JP2008022332A - 振動膜ユニット、これを備えるシリコンマイクロホン、および振動膜ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性の均一化し、感度の高い振動膜ユニットおよびこれを備えるシリコンマイクロホンを提供する。
【解決手段】シリコンマイクロホン１０は、ダイアフラム２１を形成する面方位（１１１）のシリコン層２０と、シリコン層２０に貼り付けられシリコン層２０とは反対側の端部からシリコン層２０へ至るキャビティ１２を有し面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板１１とを備える。面方位（１１１）のシリコン層２０は、面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板１１をエッチングしてキャビティ１２を形成する際に、シリコン基板１１のエッチング液に冒されにくい。そのため、シリコン層２０はシリコン基板１１のエッチングの際のストッパ層となる。したがって、ダイアフラム２１を形成するシリコン層２０の板厚は、精密に制御され、特性が均一化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動膜ユニット、これを備えるシリコンマイクロホン、および振動膜ユニットの製造方法に関する。

従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造可能な振動膜ユニットが知られている。振動膜ユニットは、例えばシリコンマイクロホンおよび圧力センサなどに適用される。振動膜ユニットは、音波や圧力変化によって振動する振動部と、振動部に対向して配置されるプレートとを備えている。そして、振動膜ユニットは、振動部およびプレートのそれぞれに可動電極および固定電極を有している。振動膜ユニットは、振動部とプレートとの間に絶縁体のスペーサが挟まれている。これにより、振動部およびプレートの対向する電極の間には、コンデンサが形成される。このような振動膜ユニットでは、音波や圧力変化によって振動部が振動すると、その振動によってコンデンサの容量が変化する。そして、振動膜ユニットは、このコンデンサの容量の変化を電気信号として出力する。

上記のような振動膜ユニットの場合、振動部およびプレートは、シリコン基板の一部を所定の厚さまでエッチングすることにより形成される。工業的に振動膜ユニットを大量に生産する場合、振動膜ユニットの特性を安定させるためには振動部およびプレートの板厚を均一に加工する必要がある。そこで、特許文献１では、単結晶のシリコン基板に高濃度のホウ素をドーピングしたドーピング部を形成している。そして、形成したドーピング部をストッパとしてエッチングすることにより、振動部およびプレートの板厚の均一化を図っている。

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、ホウ素を高濃度にドーピングする必要がある。そのため、振動部およびプレートに加わる引っ張り応力が増大する。その結果、振動部の振動性の悪化を招き、感度が低下するという問題がある。
特開２００２−０９５０９３公報

そこで、本発明の目的は、特性の均一化し、感度の高い振動膜ユニットおよびこれを備えるシリコンマイクロホンを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、均一な板厚の設定が容易であり、感度の高い振動膜ユニットの製造方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために本発明の振動膜ユニットは、面方位（１１１）のシリコン層と、前記シリコン層に貼り付けられ、前記シリコン層とは反対側の端部から前記シリコン層へ至る板厚方向の開口を有し、面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板と、を備える。
面方位（１１１）のシリコン層は、面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板とエッチング特性が異なる。そのため、面方位（１１１）のシリコン層と面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板とはエッチングされる個所が異なり、面方位（１１１）のシリコン層はエッチングのストッパ層として機能する。これにより、面方位（１１０）のシリコン層によってエッチングの進行が低減し、シリコン層の板厚の高精度な制御が容易である。したがって、特性を均一化させることができる。

また、シリコン層をエッチングのストッパ層とすることにより、例えばイオンのドーピングなどによるシリコン層の応力の変化が低減される。そのため、シリコン層への過大な応力の作用が低減される。したがって、感度を高めることができる。

（２）本発明のシリコンマイクロホンは、請求項１記載の振動膜ユニットを備えるシリコンマイクロホンであって、ダイアフラムと、前記ダイアフラムと所定の距離を形成して対向するプレートとを備え、前記ダイアフラムまたは前記プレートの少なくともいずれか一方は、前記シリコン層で形成されている。
ダイアフラムまたはプレートの少なくとも一方は、面方位（１１１）のシリコン層から形成されている。そのため、ダイアフラムまたはプレートは、いずれも板厚が精密に制御される。したがって、特性を均一化することができるとともに、感度を高めることができる。

