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JP3506009B2 - Silicon wafer etching method - Google Patents
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JP3506009B2 - Silicon wafer etching method - Google Patents

Silicon wafer etching method

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JP3506009B2
JP3506009B2 JP19474098A JP19474098A JP3506009B2 JP 3506009 B2 JP3506009 B2 JP 3506009B2 JP 19474098 A JP19474098 A JP 19474098A JP 19474098 A JP19474098 A JP 19474098A JP 3506009 B2 JP3506009 B2 JP 3506009B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、シリコンウエハ
のエッチング方法に関し、より詳しくは、例えば、半導
体圧力センサや半導体加速度センサにおける薄肉部を形
成するためのエッチング方法として用いると好適なもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for etching a silicon wafer, and more particularly, it is suitable for use as an etching method for forming a thin portion in a semiconductor pressure sensor or a semiconductor acceleration sensor, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン基板の一部領域に薄いシリコン
ダイヤフラムを形成する一手法として、ウエハ状態での
電気化学エッチングが用いられている(特開平7−24
9608号公報等)。これは、PN接合を有するシリコ
ンウエハにおけるN層にアルカリエッチング液中で電圧
を印加し、PN接合面近傍で陽極酸化してエッチングを
ストップする方法である。この電気化学エッチングに関
し、より詳しくは、陽極酸化の際にウエハ面内での各ダ
イヤフラム(薄肉部)における厚さの均一化、即ち、ダ
イヤフラム厚の補正効果がある。
2. Description of the Related Art As a method of forming a thin silicon diaphragm on a partial area of a silicon substrate, electrochemical etching in a wafer state is used (Japanese Patent Laid-Open No. 7-24).
9608 publication). This is a method in which a voltage is applied to an N layer in a silicon wafer having a PN junction in an alkaline etching solution and anodic oxidation is performed near the PN junction surface to stop the etching. More specifically, regarding this electrochemical etching, there is an effect of making the thickness of each diaphragm (thin portion) uniform within the wafer surface during anodization, that is, an effect of correcting the diaphragm thickness.

【0003】一方、電気化学エッチングにおいて、処理
時間を短縮化するために高温下でエッチングする場合、
ダイヤフラム厚の補正効果が十分に得られず、ウエハ面
内でのダイヤフラム厚がばらつくという問題があった。
On the other hand, in electrochemical etching, when etching is performed at a high temperature in order to shorten the processing time,
There is a problem in that the effect of correcting the diaphragm thickness is not sufficiently obtained, and the diaphragm thickness varies within the wafer surface.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明の目
的は、エッチング時間の短縮とウエハ面内での十分な薄
肉部厚さの均一化を両立することができるシリコンウエ
ハのエッチング方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for etching a silicon wafer which can achieve both shortening of the etching time and uniformization of a sufficient thin portion thickness within the wafer surface. Especially.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1のシリコンウエ
ハのエッチング方法は、ウエハ面内での全てのエッチン
グ加工面がPN接合部に達する前に、エッチング液の低
温化と低濃度化の少なくともいずれかを行うようにした
ことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for etching a silicon wafer, wherein at least a temperature of the etching solution is lowered and a concentration of the etching solution is reduced before all the etched surfaces in the wafer surface reach the PN junction. It is characterized by doing either.

【0006】よって、エッチング液の低温化と低濃度化
の少なくともいずれかを行うまでは、エッチング速度を
大きくしてエッチング処理時間の短縮化が図られる。そ
して、エッチング液の低温化と低濃度化の少なくともい
ずれかを行うことにより、ウエハ面内での薄肉部厚さの
均一化が図られる。
Therefore, the etching rate can be increased and the etching processing time can be shortened until at least one of lowering the temperature and lowering the concentration of the etching solution. Then, at least one of lowering the temperature and lowering the concentration of the etching solution can make uniform the thickness of the thin portion within the wafer surface.

【0007】ここで、エッチング液としてKOH水溶液
を用い、所望の加工の際の条件付けを行った、より実用
的な場合について、図12を例示しつつ説明を加える
と、以下のようになる。
Here, a more practical case where a KOH aqueous solution is used as an etching solution and the conditions for the desired processing are performed will be described below with reference to FIG. 12 as an example.

【0008】図12に示すように、横軸に液濃度をと
り、縦軸に液温度をとったときに、液が沸騰を開始する
線L1よりも下側で、かつ、液が飽和濃度に達する線L
2よりも左側において、P層エッチレートが3μm/m
inの線L3よりも上側がP層エッチレート3μm/m
in以上の領域となり、かつマイクロピラミッドによる
ダイヤフラム面・形状不良発生の境界線L4よりも右側
が、第1の液温・濃度の範囲Z1となる。これを、第1
の工程での使用範囲Z1とする。また、図12におい
て、沸騰を開始する線L1よりも下側で、かつ、飽和濃
度に達する線L2よりも左側において、PN界面層/P
層エッチレート比が0.01の線L5よりも左側がPN
界面層/P層エッチレート比が0.01以下の第2の液
温・濃度の範囲Z2となる。これを、第2の工程での使
用範囲Z2とする。ここで、PN界面層のエッチレート
はPN界面近傍でシリコンが陽極酸化されるときのエッ
チレートをいう。
As shown in FIG. 12, when the liquid concentration is plotted on the horizontal axis and the liquid temperature is plotted on the vertical axis, it is below the line L1 at which the liquid starts boiling and the liquid reaches the saturated concentration. Reaching line L
On the left side of 2, the P layer etch rate is 3 μm / m
The P layer etch rate is 3 μm / m above the in line L3.
The first liquid temperature / concentration range Z1 is on the right side of the boundary line L4 in which the area is equal to or larger than “in” and the diaphragm surface / shape defect occurs due to the micropyramid. This is the first
The use range Z1 in the process of is. In FIG. 12, the PN interface layer / P is located below the line L1 at which boiling starts and on the left side of the line L2 at which the saturation concentration is reached.
PN is to the left of line L5 with a layer etch rate ratio of 0.01
The interface layer / P layer etch rate ratio is 0.01 or less in the second liquid temperature / concentration range Z2. This is set as a use range Z2 in the second step. Here, the etch rate of the PN interface layer refers to the etch rate when silicon is anodized near the PN interface.

【0009】そして、適正な面・形状を短時間で形成す
ることができる適正エッチング領域Z1から、ウエハ面
内での薄肉部の厚さばらつきを効果的に補正することが
できる適正陽極酸化領域Z2へと移行させる。つまり、
エッチング面が荒れることなく3μm/min以上のエ
ッチレートにてP層をエッチングできる適正エッチング
領域Z1から、エッチング量のばらつきを0.01以下
に低減できる適正陽極酸化領域Z2に切り替える。この
ように、電気化学エッチング工程を適正な面・形状を短
時間で形成するための第1の工程(エッチング工程)
と、薄肉部の厚さばらつきを効果的に補正するための第
2の工程(陽極酸化工程)に分け、第1の工程を高温・
高濃度な処理条件とし、第2の工程を第1の工程より低
温または低濃度とし、ウエハ面内での全てのエッチング
加工面がPN接合部に達する前に、切り替える。
Then, from the proper etching region Z1 capable of forming a proper surface / shape in a short time, to the proper anodizing region Z2 capable of effectively correcting the variation in the thickness of the thin portion within the wafer surface. Shift to. That is,
The proper etching region Z1 that can etch the P layer at an etching rate of 3 μm / min or more without roughening the etching surface is switched to the proper anodizing region Z2 that can reduce the variation of the etching amount to 0.01 or less. In this way, the first step (etching step) for forming an appropriate surface / shape in the electrochemical etching step in a short time
And the second step (anodizing step) for effectively correcting the thickness variation of the thin portion, and the first step is performed at high temperature.
The processing conditions are set to a high concentration, the second step is set to a lower temperature or a lower concentration than the first step, and switching is performed before all the etched surfaces in the wafer surface reach the PN junction.

