(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳセンサの製造に要する時間を短縮する。【解決手段】シリコンマイク１では、基板２に貫通孔３が形成され、その貫通孔３に対向して、ダイヤフラム７が配置されている。ダイヤフラム７は、貫通孔３との対向方向に見たときのサイズが貫通孔３よりも小さいように形成されている。そして、ダイヤフラム７は、その周縁から貫通孔３の周縁よりも外側まで延びる複数の支持部８に支持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が形成された基板と、
前記貫通孔に対向配置され、その対向方向に見て、前記貫通孔のサイズ以下のサイズを有する振動膜と、
前記振動膜の周縁から前記貫通孔の周縁よりも外側まで延び、前記振動膜を振動可能に支持する複数の支持部とを含む、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記振動膜は、前記対向方向に見て、前記貫通孔のサイズよりも小さいサイズを有する、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記振動膜は、前記対向方向に見て、前記貫通孔の周縁よりもその内側に配置されている、請求項１または２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により製造される各種センサ（ＭＥＭＳセンサ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＭＥＭＳセンサが携帯電話機などに搭載され始めたことから、ＭＥＭＳセンサの注目度が急激に高まっている。ＭＥＭＳセンサの代表的なものとして、たとえば、シリコンマイク（Ｓｉマイク）がある。
図５は、従来のシリコンマイクの構造を示す模式的な断面図である。
シリコンマイク１０１は、シリコン基板１０２を備えている。シリコン基板１０２の中央部には、断面台形状の貫通孔１０３が形成されている。
【０００３】
シリコン基板１０２上には、円形薄膜状のダイヤフラム１０４が設けられている。ダイヤフラム１０４は、貫通孔１０３と対向し、シリコン基板１０２の表面における貫通孔１０３の周囲の部分１０５（以下、背景技術および発明が解決しようとする課題の項において「貫通孔周辺部１０５」という。）との間に微小な間隔を空けて、貫通孔周辺部１０５から浮いた状態で配置されている。
【０００４】
ダイヤフラム１０４には、支持部１０６が一体的に形成されている。支持部１０６は、ダイヤフラム１０４の周縁から側方に延び、先端部がシリコン基板１０２の表面上に積層された第１絶縁膜１０７および第２絶縁膜１０８の間に挟持されている。ダイヤフラム１０４は、支持部１０６により、シリコン基板１０２との対向方向に振動可能に支持されている。
【０００５】
ダイヤフラム１０４の下面には、貫通孔周辺部１０５と対向する位置に、複数のストッパ１０９が突出している。ストッパ１０９は、ダイヤフラム１０４に過度の圧力が加わったときに、貫通孔周辺部１０５に当接することにより、ダイヤフラム１０４の振動幅を制限する。これにより、ダイヤフラム１０４の過度の振動によるダイヤフラム１０４または支持部１０６の破損を防止することができる。
【０００６】
ダイヤフラム１０４の上方には、バックプレート１１０が設けられている。バックプレート１１０は、ダイヤフラム１０４に対して微小な間隔を空けて対向している。
シリコンマイク１０１の最表面は、保護膜１１１により被覆されている。具体的には、保護膜１１１は、第１絶縁膜１０７、第２絶縁膜１０８およびシリコン基板１０２の表面を連続して被覆し、シリコン基板１０２の表面からダイヤフラム１０４の周囲をダイヤフラム７と間隔を有して取り囲むように立ち上がり、バックプレート１１０の上面を被覆している。これにより、シリコン基板１０２上には、保護膜１１１により区画される空間１１２が形成されており、この空間１１２内に、ダイヤフラム１０４がシリコン基板１０２、バックプレート１１０および保護膜１１１と非接触な状態で配置されている。
【０００７】
バックプレート１１０および保護膜１１１には、複数の貫通孔１１３がそれらを連続して貫通して形成されている。これにより、保護膜１１１の内側の空間１１２は、貫通孔１０３を介してシリコン基板１０２の裏面側の外部と連通するとともに、貫通孔１１３を介してシリコン基板１０２の表面側の外部と連通している。
ダイヤフラム１０４およびバックプレート１１０は、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。このコンデンサには、所定の電圧が印加される。その状態で、音圧（音波）によりダイヤフラム１０４が振動すると、コンデンサの静電容量が変化し、この静電容量の変化によるダイヤフラム１０４およびバックプレート１１０間の電圧変動が音声信号として取り出される。
【０００８】
