(57)【要約】  ＭＥＭＳデバイスは、第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板１０１と、前記基板１０１に形成された貫通孔１１０と、前記第１主表面の上側に前記貫通孔１１０を覆うように形成された振動膜１０５とを備えている。前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、前記第２主表面における前記貫通孔１１０の形状は実質的に菱形である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板と、
前記基板に形成された貫通孔と、
前記第１主表面の上側に前記貫通孔を覆うように形成された振動膜とを備え、
前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、
前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第２主表面に対して実質的に垂直であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第１主表面に対して実質的に垂直であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記振動膜は保持部によって部分的に保持されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記菱形における第１の内角は７０．６−３度から７０．６＋３度までの範囲内にあり、
前記菱形における第２の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記菱形における長辺対角線は、（１１０）結晶面である前記第２主表面において＜００１＞方位に対して実質的に平行であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項９】
請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第１主表面における前記貫通孔の形状と、前記第２主表面における前記貫通孔の形状とは対応していることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１０】
請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記振動膜の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第１主表面における前記貫通孔の大きさは、前記第２主表面における前記貫通孔の大きさと比較して小さいことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に六角形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記六角形の角部のうち互いに対向する２つの角部の第１の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあり、
前記六角形の角部のうちその他の４つの角部の第２の内角は１２５．３−３度から１２５．３＋３度までの範囲内にあることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記六角形における隣り合う前記第２の内角の間に位置する辺は、（１１０）結晶面である前記第１主表面において＜００１＞方位に対して実質的に垂直であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記振動膜の形状は実質的に六角形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１６】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記基板の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１７】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記振動膜と対向するように前記振動膜の上側に形成された固定膜と、
前記振動膜と前記固定膜との間に介在するエアギャップとをさらに備えていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１８】
第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板における前記第１主表面の上に犠牲層を形成する工程（ａ）と、
前記犠牲層の上に振動膜を形成する工程（ｂ）と、
前記基板に対して前記第２主表面側からエッチングを行うことによって前記基板に貫通孔を形成する工程（ｃ）と、
前記貫通孔を通じてエッチャントを供給することによって前記犠牲層を除去すると共に前記貫通孔を前記第１主表面側から拡げる工程（ｄ）とを備え、
前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、
前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第２主表面に対して実質的に垂直であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第１主表面に対して実質的に垂直であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記振動膜は保持部によって部分的に保持されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２３】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記菱形における第１の内角は７０．６−３度から７０．６＋３度までの範囲内にあり、
前記菱形における第２の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２４】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記菱形における長辺対角線は、（１１０）結晶面である前記第２主表面において＜００１＞方位に対して実質的に平行であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２５】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の形状と、前記工程（ｄ）の終了後の前記第２主表面における前記貫通孔の形状とは対応していることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記振動膜の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２８】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の大きさは、前記工程（ｄ）の終了後の前記第２主表面における前記貫通孔の大きさと比較して小さいことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２９】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に六角形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記六角形の角部のうち互いに対向する２つの角部の第１の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあり、
前記六角形の角部のうちその他の４つの角部の第２の内角は１２５．３−３度から１２５．３＋３度までの範囲内にあることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３１】
請求項２９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記六角形における隣り合う前記第２の内角によって挟まれた辺は、（１１０）結晶面である前記第１主表面において＜００１＞方位に対して実質的に垂直であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３２】
請求項２９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記振動膜の形状は実質的に六角形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３３】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記基板の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３４】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記工程（ｂ）よりも後に、前記振動膜上に犠牲膜を介して固定膜を形成した後、前記犠牲膜を除去することにより、前記振動膜と前記固定膜との間にエアギャップを形成する工程（ｅ）をさらに備えていることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３５】
第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板と、
前記基板に形成された貫通孔とを備え、
前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、
前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするデバイス。
【請求項３６】
請求項３５に記載のデバイスにおいて、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とするデバイス。
【請求項３７】
請求項３５に記載のデバイスにおいて、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第２主表面に対して実質的に垂直であることを特徴とするデバイス。
【請求項３８】
請求項３７に記載のデバイスにおいて、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第１主表面に対して実質的に垂直であることを特徴とするデバイス。
【請求項３９】
第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板における前記第１主表面の上に犠牲層を形成する工程（ａ）と、
前記基板に対して前記第２主表面側からエッチングを行うことによって前記基板に貫通孔を形成する工程（ｂ）と、
前記貫通孔を通じてエッチャントを供給することによって前記犠牲層を除去すると共に前記貫通孔を前記第１主表面側から拡げる工程（ｃ）とを備え、
前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、
前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載のデバイスの製造方法において、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項４１】
請求項３９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第２主表面に対して実質的に垂直であることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第１主表面に対して実質的に垂直であることを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を利用したセンサ等のデバイス及びその製造方法に関し、例えば、圧力変動を検知して振動するダイアフラムを有し且つ当該振動を電気信号に変換する音響センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンなどの半導体ＬＳＩ製造分野で使用される微細加工技術を利用して、ＭＥＭＳと呼ばれる技術が進展している。このＭＥＭＳ技術を利用することにより、加速度センサ、圧力センサ、音響センサなどの各種微細部品が提案され、また、商品化され始めている。それに伴い、ＭＥＭＳの携帯機器への応用や、コストダウンのためのＭＥＭＳチップの小型化が要求されている。
【０００３】
これらＭＥＭＳ技術を利用したセンサは、加速度変動や圧力変動を検知するために、貫通孔を有するシリコン基板上に振動する部位となるダイアフラム膜が形成された構造（以下、ダイアフラム構造と称する）を有している。
【０００４】
ダイアフラム構造を実現するためにシリコン基板に貫通孔を形成する方法としては、一般的に、（１００）面を主表面とするシリコン基板に対してＫＯＨなどのアルカリ系の薬液を用いて異方性エッチングを行う方法が使われる。この方法を使うと、シリコン基板に、傾斜面であるＳｉ（１１１）結晶面を内壁面とする貫通孔が形成される。ところが、このような傾斜した内壁を有する貫通孔が形成されると、ＭＥＭＳセンサチップが大型化してしまう。すなわち、Ｓｉ（１１１）結晶面を内壁面とする貫通孔が形成されることは、ＭＥＭＳセンサチップの小型化に対する阻害要因となる。
【０００５】
これに対する解決策として、ＭＥＭＳセンサチップ面積に対するＳｉ（１１１）結晶面つまり傾斜面の割合を減らしてＭＥＭＳセンサチップを小型化する方法が特許文献１に開示されている。
【０００６】
図２７（ａ）及び（ｂ）は、特許文献１に開示されている従来のダイアフラム構造の上面図及び断面図を示す。図２７（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来のダイアフラム構造１１においては、（１００）結晶面を主表面とするＳｉ基板１２上に保持部１８を介して素子薄膜（ダイアフラム）１３が形成されている。Ｓｉ基板１２には、その裏面側からウェットエッチングすることによって、その表面からその裏面まで貫通した貫通孔１４が形成されている。Ｓｉ基板１２の主表面における貫通孔１４の形状は矩形であり、当該矩形の縦方向及び横方向の各辺は、（１００）結晶面である主表面において＜１１０＞方位に沿っている。また、貫通孔１４の内壁は、Ｓｉ基板１２の表面側及び裏面側のそれぞれに形成された（１１１）結晶面又はそれと等価な結晶面からなる傾斜面１５及び１７と、傾斜面１５と傾斜面１７とを接続する垂直面１６とから構成されている。すなわち、貫通孔１４の断面形状は、Ｓｉ基板１２の表面側及び裏面側のそれぞれにおいてテーパーの付いた形状となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−９８５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されたダイアフラム構造１１は、ＭＥＭＳセンサチップを小型化した場合にも大きいダイアフラムを確保できる方法として有効な方法である。
【０００９】
しかしながら、例えばダイアフラム構造１１を音響センサとして使用する場合においてチップの小型化を図った場合、貫通孔１４の断面形状がＳｉ基板１２の表面側及び裏面側のそれぞれにおいてテーパーの付いた形状となっているため、傾斜面１５及び１７で音波の反射が発生することや、ダイアフラム１３から見てＳｉ基板１２の裏面側から入射してきた音波の通路が途中で狭くなること等に起因して、感度の低下等の問題が発生する。尚、傾斜面１５及び１７は（１１１）結晶面又はそれと等価な結晶面であるため、主表面である（１００）結晶面に対して約３５．３度（正確にはarctan(２0.5 ／２)）の角度を持つ。言い換えると、傾斜面１５及び１７は垂直面１６に対して約５４．７度の角度を持つ。
【００１０】
また、チップの小型化に伴って、貫通孔１４の配置面積中において傾斜面１５及び１７の占有面積が占める割合が大きくなる結果、Ｓｉ基板１２の裏面側から貫通孔１４に入射する音波の傾斜面１５及び１７での反射量が増大すると共に音波（空気振動）が貫通孔１４を通過する際の抵抗が増大してしまう。このため、ダイアフラム１３には十分な振動が伝わらず、音響センサとしての感度がさらに低下するという問題が顕在化する。
【００１１】
前記に鑑み、本開示は、基板主面に対して垂直な内壁を持つ貫通孔を安価なウェットエッチング法によってシリコン基板に形成したダイアフラム構造、それを用いたＭＥＭＳデバイス及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは種々の検討を重ねた結果、シリコン基板の裏面にマスク膜を用いた開口パターンを形成し、アルカリ系の薬液を使ってシリコン基板の表面まで異方性エッチングを行うことにより貫通孔を形成する方法において、主表面が（１１０）結晶面であるシリコン基板に対して、実質的に菱形の開口パターンを有するマスク膜を用いてエッチングを行うことにより、内壁がほぼ垂直な貫通孔をシリコン基板に形成できることを見出した。
【００１３】
図２８を参照しながら、本開示について具体的に説明する。図２８は、シリコン基板の裏面（（１１０）結晶面）にマスク膜を用いた形成した開口パターンの平面図である。図２８において、破線は、（１１０）結晶面である基板裏面における＜００１＞方位を示す。図２８に示す開口パターンつまり菱形Ａは、当該破線（＜００１＞方位）に対してそれぞれ約＋３５．３度（正確にはarctan(２0.5 ／２)）及び−３５．３度をなす４辺を有している。このような開口パターンを有するマスク膜をシリコン基板の裏面上つまり（１１０）結晶面上に形成して、当該裏面に対してアルカリ系の薬液を使って異方性エッチングを行うと、（１１０）結晶面に対して垂直な（−１１１）結晶面及び（１−１１）結晶面からなる内壁面を有する貫通孔を形成することができる。
【００１４】
尚、本開示において、菱形形状の開口パターンにおける長い方の対角線（以下、長辺対角線という）は＜００１＞方位に一致していることが望ましいが、当該長辺対角線と＜００１＞方位との間に−１度程度から＋１度程度までの角度（誤差）があっても、基板主面に対して貫通孔の内壁をほぼ垂直にすることができる。これは、（１１１）結晶面と等価な結晶面でのエッチング速度と比べて、（１１０）結晶面と等価な結晶面でのエッチング速度の方が数１０倍大きいために、開口パターンつまり実質的な菱形形状の各辺に沿って形成される（１１１）結晶面と等価な結晶面が貫通孔の内壁面となるためである。
【００１５】
すなわち、本開示に係るＭＥＭＳデバイスは、第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板と、前記基板に形成された貫通孔と、前記第１主表面の上側に前記貫通孔を覆うように形成された振動膜とを備え、前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形である。
【００１６】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記基板はシリコン基板であってもよい。
