(57)【要約】【課題】両面が滑らかな曲面からなるコルゲート部を形成することが可能なコルゲート部を備えた構造体の製造方法およびＭＥＭＳデバイスを提供する。【解決手段】半導体基板１の一表面側に形成するコルゲート部４の曲面形状に応じて半導体基板１との接触パターンを設計した陽極２を半導体基板１の他表面側に形成する陽極形成工程と、陽極２と電解液中で半導体基板１の上記一表面側に配置される陰極との間に通電して多孔質部３を形成する陽極酸化工程と、多孔質部３を選択的にエッチング除去することにより上記曲面形状に対応する曲面１ｃを形成する曲面形成工程と、半導体基板１の上記一表面側にコルゲート部４の基礎となるコルゲート部材料層４ａを形成するコルゲート部材料層形成工程と、半導体基板１におけるコルゲート部材料層４ａの周囲の不要部を選択的にエッチング除去することでコルゲート部４を形成する選択エッチング工程とを有する。【選択図】      図１
2009208164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を用いて形成され当該半導体基板に比べて薄いコルゲート部を備えた構造体の製造方法であって、半導体基板の一表面側に形成するコルゲート部の曲面形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の他表面側に形成する陽極形成工程と、前記陽極と電解液中で半導体基板の前記一表面側に配置される陰極との間に通電して半導体基板の前記一表面側に多孔質部を形成する陽極酸化工程と、陽極酸化工程の後で多孔質部を選択的にエッチング除去することにより前記曲面形状に対応する曲面を形成する曲面形成工程と、曲面形成工程の後で半導体基板の前記一表面側にコルゲート部の基礎となるコルゲート部材料層を形成するコルゲート部材料層形成工程と、コルゲート部材料層形成工程の後で半導体基板におけるコルゲート部材料層の周囲の不要部を選択的にエッチング除去することによりコルゲート部を形成する選択エッチング工程とを有することを特徴とするコルゲート部を備えた構造体の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記コルゲート部材料層形成工程では、前記コルゲート部材料層として絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１記載のコルゲート部を備えた構造体の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記コルゲート部材料層形成工程では、前記コルゲート部材料層として不純物拡散層を形成することを特徴とする請求項１記載のコルゲート部を備えた構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたコルゲート部を備えた構造体を有することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コルゲート部を備えた構造体の製造方法およびＭＥＭＳ（micro  electro  mechanical  systems）デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロマシニング技術を利用してコルゲート部を備えた構造体を有するＭＥＭＳデバイスおよびその製造方法が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
ここにおいて、上記特許文献１には、コルゲート部を備えた構造体を有するＭＥＭＳデバイスとして、図６に示す構成のマイクロバルブおよびその製造方法が記載されている。
【０００４】
図６に示す構成のマイクロバルブは、流体の流入口１１１および流出口（弁口）１１２が厚み方向に貫設され一表面側において流出口１１２の周部に弁座１１３が突設された弁座形成基板１１０と、弁座形成基板１１０の上記一表面側に固着されるフレーム１２１およびフレーム１２１の内側に連続一体に設けられ弁座形成基板１１０の上記一表面から離間した第１のダイヤフラム部１２２および第１のダイヤフラム部１２２の中央部から弁座形成基板１１０側へ突出して設けられ流出口１１２を開閉する弁体１２３を有する弁体形成基板１２０と、弁体形成基板１２０における弁座形成基板１１０側とは反対側に固着され弁体形成基板１２０との間に閉鎖空間１３６を形成する閉鎖空間形成用基板１３０とを備えている。また、上述のマイクロバルブは、弁体形成基板１２０がシリコン基板１２０ａを用いて形成されるとともに、弁座形成基板１１０および閉鎖空間形成用基板１３０がそれぞれガラス基板１１０ａ，１３０ａを用いて形成されており、弁体形成基板１２０と弁座形成基板１１０とが陽極接合により固着されるとともに、弁体形成基板１２０と閉鎖空間形成用基板１３０とが陽極接合により固着されている。
【０００５】
ところで、上述のマイクロバルブでは、第１のダイヤフラム部１２２および後述の第２のダイヤフラム部１２５それぞれが、断面コルゲート板状のコルゲート部を構成しており、弁体形成基板１２０が、コルゲート部を備えた構造体を構成している。
【０００６】
