JP2010103701A - Mems sensor - Google Patents

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Goro Nakaya
吾郎 仲谷
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a time required to manufacture a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor. <P>SOLUTION: In a silicon microphone 1, a through hole 3 is formed in a substrate 2, and a diaphragm 7 is arranged facing the through hole 3. The diaphragm 7 is formed in such a manner that the size of the diaphragm 7 is smaller than that of the through hole 3 when seen in the direction of facing the through hole 3. The diaphragm 7 is supported by a plurality of support parts 8 extending from its circumferential edge up to the outside of the circumferential edge of the through hole 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to various sensors (MEMS sensors) manufactured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.

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。 Recently, since MEMS sensors have begun to be mounted on mobile phones and the like, the attention of MEMS sensors is rapidly increasing. A typical MEMS sensor is, for example, a silicon microphone (Si microphone).
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon microphone.
The silicon microphone 101 includes a silicon substrate 102. A through hole 103 having a trapezoidal cross section is formed at the center of the silicon substrate 102.

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。   A circular thin film diaphragm 104 is provided on the silicon substrate 102. Diaphragm 104 opposes through-hole 103 and is a portion 105 around through-hole 103 on the surface of silicon substrate 102 (hereinafter referred to as “through-hole peripheral portion 105” in the background art and problems to be solved by the invention). ) Between the through holes and the peripheral portion 105 with a small gap therebetween.

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。   A support portion 106 is formed integrally with the diaphragm 104. The support portion 106 extends laterally from the periphery of the diaphragm 104, and the tip portion is sandwiched between the first insulating film 107 and the second insulating film 108 stacked on the surface of the silicon substrate 102. Diaphragm 104 is supported by supporter 106 so as to vibrate in a direction opposite to silicon substrate 102.

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。   A plurality of stoppers 109 protrude from the lower surface of the diaphragm 104 at positions facing the through-hole periphery 105. The stopper 109 limits the vibration width of the diaphragm 104 by contacting the peripheral portion 105 of the through hole when excessive pressure is applied to the diaphragm 104. Thereby, damage to the diaphragm 104 or the support portion 106 due to excessive vibration of the diaphragm 104 can be prevented.

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。 A back plate 110 is provided above the diaphragm 104. The back plate 110 is opposed to the diaphragm 104 with a minute gap.
The outermost surface of the silicon microphone 101 is covered with a protective film 111. Specifically, the protective film 111 continuously covers the surfaces of the first insulating film 107, the second insulating film 108 and the silicon substrate 102, and the periphery of the diaphragm 104 is spaced from the diaphragm 7 from the surface of the silicon substrate 102. It rises so as to surround it and covers the upper surface of the back plate 110. As a result, a space 112 defined by the protective film 111 is formed on the silicon substrate 102, and the diaphragm 104 is not in contact with the silicon substrate 102, the back plate 110, and the protective film 111 in the space 112. Is arranged in.

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。 A plurality of through holes 113 are continuously formed in the back plate 110 and the protective film 111 so as to penetrate them. Thereby, the space 112 inside the protective film 111 communicates with the outside on the back surface side of the silicon substrate 102 through the through hole 103, and communicates with the outside on the surface side of the silicon substrate 102 through the through hole 113. Yes.
Diaphragm 104 and back plate 110 form a capacitor using these as counter electrodes. A predetermined voltage is applied to this capacitor. In this state, when diaphragm 104 is vibrated by sound pressure (sound wave), the capacitance of the capacitor changes, and voltage fluctuation between diaphragm 104 and back plate 110 due to the change in capacitance is taken out as an audio signal.

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。
特表２００１−５１８２４６号公報 In the manufacturing process of the silicon microphone 101, a first sacrificial layer is formed on the silicon substrate 102, and a diaphragm 104 is formed on the first sacrificial layer. Thereafter, the second sacrificial layer is formed so as to cover the entire surface of the diaphragm 104, and the back plate 110 is formed on the second sacrificial layer. After the back plate 110 is formed, a protective film 111 is formed to cover the first sacrificial layer, the second sacrificial layer, and the back plate 110. Then, after the through hole 103 is formed in the silicon substrate 102 and the through hole 113 is formed in the protective film 111, an etching solution is supplied from the through holes 103 and 113 to the inside of the protective film 111, and the first sacrificial layer and the first sacrificial layer Two sacrificial layers are removed. As a result, the diaphragm 104 floats from the through-hole periphery 105, and a space with a minute interval is formed between the diaphragm 104 and the back plate 110.
JP-T-2001-518246

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。   Since the stopper 109 must be provided at a portion of the diaphragm 104 that faces the through-hole peripheral portion 105, the facing area between the diaphragm 104 and the through-hole peripheral portion 105 is relatively large. On the other hand, since the distance between the diaphragm 104 and the through hole peripheral portion 105 is relatively small, the etching solution is difficult to enter the narrow portion between the diaphragm 104 and the through hole peripheral portion 105. For this reason, it takes a long time (for example, 20 to 30 minutes) to remove the first sacrificial layer from between the diaphragm 104 and the through-hole periphery 105, which is a cause of the long time required for manufacturing the silicon microphone 101. It is one.

