JP4144640B2 - 振動センサの製造方法 - Google Patents
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Description
図1(a)は本発明の実施形態1による振動センサ11の構造を示す平面図、図1(b)はその断面図である。この振動センサ11は、例えば半導体マイクロフォンや超音波センサ等の音響センサ、薄膜フィルタ等に用いられるものである。振動センサ11は、Si基板12と、素子薄膜13(ダイアフラム)とを有している。このSi基板12は(100)面基板である。Si基板12は、裏面側からエッチングすることによって表裏に貫通し、さらに縦横の各方向の辺が(110)方向に沿った矩形の貫通孔14を設けられている。貫通孔14は、表面側と裏面側とに(111)面又はそれと等価な結晶面による傾斜面15、17が形成され、両傾斜面15、17間には垂直面16が形成されている。ここで、垂直面16は実際には(110)面、(311)面、(411)面などの複数の結晶面で構成されているが、簡易的に垂直面で示している。従って、貫通孔14の縁における基板断面は、表裏でテーパーの付いた形状となっている。
図5(a)は本発明の実施形態2による振動センサ31を示す平面図、図5(b)はその断面図である。この振動センサ31では、貫通孔14の上面を覆うようにしてSi基板12の上に多結晶シリコンからなる素子薄膜13が形成されている。素子薄膜13は、Si基板12の上面で保持部18によって外周部下面を支持されていてSi基板12の上面から浮かされており、保持部18で囲まれた領域が変形可能となっている。
図8(a)は本発明の実施形態3による振動センサ41の構造を示す平面図、図8(b)は図8(a)のX−X線断面図である。この振動センサ41は、素子薄膜13にしわ(皺)構造やストッパ43などの機能部分を設けたものである。
図14(a)は本発明の実施形態4による振動センサ61の構造を示す平面図、図14(b)はその断面図である。実施形態1の振動センサ11では、素子薄膜13の下面全周に保持部18を形成していたが、実施形態4の振動センサ61では素子薄膜13のコーナー部(四隅)にのみ保持部18を形成している。実施形態4の振動センサ61では、素子薄膜13のコーナー部にのみ保持部18を設けているので、4辺において素子薄膜13の保持部18間のベントホール63を通じて素子薄膜13の上面側と下面側とが連通している。
Rv=(8・μ・t・a2)/(Sv2) …(数1)
で表わされる。但し、μはベントホールの摩擦損失係数、tはベントホールの通気方向の長さ、aはダイアフラムの面積、Svはベントホールの断面積である。また、マイクロフォンのロールオフ周波数fL(感度の低下する限界周波数)は、
1/fL=2π・Rv(Cbc+Csp) …(数2)
で表わされる。但し、但し、Rvは上式の抵抗成分、Cbcは貫通孔14の音響コンプライアンス、Cspは素子薄膜13のスティフネス定数である。
Ccav=Vbc/(ρc2・Sbc) …(数3)
で表わされる。但し、Vbcは貫通孔14の体積(バックチャンバー体積)、ρc2は空気の体積弾性率、Sbcは貫通孔14の開口部の面積である。
12 Si基板
13 素子薄膜
14 貫通孔
18 保持部
20、21 保護膜
22 エッチング窓
23 犠牲層
24、25 保護膜
26 裏面エッチング窓
31 振動センサ
32 犠牲層
33 保護膜
41 振動センサ
42 屈曲部
43 ストッパ
44a〜44e 犠牲層
45、46 保護膜
49 保護膜
50 裏面エッチング窓
71 マイクロフォン
72 バックプレート
73 金属電極
74 アコースティックホール
75 アコースティックホール
Claims (11)
- 単結晶シリコンからなる半導体基板の表面の一部に、前記半導体基板をエッチングするためのエッチャントによって等方的にエッチングされる材料で犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層および前記犠牲層の周囲の前記半導体基板の表面の上に、前記エッチャントに対して耐性を有する材料で素子薄膜保護膜を形成する工程と、
前記犠牲層の上方に、単結晶シリコン、多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンからなる素子薄膜を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に形成された、前記半導体基板をエッチングするためのエッチャントに対して耐性を有する裏面保護膜に裏面エッチング窓を開口する工程と、
前記裏面エッチング窓からエッチャントを適用して前記半導体基板を裏面側から結晶異方性エッチングすることにより、当該エッチングが前記半導体基板の表面に達したときに前記エッチャントによって前記犠牲層を等方性エッチングさせ、前記犠牲層がエッチング除去された跡の空間に広がった前記エッチャントによって前記半導体基板を表面側から結晶異方性エッチングさせ、前記半導体基板に貫通孔を形成する工程と、
前記素子薄膜保護膜を一部を残して除去し、残された前記素子薄膜保護膜によって前記半導体基板の上面で前記素子薄膜を支持するための保持部を設ける工程と
を有することを特徴とする振動センサの製造方法。 - 単結晶シリコンからなる半導体基板の表面の一部に、前記半導体基板をエッチングするための第1のエッチャントに対して耐性を有する材料で犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層および前記犠牲層の周囲の前記半導体基板の表面の上に、前記第1のエッチャントに対して耐性を有する材料で素子薄膜保護膜を形成する工程と、
