JP2007324805A - Sensor device and diaphragm structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor device capable of inhibiting the enlargement of a device body while suppressing the occurrence of a deflection in a supporter. <P>SOLUTION: The microphone (the sensor device) 30 has a diaphragm 4a fitted in a manner that the diaphragm can be vibrated, and an electrode plate 8a fitted so as to be opposed to the diaphragm 4a at a specified distance. The microphone 30 further has the supporter 5 containing a supporting film 6 supporting the electrode plate 8a, while having a tensile internal stress δSt<SB>6</SB>and the supporting film 7 being laminated on the supporting film 6 and having a compressive internal stress δSt<SB>7</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、センサ装置およびダイアフラム構造体に関し、特に、電極板を支持する支持体を有するセンサ装置およびダイアフラム構造体に関する。   The present invention relates to a sensor device and a diaphragm structure, and more particularly to a sensor device and a diaphragm structure having a support that supports an electrode plate.

従来、音によって振動する導電性のダイアフラム（振動板）と固定的に設置された電極板との間の静電容量の変化によって、音を電気信号に変換する音響センサなどのセンサ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。   2. Description of the Related Art Conventionally, a sensor device such as an acoustic sensor that converts sound into an electrical signal by a change in capacitance between a conductive diaphragm (vibration plate) that vibrates with sound and an electrode plate that is fixedly installed is known. (For example, refer to Patent Document 1).

上記特許文献１には、振動可能な振動板（ダイアフラム）と、振動板に対向するように固定的に配置された電極（電極板）と、電極を支持する孔を有する部材（支持体）と、振動板および孔を有する部材が設けられた基板とを備えた音響変換器（音響センサ）が開示されている。この音響変換器に音が入ってくると、振動板が振動して、一定の電圧が印加されている振動板と電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化によって、振動板および電極の電荷量が変化するので、その電荷の変化量を、音に対する電気信号として出力する。   In Patent Document 1, a diaphragm (diaphragm) that can vibrate, an electrode (electrode plate) that is fixedly disposed so as to face the diaphragm, and a member (support) having a hole that supports the electrode, An acoustic transducer (acoustic sensor) including a diaphragm and a substrate provided with a member having a hole is disclosed. When sound enters the acoustic transducer, the diaphragm vibrates, and the capacitance between the diaphragm to which a certain voltage is applied and the electrode changes. Since the amount of charge of the diaphragm and the electrode changes due to this change in capacitance, the amount of change in the charge is output as an electrical signal for sound.

また、上記特許文献１に開示された音響変換器では、電極を支持する孔を有する部材の側面部の長さを部分的に大きくすることにより、孔を有する部材（支持体）の剛性を向上させることによって、孔を有する部材（支持体）の引張内部応力に起因して孔を有する部材が基板側に撓むのを抑制することが可能である。   In the acoustic transducer disclosed in Patent Document 1, the rigidity of the member (support) having a hole is improved by partially increasing the length of the side surface of the member having the hole that supports the electrode. By doing so, it is possible to prevent the member having a hole from being bent toward the substrate due to the tensile internal stress of the member (support) having the hole.

特表２００４−５０６３９４号公報JP-T-2004-506394

しかしながら、上記特許文献１に開示された音響変換器では、電極を支持する孔を有する部材が基板側に撓むのを抑制するため、孔を有する部材の側面部の長さを部分的に大きくしているため、装置本体が大型化してしまうという問題点がある。   However, in the acoustic transducer disclosed in Patent Document 1, the length of the side surface portion of the member having the hole is partially increased in order to prevent the member having the hole supporting the electrode from being bent toward the substrate side. Therefore, there is a problem that the apparatus main body is enlarged.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、支持体に撓みが発生するのを抑制しながら、装置本体が大型化するのを抑制することが可能なセンサ装置およびダイアフラム構造体を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to suppress an increase in the size of the apparatus main body while suppressing the occurrence of bending of the support. It is an object of the present invention to provide a sensor device and a diaphragm structure.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるセンサ装置は、振動可能に設けられたダイアフラムと、ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられた電極板と、電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体とを備える。なお、本発明において、引張内部応力とは、支持体を構成する膜の内部方向に働く力であり、膜が積層された電極板の外側を、膜側に移動させるように働く力である。また、圧縮内部応力とは、支持体を構成する膜の外部方向に働く力であり、膜が積層された電極板の外側を、電極板側に移動させるように働く力である。   In order to achieve the above object, a sensor device according to a first aspect of the present invention includes a diaphragm provided so as to be able to vibrate, an electrode plate provided to face the diaphragm at a predetermined distance, and an electrode plate And a support body including a first support film having a tensile internal stress and a second support film stacked on the first support film and having a compressive internal stress. In the present invention, the tensile internal stress is a force acting in the inner direction of the film constituting the support, and is a force acting so as to move the outside of the electrode plate on which the film is laminated to the film side. Further, the compressive internal stress is a force acting in the outward direction of the film constituting the support, and is a force acting so as to move the outside of the electrode plate on which the film is laminated to the electrode plate side.

この第１の局面によるセンサ装置では、上記のように、電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体を設けることによって、圧縮内部応力を有する第２支持膜により、第１支持膜の引張内部応力の一部を打ち消すことができるので、支持体の全体の内部応力を低下させることができる。これにより、第１支持膜の引張内部応力の増加に起因して支持体が基板側に撓むのを抑制することができるので、支持体が破損するのを抑制することができる。また、第１支持膜の引張内部応力の増加に起因して支持体が基板側に撓むのを抑制することができるので、ダイアフラムが電極板に接触することなく移動可能な範囲を大きくすることができ、その結果、センサ装置のダイナミックレンジを向上させることができる。また、第２支持膜が第１支持膜に積層されていることによって、装置本体が大型化するのを抑制することができる。   In the sensor device according to the first aspect, as described above, the electrode plate is supported, the first support film having a tensile internal stress, and the second support film laminated on the first support film and having a compressive internal stress. By providing the support including the second support film having compressive internal stress, a part of the tensile internal stress of the first support film can be canceled out, so that the overall internal stress of the support is reduced. Can do. Thereby, since it can suppress that a support body bends to the board | substrate side resulting from the increase in the tensile internal stress of a 1st support film | membrane, it can suppress that a support body is damaged. Moreover, since it can suppress that a support body bends to the board | substrate side resulting from the increase in the tensile internal stress of a 1st support film, the range which can move a diaphragm without contacting an electrode plate is enlarged. As a result, the dynamic range of the sensor device can be improved. Further, since the second support film is laminated on the first support film, it is possible to suppress an increase in the size of the apparatus main body.

上記第１の局面によるセンサ装置において、好ましくは、支持体の第２支持膜は、支持体の第１支持膜と同一元素からなる。このように構成すれば、第１支持膜および第２支持膜をドライエッチングする場合に、同じエッチングガスで第１支持膜および第２支持膜をエッチングすることができるので、製造工程を簡略化することができる。また、第１支持膜および第２支持膜を同一元素により形成することによって、第１支持膜および第２支持膜をウェットエッチングする場合には、第１支持膜および第２支持膜のエッチングレートが同じになるので、エッチングされた第１支持膜および第２支持膜の界面に段差が発生するのを抑制することができる。   In the sensor device according to the first aspect, preferably, the second support film of the support is made of the same element as the first support film of the support. If comprised in this way, when dry-etching a 1st support film and a 2nd support film, since a 1st support film and a 2nd support film can be etched with the same etching gas, a manufacturing process is simplified. be able to. In addition, when the first support film and the second support film are formed by the same element, when the first support film and the second support film are wet-etched, the etching rates of the first support film and the second support film are increased. Since it becomes the same, it can suppress that a level | step difference generate | occur | produces in the interface of the etched 1st support film and 2nd support film.

