μm.
【0056】次に、エピタキシャルシリコン層上に絶縁
層として厚み1000Åのシリコン熱酸化膜を形成した
後、スパッタリング法により金を成膜し、所定の形状に
エッチングして電極304を形成した。Next, after forming a silicon thermal oxide film having a thickness of 1000 Å as an insulating layer on the epitaxial silicon layer, a gold film was formed by a sputtering method and etched into a predetermined shape to form an electrode 304.
【0057】次に、第1基板301と第2基板302と
を凹部とエピタキシャルシリコン層を対峙させて重ね合
わせ、窒素雰囲気中で1000℃に加熱し、両者を接合
した。Next, the first substrate 301 and the second substrate 302 were superposed with the concave portion and the epitaxial silicon layer facing each other, and heated at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere to bond them.
【0058】次に、この貼合せ基体を49%フッ酸:3
0%過酸化水素水:エタノール=5:25:3混合液中
に浸し、多孔質シリコン部のみを選択的に除去し、本実
施例の圧力センサを作製した。Next, this laminated substrate was treated with 49% hydrofluoric acid: 3
The pressure sensor of this example was manufactured by immersing it in a mixed solution of 0% hydrogen peroxide: ethanol = 5: 25: 3 and selectively removing only the porous silicon part.
【0059】なお、本実施例において、電極304は金
属電極、電極305及びリード電極306は不純物拡散
電極としたが、特にこれに限定されるものではなく、電
極304,305及びリード電極306はいずれの方法
で形成してもよい。In this embodiment, the electrode 304 is a metal electrode, and the electrode 305 and the lead electrode 306 are impurity diffusion electrodes, but the present invention is not limited to this, and the electrodes 304 and 305 and the lead electrode 306 are not limited to this. You may form by the method of.
【0060】(実施例3)次に、本発明のメンブレン構
造体の製造方法により作製した光学素子の実施例につい
て説明する。Example 3 Next, an example of an optical element manufactured by the method for manufacturing a membrane structure of the present invention will be described.
【0061】図5は、本実施例の光学素子の斜視図であ
り、図中401は第1基板、402はシリコンである第
2基板、403は、エピタキシャルシリコンのメンブレ
ン部、404は電極である。数10μmの間隔におかれ
たシリコンのメンブレン部403と、電極404との間
に数10Vの電圧を印加すると静電力によりシリコンの
メンブレン部403にたわみが生じる。印加する電圧を
制御することにより、焦点距離可変の光学素子等を作る
ことができる。FIG. 5 is a perspective view of the optical element of this embodiment. In the figure, 401 is a first substrate, 402 is a second substrate made of silicon, 403 is an epitaxial silicon membrane portion, and 404 is an electrode. . When a voltage of several tens of volts is applied between the electrode 404 and the silicon membrane portion 403 placed at intervals of several tens of μm, the silicon membrane portion 403 is bent by electrostatic force. By controlling the applied voltage, an optical element or the like having a variable focal length can be manufactured.
【0062】これは例えば、メンブレン部に光反射膜を
形成して光反射鏡とし、これをたわませることにより、
その焦点距離を可変とする光学系とすることができる。This is, for example, by forming a light reflecting film on the membrane portion to form a light reflecting mirror and bending it
An optical system whose focal length can be changed can be used.
【0063】本実施例の光学素子の基本構成は、実施例
2と同様であり、実施例2と同様の方法により作製する
ことができる。The basic structure of the optical element of this example is the same as that of Example 2, and can be manufactured by the same method as in Example 2.
【0064】(実施例4)次に、本発明のメンブレン構
造体の製造方法により作製したマイクロポンプの実施例
について説明する。(Example 4) Next, an example of a micropump manufactured by the method for manufacturing a membrane structure of the present invention will be described.