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。   Therefore, an object of the present invention is to provide a MEMS sensor that can shorten the time required for manufacturing.

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。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 has a substrate on which a through-hole is formed, and is disposed so as to face the through-hole and has a size equal to or smaller than the size of the through-hole when viewed in the facing direction. The MEMS sensor includes: a vibration film; and a plurality of support portions that extend from the periphery of the vibration film to the outside of the periphery of the through hole and support the vibration film so as to vibrate.
In this MEMS sensor, a through-hole is formed in a substrate, and a vibration film is disposed so as to face the through-hole. The vibrating membrane is formed to have a size equal to or smaller than the size of the through hole when viewed in the direction facing the through hole. The vibrating membrane is supported by a plurality of support portions extending from the periphery to the outside of the through hole. As a result, the support strength of the diaphragm is increased, so that the diaphragm does not vibrate excessively even if an excessive pressure is applied to the diaphragm. Therefore, it is possible to prevent the vibration film and the support portion from being damaged due to excessive vibration of the vibration film.

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。   In the manufacturing process of the MEMS sensor, a sacrificial layer is formed on the substrate, a vibration film and a support portion are formed on the sacrificial layer, a through hole is formed in the substrate, and an etchant is supplied to the sacrificial layer through the through hole. As a result, the sacrificial layer is removed. Since the vibration film and the peripheral portion of the through hole in the substrate do not face each other (in a direction perpendicular to the surface of the substrate), or face only part of it and do not face the entire circumference, the etchant is used as a sacrificial layer. Can be supplied well. As a result, the sacrificial layer on the substrate can be removed in a short time, and thus the time required for manufacturing the MEMS sensor can be shortened.

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。 According to a second aspect of the present invention, the vibrating membrane may have a size smaller than the size of the through hole when viewed in the direction facing the through hole.
In addition, as described in claim 3, the vibration film may be disposed on the inner side of the periphery of the through hole as viewed in the direction facing the through hole. In this case, the vibration film does not face the peripheral portion of the through hole in the substrate (in a direction orthogonal to the surface of the substrate). Therefore, the vibration width of the vibration film is not limited by the contact between the vibration film and the substrate, but the vibration film may be excessively vibrated by being supported by a plurality of support portions. Absent.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a silicon microphone according to an embodiment of the present invention.
The silicon microphone 1 is a sensor (MEMS sensor) manufactured by MEMS technology. The silicon microphone 1 includes a substrate 2 made of silicon. A through-hole 3 having a circular shape in plan view is formed in the central portion of the substrate 2.

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。 A first insulating film 4 is stacked on the substrate 2. The first insulating film 4 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide).
A second insulating film 5 is stacked on the first insulating film 4. The second insulating film 5 is made of, for example, SiO 2 .
The first insulating film 4 and the second insulating film 5 are removed from the region including the through hole 3 in plan view, and a portion 6 (hereinafter referred to as “through hole”) around the through hole 3 on the surface (upper surface) of the substrate 2. The peripheral portion 6 ”is exposed from the first insulating film 4 and the second insulating film 5.

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。 A diaphragm 7 is provided above the substrate 2 so as to face the through hole 3. The diaphragm 7 is formed in a circular shape having a smaller diameter than the through hole 3 in plan view. And the diaphragm 7 is arrange | positioned in the inner side rather than the periphery of the through-hole 3 in planar view.
A plurality of support portions 8 are integrally formed on the diaphragm 7. Each support portion 8 extends from the periphery of the diaphragm 7 to the outside of the periphery of the through hole 3 and is sandwiched between the first insulating film 4 and the second insulating film 5. The diaphragm 7 is supported by a plurality of support portions 8 so as to vibrate in a direction orthogonal to the surface of the substrate 2. The diaphragm 7 and the support part are made of, for example, doped polysilicon (polysilicon provided with conductivity by doping impurities).