上述のマイクロバルブは、静電駆動型のマイクロバルブであり、流出口１１２を開放する向きに弁体１２３を変位させる駆動手段として、第１のダイヤフラム部１２２の中央部に設けられた不純物拡散層（例えば、ボロンを高濃度に拡散した不純物拡散層）からなる可動電極１２４と、閉鎖空間形成用基板１３０に設けられ可動電極１２４と対向する金属膜からなる固定電極１３１とを備えており、可動電極１２４に電気的に接続されたパッド１２７ａと固定電極１３１に電気的に接続されたパッド（図示せず）との間に電圧を印加したときに可動電極１２４と固定電極１３１との間に発生する静電力によって流出口１１２を開放する向きに弁体１２３を変位させるようになっている。すなわち、上述のマイクロバルブは、可動電極１２４と固定電極１３１との間に電圧を印加していない状態では、図６に示すように弁体１２３により流出口１１２が閉止されている。これに対して、可動電極１２４と固定電極１３１との間に駆動電圧源から規定電圧以上の電圧を印加すると、弁体１２３が流出口１１２から離れる向きに変位して流出口１１２が開放される。要するに、上述のマイクロバルブは、ノーマリクローズ型のマイクロバルブを構成している。
【０００７】
また、上述のマイクロバルブでは、流出口１１２が弁体１２３により閉止された状態において、流入口１１１を通して流出口側内部空間Ｓ２に流れ込んだ流体の圧力により弁体１２３が浮き上がって流出口１１２が開放されるのを防止するために、弁体形成基板１２０のフレーム１２１の上記一表面側に第２のダイヤフラム部１２５が形成されており、上記閉鎖空間１３６には、例えば、不活性ガスや空気などの気体からなる受圧媒体が大気圧に等しい圧力で封入されている。したがって、上述のマイクロバルブでは、駆動手段により弁体１２３を変位させていない状態で流入口１１１を通して弁座形成基板１１０と第２のダイヤフラム部１２５との間の流入口側内部空間Ｓ１へ流入した流体の圧力を受けて、流入口側内部空間Ｓ１と閉鎖空間１３６とを仕切る第２のダイヤフラム部１２５が撓む（閉鎖空間形成用基板１３０側へ凸となる形で変形する）ことによって弁体１２３が流出口１１２を閉止する向きの力である閉止力が作用する。
【０００８】
ところで、上述の弁体形成基板１２０の各ダイヤフラム部１２２，１２５の形成にあたっては、シリコン基板１２０ａの一表面側において各ダイヤフラム部１２２，１２５それぞれの形成予定領域に複数の凹溝１２２ａ，１２５ａを形成するためのマスク層を形成してから、シリコン基板１２０ａを上記一表面側から等方性エッチングすることにより各凹溝１２２ａ，１２５ａを形成し、その後、マスク層を除去し、続いて、シリコン基板２００の上記一表面側にボロンを固相拡散させることにより可動電極１２４および各ダイヤフラム部１２２，１２５の基礎となる高濃度の不純物拡散層を形成し、その後、シリコン基板２００の他表面側において適宜パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板２００を上記他表面側から不純物拡散層に達する深さまでエッチングすることにより各ダイヤフラム部１２２，１２５を形成している。
【０００９】
また、上記特許文献２には、コルゲート部を備えた構造体を有するＭＥＭＳデバイスとして、図７に示す構成の静電容量型の半導体圧力センサおよびその製造方法が記載されている。
【００１０】
図７に示す構成の半導体圧力センサは、矩形枠状のフレーム部２２１の内側にダイヤフラム部２２２が形成されるとともにダイヤフラム部２２２の中央部に可動電極２２４が形成された可動電極形成基板２２０と、ガラス基板２３０ａを用いて形成されて可動電極２２４に対向する固定電極２３１を有し可動電極形成基板２２０に接合された固定電極形成基板２３０とを備えている。ここにおいて、上述の半導体圧力センサでは、可動電極形成基板２２０がシリコン基板２２０ａを用いて形成されており、ダイヤフラム部２２２が、断面コルゲート板状のコルゲート部を構成しており、可動電極形成基板２２０が、コルゲート部を備えた構造体を構成している。
【００１１】
ところで、上記特許文献２では、上述の可動電極形成基板２２０のダイヤフラム部２２２の形成にあたっては、シリコン基板２２０ａの一表面側においてダイヤフラム部２２２の形成予定領域に複数の凹溝を形成するためのマスク層を形成してから、シリコン基板２２０ａを上記一表面側からプラズマエッチングすることにより凹溝を形成し、その後、マスク層を除去し、続いて、シリコン基板２２０ａの上記一表面側に可動電極２２４およびダイヤフラム部２２２の基礎となる低抵抗のポリシリコン膜を成膜し、その後、シリコン基板２２０ａの他表面側において適宜パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板２２０ａを上記他表面側からポリシリコン膜に達する深さまでエッチングすることによりダイヤフラム部２２２を形成している。
【００１２】
なお、コルゲート部を備えた構造体を利用したＭＥＭＳデバイスとしては、マイクロバルブや半導体圧力センサに限らず、例えば、音響センサ、流体制御デバイス、半導体加速度センサ、赤外線センサなどが提案されている。
【特許文献１】特開２００７−２９２４号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上記特許文献１，２に開示されたコルゲート部を備えた構造体の製造方法では、コルゲート部を構成するダイヤフラム部１２２，１２５，２２２を形成するにあたって、マスク層を利用した等方性エッチングやプラズマエッチングにより複数の凹溝を所定のピッチで形成しているので、ダイヤフラム部１２２，１２５，２２２に角部が形成されてしまい、応力集中による破損の原因や特性ばらつきの原因になることがあった。