（３）上記目的を達成するために本発明の振動膜ユニットの製造方法は、面方位（１１１）のシリコン層と面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板とを貼り付ける段階と、前記シリコン層が貼り付けられた前記シリコン基板の前記シリコン層とは反対側から、前記シリコン基板を前記シリコン層に至るまでアルカリ溶液でエッチングし、前記シリコン基板に開口を形成する段階と、を含む。
面方位（１１１）のシリコン層は、面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板とエッチング特性が異なる。そのため、例えばアルカリ溶液などのように、面方位（１１１）のシリコン層を冒しにくいエッチング液を用いてシリコン層とは反対側からシリコン基板をエッチングすると、面方位（１１１）のシリコン層はエッチングのストッパ層として機能する。これにより、面方位（１１１）のシリコン層によってエッチングの進行が低減し、シリコン層の板厚の高精度な制御が容易である。したがって、シリコン層の板厚を容易に均一に設定することができる。

例えば、面方位（１１１）のシリコンウェーハを研磨して所定の厚さに設定したシリコン層をシリコン基板に貼り付け、シリコン基板をエッチングすることにより、シリコン層の厚さは所定の厚さとなる。また、例えばシリコン層とシリコン基板とを貼り付けた後、シリコン層を研磨して所定の厚さに設定し、シリコン基板をエッチングすることにより、シリコン層の厚さは所定の厚さとなる。このように、シリコン層の厚さは、容易に均一に設定することができる。

また、シリコン層をエッチングのストッパ層とすることにより、例えばイオンのドーピングなどによるシリコン層の応力の変化が低減される。そのため、シリコン層への過大な応力の作用が低減される。したがって、感度を高めることができる。

（４）本発明の振動膜ユニットの製造方法は、前記シリコン基板に貼り付けられた前記シリコン層に、イオンをドーピングして前記シリコン層の応力を制御する段階を含む。
シリコン層は、例えば線膨張係数などの物性がシリコン基板と異なる。そのため、温度の変化によって、シリコン基板に貼り付けられたシリコン層には引っ張りまたは圧縮の応力が加わる。一方、シリコン層の物性は、ドーピングするイオンの量によって変化する。そこで、シリコン基板に貼り付けられたシリコン層に、イオンをドーピングすることによって、シリコン層の応力は制御することができる。すなわち、シリコン層にドーピングするイオンの量を制御することにより、シリコン層とシリコン基板との物性を近似させることができる。その結果、シリコン層に加わる応力は低減される。したがって、感度を高めることができる。

（５）本発明の振動膜ユニットの製造方法は、前記シリコン層の応力を制御するときドーピングされるイオンの量は、前記シリコン基板に貼り付けられた前記シリコン層に引っ張り応力が加わる値に設定されている。
上記のように、シリコン層にドーピングするイオンの量によって、シリコン層に加わる応力は制御することができる。例えばシリコンマイクロホンまたは圧力センサなどに振動膜ユニットを適用する場合、シリコン層で形成されるダイアフラムまたはプレートに適度な引っ張り応力が加わることにより、感度が向上することがある。そこで、本発明の振動膜ユニットの製造方法では、ドーピングするイオンの量を、シリコン層に適度な引っ張り応力が加わる値に設定する。したがって、感度を高精度の制御することができるとともに、容易に感度を向上することができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態において実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による振動膜ユニットを適用したシリコンマイクロホンを図１に示す。図１に示すシリコンマイクは、半導体製造プロセスを適用して製造される。

シリコンマイクロホン１０は、シリコン基板１１、シリコン層２０および導電層部３０を備えている。シリコン基板１１は、面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン単結晶によって形成されている。シリコン基板１１は、開口部としてのキャビティ１２を有している。キャビティ１２は、シリコン基板１１の板厚方向においてシリコン基板１１のシリコン層２０とは反対側の端面１３からシリコン層２０まで形成されている。キャビティ１２は、端面１３からシリコン層２０側へ行くにしたがって断面積が小さくなる錘状に形成されている。

シリコン層２０は、シリコン基板１１と異なり面方位（１１１）のシリコン単結晶からなる。面方位（１１１）のシリコン層２０は、シリコン基板１１に貼り付けられている。シリコン層２０は、シリコン基板１１の端面１３とは反対側の端面１４に貼り付けられている。シリコン基板１１のキャビティ１２の外周側は、シリコン層２０を支持する支持部１５を形成している。これにより、シリコン層２０のうちキャビティ１２を覆う部分すなわち支持部１５に固定されていない部分は、音波すなわち圧力変化によって振動する振動部としてのダイアフラム２１を形成する。