【００１７】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第２主表面に対して実質的に垂直であってもよい。この場合、前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第１主表面に対して実質的に垂直であってもよい。
【００１８】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記振動膜は保持部によって部分的に保持されていてもよい。
【００１９】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記菱形における第１の内角は７０．６−３度から７０．６＋３度までの範囲内にあり、前記菱形における第２の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあることが好ましい。
【００２０】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記菱形における長辺対角線は、（１１０）結晶面である前記第２主表面において＜００１＞方位に対して実質的に平行であることが好ましい。
【００２１】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であってもよい。この場合、前記第１主表面における前記貫通孔の形状と、前記第２主表面における前記貫通孔の形状とは対応していてもよいし、前記振動膜の形状は実質的に菱形であってもよい。
【００２２】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第１主表面における前記貫通孔の大きさは、前記第２主表面における前記貫通孔の大きさと比較して小さくてもよい。
【００２３】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に六角形であってもよい。この場合、前記六角形の角部のうち互いに対向する２つの角部の第１の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあり、前記六角形の角部のうちその他の４つの角部の第２の内角は１２５．３−３度から１２５．３＋３度までの範囲内にあることが好ましい。また、この場合、前記六角形における隣り合う前記第２の内角の間に位置する辺は、（１１０）結晶面である前記第１主表面において＜００１＞方位に対して実質的に垂直であることが好ましい。さらに、この場合、前記振動膜の形状は実質的に六角形であってもよい。
【００２４】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記基板の形状は実質的に菱形であってもよい。
【００２５】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスにおいて、前記振動膜と対向するように前記振動膜の上側に形成された固定膜と、前記振動膜と前記固定膜との間に介在するエアギャップとをさらに備えていてもよい。このようにすると、例えば、振動膜（ダイアフラム膜）と固定膜（固定電極膜）との間の静電容量がダイアフラム膜の振動によって変化することを利用して、音響センサの機能を実現することができる。
【００２６】
また、本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板における前記第１主表面の上に犠牲層を形成する工程（ａ）と、前記犠牲層の上に振動膜を形成する工程（ｂ）と、前記基板に対して前記第２主表面側からエッチングを行うことによって前記基板に貫通孔を形成する工程（ｃ）と、前記貫通孔を通じてエッチャントを供給することによって前記犠牲層を除去すると共に前記貫通孔を前記第１主表面側から拡げる工程（ｄ）とを備え、前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形である。
【００２７】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記基板はシリコン基板であってもよい。
【００２８】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第２主表面に対して実質的に垂直であってもよい。この場合、前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第１主表面に対して実質的に垂直であってもよい。
【００２９】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記振動膜は保持部によって部分的に保持されていてもよい。
【００３０】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記菱形における第１の内角は７０．６−３度から７０．６＋３度までの範囲内にあり、前記菱形における第２の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあることが好ましい。
【００３１】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記菱形における長辺対角線は、（１１０）結晶面である前記第２主表面において＜００１＞方位に対して実質的に平行であることが好ましい。
【００３２】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であってもよい。この場合、前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の形状と、前記工程（ｄ）の終了後の前記第２主表面における前記貫通孔の形状とは対応していてもよいし、前記振動膜の形状は実質的に菱形であってもよい。
【００３３】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の大きさは、前記工程（ｄ）の終了後の前記第２主表面における前記貫通孔の大きさと比較して小さくてもよい。
【００３４】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に六角形であってもよい。この場合、前記六角形の角部のうち互いに対向する２つの角部の第１の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあり、前記六角形の角部のうちその他の４つの角部の第２の内角は１２５．３−３度から１２５．３＋３度までの範囲内にあることが好ましい。また、この場合、前記六角形における隣り合う前記第２の内角によって挟まれた辺は、（１１０）結晶面である前記第１主表面において＜００１＞方位に対して実質的に垂直であることが好ましい。さらに、この場合、前記振動膜の形状は実質的に六角形であってもよい。
【００３５】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記基板の形状は実質的に菱形であってもよい。
【００３６】
本開示に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記工程（ｂ）よりも後に、前記振動膜上に犠牲膜を介して固定膜を形成した後、前記犠牲膜を除去することにより、前記振動膜と前記固定膜との間にエアギャップを形成する工程（ｅ）をさらに備えていてもよい。このようにすると、例えば、振動膜（ダイアフラム膜）と固定膜（固定電極膜）との間の静電容量がダイアフラム膜の振動によって変化することを利用して、音響センサの機能を実現することができる。
【００３７】
本開示に係るデバイスは、第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板と、前記基板に形成された貫通孔とを備え、前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形である。
【００３８】
本開示に係るデバイスにおいて、前記基板はシリコン基板であってもよい。
【００３９】
本開示に係るデバイスにおいて、前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第２主表面に対して実質的に垂直であってもよい。この場合、前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第１主表面に対して実質的に垂直であってもよい。
【００４０】
本開示に係るデバイスの製造方法は、第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板における前記第１主表面の上に犠牲層を形成する工程（ａ）と、前記基板に対して前記第２主表面側からエッチングを行うことによって前記基板に貫通孔を形成する工程（ｂ）と、前記貫通孔を通じてエッチャントを供給することによって前記犠牲層を除去すると共に前記貫通孔を前記第１主表面側から拡げる工程（ｃ）とを備え、前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形である。
【００４１】
本開示に係るデバイスの製造方法において、前記基板はシリコン基板であってもよい。
【００４２】
本開示に係るデバイスの製造方法において、前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第２主表面に対して実質的に垂直であってもよい。この場合、前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は前記第１主表面に対して実質的に垂直であってもよい。
【発明の効果】
【００４３】
本開示によると、各種センサに用いられるダイアフラム構造において、貫通孔の内壁を基板主面に対して垂直に形成することができる。言い換えると、例えば特許文献１に開示された従来構造のようにシリコン基板の貫通孔にテーパー部が生じることを防止することができる。このため、ダイアフラム構造の平面形状を小型化することができる。また、貫通孔にテーパー部がないことにより、当該テーパー部での音波の反射の影響を解消することができる。さらに、ダイアフラム（振動膜）から見て基板裏面側から入射してきた音波の通路が途中で狭くなることがないので、音波（空気振動）が貫通孔を通過する際の抵抗（空気抵抗）を大きく低減することができる。従って、ダイアフラムに十分な音波（空気振動）が伝わるので、本開示に係るＭＥＭＳデバイスを例えば音響センサとして用いた場合には、感度低下などの音響性能の低下を防止することができる。
【００４４】
すなわち、本開示によると、基板主面に対して垂直な内壁を持つ貫通孔を安価なウェットエッチング法によってシリコン基板に形成したダイアフラム構造、それを用いたＭＥＭＳデバイス及びそれらの製造方法を提供することができる。
【００４５】
また、本開示において、ダイアフラム（振動膜）の形状を六角形に設定した場合、ダイアフラム角部での応力集中を抑制でき、それによって当該角部からのダイアフラムの破損を防止することができるので、より長寿命で性能の優れたダイアフラム構造及びそれを用いた音響センサ等のＭＥＭＳデバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１（ａ）〜（ｐ）は本開示の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図１（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図１（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｐ）は本開示の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図２（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図２（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｌ）は本開示の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は上面図であり、図３（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は、図３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図３（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は底面図であり、図３（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は、図３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｈ）は本開示の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図４（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図４（ｂ）、（ｆ）は、図４（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図４（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図４（ｄ）、（ｈ）は、図４（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図５】図５は、図１（ｅ）〜（ｈ）に示す工程でシリコン基板の表面側の薄膜に形成した犠牲層形状制御用の開口パターンと、図２（ｍ）〜（ｐ）に示す工程でシリコン基板の裏面側のマスク薄膜に形成した開口パターンとを比較して示す斜視図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｐ）は本開示の第１の実施形態の第１変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図６（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図６（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図６（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｐ）は本開示の第１の実施形態の第１変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図７（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図７（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図７（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｌ）は本開示の第１の実施形態の第１変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は上面図であり、図８（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は、図８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図８（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は底面図であり、図８（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は、図８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｈ）は本開示の第１の実施形態の第１変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図９（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図９（ｂ）、（ｆ）は、図９（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図９（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図９（ｄ）、（ｈ）は、図９（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は本開示の第１の実施形態の第２変形例に係る音響センサの構造を例示する図であり、図１０（ａ）は上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１０（ｃ）は底面図であり、図１０（ｄ）は図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｌ）は本開示の第１の実施形態の第２変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は上面図であり、図１１（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は、図１１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１１（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は底面図であり、図１１（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は、図１１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｌ）は本開示の第１の実施形態の第２変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は上面図であり、図１２（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は、図１２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１２（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は底面図であり、図１２（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は、図１２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｈ）は本開示の第１の実施形態の第２変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１３（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図１３（ｂ）、（ｆ）は、図１３（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１３（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図１３（ｄ）、（ｈ）は、図１３（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｌ）は本開示の第１の実施形態の第２変