上記第１の局面によるセンサ装置において、好ましくは、ダイアフラムおよび支持体が設けられる基板をさらに備え、支持体の第１支持膜は、支持体の第２支持膜に対して基板側に配置されている。このように構成すれば、第１支持膜の引張内部応力および第２支持膜の圧縮内部応力よりも大きな引張内部応力を有する犠牲層を支持体と基板との間に形成した場合に、犠牲層に第１支持膜を接触させることができるので、犠牲層に第２支持膜が接触される場合と比べて、支持体と犠牲層との間の界面に発生する力を抑制することができる。これにより、製造時に支持体と犠牲層との間の界面において、支持体にクラックなどが発生するのを抑制することができるので、犠牲層を除去した後に支持体に撓みが発生するのをより抑制することができる。   The sensor device according to the first aspect preferably further includes a substrate on which the diaphragm and the support are provided, and the first support film of the support is disposed on the substrate side with respect to the second support film of the support. Yes. According to this structure, when a sacrificial layer having a tensile internal stress larger than the tensile internal stress of the first support film and the compressive internal stress of the second support film is formed between the support and the substrate, the sacrificial layer Since the first support film can be brought into contact with the sacrificial layer, the force generated at the interface between the support and the sacrificial layer can be suppressed as compared with the case where the second support film is brought into contact with the sacrificial layer. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks or the like in the support at the interface between the support and the sacrificial layer at the time of manufacture. Can be suppressed.

上記第１の局面によるセンサ装置において、好ましくは、第１支持膜および第２支持膜を含む支持体は、全体として引張内部応力を有する。このように第１支持膜および第２支持膜の積層膜からなる支持体を全体として引張内部応力を有するように構成すれば、電極板とダイアフラムとの間の静電気力に起因して電極板を支持する支持体が基板側に移動されるのを抑制することができることが本発明者の実験により確認されている。このように、本発明では、支持体が基板側に移動するのを抑制することができるので、電極板とダイアフラムとの間に高電圧を印加することができる。その結果、センサ装置の感度をより向上させることができる。   In the sensor device according to the first aspect, preferably, the support including the first support film and the second support film has a tensile internal stress as a whole. In this way, if the support composed of the laminated film of the first support film and the second support film is configured to have a tensile internal stress as a whole, the electrode plate is caused by the electrostatic force between the electrode plate and the diaphragm. It has been confirmed by experiments of the present inventors that the supporting body to be supported can be suppressed from moving to the substrate side. Thus, in this invention, since a support body can suppress moving to the board | substrate side, a high voltage can be applied between an electrode plate and a diaphragm. As a result, the sensitivity of the sensor device can be further improved.

この発明の第２の局面におけるダイアフラム構造体は、振動可能に設けられたダイアフラムと、ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられた電極板と、電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体とを備える。   A diaphragm structure according to a second aspect of the present invention includes a diaphragm provided so as to be able to vibrate, an electrode plate provided so as to face the diaphragm at a predetermined distance, and supporting the electrode plate, A support including a first support film having stress and a second support film laminated on the first support film and having compressive internal stress is provided.

この第２の局面によるダイアフラム構造体では、上記のように、電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体を設けることによって、圧縮内部応力を有する第２支持膜により、第１支持膜の引張内部応力の一部を打ち消すことができるので、支持体の全体の内部応力を低下させることができる。これにより、第１支持膜の引張内部応力の増加に起因して支持体が基板側に撓むのを抑制することができるので、支持体が破損するのを抑制することができる。また、第１支持膜の引張内部応力の増加に起因して支持体が基板側に撓むのを抑制することができるので、ダイアフラムが電極板に接触することなく移動可能な範囲を大きくすることができ、その結果、ダイアフラム構造体のダイナミックレンジを向上させることができる。また、第２支持膜が第１支持膜に積層されていることによって、装置本体が大型化するのを抑制することができる。   In the diaphragm structure according to the second aspect, as described above, the electrode plate is supported, the first support film having the tensile internal stress, and the second support having the compressive internal stress laminated on the first support film. By providing the support including the film, a part of the tensile internal stress of the first support film can be canceled by the second support film having the compressive internal stress, so that the overall internal stress of the support is reduced. be able to. Thereby, since it can suppress that a support body bends to the board | substrate side resulting from the increase in the tensile internal stress of a 1st support film | membrane, it can suppress that a support body is damaged. Moreover, since it can suppress that a support body bends to the board | substrate side resulting from the increase in the tensile internal stress of a 1st support film, the range which can move a diaphragm without contacting an electrode plate is enlarged. As a result, the dynamic range of the diaphragm structure can be improved. Further, since the second support film is laminated on the first support film, it is possible to suppress an increase in the size of the apparatus main body.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１および図２は、本発明の一実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。図３および図４は、図１に示した一実施形態によるマイクロホンの平面図である。図５〜図７は、図１に示した一実施形態によるマイクロホンの支持体の引張内部応力および圧縮内部応力について説明するための概略図である。なお、図１は、図３の１００−１００線に沿った断面を示しており、図２は、図３の１５０−１５０線に沿った断面を示している。まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態によるマイクロホン３０の構造について説明する。なお、本実施形態では、センサ装置およびダイアフラム構造体の一例であるマイクロホン（音響センサ）３０に本発明を適用した場合について説明する。   1 and 2 are cross-sectional views illustrating the structure of a microphone according to an embodiment of the present invention. 3 and 4 are plan views of the microphone according to the embodiment shown in FIG. 5 to 7 are schematic views for explaining the tensile internal stress and the compressive internal stress of the microphone support according to the embodiment shown in FIG. 1 shows a cross section taken along the line 100-100 in FIG. 3, and FIG. 2 shows a cross section taken along the line 150-150 in FIG. First, the structure of a microphone 30 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a microphone (acoustic sensor) 30 which is an example of a sensor device and a diaphragm structure will be described.

本実施形態によるマイクロホン３０では、図１および図２に示すように、シリコン基板１の表面には、水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなるエッチングストッパ膜２が形成されている。このエッチングストッパ膜２は、約０．０５μｍ〜約０．２μｍの厚みを有している。そして、後述するダイアフラム部４ａが形成される領域には、シリコン基板１とエッチングストッパ膜２とを貫通するように、部分四角錐状（截頭四角錐状）（図１および図３参照）の開口部３が形成されている。この開口部３は、音が入ってきた際に、空気の通り道として機能する。なお、シリコン基板１は、本発明の「基板」の一例である。   In the microphone 30 according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, an etching stopper film 2 made of a silicon nitride film (SiN film) containing hydrogen (H) is formed on the surface of the silicon substrate 1. Yes. The etching stopper film 2 has a thickness of about 0.05 μm to about 0.2 μm. In a region where a diaphragm portion 4a described later is formed, a partial quadrangular pyramid shape (a truncated quadrangular pyramid shape) (see FIGS. 1 and 3) is provided so as to penetrate the silicon substrate 1 and the etching stopper film 2. An opening 3 is formed. The opening 3 functions as an air passage when sound enters. The silicon substrate 1 is an example of the “substrate” in the present invention.