【0065】図6(a)は、本実施例のマイクロポンプ
の平面図、図6(b)は、図6(a)のA−A′線にお
ける断面図である。図中、501は第1基板、502は
シリコンである第2基板、503は、エピタキシャルシ
リコンのメンブレン部、504は第3基板、505及び
506は電極、507はリード電極、508はリード電
極引出部、509は流体注入口、510は流体吐出口、
511は流体である。FIG. 6A is a plan view of the micropump of this embodiment, and FIG. 6B is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. 6A. In the figure, 501 is a first substrate, 502 is a second substrate made of silicon, 503 is an epitaxial silicon membrane part, 504 is a third substrate, 505 and 506 are electrodes, 507 is a lead electrode, 508 is a lead electrode lead part. , 509 is a fluid inlet, 510 is a fluid outlet,
511 is a fluid.
【0066】流体511は、流体注入口509より注入
され、第2基板502及び第3基板504の間に充てん
される。メンブレン部503に形成された電極505と
対向する電極506との間の電圧を制御し、メンブレン
部503を上下に振動させることにより、流体511を
流体吐出口510より吐出させることができる。The fluid 511 is injected from the fluid injection port 509 and filled between the second substrate 502 and the third substrate 504. By controlling the voltage between the electrode 505 formed on the membrane portion 503 and the opposing electrode 506 and vertically vibrating the membrane portion 503, the fluid 511 can be ejected from the fluid ejection port 510.
【0067】本実施例のマイクロポンプは、マイクロフ
ローセル等における流体の搬送や、インクジェットプリ
ンタのヘッド等に使用することができる。The micropump of this embodiment can be used for transporting fluid in a microflow cell or the like, or for a head of an ink jet printer or the like.
【0068】本実施例のマイクロポンプは、実施例1ま
たは実施例2と同様の作製方法によって、第1基板50
1及び第2基板502の接合体から成るメンブレン構造
体を形成した後、エッチングにより流体注入口509を
形成した第3基板504を接合することにより作製する
ことができる。第3基板504としては、ガラス、シリ
コン等が使用できる。The micropump of this embodiment is manufactured by the same manufacturing method as that of the first embodiment or the second embodiment.
It can be manufactured by forming a membrane structure composed of a bonded body of the first and second substrates 502 and then bonding the third substrate 504 having the fluid injection port 509 formed by etching. Glass, silicon, or the like can be used as the third substrate 504.
【0069】[0069]
【発明の効果】以上、本発明によれば、多孔質シリコン
と非多孔質シリコンとのエッチング選択性を利用するこ
とにより、膜厚精度のきわめて高いメンブレン構造体を
歩留り良く製造することができる効果が得られる。As described above, according to the present invention, by utilizing the etching selectivity between porous silicon and non-porous silicon, it is possible to manufacture a membrane structure having extremely high film thickness accuracy with good yield. Is obtained.
【0070】また、本発明のメンブレン構造体の製造方
法は、圧力センサ、光学素子、マイクロポンプ、等のマ
イクロデバイスに幅広く応用することができ、同様に歩
留まりを向上させることができる。Further, the method for manufacturing a membrane structure of the present invention can be widely applied to microdevices such as pressure sensors, optical elements and micropumps, and the yield can be similarly improved.
【図1】本発明のメンブレン構造体の製造方法を示す
図。FIG. 1 is a diagram showing a method for manufacturing a membrane structure of the present invention.
【図2】本発明のメンブレン構造体の製造方法を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing a method for manufacturing a membrane structure of the present invention.
【図3】本発明で用いる陽極化成の装置の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of an anodizing apparatus used in the present invention.
【図4】本発明の実施例の圧力センサの構造を示す図で
あり、(a)は圧力センサの平面図、(b)は図4
(a)のA−A′線における断面図、(c)は図4
(a)のB−B′線における断面図。4A and 4B are views showing a structure of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 4A is a plan view of the pressure sensor, and FIG.
4A is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
Sectional drawing in the BB 'line of (a).
【図5】本発明の実施例である光学素子の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of an optical element that is an embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例のマイクロポンプの構造を示す
図であり、(a)はマイクロポンプの平面図、(b)は
図6(a)のA−A′線における断面図。6A and 6B are views showing a structure of a micropump according to an embodiment of the present invention, FIG. 6A is a plan view of the micropump, and FIG. 6B is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 6A.