シリコン層２０のシリコン基板１１とは反対側には、絶縁層部４０が積層されている。絶縁層部４０は、例えば二酸化ケイ素などで形成される酸化物の層である。絶縁層部４０は、内周側に開口部４１を有している。絶縁層部４０のうち開口部４１の外周側は、導電層部３０を支持する支持部４２を形成している。
導電層部３０は、絶縁層部４０のシリコン層２０とは反対側に積層されている。導電層部３０は、例えばリンが不純物としてドーピングされたポリシリコンなどで形成される導電性の層である。導電層部３０の外周側は、絶縁層部４０が形成する支持部４２に支持されている。これにより、導電層部３０のうち開口部４１に露出する部分すなわち支持部４２に固定されていない部分は、ダイアフラム２１に対向するプレート３１を形成する。プレート３１は、複数の通孔３２を有している。通孔３２は、プレート３１を形成する導電層部３０を板厚方向に貫いている。導電層部３０とシリコン層２０との間は、絶縁体である絶縁層部４０によって電気的に絶縁されている。

ダイアフラム２１およびシリコン基板１１は、バイアス電源５１に接続している。具体的には、バイアス電源５１は、リード５２を経由してダイアフラム２１を形成するシリコン層２０に接続している。リード５２は、シリコン層２０に設置された電極５３に接続している。シリコン基板１１およびシリコン層２０は、いずれも導電性である。そのため、ダイアフラム２１とシリコン基板１１とは、実質的に同一の電位となる。一方、プレート３１は、オペアンプ５４の入力端子に接続している。具体的には、オペアンプ５４は、リード５５を経由してプレート３１を形成する導電層部３０に接続している。リード５５は、導電層部３０に設置された電極５６に接続している。オペアンプ５４は、入力インピーダンスが高く設定されている。

音波にともなう圧力の変化がプレート３１の通孔３２を経由してダイアフラム２１に伝搬すると、ダイアフラム２１は圧力の変化にともなって振動する。ダイアフラム２１の振動によって、ダイアフラム２１とプレート３１との間の距離は変化する。ダイアフラム２１とプレート３１との間に挟まれる空間は、絶縁体である空気で満たされている。そのため、ダイアフラム２１とプレート３１との間の距離が変化することによって、ダイアフラム２１とプレート３１との間の静電容量が変化する。

プレート３１は、入力インピーダンスの高いオペアンプ５４に接続している。そのため、ダイアフラム２１およびプレート３１の静電容量が変化しても、プレート３１に存在する電荷のオペアンプ５４への移動量はわずかである。その結果、ダイアフラム２１およびプレート３１に存在する電荷の変化は、ほとんど無いとみなすことができる。これにより、ダイアフラム２１とプレート３１との間の静電容量の変化は、プレート３１の電位の変化として検出される。したがって、シリコンマイクロホン１０は、静電容量の変化にともなうプレート３１の電位のわずかな変化を電気信号として出力する。すなわち、シリコンマイクロホン１０は、ダイアフラム２１に加わる音圧の変化または圧力の変化を静電容量の変化に変換するとともに、変換した静電容量の変化を電圧の変化へ変換することにより、音圧または圧力の変化に相関する電気信号を出力する。

次に、上記第１実施形態によるシリコンマイクロホン１０の製造方法について図２および図３に基づいて説明する。
図２（Ａ１）に示すように、面方位（１１１）の単結晶シリコンからなるシリコン層８１は、面方位（１００）または面方位（１１０）の単結晶シリコンからなるシリコン基板８２に貼り付けられる。シリコン層８１は、例えば直接接合によりシリコン基板８２に貼り付けられる。シリコン基板８２に貼り付けられたシリコン層８１は、研削あるいはＣＭＰ（化学的機械研磨）によって所望の厚さに設定される。なお、シリコン層８１は、研削あるいはＣＭＰにより所望の厚さに設定した後、シリコン基板８２に貼り付けてもよい。