【0010】 請求項2のシリコンウエハのエッチング
方法は、ウエハ面内での最もエッチングの進行が速い
ッチング加工面がPN接合部に達する前に、エッチング
液の低温化と低濃度化の少なくともいずれかを行うよう
にしたことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the method for etching a silicon wafer, the temperature of the etching solution is lowered and the concentration thereof is lowered before the etching surface where the etching progresses fastest in the wafer surface reaches the PN junction. The feature is that at least one of the conversion is performed.

【0011】よって、エッチング液の低温化と低濃度化
の少なくともいずれかを行うまでは、エッチング速度を
大きくしてエッチング処理時間の短縮化が図られる。そ
して、エッチング液の低温化と低濃度化の少なくともい
ずれかを行うことにより、ウエハ面内での薄肉部厚さの
均一化が図られる。
Therefore, the etching rate can be increased and the etching processing time can be shortened until at least one of lowering the temperature and lowering the concentration of the etching solution. Then, at least one of lowering the temperature and lowering the concentration of the etching solution can make uniform the thickness of the thin portion within the wafer surface.

【0012】ここで、請求項3に記載のように、同一の
槽内で、前記エッチング液の低温化と低濃度化の少なく
ともいずれかを行う前後の処理を連続的に行うようにし
たり、請求項4に記載のように、処理槽の中のエッチン
グ液よりも温度と濃度の少なくともいずれかが低い液
を、処理槽に注入し、エッチング液の希釈と冷却の少な
くともいずれかを行うことにより、エッチング液の低温
化と低濃度化の少なくともいずれかを行うようにした
り、請求項5に記載のように、前記シリコンウエハに流
れる電流を検出して当該電流が所望の挙動を示した時
に、エッチング液の低温化と低濃度化の少なくともいず
れかを行うようにする。といったようにすると、実用上
好ましいものとなる。
Here, as described in claim 3, the treatment before and / or after lowering the temperature and / or lowering the concentration of the etching solution is continuously performed in the same bath, or As described in Item 4, by injecting a liquid having a temperature and / or a concentration lower than that of the etching liquid in the processing bath into the processing bath, and diluting and / or cooling the etching liquid, At least one of lowering the temperature and lowering the concentration of the etching solution is performed, or when the current flowing in the silicon wafer is detected and the current shows a desired behavior as described in claim 5, etching is performed. At least one of lowering the temperature and lowering the concentration of the liquid should be performed. By doing so, it is preferable for practical use.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。本実施形態はピエゾ抵
抗層を用いた半導体圧力センサに具体化したものであ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment is embodied in a semiconductor pressure sensor using a piezoresistive layer.

【0014】図1には半導体圧力センサの断面を示す。
結晶方位(100)のP型シリコン基板1にはその一面
に厚さ6μmのN型エピタキシャル層2が形成され、こ
の積層体により半導体基板3が構成されている。P型シ
リコン基板1には一面に開口する凹部4が形成され、こ
の凹部4の底面4aにて薄肉部5が構成されている。こ
の薄肉部5がセンサダイヤフラムとなっている。また、
この凹部4は電気化学エッチングにより形成したもので
ある。
FIG. 1 shows a cross section of a semiconductor pressure sensor.
An N-type epitaxial layer 2 having a thickness of 6 μm is formed on one surface of a P-type silicon substrate 1 having a crystal orientation (100), and a semiconductor substrate 3 is constituted by this laminated body. The P-type silicon substrate 1 is formed with a concave portion 4 which is open on one surface, and the bottom surface 4 a of the concave portion 4 constitutes a thin portion 5. This thin portion 5 serves as a sensor diaphragm. Also,
The recess 4 is formed by electrochemical etching.

【0015】図1においてN型エピタキシャル層2には
+ 型不純物拡散層6が形成され、このP+ 型不純物拡
散層6が歪みを感知するためのピエゾ抵抗となる。N型
エピタキシャル層2の表面にはシリコン酸化膜7が形成
されている。P+ 型不純物拡散層6がアルミ配線8にて
シリコン酸化膜7の表面側に電気的に引き出されてい
る。
In FIG. 1, a P + -type impurity diffusion layer 6 is formed in the N-type epitaxial layer 2, and this P + -type impurity diffusion layer 6 serves as a piezoresistor for sensing strain. A silicon oxide film 7 is formed on the surface of the N-type epitaxial layer 2. The P + -type impurity diffusion layer 6 is electrically drawn out to the surface side of the silicon oxide film 7 by the aluminum wiring 8.

【0016】図2には、ダイシング前のウエハ状態での
半導体基板3に薄肉部(ダイヤフラム)5を形成するた
めのエッチング装置の概略図を示す。エッチング装置
は、基台14と筒状の枠体15と蓋体16とを備え、こ
れら部材は4フッ化エチレン樹脂等が用いられ、高絶縁
性で、かつ断熱性と耐蝕性に優れている。基台14の上
には枠体15の下面開口端がOリング17により液密状
態で保持可能な状態で配置されるとともに、枠体15の
上面開口端は蓋体16がOリング18により液密状態で
取り付けられている。この基台14と枠体15と蓋体1
6とにより処理槽(密閉容器)55が構成され、この処
理槽55内にアルカリ異方性エッチング液としてのKO
H水溶液19が配置できるようになっている。
FIG. 2 is a schematic view of an etching apparatus for forming the thin portion (diaphragm) 5 on the semiconductor substrate 3 in a wafer state before dicing. The etching apparatus includes a base 14, a cylindrical frame body 15, and a lid body 16. These members are made of tetrafluoroethylene resin or the like, and have high insulation properties and excellent heat insulation properties and corrosion resistance. . The lower surface opening end of the frame 15 is arranged on the base 14 in a state where it can be held in a liquid-tight state by the O-ring 17, and the upper opening end of the frame body 15 is covered by the lid 16 by the O-ring 18. It is installed in a dense state. This base 14, frame 15 and lid 1
A processing tank (closed vessel) 55 is constituted by 6 and KO as an alkali anisotropic etching liquid is contained in the processing tank 55.
The H aqueous solution 19 can be arranged.

【0017】ここで、本実施形態においては、KOH水
溶液19は、第1の工程用の高温・高濃度の液と、第2
の工程用の低温・低濃度の液との2種類が用いられる。
具体的には、高温・高濃度のKOH水溶液としては、1
00〜120℃、25〜40wt%KOH水溶液が、ま
た、低温・低濃度の液としては、80〜90℃、10〜
20wt%KOH水溶液が用いられる。
Here, in the present embodiment, the KOH aqueous solution 19 contains the high temperature and high concentration liquid for the first step and the second solution.
Two types are used, a low temperature and low concentration liquid for the process.
Specifically, as a high temperature and high concentration KOH aqueous solution,
A KOH aqueous solution of 25 to 40 wt% at a temperature of 0 to 120 ° C., and a low temperature / low concentration liquid at 80 to 90 ° C.
A 20 wt% KOH aqueous solution is used.

【0018】基台14の上面14aは平滑なるウエハ載
置面となっており、この上面14aにエッチングを行お
うとするウエハ状態の半導体基板3が配置される。この
とき、シリコンウエハ(半導体基板3)のP型シリコン
基板1が上を向きP型シリコン基板1の表面がKOH水
溶液19と接している。また、シリコンウエハ(半導体
基板3)の給電用電極9(図1参照)が基台14の上面
14aと密接している。
The upper surface 14a of the base 14 is a smooth wafer mounting surface, and the semiconductor substrate 3 in a wafer state to be etched is placed on the upper surface 14a. At this time, the P-type silicon substrate 1 of the silicon wafer (semiconductor substrate 3) faces upward, and the surface of the P-type silicon substrate 1 is in contact with the KOH aqueous solution 19. In addition, the power supply electrode 9 (see FIG. 1) of the silicon wafer (semiconductor substrate 3) is in close contact with the upper surface 14 a of the base 14.