エッチングストッパ膜２および開口部３の上面に、約０．１μｍ〜約２．０μｍの厚みを有するポリシリコン膜４が形成されている。このポリシリコン膜４は、ｎ型の不純物（リン（Ｐ））がドープされることにより導電性を有している。なお、このポリシリコン膜４のシート抵抗は、約１０Ω／□〜約１００Ω／□であり、好ましくは、約３０Ω／□〜約５０Ω／□である。また、ポリシリコン膜４は、図３および図４に示すように、平面的に見て、開口部３の中心と同じ位置に中心が配置された円板状のダイアフラム部４ａと、ダイアフラム部４ａから図３の矢印Ａ方向に突出して延びるとともに、コンタクト領域４ｃを有する接続配線部４ｂとを含んでいる。ダイアフラム部４ａは、開口部３を介して入ってきた音により、振動可能なように構成されている。なお、ダイアフラム部４ａは、本発明の「ダイアフラム」の一例である。   A polysilicon film 4 having a thickness of about 0.1 μm to about 2.0 μm is formed on the upper surfaces of the etching stopper film 2 and the opening 3. The polysilicon film 4 has conductivity by being doped with an n-type impurity (phosphorus (P)). The sheet resistance of the polysilicon film 4 is about 10Ω / □ to about 100Ω / □, and preferably about 30Ω / □ to about 50Ω / □. Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the polysilicon film 4 includes a disc-shaped diaphragm portion 4a having a center disposed at the same position as the center of the opening 3 in a plan view, and a diaphragm portion 4a. And a connection wiring portion 4b having a contact region 4c. The diaphragm portion 4 a is configured to be vibrated by sound that has entered through the opening 3. The diaphragm portion 4a is an example of the “diaphragm” in the present invention.

ここで、本実施形態では、エッチングストッパ膜２およびポリシリコン膜４の上面に接触するように支持体５を構成する支持膜６が形成されている。この支持膜６は、約４００ＭＰａの引張内部応力δＳｔ６を有する水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなり、約０．５μｍの厚みｔ６を有している。また、支持膜６の上面には、支持膜６とともに支持体５を構成する支持膜７が積層されている。支持膜７は、約２０ＭＰａの圧縮内部応力δＳｔ７を有する水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなり、約１μｍの厚みｔ７を有している。なお、本出願において、引張内部応力δＳｔ６とは、図５に示すように、支持膜６の内部方向に働く力であり、支持膜６が積層された後述する電極板部８ａの外側を支持膜６側に移動させるように働く力である。すなわち、引張内部応力δＳｔ６は、電極板部８ａの中央部を下側に撓ませる方向に働く力である。また、圧縮内部応力δＳｔ７とは、図６に示すように、支持膜７の外部方向に働く力であり、支持膜７が積層された支持膜６の外側を支持膜６側に移動させるように働く力である。すなわち、圧縮内部応力δＳｔ７は、支持膜６の中央部を上側に撓ませる方向に働く力である。本実施形態では、支持膜６および７からなる支持体５は、図７に示すような応力状態になる。この支持膜６および７からなる支持体５は、図１、図２および図７に示すように、電極板部８ａを支持するために設けられている。また、支持体５の全体の内部応力δＳｔは、圧縮内部応力δＳｔ７を負とした場合、以下の式（１）により表される。 Here, in this embodiment, the support film 6 constituting the support 5 is formed so as to be in contact with the upper surfaces of the etching stopper film 2 and the polysilicon film 4. The support film 6 is made of a silicon nitride film (SiN film) containing hydrogen (H) having a tensile internal stress δSt 6 of about 400 MPa, and has a thickness t 6 of about 0.5 μm. Further, on the upper surface of the support film 6, a support film 7 that constitutes the support 5 together with the support film 6 is laminated. The support film 7 is made of a silicon nitride film (SiN film) containing hydrogen (H) having a compressive internal stress δSt 7 of about 20 MPa, and has a thickness t 7 of about 1 μm. In the present application, the tensile internal stress δSt 6 is a force acting in the inner direction of the support film 6 as shown in FIG. 5, and supports the outside of an electrode plate portion 8a (described later) on which the support film 6 is laminated. This is a force that works to move the membrane 6 side. That is, the tensile internal stress δSt 6 is a force acting in a direction in which the central portion of the electrode plate portion 8a is bent downward. The compressive internal stress δSt 7 is a force acting in the outward direction of the support film 7 as shown in FIG. 6, and moves the outside of the support film 6 on which the support film 7 is laminated to the support film 6 side. It is the power that works. That is, the compressive internal stress δSt 7 is a force acting in a direction in which the central portion of the support film 6 is bent upward. In the present embodiment, the support 5 composed of the support films 6 and 7 is in a stress state as shown in FIG. As shown in FIGS. 1, 2, and 7, the support body 5 including the support films 6 and 7 is provided to support the electrode plate portion 8 a. Further, the internal stress δSt of the entire support 5 is expressed by the following formula (1) when the compression internal stress δSt 7 is negative.

δＳｔ＝（δＳｔ６・ｔ６＋δＳｔ７・ｔ７）／（ｔ６＋ｔ７） ・・・（１）
この式（１）に、支持膜６の引張内部応力δＳｔ６＝４００ＭＰａ、支持膜６の厚みｔ６＝０．５μｍ、支持膜７の圧縮内部応力δＳｔ７＝−２０ＭＰａ、支持膜７の厚みｔ７＝１μｍを代入すると、支持体５の全体の内部応力δＳｔは、δＳｔ＝１２０ＭＰａとなり、本実施形態では、支持体５の全体で、約１２０ＭＰａの引張内部応力を有している。なお、支持膜６および７は、それぞれ、本発明の「第１支持膜」および「第２支持膜」の一例である。 δSt = (δSt 6 · t 6 + δSt 7 · t 7 ) / (t 6 + t 7 ) (1)
In this formula (1), tensile internal stress δSt 6 of support film 6 = 400 MPa, thickness t 6 of support film 6 = 0.5 μm, compressive internal stress δSt 7 of support film 7 = −20 MPa, thickness t of support film 7 When 7 = 1 μm is substituted, the overall internal stress δSt of the support 5 becomes δSt = 120 MPa. In this embodiment, the overall support 5 has a tensile internal stress of about 120 MPa. The support films 6 and 7 are examples of the “first support film” and the “second support film” in the present invention, respectively.

支持膜６の下面には、約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン膜８が形成されている。このポリシリコン膜８は、ｎ型の不純物（リン（Ｐ））がドープされることにより導電性を有している。なお、このポリシリコン膜８のシート抵抗は、約１０Ω／□〜約１００Ω／□であり、好ましくは、約３０Ω／□〜約５０Ω／□である。また、ポリシリコン膜８は、図３に示すように、平面的に見て、ダイアフラム部４ａの中心と同じ位置に中心が配置された円板状の電極板部８ａと、電極板部８ａから図３の矢印Ｂ方向に突出して延びるように形成され、コンタクト領域８ｃを有する接続配線部８ｂとを含んでいる。なお、電極板部８ａは、本発明の「電極板」の一例である。ダイアフラム部４ａと電極板部８ａとの間には、約１μｍ〜約５μｍの高さを有するエアギャップ９が形成されている。   A polysilicon film 8 having a thickness of about 0.1 μm to about 2 μm is formed on the lower surface of the support film 6. The polysilicon film 8 has conductivity by being doped with an n-type impurity (phosphorus (P)). The sheet resistance of the polysilicon film 8 is about 10Ω / □ to about 100Ω / □, and preferably about 30Ω / □ to about 50Ω / □. Further, as shown in FIG. 3, the polysilicon film 8 includes a disc-shaped electrode plate portion 8a having a center disposed at the same position as the center of the diaphragm portion 4a in plan view, and an electrode plate portion 8a. 3 and includes a connection wiring portion 8b having a contact region 8c. The connection wiring portion 8b has a contact region 8c. The electrode plate portion 8a is an example of the “electrode plate” in the present invention. An air gap 9 having a height of about 1 μm to about 5 μm is formed between the diaphragm portion 4a and the electrode plate portion 8a.