また、シリコン層８１は、シリコン基板８２に貼り付けた後、イオンのドーピングを実施してもよい。シリコン層８１にイオンをドーピングすることにより、シリコン層８１の物性が変化する。面方位（１１１）の単結晶シリコンからなるシリコン層８１は、面方位（１００）または面方位（１１０）の単結晶シリコンからなるシリコン基板８２と例えば線膨張係数などの物性が異なる。そのため、シリコン基板８２に貼り付けられたシリコン層８１には、温度の変化などによって応力が生じる。そこで、シリコン層８１にイオンをドーピングすることにより、シリコン層８１の物性を変更し、シリコン層８１に生じる応力を制御することができる。例えば、（１１１）面方位のシリコン層８１にホウ素（Ｂ）を１０¹⁷から１０¹⁸（個／ｃｍ³）程度ドーピングし、応力を制御する。なお、ホウ素（Ｂ）に限らず他のイオン種をドーピングしてもよく、複数のイオン種をドーピングしてもよい。

一方、ダイアフラム２１を形成するシリコン層８１にわずかな引っ張り応力が加わることにより、シリコンマイクロホン１０の感度は向上する。そのため、例えばシリコン層８１にドーピングするイオンの量を、シリコン層８１にわずかな引っ張り応力が生じるように設定することにより、シリコンマイクロホン１０の感度が高められる。このように、シリコン層８１へドーピングするイオンの量を制御することにより、シリコンマイクロホン１０の感度を高めることができる。

シリコン基板８２へのシリコン層８１の貼り付け、シリコン層８１の研磨およびイオンのドーピングが終了すると、図２（Ａ２）に示すようにシリコン層８１のシリコン基板８２とは反対側に絶縁層部８３が積層される。絶縁層部８３は、例えば二酸化ケイ素などの絶縁体によって形成される。
絶縁層部８３が形成されると、図２（Ａ３）に示すように導電層部８４が形成される。導電層部８４は、まず絶縁層部８３のシリコン層８１とは反対側の端面にポリシリコンを堆積することにより形成される。堆積されたポリシリコンからなる導電層部８４は、レジストによって所定のパターンがマスキングされる。レジストによってマスキングされた導電層部８４を例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などでパターニングすることにより、導電層部８４は選択的に除去される。その結果、導電層部８４による所定のパターンが形成される。そして、レジストを除去することにより、導電層部８４の形成は終了する。

導電層部８４が形成されると、図２（Ａ４）に示すように絶縁層部８３の一部が除去される。絶縁層部８３は、レジストによってマスキングされた後、例えばＲＩＥによってパターニングすることにより、選択的に除去される。
また、シリコン基板８２のシリコン層８１とは反対側の端面８５には、マスク８６が形成される。マスク８６は、例えば二酸化ケイ素によって形成される。マスク８６は、まずシリコン基板８２の端面８５の全面に二酸化ケイ素からなる薄膜を形成する。そして、二酸化ケイ素からなる薄膜をレジストによってマスキングした後、例えばバッファードフッ酸などによってパターニングすることにより、二酸化ケイ素からなる薄膜は選択的に除去される。その結果、二酸化ケイ素の薄膜からなる所定の形状のマスク８６が形成される。マスク８６を形成すると、二酸化ケイ素からなる薄膜をマスキングするレジストは除去される。

絶縁層部８３の除去およびマスク８６の形成が終了すると、図３（Ａ５）に示すように電極８７が形成される。電極８７は、例えばアルミニウムなどの導電性の金属によって形成される。電極８７は、まず導電層部８４およびシリコン層８１にレジストによって所定の形状のマスクを形成した後、アルミニウムなどの金属をスパッタリングすることにより形成される。スパッタリングによる電極８７の形成が終了すると、マスクは除去される。

電極８７が形成されると、図３（Ａ６）に示すように端面８５側からシリコン基板８２の異方性エッチングを行う。シリコン基板８２の異方性エッチングは、異方性のあるＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液またはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液などのアルカリ性のエッチング液によって行う。これにより、マスク８６から露出する面方位（１００）または面方位（１１０）の単結晶シリコンからなるシリコン基板８２は、選択的にエッチングされる。そのため、シリコン基板８２には、キャビティ１２となる開口８８が形成される。

ここで、シリコン層８１は、面方位（１１１）の単結晶シリコンで形成されている。そのため、シリコン基板８２と面方位の異なるシリコン層８１は、シリコン基板８２をエッチングするエッチング液に冒されない。したがって、エッチング液によるシリコン基板８２のエッチングは、シリコン層８１へ到達することにより終了する。すなわち、シリコン層８１はエッチングのストッパ層となり、シリコン基板８２に形成されるキャビティ１２となる開口８８はシリコン層８１に形成されない。その結果、過剰なエッチングが防止され、ダイアフラム２１を形成するシリコン層８１の板厚は高精度に確保される。