【0019】基台14における上面(ウエハ載置面)1
4aの外周部には負圧室形成用凹部20が環状に設けら
れている。枠体15の下面にはリング状のパッキン21
が固着され、このパッキン21はシリコンウエハ(半導
体基板3)の外周縁を挟んだ状態で負圧室形成用凹部2
0の開口部を塞いでいる。そして、図示しない真空ポン
プ等により負圧室形成用凹部20内を真空引きすること
により、パッキン21が吸引されてシリコンウエハ3が
移動不能に固定されるようになっている。このように、
シリコンウエハ3の外周縁でのエッチング面に対するマ
スキングはパッキン21により行われる。また、この真
空引きにより基台14と枠体15とが吸引固定される。
The upper surface (wafer mounting surface) 1 of the base 14
A negative pressure chamber forming recess 20 is annularly provided on the outer peripheral portion of 4a. A ring-shaped packing 21 is provided on the lower surface of the frame body 15.
The packing 21 is fixed to the negative pressure chamber forming recess 2 with the outer peripheral edge of the silicon wafer (semiconductor substrate 3) sandwiched therebetween.
It blocks the 0 opening. Then, the inside of the negative pressure chamber forming recess 20 is evacuated by a vacuum pump (not shown) or the like, whereby the packing 21 is sucked and the silicon wafer 3 is immovably fixed. in this way,
Masking for the etching surface at the outer peripheral edge of the silicon wafer 3 is performed by the packing 21. Moreover, the base 14 and the frame 15 are suction-fixed by this vacuuming.

【0020】図3に示すように、基台14にはその上面
(ウエハ載置面)14aと負圧室形成用凹部20とを連
通する通路23が形成され、この通路23には陽極電極
24が配置されている。陽極電極24の一端は負圧室形
成用凹部20においてナット25によりピン26と連結
されている。ピン26は連通孔27により基台14の外
部に露出し、かつ、Oリング28により気密が保持され
ている。陽極電極24の先端は、シリコンウエハ(半導
体基板3)の無い状態においては基台14の上面14a
から距離Lだけ突出し、シリコンウエハ3を基台14の
上面14aに配置した状態においては陽極電極24は図
3に二点鎖線で示すように撓む。このように、陽極電極
24はシリコンウエハ3の給電用電極9(図1参照)に
一定の接触圧をもって接触してシリコンウエハ(半導体
基板3)に電圧が印加可能となる。
As shown in FIG. 3, the base 14 is formed with a passage 23 that connects the upper surface (wafer mounting surface) 14 a and the negative pressure chamber forming recess 20. The passage 23 has an anode electrode 24. Are arranged. One end of the anode electrode 24 is connected to the pin 26 by the nut 25 in the negative pressure chamber forming recess 20. The pin 26 is exposed to the outside of the base 14 by the communication hole 27 and is kept airtight by the O-ring 28. The tip of the anode electrode 24 has an upper surface 14a of the base 14 in the absence of the silicon wafer (semiconductor substrate 3).
When the silicon wafer 3 is projected on the upper surface 14a of the base 14 by a distance L from the anode electrode 24, the anode electrode 24 bends as shown by a chain double-dashed line in FIG. In this way, the anode electrode 24 contacts the power supply electrode 9 (see FIG. 1) of the silicon wafer 3 with a constant contact pressure, and the voltage can be applied to the silicon wafer (semiconductor substrate 3).

【0021】図2において、蓋体16には枠体15内に
至る供給通路29が設けられ、この供給通路29にてバ
ルブ30を通してKOH水溶液が、バルブ31を通して
純水が、バルブ32を通して窒素ガスが、それぞれ供給
できるようになっている。また、蓋体16には内部と外
部を連通する排出通路33が設けられ、この排出通路3
3の一端はパイプ34にて枠体15内の底部に開口して
いる。そして、このパイプ34および排出通路33を通
して枠体15内のKOH水溶液19や純水等が排出でき
るようになっている。
In FIG. 2, the lid 16 is provided with a supply passage 29 reaching the inside of the frame 15. In this supply passage 29, KOH aqueous solution is passed through the valve 30, pure water is passed through the valve 31, and nitrogen gas is passed through the valve 32. However, they can be supplied separately. A discharge passage 33 that communicates the inside and the outside is provided in the lid body 16.
One end of 3 is opened at the bottom of the frame 15 by a pipe 34. Then, the KOH aqueous solution 19 and pure water in the frame 15 can be discharged through the pipe 34 and the discharge passage 33.

【0022】また、棒状の陰極電極35が蓋体16を貫
通する状態で配置され、かつ、Oリング36にて気密が
保持されている。この陰極電極35は処理槽55内のK
OH水溶液19に対し所定深さまで延びている。陰極電
極35と陽極電極24との間に、直流電源37と電流計
38と接点39とが直列接続されている。そして、接点
39の閉路により直流電源37にて陰極電極35と陽極
電極24に電圧が加えられる。このとき、電流計38に
よりシリコンウエハ(半導体基板3)から陰極電極35
へ流れる電流が検出される。
Further, a rod-shaped cathode electrode 35 is arranged so as to penetrate through the lid body 16 and is kept airtight by an O-ring 36. This cathode electrode 35 is the K in the processing tank 55.
It extends to a predetermined depth with respect to the OH aqueous solution 19. A DC power supply 37, an ammeter 38, and a contact 39 are connected in series between the cathode electrode 35 and the anode electrode 24. Then, by closing the contact 39, a voltage is applied to the cathode electrode 35 and the anode electrode 24 by the DC power supply 37. At this time, the cathode electrode 35 is removed from the silicon wafer (semiconductor substrate 3) by the ammeter 38.
The current flowing to is detected.

【0023】また、ヒータ40が蓋体16を貫通する状
態で配置され、かつ、Oリング41にて気密が保持され
ている。このヒータ40を通電することによりヒータ4
0が発熱してKOH水溶液19を昇温することができ
る。さらに、温度センサ42が蓋体16を貫通する状態
で配置され、かつ、Oリング43にて気密が保持されて
いる。この温度センサ42によりKOH水溶液19の温
度が検出される。温度コントローラ44は温度センサ4
2によるKOH水溶液19の温度を監視しつつヒータ4
0を通電制御してKOH水溶液19の温度を所望の値に
保持する。
Further, the heater 40 is arranged in a state of penetrating the lid body 16 and is kept airtight by an O-ring 41. By energizing this heater 40, the heater 4
0 can generate heat to raise the temperature of the KOH aqueous solution 19. Further, the temperature sensor 42 is arranged so as to penetrate the lid 16, and the O-ring 43 keeps airtightness. The temperature of the KOH aqueous solution 19 is detected by the temperature sensor 42. The temperature controller 44 is the temperature sensor 4
Heater 4 while monitoring the temperature of KOH aqueous solution 19
0 is energized to maintain the temperature of the KOH aqueous solution 19 at a desired value.

【0024】処理槽55内には攪拌翼45が配置され、
蓋体16に取り付けられたモータ46によりカップリン
グ47を介して攪拌翼45が回転してKOH水溶液19
を攪拌する。攪拌翼45はOリング48にて気密が保持
されている。
A stirring blade 45 is arranged in the processing tank 55,
The motor 46 attached to the lid 16 rotates the stirring blade 45 through the coupling 47 to rotate the KOH aqueous solution 19
Stir. The stirring blade 45 is kept airtight by an O-ring 48.

