JP2010081192A - Memsセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 シリコンマイク1において、シリコン基板2の一方側に、シリコン基板2に対して間隔を空けて対向するように、金属電極10が、所定の樹脂材料からなるダイヤフラム被覆膜11に被覆されてなるダイヤフラム8を形成する。また、ダイヤフラム8に対してシリコン基板2の反対側において、ダイヤフラム8に対して間隔を空けて対向するように、導電性材料からなるバックプレート9を形成する。
【選択図】図1
Description
図4A〜図4Iは、従来のシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
次いで、図4Bに示すように、熱酸化膜111が一方側からエッチングされることにより、熱酸化膜111に、複数の凹部112が形成される。
次いで、図4Hに示すように、表面膜107における孔106に対向する部分がエッチングされる。これにより、表面膜107に、バックプレート105の孔106に連通する孔118が形成される。
次いで、開口120を介してシリコン基板102の他方面にフッ酸を含むエッチング液が供給されて、シリコン基板102がエッチングされる。これにより、図4Iに示すように、シリコン基板102に、その他方面から一方面に貫通する音孔103が形成される。そして、孔116,118および音孔103を介して犠牲酸化膜122にフッ酸を含むエッチング液が供給されて、犠牲酸化膜122が除去される。その結果、ダイヤフラム104がシリコン基板102の一方面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105との間に、微小な間隔の空隙110が形成される。なお、ダイヤフラム104は、図示しない位置において、第1絶縁膜123および第2絶縁膜119により片持ち支持されている。また、犠牲酸化膜122の表面を被覆していた表面膜107は、犠牲酸化膜122の除去により、シリコン基板102の一方面との間に中空部分を有する状態で支持される中空支持膜となる。
そして、このシリコンマイク101において、ダイヤフラム104およびバックプレート105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104およびバックプレート105間)には、所定の電圧が印加される。
そこで、シリコンマイク101では、バックプレート105の孔106に表面膜107を部分的に入り込ませることにより、その先端がバックプレート105の下面よりもシリコン基板102側に位置するように突出する凸部109が形成されている。これにより、ダイヤフラム104とバックプレート105との接触前に、凸部109がダイヤフラム104に当接するので、ダイヤフラム104とバックプレート105との接触の防止が図られる。
本発明の目的は、ダイヤフラムなどの振動膜の振動しやすさを確保しながら、振動膜とバックプレートなどの対向電極との接触による短絡を、簡単な構成で防止することのできるMEMSセンサを提供することにある。
そのため、振動膜と対向電極とが接触しても、対向電極に対する金属電極の接触が、振動膜の表面をなす樹脂材料膜により阻止される。その結果、振動膜と対向電極との接触による短絡を防止することができる。また、振動膜および/または対向電極に、これらの対向方向に突出する凸部を形成する必要がないので、製造工程の複雑化を抑制することもできる。
また、金属電極が樹脂材料膜により被覆されているので、自然酸化などによる金属電極の腐食(劣化)を抑制することもできる。
たとえば、図4Iに示すシリコンマイク101では、シリコンマイク101のコンデンサ部分の一方の対向電極を構成するダイヤフラム104は、第1絶縁膜123および第2絶縁膜119により片持ち支持されている。このように、張力のかからない片持ち支持によりダイヤフラム104を支持することによって、ダイヤフラム104の振動幅を大きくし、コンデンサの感度を向上させるという考え方がある。しかし、張力のかかっていないダイヤフラム104は、静電気力などによりバックプレート105に引き付けられやすい。
また、請求項3記載の発明は、前記樹脂材料膜が、感光性有機材料からなる、請求項1または2に記載のMEMSセンサである。
シリコンマイク1は、シリコン基板2を備えている。シリコン基板2には、上面側(一方側)ほど窄まる(下面側ほど広がる)断面台形状の音孔3が形成されている。また、シリコン基板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、酸化シリコンからなる。
第1絶縁膜4および第2絶縁膜5は、音孔3およびシリコン基板2の上面における音孔3の周囲の部分(以下、この部分を「貫通孔周辺部」という。)上から除去されている。これにより、貫通孔周辺部は、第1絶縁膜4および第2絶縁膜5から露出している。