シリコン基板８２のエッチングが終了すると、レジストによって電極８７を覆うマスク８９が形成される。なお、マスク８９を形成した後、シリコン基板８２をエッチングしてもよい。
マスク８９が形成されると、図３（Ａ７）に示すように二酸化ケイ素からなる絶縁層部８３の一部およびマスク８６がエッチングにより除去される。マスク８６が形成された図３（Ａ６）に示す結果物は、例えばバッファードフッ酸に浸漬することよって、二酸化ケイ素からなる絶縁層部８３の一部およびマスク８６が選択的に除去される。絶縁層部８３の一部およびマスク８６のエッチングが完了すると、レジストからなるマスク８９が除去される。
以上の工程の後、ダイシングおよびパッケージングなどの工程を経てシリコンマイクロホン１０が完成する。

第１実施形態によるシリコンマイクロホン１０では、シリコン層２０を面方位（１１１）のシリコン単結晶で形成している。そのため、面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン単結晶からなるシリコン基板１１をエッチングしてキャビティ１２を形成する場合、シリコン層２０はエッチングのストッパ層となる。そのため、シリコン基板１１のエッチングは、シリコン層２０で停止する。これにより、ダイアフラム２１を形成するシリコン層２０の板厚は高精度に確保される。したがって、シリコンマイクロホン１０の個体間でダイアフラム２１となるシリコン層２０の板厚を均一化することができ、感度特性を安定化し、感度を高めることができる。

また、第１実施形態では、シリコン層２０にドーピングするイオンの量を制御することにより、シリコン層２０に生じる応力は制御される。これにより、ダイアフラム２１に生じる応力を制御することができ、感度を高めることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による振動膜ユニットを適用したシリコンマイクロホンを図４に示す。第２実施形態によるシリコンマイクロホン２１０は、ダイアフラムとプレートとの位置関係が第１実施形態と異なる。
シリコンマイクロホン２１０は、シリコン基板２１１を備えている。シリコン基板２１１は、第１実施形態と同様に面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン単結晶によって形成されている。シリコン基板２１１は、開口部としてのキャビティ２１２を有している。シリコン基板２１１は、キャビティ２１２の外周側に支持部２１５を有している。

シリコン基板２１１には、シリコン層２２０が貼り付けられている。シリコン層２２０は、面方位（１１１）のシリコン単結晶によって形成されている。シリコン層２２０は、プレート２３１を形成している。シリコン層２２０は、シリコン基板２１１の端面２１３とは反対側の端部に貼り付けられている。プレート２３１は、複数の通孔２３２を有している。通孔２３２は、プレート２３１を形成するシリコン層２２０を板厚方向に貫いている。シリコン層２２０のうちキャビティ２１２に露出している部分すなわち支持部２１５に固定されていない部分は、プレート２３１となる。

シリコン層２２０のシリコン基板２１１とは反対側には、絶縁層部２４０が積層されている。絶縁層部２４０は、例えば二酸化ケイ素などで形成される酸化物の層である。絶縁層部２４０は、内周側に開口部２４１を有している。
絶縁層部２４０のシリコン層２２０とは反対側には、導電層部２３０が積層されている。導電層部２３０は、例えばリンが不純物としてドーピングされたポリシリコンなどで形成される導電性の層である。導電層部２３０の外周側は、絶縁層部２４０が形成する支持部２４２に支持されている。これにより、導電層部２３０のうち開口部２４１に露出する部分すなわち支持部２４２に固定されていない部分は、プレート２３１に対向するダイアフラム２２１を形成する。導電層部２３０とシリコン層２２０との間は、絶縁体である絶縁層部２４０によって電気的に絶縁されている。

以上のように、第２実施形態では、シリコン基板２１１側からプレート２３１およびダイアフラム２２１の順で配置されている。すなわち、シリコン層２２０はプレート２３１を形成し、導電層部２３０はダイアフラム２２１を形成している。

