(57)【要約】【課題】メンブレンの周縁部に皺が生じるのを防止することができる、半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、メンブレン１１と、メンブレン１１の下面に設けられ、メンブレン１１の周縁部を支持する支持部１２とを備えている。メンブレン１１には、長手状部分を有する開口１５が多数形成されている。これによりメンブレン１１に振動による歪みが生じたときに、その歪みを開口１５の変形により吸収することができる。そのため、メンブレン１１の周縁部への歪みの伝播を防止することができ、メンブレン１１の周縁部に皺が生じるのを防止することができる。【選択図】図１
2008147441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メンブレンと、
前記メンブレンの周縁部を支持する支持部とを備え、
前記メンブレンには、長手状部分を有する開口が複数形成されている、半導体装置。
【請求項２】
前記メンブレンには、一方向に長い長方形状の開口と、前記一方向と直交する他方向に長い長方形状の開口とが、前記一方向および前記他方向に交互に形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記メンブレン上に形成された複数のピエゾ抵抗素子と、
前記メンブレンに対して前記支持部と同じ側に設けられ、前記メンブレンの中央部に一体的に保持された錘部とをさらに備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メンブレンを備える構造の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したセンサ（ＭＥＭＳセンサ）の携帯電話機への搭載が開始されたことから、ＭＥＭＳセンサの注目度が高まっている。ＭＥＭＳセンサの代表的なものとして、たとえば、物体の加速度を検出するための加速度センサが知られている。
図４は、従来の加速度センサの構成を模式的に示す断面図である。
【０００３】
この加速度センサは、センサ本体１０１と、センサ本体１０１に保持された錘１０２と、センサ本体１０１を支持する環状の台座１０３とを備えている。
センサ本体１０１は、メンブレン１０４と、メンブレン１０４の一方面（下面）の周縁部に接続された環状の支持部１０５と、メンブレン１０４の一方面の中央部に接続された錘固定部１０６とを一体的に備えている。メンブレン１０４の他方面（上面）には、ピエゾ抵抗素子（図示せず）が形成されている。支持部１０５と錘固定部１０６とは、メンブレン１０４に近づくほど狭まる断面等脚台形状の環状溝１０７により、互いに分離されている。
【０００４】
錘１０２は、たとえば、円板状に形成されている。この錘１０２は、錘固定部１０６の下方に配置されて、その上面の中央部が錘固定部１０６に固定されている。
台座１０３は、センサ本体１０１の支持部１０５の下面とほぼ同じ内径および外径を有する環状に形成されている。この台座１０３上に支持部１０５が載置されることにより、センサ本体１０１が台座１０３に支持されている。そして、錘１０２は、センサ本体１０１と台座１０３が設置される面との間において、台座１０３および支持部１０５と非接触状態に設けられている。
【０００５】
この加速度センサに加速度が作用し、錘１０２が振れると、メンブレン１０４が振動し、メンブレン１０４上に設けられたピエゾ抵抗素子に応力が作用する。ピエゾ抵抗素子は、これに作用する応力に比例して抵抗率が変化する。そのため、各ピエゾ抵抗素子の抵抗率変化量を信号として取り出せば、その信号に基づいて、錘１０２に作用した加速度を求めることができる。
【特許文献１】特開２００５−３５１７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来の構成では、錘１０２（メンブレン１０４）が振れたときに、メンブレン１０４に歪みが生じ、その歪みがメンブレン１０４の周縁部まで伝播して、メンブレン１０４の周縁部に皺を生じるおそれがある。
そこで、本発明の目的は、メンブレンの周縁部に皺が生じるのを防止することができる、半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、メンブレンと、前記メンブレンの周縁部を支持する支持部とを備え、前記メンブレンには、長手状部分を有する開口が複数形成されている、半導体装置である。
この構成によれば、メンブレンに長手状部分を有する開口が複数形成されているので、メンブレンに振動による歪みが生じたときに、その歪みを開口の変形により吸収することができる。そのため、メンブレンの周縁部への歪みの伝播を防止することができ、メンブレンの周縁部に皺が生じるのを防止することができる。
【０００８】