センサ部6は、シリコン基板2の上面側(一方側)において、シリコン基板2の上面(一方面)の上方に間隔を空けて対向配置された薄膜状のダイヤフラム8と、このダイヤフラム8に対して間隔を空けて対向配置されたメッシュ薄膜状のバックプレート9とを備えている。
金属電極10は、たとえば、延性に富む金属からなり、具体的には、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、アルミニウム−銅合金(Al−Cu)、銅(Cu)、金(Au)、チタニウムタングステン(TiW)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)などからなる。また、金属電極10の厚さは、たとえば、0.1〜1μm、好ましくは、0.3〜0.5μmである。
メイン部14は、平面視円形状をなし、音孔3および貫通孔周辺部に対向して、貫通孔周辺部から浮いた状態に配置されている。
3つの支持部15は、メイン部14の周縁における3つの各位置からシリコン基板2の上面に沿う方向(側方)に延びている。また、3つの支持部15は、それぞれメイン部14の中心の周りに互いに角度αだけ離れた3つの位置に配置されている。言い換えれば、3つの支持部15は、隣接する一方の支持部15とメイン部14の中心とを結ぶ直線L1および他方の支持部15とメイン部14の中心とを結ぶ直線L2(もしくは、直線L3)が約120°の角度をなすように配置されている。そして、3つの支持部のうち、2つの支持部15は、その先端部が、図示しない位置において第1絶縁膜4と第2絶縁膜5との間に進入し、第1絶縁膜4および第2絶縁膜5に支持されている。一方、残り1つの支持部15は、下配線部20(後述)と一体的に形成され、下配線部20(後述)に支持されている。メイン部14が3つの支持部15に支持されることにより、ダイヤフラム8は、その外方へ張力のかかった状態で、シリコン基板2の上面と対向する方向に振動可能とされている。
バックプレート被覆膜16は、たとえば、窒化シリコンからなり、バックプレート9を下方から覆い、第2絶縁膜5と一体的に形成された下被覆膜17と、バックプレート9を上方から覆う上被覆膜18とを有している。また、バックプレート被覆膜16には、バックプレート9が有する各孔と対向する位置に、微細な孔19が厚さ方向に貫通(上被覆膜18および下被覆膜17を貫通)して形成されている。
下配線部20は、第3絶縁膜23、下配線24および第4絶縁膜25を有している。
第3絶縁膜23は、下被覆膜12と同じ材料である感光性有機樹脂材料からなり、第1絶縁膜4上に積層されている。
第4絶縁膜25は、上被覆膜13と同じ材料である感光性有機樹脂材料からなり、下配線24上に積層されている。
そして、第3絶縁膜23、下配線24および第4絶縁膜25は、ダイヤフラム8の1つの支持部15における下被覆膜12、金属電極10および上被覆膜13とそれぞれ一体的に形成されている。これにより、下配線部20は、ダイヤフラム8の3つの支持部15のうちの1つと一体的に形成され、ダイヤフラム8を支持している。
第5絶縁膜26は、下被覆膜17と同じ材料である窒化シリコンからなり、下被覆膜17と一体的に形成されている。
上配線27は、バックプレート9と同じ材料であるアルミニウムからなり、バックプレート9に接続されている。
パッシベーション膜22は、上被覆膜18と同じ材料である窒化シリコンからなる。パッシベーション膜22は、第5絶縁膜26、上配線27およびパッド28の周縁部を覆い、パッド28の中央部(下配線24と接する部分)を露出させるためのパッド開口30を有している。また、パッシベーション膜22は、上被覆膜18と一体に形成されており、上被覆膜18を支持している。
図1のシリコンマイク1を製造するには、まず、図3Aに示すように、熱酸化処理により、シリコン基板2の上面全域に、第1絶縁膜4が積層される。次いで、第1絶縁膜4の上面全域に下被覆膜12および第3絶縁膜23の材料(感光性有機樹脂材料)が塗布される。そして、塗布された材料が、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、パターニングされる。これにより、図3Aに示すように、第1絶縁膜4上に下被覆膜12および第3絶縁膜23が同時に形成される。
続いて、図3Cに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、金属材料32における下被覆膜12および第3絶縁膜23上の部分以外の部分が除去される。これにより、下被覆膜12上に金属電極10が形成されるとともに、第3絶縁膜23上に下配線24が形成される。