【００１４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、両面が滑らかな曲面からなるコルゲート部を形成することが可能なコルゲート部を備えた構造体の製造方法およびＭＥＭＳデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、半導体基板を用いて形成され当該半導体基板に比べて薄いコルゲート部を備えた構造体の製造方法であって、半導体基板の一表面側に形成するコルゲート部の曲面形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の他表面側に形成する陽極形成工程と、前記陽極と電解液中で半導体基板の前記一表面側に配置される陰極との間に通電して半導体基板の前記一表面側に多孔質部を形成する陽極酸化工程と、陽極酸化工程の後で多孔質部を選択的にエッチング除去することにより前記曲面形状に対応する曲面を形成する曲面形成工程と、曲面形成工程の後で半導体基板の前記一表面側にコルゲート部の基礎となるコルゲート部材料層を形成するコルゲート部材料層形成工程と、コルゲート部材料層形成工程の後で半導体基板におけるコルゲート部材料層の周囲の不要部を選択的にエッチング除去することによりコルゲート部を形成する選択エッチング工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、陽極形成工程にて形成する陽極と半導体基板の他表面との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体基板に流れる電流の電流密度の面内分布が決まり、陽極酸化工程にて形成する多孔質部の厚みの面内分布を制御することが可能であり、陽極形成工程において、半導体基板の一表面側に形成するコルゲート部の曲面形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の前記他表面側に形成しているので、曲面形成工程で多孔質部を選択的にエッチング除去することで滑らかな曲面が形成されるから、当該曲面形成工程の後に、半導体基板の前記一表面側にコルゲート部の基礎となるコルゲート部材料層を形成するコルゲート部材料層形成工程を行い、続いて、コルゲート部材料層形成工程の後で半導体基板におけるコルゲート部材料層の周囲の不要部を選択的にエッチング除去することによりコルゲート部を形成する選択エッチング工程を行うことによって、両面が滑らかな曲面からなるコルゲート部を形成することが可能となる。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記コルゲート部材料層形成工程では、前記コルゲート部材料層として絶縁膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記コルゲート部材料層の材料としてＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどの半導体製造プロセスにおいて一般的な絶縁材料を採用することで、前記コルゲート部材料層をＣＶＤ法やスパッタ法などによって容易に形成することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記コルゲート部材料層形成工程では、前記コルゲート部材料層として不純物拡散層を形成することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記コルゲート部材料層をイオン注入法や拡散法などによって容易に形成することができ、また、前記コルゲート部を配線に兼用することが可能となる。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたコルゲート部を備えた構造体を有することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、コルゲート部の両面が滑らかな曲面により形成されたＭＥＭＳデバイスを提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明では、両面が滑らかな曲面からなるコルゲート部を形成することが可能となるという効果がある。
【００２４】
請求項４の発明では、コルゲート部の両面が滑らかな曲面により形成されたＭＥＭＳデバイスを提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施形態１）
以下、半導体基板を用いて形成されコルゲート部を備えた構造体の製造方法について図１（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、単結晶のシリコン基板からなる半導体基板１の一表面側（図１（ａ）における上面側）に形成するコルゲート部４（図１（ｅ）参照）の曲面形状に応じて半導体基板１との接触パターンを設計した陽極２を半導体基板１の他表面側（図１（ａ）における下面側）に形成する陽極形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。この陽極形成工程では、半導体基板１の上記他表面側に陽極２の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の導電性膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる導電性層を形成する導電性層形成工程を行い、その後、導電性層をパターニングするパターニング工程を行うことで、陽極２を形成する。