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は上面図であり、図１４（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は、図１４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１４（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は底面図であり、図１４（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は、図１４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｈ）は本開示の第１の実施形態の第２変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１５（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図１５（ｂ）、（ｆ）は、図１５（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１５（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図１５（ｄ）、（ｈ）は、図１５（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｈ）は本開示の第１の実施形態の第２変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１６（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図１６（ｂ）、（ｆ）は、図１６（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１６（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図１６（ｄ）、（ｈ）は、図１６（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｐ）は本開示の第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図１７（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図１７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１７（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図１７（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図１７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｐ）は本開示の第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図１８（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図１８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１８（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図１８（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図１８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図１９】図１９（ａ）〜（ｌ）は本開示の第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図１９（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は上面図であり、図１９（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は、図１９（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１９（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は底面図であり、図１９（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は、図１９（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２０】図２０（ａ）〜（ｈ）は本開示の第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図２０（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図２０（ｂ）、（ｆ）は、図２０（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２０（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図２０（ｄ）、（ｈ）は、図２０（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２１】図２１は、図１７（ｅ）〜（ｈ）に示す工程でシリコン基板の表面側の薄膜に形成した犠牲層形状制御用の開口パターンと、図１８（ｍ）〜（ｐ）に示す工程でシリコン基板の裏面側のマスク薄膜に形成した開口パターンとを比較して示す斜視図である。
【図２２】図２２（ａ）〜（ｄ）は本開示の第２の実施形態の変形例に係る音響センサの構造を例示する図であり、図２２（ａ）は上面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２２（ｃ）は底面図であり、図２２（ｄ）は図２２（ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２３】図２３（ａ）〜（ｐ）は本開示の第２の実施形態の変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図２３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図２３（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図２３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２３（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図２３（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図２３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２４】図２４（ａ）〜（ｐ）は本開示の第２の実施形態の変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図２４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図２４（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図２４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２４（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図２４（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図２４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２５】図２５（ａ）〜（ｐ）は本開示の第２の実施形態の変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図２５（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）は上面図であり、図２５（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）は、図２５（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２５（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）は底面図であり、図２５（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）は、図２５（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２６】図２６（ａ）〜（ｌ）は本開示の第２の実施形態の変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図であり、図２６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は上面図であり、図２６（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は、図２６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２６（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は底面図であり、図２６（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は、図２６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２７】図２７（ａ）及び（ｂ）は、特許文献１に開示されている従来のダイアフラム構造の上面図及び断面図である。
【図２８】図２８は、本開示に従ってシリコン基板の裏面（（１１０）結晶面）にマスク膜を用いた形成した開口パターンの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
（第１の実施形態）
以下、本開示の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス、具体的には、各種センサに用いられるダイアフラム構造を有するＭＥＭＳデバイス、及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図１（ａ）〜（ｐ）、図２（ａ）〜（ｐ）、図３（ａ）〜（ｌ）及び図４（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図である。尚、図１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図４（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図１（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）、図２（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）、図３（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）及び図４（ｂ）、（ｆ）は、図１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図４（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）、図２（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）、図３（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）及び図４（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図１（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）、図２（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）、図３（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）及び図４（ｄ）、（ｈ）は、図１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図４（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【００４９】
まず、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、（１１０）結晶面を表面（第１主表面）及び裏面（第２主表面）として有する実質的に菱形のシリコン基板１０１を用意する。
【００５０】
次に、図１（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition ）法を用いて薄膜１０２を形成する。薄膜１０２は、シリコン基板１０１を異方性エッチングするためのアルカリ系の薬液によってエッチングされにくい材料から構成されている。薄膜１０２は、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜など（これらに限定されないが）から構成されている。また、薄膜１０２の厚さは例えば５０〜５００ｎｍ程度である。
【００５１】
続いて、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、シリコン基板１０１の表面側の薄膜１０２に犠牲層形状制御用の開口パターンを形成する。ここで、当該開口パターンの形状はシリコン基板１０１よりも小さい実質的な菱形形状であり、当該菱形形状において第１の内角は７０．６−１度から７０．６＋１度までの範囲内にあることが好ましく、第２の内角は１０９．４−１度から１０９．４＋１度までの範囲内にあることが好ましい。但し、若干の性能の劣化を許容できる場合には、前記第１の内角を７０．６−５度から７０．６＋５度までの範囲に拡大することが可能であり、前記第２の内角を１０９．４−５度から１０９．４＋５度までの範囲に拡大することが可能である。また、前記菱形形状における長辺対角線は、（１１０）結晶面であるシリコン基板１０１の表面において＜００１＞方位に対して実質的に平行である。本実施形態においては、この菱形の開口パターンの大きさによって、最終的に形成されるダイアフラム（振動膜）の大きさが決定される。
【００５２】
次に、図１（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上にシリコン犠牲層１０３を形成する。シリコン犠牲層１０３の材料としては、アルカリ系の薬液によって等方的にエッチングされる材料であるポリシリコンやアモルファスシリコンなど（これらに限定されないが）を用いる。尚、シリコン基板１０１の表面側のシリコン犠牲層１０３については、薄膜１０２の開口内のみに形成する。具体的には、実質的に菱形の開口を有する薄膜１０２が形成されたシリコン基板１０１の表面上に、例えばＣＶＤ法（これに限定されないが）によりポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜をシリコン犠牲層１０３として堆積した後、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法によって、薄膜１０２の開口内に当該シリコン犠牲層１０３を選択的に残すことにより、シリコン基板１０１の表面上においては薄膜１０２の開口内のみにシリコン犠牲層１０３を形成する。
【００５３】
次に、図１（ｍ）〜（ｐ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に例えばＣＶＤ法（これに限定されないが）によって層間膜１０４を形成する。層間膜１０４としては、アルカリ系の薬液によってエッチングされにくい材料、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いる。
【００５４】
次に、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の表面側及び裏面側の層間膜１０４上にダイアフラム膜（振動膜）１０５を形成する。ここで、シリコン基板１０１の表面側においては、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、ダイアフラム膜１０５を、シリコン基板１０１よりも小さく且つ薄膜１０２の開口パターン（つまりシリコン基板１０１の表面側のシリコン犠牲層１０３）よりも大きい菱形形状に形成する。また、本実施形態では、ダイアフラム膜１０５を振動電極として機能させるために、ダイアフラム膜１０５として、例えばポリシリコン膜若しくはアルミニウム膜等のメタル膜等の導電性材料からなる単層膜、又は導電性膜と絶縁性膜との積層膜を用いる。
【００５５】
次に、図２（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に全面に亘って例えばＣＶＤ法（これに限定されないが）によって保護膜１０６を形成する。保護膜１０６としては、アルカリ系の薬液によってエッチングされにくい材料、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いる。
【００５６】
次に、図２（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面側に積層された各種薄膜を除去して、シリコン基板１０１の裏面を露出させる。具体的には、シリコン基板１０１の表面側をレジストやシリコン酸化膜によって保護しつつ、シリコン基板１０１の裏面側に積層された各種薄膜に対して、膜種に応じてフッ酸や燐酸などの薬液を使い分けながら１膜種ずつウェットエッチングを行って積層膜を除去しても良い。或いは、バックグラインダーを用いてシリコン基板１０１の裏面側の積層膜を一括して研削除去しても良い。
【００５７】
次に、図２（ｍ）〜（ｐ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上にマスク薄膜１０７を形成する。マスク薄膜１０７としては、シリコン基板１０１を異方性エッチングするためのアルカリ系の薬液によってエッチングされにくい材料であるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いる。次に、シリコン基板１０１の裏面側においては、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、マスク薄膜１０７に実質的に菱形の開口を形成し、シリコン基板１０１の底面にエッチング開始用の露出面を設ける。
【００５８】