前記犠牲層の上方に、単結晶シリコン、多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンからなる素子薄膜を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に形成された、前記半導体基板をエッチングするためのエッチャントに対して耐性を有する裏面保護膜に裏面エッチング窓を開口する工程と、
前記裏面エッチング窓から第1のエッチャントを適用して前記半導体基板を裏面側から結晶異方性エッチングする工程と、
前記第1のエッチャントによるエッチングが前記半導体基板の表面に達した後、前記半導体基板の裏面側から第2のエッチャントを適用することによって前記犠牲層を等方性エッチングする工程と、
前記犠牲層がエッチング除去された後、前記犠牲層がエッチング除去された跡の空間に前記半導体基板の裏面側から再び前記第1のエッチャントを適用することによって前記半導体基板を表面側から結晶異方性エッチングし、前記半導体基板に貫通孔を形成する工程と、
前記素子薄膜保護膜を一部を残して除去し、残された前記素子薄膜保護膜によって前記半導体基板の上面で前記素子薄膜を支持するための保持部を設ける工程と
を有することを特徴とする振動センサの製造方法。 - 前記素子薄膜の表面側と裏面側とを連通させるためのベントホールを前記保持部間に形成することを特徴とする、請求項1又は2に記載の振動センサの製造方法。
- 前記素子薄膜は矩形であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の振動センサの製造方法。
- 前記保持部を前記素子薄膜の四隅に設けたことを特徴とする、請求項4に記載の振動センサの製造方法。
- 前記犠牲層を前記素子薄膜の形成領域の一部に設けておくことにより、前記素子薄膜を屈曲させることを特徴とする、請求項1又は2に記載の振動センサの製造方法。
- 前記犠牲層を前記素子薄膜の形成領域の一部に設けておくことにより、前記素子薄膜の表面に突起を形成することを特徴とする、請求項1又は2に記載の振動センサの製造方法。
- 前記貫通孔の表面の開口面積よりも、前記貫通孔の内部の、前記開口と平行な断面の面積の方が大きいことを特徴とする、請求項1又は2に記載の振動センサの製造方法。
- 前記犠牲層は、多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンであることを特徴とする、請求項1に記載の振動センサの製造方法。
- 単結晶シリコンからなる半導体基板の表面の一部に、前記半導体基板をエッチングするためのエッチャントによって等方的にエッチングされる材料で犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層および前記犠牲層の周囲の前記半導体基板の表面の上に、前記エッチャントに対して耐性を有する材料で素子薄膜保護膜を形成する工程と、
前記犠牲層の上方に、単結晶シリコン、多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンからなる素子薄膜を形成する工程と、
前記素子薄膜の上方に固定電極を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に形成された、前記半導体基板をエッチングするためのエッチャントに対して耐性を有する裏面保護膜に裏面エッチング窓を開口する工程と、
前記裏面エッチング窓からエッチャントを適用して前記半導体基板を裏面側から結晶異方性エッチングすることにより、当該エッチングが前記半導体基板の表面に達したときに前記エッチャントによって前記犠牲層を等方性エッチングさせ、前記犠牲層がエッチング除去された跡の空間に広がった前記エッチャントによって前記半導体基板を表面側から結晶異方性エッチングさせ、前記半導体基板に貫通孔を形成する工程と、
前記素子薄膜保護膜を一部を残して除去し、残された前記素子薄膜保護膜によって前記半導体基板の上面で前記素子薄膜を支持するための保持部を設ける工程と
を有することを特徴とするマイクロフォンの製造方法。 - 単結晶シリコンからなる半導体基板の表面の一部に、前記半導体基板をエッチングするための第1のエッチャントに対して耐性を有する材料で犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層および前記犠牲層の周囲の前記半導体基板の表面の上に、前記第1のエッチャントに対して耐性を有する材料で素子薄膜保護膜を形成する工程と、
前記犠牲層の上方に、単結晶シリコン、多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンからなる素子薄膜を形成する工程と、
前記素子薄膜の上方に固定電極を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に形成された、前記半導体基板をエッチングするためのエッチャントに対して耐性を有する裏面保護膜に裏面エッチング窓を開口する工程と、
前記裏面エッチング窓から第1のエッチャントを適用して前記半導体基板を裏面側から結晶異方性エッチングする工程と、
前記第1のエッチャントによるエッチングが前記半導体基板の表面に達した後、前記半導体基板の裏面側から第2のエッチャントを適用することによって前記犠牲層を等方性エッチングする工程と、
前記犠牲層がエッチング除去された後、前記犠牲層がエッチング除去された跡の空間に前記半導体基板の裏面側から再び前記第1のエッチャントを適用することによって前記半導体基板を表面側から結晶異方性エッチングし、前記半導体基板に貫通孔を形成する工程と、
前記素子薄膜保護膜を一部を残して除去し、残された前記素子薄膜保護膜によって前記半導体基板の上面で前記素子薄膜を支持するための保持部を設ける工程と
を有することを特徴とするマイクロフォンの製造方法
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