【0025】また、図4に示すように、第1の工程用の
処理液60を貯蔵するタンク62と、第2の工程のため
の希釈用の処理液61を貯蔵するタンク63と、予備槽
64が備えられ、ポンプ65,66によりタンク62の
処理液60とタンク63の処理液61が定量汲み上げら
れて予備槽64に送られるようになっている。予備槽6
4には攪拌装置67およびヒータ68が備えられ、予備
槽64に汲み上げた液を所望の温度に調整することがで
きる。この予備槽64において、第1の工程用の高温・
高濃度の液(100〜120℃、25〜40wt%KO
H水溶液)が用意され、図2のバルブ30を開くことに
より処理槽55に入れられる。また、第2の工程用の液
は、バルブ30を開くことにより処理槽55に入れら
れ、第2の工程用の低温・低濃度の液(80〜90℃、
10〜20wt%KOH水溶液)にされる。換言すれ
ば、第1の工程が終了した時点でバルブ30を開き処理
槽55に入れるとき、混合された液が短時間で第2のエ
ッチング液条件になるよう液量・濃度・温度が調整され
る。
Further, as shown in FIG. 4, a tank 62 for storing the treatment liquid 60 for the first step, a tank 63 for storing the treatment liquid 61 for dilution for the second step, and a preliminary tank. 64 is provided, and the processing liquid 60 in the tank 62 and the processing liquid 61 in the tank 63 are pumped up by a fixed amount by the pumps 65 and 66 and sent to the preliminary tank 64. Spare tank 6
4 is equipped with a stirrer 67 and a heater 68 so that the liquid pumped into the preliminary tank 64 can be adjusted to a desired temperature. In this spare tank 64, the high temperature for the first step
High concentration liquid (100-120 ° C, 25-40wt% KO
H aqueous solution) is prepared and placed in the processing bath 55 by opening the valve 30 of FIG. Further, the liquid for the second step is put into the processing bath 55 by opening the valve 30, and the low temperature / low concentration liquid for the second step (80 to 90 ° C.,
10 to 20 wt% KOH aqueous solution). In other words, when the valve 30 is opened and put into the processing bath 55 at the time when the first step is completed, the liquid amount, concentration, and temperature are adjusted so that the mixed liquid is in the second etching liquid condition in a short time. It

【0026】図2のメインコントローラ49は開始スイ
ッチ50からの信号によりエッチングの開始を検知する
ととともに電流計38からの信号により通電電流を検知
する。さらに、メインコントローラ49は接点39、モ
ータ46、温度コントローラ44、バルブ30,31,
32を駆動制御するようになっている。メインコントロ
ーラ49はマイコンを中心に構成されている。
The main controller 49 of FIG. 2 detects the start of etching by the signal from the start switch 50, and also detects the energizing current by the signal from the ammeter 38. Further, the main controller 49 includes a contact 39, a motor 46, a temperature controller 44, valves 30, 31,
32 is driven and controlled. The main controller 49 is mainly composed of a microcomputer.

【0027】次に、この半導体圧力センサの製造方法を
説明していく。まず、図1の(100)面のP型シリコ
ン基板(シリコンウエハ)1を用意する。このP型シリ
コン基板(シリコンウエハ)1の一面にN型エピタキシ
ャル層2を成長させ、さらに、N型エピタキシャル層2
の表面の外周部に給電用電極(金属膜)9を形成する。
さらに、P型シリコン基板1の表面における所定領域に
マスク材10(図1参照)を配置する。マスク材10と
してはシリコン窒化膜(SiN)が用いられる。このよ
うにして、エッチング前のシリコンウエハ(半導体基板
3)を用意する。このシリコンウエハ3に対し以後の処
理により各チップ形成領域毎の多数の凹部4が形成され
る。
Next, a method of manufacturing this semiconductor pressure sensor will be described. First, a P-type silicon substrate (silicon wafer) 1 having a (100) plane in FIG. 1 is prepared. An N-type epitaxial layer 2 is grown on one surface of the P-type silicon substrate (silicon wafer) 1, and the N-type epitaxial layer 2 is further grown.
A power supply electrode (metal film) 9 is formed on the outer peripheral portion of the surface of the.
Further, the mask material 10 (see FIG. 1) is arranged in a predetermined region on the surface of the P-type silicon substrate 1. A silicon nitride film (SiN) is used as the mask material 10. In this way, a silicon wafer (semiconductor substrate 3) before etching is prepared. A large number of recesses 4 are formed in each chip formation region in the silicon wafer 3 by the subsequent processing.

【0028】そして、図2に示すエッチング装置に、シ
リコンウエハ3をセットする。この際、ウエハ裏面(被
エッチング面) を上向きにしシリコンウエハ3を基台1
4の上面14aに配置し、負圧室形成用凹部20内を真
空引きしてパッキン21にてシリコンウエハ3を固定す
る。
Then, the silicon wafer 3 is set in the etching apparatus shown in FIG. At this time, the back surface of the wafer (the surface to be etched) faces upward, and the silicon wafer 3 is placed on the base 1.
4, and the inside of the negative pressure chamber forming recess 20 is evacuated to fix the silicon wafer 3 with packing 21.

【0029】そして、メインコントローラ49は、図5
の処理を実行する。この処理を図6のタイムチャートに
基づき説明する。なお、図6の縦軸は電流値をとってい
る。ここで、図6において実線で示す曲線が、第1の工
程条件から第2の工程条件に切り替えた場合を示す。こ
の図6において、第1の工程条件のままエッチングを行
った場合を破線で併記する。
The main controller 49 is shown in FIG.
The process of is executed. This processing will be described based on the time chart of FIG. The vertical axis in FIG. 6 represents the current value. Here, the curve shown by the solid line in FIG. 6 shows the case where the first process condition is switched to the second process condition. In FIG. 6, the case where etching is performed under the first process conditions is also indicated by a broken line.

【0030】まず、メインコントローラ49は、開始ス
イッチ50からエッチング開始信号を入力すると、図5
の処理を起動する。メインコントローラ49は、バルブ
30を開け、第1の工程用の高温・高濃度のKOH水溶
液19(100〜120℃、25〜40wt%KOH水
溶液)を所定量入れる。さらに、攪拌翼45によりKO
H水溶液19を攪拌しつつ、温度コントローラ44によ
りヒータ40を通電制御してKOH水溶液19の温度を
所定値に保持する。この状態から、メインコントローラ
49は、図5のステップ101で電源接点39を閉じ、
直流電源37による電圧をウエハ3のN型エピタキシャ
ル層2に印加する(図6のt0 のタイミング)。
First, when the main controller 49 receives an etching start signal from the start switch 50, the main controller 49 of FIG.
The process of is started. The main controller 49 opens the valve 30 and puts a predetermined amount of the high temperature / high concentration KOH aqueous solution 19 (100 to 120 ° C., 25 to 40 wt% KOH aqueous solution) for the first step. Furthermore, the stirring blade 45 allows KO
While the H aqueous solution 19 is being stirred, the temperature controller 44 energizes the heater 40 to maintain the temperature of the KOH aqueous solution 19 at a predetermined value. From this state, the main controller 49 closes the power contact 39 in step 101 of FIG.
A voltage from the DC power supply 37 is applied to the N-type epitaxial layer 2 of the wafer 3 (timing t0 in FIG. 6).

【0031】そして、メインコントローラ49は、ステ
ップ102で予め定めた時間(具体的には70分)が経
過し、図6のt1 になったか否か判定する。メインコン
トローラ49は、予め定めた時間(70分)が経過して
1 になると、ステップ103に移行して電流計38に
よる電流値(エッチング時に流れる電流)を所定時間毎
に読み込み、ステップ104で2秒毎の今回値Ii と前
回値Ii-1 の差ΔI(=Ii −Ii-1 )が3回連続して
所定値ΔI’よりも大きいか否か判定する。メインコン
トローラ49は、2秒毎の電流値の差ΔIが3回連続し
て所定値ΔI’よりも大きいと(図6のtchのタイミン
グ)、ステップ105に移行して、図4の予備槽64に
おいて液量・濃度・温度が調整された液(第2の工程用
の液)を図2の処理槽55に移し替え、エッチング液を
希釈および冷却することによりエッチング液の低温化と
低濃度化を行う。これにより、エッチング液が80〜9
0℃、10〜20wt%KOH水溶液となる。
[0031] Then, the main controller 49 (70 minutes specifically) a predetermined time in step 102 elapses, determines whether it is t 1 in FIG. When a predetermined time (70 minutes) elapses and t 1 is reached, the main controller 49 proceeds to step 103 and reads the current value (current flowing during etching) by the ammeter 38 every predetermined time, and at step 104. It is determined whether or not the difference ΔI (= I i −I i−1 ) between the current value I i and the previous value I i−1 every 2 seconds is larger than the predetermined value ΔI ′ for three consecutive times. When the difference ΔI between the current values every 2 seconds is larger than the predetermined value ΔI ′ three times consecutively (timing of t ch in FIG. 6), the main controller 49 moves to step 105 and reserves the tank in FIG. The liquid (the liquid for the second step) whose liquid amount, concentration and temperature are adjusted in 64 is transferred to the processing bath 55 of FIG. 2 to dilute and cool the etching liquid to lower the temperature and lower the concentration of the etching liquid. To convert. As a result, the etching solution becomes 80 to 9
It becomes an aqueous solution of 0 to 10 wt% KOH at 0 ° C.