なお、請求項２に記載のように、前記メンブレンには、一方向に長い長方形状の開口と、前記一方向と直交する他方向に長い長方形状の開口とが、前記一方向および前記他方向に交互に形成されていることが好ましい。これにより、メンブレンの如何なる方向の歪みに対しても、その歪みを一方向に長い長方形状の開口および／または他方向に長い長方形状の開口の変形により吸収することができる。そのため、メンブレンの周縁部への歪みの伝播を確実に防止することができる。
【０００９】
また、請求項３に記載のように、半導体装置は、前記メンブレン上に形成された複数のピエゾ抵抗素子と、前記メンブレンに対して前記支持部と同じ側に設けられ、前記メンブレンの中央部に一体的に保持された錘部とをさらに備えていてもよい。錘部に加速度が生じると、錘部が振れて、メンブレンが振動し、メンブレン上に設けられたピエゾ抵抗素子に応力が作用する。ピエゾ抵抗素子は、これに作用する応力に比例して抵抗率が変化する。したがって、各ピエゾ抵抗素子の抵抗率変化量を信号として取り出せば、その信号に基づいて、錘部に作用した加速度の方向（３軸方向）および大きさを求めることができる。すなわち、ピエゾ抵抗素子および錘部をさらに備えることにより、この半導体装置を加速度センサとして用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
この半導体装置１は、たとえば、物体の加速度を検出するための加速度センサとして用いられる。半導体装置１は、メンブレン１１と、メンブレン１１の下面に設けられ、メンブレン１１の周縁部を支持する支持部１２と、メンブレン１１の下面に設けられ、メンブレン１１の中央部に保持された錘部１３とを備えている。
【００１１】
メンブレン１１は、たとえば、ＳｉＯ２（酸化シリコン）からなり、厚さが１〜１０μｍの平面視略矩形状に形成されている。このメンブレン１１上には、複数個（たとえば、１６個）のピエゾ抵抗素子１４が形成されている。また、メンブレン１１の周縁部と中央部との間の四角環状領域には、多数の開口１５が形成されている。
支持部１２および錘部１３は、Ｓｉ（シリコン）からなり、平面視四角環状の溝部１６によって互いに分離して形成されている。この溝部１６は、メンブレン１１から離れるにつれて狭まる等脚台形状の断面形状を有している。
【００１２】
支持部１２は、平面視四角環状をなし、メンブレン１１から離れるにつれて、メンブレン１１との接続面と平行な平面で切断したときの断面積が単調に大きくなる形状に形成されている。支持部１２の外側面は、メンブレン１１との接続面に対して直交している。一方、支持部１２の内側面は、メンブレン１１との接続面に対して５４．７度の角度で傾斜している。
【００１３】
錘部１３は、メンブレン１１から離れるにつれて広がる断面等脚台形状に形成されている。この錘部１３の各側面は、メンブレン１１との接続面に対して５４．７度の角度で傾斜している。
この半導体装置１に加速度が作用し、錘部１３が振れると、メンブレン１１が変形し、メンブレン１１に設けられた各ピエゾ抵抗素子１４に応力が作用する。ピエゾ抵抗素子１４は、これに作用する応力に比例して抵抗率が変化する。そのため、各ピエゾ抵抗素子１４の抵抗率変化量を信号として取り出せば、その信号に基づいて、錘部１３（半導体装置１）に作用した加速度の方向（３軸方向）および大きさを求めることができる。
【００１４】
図２は、メンブレン１１の一部を拡大して示す平面図である。
図２に示すように、メンブレン１１に形成されている多数の開口１５には、一方向に長い長方形状の開口１５Ａと、その一方向と直交する他方向に長い長方形状の開口１５Ｂとが含まれる。そして、それらの開口１５Ａ，１５Ｂは、一方向および他方向に交互に形成されている。すなわち、メンブレン１１には、一方向に長い長方形状の開口１５Ａと、その一方向と直交する他方向に長い長方形状の開口１５Ｂとが、一方向および他方向に交互に形成されている。
【００１５】
この構成により、メンブレン１１に振動による歪みが生じたときに、その歪みが如何なる方向の歪みであっても、その歪みを一方向に長い長方形状の開口１５Ａおよび／または他方向に長い長方形状の開口１５Ｂの変形により吸収することができる。そのため、メンブレン１１の周縁部への歪みの伝播を確実に防止することができ、メンブレン１１の周縁部に皺が生じるのを防止することができる。
【００１６】
なお、前述した構造を有する半導体装置１は、次のようにして製造される。
半導体装置１の製造には、シリコン基板が用いられる。まず、プラズマ処理によって、シリコン基板の表面に、シリコン基板をエッチング可能なエッチング液に対する耐性を有するシリコン酸化膜が形成される。次いで、シリコン酸化膜上に、ＴｉＮ（窒化チタン）を用いて、複数個のピエゾ抵抗素子１４が形成される。また、ピエゾ抵抗素子１４に接続される配線などが形成される。その後、シリコン酸化膜に、多数の開口１５が形成される。これにより、多数の開口１５において、シリコン基板が露出する。
【００１７】