ここにおいて、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法や蒸着法などによって半導体基板１の上記他表面上に導電性層を成膜した後、Ｎ２ガスおよびＨ２ガス雰囲気中で導電性層のシンタ（熱処理）を行うことで、導電性層と半導体基板１とのオーミック接触を得ている。また、パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して導電性層をパターニングする。また、陽極形成工程において形成する陽極２は、上述のコルゲート部４の曲面形状に応じて半導体基板１との接触パターンを設計してある。具体的には、半導体基板１の上記他表面のうち厚み方向において所望の曲面形状のコルゲート部４（図１（ｅ）参照）の山部４ｂに対応する部位が露出し、厚み方向において上記コルゲート部４の谷部４ｂに対応する部位に陽極２が接触するようにし、谷部４ｂのピッチに合わせて陽極２のピッチを設定してある。なお、本実施形態では、上述の単結晶のシリコン基板からなる半導体基板１の上記一表面を（１００）面としてある。
【００２７】
上述の陽極形成工程の後、陽極２と電解液中で半導体基板１の上記一表面側に配置される陰極（図示せず）との間に通電して半導体基板１の上記一表面側に多孔質シリコン部からなる多孔質部３を形成する陽極酸化工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、陽極酸化工程では、電解液として５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合した混合液を用い、電解液中で半導体基板１の上記一表面側に対向配置される陰極と陽極２との間に所定電流密度の電流を所定時間だけ通電して半導体基板１の上記一表面側に多孔質部３を形成する。なお、電解液としては、半導体基板１の構成元素であるＳｉの酸化物であるＳｉＯ２をエッチング除去する溶液として、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合したフッ酸系溶液を用いているが、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。また、陽極酸化工程の処理条件は特に限定するものではなく、上述の所定電流密度および上記所定時間はそれぞれ適宜設定すればよい。また、陽極酸化処理工程では、所定電流密度の条件で通電を行っているが、所定電圧の条件で通電を行うようにしてもよい。なお、本実施形態では、半導体基板１として、導電形がｐ形のものを用いているので、陽極酸化工程において半導体基板１の上記一表面側に光を照射する必要はないが、半導体基板１として導電形がｎ形のものを用いる場合には光を照射する必要がある。
【００２８】
ところで、本実施形態では、半導体基板１として単結晶のシリコン基板を用いているので、半導体基板１の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをｈ＋、電子をｅ−とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｈ＋→ＳｉＦ２＋２Ｈ＋＋ｎｅ−
ＳｉＦ２＋２ＨＦ→ＳｉＦ４＋Ｈ２
ＳｉＦ４＋２ＨＦ→ＳｉＨ２Ｆ６
すなわち、シリコン基板からなる半導体基板１の陽極酸化では、Ｆイオンの供給量とホールｈ＋の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Ｆイオンの供給量の方がホールの供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールｈ＋の供給量がＦイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように半導体基板１としてｐ形のシリコン基板を用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールｈ＋の供給量で決まるから、半導体基板１中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部３の厚みが決まることになる。ここにおいて、半導体基板１の上記一表面側では、半導体基板１の厚み方向に沿った陽極２の中心線から離れるほど電流密度が徐々に小さくなるような電流密度の面内分布を有することとなり、半導体基板１の上記一表面側に形成される多孔質部３は、陽極２の中心線から離れるほど徐々に薄くなっている。なお、上述の電流密度の面内分布は、陽極２と陰極との間に通電しているときに陽極２と半導体基板１との接触パターンなどにより決まる半導体基板１内の電界強度の分布に応じて発生し、電界強度が強いほど電流密度が大きくなり、電界強度が弱いほど電流密度が小さくなる。
【００２９】
上述の陽極酸化工程の後、半導体基板１に対して多孔質部３を選択的にエッチング除去することにより半導体基板１の上記一表面側に上述の曲面形状に対応する曲面１ｃを形成する曲面形成工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。
【００３０】