【0032】より詳しくは、第1の工程中に、第2の工
程のための図4の希釈液61をタンク63から計量ポン
プ66にて予備槽64に汲み上げて温度と濃度を調整し
ておき、メインコントローラ49から条件切り替えの信
号がでた段階で、処理槽55の液を定量(処理液の約6
割程度)吸い上げて排出し、直ちに予備槽64のバルブ
30を開き、吸い上げた分を処理槽55へ移す。例え
ば、第1の工程条件が110℃、38wt%、第2の工
程条件が80℃、15wt%の場合、第2の工程のため
の希釈液は純水で、液温を50℃に設定しておく。そし
て、処理槽55内で液を攪拌翼45により混合すると、
2〜3分程度で液温が80℃になる。より詳しい処理槽
55内でのエッチング状況は、この間もウエハ3には電
圧が印加されており、エッチングが進行し、液温が安定
して数分程度すると電流が急増し、やがてピークに達す
る。
More specifically, during the first step, the diluent 61 for the second step shown in FIG. 4 is pumped from the tank 63 to the preliminary tank 64 by the metering pump 66 to adjust the temperature and concentration. When the condition switching signal is output from the main controller 49, the amount of the liquid in the processing bath 55 is fixed (about 6% of the processing liquid).
(Sorting) About suction and discharge, immediately open the valve 30 of the preliminary tank 64, and transfer the sucked portion to the processing tank 55. For example, when the first process condition is 110 ° C. and 38 wt%, and the second process condition is 80 ° C. and 15 wt%, the diluent for the second process is pure water and the liquid temperature is set to 50 ° C. Keep it. Then, when the liquid is mixed by the stirring blade 45 in the processing tank 55,
The liquid temperature reaches 80 ° C. in about 2 to 3 minutes. Regarding the etching condition in the processing bath 55 in more detail, the voltage is applied to the wafer 3 during this time, the etching progresses, and when the liquid temperature stabilizes and the liquid temperature stabilizes for a few minutes, the current sharply increases and eventually reaches the peak.

【0033】メインコントローラ49は、図5のステッ
プ106で電流計38による電流値を読み込み、ステッ
プ107で電流ピークになったか否か判定する。即ち、
通電電流値がピーク(図6でのt3 のタイミング)にな
ったか否か判定する。より具体的には、今回の電流値I
i と前回の電流値Ii-1 の差ΔIi (=Ii −Ii-1
を算出して、通電電流の変化率ΔIi が正から負に反転
したか否か判定する。
The main controller 49 reads the current value from the ammeter 38 in step 106 of FIG. 5, and determines in step 107 whether or not the current peak is reached. That is,
It is determined whether or not the energizing current value reaches a peak (timing of t 3 in FIG. 6). More specifically, this current value I
Difference between i and the previous current value I i-1 ΔI i (= I i −I i-1 )
Is calculated to determine whether or not the rate of change ΔI i of the energizing current is inverted from positive to negative.

【0034】通電電流値がピークになると(図6のt3
のタイミング)、メインコントローラ49は、ステップ
108で所定時間T1(例えば10分)だけ待機した後
に(図6のt4 のタイミング)、ステップ109でバル
ブ操作により純水を注入し、処理液を希釈・冷却し、3
分経過したらバルブ31を閉じ、接点39を開けてエッ
チングを終了する。このようにして、図1に示す凹部4
を多数有するシリコンウエハ3が得られる。
When the current value reaches a peak (t 3 in FIG. 6)
Timing), the main controller 49 waits for a predetermined time T1 (for example, 10 minutes) in step 108 (timing t 4 in FIG. 6), and then in step 109, injects pure water by valve operation to dilute the processing liquid.・ Cool and 3
After a lapse of minutes, the valve 31 is closed, the contact 39 is opened, and the etching is completed. In this way, the recess 4 shown in FIG.
A silicon wafer 3 having a large number of is obtained.

【0035】また、図6において、t2 のタイミング
は、第1の工程条件のままエッチングを行った場合(破
線)での、ウエハ内での各ダイヤフラムにおける最もエ
ッチングの進行が速いダイヤフラム(エッチング加工
面)がPN界面層に達するタイミングであり、t3 ,t
3 ’のタイミングにおいてウエハ面内での全てのエッチ
ング加工面がPN界面層に達する。また、エッチング開
始時の初期電流値I0 は2.0mAであり、t2 のタイ
ミングでの電流値I2 は、第1の工程条件のままエッチ
ングを行った場合(破線)での、I0 +10mAであ
る。
Further, in FIG. 6, the timing of t 2 is the diaphragm (etching process) in which the fastest etching progresses in each diaphragm in the wafer when etching is performed under the first process conditions (broken line). Surface) reaches the PN interface layer, and t 3 , t
At the timing of 3 ', all the etched surfaces in the wafer surface reach the PN interface layer. The initial current value I 0 at the start of the etching is 2.0 mA, the current value I 2 at the timing of t 2 is in the case (broken line) which were kept etching of the first process condition, I 0 It is +10 mA.

【0036】このようにして得られたシリコンウエハに
おいては、ウエハ面内の各ダイヤフラム厚が所望の値と
なっている。つまり、図8に示すように、図6でのt1
におけるエッチング開始後70分経過時に対し、図6で
のt2 になった時からウエハ面内での一部のダイヤフラ
ムの厚さの均一化が開始され、図6でのt3 における電
流ピーク点ではウエハ面内での全てのダイヤフラムの厚
さの均一化が開始され、ついにはウエハ面内での全ての
ダイヤフラムの厚さが均一化される。このようにして、
適正なエッチング面・形状を有し、ウエハ面内の厚さば
らつきの小さいダイヤフラムを比較的短時間で形成する
ことができる。なお、図8についての詳細は後述する。
In the silicon wafer thus obtained, the thickness of each diaphragm in the wafer surface has a desired value. That is, as shown in FIG. 8, t 1 in FIG.
In comparison with 70 minutes after the start of etching in FIG. 6, the thickness of a part of the diaphragm in the wafer surface starts to be made uniform from the time t 2 in FIG. 6, and the current peak point at t 3 in FIG. Then, the uniformization of the thicknesses of all the diaphragms within the wafer surface is started, and finally the thicknesses of all the diaphragms within the wafer surface are uniformized. In this way
It is possible to form a diaphragm having an appropriate etching surface / shape and having a small thickness variation in the wafer surface in a relatively short time. Details of FIG. 8 will be described later.

【0037】次に、エッチング条件の切り替え点の設定
方法について、図7を用いて説明する。図7は、図6で
の破線で示す、第1の工程条件のままエッチングを行っ
た場合を示すものであり、より詳しくは、第1の工程条
件(例えば110℃、38wt%)のみで陽極酸化(印
加電圧1.5ボルト、時間6分)まで行ったものであ
る。
Next, a method of setting a switching point of etching conditions will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a case where the etching is performed under the first process conditions shown by the broken line in FIG. 6, and more specifically, the anode is formed only under the first process conditions (for example, 110 ° C., 38 wt%). Oxidation (applied voltage 1.5 V, time 6 minutes) was performed.

【0038】点p1(時間t1 、電流値I1 )は、電流
がわずかに増加し始めており、電流ピーク点p3より5
分程度手前である。また、点p2(時間t2 、電流値I
2 )は、電流が急増し始めている。この点p1〜p2の
期間がエッチング条件の切り替え時期となる。この点p
1と点p2の設定方法について述べる。なお、エッチン
グ開始時の電流値をI0 とする。
At the point p1 (time t 1 , current value I 1 ), the current starts to slightly increase, and it is 5 from the current peak point p3.
It is about a minute before. In addition, point p2 (time t 2 , current value I
2 ) The current is starting to surge. The period between points p1 and p2 is the time for switching the etching conditions. This point p
A method of setting 1 and the point p2 will be described. The current value at the start of etching is I 0 .