ポリシリコン膜８の電極板部８ａと、支持体５を構成する支持膜６および支持膜７とには、外部からエアギャップ９へと繋がる複数の円状の音響孔１０が形成されている。   A plurality of circular acoustic holes 10 connected to the air gap 9 from the outside are formed in the electrode plate portion 8 a of the polysilicon film 8 and the support film 6 and the support film 7 constituting the support body 5.

図１に示すように、支持体５を構成する支持膜６および支持膜７には、それぞれ、ポリシリコン膜４の接続配線部４ｂのコンタクト領域４ｃに対応する部分にコンタクトホール６ａおよびコンタクトホール７ａが形成されている。また、図２に示すように、支持体５を構成する支持膜６および支持膜７には、それぞれ、ポリシリコン膜８の接続配線部８ｂのコンタクト領域８ｃに対応する部分にコンタクトホール６ｂおよびコンタクトホール７ｂが形成されている。   As shown in FIG. 1, the support film 6 and the support film 7 constituting the support 5 are respectively provided with contact holes 6a and contact holes 7a at portions corresponding to the contact regions 4c of the connection wiring portions 4b of the polysilicon film 4. Is formed. In addition, as shown in FIG. 2, the support film 6 and the support film 7 constituting the support 5 are respectively provided with contact holes 6b and contacts in portions corresponding to the contact regions 8c of the connection wiring portions 8b of the polysilicon film 8. A hole 7b is formed.

そして、図１に示すように、ポリシリコン膜４の接続配線部４ｂのコンタクト領域４ｃ上には、支持膜６のコンタクトホール６ａおよび支持膜７のコンタクトホール７ａを介して、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極１１が形成されている。また、図２に示すように、ポリシリコン膜８の接続配線部８ｂのコンタクト領域８ｃ上には、支持膜６のコンタクトホール６ｂおよび支持膜７のコンタクトホール７ｂを介して、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極１２が形成されている。   As shown in FIG. 1, a thickness of about 500 nm is formed on the contact region 4c of the connection wiring portion 4b of the polysilicon film 4 through the contact hole 6a of the support film 6 and the contact hole 7a of the support film 7. An electrode 11 made of gold (Au) and chromium (Cr) having a thickness of about 100 nm is formed. Further, as shown in FIG. 2, a thickness of about 500 nm is formed on the contact region 8c of the connection wiring portion 8b of the polysilicon film 8 through the contact hole 6b of the support film 6 and the contact hole 7b of the support film 7. An electrode 12 made of gold (Au) and chromium (Cr) having a thickness of about 100 nm is formed.

図８は、本発明の一実施形態によるマイクロホンの動作を説明するための断面図である。次に、図１および図８を参照して、本実施形態によるマイクロホン３０の動作について説明する。なお、ダイアフラム部４ａと電極板部８ａとの間には、電極１１および１２を介して一定の電圧が印加されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the operation of the microphone according to the embodiment of the present invention. Next, the operation of the microphone 30 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. A constant voltage is applied between the diaphragm portion 4 a and the electrode plate portion 8 a via the electrodes 11 and 12.

まず、マイクロホン３０に音が入ってきていない状態では、図１に示すように、ダイアフラム部４ａは振動しない。したがって、ダイアフラム部４ａと電極板部８ａとの間の静電容量が変化しないので、ダイアフラム部４ａおよび電極板部８ａからなるキャパシタに蓄積される電荷量は変化しない。   First, in a state where no sound enters the microphone 30, the diaphragm portion 4a does not vibrate as shown in FIG. Therefore, since the electrostatic capacitance between the diaphragm portion 4a and the electrode plate portion 8a does not change, the amount of charge accumulated in the capacitor including the diaphragm portion 4a and the electrode plate portion 8a does not change.

一方、マイクロホン３０に音が入ってくると、図８に示すように、ダイアフラム部４ａが振動する。したがって、ダイアフラム部４ａと、支持体５によって固定されている電極板部８ａとの間の静電容量が変化するので、ダイアフラム部４ａおよび電極板部８ａからなるキャパシタに蓄積される電荷量が変化する。この電荷量の変化が、入ってきた音に対応した電気的な信号として出力される。   On the other hand, when sound enters the microphone 30, the diaphragm 4a vibrates as shown in FIG. Therefore, since the electrostatic capacitance between the diaphragm portion 4a and the electrode plate portion 8a fixed by the support 5 changes, the amount of charge accumulated in the capacitor formed by the diaphragm portion 4a and the electrode plate portion 8a changes. To do. This change in charge amount is output as an electrical signal corresponding to the incoming sound.

本実施形態では、上記のように、電極板部８ａを支持するとともに、引張内部応力δＳｔ６（約４００ＭＰａ）を有する支持膜６と、支持膜６に積層され、圧縮内部応力δＳｔ７（約２０ＭＰａ）を有する支持膜７とを含む支持体５を設けることによって、圧縮内部応力δＳｔ７（約２０ＭＰａ）を有する支持膜７により、支持膜６の引張内部応力δＳｔ６（約４００ＭＰａ）の一部を打ち消すことができるので、支持体５の全体の内部応力δＳｔを約１２０ＭＰａの引張内部応力に低下させることができる。これにより、支持膜６の引張内部応力δＳｔ６（約４００ＭＰａ）に起因して支持体５がシリコン基板１側に撓むのを抑制することができるので、支持体５が破損するのを抑制することができる。また、支持膜６の引張内部応力δＳｔ６（約４００ＭＰａ）に起因して支持体５がシリコン基板１側に撓むのを抑制することができるので、ダイアフラム部４ａが電極板部８ａに接触することなく移動可能なエアギャップ９の範囲を大きくすることができ、その結果、マイクロホン３０のダイナミックレンジを向上させることができる。また、支持膜７が支持膜６に積層されていることによって、装置本体が大型化するのを抑制することができる。 In the present embodiment, as described above, the electrode plate portion 8a is supported, the support film 6 having the tensile internal stress δSt 6 (about 400 MPa), and the support film 6 is laminated, and the compression internal stress δSt 7 (about 20 MPa). ) Having a support film 7 having a compression internal stress δSt 7 (about 20 MPa), a part of the tensile internal stress δSt 6 (about 400 MPa) of the support film 6 is provided. Since it can be canceled out, the overall internal stress δSt of the support 5 can be reduced to a tensile internal stress of about 120 MPa. As a result, it is possible to suppress the support 5 from being bent toward the silicon substrate 1 due to the tensile internal stress δSt 6 (about 400 MPa) of the support film 6, thereby suppressing the support 5 from being damaged. be able to. In addition, since the support 5 can be prevented from being bent toward the silicon substrate 1 due to the tensile internal stress δSt 6 (about 400 MPa) of the support film 6, the diaphragm portion 4a contacts the electrode plate portion 8a. Thus, the range of the movable air gap 9 can be increased, and as a result, the dynamic range of the microphone 30 can be improved. In addition, since the support film 7 is laminated on the support film 6, it is possible to suppress an increase in the size of the apparatus main body.