曲面形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側にコルゲート部４の基礎となるコルゲート部材料層４ａを形成するコルゲート部材料層形成工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。ここにおいて、コルゲート部材料層４ａを絶縁膜（例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜やこれらの積層膜など）により構成する場合には、コルゲート部材料層４ａを例えばＣＶＤ法やスパッタ法などによって形成すればよく、コルゲート部材料層４ａを不純物拡散層（例えば、ボロンを高濃度にドーピングした不純物拡散層）により構成する場合には、コルゲート部材料層４ａをイオン注入法や拡散法などによって形成すればよく、コルゲート材料層４ａを例えばポリシリコン膜により構成する場合には、コルゲート部材料層４ａをＣＶＤ法などにより形成すればよい。また、本実施形態におけるコルゲート部材料層形成工程では、コルゲート部材料層４ａを上述の絶縁膜により構成する場合には、半導体基板１の上記一表面側の全面に絶縁膜を成膜した後、当該絶縁膜を所望のコルゲート部４の平面形状に応じてパターニングし、コルゲート部材料層４ａを上述の不純物拡散層により構成する場合には、当該不純物拡散層を所望のコルゲート部４の平面形状に応じた領域に選択的に形成し、コルゲート部材料層４ａを上述のポリシリコン膜により構成する場合には、半導体基板１の上記一表面側の全面にポリシリコン膜を成膜した後、当該ポリシリコン膜を所望のコルゲート部４の平面形状に応じてパターニングする。
【００３１】
上述のコルゲート部材料層形成工程の後、半導体基板１におけるコルゲート部材料層４ａの周囲の不要部を選択的にエッチング除去することによりコルゲート部４を形成する選択エッチング工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造のコルゲート部４を備えた構造体を得ることができる。ここにおいて、本実施形態における選択エッチング工程では、半導体基板１の上記他表面側の全面をレジスト層などからなるマスク層により覆い、その後、半導体基板１におけるコルゲート部材料層４ａの周囲の不要部をアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ水溶液など）により異方性エッチングすることで空洞部５を形成することによってコルゲート部４を形成し、その後、マスク層を除去する。
【００３２】
以上説明した本実施形態のコルゲート部４を備えた構造体の製造方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極２と半導体基板１の上記他表面との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体基板１に流れる電流の電流密度の面内分布が決まり、陽極酸化工程にて形成する多孔質部３の厚みの面内分布を制御することが可能であり、陽極形成工程において、半導体基板１の上記一表面側に形成するコルゲート部４の曲面形状に応じて半導体基板１との接触パターンを設計した陽極２を半導体基板１の上記他表面側に形成しているので、曲面形成工程で多孔質部３を選択的にエッチング除去することで滑らかな曲面が形成されるから、当該曲面形成工程の後に、半導体基板１の上記一表面側にコルゲート部４の基礎となるコルゲート部材料層４ａを形成するコルゲート部材料層形成工程を行い、続いて、コルゲート部材料層形成工程の後で半導体基板１におけるコルゲート部材料層４ａの周囲の不要部を選択的にエッチング除去することによりコルゲート部４を形成する選択エッチング工程を行うことによって、両面が滑らかな曲面からなるコルゲート部４を形成することが可能となる。また、コルゲート部材料層形成工程においてコルゲート部材料層４ａとして絶縁膜を形成するようにすれば、コルゲート部材料層４ａの材料としてＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどの半導体製造プロセスにおいて一般的な絶縁材料を採用することで、コルゲート部材料層４ａをＣＶＤ法やスパッタ法などによって容易に形成することができる。また、コルゲート部材料層形成工程においてコルゲート部材料層４ａとして不純物拡散層を形成するようにすれば、コルゲート部材料層４ａをイオン注入法や拡散法などによって容易に形成することができ、また、コルゲート部４を配線に兼用することが可能となる。
【００３３】
（実施形態２）
以下、半導体基板を用いて形成されコルゲート部を備えた構造体の製造方法について図２（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。また、実施形態１と同様の構成要素には同一符号を付して説明を適宜省略する。
【００３４】
本実施形態では、単結晶のシリコン基板からなる半導体基板１の一表面側（図２（ａ）における上面側）に形成するコルゲート部４（図２（ｅ）参照）の曲面形状に応じて半導体基板１との接触パターンを設計した陽極２を半導体基板１の他表面側（図２（ａ）における下面側）に形成する陽極形成工程を行う前、半導体基板１におけるコルゲート部４の形成予定領域を含む所定領域の厚みを薄くするために凹所１ｂを形成する凹所形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、凹所形成工程では、半導体基板１の上記一表面側にマスク層を形成するとともに上記他表面側に凹所形成用のマスク層を形成した後、半導体基板１を上記他表面側からアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ水溶液など）により異方性エッチングすることにより凹所１ｂを形成している。