【0039】まず、第1の工程処理条件のみで繰り返し
電気化学エッチングした場合における、通常エッチング
の終点検出の目安とする電流ピーク点p3(時間
3 ’、電流値I3 )に達する最小時間t3minを求め
る。そして、次式にて、電流勾配を検出しはじめる時間
1 を設定する。ただし、t3minおよびt1 の単位は、
min(分)である。
First, the minimum time t to reach the current peak point p3 (time t 3 ', current value I 3 ) which is a standard for detecting the end point of normal etching when electrochemical etching is repeatedly performed only under the first process condition. Ask for 3 min . Then, the time t 1 at which the current gradient starts to be detected is set by the following equation. However, the unit of t 3min and t 1 is
It is min.

【0040】t1 =t3min−t3min/15 次に、点p2の電流値I2 を、エッチング開始時の電流
値I0 およびt3min時の電流値I3 を用いて、次式にて
設定する。ただし、I3 ,I2 およびI0 の単位はmA
(ミリアンペア)である。
T 1 = t 3min −t 3min / 15 Next, the current value I 2 at the point p2 is calculated by the following equation using the current value I 0 at the start of etching and the current value I 3 at t 3min . Set. However, the unit of I 3 , I 2 and I 0 is mA.
(Milliamperes).

【0041】I2 =I0 +(I3 −I0 )/8.5 更に、実際のエッチング時の点p1および点p2におけ
る電流勾配ΔI1 、ΔI2 を計測し、次式により、条件
切り替えのためのトリガ電流勾配ΔI' を設定する。な
お、ΔIの単位はmA(ミリアンペア)/2sec
(秒)である。
I 2 = I 0 + (I 3 −I 0 ) /8.5 Furthermore, the current gradients ΔI 1 and ΔI 2 at the points p1 and p2 during actual etching are measured, and the conditions are switched according to the following equation. To set the trigger current gradient ΔI for The unit of ΔI is mA (milliampere) / 2 sec.
(Seconds).

【0042】ΔI' =ΔI1 +(ΔI2 −ΔI1 )/6 図7において、p1でのΔI1 値は0.015mA/2
secであり、p2でのΔI2 値は0.32mA/2s
ecであり、トリガ電流勾配ΔI' は0.066mA/
2secとなる。
ΔI ' = ΔI 1 + (ΔI 2 −ΔI 1 ) / 6 In FIG. 7, the ΔI 1 value at p1 is 0.015 mA / 2.
sec, and the ΔI 2 value at p2 is 0.32 mA / 2s
ec and the trigger current gradient ΔI is 0.066 mA /
2 seconds.

【0043】これら値を図2のメインコントローラ49
に入力する。そして、前述したように、図5のステップ
103において、時間t1 になったら2秒毎の電流値の
差をメインコントローラ49にて計算し、図5のステッ
プ104において、この差が3回連続してΔI' 以上に
なったらステップ105に移行して処理条件を変えるこ
とになる。
These values are stored in the main controller 49 of FIG.
To enter. Then, as described above, in step 103 of FIG. 5, when the time t 1 is reached, the main controller 49 calculates the difference in current value every 2 seconds, and in step 104 of FIG. 5, this difference is repeated three times. Then, when ΔI ' or more, the processing condition is changed to step 105.

【0044】次に、本発明者らが行った実験に係る説明
を行う。電気化学エッチングにてダイヤフラムを形成す
る場合、適正な面・形状を短時間で形成するとともにダ
イヤフラム厚ばらつきを効果的に補正することが必要で
ある。ダイヤフラム厚の補正効果は、PN界面層および
P層のエッチングレートの比によって決まり、エッチン
グレートの比が小さいほど効果が大きい。例えば、結晶
方位(100)のシリコンをKOHにてエッチングする
場合、図11に示すように、より低温・低濃度の処理条
件(例えば80〜90℃、10〜20wt%)が望まし
い。つまり、図11においては横軸に液濃度をとり、縦
軸にPN界面層およびP層のエッチングレートの比をと
り、液温度が80、90、100、110、120℃の
各液を使用した場合における液濃度に対するエッチング
レートの比をプロットしたものである。この図11か
ら、液の濃度が小さいほど、また、液の温度が低いほ
ど、PN界面層およびP層のエッチングレートの比が小
さく、ウエハ面内でのダイヤフラム厚の均一化に優れて
いることが分かる。
Next, the experiments conducted by the present inventors will be described. When forming a diaphragm by electrochemical etching, it is necessary to form an appropriate surface / shape in a short time and to effectively correct variations in diaphragm thickness. The effect of correcting the diaphragm thickness is determined by the etching rate ratio of the PN interface layer and the P layer, and the smaller the etching rate ratio, the greater the effect. For example, when etching silicon having a crystal orientation (100) with KOH, as shown in FIG. 11, processing conditions of lower temperature and lower concentration (for example, 80 to 90 ° C., 10 to 20 wt%) are desirable. That is, in FIG. 11, the horizontal axis represents the liquid concentration and the vertical axis represents the ratio of the etching rates of the PN interface layer and the P layer, and liquids having liquid temperatures of 80, 90, 100, 110, and 120 ° C. were used. It is a plot of the ratio of the etching rate to the liquid concentration in the case. From FIG. 11, the smaller the concentration of the liquid and the lower the temperature of the liquid, the smaller the ratio of the etching rates of the PN interface layer and the P layer, and the better the uniformity of the diaphragm thickness within the wafer surface. I understand.

【0045】しかし、エッチング液が低温・低濃度の条
件でエッチングを行うと、エッチング加工面においてマ
イクロピラミッドが発生する等により、面が荒れてしま
い、適正なダイヤフラムが形成できない。よって、適正
なエッチング面を比較的短時間で形成するには、高温・
高濃度な処理条件(例えば100〜120℃、25〜4
0wt%)を適用する必要がある。
However, when etching is performed under conditions of low temperature and low concentration, the surface is roughened due to generation of micropyramids on the etched surface, and an appropriate diaphragm cannot be formed. Therefore, in order to form a proper etching surface in a relatively short time,
High-concentration processing conditions (for example, 100 to 120 ° C., 25 to 4
0 wt%) must be applied.

【0046】そこで、図12を用いて説明したように、
電気化学エッチング工程を適正な面・形状を短時間で形
成するための第1の工程(エッチング工程)と、ダイヤ
フラム厚ばらつきを効果的に補正するための第2の工程
(陽極酸化工程)に分け、第1の工程を高温・高濃度な
処理条件とし、第2の工程を第1の工程より低温または
低濃度とし、かつこれらを一連の装置内で連続的に実施
する。ここで、条件を切り替える時期に関しては、エッ
チング加工面がPN界面層より30μm以上手前で切り
替えると、低温・低濃度時に生じるピラミッドによる面
荒れ・形状不良が発生する可能性があり、また、エッチ
ング加工面がPN界面層に達した後で切り替えると、ダ
イヤフラム厚の補正効果が薄れる。これらのことを考慮
して、エッチングの終点検出に使う電流のモニタを利用
してエッチング液の低温・低濃度への切り替えタイミン
グを最適化している。
Therefore, as described with reference to FIG.
The electrochemical etching process is divided into a first process (etching process) for forming an appropriate surface / shape in a short time and a second process (anodizing process) for effectively correcting variations in diaphragm thickness. The first step is set to a high temperature / high concentration processing condition, the second step is set to a lower temperature or a lower concentration than the first step, and these are continuously performed in a series of devices. Here, regarding the timing of switching the conditions, if the etching processed surface is switched 30 μm or more before the PN interface layer, there is a possibility that surface roughness and shape defects due to pyramids that occur at low temperatures and low concentrations may occur. Switching after the surface reaches the PN interface layer diminishes the effect of diaphragm thickness correction. In consideration of these points, the timing of switching the etching solution to a low temperature and a low concentration is optimized by utilizing the current monitor used for detecting the etching end point.