また、本実施形態では、支持膜６および支持膜７を水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）により形成することによって、支持膜６および支持膜７をドライエッチングする際に、アルゴン、酸素およびＣＦ４からなる混合ガスで支持膜６および支持膜７をエッチングすることができるので、製造工程を簡略化することができる。 In this embodiment, the support film 6 and the support film 7 are formed of a silicon nitride film (SiN film) containing hydrogen (H), so that when the support film 6 and the support film 7 are dry-etched, Since the support film 6 and the support film 7 can be etched with a mixed gas composed of oxygen and CF 4 , the manufacturing process can be simplified.

また、本実施形態では、ダイアフラム部４ａおよび支持体５が設けられるシリコン基板１を設けるとともに、支持膜６を支持膜７に対してシリコン基板１側に配置することによって、支持膜６の引張内部応力δＳｔ６および支持膜７の圧縮内部応力δＳｔ７よりも大きな引張内部応力を有する犠牲層２２（図１６参照）を支持体５とシリコン基板１との間に形成した際に、犠牲層２２（図１６参照）に支持膜６を接触させることができるので、支持体５と犠牲層２２（図１６参照）との間の界面に発生する力を抑制することができる。これにより、製造時に支持体５と犠牲層２２（図１６参照）との間の界面において、支持体５にクラックなどが発生するのを抑制することができるので、犠牲層２２（図１６参照）を除去した後に支持体５に撓みが発生するのをより抑制することができる。 In the present embodiment, the silicon substrate 1 on which the diaphragm portion 4 a and the support 5 are provided is provided, and the support film 6 is disposed on the silicon substrate 1 side with respect to the support film 7, so when forming the sacrificial layer 22 having a large tensile internal stress than compressive internal stress .DELTA.St 7 stress .DELTA.St 6 and the support film 7 (see FIG. 16) between the support 5 and the silicon substrate 1, a sacrificial layer 22 ( Since the support film 6 can be brought into contact with (see FIG. 16), the force generated at the interface between the support 5 and the sacrificial layer 22 (see FIG. 16) can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks or the like in the support 5 at the interface between the support 5 and the sacrificial layer 22 (see FIG. 16) at the time of manufacture, so the sacrificial layer 22 (see FIG. 16). It can suppress more that the support body 5 generate | occur | produces after removing this.

また、本実施形態では、約４００ＭＰａの引張内部応力δＳｔ６を有する支持膜６および約２０ＭＰａの圧縮内部応力δＳｔ７を有する支持膜７の積層膜からなる支持体５を、全体として約１２０ＭＰａの引張内部応力δＳｔを有するように構成することによって、電極板部８ａとダイアフラム部４ａとの間の静電気力に起因して電極板部８ａを支持する支持体５がシリコン基板１側に移動されるのを抑制することができることが後述する本発明者の実験により確認されている。このように、本実施形態では、支持体５がシリコン基板１側に移動するのを抑制することができるので、電極板部８ａとダイアフラム部４ａとの間に高電圧を印加することができる。その結果、マイクロホン３０の感度をより向上させることができる。 Further, in the present embodiment, the support body 5 composed of a laminated film of the support film 6 having a tensile internal stress δSt 6 of about 400 MPa and the support film 7 having a compressive internal stress δSt 7 of about 20 MPa is formed as a whole with a tensile force of about 120 MPa. By configuring so as to have the internal stress δSt, the support 5 that supports the electrode plate portion 8a is moved to the silicon substrate 1 side due to the electrostatic force between the electrode plate portion 8a and the diaphragm portion 4a. It has been confirmed by an experiment of the present inventor described later that it can be suppressed. Thus, in this embodiment, since it can suppress that the support body 5 moves to the silicon substrate 1 side, a high voltage can be applied between the electrode plate part 8a and the diaphragm part 4a. As a result, the sensitivity of the microphone 30 can be further improved.

次に、上記した本実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。なお、この実験では、本実施形態に対応する実施例１〜２による試料および比較例１〜３による試料の合計５種類の試料を、それぞれ、１６個作製した。   Next, an experiment conducted for confirming the effect of the above-described embodiment will be described. In this experiment, a total of 16 types of samples, that is, samples according to Examples 1 and 2 and samples according to Comparative Examples 1 to 3 corresponding to the present embodiment, were produced.

実施例１による試料は、上記した本実施形態と同様に、約４００ＭＰａの引張内部応力を有するとともに、約０．５μｍの厚みを有する支持膜上に、約２０ＭＰａの圧縮内部応力を有するとともに、約１μｍの厚みを有する支持膜を積層することによって、全体として約１２０ＭＰａの引張内部応力を有する支持体が形成されたマイクロホンを作製した。また、実施例２による試料は、約４００ＭＰａの引張内部応力を有するとともに、約０．２μｍの厚みを有する支持膜上に、約２０ＭＰａの圧縮内部応力を有するとともに、約１μｍの厚みを有する支持膜を積層することによって、全体として約５０ＭＰａの引張内部応力を有する支持体を形成した。また、比較例１による試料は、約８００ＭＰａの引張内部応力を有するとともに、約０．２μｍの厚みを有する支持膜からなる単層の支持体を形成した。また、比較例２による試料は、約４００ＭＰａの引張内部応力を有するとともに、約０．５μｍの厚みを有する支持膜からなる単層の支持体を形成した。また、比較例３による試料は、約２０ＭＰａの圧縮内部応力を有するとともに、約１μｍの厚みを有する支持膜からなる単層の支持体を形成した。なお、実施例２および比較例１〜３による試料は、上記以外の構成を実施例１による試料と同様にして作製した。   The sample according to Example 1 has a tensile internal stress of about 400 MPa, a compressive internal stress of about 20 MPa on a support film having a thickness of about 0.5 μm, and about By laminating a support film having a thickness of 1 μm, a microphone on which a support body having a tensile internal stress of about 120 MPa as a whole was formed was produced. In addition, the sample according to Example 2 has a tensile internal stress of about 400 MPa, has a compressive internal stress of about 20 MPa, and has a thickness of about 1 μm on a support film having a thickness of about 0.2 μm. As a whole, a support having a tensile internal stress of about 50 MPa was formed. In addition, the sample according to Comparative Example 1 formed a single-layer support made of a support film having a tensile internal stress of about 800 MPa and a thickness of about 0.2 μm. In addition, the sample according to Comparative Example 2 formed a single-layer support made of a support film having a tensile internal stress of about 400 MPa and a thickness of about 0.5 μm. In addition, the sample according to Comparative Example 3 formed a single-layer support made of a support film having a compression internal stress of about 20 MPa and a thickness of about 1 μm. The samples according to Example 2 and Comparative Examples 1 to 3 were produced in the same manner as the sample according to Example 1 except for the above.

そして、これらの試料について、ダイアフラム部と電極板部との間に０Ｖから１２Ｖまで電圧を印加した際の静電容量の変化について測定した。このとき、静電容量の変化量が２×１０―１３Ｆ（ファラッド）内であれば、ダイアフラム部のみが移動し、電極板部を支持する支持体は、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力に起因して実質的に移動していない（撓んでいない）と判断した。また、静電容量の変化量が２×１０―１３Ｆ（ファラッド）よりも大きければ、ダイアフラム部が移動するとともに、電極板部を支持する支持体は、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力に起因して実質的に移動している（撓んでいる）と判断した。その結果を図９に示す。 And about these samples, the change of the electrostatic capacitance at the time of applying a voltage from 0V to 12V between the diaphragm part and the electrode plate part was measured. At this time, if the amount of change in capacitance is within 2 × 10 −13 F (farad), only the diaphragm portion moves, and the support that supports the electrode plate portion is between the electrode plate portion and the diaphragm portion. It was judged that it was not substantially moved (not bent) due to the electrostatic force. If the change in capacitance is greater than 2 × 10 −13 F (farad), the diaphragm portion moves and the support that supports the electrode plate portion is provided between the electrode plate portion and the diaphragm portion. It was judged that it was substantially moved (deflected) due to electrostatic force. The result is shown in FIG.