図５は、図１（ｅ）〜（ｈ）に示す工程でシリコン基板１０１の表面側の薄膜１０２に形成した犠牲層形状制御用の開口パターンと、図２（ｍ）〜（ｐ）に示す工程でシリコン基板１０１の裏面側のマスク薄膜１０７に形成した開口パターンとを比較して示す斜視図である。図５に示すように、本実施形態では、基板裏面側のマスク薄膜１０７に、基板表面側の薄膜１０２に形成した犠牲層形状制御用の開口パターンとほぼ同じ寸法の実質的に菱形の開口パターンをほぼ同じ平面位置（ＸＹ位置）に形成する。尚、後述するシリコン基板１０１のエッチングにおける開口パターンからの拡がり分やバラツキ分を考慮して、基板裏面側のマスク薄膜１０７に、基板表面側の薄膜１０２に形成した犠牲層形状制御用の開口パターンと相似形で且つより小さい実質的に菱形の開口パターンをほぼ同じ平面位置（ＸＹ位置）に形成してもよい。
【００５９】
次に、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）など（これらに限定されないが）アルカリ系の薬液を用いて、マスク薄膜１０７の開口パターンに露出するシリコン基板１０１の裏面に対してエッチングを行うことにより、シリコン基板１０１に貫通孔１１０を形成する。このとき、Ｓｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートと比べて、Ｓｉ（１１０）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートの方が数１０倍大きいため、貫通孔１１０の内壁にＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面が露出しながらエッチングが進む。その結果、図３（ｂ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜１０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける長辺対角線に沿った断面では、シリコン基板１０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して３５．３度の角度をなすＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である傾斜面１０８が形成される。一方、図３（ｄ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜１０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける短辺対角線に沿った断面では、シリコン基板１０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して垂直なＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面１０９が形成される。尚、エッチングが進んで、貫通孔１１０がシリコン基板１０１を貫通する時には、図３（ｃ）に示すように、貫通孔１１０内に前述の短辺対角線に沿ってスリット状にシリコン犠牲層１０３が露出する。
【００６０】
次に、前述のように、貫通孔１１０がシリコン基板１０１を貫通すると、図３（ｅ）〜（ｈ）に示すように、貫通孔１１０を通じてエッチング液が基板表面側のシリコン犠牲層１０３に達する。これにより、シリコン犠牲層１０３は単結晶Ｓｉと比較してより早く等方的にエッチングされて全剥される。
【００６１】
次に、前述のように、シリコン犠牲層１０３がエッチングによって完全に除去されると、シリコン基板１０１に対して、その表面側からもエッチングが開始されるので、図３（ｉ）〜（ｌ）に示すように、貫通孔１１０が基板表面側から徐々に広がっていく。
【００６２】
さらに、シリコン基板１０１のエッチングが進むと、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、最終的には、貫通孔１１０の内壁として、基板裏面側のマスク薄膜１０７における開口パターンつまり菱形パターンの４辺に沿ってＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面１０９が形成される。言い換えると、シリコン犠牲層１０３が形成されていた薄膜１０２の開口の実質的な菱形形状が、基板表面における貫通孔１１０の平面形状となる。従って、本実施形態では、基板表面における貫通孔１１０の平面形状と、基板裏面における貫通孔１１０の平面形状とが相似形になる。
【００６３】
次に、図４（ｅ）〜（ｈ）に示すように、例えばフッ酸などの薬液を使って、薄膜１０２、層間膜１０４、保護膜１０６、マスク薄膜１０７をエッチングにより除去し、ダイアフラム膜１０５を露出させる。このとき、薄膜１０２及び層間膜１０４の一部をダイアフラム保持部１１１として残すことにより、シリコン基板１０１の表面上においてダイアフラム膜１０５を保持する。
【００６４】
以上に説明した第１の実施形態によると、各種センサに用いられるダイアフラム構造において、貫通孔１１０の内壁を基板主面に対して垂直に形成することができる。言い換えると、従来構造のようにシリコン基板１０１の貫通孔１１０にテーパー部が生じることを防止することができる。このため、ダイアフラム構造の平面形状を小型化することができる。また、シリコン基板１０１の貫通孔１１０の容積を確保しつつチップ強度の低下を抑制することができる。また、貫通孔１１０にテーパー部がないことにより、当該テーパー部での音波の反射の影響を解消することができる。さらに、ダイアフラム膜１０５から見て基板裏面側から入射してきた音波の通路が途中で狭くなることがないので、音波（空気振動）が貫通孔１１０を通過する際の抵抗（空気抵抗）を実質的に最小化することができる。従って、ダイアフラム膜１０５に十分な振動が伝わるので、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例えば音響センサとして用いた場合には、感度低下などの音響性能の低下を防止することができる。
【００６５】
すなわち、第１の実施形態によると、安価なウェットエッチング法によってシリコン基板１０１の貫通孔１１０の内壁のほぼ全てが垂直面１０９により構成されたダイアフラム構造を提供することができる。従って、当該ダイアフラム構造を用いたＭＥＭＳデバイス及びそれらの製造方法を提供することができる。
【００６６】
以下、第１の実施形態における、基板表面の薄膜１０２の開口パターンと基板裏面のマスク薄膜１０７の開口パターンとの位置関係について説明する。薄膜１０２の開口パターンは、その内側に形成されるシリコン犠牲層１０３が除去された後にダイアフラムの大きさ（ダイアフラム膜１０５のうち実質的にダイアフラムとして機能する部分（貫通孔１１０とオーバーラップする部分）の大きさ）を決定する役割を有している。ここで、ダイアフラム構造を音響センサとして利用する場合には、貫通孔１１０の平面形状とダイアフラムの形状とが一致していることが望ましい。しかし、実際には、基板表面側のパターンと基板裏面側のパターンとの重ね合わせ精度等を考慮して、基板裏面側のマスク薄膜１０７の開口パターン（貫通孔１１０の平面形状を規定するパターン）の開口面積を、基板表面側の薄膜１０２の開口パターンの開口面積と比較して、５％程度小さく設計することが現実的である。この場合にも、基板表面における貫通孔１１０の大きさは、基板裏面における貫通孔１１０の大きさと同程度になる。従って、貫通孔形成時に基板表面では貫通孔１１０が薄膜１０２の開口パターン内に形成される程度の位置精度で、基板裏面側のマスク薄膜１０７の開口パターンが基板表面側の薄膜１０２の開口パターンに重ね合わせられていれば十分である。尚、当該両開口パターンの間に重ね合わせ誤差が生じた場合には、基板裏面側からのエッチングの進行と基板表面側からのエッチングの進行との違いに起因して、貫通孔１１０の内壁に段差が生じるので、貫通孔１１０の大きさやダイアフラムに要求される性能等を考慮して、前記の重ね合わせ誤差の許容範囲を決める必要がある。ここで、重ね合わせ誤差の許容範囲は典型的には１０μｍのオーダー以下である。
【００６７】
次に、第１の実施形態における、シリコン基板１０１の結晶方位と基板裏面側のマスク薄膜１０７の開口パターンとの位置関係について説明する。第１の実施形態においては、本来、（１１０）結晶面であるシリコン基板１０１の裏面（第２主表面）において、マスク薄膜１０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける長辺対角線が＜００１＞方位に対して平行であることが望ましいが、実際には当該長辺対角線と＜００１＞方位との間に誤差（若干の角度）があったとしても、例えば特許文献１に開示された従来構造と比較して、基板主表面に対する貫通孔１１０の内壁面の角度は９０度（垂直）に近づく。例えば、前記の長辺対角線と＜００１＞方位との間に−１度程度から＋１度程度までの誤差があった場合、シリコン基板１０１のエッチング開始時点において基板主表面に対して垂直方向にはエッチングが進まない結果、貫通孔１１０の形成後の基板表面側に小さいオーバーハングや緩傾斜領域が形成されてしまうが、貫通孔１１０の内壁のほぼ全ては、基板主表面に対してほぼ垂直な（１１１）結晶面と等価な結晶面により構成される。
【００６８】
すなわち、本実施形態においては、シリコンの結晶方位によって生じる大きいエッチング速度の差を利用して貫通孔１１０を形成しているので、形成された貫通孔１１０の内壁面は、（１１０）結晶面であるシリコン基板１０１の主表面に対してほぼ垂直な（１１１）結晶面と等価な結晶面となる。但し、実際には、（１１０）結晶面でのエッチング速度と（１１１）結晶面でのエッチング速度との比は無限大ではないので、基板主表面に対して貫通孔１１０の内壁は８９〜９１度程度の傾斜を持つ。しかしながら、例えば特許文献１に開示された従来構造において基板主表面に対して貫通孔の内壁がなす角度が約３５．３度であったことと比較すると、本実施形態の貫通孔１１０の内壁面に生じる傾斜面の占有面積は非常に小さい。
【００６９】
尚、第１の実施形態において、基板表面における貫通孔１１０の平面形状、基板裏面における貫通孔１１０の平面形状、振動膜１０５の形状、及びシリコン基板１０１の形状をそれぞれ菱形に設定したが、加工精度の関係で、当該菱形の角部が若干丸まっていてもよい（すなわち、このような角部の僅かなラウンディングは標準的なプロセス技術によって生じる可能性があり、本開示で「実質的な菱形形状」という場合、角部のラウンディングがない菱形形状を意味するだけではなく、前述のように角部が丸まった菱形形状をも意味するものとする）。
【００７０】
また、第１の実施形態においては、（１１０）結晶面を主表面とするシリコン基板１０１を用いたが、実際にはシリコンウェハの製造過程での誤差により、（１１０）結晶面から−１度程度から＋１度程度まで傾いた面を主表面とするシリコン基板を用いた場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、第１の実施形態においては、シリコン基板１０１の形状つまりチップ形状を、ダイアフラム膜１０５の形状と相似形の実質的な菱形形状としている。これにより、ウェハ上に形成された多数のチップを切り離す方法として、従来のダイシング技術を利用することができるので、新たな技術開発や設備投資が不要となる。例えば、多数の菱形チップが形成されたウェハのダイシングラインに沿ってレーザ照射を行った後、へき開によって各菱形チップを切り離すことができる。このようにすると、ブレードダイシングを行う場合と比べて、ＭＥＭＳチップに対するダメージを低減することができる。
【００７２】
また、第１の実施形態においては、各成膜工程でシリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれにおいて成膜が行われるウェハ縦置きタイプの成膜装置を用いた。
【００７３】
しかし、これに代えて、マスク薄膜１０７の成膜工程を除く他の成膜工程ではシリコン基板１０１の表面のみにおいて成膜が行われるウェハ横置きタイプの成膜装置を用いてもよい。
【００７４】
（第１の実施形態の第１変形例）
以下、本開示の第１の実施形態の第１変形例に係るＭＥＭＳデバイス、具体的には、各種センサに用いられるダイアフラム構造を有するＭＥＭＳデバイス、及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図６（ａ）〜（ｐ）、図７（ａ）〜（ｐ）、図８（ａ）〜（ｌ）及び図９（ａ）〜（ｈ）は、本変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図である。尚、図６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図９（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図６（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）、図７（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）、図８（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）及び図９（ｂ）、（ｆ）は、図６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図９（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図６（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）、図７（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）、図８（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）及び図９（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図６（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）、図７（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）、図８（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）及び図９（ｄ）、（ｈ）は、図６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図９（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。また、図６（ａ）〜（ｐ）、図７（ａ）〜（ｐ）、図８（ａ）〜（ｌ）及び図９（ａ）〜（ｈ）において、図１（ａ）〜（ｐ）、図２（ａ）〜（ｐ）、図３（ａ）〜（ｌ）及び図４（ａ）〜（ｈ）に示す第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００７６】
本変形例においては、まず、第１の実施形態の図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、（１１０）結晶面を表面（第１主表面）及び裏面（第２主表面）として有する菱形形状のシリコン基板１０１を用意した後、第１の実施形態の図１（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図６（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に薄膜１０２を形成し、その後、シリコン基板１０１の表面側の薄膜１０２に犠牲層形状制御用の開口パターンを形成する。
【００７７】
次に、図６（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上にシリコン犠牲層１０３を形成する。シリコン犠牲層１０３の材料としては、アルカリ系の薬液によって等方的にエッチングされる材料であるポリシリコンやアモルファスシリコンなどを用いる。ここで、本変形例では、第１の実施形態と異なり、シリコン基板１０１の表面側において、薄膜１０２の開口内のみならず、当該開口の近傍の薄膜１０２上にもシリコン犠牲層１０３を形成する。具体的には、実質的に菱形の開口を有する薄膜１０２が形成されたシリコン基板１０１の表面上に、例えばＣＶＤ法によりポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜をシリコン犠牲層１０３として堆積した後、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法によって、薄膜１０２の開口を覆うように、当該開口の菱形と相似形で且つより大きい菱形形状にシリコン犠牲層１０３をパターニングする。このとき、薄膜１０２上に乗り上げているシリコン犠牲層１０３の所定部分を除去することにより、最終的にダイアフラム保持部１１１（図９（ｅ）〜（ｈ）参照）となる凹部（ダイアフラム保持部形成用凹部）１１１Ａを予め形成しておく。本変形例では、菱形形状のシリコン犠牲層１０３の各コーナー部に円形状の４つのダイアフラム保持部形成用凹部１１１Ａを形成する。
【００７８】
次に、第１の実施形態の図１（ｍ）〜（ｐ）に示す工程と同様に、図６（ｍ）〜（ｐ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に層間膜１０４を形成する。
【００７９】
次に、第１の実施形態の図２（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の表面側及び裏面側の層間膜１０４上にダイアフラム膜（振動膜）１０５を形成する。ここで、シリコン基板１０１の表面側においては、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、ダイアフラム膜１０５を、シリコン基板１０１よりも小さく且つ薄膜１０２の開口パターン及びシリコン犠牲層１０３よりも大きい菱形形状に形成する。すなわち、本変形例においては、ダイアフラム膜１０５を、シリコン犠牲層１０３に設けたダイアフラム保持部形成用凹部１１１Ａとオーバーラップするように形成する。
【００８０】
次に、第１の実施形態の図２（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図７（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に全面に亘って保護膜１０６を形成する。
【００８１】
次に、第１の実施形態の図２（ｉ）〜（ｌ）に示す工程と同様に、図７（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面側に積層された各種薄膜を除去して、シリコン基板１０１の裏面を露出させる。
【００８２】
次に、第１の実施形態の図２（ｍ）〜（ｐ）に示す工程と同様に、図７（ｍ）〜（ｐ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上にマスク薄膜１０７を形成する。次に、シリコン基板１０１の裏面側においては、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、マスク薄膜１０７に菱形の開口を形成する。