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。 A back plate 9 is provided above the diaphragm 7. The back plate 9 has a circular outer shape in a plan view that is smaller in diameter than the diaphragm 7, and faces the diaphragm 7 at an interval. A plurality of holes 10 are formed in the back plate 9. The back plate 9 is made of doped polysilicon, for example.
The outermost surface of the silicon microphone 1 is covered with a protective film 11. Specifically, the protective film 11 continuously covers the surfaces of the first insulating film 4, the second insulating film 5, and the substrate 2, and has a distance from the surface of the substrate 2 around the diaphragm 7 with the diaphragm 7. The upper surface of the back plate 9 (the surface opposite to the diaphragm 7 side) is covered. As a result, a space 12 defined by the protective film 11 is formed on the substrate 2, and the diaphragm 7 is disposed in this space 12 in a non-contact state with the substrate 2, the back plate 9 and the protective film 11. Has been. The protective film 11 is made of, for example, SiN (silicon nitride).

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。 The protective film 11 enters a part of the hole 10 of the back plate 9. The portion 13 of the protective film 11 that has entered the hole 10 protrudes downward from the bottom surface of the back plate 9 (the surface facing the diaphragm 7) from the hole 10, and prevents the contact between the diaphragm 7 and the back plate 9. Functions as a stopper.
A hole 14 is formed in the protective film 11 so as to communicate with the hole 10 at each position facing the hole 10 where the protective film 11 does not enter. Thereby, the space 12 inside the protective film 11 communicates with the outside on the back surface side of the substrate 2 through the through hole 3 and communicates with the outside on the surface side of the substrate 2 through the holes 10 and 14. .

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）。   The diaphragm 7 and the back plate 9 form a capacitor having these as counter electrodes. A predetermined voltage is applied to the capacitor (between the diaphragm 7 and the back plate 9). In this state, when the diaphragm 7 is vibrated by sound pressure (sound wave), the capacitance of the capacitor changes, and voltage fluctuation between the diaphragm 7 and the back plate 9 due to the change in capacitance is taken out as an audio signal (output) )

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。 FIG. 2 is a schematic plan view of the diaphragm and the support portion shown in FIG.
The diaphragm 7 is entirely opposed to the through-hole 3 indicated by a virtual line.
In this embodiment, four support portions 8 are provided. The four support portions 8 are arranged around the diaphragm 7 at equiangular intervals (that is, at intervals of 90 degrees). Thereby, the diaphragm 7 is supported at four points from four directions.

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。 3A to 3E are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the silicon microphone shown in FIG.
First, as shown in FIG. 3A, an oxide film 21 made of SiO 2 is formed on the entire surface of a silicon wafer W that is a base of the substrate 2 by a thermal oxidation method. Hereinafter, the oxide film 21 formed on the surface of the silicon wafer W is referred to as a surface oxide film 21A, and the oxide film 21 formed on the back surface of the silicon wafer W is distinguished as a back surface oxide film 21B. A circular groove 22 is formed in the surface oxide film 21A by photolithography and etching. Thereby, the surface oxide film 21 </ b> A is divided into the first insulating film 4 and the first sacrificial layer 23.

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。   Next, as shown in FIG. 3B, SiN is deposited on the wafer W and the surface oxide film 21A by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), and this deposited layer is etched back. Thus, the SiN film 24 is embedded in the circular groove 22. Thereafter, doped polysilicon is deposited on the surface oxide film 21A and the SiN film by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Then, the deposited layer of doped polysilicon is selectively removed by photolithography and etching. Thus, the diaphragm 7 and the plurality of support portions 8 are formed on the surface oxide film 21A and the SiN film 24.

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。 Next, SiO 2 is deposited over the entire area on the diaphragm 7, the support portion 8, the surface oxide film 21 A, and the SiN film 24 by PECVD. Then, as shown in FIG. 3C, a circular groove 25 is formed in the deposited layer of SiO 2 by photolithography and etching. As a result, the second insulating film 5 is formed on the first insulating film 4 and the second sacrificial layer 26 is formed on the first sacrificial layer 23. The diaphragm 7 is covered with the second sacrificial layer 26. Thereafter, the back plate 9 is formed on the second sacrificial layer 26 by the same method as the method of forming the diaphragm 7. A plurality of recesses 27 are formed in the second sacrificial layer 26 by photolithography and etching.

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。   After that, as shown in FIG. 3D, the protective film 11 made of SiN so as to collectively cover the first insulating film 4, the second insulating film 5, the first sacrificial layer 23, and the second sacrificial layer 26 by PECVD. Is formed. The SiN film 24 is integrated with the protective film 11. Then, the hole 14 is formed in the protective film 11 and the protective film 11 is removed from the hole 10 of the back plate 9 by photolithography and etching.