図９に示すように、支持体全体として約１２０ＭＰａの引張内部応力を有する２つの支持膜の積層膜からなる実施例１による試料では、１６個のうちの７個の試料において、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力による支持体の移動が発生しなかった。また、支持体全体として約５０ＭＰａの引張内部応力を有する２つの支持膜の積層膜からなる実施例２による試料では、１６個のうちの２個の試料において、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力による支持体の移動が発生しなかった。その一方、約８００ＭＰａの引張内部応力、約４００ＭＰａの引張内部応力および約２０ＭＰａの圧縮内部応力をそれぞれ有する単層膜からなる比較例１〜３による試料では、１６個のうちの全ての試料において、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力による支持体の移動が発生した。図９の結果から、引張内部応力を有する支持膜上に圧縮内部応力を有する支持膜を積層することにより、支持体の全体の内部応力を引張内部応力になるように制御することによって、マイクロホンの耐電圧を大きくすることが可能であることを確認することができた。   As shown in FIG. 9, in the sample according to Example 1 composed of a laminated film of two supporting films having a tensile internal stress of about 120 MPa as a whole of the support, the electrode plate portion and There was no movement of the support due to electrostatic force between the diaphragms. Further, in the sample according to Example 2 composed of a laminated film of two support films having a tensile internal stress of about 50 MPa as a whole of the support, in two of the 16 samples, there was a gap between the electrode plate part and the diaphragm part. The support was not moved by the electrostatic force. On the other hand, in the samples according to Comparative Examples 1 to 3, each consisting of a single layer film having a tensile internal stress of about 800 MPa, a tensile internal stress of about 400 MPa, and a compression internal stress of about 20 MPa, in all of the 16 samples, The support moved due to electrostatic force between the electrode plate and the diaphragm. From the results of FIG. 9, by laminating a support film having a compressive internal stress on a support film having a tensile internal stress, the overall internal stress of the support is controlled to become the tensile internal stress. It was confirmed that the withstand voltage can be increased.

図１０〜図２４は、本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図３および図１０〜図２４を参照して、本発明の一実施形態によるマイクロホン３０の製造プロセスについて説明する。   10 to 24 are cross-sectional views for explaining a microphone manufacturing process according to an embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 1-3 and FIGS. 10-24, the manufacturing process of the microphone 30 by one Embodiment of this invention is demonstrated.

まず、図１０に示すように、ジクロロシランガスおよびアンモニアガス、または、モノシランガスおよびアンモニアガスによるＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：減圧ＣＶＤ）法を用いて、シリコン基板１の表面および裏面に、それぞれ、水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる約０．０５μｍ〜約０．２μｍの厚みを有するエッチングストッパ膜２およびマスク層２０を形成する。その後、モノシランガス、または、ジシランガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、エッチングストッパ膜２の上面の全面上に、約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン膜４を形成する。その後、このポリシリコン膜４を高濃度のｎ＋型にするために、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を用いて、約８７５℃の条件下で固相リン拡散を行う。そして、フォトリソグラフィ技術により、ポリシリコン膜４上の所定領域に、レジスト膜２１を形成する。 First, as shown in FIG. 10, by using LP-CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method using dichlorosilane gas and ammonia gas, or monosilane gas and ammonia gas, respectively, on the front and back surfaces of the silicon substrate 1, respectively. Then, an etching stopper film 2 and a mask layer 20 having a thickness of about 0.05 μm to about 0.2 μm made of a silicon nitride film (SiN film) containing hydrogen (H) are formed. Thereafter, a polysilicon film 4 having a thickness of about 0.1 μm to about 2 μm is formed on the entire upper surface of the etching stopper film 2 by LP-CVD using monosilane gas or disilane gas. Thereafter, in order to make this polysilicon film 4 into a high concentration n + type, solid phase phosphorus diffusion is performed under conditions of about 875 ° C. using phosphorus oxychloride (POCl 3 ). Then, a resist film 21 is formed in a predetermined region on the polysilicon film 4 by a photolithography technique.

次に、図１１に示すように、レジスト膜２１をマスクとして、塩素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜４をパターニングすることによって、ダイアフラム部４ａおよび接続配線部４ｂを形成する。その後、レジスト膜２１を除去する。   Next, as shown in FIG. 11, by using the resist film 21 as a mask and patterning the polysilicon film 4 using a chlorine-based gas dry etching technique, the diaphragm portion 4a and the connection wiring portion 4b are formed. . Thereafter, the resist film 21 is removed.

次に、図１２に示すように、プラズマＣＶＤ法、または、常圧ＣＶＤ法により、全面を覆うように、約１μｍ〜約５μｍの厚みを有するＰＳＧ（リン添加ＳｉＯ２）からなる犠牲層２２を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、犠牲層２２上の所定領域に、レジスト膜２３を形成する。 Next, as shown in FIG. 12, a sacrificial layer 22 made of PSG (phosphorous doped SiO 2 ) having a thickness of about 1 μm to about 5 μm is formed so as to cover the entire surface by plasma CVD or atmospheric pressure CVD. Form. Thereafter, a resist film 23 is formed in a predetermined region on the sacrificial layer 22 using a photolithography technique.

次に、図１３に示すように、レジスト膜２３をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、エアギャップ９（図１参照）を形成するための犠牲層２２をパターニングする。その後、レジスト膜２３を除去する。   Next, as shown in FIG. 13, using the resist film 23 as a mask, the sacrificial layer 22 for forming the air gap 9 (see FIG. 1) is patterned using a dry etching technique using a fluorine-based gas. Thereafter, the resist film 23 is removed.

次に、図１４に示すように、モノシランガス、または、ジシランガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、エッチングストッパ膜２、ポリシリコン膜４および犠牲層２２の上面上に、約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン膜８を形成する。その後、このポリシリコン膜８を高濃度のｎ＋型にするために、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を用いて、約８７５℃の条件下で固相リン拡散を行う。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン膜８上の所定領域に、レジスト膜２４を形成する。 Next, as shown in FIG. 14, about 0.1 μm to about 2 μm is formed on the top surfaces of the etching stopper film 2, the polysilicon film 4, and the sacrificial layer 22 using LP-CVD using monosilane gas or disilane gas. A polysilicon film 8 having a thickness is formed. Thereafter, in order to make this polysilicon film 8 into a high concentration n + type, solid phase phosphorus diffusion is performed under conditions of about 875 ° C. using phosphorus oxychloride (POCl 3 ). Thereafter, a resist film 24 is formed in a predetermined region on the polysilicon film 8 by using a photolithography technique.

次に、図１５に示すように、レジスト膜２４をマスクとして、塩素系のガスによるエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜８をパターニングすることによって、電極板部８ａ、接続配線部８ｂ（図３参照）を形成する。その後、レジスト膜２４を除去する。   Next, as shown in FIG. 15, by using the resist film 24 as a mask and patterning the polysilicon film 8 using a chlorine-based etching technique, the electrode plate portion 8a and the connection wiring portion 8b (FIG. 3) are formed. Reference). Thereafter, the resist film 24 is removed.