【００８３】
次に、第１の実施形態の図３（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、例えばＫＯＨやＴＭＡＨなどのアルカリ系の薬液を用いて、マスク薄膜１０７の開口パターンに露出するシリコン基板１０１の裏面に対してエッチングを行うことにより、シリコン基板１０１に貫通孔１１０を形成する。このとき、Ｓｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートと比べて、Ｓｉ（１１０）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートの方が数１０倍大きいため、貫通孔１１０の内壁にＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面が露出しながらエッチングが進む。その結果、図８（ｂ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜１０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける長辺対角線に沿った断面では、シリコン基板１０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して３５．３度の角度をなすＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である傾斜面１０８が形成される。一方、図８（ｄ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜１０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける短辺対角線に沿った断面では、シリコン基板１０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して垂直なＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面１０９が形成される。尚、エッチングが進んで、貫通孔１１０がシリコン基板１０１を貫通する時には、図８（ｃ）に示すように、貫通孔１１０内に前述の短辺対角線に沿ってスリット状にシリコン犠牲層１０３が露出する。
【００８４】
次に、前述のように、貫通孔１１０がシリコン基板１０１を貫通すると、第１の実施形態の図３（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図８（ｅ）〜（ｈ）に示すように、貫通孔１１０を通じてエッチング液が基板表面側に形成したシリコン犠牲層１０３に達する。これにより、シリコン犠牲層１０３は単結晶Ｓｉと比較してより早く等方的にエッチングされて全剥される。
【００８５】
次に、前述のように、シリコン犠牲層１０３がエッチングによって完全に除去されると、シリコン基板１０１に対して、その表面側からもエッチングが開始されるので、第１の実施形態の図３（ｉ）〜（ｌ）に示す工程と同様に、図８（ｉ）〜（ｌ）に示すように、貫通孔１１０が基板表面側からも徐々に広がっていく。
【００８６】
さらに、シリコン基板１０１のエッチングが進むと、第１の実施形態の図４（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、最終的には、貫通孔１１０の内壁として、基板裏面側のマスク薄膜１０７における開口パターンつまり菱形パターンの４辺に沿ってＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面１０９が形成される。言い換えると、シリコン犠牲層１０３が形成されていた薄膜１０２の開口の実質的な菱形形状が、基板表面における貫通孔１１０の平面形状となる。
【００８７】
次に、第１の実施形態の図４（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図９（ｅ）〜（ｈ）に示すように、例えばフッ酸などの薬液を使って、薄膜１０２、層間膜１０４、保護膜１０６、マスク薄膜１０７をエッチングにより除去し、ダイアフラム膜１０５を露出させる。このとき、シリコン犠牲層１０３に設けていたダイアフラム保持部形成用凹部１１１Ａに埋め込まれていた層間膜１０４（その上側の層間膜１０４も含む）とその下側の薄膜１０２とがダイアフラム保持部１１１として残るようにエッチングを制御することにより、シリコン基板１０１の表面上においてダイアフラム膜１０５の所定部分を保持する。
【００８８】
本変形例によると、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、シリコン基板１０１の表面上においてダイアフラム膜１０５の全周縁部を保持するのではなく特定箇所のみを保持することにより、ダイアフラム膜１０５の保持力を低減することができる。これにより、ダイアフラム膜１０５が圧力を受けた際にダイアフラム膜１０５が変形しやすくなるため、ダイアフラム膜１０５の振動性能を向上させることができる。
【００８９】
（第１の実施形態の第２変形例）
以下、本開示の第１の実施形態の第２変形例に係るＭＥＭＳデバイス、具体的には、ダイアフラム構造を有する音響センサ、及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。すなわち、本変形例は、第１の実施形態（第１変形例を含む）に係るダイアフラム構造を用いた音響センサに関する。
【００９０】
図１０（ａ）〜（ｄ）は本変形例に係る音響センサの構造を例示する図である。尚、図１０（ａ）は本変形例に係る音響センサの上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１０（ｃ）は本変形例に係る音響センサの底面図であり、図１０（ｄ）は図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。また、図１０（ａ）〜（ｄ）において、図１（ａ）〜（ｐ）、図２（ａ）〜（ｐ）、図３（ａ）〜（ｌ）及び図４（ａ）〜（ｈ）に示す第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００９１】
図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、本変形例に係る音響センサは、第１の実施形態に係るダイアフラム構造、つまり、シリコン基板１０１の表面上にダイアフラム保持部１１１を介してダイアフラム膜（振動電極膜）１０５を保持した構造において、振動電極膜１０５と対向するように振動電極膜１０５の上側に形成された固定膜（固定電極膜）１１３と、振動電極膜１０５と固定電極膜１１３との間に介在するエアギャップ１１８とをさらに備えている。これにより、振動電極膜１０５と固定電極膜１１３とによってコンデンサが構成され、音響センサ機能を実現することが可能となる。
【００９２】
尚、シリコン基板１０１の表面上において固定電極膜１１３はスペーサ１１７によって保持されている。また、固定電極膜１１３を貫通するように複数の音孔１１４が形成されている。さらに、本変形例に係る音響センサと外部との間の信号のやり取りのために、シリコン基板１０１の表面上における固定電極膜１１３の配置領域の外側に、振動電極膜１０５と電気的に接続する振動電極パッド１１５と、固定電極膜１１３と電気的に接続する固定電極パッド１１６とが設けられている。
【００９３】
以下、図１０（ａ）〜（ｄ）に示す本変形例に係る音響センサの製造方法について説明する。
【００９４】
図１１（ａ）〜（ｌ）、図１２（ａ）〜（ｌ）、図１３（ａ）〜（ｈ）、図１４（ａ）〜（ｌ）、図１５（ａ）〜（ｈ）及び図１６（ａ）〜（ｈ）は、本変形例に係る音響センサの製造方法の各工程を例示する図である。尚、図１１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１３（ａ）、（ｅ）、図１４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１５（ａ）、（ｅ）及び図１６（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図１１（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、図１２（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、図１３（ｂ）、（ｆ）、図１４（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、図１５（ｂ）、（ｆ）及び図１６（ｂ）、（ｆ）は、図１１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１３（ａ）、（ｅ）、図１４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１５（ａ）、（ｅ）及び図１６（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１１（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、図１２（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、図１３（ｃ）、（ｇ）、図１４（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、図１５（ｃ）、（ｇ）及び図１６（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図１１（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、図１２（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、図１３（ｄ）、（ｈ）、図１４（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、図１５（ｄ）、（ｈ）及び図１６（ｄ）、（ｈ）は、図１１（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１２（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１３（ａ）、（ｅ）、図１４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、図１５（ａ）、（ｅ）及び図１６（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。また、図１１（ａ）〜（ｌ）、図１２（ａ）〜（ｌ）、図１３（ａ）〜（ｈ）、図１４（ａ）〜（ｌ）、図１５（ａ）〜（ｈ）及び図１６（ａ）〜（ｈ）において、図１（ａ）〜（ｐ）、図２（ａ）〜（ｐ）、図３（ａ）〜（ｌ）及び図４（ａ）〜（ｈ）に示す第１の実施形態、又は図６（ａ）〜（ｐ）、図７（ａ）〜（ｐ）、図８（ａ）〜（ｌ）及び図９（ａ）〜（ｈ）に示す第１の実施形態の第１変形例と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００９５】
本変形例においては、まず、第１の実施形態の図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、（１１０）結晶面を表面（第１主表面）及び裏面（第２主表面）として有する菱形形状のシリコン基板１０１を用意した後、第１の実施形態の図１（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図１１（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に薄膜１０２を形成し、その後、シリコン基板１０１の表面側の薄膜１０２に犠牲層形状制御用の実質的に菱形形状の開口パターンを形成する。
【００９６】
次に、第１の実施形態の第１変形例の図６（ｉ）〜（ｌ）に示す工程と同様に、図１１（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上にシリコン犠牲層１０３を形成する。ここで、シリコン基板１０１の表面側においては、薄膜１０２の開口を覆うように、当該開口の菱形と相似形で且つより大きい実質的な菱形形状にシリコン犠牲層１０３をパターニングすると共に、薄膜１０２上に乗り上げているシリコン犠牲層１０３の所定部分を除去することにより、最終的にダイアフラム保持部１１１（図１６（ｅ）〜（ｈ）参照）となる凹部（ダイアフラム保持部形成用凹部）１１１Ａを予め形成しておく。
【００９７】
次に、第１の実施形態の図１（ｍ）〜（ｐ）に示す工程と同様に、図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に層間膜１０４を形成する。
【００９８】
次に、第１の実施形態の第１変形例の図７（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図１２（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の表面側及び裏面側の層間膜１０４上にダイアフラム膜（振動電極膜）１０５を形成する。ここで、シリコン基板１０１の表面側においては、ダイアフラム膜１０５を、シリコン犠牲層１０３に設けたダイアフラム保持部形成用凹部１１１Ａとオーバーラップするように形成すると同時に、ダイアフラム膜１０５と電気的に接続する振動電極パッド１１５を形成する。
【００９９】
次に、図１２（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板１０１の表面上にダイアフラム膜１０５を覆うように犠牲膜１１２を形成する。犠牲膜１１２は、最終的にエッチング除去され、それにより、コンデンサー構造に必要なエアギャップ（図１６（ｅ）〜（ｈ）に示すエアギャップ１１８）が形成される。そこで、本変形例では、犠牲膜１１２の厚さを所望のエアギャップ高さ、例えば４μｍに設定する。また、エアギャップ形成時には犠牲膜１１２を薄膜１０２及び層間膜１０４と同時にエッチング除去することが望ましい。そこで、本変形例では、犠牲膜１１２の材料として、薄膜１０２及び層間膜１０４の材料と同じシリコン酸化膜を用いる。
【０１００】
次に、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、犠牲膜１１２上において、ダイアフラム膜１０５と対向するように固定電極膜１１３を形成すると同時に固定電極膜１１３と電気的に接続する固定電極パッド１１６を形成する。このとき、固定電極膜１１３を貫通するように複数の音孔１１４も形成しておく。尚、固定電極膜１１３を電極として機能させるために、固定電極膜１１３として、例えばポリシリコン膜若しくはアルミニウム膜等のメタル膜等の導電性材料からなる単層膜、又は導電性膜と絶縁性膜との積層膜を用いる。
【０１０１】
次に、第１の実施形態の図２（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図１３（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上に全面に亘って保護膜１０６を形成する。
【０１０２】
次に、第１の実施形態の図２（ｉ）〜（ｌ）に示す工程と同様に、図１４（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面側に積層された各種薄膜を除去して、シリコン基板１０１の裏面を露出させる。
【０１０３】
次に、第１の実施形態の図２（ｍ）〜（ｐ）に示す工程と同様に、図１４（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の表面及び裏面のそれぞれの上にマスク薄膜１０７を形成する。次に、シリコン基板１０１の裏面側においては、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、マスク薄膜１０７に実質的に菱形の開口を形成し、シリコン基板１０１の底面にエッチング開始用の露出面を設ける。
【０１０４】
次に、第１の実施形態の図３（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図１４（ｉ）〜（ｌ）に示すように、例えばＫＯＨやＴＭＡＨなどのアルカリ系の薬液を用いて、マスク薄膜１０７の開口パターンに露出するシリコン基板１０１の裏面に対してエッチングを行うことにより、シリコン基板１０１に貫通孔１１０を形成する。このとき、Ｓｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートと比べて、Ｓｉ（１１０）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートの方が数１０倍大きいため、貫通孔１１０の内壁にＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面が露出しながらエッチングが進む。その結果、図１４（ｊ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜１０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける長辺対角線に沿った断面では、シリコン基板１０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して３５．３度の角度をなすＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である傾斜面１０８が形成される。一方、図１４（ｌ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜１０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける短辺対角線に沿った断面では、シリコン基板１０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して垂直なＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面１０９が形成される。尚、エッチングが進んで、貫通孔１１０がシリコン基板１０１を貫通する時には、図１４（ｋ）に示すように、貫通孔１１０内に前述の短辺対角線に沿ってスリット状にシリコン犠牲層１０３が露出する。
【０１０５】
次に、前述のように、貫通孔１１０がシリコン基板１０１を貫通すると、第１の実施形態の図３（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように、貫通孔１１０を通じてエッチング液が基板表面側のシリコン犠牲層１０３に達する。これにより、シリコン犠牲層１０３は単結晶Ｓｉと比較してより早く等方的にエッチングされて全剥される。
【０１０６】
次に、前述のように、シリコン犠牲層１０３がエッチングによって完全に除去されると、シリコン基板１０１に対して、その表面側からもエッチングが開始されるので、第１の実施形態の図３（ｉ）〜（ｌ）に示す工程と同様に、図１５（ｅ）〜（ｈ）に示すように、貫通孔１１０が基板表面側からも徐々に広がっていく。