シリコンマイク１０１の製造工程では、シリコン基板１０２上に第１犠牲層が形成され、その第１犠牲層上にダイヤフラム１０４が形成される。その後、第２犠牲層がダイヤフラム１０４の表面全域を被覆するように形成され、その第２犠牲層上にバックプレート１１０が形成される。バックプレート１１０の形成後、保護膜１１１が第１犠牲層、第２犠牲層およびバックプレート１１０を被覆するように形成される。そして、シリコン基板１０２に貫通孔１０３が形成され、保護膜１１１に貫通孔１１３が形成された後、貫通孔１０３，１１３から保護膜１１１の内側にエッチング液が供給され、第１犠牲層および第２犠牲層が除去される。これにより、ダイヤフラム１０４が貫通孔周辺部１０５から浮いた状態になるとともに、ダイヤフラム１０４とバックプレート１１０との間に微小な間隔の空間が形成される。
【特許文献１】特表２００１−５１８２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ダイヤフラム１０４における貫通孔周辺部１０５と対向する部分にストッパ１０９を設けなければならないため、ダイヤフラム１０４と貫通孔周辺部１０５との対向面積は、比較的大きい。一方、ダイヤフラム１０４と貫通孔周辺部１０５との間の間隔は、比較的小さいため、そのダイヤフラム１０４と貫通孔周辺部１０５との間の狭い部分に、エッチング液が進入しにくい。そのため、ダイヤフラム１０４と貫通孔周辺部１０５との間から第１犠牲層を除去するのに長い時間（たとえば、２０〜３０分間）を要し、これがシリコンマイク１０１の製造に長い時間を要する原因の１つとなっている。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、製造に要する時間を短縮することができる、ＭＥＭＳセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔に対向配置され、その対向方向に見て、前記貫通孔のサイズ以下のサイズを有する振動膜と、前記振動膜の周縁から前記貫通孔の周縁よりも外側まで延び、前記振動膜を振動可能に支持する複数の支持部とを含む、ＭＥＭＳセンサである。
このＭＥＭＳセンサでは、基板に貫通孔が形成され、その貫通孔に対向して、振動膜が配置されている。振動膜は、貫通孔との対向方向に見て、そのサイズが貫通孔のサイズ以下に形成されている。そして、振動膜は、その周縁から貫通孔の周縁よりも外側まで延びる複数の支持部に支持されている。これにより、振動膜の支持強度が増すので、振動膜に過度の圧力が加わっても、振動膜が過度に振動することがない。よって、振動膜の過度の振動による振動膜および支持部の破損を防止することができる。
【００１２】
ＭＥＭＳセンサの製造工程では、基板上に犠牲層が形成され、犠牲層上に振動膜および支持部が形成された後、基板に貫通孔が形成され、その貫通孔を通して犠牲層にエッチャントが供給されることにより犠牲層が除去される。振動膜と基板における貫通孔の周辺部分とが（基板の表面に直交する方向において）対向しないか、または、その一部のみと対向し、全周にわたっては対向しないので、エッチャントを犠牲層に効率よく供給することができる。その結果、基板上の犠牲層を短時間で除去することができ、ひいてはＭＥＭＳセンサの製造に要する時間を短縮することができる。
【００１３】
請求項２に記載のように、振動膜は、貫通孔との対向方向に見て、貫通孔のサイズよりも小さいサイズを有していてもよい。
また、請求項３に記載のように、振動膜は、貫通孔との対向方向に見て、貫通孔の周縁よりもその内側に配置されていてもよい。この場合、振動膜は、基板における貫通孔の周辺部分と（基板の表面に直交する方向において）対向しない。そのため、振動膜の振動幅は、振動膜と基板との当接によって制限されることはないが、振動膜が複数の支持部に支持されていることにより、振動膜が過度に振動するおそれはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るシリコンマイクの構造を示す模式的な断面図である。
シリコンマイク１は、ＭＥＭＳ技術により製造されるセンサ（ＭＥＭＳセンサ）である。シリコンマイク１は、シリコンからなる基板２を備えている。基板２の中央部には、平面視円形状の貫通孔３が形成されている。
【００１５】
基板２上には、第１絶縁膜４が積層されている。第１絶縁膜４は、たとえば、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる。
第１絶縁膜４上には、第２絶縁膜５が積層されている。第２絶縁膜５は、たとえば、ＳｉＯ２からなる。
第１絶縁膜４および第２絶縁膜５は、平面視で貫通孔３を含む領域上から除去されており、基板２の表面（上面）における貫通孔３の周囲の部分６（以下「貫通孔周辺部６」という。）は、第１絶縁膜４および第２絶縁膜５から露出している。
【００１６】
基板２の上方には、貫通孔３に対向して、ダイヤフラム７が設けられている。ダイヤフラム７は、平面視で貫通孔３よりも径の小さい円形状に形成されている。そして、ダイヤフラム７は、平面視において、貫通孔３の周縁よりもその内側に配置されている。