次に、本実施形態では、図１６に示すように、ジクロロシランガスおよびアンモニアガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、エッチングストッパ膜２、ポリシリコン膜４、犠牲層２２およびポリシリコン膜８の上面上に、約０．５μｍの厚みと、引張内部応力δＳｔ６（約４００ＭＰａ）とを有する水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる支持膜６を形成する。この約４００ＭＰａの引張内部応力δＳｔ６を有する支持膜６の形成条件は、基板温度：約７００℃〜約８５０℃（好ましくは、約７７０℃〜約８３０℃）、ジクロロシラン流量：約６０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、アンモニア流量：約６０ｓｃｃｍ〜約１２００ｓｃｃｍ、圧力：約０．３Ｔｏｒｒ〜約０．５Ｔｏｒｒ、ガス流量比（ジクロロシランガス／アンモニアガス）：約０．３〜約１０である。 Next, in the present embodiment, as shown in FIG. 16, on the upper surfaces of the etching stopper film 2, the polysilicon film 4, the sacrificial layer 22, and the polysilicon film 8 using the LP-CVD method using dichlorosilane gas and ammonia gas. Then, a support film 6 made of a silicon nitride film (SiN film) containing hydrogen (H) having a thickness of about 0.5 μm and a tensile internal stress δSt 6 (about 400 MPa) is formed. The formation conditions of the support film 6 having a tensile internal stress δSt 6 of about 400 MPa are as follows: substrate temperature: about 700 ° C. to about 850 ° C. (preferably about 770 ° C. to about 830 ° C.), dichlorosilane flow rate: about 60 sccm to about 200 sccm, ammonia flow rate: about 60 sccm to about 1200 sccm, pressure: about 0.3 Torr to about 0.5 Torr, gas flow rate ratio (dichlorosilane gas / ammonia gas): about 0.3 to about 10.

次に、本実施形態では、モノシランガス、アンモニアガスおよび窒素ガスによるプラズマＣＶＤ法を用いて、支持膜６の上面上に、約１μｍの厚みと、圧縮内部応力δＳｔ７（約２０ＭＰａ）とを有する水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる支持膜７を形成する。この約２０ＭＰａの圧縮内部応力δＳｔ７を有する支持膜７の形成条件は、基板温度：約３００℃〜約４００℃（好ましくは、約３４０℃〜約３６０℃）、モノシラン流量：約１４０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、アンモニア流量：約２０ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍ、窒素流量：約３００ｓｃｃｍ〜約１５００ｓｃｃｍ、圧力：約４Ｔｏｒｒ〜約５Ｔｏｒｒである。これにより、電極板部８ａを支持するとともに、全体として約１２０ＭＰａの引張内部応力を有する支持体５が形成される。 Next, in this embodiment, hydrogen having a thickness of about 1 μm and a compressive internal stress δSt 7 (about 20 MPa) is formed on the upper surface of the support film 6 by using a plasma CVD method using monosilane gas, ammonia gas, and nitrogen gas. A support film 7 made of a silicon nitride film (SiN film) containing (H) is formed. The formation conditions of the support film 7 having a compression internal stress δSt 7 of about 20 MPa are as follows: substrate temperature: about 300 ° C. to about 400 ° C. (preferably about 340 ° C. to about 360 ° C.), monosilane flow rate: about 140 sccm to about 200 sccm Ammonia flow rate: about 20 sccm to about 50 sccm, nitrogen flow rate: about 300 sccm to about 1500 sccm, pressure: about 4 Torr to about 5 Torr. Thereby, while supporting the electrode plate part 8a, the support body 5 which has a tensile internal stress of about 120 MPa as a whole is formed.

次に、図１７に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、支持膜７上の所定領域にレジスト膜２５を形成する。そして、図１８に示すように、レジスト膜２５をマスクとして、アルゴン、酸素およびＣＦ４からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、支持膜７および支持膜６をエッチングすることによって、コンタクトホール７ａおよび６ａと、コンタクトホール７ｂおよび６ｂ（図２参照）とを形成する。 Next, as illustrated in FIG. 17, a resist film 25 is formed in a predetermined region on the support film 7 by using a photolithography technique. Then, as shown in FIG. 18, by using the resist film 25 as a mask and etching the support film 7 and the support film 6 using an etching technique using a mixed gas composed of argon, oxygen and CF 4 , the contact holes 7a and 6a and contact holes 7b and 6b (see FIG. 2) are formed.

次に、図１９に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて電極１１および１２の形成領域以外の領域を覆うように、レジスト膜２６を形成した後、全面上に蒸着法を用いて、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極層２７を形成する。そして、リフトオフ法を用いてレジスト膜２６を除去することにより、レジスト膜２６の上面および側面上に形成された電極層２７を除去することによって、図２０に示すように、電極１１および１２（図１〜図３参照）を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、支持膜７、電極１１および１２上の所定領域にレジスト膜２８を形成する。   Next, as shown in FIG. 19, a resist film 26 is formed so as to cover regions other than the regions where the electrodes 11 and 12 are formed by using a photolithography technique, and then about 500 nm is formed on the entire surface by vapor deposition. An electrode layer 27 made of gold (Au) having a thickness of approximately 100 nm and chromium (Cr) having a thickness of approximately 100 nm is formed. Then, by removing the resist film 26 using the lift-off method, the electrode layer 27 formed on the upper surface and the side surface of the resist film 26 is removed, so that the electrodes 11 and 12 (see FIG. 1 to 3). Thereafter, a resist film 28 is formed in a predetermined region on the support film 7 and the electrodes 11 and 12 by using a photolithography technique.

次に、図２１に示すように、レジスト膜２８をマスクとして、アルゴン、酸素およびＣＦ４からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、支持膜７および６をエッチングする。その後、同じレジスト膜２８をマスクとして、塩素および酸素からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜８をエッチングする。これにより、図２１に示すように、音響孔１０が形成される。その後、レジスト膜２８を除去する。 Next, as shown in FIG. 21, using the resist film 28 as a mask, the support films 7 and 6 are etched using an etching technique using a mixed gas composed of argon, oxygen and CF 4 . Thereafter, using the same resist film 28 as a mask, the polysilicon film 8 is etched using an etching technique using a mixed gas of chlorine and oxygen. Thereby, the acoustic hole 10 is formed as shown in FIG. Thereafter, the resist film 28 is removed.

次に、図２２に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスク層２０の表面上の所定領域にレジスト膜２９を形成する。その後、レジスト膜２９をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、マスク層２０をパターニングする。その後、レジスト膜２９を除去する。   Next, as illustrated in FIG. 22, a resist film 29 is formed in a predetermined region on the surface of the mask layer 20 by using a photolithography technique. Thereafter, using the resist film 29 as a mask, the mask layer 20 is patterned using a dry etching technique using a fluorine-based gas. Thereafter, the resist film 29 is removed.

次に、図２３に示すように、マスク層２０をマスクとして、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液、または、水酸化カリウム水溶液による異方性ウェットエッチング技術を用いて、シリコン基板１に開口部３を形成する。   Next, as shown in FIG. 23, using the mask layer 20 as a mask, an opening is formed in the silicon substrate 1 using an anisotropic wet etching technique using a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution or a potassium hydroxide aqueous solution. 3 is formed.

次に、図２４に示すように、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、マスク層２０を除去するとともに、開口部３から露出している部分のエッチングストッパ膜２をエッチングする。最後に、フッ酸を音響孔１０から流入させて、犠牲層２２を除去することにより、エアギャップ９を形成して、図１に示した一実施形態のマイクロホン３０が完成する。   Next, as shown in FIG. 24, the mask layer 20 is removed and a portion of the etching stopper film 2 exposed from the opening 3 is etched using a dry etching technique using a fluorine-based gas. Finally, hydrofluoric acid is introduced from the acoustic hole 10 and the sacrificial layer 22 is removed, thereby forming the air gap 9 and completing the microphone 30 of the embodiment shown in FIG.