【０１０７】
さらに、シリコン基板１０１のエッチングが進むと、第１の実施形態の図４（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図１６（ａ）〜（ｄ）に示すように、最終的には、貫通孔１１０の内壁として、基板裏面側のマスク薄膜１０７における開口パターンつまり菱形パターンの４辺に沿ってＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面１０９が形成される。言い換えると、シリコン犠牲層１０３が形成されていた薄膜１０２の開口の実質的な菱形形状が、基板表面における貫通孔１１０の平面形状となる。
【０１０８】
次に、第１の実施形態の図４（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図１６（ｅ）〜（ｈ）に示すように、例えばフッ酸などの薬液を使って、薄膜１０２、層間膜１０４、犠牲膜１１２、保護膜１０６、マスク薄膜１０７をエッチングにより除去し、ダイアフラム膜（振動電極膜）１０５及び固定電極膜１１３を露出させる。これにより、図１０（ａ）〜（ｄ）に示す本変形例に係る音響センサが得られる。ここで、シリコン犠牲層１０３に設けていたダイアフラム保持部形成用凹部１１１Ａに埋め込まれていた層間膜１０４（その上側の層間膜１０４も含む）とその下側の薄膜１０２とがダイアフラム保持部１１１として残るようにエッチングを制御することにより、シリコン基板１０１の表面上においてダイアフラム膜１０５の所定部分を保持する。また、薄膜１０２、層間膜１０４及び犠牲膜１１２のそれぞれ一部をスペーサ１１７として残すことにより、シリコン基板１０１の表面上において固定電極膜１１３を保持する。尚、振動電極膜１０５と電気的に接続する振動電極パッド１１５は、振動電極膜１０５と同様に、薄膜１０２及び層間膜１０４の積層体によってシリコン基板１０１の表面上において保持される。また、固定電極膜１１３と電気的に接続する固定電極パッド１１６は、固定電極膜１１３と同様に、薄膜１０２、層間膜１０４及び犠牲膜１１２の積層体によってシリコン基板１０１の表面上において保持される。
【０１０９】
以上に説明した第１の実施形態の第２変形例によると、シリコン基板１０１の貫通孔１１０の内壁を基板主面に対して垂直に形成することができる。言い換えると、例えば特許文献１に開示された従来構造のようにシリコン基板１０１の貫通孔１１０にテーパー部が生じることを防止することができる。このため、ダイアフラム構造の平面形状を小型化することができる。また、シリコン基板１０１の貫通孔１１０の容積を確保しつつチップ強度の低下を抑制することができる。また、貫通孔１１０にテーパー部がないことにより、当該テーパー部での音波の反射の影響を解消することができる。さらに、ダイアフラム膜１０５から見て基板裏面側から入射してきた音波の通路が途中で狭くなることがないので、音波（空気振動）が貫通孔１１０を通過する際の抵抗（空気抵抗）を最小化することができる。従って、ダイアフラム膜（振動電極膜）１０５に十分な振動が伝わるので、本変形例に係る音響センサにおいては、感度低下などの音響性能の低下を防止することができる。
【０１１０】
すなわち、本変形例によると、安価なウェットエッチング法によってシリコン基板１０１の貫通孔１１０の内壁のほぼ全てが垂直面１０９により構成された音響センサ及びその製造方法を提供することができる。
【０１１１】
また、本変形例によると、シリコン基板１０１の表面上においてダイアフラム膜１０５の全周縁部を保持するのではなく特定箇所のみを保持することにより、ダイアフラム膜１０５の保持力を低減することができる。これにより、ダイアフラム膜１０５が圧力を受けた際にダイアフラム膜１０５が変形しやすくなるため、ダイアフラム膜１０５の振動性能を向上させることができる。
【０１１２】
尚、本変形例において、第１の実施形態（第１変形例を含む）に係るダイアフラム構造を音響センサに適用したが、これに代えて、他のＭＥＭＳデバイス、例えば加速度センサや圧力センサ等の各種センサに適用した場合にも、同様の性能向上効果を得ることができる。
【０１１３】
（第２の実施形態）
以下、本開示の第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス、具体的には、各種センサに用いられるダイアフラム構造を有するＭＥＭＳデバイス、及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１１４】
尚、第２の実施形態の第１の実施形態に対する主要な相違点は、ダイアフラム形状が六角形である点、及び、このダイアフラムを形成するための犠牲層の形状を制御する薄膜パターン（開口パターン）の形状も六角形にする点である。
【０１１５】
図１７（ａ）〜（ｐ）、図１８（ａ）〜（ｐ）、図１９（ａ）〜（ｌ）及び図２０（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図である。尚、図１７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図１８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図１９（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図２０（ａ）、（ｅ）は上面図であり、図１７（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）、図１８（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）、図１９（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）及び図２０（ｂ）、（ｆ）は、図１７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図１８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図１９（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図２０（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図１７（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）、図１８（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）、図１９（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）及び図２０（ｃ）、（ｇ）は底面図であり、図１７（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）、図１８（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）、図１９（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）及び図２０（ｄ）、（ｈ）は、図１７（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図１８（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図１９（ａ）、（ｅ）、（ｉ）及び図２０（ａ）、（ｅ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【０１１６】
まず、図１７（ａ）〜（ｄ）に示すように、（１１０）結晶面を表面（第１主表面）及び裏面（第２主表面）として有する菱形形状のシリコン基板２０１を用意する。
【０１１７】
次に、図１７（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上に、例えばＣＶＤ法を用いて薄膜２０２を形成する。薄膜２０２としては、シリコン基板２０１を異方性エッチングするためのアルカリ系の薬液によってエッチングされにくい材料、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いる。また、薄膜２０２の厚さは例えば５０〜５００ｎｍ程度である。
【０１１８】
続いて、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、シリコン基板２０１の表面側の薄膜２０２に犠牲層形状制御用の開口パターンを形成する。ここで、当該開口パターンの形状を、シリコン基板２０１よりも小さい線対称な六角形に設定する。本実施形態では、この六角形の開口パターンの大きさによって、最終的に形成されるダイアフラム（振動膜）の大きさが決定される。具体的には、前記六角形の角部のうち互いに対向する２つの角部の第１の内角を１０９．４−１度から１０９．４＋１度までの範囲内に設定することが好ましく、前記六角形の角部のうちその他の４つの角部の第２の内角を１２５．３−１度から１２５．３＋１度までの範囲内に設定することが好ましい。但し、若干の性能の劣化を許容できる場合には、前記第１の内角を１０９．４−５度から１０９．４＋５度までの範囲に拡大することが可能であり、前記第２の内角を１２５．３−５度から１２５．３＋５度までの範囲に拡大することが可能である。また、前記第１の内角を挟む４辺を延長することによって形成される実質的な菱形の長辺対角線を、（１１０）結晶面であるシリコン基板１０１の表面において＜００１＞方位に対して実質的に平行に設定する。言い換えると、前記六角形における隣り合う２つの前記第２の内角の間に位置する辺を、（１１０）結晶面である前記第１主表面において＜００１＞方位に対して実質的に垂直に設定する。
【０１１９】
次に、図１７（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上にシリコン犠牲層２０３を形成する。シリコン犠牲層２０３の材料としては、アルカリ系の薬液によって等方的にエッチングされる材料であるポリシリコンやアモルファスシリコンなどを用いる。具体的には、六角形の開口を有する薄膜２０２が形成されたシリコン基板２０１の表面上に、例えばＣＶＤ法によりポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜をシリコン犠牲層２０３として堆積した後、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法によって、薄膜２０２の開口を覆うように、当該開口の六角形と相似形で且つより大きい六角形状にシリコン犠牲層２０３をパターニングする。このとき、薄膜２０２上に乗り上げているシリコン犠牲層２０３の所定部分を除去することにより、最終的にダイアフラム保持部２１１（図２０（ｅ）〜（ｈ）参照）となる凹部（ダイアフラム保持部形成用凹部）２１１Ａを予め形成しておく。本変形例では、六角形状のシリコン犠牲層２０３の各コーナー部に円形状の６つのダイアフラム保持部形成用凹部２１１Ａを形成する。
【０１２０】
次に、図１７（ｍ）〜（ｐ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上に例えばＣＶＤ法によって層間膜２０４を形成する。層間膜２０４としては、アルカリ系の薬液によってエッチングされにくい材料、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いる。
【０１２１】
次に、図１８（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコン基板２０１の表面側及び裏面側の層間膜２０４上にダイアフラム膜（振動膜）２０５を形成する。ここで、シリコン基板２０１の表面側においては、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、ダイアフラム膜２０５を、シリコン犠牲層２０３よりも小さく且つ薄膜２０２の開口パターンよりも大きい六角形状に形成する。尚、本実施形態においては、ダイアフラム膜２０５を、シリコン犠牲層２０３に設けたダイアフラム保持部形成用凹部２１１Ａとオーバーラップするように形成する。また、本実施形態では、ダイアフラム膜２０５を振動電極として機能させるために、ダイアフラム膜２０５として、例えばポリシリコン膜若しくはアルミニウム膜等のメタル膜等の導電性材料からなる単層膜、又は導電性膜と絶縁性膜との積層膜を用いる。
【０１２２】
次に、図１８（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上に全面に亘って例えばＣＶＤ法によって保護膜２０６を形成する。保護膜２０６としては、アルカリ系の薬液によってエッチングされにくい材料、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いる。
【０１２３】
次に、図１８（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板２０１の裏面側に積層された各種薄膜を除去して、シリコン基板２０１の裏面を露出させる。具体的には、シリコン基板２０１の表面側をレジストやシリコン酸化膜によって保護しつつ、シリコン基板２０１の裏面側に積層された各種薄膜に対して、膜種に応じてフッ酸や燐酸などの薬液を使い分けながら１膜種ずつウェットエッチングを行って積層膜を除去しても良い。或いは、バックグラインダーを用いてシリコン基板２０１の裏面側の積層膜を一括して研削除去しても良い。
【０１２４】
次に、図１８（ｍ）〜（ｐ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上にマスク薄膜２０７を形成する。マスク薄膜２０７としては、シリコン基板２０１を異方性エッチングするためのアルカリ系の薬液によってエッチングされにくい材料であるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いる。次に、シリコン基板２０１の裏面側においては、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、マスク薄膜２０７に実質的に菱形の開口を形成し、シリコン基板２０１の底面にエッチング開始用の露出面を設ける。
【０１２５】
図２１は、図１７（ｅ）〜（ｈ）に示す工程でシリコン基板２０１の表面側の薄膜２０２に形成した犠牲層形状制御用の開口パターンと、図１８（ｍ）〜（ｐ）に示す工程でシリコン基板２０１の裏面側のマスク薄膜２０７に形成した開口パターンとを比較して示す斜視図である。図２１に示すように、本実施形態では、基板裏面側のマスク薄膜２０７に、基板表面側の薄膜２０２に形成した犠牲層形状制御用の開口パターンとほぼ平面位置（ＸＹ位置）に開口パターンを形成する。また、図２１に示すように、マスク薄膜２０７に形成した開口パターンの菱形の短辺対角線と、薄膜２０２に形成した開口パターンの六角形における２つの第１の内角（１０９．４−１度から１０９．４＋１度まで）を結ぶ対角線とをほぼ同じ大きさに設定する。尚、後述するシリコン基板２０１のエッチングにおける開口パターンからの拡がり分やバラツキ分を考慮して、薄膜２０２に形成した開口パターンの六角形における２つの第１の内角を結ぶ対角線を、マスク薄膜２０７に形成した開口パターンの菱形の短辺対角線よりも大きくしても良い。
【０１２６】
次に、図１９（ａ）〜（ｄ）に示すように、例えばＫＯＨやＴＭＡＨなどのアルカリ系の薬液を用いて、マスク薄膜２０７の開口パターンに露出するシリコン基板２０１の裏面に対してエッチングを行うことにより、シリコン基板２０１に貫通孔２１０を形成する。このとき、Ｓｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートと比べて、Ｓｉ（１１０）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートの方が数１０倍大きいため、貫通孔１１０の内壁にＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面が露出しながらエッチングが進む。その結果、図１９（ｂ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜２０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける長辺対角線に沿った断面では、シリコン基板２０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して３５．３度の角度をなすＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である傾斜面２０８が形成される。一方、図１９（ｄ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜２０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける短辺対角線に沿った断面では、シリコン基板２０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して垂直なＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面２０９が形成される。尚、エッチングが進んで、貫通孔２１０がシリコン基板２０１を貫通する時には、図１９（ｃ）に示すように、貫通孔２１０内に前述の短辺対角線に沿ってスリット状にシリコン犠牲層２０３が露出する。
【０１２７】
次に、前述のように、貫通孔２１０がシリコン基板２０１を貫通すると、図１９（ｅ）〜（ｈ）に示すように、貫通孔２１０を通じてエッチング液が基板表面側のシリコン犠牲層２０３に達する。これにより、シリコン犠牲層２０３は単結晶Ｓｉと比較してより早く等方的にエッチングされて全剥される。
【０１２８】
次に、前述のように、シリコン犠牲層２０３がエッチングによって完全に除去されると、シリコン基板２０１に対して、その表面側からもエッチングが開始されるので、図１９（ｉ）〜（ｌ）に示すように、貫通孔２１０が基板表面側から徐々に広がっていく。
【０１２９】
さらに、シリコン基板２０１のエッチングが進むと、図２０（ａ）〜（ｄ）に示すように、最終的には、貫通孔２１０の内壁として、基板裏面側のマスク薄膜２０７における開口パターンつまり菱形パターンの４辺に沿ってＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面２０９が形成される。言い換えると、基板裏面側のマスク薄膜２０７の開口の実質的な菱形形状が、基板裏面における貫通孔２１０の平面形状となる。一方、シリコン犠牲層２０３が形成されていた薄膜２０２の開口の六角形状に起因して、貫通孔２１０の内壁上部には傾斜面２０８が残る。すなわち、貫通孔２１０の内壁面は垂直面２０９と傾斜面２０８とから構成され、シリコン犠牲層２０３が形成されていた薄膜２０２の開口の六角形状が、基板表面における貫通孔２１０の平面形状となる。尚、本実施形態では、基板表面における貫通孔２１０の大きさは、基板裏面における貫通孔２１０の大きさと比較して小さくなる。