【００３５】
上述の凹所形成工程の後、上述の陽極形成工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。この陽極形成工程では、半導体基板１の上記他表面側に、所定形状の絶縁膜１２を形成してから、半導体基板１の上記他表面側の全面に陽極２となる導電性層を形成する導電性層形成工程を行う。ここにおいて、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法や蒸着法などによって半導体基板１の上記他表面側に導電性層を成膜した後、Ｎ２ガスおよびＨ２ガス雰囲気中で導電性層のシンタ（熱処理）を行うことで、導電性層と半導体基板１とのオーミック接触を得ている。また、陽極形成工程において形成する絶縁膜１２は、陽極２と半導体基板１との接触パターンが、上述のコルゲート部４の曲面形状に応じて設計した接触パターンとなるようにパターン設計してある。具体的には、絶縁膜１２は、厚み方向において所望の曲面形状のコルゲート部４（図２（ｅ）参照）の谷部４ｃに対応する部位が開口されて陽極２が接触するようにパターン設計してある。
【００３６】
上述の陽極形成工程の後、陽極２と電解液中で半導体基板１の上記一表面側に配置される陰極（図示せず）との間に通電して半導体基板１の上記一表面側に多孔質シリコン部からなる多孔質部３を形成する陽極酸化工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。この陽極酸化工程において、半導体基板１の上記一表面側に形成される多孔質部３は、陽極２のうち半導体基板１に接触している部位の中心線から離れるほど徐々に薄くなっている。なお、上述の電流密度の面内分布は、陽極２と陰極との間に通電しているときに陽極２と半導体基板１との接触パターンなどにより決まる半導体基板１内の電界強度の分布に応じて発生し、電界強度が強いほど電流密度が大きくなり、電界強度が弱いほど電流密度が小さくなる。
【００３７】
上述の陽極酸化工程の後、半導体基板１に対して多孔質部３を選択的にエッチング除去することにより半導体基板１の上記一表面側に上述の曲面形状に対応する曲面を形成する曲面形成工程を行い、その後、半導体基板１の上記一表面側にコルゲート部４の基礎となるコルゲート部材料層４ａを形成するコルゲート部材料層形成工程を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。
【００３８】
上述のコルゲート部材料層形成工程の後、半導体基板１におけるコルゲート部材料層４ａの周囲の不要部を選択的にエッチング除去することによりコルゲート部４を形成する選択エッチング工程を行うことによって、図２（ｅ）に示す構造のコルゲート部４を備えた構造体を得ることができる。ここにおいて、本実施形態における選択エッチング工程では、半導体基板１の上記他表面側の全面をレジスト層などからなるマスク層により覆い、その後、半導体基板１におけるコルゲート部材料層４ａの周囲の不要部をアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ水溶液など）により異方性エッチングすることで空洞部５を形成することによってコルゲート部４を形成し、その後、マスク層を除去する。
【００３９】
以上説明した本実施形態のコルゲート部４を備えた構造体の製造方法によれば、実施形態１と同様に、両面が滑らかな曲面からなるコルゲート部４を形成することが可能となる。また、本実施形態の製造方法によれば、陽極形成工程よりも前に半導体基板１の厚みを薄くする凹所形成工程を設けてあるので、半導体基板１の上記一表面と陽極２との間の距離を短くすることができ、陽極形成工程にて形成する多孔質部３の厚み分布の制御が容易になる。
【００４０】
（実施形態３）
本実施形態では、コルゲート部を備えた構造体を有するＭＥＭＳデバイスの一例として、図３に示す構成の静電容量型のマイクロホンを例示する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００４１】
図３に示す構成のマイクロホンは、半導体基板１を用いて形成され当該半導体基板１の一表面側にコルゲート部４を具備するダイヤフラム部１１が形成された構造体を有するトランスデューサ用基板Ａと、トランスデューサ用基板Ａのダイヤフラム部１１上に形成された可動電極１４と、トランスデューサ用基板Ａに矩形枠状の絶縁層からなるスペーサ３０を介して対向配置されたシリコン窒化膜からなる固定板部２０と、固定板部２０における可動電極１４側に形成された固定電極２４とを備え、固定板部２０と固定電極２４との積層体からなる固定電極部には当該固定電極部と可動電極１４との間の空間と当該固定電極部における当該空間側とは反対側の外部空間とを連通させる複数のアコースティックホール（図示せず）が貫設されている。ここにおいて、トランスデューサ用基板Ａは、ダイヤフラム部１１の平面形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、全周が矩形枠状のフレーム部１３に連続一体に連結されている。本実施形態のトランスデューサ用基板Ａの上記構造体は、実施形態１にて説明したコルゲート部４を備えた構造体の製造方法に準じて形成してあり、実施形態１にて形成したコルゲート部材料層形成工程で半導体基板１の上記一表面側の全面に絶縁膜からなるコルゲート部材料層４ａ（図１（ｄ）参照）を形成するようにし、選択エッチング工程で半導体基板１の上記他表面側から半導体基板１を選択的にエッチングすることにより空洞部５を形成している。