次に、上記第２実施形態によるシリコンマイクロホン２１０の製造方法について図５に基づいて説明する。
図５（Ｂ１）に示すように、面方位（１１１）の単結晶シリコンからなるシリコン層２８１は、面方位（１００）または面方位（１１０）の単結晶シリコンからなるシリコン基板２８２に貼り付けられる。シリコン層２８１は、例えば直接接合によりシリコン基板２８２に貼り付けられる。シリコン基板２８２に貼り付けられたシリコン層２８１は、研削あるいはＣＭＰによって所望の厚さに設定される。なお、シリコン層２８１は、研削あるいはＣＭＰにより所望の厚さに設定した後、シリコン基板２８２に貼り付けてもよい。また、シリコン層２８１は、シリコン基板２８２に貼り付けた後、イオンのドーピングを実施してもよい。

シリコン基板２８２へのシリコン層２８１の貼り付け、シリコン層２８１の研磨およびイオンのドーピングが終了すると、図５（Ｂ２）に示すようにシリコン層２８１のシリコン基板２８２とは反対側に絶縁層部２８３が積層される。絶縁層部２８３は、例えば二酸化ケイ素などの絶縁体によって形成される。
このとき、絶縁層部２８３の形成に先立ってシリコン層２８１に通孔２３２となる開口２９１を形成するために、シリコン層２８１はエッチングされる。シリコン層２８１のエッチングは、シリコン層２８１のシリコン基板２８２とは反対側の面にレジストからなるマスクを形成した後、例えばＲＩＥなどでパターニングすることにより、シリコン層２８１は選択的に除去される。その結果、シリコン層２８１には、通孔２３２となる開口２９１が形成される。そして、レジストを除去することにより、シリコン層２８１の開口２９１の形成は終了する。
シリコン層２８１のエッチングが終了すると、シリコン基板２８２およびシリコン層２８１を覆う絶縁層部２８３が形成される。

絶縁層部２８３が形成されると、図５（Ｂ３）に示すように導電層部２８４を形成し、導電層部２８４および絶縁層部２８３の一部をパターニングする。具体的には、まず絶縁層部２８３のシリコン層２８１とは反対側にポリシリコンを堆積することにより、導電層部２８４が形成される。導電層部２８４が形成されると、導電層部２８４の絶縁層部２８３とは反対側はレジストによってマスクされる。そして、マスクから露出する導電層部２８４および絶縁層部２８３を例えばＲＩＥによって選択的に除去することにより、導電層部２８４および絶縁層部２８３はパターニングされる。

導電層部２８４の形成、ならびに導電層部２８４および絶縁層部２８３の一部のパターニングが終了すると、図５（Ｂ４）に示すようにシリコン基板２８２のシリコン層２８１とは反対側の端面２８５には、マスク２８６が形成される。マスク２８６は、例えば二酸化ケイ素によって形成される。マスク２８６は、まずシリコン基板２８２の端面２８５の全面に二酸化ケイ素からなる薄膜を形成する。そして、二酸化ケイ素からなる薄膜をレジストによってマスキングした後、例えばバッファードフッ酸などによってパターニングすることにより、二酸化ケイ素からなる薄膜は選択的に除去される。その結果、二酸化ケイ素の薄膜からなる所定の形状のマスク２８６が形成される。マスク２８６を形成すると、二酸化ケイ素からなる薄膜をマスキングするレジストは除去される。

マスク２８６が形成されると、図６（Ｂ５）に示すように電極２８７が形成される。電極２８７は、例えばアルミニウムなどの導電性の金属によって形成される。電極２８７は、まず導電層部２８４およびシリコン層２８１にレジストによって所定の形状のマスクを形成した後、アルミニウムなどの金属をスパッタリングすることにより形成される。スパッタリングによる電極２８７の形成が終了すると、レジストは除去される。

電極２８７が形成されると、図６（Ｂ６）に示すように端面２８５側からシリコン基板２８２の異方性エッチングを行う。
シリコン基板２８２の異方性エッチングは、異方性のあるＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液またはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液などのアルカリ性のエッチング液によって行う。これにより、マスク２８６から露出する面方位（１００）または面方位（１１０）の単結晶シリコンからなるシリコン基板２８２は、選択的にエッチングされる。そのため、シリコン基板２８２には、キャビティ２１２となる開口２８８が形成される。