【0047】前にも示したが、図8には、図7の電流の
経時変化に対応するダイヤフラム厚の変化の調査結果を
示す。ここで、エッチング液(KOH)は、濃度が38
wt%、液温が110℃である。
As previously shown, FIG. 8 shows the result of investigation of the change in diaphragm thickness corresponding to the change over time in current in FIG. Here, the etching solution (KOH) has a concentration of 38
wt%, liquid temperature is 110 ° C.

【0048】その結果、図7の電流ピーク点p3より5
分程度手前の電流がわずかに増加している点p1(時間
1 、電流値I1 )では、ウエハ面内での全てのダイヤ
フラムがPN界面層に達しておらず、PN界面層より1
0μm以上厚かった。また、電流が急増し始める点p2
(時間をt2 、電流値I2 )において、ウエハ面内での
最もエッチングの進行の速いダイヤフラムがPN界面層
に達していた。そして、点p2からウエハ面内でのダイ
ヤフラム厚の補正が始まり、通常エッチングの終点検出
の目安とする電流ピーク点p3(時間t3 ’、電流値I
3 )においては、ほとんどのダイヤフラムがPN界面層
に達し、厚さの補正が進んでいることが分かった。
As a result, 5 from the current peak point p3 in FIG.
At a point p1 (time t 1 , current value I 1 ) at which the current slightly before the minute increases slightly, not all the diaphragms in the wafer surface reach the PN interface layer, and 1
It was thicker than 0 μm. Also, the point p2 at which the current begins to increase sharply
At (time t 2 and current value I 2 ), the diaphragm with the fastest etching progressed within the wafer surface reached the PN interface layer. Then, begins diaphragm thickness correction from the point p2 in the wafer surface, the current peak point is a measure of end-point detection of the normal etching p3 (time t 3 ', the current value I
In 3 ), it was found that most of the diaphragm reached the PN interface layer and the thickness was being corrected.

【0049】このことから、p1点とp2点の間で処理
条件を切り替えるのが効果的であり、この場合、低温・
低濃度下でのエッチング量は最も大きい場合でも30μ
m以下にでき、エッチング量が僅かなため、マイクロピ
ラミッドによる面荒れ・形状不良は回避できる。また、
エッチングの最も速いダイヤフラムでも、まだPN界面
層に達しておらず、低温・低濃度下にて効果的に厚さを
補正できる。即ち、図5に示すように、エッチング開始
から所定時間(例えば70分)経過し、2点間(2秒
毎)の電流差が3回連続して所定値(例えば0.05m
A)以上になった時点で、条件を切り替える。
From this, it is effective to switch the processing conditions between the points p1 and p2. In this case, at low temperature
Even if the maximum etching amount at low concentration is 30μ
Since it can be set to m or less and the etching amount is small, surface roughness and defective shape due to micropyramids can be avoided. Also,
Even the diaphragm with the fastest etching has not yet reached the PN interface layer, and the thickness can be effectively corrected at low temperature and low concentration. That is, as shown in FIG. 5, a predetermined time (for example, 70 minutes) has elapsed from the start of etching, and the current difference between two points (every 2 seconds) has reached a predetermined value (for example, 0.05 m) continuously three times.
A) When the above is reached, the condition is switched.

【0050】以下、効果確認のために実験を行ったの
で、それを説明する。図9には、液温110℃、液濃度
38wt%、陽極酸化時間を6分、印加電圧を3ボルト
とした場合におけるウエハ面内でのダイヤフラムの厚さ
の測定結果を示す。図10には、第1の工程条件が11
0℃、38wt%、第2の工程条件が80℃、15wt
%とし、陽極酸化時間を10分、印加電圧を1.5ボル
トにてエッチングしたときのダイヤフラム厚の分布を示
す。
An experiment was carried out to confirm the effect, which will be described below. FIG. 9 shows the measurement results of the thickness of the diaphragm within the wafer when the liquid temperature is 110 ° C., the liquid concentration is 38 wt%, the anodizing time is 6 minutes, and the applied voltage is 3 volts. In FIG. 10, the first process condition is 11
0 ° C., 38 wt%, second process condition is 80 ° C., 15 wt
%, And the distribution of the diaphragm thickness when the anodic oxidation time is 10 minutes and the applied voltage is 1.5 V for etching.

【0051】図9での比較例はウエハ外周部のダイヤフ
ラム厚が中央部に対し0.4μm程度厚い。図10の本
実施形態では、ウエハ外周部のダイヤフラム厚と中央部
のそれの差が0.2μm以下になっている。これは、ダ
イヤフラム厚補正精度の目安となるPN界面層およびP
層のエッチングレートの比が図9の条件では0.03で
あったのに対し、本実施形態においては0.01以下に
なったためである(図11参照)。また、図10の本実
施形態では、エッチング面の荒れは無く、良好なダイヤ
フラムを形成できた。なお、エッチング時間について
は、陽極酸化を低温化した分長くなるが、これも10%
程度ですむ。このようにして、トータルエッチング時間
を従来に対し大幅に増やすことなく十分なダイヤフラム
厚補正効果が得られる。
In the comparative example shown in FIG. 9, the diaphragm thickness on the outer peripheral portion of the wafer is about 0.4 μm thicker than the central portion. In the present embodiment of FIG. 10, the difference between the diaphragm thickness at the outer peripheral portion of the wafer and that at the central portion is 0.2 μm or less. This is the PN interface layer and P
This is because the etching rate ratio of the layer was 0.03 under the condition of FIG. 9, but was 0.01 or less in the present embodiment (see FIG. 11). Further, in the present embodiment of FIG. 10, the etching surface was not roughened, and a good diaphragm could be formed. It should be noted that the etching time becomes longer due to the lowering of the anodic oxidation, but this is also 10%.
It's enough. In this way, a sufficient diaphragm thickness correction effect can be obtained without significantly increasing the total etching time as compared with the conventional case.

【0052】 このように本実施形態は下記の特徴を有
する。 (イ)ウエハ面内での最もエッチングの進行が速いエッ
チング加工面がPN接合部に達する前に、エッチング液
の低温化と低濃度化を行うようにしたので、エッチング
液の低温化と低濃度化を行うまでは、エッチング速度を
大きくしてエッチング処理時間の短縮化が図られ、エッ
チング液の低温化と低濃度化を行うことにより、ウエハ
面内での薄肉部厚さの均一化が図られ、エッチング時間
の短縮とウエハ面内での十分な薄肉部厚さの均一化を両
立することができる。
As described above, the present embodiment has the following features. (A) Since the etching solution is lowered in temperature and the concentration thereof before the etching surface where the etching progresses fastest in the wafer surface reaches the PN junction, Until the temperature is lowered and the concentration is lowered, the etching rate is increased to shorten the etching process time.By lowering the temperature and concentration of the etching solution, the thin wall thickness in the wafer surface can be reduced. Can be achieved, and both the shortening of the etching time and the uniformization of the sufficient thickness of the thin portion in the wafer surface can be achieved at the same time.

【0053】より具体的なエッチング方法として、シリ
コンウエハに流れる電流を検出して当該電流が所望の挙
動を示した時に、つまり、ウエハに流れる電流値の勾配
増加点を検出した時に、同一の槽55内で、エッチング
液の低温化と低濃度化を行う前後の処理を連続的に行
う、即ち、処理槽55の中のエッチング液よりも温度と
濃度の低い液を、処理槽55に注入し、エッチング液の
希釈と冷却を行うことによりエッチング液の低温化と低
濃度化を行うようにしたので、より好ましいものとな
る。
As a more specific etching method, when the current flowing in the silicon wafer is detected and the current exhibits a desired behavior, that is, when the slope increase point of the current value flowing in the wafer is detected, the same bath is used. In 55, the processing before and after lowering the temperature and the concentration of the etching solution is continuously performed, that is, a solution having a temperature and a concentration lower than that of the etching solution in the processing tank 55 is injected into the processing tank 55. Since the etching liquid is diluted and cooled to lower the temperature and the concentration of the etching liquid, it is more preferable.