次いで、図3Eに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、感光性有機樹脂材料33が選択的に除去されることにより、金属電極10の上面ならびに下被覆膜12および金属電極10の側方を被覆する上被覆膜13が形成される。これにより、金属電極10が、下被覆膜12および上被覆膜13からなるダイヤフラム被覆膜11に被覆されてなるダイヤフラム8が形成される。
次いで、図3Fに示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、第1絶縁膜4上の全域に、酸化シリコンが堆積される。そして、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、堆積された酸化シリコンにおける下配線部20を被覆する部分が選択的に除去される。これにより、酸化シリコンにおけるダイヤフラム8を被覆する部分が残存し、この残存した部分と、当該残存部分およびダイヤフラム8下方の第1絶縁膜4の一部とが犠牲酸化膜34として形成される。
また、上配線部21を覆うパッシベーション膜22がバックプレート被覆膜16と同時に形成される。
次いで、図3Lに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、パッシベーション膜22のパッド28上の部分が除去される。これにより、パッド28を露出させるパッド開口30が形成される。
以上のように、このシリコンマイク1において、空隙31を挟んで対向するダイヤフラム8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。そして、コンデンサにおける一方の電極であるダイヤフラム8では、導電性部分である金属電極10がダイヤフラム被覆膜11により被覆されている。
また、たとえば、図4Iに示すシリコンマイク101では、シリコンマイク101のコンデンサ部分の一方の対向電極を構成するダイヤフラム104は、第1絶縁膜123および第2絶縁膜119により片持ち支持されている。このように、張力のかからない片持ち支持によりダイヤフラム104を支持することによって、ダイヤフラム104の振動幅を大きくし、コンデンサの感度を向上させるという考え方がある。しかし、張力のかかっていないダイヤフラム104は、静電気力などによりバックプレート105に引き付けられやすい。
さらに、ダイヤフラム被覆膜11が感光性有機樹脂材料からなる。そのため、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、下被覆膜12の材料をパターニングする工程(図3A参照)および上被覆膜13の材料である感光性有機樹脂材料33をパターニングする工程(図3E参照)を実行することによって、ダイヤフラム被覆膜11を簡単に形成することができる。
たとえば、バックプレート被覆膜16の下被覆膜17は、省略されていてもよい。つまり、バックプレート9は、その下面が露出している構成であってもよい。
また、ダイヤフラム8は、1つの支持部15が1点で支持されることにより、片持ち支持されていてもよい。また、ダイヤフラム8は、2つの支持部15とメイン部14の中心とを結ぶ直線のなす角度が180°となるように、2つの支持部15が一直線上に配置されることにより、メイン部14を挟んで相対する方向に張力のかかった状態で支持(2点支持)されていてもよい。さらに、ダイヤフラム8は、支持部15の数を、4つ、5つ、6つ・・・とすることにより、4点支持、5点支持、6点支持などさらに数の多い複数点で支持されていてもよい。
また、たとえば、MEMSセンサの一例として、シリコンマイクを取り上げたが、本発明は、シリコンマイクに限らず、物体の加速度を検出するための加速度センサおよび物体の角速度を検出するためのジャイロセンサなどに適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
2 シリコン基板
8 ダイヤフラム(振動膜)
9 バックプレート(対向電極)
10 金属電極
11 ダイヤフラム被覆膜(樹脂材料膜)
14 メイン部
15 支持部
Claims (3)
- 基板と、
前記基板の一方側において、前記基板に対して間隔を空けて対向配置され、その対向方向に振動可能な振動膜と、
前記振動膜に対して前記基板と反対側において、前記振動膜に対して間隔を空けて対向配置された、導電性材料からなる対向電極とを含み、
前記振動膜は、金属電極と、前記金属電極を被覆する樹脂材料膜とを備える、MEMSセンサ。 - 前記振動膜は、前記金属電極が配置されるメイン部と、前記メイン部の周縁における複数の各位置から前記基板の表面に沿う方向に延びる支持部とを有する、請求項1に記載のMEMSセンサ。
- 前記樹脂材料膜が、感光性有機材料からなる、請求項1または2に記載のMEMSセンサ。
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