シリコン層２８１は、面方位（１１１）の単結晶シリコンで形成されている。そのため、シリコン基板２８２と面方位の異なるシリコン層２８１は、シリコン基板２８２をエッチングするエッチング液に冒されない。したがって、エッチング液によるシリコン基板２８２のエッチングは、シリコン層２８１へ到達することにより終了する。すなわち、シリコン層２８１は、エッチングのストッパ層となる。その結果、プレート２３１を形成するシリコン層２８１の板厚は高精度に確保される。

シリコン基板２８２のエッチングが終了すると、レジストによって電極２８７および導電層部２８４を覆うマスク２８９が形成される。
マスク２８９が形成されると、図６（Ｂ７）に示すように二酸化ケイ素からなる絶縁層部２８３の一部およびマスク２８６がエッチングされる。マスク２８６が形成された図６（Ｂ６）に示す結果物は、例えばバッファードフッ酸に浸漬することによって、二酸化ケイ素からなる絶縁層部２８３の一部およびマスク２８６が選択的に除去される。絶縁層部２８３の一部およびマスク２８６のエッチングが完了すると、レジストからなるマスク２８９が除去される。
以上の工程の後、ダイシングおよびパッケージングなどの工程を経てシリコンマイクロホン２１０が完成する。

第２実施形態のシリコンマイクロホン２１０では、第１実施形態同様にシリコン層２２０がエッチングのストッパ層となる。そのため、シリコン基板２１１のエッチングは、シリコン層２２０で停止する。これにより、プレート２３１を形成するシリコン層２２０の板厚は高精度に確保される。したがって、プレート２３１となるシリコン層２２０の板厚を均一化することができ、感度特性を安定化し、感度を高めることができる。

また、第２実施形態では、シリコン層２２０にドーピングするイオンの量を制御することにより、シリコン層２２０に生じる応力は制御される。これにより、プレート２３１に生じる応力を制御することができ、感度を高めることができる。

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、本発明の振動膜ユニットをシリコンマイクロホン１０、２１０に適用する例について説明した。しかし、本発明は、シリコンマイクロホン１０、２１０に限らず、例えば圧力センサなどのように圧力の変化を電気信号に変換する振動膜ユニットに適用することができる。

本発明の第１実施形態によるシリコンマイクロホンを示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図。 本発明の第１実施形態によるシリコンマイクロホンの製造工程の概略を示す断面図。 本発明の第１実施形態によるシリコンマイクロホンの製造工程の概略を示す断面図。 本発明の第２実施形態によるシリコンマイクロホンを示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図。 本発明の第２実施形態によるシリコンマイクロホンの製造工程の概略を示す断面図。 本発明の第２実施形態によるシリコンマイクロホンの製造工程の概略を示す断面図。

符号の説明

１０、２１０：シリコンマイクロホン（振動膜ユニット）、１１、２１１：シリコン基板、１２、２１２：キャビティ（開口）、２０、２２０：シリコン層、２１、２２１：ダイアフラム、３１、２３１：プレート、８１、２８１：シリコン層、８２、２８２：シリコン基板、８８、２８８：開口

Claims (5)

1. 面方位（１１１）のシリコン層と、
   前記シリコン層に貼り付けられ、前記シリコン層とは反対側の端部から前記シリコン層へ至る板厚方向の開口を有し、面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板と、
   を備える振動膜ユニット。
2. 請求項１記載の振動膜ユニットを備えるシリコンマイクロホンであって、
   ダイアフラムと、
   前記ダイアフラムと所定の距離を形成して対向するプレートとを備え、
   前記ダイアフラムまたは前記プレートの少なくともいずれか一方は、前記シリコン層で形成されているシリコンマイクロホン。
3. 面方位（１１１）のシリコン層と面方位（１００）または面方位（１１０）のシリコン基板とを貼り付ける段階と、
   前記シリコン層が貼り付けられた前記シリコン基板の前記シリコン層とは反対側から、前記シリコン基板を前記シリコン層に至るまでアルカリ溶液でエッチングし、前記シリコン基板に開口を形成する段階と、
   を含む振動膜ユニットの製造方法。
4. 前記シリコン基板に貼り付けられた前記シリコン層に、イオンをドーピングして前記シリコン層の応力を制御する段階を含む請求項３記載の振動膜ユニットの製造方法。
5. 前記シリコン層の応力を制御するときドーピングされるイオンの量は、前記シリコン基板に貼り付けられた前記シリコン層に引っ張り応力が加わる値に設定されている請求項４記載の振動膜ユニットの製造方法。
   
   
   
   

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