【0054】なお、本実施形態においては、ダイヤフラ
ム厚の補正効果をより大きくするため、第2の工程にお
いて、低温化と低濃度化を行ったが、補正度合いが若干
小さくてもよい場合は、低温化または低濃度化のどちら
かのみでもよい。つまり、図12においてシフト(I)で
示すように低温化のみを行ったり、シフト(II) で示す
ように低濃度化のみを行ってもよい。ただし、例えばウ
エハ面内でのダイヤフラムの最終厚さばらつきを±0.
3μm以下にする場合(N層の厚さばらつきは±0.1
5μm程度)、陽極酸化前のダイヤフラム厚ばらつきを
最大20μm(通常は10μm程度)まで考慮すると、
本実施形態のように、第1の工程条件(液温110℃、
液濃度38wt%)に対し、第2の工程条件を液温90
℃以下、液濃度20wt%以下にする必要がある。
In the present embodiment, in order to further enhance the effect of correcting the diaphragm thickness, the temperature is lowered and the concentration is decreased in the second step. However, when the correction degree may be slightly small, Either the low temperature or the low concentration may be used. That is, in FIG. 12, only the lowering of temperature may be performed as indicated by shift (I), or only the lowering of concentration may be performed as indicated by shift (II). However, for example, the variation in the final thickness of the diaphragm within the wafer surface is ± 0.
When the thickness is 3 μm or less (the thickness variation of the N layer is ± 0.1
5 μm), and considering the diaphragm thickness variation before anodic oxidation up to 20 μm (usually about 10 μm),
As in the present embodiment, the first process condition (liquid temperature 110 ° C.,
The second process condition is a liquid temperature of 90 wt%).
It is necessary to keep the liquid temperature below 20 ° C. and the liquid concentration below 20 wt%.

【0055】これまでの説明においては半導体圧力セン
サのダイヤフラムを形成する場合について説明したが、
半導体加速度センサの薄肉部(梁部)を形成する場合等
に用いることができる。
In the above description, the case where the diaphragm of the semiconductor pressure sensor is formed has been described.
It can be used, for example, when forming a thin portion (beam portion) of a semiconductor acceleration sensor.

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

【図1】実施の形態における半導体圧力センサの断面
図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment.

【図2】エッチング装置の概略図。FIG. 2 is a schematic view of an etching apparatus.

【図3】エッチング装置の一部拡大図。FIG. 3 is a partially enlarged view of an etching apparatus.

【図4】エッチング装置の概略図。FIG. 4 is a schematic view of an etching apparatus.

【図5】エッチング動作を説明するためのフローチャー
ト。
FIG. 5 is a flowchart for explaining an etching operation.

【図6】エッチング動作を説明するためのタイムチャー
ト。
FIG. 6 is a time chart for explaining an etching operation.

【図7】エッチング動作を説明するためのタイムチャー
ト。
FIG. 7 is a time chart for explaining an etching operation.

【図8】ウエハ面内のエッチング量の分布図。FIG. 8 is a distribution chart of the etching amount in the wafer surface.

【図9】ウエハ面内のエッチング量の分布図。FIG. 9 is a distribution diagram of the etching amount in the wafer surface.

【図10】ウエハ面内のエッチング量の分布図。FIG. 10 is a distribution chart of the etching amount on the wafer surface.

【図11】エッチング液濃度に対するエッチレート比の
関係を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the etching solution concentration and the etch rate ratio.

【図12】エッチング条件を説明するための図。FIG. 12 is a diagram for explaining etching conditions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…P型シリコン基板、2…N型エピタキシャル層、3
…半導体基板(シリコンウエハ)、4…凹部、19…K
OH水溶液
1 ... P-type silicon substrate, 2 ... N-type epitaxial layer, 3
... Semiconductor substrate (silicon wafer), 4 ... Recess, 19 ... K
OH aqueous solution

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 充 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 谷口 敏尚 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 平10−335305(JP,A) 特開 平9−27469(JP,A) 特開 平8−264504(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/306 H01L 21/3063 H01L 21/308 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Mitsuru Hoshino 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi, Denso Co., Ltd. (72) Inventor Toshinao Taniguchi 1-1-chome, Showa-cho, Aichi prefecture, Denso, Inc. ( 56) References JP-A-10-335305 (JP, A) JP-A-9-27469 (JP, A) JP-A-8-264504 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/306 H01L 21/3063 H01L 21/308

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 PN接合を有するシリコンウエハをアル
カリエッチング液に浸漬した状態で、シリコンウエハの
一方の面からエッチングを行い、前記シリコンウエハの
一部領域を所定量エッチングするとともに、PN接合面
近傍でシリコンの陽極酸化にてエッチングを停止させ、
PN接合部を底面とする凹部を形成するエッチング方法
であって、 ウエハ面内での全てのエッチング加工面がPN接合部に
達する前に、エッチング液の低温化と低濃度化の少なく
ともいずれかを行うようにしたことを特徴とするシリコ
ンウエハのエッチング方法。
1. A silicon wafer having a PN junction is dipped in an alkaline etching solution to perform etching from one surface of the silicon wafer to etch a partial region of the silicon wafer by a predetermined amount and near the PN junction surface. Stop the etching by anodic oxidation of silicon with
An etching method for forming a recess having a PN junction as a bottom surface, in which at least one of lowering the temperature and lowering the concentration of the etching solution is performed before all the etched surfaces in the wafer surface reach the PN junction. A method for etching a silicon wafer, which is characterized by being performed.
【請求項2】 PN接合を有するシリコンウエハをアル
カリエッチング液に浸漬した状態で、シリコンウエハの
一方の面からエッチングを行い、前記シリコンウエハの
一部領域を所定量エッチングするとともに、PN接合面
近傍でシリコンの陽極酸化にてエッチングを停止させ、
PN接合部を底面とする凹部を形成するエッチング方法
であって、 ウエハ面内での最もエッチングの進行が速いエッチング
加工面がPN接合部に達する前に、エッチング液の低温
化と低濃度化の少なくともいずれかを行うようにしたこ
とを特徴とするシリコンウエハのエッチング方法。
2. A silicon wafer having a PN junction is immersed in an alkaline etching solution, and etching is performed from one surface of the silicon wafer to etch a partial area of the silicon wafer by a predetermined amount and near the PN junction surface. Stop the etching by anodic oxidation of silicon with
An etching method for forming a recess having a PN junction as a bottom surface, which is performed to reduce the temperature of the etching solution and to reduce the concentration of the etching solution before the etching-processed surface, which has the fastest etching progress in the wafer surface, reaches the PN junction. A method for etching a silicon wafer, characterized in that at least one of them is performed.
【請求項3】 同一の槽内で、前記エッチング液の低温
化と低濃度化の少なくともいずれかを行う前後の処理を
連続的に行うようにした請求項1または2に記載のシリ
コンウエハのエッチング方法。
3. The etching of a silicon wafer according to claim 1 or 2, wherein the treatment before and after the low temperature and / or the low concentration of the etching solution is continuously performed in the same bath. Method.
【請求項4】 処理槽の中のエッチング液よりも温度と
濃度の少なくともいずれかが低い液を、処理槽に注入
し、エッチング液の希釈と冷却の少なくともいずれかを
行うことにより、エッチング液の低温化と低濃度化の少
なくともいずれかを行うようにした請求項3に記載のシ
リコンウエハのエッチング方法。
4. An etching solution is prepared by injecting into the processing tank a solution having a temperature and / or a concentration lower than that of the etching solution in the processing tank, and diluting and / or cooling the etching solution. The method for etching a silicon wafer according to claim 3, wherein at least one of lowering the temperature and lowering the concentration is performed.
【請求項5】 前記シリコンウエハに流れる電流を検出
して当該電流が所望の挙動を示した時に、エッチング液
の低温化と低濃度化の少なくともいずれかを行うように
した請求項1または2に記載のシリコンウエハのエッチ
ング方法。
5. The method according to claim 1, wherein the current flowing through the silicon wafer is detected, and when the current exhibits a desired behavior, at least one of lowering the temperature of the etching solution and lowering the concentration of the etching solution is performed. A method for etching a silicon wafer according to claim 1.
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