【００４２】
上述の静電容量型のマイクロホンでは、ダイヤフラム部１１に設けられた可動電極１４と固定板部２０に設けられた固定電極２４とでコンデンサが形成されるから、ダイヤフラム部１１が音波の圧力を受けることにより可動電極１４と固定電極２４との間の距離が変化し、コンデンサの静電容量が変化する。したがって、可動電極１４にダイヤフラム１１上の配線１５を介して電気的に接続されたパッド１６と固定電極２４に配線２５を介して電気的に接続されたパッド２６との間に直流バイアス電圧を印加しておけば、両パッド１６，２６間には音波の圧力に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波を電気信号に変換することができる。また、上述の静電容量型のマイクロホンは、上記アコースティックホールが形成されているので、例えばダイヤフラム部１１が音波の圧力を受けて振動する際に上記空間の媒質である空気により過度に制動を受けないようにすることができ、広い周波数帯域にわたる平坦な周波数特性と広いダイナミックレンジとを得ることが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態のマイクロホンでは、コルゲート部４の両面が滑らかな曲面により形成されているので、応力集中によるコルゲート部４の破損や配線１５の断線を防止することができる。また、従来のマイクロホンにおいてダイヤフラム部の残留応力が大きくコルゲート部を有していない場合には、ダイヤフラム部が音波の圧力を受けてもダイヤフラム部の大きな変位は得られないのに対して、ダイヤフラム部の一部をコルゲート部により構成すると、ダイヤフラム部が伸縮しやすくなり、音波の圧力を受けたときの変位を大きくすることができるが、コルゲート部にはダイヤフラム部が変位する際に応力がかかりやすくなるから、ダイヤフラム部の信頼性の確保が重要であり、本実施形態のマイクロホンでは、ダイヤフラム部１１が両面が滑らかな曲面により形成されたコルゲート部４を有しているので、信頼性を高めることができる。
【００４４】
（実施形態４）
本実施形態では、コルゲート部を備えた構造体を有するＭＥＭＳデバイスの一例として、図４に示す構成の流体制御デバイスを例示する。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００４５】
図４に示す構成の流体制御デバイスは、半導体基板１を用いて形成され当該半導体基板１の一表面側にコルゲート部４を具備するダイヤフラム部１１が形成された構造体を有するベース基板Ｂと、ベース基板Ｂのダイヤフラム部１１上に形成された可動電極３４と、ベース基板Ｂに矩形枠状の絶縁層からなるスペーサ５０を介して対向配置され固定電極４４が形成された固定電極形成基板４０とを備え、固定電極形成基板４０に流体の流入口４１と流出口４２とが貫設されている。ここにおいて、ベース基板Ｂは、ダイヤフラム１１の平面形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、全周が矩形枠状のフレーム部１３に連続一体に連結されている。本実施形態のベース基板Ｂの上記構造体は、実施形態２にて説明したコルゲート部４を備えた構造体の製造方法に準じて形成してあり、実施形態２にて形成したコルゲート部材料層形成工程で半導体基板１の上記一表面側の全面に絶縁膜からなるコルゲート部材料層４ａ（図２（ｄ）参照）を形成するようにし、選択エッチング工程で半導体基板１の上記他表面側から半導体基板１を選択的にエッチングすることにより空洞部５を形成している。
【００４６】
本実施形態の流体制御デバイスは、可動電極３４にダイヤフラム部１１上の配線３５を介して電気的に接続されたパッド３１と固定電極４４に配線４５を介して電気的に接続されたパッド４６との間に電圧を印加したときに可動電極３４と固定電極４４との間に発生する静電力によって可動電極３４と固定電極４４との間の流路を狭くする向きに可動電極３４を変位させるようになっており、流入口４１と流出口４２との間を流れる流体の流量を制御することができる。
【００４７】
また、本実施形態の流体制御デバイスでは、コルゲート部４の両面が滑らかな曲面により形成されているので、応力集中によるコルゲート部４の破損や配線３５の断線を防止することができる。また、従来の流体制御デバイスにおいてダイヤフラム部の残留応力が大きくコルゲート部を有していない場合には、可動電極と固定電極とを近づけるための駆動電圧が大きくなるのに対して、ダイヤフラム部の一部をコルゲート部により構成すると、ダイヤフラム部が伸縮しやすくなり、駆動電圧の低電圧化を図れるが、コルゲート部にはダイヤフラム部が変位する際に応力がかかりやすくなるから、ダイヤフラム部の信頼性の確保が重要であり、本実施形態の流体制御デバイスでは、ダイヤフラム部１１が両面が滑らかな曲面により形成されたコルゲート部４を有しているので、信頼性を高めることができる。
【００４８】
（実施形態５）
本実施形態では、コルゲート部を備えた構造体を有するＭＥＭＳデバイスの一例として、図５に示す構成の赤外線センサを例示する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００４９】