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。 Next, an opening 28 is formed in the back oxide film 21 </ b> B by photolithography and etching, and the silicon wafer W is etched through the opening 28, whereby the through hole 3 is formed in the silicon wafer W.
Thereafter, the first sacrificial layer 23 and the second sacrificial layer 26 are removed by supplying an etching solution (for example, hydrofluoric acid) to the inside of the protective film 11 through the through hole 3 and the holes 10 and 14. Then, the back surface oxide film 21B is removed, and the silicon wafer W is cut into the substrate 2 to obtain the silicon microphone 1 shown in FIG.

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。   As described above, in the silicon microphone 1, the through hole 3 is formed in the substrate 2, and the diaphragm 7 is disposed so as to face the through hole 3. The diaphragm 7 is formed so that the size when viewed in the direction facing the through hole 3 is smaller than that of the through hole 3. Accordingly, the diaphragm 7 does not face the through-hole peripheral portion 6 in the direction perpendicular to the surface of the substrate 2, and the vibration width of the diaphragm 7 is not limited by the contact between the diaphragm 7 and the substrate 2. Therefore, the diaphragm 7 is supported by a plurality of support portions 8 that extend from the periphery of the diaphragm 7 to the outside of the periphery of the through hole 3. Thereby, since the support strength of the diaphragm 7 increases, even if an excessive pressure is applied to the diaphragm 7, the diaphragm 7 does not vibrate excessively. Therefore, damage to the diaphragm 7 and the support portion 8 due to excessive vibration of the diaphragm 7 can be prevented.

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。   In the manufacturing process of the silicon microphone 1, the first sacrificial layer 23 is formed on the silicon wafer W (substrate 2), the diaphragm 7 and the support portion 8 are formed on the first sacrificial layer 23, and then penetrates the silicon wafer W. The hole 3 is formed, and the first sacrificial layer 23 is removed by supplying the etching solution to the first sacrificial layer 23 through the through hole 3. Since the diaphragm 7 and the peripheral portion 6 of the through hole in the silicon wafer W do not face each other, the etching solution can be efficiently supplied to the first sacrificial layer 23. As a result, the first sacrificial layer 23 on the silicon wafer W can be removed in a short time, and thus the time required for manufacturing the silicon microphone 1 can be shortened.

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。 The diaphragm 7 may be formed in a circular shape having the same diameter as that of the through hole 3 in plan view. The diaphragm 7 is not limited to a circular shape in plan view, and may be formed in an elliptical shape in plan view or a polygonal shape in plan view. That is, the diaphragm 7 should just be formed in the size below the size of the through-hole 3 by planar view.
As shown in FIG. 4, the diaphragm 7 has a center shifted from the center of the through hole 3 in a plan view, and a part thereof is orthogonal to the through hole peripheral portion 6 (see FIG. 1) and the surface of the substrate 2. It may be opposed to the direction.

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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it is possible to give a various design change to the above-mentioned embodiment in the range of the matter described in the claim.
The present invention is not limited to a silicon microphone, and can be widely applied to a pressure sensor, an acceleration sensor, and the like that operate by detecting a change in capacitance.

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。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a silicon microphone according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a schematic plan view of the diaphragm and the support portion shown in FIG. 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。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the silicon microphone shown in FIG. 図３Ｂは、図３Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 3A. 図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 3C is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 3B. 図３Ｄは、図３Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 3D is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 3C. 図３Ｅは、図３Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 3E is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 3D. 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。FIG. 4 is an illustrative plan view for explaining another embodiment (an aspect in which the arrangement position of the diaphragm is changed). 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon microphone.

符号の説明Explanation of symbols

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 1 Silicon microphone 2 Substrate 3 Through-hole 7 Diaphragm (vibration membrane)
8 Supporting part

Claims (3)

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。 A substrate having a through hole formed thereon;
A vibrating membrane disposed opposite to the through hole and having a size equal to or smaller than the size of the through hole when viewed in the opposite direction;
A MEMS sensor, comprising: a plurality of support portions that extend from the periphery of the vibration film to the outside of the periphery of the through hole and support the vibration film so as to vibrate. 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。   The MEMS sensor according to claim 1, wherein the vibration film has a size smaller than a size of the through hole when viewed in the facing direction. 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。   3. The MEMS sensor according to claim 1, wherein the vibration film is disposed inside a periphery of the through hole when viewed in the facing direction.
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