MEMS向けバルクマイクロマシニング

バルクマイクロマシニングは、MEMSを製造するための最も古く、確立された方法の1つです。これは切削加工の一種であり、通常は単結晶シリコンウェハである基板のバルクから直接デバイスの形状を削り出すものです。この技術はエッチングに大きく依存しており、エッチングは大きく湿式（化学エッチング）と乾式（プラズマエッチング）に分類されます。

湿式エッチングはより伝統的な手法です。等方性エッチングでは、すべての方向で同じ速度でエッチングが行われ、丸みを帯びたアンダーカット形状が得られます。MEMSでは、異方性湿式エッチングがより一般的に使用されます。この方法は、単結晶シリコンのエッチング速度が結晶方位に依存するという事実を利用します。水酸化カリウム（KOH）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（TMAH）、エチレンジアミンピロカテコール（EDP）などのエッチング剤は、（100）面と（110）面を（111）面よりもはるかに速くエッチングします。（100）方位のウェハ上でマスクパターンを結晶軸に合わせることで、この特性を利用して、光ファイバー用のV溝やピラミッド型ピットなど、角度のついた側壁を持つ精密に定義された構造を作成できます。（111）面は自然なエッチングストップとして機能し、最終的な形状を優れた精度で制御できます。圧力センサー用のダイヤフラムは典型的な用途であり、ウェハの裏面からエッチングストップ層（高濃度ドープされたホウ素層やpn接合における電気化学的ストップ層など）に到達するまでエッチングすることで形成される。

Dry etching, particularly Deep Reactive-Ion Etching (DRIE), has become a dominant bulk micromachining technique. DRIE allows for the creation of very deep, high-aspect-ratio structures with nearly vertical sidewalls, something not possible with wet etching. The most common method is the ‘Bosch process,’ which alternates between an etching step (using a plasma like SF6) and a passivation step (using a polymerizing gas like C4F8). The passivation layer protects the sidewalls from being etched, forcing the etch to proceed primarily in the vertical direction. This cycle is repeated hundreds or thousands of times to achieve depths of hundreds of microns. DRIE is essential for manufacturing modern high-performance inertial sensors, microfluidic devices, and through-silicon vias (TSVs) for 3D chip stacking.