そして、必要に応じて、シリコン基板の裏面が研削された後、シリコン基板の表面および裏面の両面に、シリコン基板をエッチングする能力を有するエッチング液が供給される。このようなエッチング液としては、たとえば、ＴＭＡＨ（Tetra methyl ammonium hydroxide：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の濃度５０％の水溶液を８０℃に加熱したものを用いることができる。シリコン基板の表面に供給されるエッチング液は、各開口１５を介して、シリコン基板に供給される。これにより、シリコン基板は、各開口１５に臨む部分から断面三角形状にエッチングされていく。このエッチングは、エッチングにより形成される凹部の各側面がシリコン基板の表面に対して５４．７度の傾斜角度を保ちつつ、シリコン基板の厚さ方向（縦方向）および表面に平行な方向（横方向）に進行する。互いに隣り合う開口１５の下方の凹部がつながると、横方向のエッチングの進行は急速に進む。一方、シリコン基板の裏面にエッチング液が供給されるので、シリコン基板は、その裏面側からも面内でほぼ均一な速度で縦方向にエッチングされる。そのため、比較的短時間で、シリコン基板におけるシリコン酸化膜（メンブレン１１）の周縁部と中央部との間の環状領域に対向する部分が厚さ方向にわたって残さず除去され、シリコン基板に環状の溝部１５が形成される。その結果、シリコン酸化膜は、メンブレン１１となり、シリコン基板は、その溝部１５によって、メンブレン１１の周縁部を支持する支持部１２と、メンブレン１１の中央部に保持された錘部１３とに分断される。これにより、図１に示す半導体装置１が得られる。
【００１８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、メンブレン１１に長方形状の開口１５が形成された構成を取り上げたが、図３に示すように、メンブレン１１に、Ｌ字状（鉤状）の開口１５が多数形成されてもよい。すなわち、メンブレン１１に形成される開口１５は、少なくとも一部に長手状部分を有する形状であればよい。メンブレン１１に長手状部分を有する開口１５が多数形成されていれば、メンブレン１１に振動による歪みが生じたときに、その歪みを開口１５の変形により吸収することができる。そのため、メンブレン１１の周縁部への歪みの伝播を防止することができ、メンブレン１１の周縁部に皺が生じるのを防止することができる。
【００１９】
また、前述の実施形態では、本発明が加速度センサとして用いられる半導体装置１に適用された場合を例にとったが、本発明は、加速度センサに限らず、たとえば、気体の圧力などによりメンブレンが変形し、この変形により抵抗率が変化するピエゾ抵抗素子を備えるピエゾ抵抗型の圧力センサとして用いられる半導体装置に適用することもできる。また、本発明は、気体の圧力などによりメンブレンが変形し、この変形により静電容量が変化するコンデンサを備える静電容量型の圧力センサまたはマイクロフォンとして用いられる半導体装置に適用することもできる。すなわち、本発明は、メンブレンを備える構造の半導体装置に広く適用することが可能である。
【００２０】
その他、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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】メンブレンの一部を拡大して示す平面図である。
【図３】メンブレンに形成される開口の他の形状を示す平面図である。
【図４】従来の加速度センサの構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１      半導体装置
１１    メンブレン
１２    支持部
１３    錘部
１４    ピエゾ抵抗素子
１５    開口
１５Ａ  開口
１５Ｂ  開口
【図１】
2008147441.tif 000003
【図２】
2008147441.tif 000004
【図３】
2008147441.tif 000005
【図４】
2008147441.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月12日(2006.12.12)
【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】
メンブレンと、
前記メンブレンの周縁部を支持する支持部とを備え、
前記メンブレンには、長手状部分を有する開口が複数形成されている、半導体装置。
【請求項２】
前記メンブレンには、一方向に長い長方形状の開口と、前記一方向と直交する他方向に長い長方形状の開口とが、前記一方向および前記他方向に交互に形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記メンブレン上に形成された複数のピエゾ抵抗素子と、
前記メンブレンに対して前記支持部と同じ側に設けられ、前記メンブレンの中央部に一体的に保持された錘部とをさらに備える、請求項１または２に記載の半導体装置。