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments and examples but by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記実施形態では、本発明をマイクロホン３０に適用する例を示したが、本発明はこれに限らず、他の音響センサ、圧力センサおよび加速度センサなどのセンサ装置に適用してもよいし、センサ装置以外のメカニカルスイッチなどのダイアフラム構造体に適用してもよい。   For example, in the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the microphone 30 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and may be applied to other sensor devices such as an acoustic sensor, a pressure sensor, and an acceleration sensor. The present invention may be applied to a diaphragm structure such as a mechanical switch other than the sensor device.

また、上記実施形態では、電極板部８ａの上面に引張内部応力δＳｔ６を有する支持膜６を形成するとともに、支持膜６の上面に圧縮内部応力δＳｔ７を有する支持膜７を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図２５に示した本実施形態の変形例によるマイクロホン３０ａのように、電極板部３１ａの上面と、電極板部３１ａの音響孔３２に対応する孔部３１ｂの側面全体を覆うように、支持体３３を形成するようにしてもよい。なお、支持体３３は、引張内部応力を有する支持膜３４と、支持膜３４を覆うように圧縮内部応力を有する支持膜３５とにより構成されている。この変形例によるマイクロホン３０ａでは、支持体３３による電極板部３１ａの支持強度を向上させることができるので、電極板部３１ａの振動を抑制することができる。 In the above embodiment, to form the support film 6 having an internal stress .DELTA.St 6 tensile on the upper surface of the electrode plate portion 8a, an example of forming a support film 7 having a compression top internal stress .DELTA.St 7 of the support film 6 Although shown, the present invention is not limited to this, and a hole corresponding to the upper surface of the electrode plate portion 31a and the acoustic hole 32 of the electrode plate portion 31a, like a microphone 30a according to a modification of the present embodiment shown in FIG. You may make it form the support body 33 so that the whole side surface of the part 31b may be covered. The support 33 includes a support film 34 having a tensile internal stress and a support film 35 having a compressive internal stress so as to cover the support film 34. In the microphone 30a according to this modification, the support strength of the electrode plate portion 31a by the support 33 can be improved, so that the vibration of the electrode plate portion 31a can be suppressed.

また、上記実施形態では、水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなるエッチングストッパ膜２およびマスク層２０を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）からなるエッチングストッパ膜およびマスク層を形成するようにしてもよい。 In the above embodiment, the example in which the etching stopper film 2 and the mask layer 20 made of a silicon nitride film (SiN film) containing hydrogen (H) are formed is shown. However, the present invention is not limited to this, and the silicon oxide film An etching stopper film and a mask layer made of a material (SiO 2 ) may be formed.

また、上記実施形態では、ＰＳＧ（リン添加ＳｉＯ２）からなる犠牲層２２を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、フッ酸に可溶であればＢＳＧ（ボロン添加ＳｉＯ２）などからなる犠牲層を形成するようにしてもよい。 In the above embodiment, PSG has shown an example of forming a sacrificial layer 22 made of (phosphorus-added SiO 2), the present invention is not limited to this, if is soluble in hydrofluoric acid BSG (boron-added SiO 2 Or the like.

また、上記実施形態では、金およびクロムからなる電極１１および１２を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、アルミニウムや銅などの低抵抗金属からなる電極を形成するようにしてもよい。   Moreover, although the example which forms the electrodes 11 and 12 which consist of gold | metal | money and chromium was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this, It is made to form the electrode which consists of low resistance metals, such as aluminum and copper. Also good.

また、上記実施形態では、水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなるエッチングストッパ膜２、支持膜６、支持膜７およびマスク層２０を形成したが、フッ酸によるエッチングレートが遅くなるようにＳｉ３ＮＸのＸが４よりも小さい方が好ましい。 In the above embodiment, the etching stopper film 2, the support film 6, the support film 7 and the mask layer 20 made of a silicon nitride film (SiN film) containing hydrogen (H) are formed. It is preferable that X of Si 3 N X is smaller than 4 so as to be slower.

本発明の一実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the microphone by one Embodiment of this invention. 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the microphone by one Embodiment shown in FIG. 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの構造を示した平面図である。It is the top view which showed the structure of the microphone by one Embodiment shown in FIG. 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの構造を示した平面図である。It is the top view which showed the structure of the microphone by one Embodiment shown in FIG. 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの支持膜の引張内部応力について説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the tension | pulling internal stress of the support film of the microphone by one Embodiment shown in FIG. 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの支持膜の圧縮内部応力について説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the compression internal stress of the support film of the microphone by one Embodiment shown in FIG. 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの支持体の引張内部応力および圧縮内部応力について説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the tension internal stress and the compression internal stress of the support body of the microphone by one Embodiment shown in FIG. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating operation | movement of the microphone by one Embodiment of this invention. 支持体の内部応力と、ダイアフラム部と電極板部との間に電圧を印加した際に支持体の移動（撓み）が実質的に発生しなかったマイクロホンの数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the internal stress of a support body, and the number of the microphones to which the support body movement (deflection) did not generate | occur | produce substantially when a voltage was applied between a diaphragm part and an electrode plate part. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the microphone by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の変形例によるマイクロホンの構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the microphone by the modification of one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ シリコン基板（基板）
４ａ ダイアフラム部（ダイアフラム）
５、３３ 支持体
６、３４ 支持膜（第１支持膜）
７、３５ 支持膜（第２支持膜）
８ａ、３１ａ 電極板部（電極板）
３０、３０ａ マイクロホン（音響センサ、センサ装置、ダイアフラム構造体） 1 Silicon substrate (substrate)
4a Diaphragm part (diaphragm)
5, 33 Support 6, 34 Support membrane (first support membrane)
7, 35 Support membrane (second support membrane)
8a, 31a Electrode plate part (electrode plate)
30, 30a Microphone (acoustic sensor, sensor device, diaphragm structure)

Claims (5)

振動可能に設けられたダイアフラムと、
前記ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられた電極板と、
前記電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、前記第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体とを備える、センサ装置。 A diaphragm provided so as to vibrate;
An electrode plate provided to face the diaphragm at a predetermined distance;
A sensor device comprising: a support body that supports the electrode plate and includes a first support film having a tensile internal stress; and a second support film stacked on the first support film and having a compressive internal stress. 前記支持体の第２支持膜は、前記支持体の第１支持膜と同一元素からなる、請求項１に記載のセンサ装置。   The sensor device according to claim 1, wherein the second support film of the support is made of the same element as the first support film of the support. 前記ダイアフラムおよび前記支持体が設けられる基板をさらに備え、
前記支持体の第１支持膜は、前記支持体の第２支持膜に対して前記基板側に配置されている、請求項１または２に記載のセンサ装置。 A substrate on which the diaphragm and the support are provided;
The sensor device according to claim 1, wherein the first support film of the support is disposed on the substrate side with respect to the second support film of the support. 前記第１支持膜および前記第２支持膜を含む前記支持体は、全体として引張内部応力を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置。   The sensor device according to claim 1, wherein the support including the first support film and the second support film has a tensile internal stress as a whole. 振動可能に設けられたダイアフラムと、
前記ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられた電極板と、
前記電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、前記第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体とを備える、ダイアフラム構造体。 A diaphragm provided so as to vibrate;
An electrode plate provided to face the diaphragm at a predetermined distance;
A diaphragm structure comprising: a first support film that supports the electrode plate and has a tensile internal stress; and a support that is laminated on the first support film and includes a second support film that has a compressive internal stress.
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