【０１３０】
次に、図２０（ｅ）〜（ｈ）に示すように、例えばフッ酸などの薬液を使って、薄膜２０２、層間膜２０４、保護膜２０６、マスク薄膜２０７をエッチングにより除去し、ダイアフラム膜２０５を露出させる。このとき、シリコン犠牲層２０３に設けていたダイアフラム保持部形成用凹部２１１Ａに埋め込まれていた層間膜２０４（その上側の層間膜２０４も含む）とその下側の薄膜２０２とがダイアフラム保持部２１１として残るようにエッチングを制御することにより、シリコン基板２０１の表面上においてダイアフラム膜２０５の所定部分を保持する。
【０１３１】
以上に説明した第２の実施形態によると、各種センサに用いられるダイアフラム構造において、貫通孔２１０の内壁（具体的には４つの内壁面）を基板主面に対して垂直に形成することができる。言い換えると、例えば特許文献１に開示された従来構造のようにシリコン基板２０１の貫通孔２１０（特に基板裏面側）にテーパー部が生じることを抑制することができる。このため、ダイアフラム構造の平面形状を小型化することができる。また、シリコン基板２０１の貫通孔２１０の容積を確保しつつチップ強度の低下を抑制することができる。また、貫通孔２１０のテーパー部を削減できることにより、当該テーパー部での音波の反射の影響を抑制することができる。さらに、ダイアフラム膜２０５から見て基板裏面側から入射してきた音波の通路が途中で狭くなることを抑制できるので、音波（空気振動）が貫通孔１１０を通過する際の抵抗（空気抵抗）を最小化することができる。従って、ダイアフラム膜２０５に十分な振動が伝わるので、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを例えば音響センサとして用いた場合には、感度低下などの音響性能の低下を防止することができる。
【０１３２】
すなわち、第２の実施形態によると、安価なウェットエッチング法によってシリコン基板２０１の貫通孔２１０の内壁のほぼ全てが垂直面２０９により構成されたダイアフラム構造、それを用いたＭＥＭＳデバイス及びそれらの製造方法を提供することができる。
【０１３３】
また、第２の実施形態によると、貫通孔２１０の内壁上部に傾斜面２０８を残すことにより、基板表面での貫通孔２１０の形状を六角形としたダイアフラム構造となるため、ダイアフラム膜２０５の形状を、内角が９０度を超える六角形に設定することができる。このため、ダイアフラム角部での応力集中を抑制でき、それによって当該角部からのダイアフラム膜２０５の破損を防止することができるので、より長寿命で性能の優れたダイアフラム構造及びそれを用いた音響センサ等のＭＥＭＳデバイスを実現することができる。
【０１３４】
さらに、第２の実施形態によると、シリコン基板２０１の表面上においてダイアフラム膜２０５の全周縁部を保持するのではなく特定箇所のみを保持することにより、ダイアフラム膜２０５の保持力を低減することができる。これにより、ダイアフラム膜２０５が圧力を受けた際にダイアフラム膜２０５が変形しやすくなるため、ダイアフラム膜２０５の振動性能を向上させることができる。
【０１３５】
以下、第２の実施形態における、シリコン基板２０１の結晶方位と基板裏面側のマスク薄膜２０７の開口パターンとの位置関係について説明する。第２の実施形態においては、本来、（１１０）結晶面であるシリコン基板２０１の裏面（第２主表面）において、マスク薄膜２０７の開口パターンつまり実質的な菱形パターンにおける長辺対角線が＜００１＞方位に対して平行であることが望ましいが、実際には当該長辺対角線と＜００１＞方位との間に誤差（若干の角度）があったとしても、例えば特許文献１に開示された従来構造と比較して、基板主表面に対する貫通孔２１０の内壁面の角度は９０度（垂直）に近づく。例えば、前記の長辺対角線と＜００１＞方位との間に−１度程度から＋１度程度までの誤差があった場合、シリコン基板２０１のエッチング開始時点において基板主表面に対して垂直方向にはエッチングが進まない結果、貫通孔２１０の形成後の基板表面側に小さいオーバーハングや緩傾斜領域が形成されてしまうが、貫通孔２１０の内壁のほぼ全ては、基板主表面に対してほぼ垂直な（１１１）結晶面と等価な結晶面により構成される。
【０１３６】
すなわち、本実施形態においては、シリコンの結晶方位によって生じる大きいエッチング速度の差を利用して貫通孔２１０を形成しているので、形成された貫通孔２１０の内壁面のほとんどは、（１１０）結晶面であるシリコン基板２０１の主表面に対してほぼ垂直な（１１１）結晶面と等価な結晶面となる。但し、実際には、（１１０）結晶面でのエッチング速度と（１１１）結晶面でのエッチング速度との比は無限大ではないので、基板主表面に対して貫通孔２１０の内壁の大部分は８９〜９１度程度の傾斜を持つ。しかしながら、例えば特許文献１に開示された従来構造において基板主表面に対して貫通孔の内壁がなす角度が約３５．３度であったことと比較すると、本実施形態の貫通孔２１０の内壁面に生じる傾斜面の占有面積は非常に小さい。
【０１３７】
尚、第２の実施形態において、基板裏面における貫通孔２１０の平面形状、及びシリコン基板２０１の形状をそれぞれ菱形に設定したが、加工精度の関係で、当該菱形の角部が若干丸まっていてもよい（すなわち、それらの形状は実質的な菱形であってもよい。但し、「菱形」及びここで用いられている「実質的な菱形」は同様の意味を持ち、互いに入れ替え可能である）。また、基板表面における貫通孔２１０の平面形状、及び振動膜２０５の形状をそれぞれ六角形に設定したが、加工精度の関係で、当該六角形の角部が若干丸まっていてもよい（すなわち、それらの形状は実質的な六角形であってもよい。但し、「六角形」及びここで用いられている「実質的な六角形」は同様の意味を持ち、互いに入れ替え可能である）。
【０１３８】
また、第２の実施形態においては、（１１０）結晶面を主表面とするシリコン基板２０１を用いたが、実際にはシリコンウェハの製造過程での誤差により、（１１０）結晶面から−１度程度から＋１度程度まで傾いた面を主表面とするシリコン基板を用いた場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３９】
また、第２の実施形態においては、シリコン基板２０１の形状つまりチップ形状を菱形としている。これにより、ウェハ上に形成された多数のチップを切り離す方法として、従来のダイシング技術を利用することができるので、新たな技術開発や設備投資が不要となる。例えば、多数の菱形チップが形成されたウェハのダイシングラインに沿ってレーザ照射を行った後、へき開によって各菱形チップを切り離すことができる。このようにすると、ブレードダイシングを行う場合と比べて、ＭＥＭＳチップに対するダメージを低減することができる。
【０１４０】
また、第２の実施形態においては、各成膜工程でシリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれにおいて成膜が行われるウェハ縦置きタイプの成膜装置を用いたが、これに代えて、マスク薄膜２０７の成膜工程を除く他の成膜工程ではシリコン基板２０１の表面のみにおいて成膜が行われるウェハ横置きタイプの成膜装置を用いてもよい。
【０１４１】
（第２の実施形態の変形例）
以下、本開示の第２の実施形態の変形例に係るＭＥＭＳデバイス、具体的には、ダイアフラム構造を有する音響センサ、及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。すなわち、本変形例は、第２の実施形態に係るダイアフラム構造を用いた音響センサに関する。
【０１４２】
図２２（ａ）〜（ｄ）は本変形例に係る音響センサの構造を例示する図である。尚、図２２（ａ）は本変形例に係る音響センサの上面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２２（ｃ）は本変形例に係る音響センサの底面図であり、図２２（ｄ）は図２２（ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。また、図２２（ａ）〜（ｄ）において、図１７（ａ）〜（ｐ）、図１８（ａ）〜（ｐ）、図１９（ａ）〜（ｌ）及び図２０（ａ）〜（ｈ）に示す第２の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【０１４３】
図２２（ａ）〜（ｄ）に示すように、本変形例に係る音響センサは、第２の実施形態に係るダイアフラム構造、つまり、シリコン基板２０１の表面上にダイアフラム保持部２１１を介してダイアフラム膜（振動電極膜）２０５を保持した構造において、振動電極膜２０５と対向するように振動電極膜２０５の上側に形成された固定膜（固定電極膜）２１３と、振動電極膜２０５と固定電極膜２１３との間に介在するエアギャップ２１８とをさらに備えている。これにより、振動電極膜２０５と固定電極膜２１３とによってコンデンサが構成され、音響センサ機能を実現することが可能となる。
【０１４４】
尚、シリコン基板２０１の表面上において固定電極膜２１３はスペーサ２１７によって保持されている。また、固定電極膜２１３を貫通するように複数の音孔２１４が形成されている。さらに、本変形例に係る音響センサと外部との間の信号のやり取りのために、シリコン基板２０１の表面上における固定電極膜２１３の配置領域の外側に、振動電極膜２０５と電気的に接続する振動電極パッド２１５と、固定電極膜２１３と電気的に接続する固定電極パッド２１６とが設けられている。
【０１４５】
また、第２の実施形態では、ダイアフラム膜（振動電極膜）２０５の六角形状と対応する薄膜２０２の開口の六角形状に起因して、貫通孔２１０の内壁上部にＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である傾斜面２０８が残るが、これにより、本変形例においては、傾斜面２０８の上側に振動電極パッド２１５及び固定電極パッド２１６を配置するためのスペースを確保できる。このため、各電極パッドの配置領域のためにチップサイズを大きくすることなく、菱形形状のチップ内に各電極パッドを有効に配置することが可能となる。
【０１４６】
以下、図２２（ａ）〜（ｄ）に示す本変形例に係る音響センサの製造方法について説明する。
【０１４７】
図２３（ａ）〜（ｐ）、図２４（ａ）〜（ｐ）、図２５（ａ）〜（ｐ）及び図２６（ａ）〜（ｌ）は、本変形例に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の各工程を例示する図である。尚、図２３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２５（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）及び図２６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は上面図であり、図２３（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）、図２４（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）、図２５（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）、（ｎ）及び図２６（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は、図２３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２５（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）及び図２６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２３（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）、図２４（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）、図２５（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）及び図２６（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は底面図であり、図２３（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）、図２４（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）、図２５（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）、（ｐ）及び図２６（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は、図２３（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２４（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）、図２５（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）及び図２６（ａ）、（ｅ）、（ｉ）のそれぞれにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【０１４８】
本変形例においては、まず、第２の実施形態の図１７（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図２３（ａ）〜（ｄ）に示すように、（１１０）結晶面を表面（第１主表面）及び裏面（第２主表面）として有する菱形形状のシリコン基板１０１を用意した後、第１の実施形態の図１７（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図２３（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上に薄膜２０２を形成し、その後、シリコン基板２０１の表面側の薄膜２０２に犠牲層形状制御用の実質的に六角形状の開口パターンを形成する。
【０１４９】
次に、第２の実施形態の図１７（ｉ）〜（ｌ）に示す工程と同様に、図２３（ｉ）〜（ｌ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上にシリコン犠牲層２０３を形成する。ここで、シリコン基板２０１の表面側においては、薄膜２０２の開口を覆うように、当該開口の六角形と相似形で且つより大きい実質的な六角形状にシリコン犠牲層２０３をパターニングすると共に、薄膜２０２上に乗り上げているシリコン犠牲層２０３の所定部分を除去することにより、最終的にダイアフラム保持部２１１（図２６（ｉ）〜（ｌ）参照）となる凹部（ダイアフラム保持部形成用凹部）２１１Ａを予め形成しておく。
【０１５０】
次に、第２の実施形態の図１７（ｍ）〜（ｐ）に示す工程と同様に、図２３（ｍ）〜（ｐ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上に層間膜２０４を形成する。
【０１５１】
次に、第２の実施形態の図１８（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図２４（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコン基板２０１の表面側及び裏面側の層間膜２０４上にダイアフラム膜（振動電極膜）２０５を形成する。ここで、シリコン基板２０１の表面側においては、ダイアフラム膜２０５を、シリコン犠牲層２０３に設けたダイアフラム保持部形成用凹部２１１Ａとオーバーラップするように形成すると同時に、ダイアフラム膜２０５と電気的に接続する振動電極パッド２１５を形成する。
【０１５２】
次に、図２４（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板２０１の表面上にダイアフラム膜２０５を覆うように犠牲膜２１２を形成する。犠牲膜２１２は、最終的にエッチング除去され、それにより、コンデンサー構造に必要なエアギャップ（図２６（ｉ）〜（ｌ）に示すエアギャップ２１８）が形成される。そこで、本変形例では、犠牲膜２１２の厚さを所望のエアギャップ高さ、例えば４μｍに設定する。また、エアギャップ形成時には犠牲膜２１２を薄膜２０２及び層間膜２０４と同時にエッチング除去することが望ましい。そこで、本変形例では、犠牲膜２１２の材料として、薄膜２０２及び層間膜２０４の材料と同じシリコン酸化膜を用いる。
【０１５３】
次に、図２４（ｉ）〜（ｌ）に示すように、犠牲膜２１２上において、ダイアフラム膜２０５と対向するように固定電極膜２１３を形成すると同時に固定電極膜２１３と電気的に接続する固定電極パッド２１６を形成する。このとき、固定電極膜２１３を貫通するように複数の音孔２１４も形成しておく。尚、固定電極膜２１３を電極として機能させるために、固定電極膜２１３として、例えばポリシリコン膜若しくはアルミニウム膜等のメタル膜等の導電性材料からなる単層膜、又は導電性膜と絶縁性膜との積層膜を用いる。
【０１５４】
次に、第２の実施形態の図１８（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図２４（ｍ）〜（ｐ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上に全面に亘って保護膜２０６を形成する。
【０１５５】
次に、第２の実施形態の図１８（ｉ）〜（ｌ）に示す工程と同様に、図２５（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコン基板２０１の裏面側に積層された各種薄膜を除去して、シリコン基板２０１の裏面を露出させる。
【０１５６】
次に、第２の実施形態の図１８（ｍ）〜（ｐ）に示す工程と同様に、図２５（ｅ）〜（ｈ）に示すように、シリコン基板２０１の表面及び裏面のそれぞれの上にマスク薄膜２０７を形成する。次に、シリコン基板２０１の裏面側においては、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、マスク薄膜２０７に実質的に菱形の開口を形成し、シリコン基板２０１の底面にエッチング開始用の露出面を設ける。
【０１５７】