ダイヤフラム７には、複数の支持部８が一体的に形成されている。各支持部８は、ダイヤフラム７の周縁から貫通孔３の周縁よりも外側まで延び、第１絶縁膜４および第２絶縁膜５との間に挟持されている。ダイヤフラム７は、複数の支持部８により、基板２の表面と直交する方向に振動可能に支持されている。ダイヤフラム７および支持部は、たとえば、ドープトポリシリコン（不純物のドープにより導電性が付与されたポリシリコン）からなる。
【００１７】
ダイヤフラム７の上方には、バックプレート９が設けられている。バックプレート９は、ダイヤフラム７よりも小径な平面視円形状の外形を有し、ダイヤフラム７に対して間隔を空けて対向している。バックプレート９には、複数の孔１０が形成されている。バックプレート９は、たとえば、ドープトポリシリコンからなる。
シリコンマイク１の最表面は、保護膜１１により被覆されている。具体的には、保護膜１１は、第１絶縁膜４、第２絶縁膜５および基板２の表面を連続して被覆し、基板２の表面からダイヤフラム７の周囲をダイヤフラム７と間隔を有して取り囲むように立ち上がり、バックプレート９の上面（ダイヤフラム７側と反対側の面）を被覆している。これにより、基板２上には、保護膜１１により区画される空間１２が形成されており、この空間１２内に、ダイヤフラム７が基板２、バックプレート９および保護膜１１と非接触な状態で配置されている。保護膜１１は、たとえば、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。
【００１８】
保護膜１１は、バックプレート９の一部の孔１０に入り込んでいる。保護膜１１の孔１０に入り込んだ部分１３は、孔１０からバックプレート９の下面（ダイヤフラム７との対向面）よりも下方に突出し、ダイヤフラム７とバックプレート９との接触を防止するための上ストッパとして機能する。
保護膜１１には、保護膜１１が入り込んでいない孔１０と対向する各位置に、孔１４が孔１０と連通して形成されている。これにより、保護膜１１の内側の空間１２は、貫通孔３を介して基板２の裏面側の外部と連通するとともに、孔１０，１４を介して基板２の表面側の外部と連通している。
【００１９】
ダイヤフラム７およびバックプレート９は、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。このコンデンサ（ダイヤフラム７およびバックプレート９間）には、所定の電圧が印加される。その状態で、音圧（音波）によりダイヤフラム７が振動すると、コンデンサの静電容量が変化し、この静電容量の変化によるダイヤフラム７およびバックプレート９間の電圧変動が音声信号として取り出される（出力される）。
【００２０】
図２は、図１に示すダイヤフラムおよび支持部の図解的な平面図である。
ダイヤフラム７は、その全体が仮想線で示す貫通孔３に対向している。
この実施形態では、４本の支持部８が設けられている。４本の支持部８は、ダイヤフラム７の周囲に等角度間隔（すなわち、９０度間隔）で配置されている。これにより、ダイヤフラム７は、４方向から４点支持されている。
【００２１】
図３Ａ〜３Ｅは、図１に示すシリコンマイクの製造方法を説明するための模式的な断面図である。
まず、図３Ａに示すように、熱酸化法により、基板２の母体であるシリコンウエハＷの全面に、ＳｉＯ２からなる酸化膜２１が形成される。以下では、シリコンウエハＷの表面に形成される酸化膜２１を表面酸化膜２１Ａとし、シリコンウエハＷの裏面に形成される酸化膜２１を裏面酸化膜２１Ｂとして区別する。表面酸化膜２１Ａには、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、円形溝２２が形成される。これにより、表面酸化膜２１Ａは、第１絶縁膜４と第１犠牲層２３とに分断される。
【００２２】
次に、図３Ｂに示すように、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：プラズマ化学気相成長）法により、ウエハＷおよび表面酸化膜２１Ａ上にＳｉＮが堆積され、この堆積層がエッチバックされることにより、円形溝２２に、ＳｉＮ膜２４が埋設される。その後、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition：減圧化学気相成長）法により、表面酸化膜２１ＡおよびＳｉＮ膜上に、ドープトポリシリコンが堆積される。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、ドープトポリシリコンの堆積層が選択的に除去される。これにより、表面酸化膜２１ＡおよびＳｉＮ膜２４上に、ダイヤフラム７および複数の支持部８が形成される。
【００２３】
次いで、ＰＥＣＶＤ法により、ダイヤフラム７、支持部８、表面酸化膜２１ＡおよびＳｉＮ膜２４上の全域に、ＳｉＯ２が堆積される。そして、図３Ｃに示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、ＳｉＯ２の堆積層に、円形溝２５が形成される。これにより、第１絶縁膜４上に第２絶縁膜５が形成されるとともに、第１犠牲層２３上に第２犠牲層２６が形成される。ダイヤフラム７は、第２犠牲層２６に覆われる。その後、ダイヤフラム７の形成方法と同様の方法により、第２犠牲層２６上に、バックプレート９が形成される。また、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、第２犠牲層２６に、複数の凹部２７が形成される。