図３に示す構成の赤外線センサは、半導体基板１を用いて形成され当該半導体基板１の一表面側にコルゲート部４，４を具備する断熱部１８が形成された構造体を有するベース基板Ｃと、ベース基板Ｃの一表面側において断熱部１８上に形成された感温部（温度検知部）６と、感温部６上に形成された赤外線吸収層６４とを備えている。ここにおいて、断熱部１８は、感温部６の下地となる支持部１８ａと、支持部１８ａと矩形枠状のフレーム部１３とを連結した２つの脚部１８ｂ，１８ｂとを有している。ここにおいて、ベース基板Ｃの上記構造体は、実施形態１にて説明したコルゲート部４を備えた構造体の製造方法に準じて形成してあり、実施形態１にて形成したコルゲート部材料層形成工程で半導体基板１における断熱部１８の形成予定領域に対応する領域にコルゲート部材料層４ａ（図１（ｄ）参照）を形成するようにし、選択エッチング工程で半導体基板１の上記他表面側から半導体基板１を選択的にエッチングすることにより空洞部５を形成している。
【００５０】
感温部６は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントであるサーミスタからなり、支持部１８ａ上に形成されたクロム膜からなる下部電極６１と、下部電極６１上に形成されたアモルファスシリコン膜からなる抵抗体層６２と、抵抗体層６２上に形成されたクロム膜からなる上部電極６３とで構成されている。また、赤外線吸収層６４の材料として、ＳｉＯＮを採用しているが、ＳｉＯＮに特に限定するものではない。なお、本実施形態では、抵抗体層６２の材料としてアモルファスシリコンを採用しているが、抵抗体層６２の材料はアモルファスシリコンに限らず、例えば、酸化バナジウムなどを採用してもよい。
【００５１】
ここにおいて、感温部６は、下部電極６１が一方のコルゲート部４を有する脚部１８ｂ上に形成された配線６５を介して一方のパッド６６と電気的に接続され、上部電極６３が他方のコルゲート部４を有する脚部１８ｂ上に形成された配線６７を介して他方のパッド６８と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、各配線６５，６７の材料としてＣｒを採用している。
【００５２】
なお、感温部６は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントに限らず、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメント、焦電型のセンシングエレメントなどを採用してもよく、いずれのセンシングエレメントを採用した場合でも、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。ここで、温度に応じて誘電率の変化するセンシングエレメントの材料としては、例えば、ＰＺＴ、ＢＳＴなどを採用すればよい。
【００５３】
ところで、本実施形態の赤外線センサでは、各脚部１８ｂ，１８ｂにコルゲート部４，４が形成されているので、断面波板状のコルゲート部４，４に対応する部分が平板状に形成されている場合に比べて各脚部１８ｂ，１８ｂの長さを長くすることができて、各脚部１８ｂ，１８ｂの熱コンダクタンスを小さくすることができ、脚部１８ｂ，１８ｂを通した熱伝達をより抑制することができ、高感度化を図れる。
【００５４】
また、本実施形態の赤外線センサでは、コルゲート部４，４の両面が滑らかな曲面により形成されているので、応力集中によるコルゲート部４，４の破損や配線６５，６７の断線を防止することができる。
【００５５】
ところで、上記実施形態１や上記実施形態２で説明したコルゲート部を備えた構造体の製造方法に準じて製造するＭＥＭＳデバイスは、実施形態３で説明したマイクロホンや、実施形態４で説明した流体制御デバイスや、実施形態４で説明した赤外線センサに限らず、例えば、加速度センサ、マイクロバルブなどでもよい。
【００５６】
また、上記各実施形態１〜５では、半導体基板１としてシリコン基板を採用しているが、半導体基板１はシリコン基板に限らず、例えば、Ｇｅ基板，ＳｉＣ基板などの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の半導体基板でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施形態１におけるコルゲート部を備えた構造体の製造方法の説明図である。
【図２】実施形態２におけるコルゲート部を備えた構造体の製造方法の説明図である。
【図３】実施形態３におけるＭＥＭＳデバイスの概略断面図である。
【図４】実施形態４におけるＭＥＭＳデバイスの概略平面図である。
【図５】実施形態４におけるＭＥＭＳデバイスの製造方法の説明図である。
【図６】従来例のＭＥＭＳデバイスの一例を示す概略断面図である。
【図７】従来例のＭＥＭＳデバイスの他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  半導体基板
１ｃ  曲面
２  陽極
３  多孔質部
４  コルゲート部
４ａ  コルゲート部材料層
５  空洞部
【図１】
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【図２】
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【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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