次に、第２の実施形態の図１９（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図２５（ｉ）〜（ｌ）に示すように、例えばＫＯＨやＴＭＡＨなどのアルカリ系の薬液を用いて、マスク薄膜２０７の開口パターンに露出するシリコン基板２０１の裏面に対してエッチングを行うことにより、シリコン基板２０１に貫通孔２１０を形成する。このとき、Ｓｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートと比べて、Ｓｉ（１１０）結晶面と等価な結晶面でのエッチングレートの方が数１０倍大きいため、貫通孔２１０の内壁にＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面が露出しながらエッチングが進む。その結果、図２５（ｊ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜２０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける長辺対角線に沿った断面では、シリコン基板２０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して３５．３度の角度をなすＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である傾斜面２０８が形成される。一方、図２５（ｌ）に示す断面、言い換えると、マスク薄膜２０７の開口パターンつまり菱形パターンにおける短辺対角線に沿った断面では、シリコン基板２０１の表面（Ｓｉ（１１０）結晶面）に対して垂直なＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面２０９が形成される。尚、エッチングが進んで、貫通孔２１０がシリコン基板２０１を貫通する時には、図２５（ｋ）に示すように、貫通孔２１０内に前述の短辺対角線に沿ってスリット状にシリコン犠牲層２０３が露出する。
【０１５８】
次に、前述のように、貫通孔２１０がシリコン基板２０１を貫通すると、第２の実施形態の図１９（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図２５（ｍ）〜（ｐ）に示すように、貫通孔２１０を通じてエッチング液が基板表面側のシリコン犠牲層２０３に達する。これにより、シリコン犠牲層２０３は単結晶Ｓｉと比較してより早く等方的にエッチングされて全剥される。
【０１５９】
次に、前述のように、シリコン犠牲層２０３がエッチングによって完全に除去されると、シリコン基板２０１に対して、その表面側からもエッチングが開始されるので、第２の実施形態の図１９（ｉ）〜（ｌ）に示す工程と同様に、図２６（ａ）〜（ｄ）に示すように、貫通孔２１０が基板表面側からも徐々に広がっていく。
【０１６０】
さらに、シリコン基板２０１のエッチングが進むと、第２の実施形態の図２０（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様に、図２６（ｅ）〜（ｈ）に示すように、最終的には、貫通孔２１０の内壁として、基板裏面側のマスク薄膜２０７における開口パターンつまり実質的な菱形パターンの４辺に沿ってＳｉ（１１１）結晶面と等価な結晶面である垂直面２０９が形成される。言い換えると、基板裏面側のマスク薄膜２０７の開口の菱形形状が、基板裏面における貫通孔２１０の平面形状となる。一方、シリコン犠牲層２０３が形成されていた薄膜２０２の開口の六角形状に起因して、貫通孔２１０の内壁上部には傾斜面２０８が残る。すなわち、貫通孔２１０の内壁面は垂直面２０９と傾斜面２０８とから構成され、シリコン犠牲層２０３が形成されていた薄膜２０２の開口の六角形状が、基板表面における貫通孔２１０の平面形状となる。尚、本実施形態では、基板表面における貫通孔２１０の大きさは、基板裏面における貫通孔２１０の大きさと比較して小さくなる。
【０１６１】
次に、第２の実施形態の図２０（ｅ）〜（ｈ）に示す工程と同様に、図２６（ｉ）〜（ｌ）に示すように、例えばフッ酸などの薬液を使って、薄膜２０２、層間膜２０４、犠牲膜２１２、保護膜２０６、マスク薄膜２０７をエッチングにより除去し、ダイアフラム膜（振動電極膜）２０５及び固定電極膜２１３を露出させる。これにより、図２２（ａ）〜（ｄ）に示す本変形例に係る音響センサが得られる。ここで、シリコン犠牲層２０３に設けていたダイアフラム保持部形成用凹部２１１Ａに埋め込まれていた層間膜２０４（その上側の層間膜２０４も含む）とその下側の薄膜２０２とがダイアフラム保持部２１１として残るようにエッチングを制御することにより、シリコン基板２０１の表面上においてダイアフラム膜２０５の所定部分を保持する。また、薄膜２０２、層間膜２０４及び犠牲膜２１２のそれぞれ一部をスペーサ２１７として残すことにより、シリコン基板２０１の表面上において固定電極膜２１３を保持する。尚、振動電極膜２０５と電気的に接続する振動電極パッド２１５は、振動電極膜２０５と同様に、薄膜２０２及び層間膜２０４の積層体によってシリコン基板２０１の表面上において保持される。また、固定電極膜２１３と電気的に接続する固定電極パッド２１６は、固定電極膜２１３と同様に、薄膜２０２、層間膜２０４及び犠牲膜２１２の積層体によってシリコン基板２０１の表面上において保持される。
【０１６２】
以上に説明した第２の実施形態の変形例によると、シリコン基板２０１の貫通孔２１０の内壁（具体的には４つの内壁面）を基板主面に対して垂直に形成することができる。言い換えると、例えば特許文献１に開示された従来構造のようにシリコン基板２０１の貫通孔２１０（特に基板裏面側）にテーパー部が生じることを抑制することができる。このため、ダイアフラム構造の平面形状を小型化することができる。また、シリコン基板２０１の貫通孔２１０の容積を確保しつつチップ強度の低下を抑制することができる。また、貫通孔２１０のテーパー部を削減できることにより、当該テーパー部での音波の反射の影響を抑制することができる。さらに、ダイアフラム膜２０５から見て基板裏面側から入射してきた音波の通路が途中で狭くなることを抑制できるので、音波（空気振動）が貫通孔２１０を通過する際の抵抗（空気抵抗）を最小化することができる。従って、ダイアフラム膜（振動電極膜）２０５に十分な振動が伝わるので、本変形例に係る音響センサにおいては、感度低下などの音響性能の低下を防止することができる。
【０１６３】
すなわち、本変形例によると、安価なウェットエッチング法によってシリコン基板２０１の貫通孔２１０の内壁のほぼ全てが垂直面２０９により構成された音響センサ及びその製造方法を提供することができる。
【０１６４】
また、本変形例によると、貫通孔２１０の内壁上部に傾斜面２０８を残すことにより、基板表面での貫通孔２１０の形状を六角形としたダイアフラム構造となるため、ダイアフラム膜２０５の形状を、内角が９０度を超える六角形に設定することができる。このため、ダイアフラム角部での応力集中を抑制でき、それによって当該角部からのダイアフラム膜２０５の破損を防止することができるので、より長寿命で性能の優れたダイアフラム構造及びそれを用いた音響センサ等のＭＥＭＳデバイスを実現することができる。
【０１６５】
さらに、本変形例によると、シリコン基板２０１の表面上においてダイアフラム膜２０５の全周縁部を保持するのではなく特定箇所のみを保持することにより、ダイアフラム膜２０５の保持力を低減することができる。これにより、ダイアフラム膜２０５が圧力を受けた際にダイアフラム膜２０５が変形しやすくなるため、ダイアフラム膜２０５の振動性能を向上させることができる。
【０１６６】
尚、本変形例において、第２の実施形態に係るダイアフラム構造を音響センサに適用したが、これに代えて、他のＭＥＭＳデバイス、例えば加速度センサや圧力センサ等の各種センサに適用した場合にも、同様の性能向上効果を得ることができる。
【０１６７】
また、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、以上に述べた各実施形態の特徴を任意に組み合わせてもよい。例えば、以上に説明した方法はＭＥＭＳデバイスへの適用に限られず、シリコン貫通ビア、３次元実装又は３次元パッケージング（これらに限られないが）の分野に属するデバイス等の他のアプリケーションに適用してもよい。
【０１６８】
また、本開示において使用できる基板はシリコン基板に限られない。例えば面心立方格子を有する基板であれば、本開示の趣旨に含めることができる。
【０１６９】
また、本開示の具体的な実施形態は以上に述べたとおりであるが、本開示の思想や本質的特徴を逸脱しない範囲において、本開示を他の形式で具体化してもよい。従って、各実施形態は、あらゆる点で例示であって制限的なものではなく、本開示の趣旨は添付の特許請求の範囲によって示されるのであり、特許請求の範囲と等価な意味及び範囲内におけるあらゆる変更は特許請求の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
以上に説明したように、本開示は、ＭＥＭＳ技術を利用したセンサ等のデバイス及びその製造方法に関し、圧力変動を検知する優れたダイアフラム構造及びそれを用いたＭＥＭＳデバイスを実現でき、非常に有用である。
【符号の説明】
【０１７１】
１０１、２０１  シリコン基板
１０２、２０２  薄膜
１０３、２０３  シリコン犠牲層
１０４、２０４  層間膜
１０５、２０５  ダイアフラム膜
１０６、２０６  保護膜
１０７、２０７  マスク薄膜
１０８、２０８  傾斜面
１０９、２０９  垂直面
１１０、２１０  貫通孔
１１１、２１１  ダイアフラム保持部
１１１Ａ、２１１Ａ  ダイアフラム保持部形成用凹部
１１２、２１２  犠牲膜
１１３、２１３  固定電極膜
１１４、２１４  音孔
１１５、２１５  振動電極パッド
１１６、２１６  固定電極パッド
１１７、２１７  スペーサ
１１８、２１８  エアギャップ
【図１】
2011525429.tif 000003
【図２】
2011525429.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011525429.tif 000010
【図９】
2011525429.tif 000011
【図１０】
2011525429.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年12月16日(2010.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板と、
前記基板に形成された貫通孔と、
前記第１主表面の上側に前記貫通孔を覆うように形成された振動膜とを備え、
前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は、前記第１主表面に対して傾斜した第１の部分と、前記第２主表面に対して実質的に垂直な第２の部分とを含み、
前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記内壁の前記第１の部分は、前記内壁の前記第２の部分と比較して、前記第１主表面側に位置していることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記振動膜は保持部によって部分的に保持されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記菱形における第１の内角は７０．６−３度から７０．６＋３度までの範囲内にあり、
前記菱形における第２の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記菱形における長辺対角線は、（１１０）結晶面である前記第２主表面において＜００１＞方位に対して実質的に平行であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第１主表面における前記貫通孔の大きさは、前記第２主表面における前記貫通孔の大きさと比較して小さいことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に六角形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項９】
請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記六角形の角部のうち互いに対向する２つの角部の第１の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあり、
前記六角形の角部のうちその他の４つの角部の第２の内角は１２５．３−３度から１２５．３＋３度までの範囲内にあることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記六角形における隣り合う前記第２の内角の間に位置する辺は、（１１０）結晶面である前記第１主表面において＜００１＞方位に対して実質的に垂直であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記振動膜の形状は実質的に六角形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記基板の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記振動膜と対向するように前記振動膜の上側に形成された固定膜と、
前記振動膜と前記固定膜との間に介在するエアギャップとをさらに備えていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板における前記第１主表面の上に犠牲層を形成する工程（ａ）と、
前記犠牲層の上に振動膜を形成する工程（ｂ）と、
前記基板に対して前記第２主表面側からエッチングを行うことによって前記基板に貫通孔を形成する工程（ｃ）と、
前記貫通孔を通じてエッチャントを供給することによって前記犠牲層を除去すると共に前記貫通孔を前記第１主表面側から拡げる工程（ｄ）とを備え、
前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は、前記第１主表面に対して傾斜した第１の部分と、前記第２主表面に対して実質的に垂直な第２の部分とを含み、
前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記内壁の前記第１の部分は、前記内壁の前記第２の部分と比較して、前記第１主表面側に位置していることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記振動膜は保持部によって部分的に保持されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記菱形における第１の内角は７０．６−３度から７０．６＋３度までの範囲内にあり、
前記菱形における第２の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記菱形における長辺対角線は、（１１０）結晶面である前記第２主表面において＜００１＞方位に対して実質的に平行であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の大きさは、前記工程（ｄ）の終了後の前記第２主表面における前記貫通孔の大きさと比較して小さいことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２１】
請求項１４〜２０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記工程（ｄ）の終了後の前記第１主表面における前記貫通孔の形状は実質的に六角形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記六角形の角部のうち互いに対向する２つの角部の第１の内角は１０９．４−３度から１０９．４＋３度までの範囲内にあり、
前記六角形の角部のうちその他の４つの角部の第２の内角は１２５．３−３度から１２５．３＋３度までの範囲内にあることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２３】
請求項２１又は２２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記六角形における隣り合う前記第２の内角によって挟まれた辺は、（１１０）結晶面である前記第１主表面において＜００１＞方位に対して実質的に垂直であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２４】
請求項２１〜２３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記振動膜の形状は実質的に六角形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２５】
請求項１４〜２４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記基板の形状は実質的に菱形であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２６】
請求項１４〜２５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記工程（ｂ）よりも後に、前記振動膜上に犠牲膜を介して固定膜を形成した後、前記犠牲膜を除去することにより、前記振動膜と前記固定膜との間にエアギャップを形成する工程（ｅ）をさらに備えていることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２７】
第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板と、
前記基板に形成された貫通孔とを備え、
前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は、前記第１主表面に対して傾斜した第１の部分と、前記第２主表面に対して実質的に垂直な第２の部分とを含み、
前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするデバイス。
【請求項２８】
請求項２７に記載のデバイスにおいて、
前記内壁の前記第１の部分は、前記内壁の前記第２の部分と比較して、前記第１主表面側に位置していることを特徴とするデバイス。
【請求項２９】
請求項２７又は２８に記載のデバイスにおいて、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とするデバイス。
【請求項３０】
第１主表面とその反対面である第２主表面とを有する基板における前記第１主表面の上に犠牲層を形成する工程（ａ）と、
前記基板に対して前記第２主表面側からエッチングを行うことによって前記基板に貫通孔を形成する工程（ｂ）と、
前記貫通孔を通じてエッチャントを供給することによって前記犠牲層を除去すると共に前記貫通孔を前記第１主表面側から拡げる工程（ｃ）とを備え、
前記第１主表面及び前記第２主表面は共に（１１０）結晶面であり、
前記貫通孔は前記基板の内壁を規定しており、前記内壁は、前記第１主表面に対して傾斜した第１の部分と、前記第２主表面に対して実質的に垂直な第２の部分とを含み、
前記第２主表面における前記貫通孔の形状は実質的に菱形であることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載のデバイスの製造方法において、
前記内壁の前記第１の部分は、前記内壁の前記第２の部分と比較して、前記第１主表面側に位置していることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項３２】
請求項３０又は３１に記載のデバイスの製造方法において、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とするデバイスの製造方法。
【国際調査報告】
2011525429.tif 000031
2011525429.tif 000032