【００２４】
その後、図３Ｄに示すように、ＰＥＣＶＤ法により、第１絶縁膜４、第２絶縁膜５、第１犠牲層２３および第２犠牲層２６を一括して覆うように、ＳｉＮからなる保護膜１１が形成される。ＳｉＮ膜２４は、保護膜１１と一体となる。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、保護膜１１に孔１４が形成されるとともに、バックプレート９の孔１０から保護膜１１が除去される。
【００２５】
次いで、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、裏面酸化膜２１Ｂに開口２８が形成され、この開口２８を介してシリコンウエハＷがエッチングされることにより、シリコンウエハＷに貫通孔３が形成される。
この後、エッチング液（たとえば、フッ酸）が貫通孔３および孔１０，１４を通して保護膜１１の内側に供給されることにより、第１犠牲層２３および第２犠牲層２６が除去される。そして、裏面酸化膜２１Ｂが除去され、シリコンウエハＷが基板２に切り分けられることにより、図１に示すシリコンマイク１が得られる。
【００２６】
以上のように、シリコンマイク１では、基板２に貫通孔３が形成され、その貫通孔３に対向して、ダイヤフラム７が配置されている。ダイヤフラム７は、貫通孔３との対向方向に見たときのサイズが貫通孔３よりも小さいように形成されている。したがって、ダイヤフラム７は、貫通孔周辺部６と基板２の表面に直交する方向において対向せず、ダイヤフラム７の振動幅は、ダイヤフラム７と基板２との当接によって制限されることはない。そのため、ダイヤフラム７は、その周縁から貫通孔３の周縁よりも外側まで延びる複数の支持部８に支持されている。これにより、ダイヤフラム７の支持強度が増すので、ダイヤフラム７に過度の圧力が加わっても、ダイヤフラム７が過度に振動することがない。よって、ダイヤフラム７の過度の振動によるダイヤフラム７および支持部８の破損を防止することができる。
【００２７】
シリコンマイク１の製造工程では、シリコンウエハＷ（基板２）上に第１犠牲層２３が形成され、第１犠牲層２３上にダイヤフラム７および支持部８が形成された後、シリコンウエハＷに貫通孔３が形成され、その貫通孔３を通して第１犠牲層２３にエッチング液が供給されることにより、第１犠牲層２３が除去される。ダイヤフラム７とシリコンウエハＷにおける貫通孔周辺部６とが対向しないので、エッチング液を第１犠牲層２３に効率よく供給することができる。その結果、シリコンウエハＷ上の第１犠牲層２３を短時間で除去することができ、ひいてはシリコンマイク１の製造に要する時間を短縮することができる。
【００２８】
なお、ダイヤフラム７は、平面視で貫通孔３の径と同じ径を有する円形状に形成されていてもよい。また、ダイヤフラム７は、平面視円形状に限らず、平面視楕円形状または平面視多角形状に形成されていてもよい。すなわち、ダイヤフラム７は、平面視で貫通孔３のサイズ以下のサイズに形成されていればよい。
また、図４に示すように、ダイヤフラム７は、平面視において、その中心が貫通孔３の中心からずれ、その一部が貫通孔周辺部６（図１参照）と基板２の表面に直交する方向に対向していてもよい。
【００２９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
また、本発明は、シリコンマイクに限らず、静電容量の変化量を検知して動作する圧力センサや加速度センサなどに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るシリコンマイクの構造を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示すダイヤフラムおよび支持部の図解的な平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１に示すシリコンマイクの製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図４】図４は、他の実施形態（ダイヤフラムの配置位置が変更された態様）を説明するための図解的な平面図である。
【図５】図５は、従来のシリコンマイクの構造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  シリコンマイク
２  基板
３  貫通孔
７  ダイヤフラム（振動膜）
８  支持部
【図１】
2010103701.tif 000003
【図２】
2010103701.tif 000004
【図３Ａ】
2010103701.tif 000005
【図３Ｂ】
2010103701.tif 000006
【図３Ｃ】
2010103701.tif 000007
【図３Ｄ】
2010103701.tif 000008
【図３Ｅ】
2010103701.tif 000009
【図４】
2010103701.tif 000010
【図５】
2010103701.tif 000011