【図7】従来のメンブレン構造体の製造方法を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a conventional method for manufacturing a membrane structure.
101,301,401,501 第1基板 102,105,202 マスク材 103,106 開口部 104,201,302,402,502 第2基板 203 電極 204 フッ酸系溶液 107 多孔質シリコン部 108,303,403,503 エピタキシャルシ
リコン層 109,504 第3基板 304,305,404,505,506 電極 306,507 リード電極 307,508 リード電極引出部 509 流体注入口 510 流体吐出口 511 流体101, 301, 401, 501 First substrate 102, 105, 202 Mask material 103, 106 Opening 104, 201, 302, 402, 502 Second substrate 203 Electrode 204 Hydrofluoric acid solution 107 Porous silicon part 108, 303, 403, 503 Epitaxial silicon layer 109, 504 Third substrate 304, 305, 404, 505, 506 Electrode 306, 507 Lead electrode 307, 508 Lead electrode extraction part 509 Fluid injection port 510 Fluid ejection port 511 Fluid
Claims (7)
中空部上に接合された第2の基体のエピタキシャルシリ
コン膜を有し、該エピタキシャルシリコン膜が該膜上の
多孔質部を除去して薄膜化されたメンブレン部となって
いることを特徴とするメンブレン構造体。1. An epitaxial silicon film of a first substrate having a concave portion and a second substrate bonded on the hollow portion of the concave portion, wherein the epitaxial silicon film has a porous portion on the film. A membrane structure characterized by being a thinned membrane portion removed.
コンである第2基板の少なくとも一部に表面から裏面に
達する多孔質部を形成した後、一方の面にシリコンをエ
ピタキシャル成長させる工程と、前記凹部と前記エピタ
キシャルシリコン層とを対峙させ、前記第1基板と前記
第2基板とを接合する工程と、前記多孔質部を除去する
工程と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のメン
ブレン構造体の製造方法。2. A step of forming a recess in a first substrate, a step of forming a porous portion reaching from the front surface to the back surface on at least a part of the second substrate made of silicon, and then epitaxially growing silicon on one surface. And a step of bonding the first substrate and the second substrate to each other, the concave portion and the epitaxial silicon layer facing each other, and a step of removing the porous portion. A method for producing the described membrane structure.
程を含む請求項2に記載のメンブレン構造体の製造方
法。3. The method for manufacturing a membrane structure according to claim 2, including a step of bonding a third substrate on the second substrate.
するマイクロデバイス。4. A microdevice having the membrane structure according to claim 1.
加えられた圧力により該メンブレン部に生じるひずみ量
を測定する手段と、を有する請求項4に記載のマイクロ
デバイス。5. The microdevice according to claim 4, further comprising: the membrane portion; and means for measuring the amount of strain generated in the membrane portion by the pressure applied to the membrane portion.
手段と、該たわみにより焦点距離を可変する光学系を有
する請求項4に記載のマイクロデバイス。6. The microdevice according to claim 4, further comprising means for causing the membrane section to bend and an optical system for varying the focal length by the deflection.
手段と、該たわみにより流体を吸引及び/又は吐出させ
る手段と、を有する請求項4に記載のマイクロデバイ
ス。7. The microdevice according to claim 4, further comprising: a unit that causes a bend in the membrane unit; and a unit that sucks and / or discharges a fluid by the bend.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5754205A (en) * | 1995-04-19 | 1998-05-19 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head with pressure chambers arranged along a 112 lattice orientation in a single-crystal silicon substrate |
CN109399555A (en) * | 2017-08-18 | 2019-03-01 | 无锡华润上华科技有限公司 | A kind of preparation method of semiconductor devices |
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US5922218A (en) * | 1995-04-19 | 1999-07-13 | Seiko Epson Corporation | Method of producing ink jet recording head |
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