JP5083369B2 - 音響センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1(A)はMEMS方式の従来の音響センサ11の対角方向における断面図(図1(B)のX−X線断面図)であり、図1(B)は音響センサ11のバックプレートを除いた状態における平面図である。主として、音響センサ11は、単結晶シリコンからなるシリコン基板12、ポリシリコンからなるダイアフラム13、バックプレート14からなる。シリコン基板12には、その表裏に貫通するバックチャンバ15が開口し、シリコン基板12の上面にはバックチャンバ15の上方を覆うようにしてダイアフラム13が設けられている。ダイアフラム13はほぼ矩形状となっており、それぞれの隅部から対角方向外側へ向けて梁部16が延出している。各梁部16は、それぞれの下面に設けたアンカー17によってシリコン基板12の上面に固定されており、ダイアフラム13はアンカー17によってシリコン基板12の上面から浮かせられている。
梁部のアンカーで固定されていない部分の長さを長くした音響センサとしては、特許文献1に開示されたものがある。特許文献1の音響センサでは、梁部のうちアンカーで固定されない部分に複数個の通孔を開口し、かつ、梁部の端部の面積を大きくすることにより、梁部のアンカーで固定されていない部分の長さを長くしている。以下においては、梁部のうちアンカーで固定されない部分に通孔を開口した場合の問題点と、梁部の端部の面積を大きくした場合の問題点とを分けて説明する。
図6〜図16を参照して本発明の実施形態1による音響センサ31の構造と製造方法を説明する。
つぎに、音響センサ31において梁部36aのアンカー37で固定されていない領域の長さを長くする方法を、音響センサ31のMEMS技術による製造方法とともに説明する。図10(A)−図10(D)、図11(A)−図11(C)及び図12(A)−図12(C)は、音響センサ31の製造工程の全体的な流れを示す概略断面図である。また、図13(A)は、図10(A)の概略平面図である。図13(B)は、図10(B)の概略平面図である。図13(C)は図10(C)の概略水平断面図である。図14(A)は図10(D)の概略水平断面図である。図14(B)は図12(B)の概略水平断面図である。図14(C)は図12(C)の概略水平断面図である。また、図13(C)及び図14(A)−図14(C)はいずれも同じ高さにおける断面であって、第1犠牲層48の表面に沿った、あるいは第1犠牲層48の表面であった高さにおける水平断面を表している。図15(A)−図15(C)及び図16(A)−図16(C)は、アンカーが形成される様子を表している。
つぎに、本発明の実施例2による音響センサの構造を説明する。図17(A)は、実施形態2におけるダイアフラム33の梁部構造を示す断面図である。図17(B)は、バックプレートを除いた状態における梁部の平面図である。
つぎに、図19−図22により実施形態2の音響センサの製造工程を説明する。図19(A)−図19(C)及び図20(A)−図20(C)は、実施形態2の音響センサの全体的な製造工程を説明する概略断面図である。図21(A)は図20(A)の一部分を拡大して示す概略断面図、図21(B)は図21(A)のZ−Z線に沿った断面図である。図22(A)は図20(B)の一部分を拡大して示す概略断面図、図22(B)は図21(B)に相当する高さにおける図22(A)の水平断面図である。
図24(A)−図24は、音響センサの変形例を説明する図である。この変形例では、TMAH液などによりシリコン基板32をウェットエッチングしてバックチャンバ35を開口している。TMAH液などによりシリコン基板32を裏面側からエッチングすると、まず図24(A)に示すようにテーパー状のバックチャンバ35ができ、さらにエッチングを継続するとバックチャンバ35は図24(B)に示すように側面中央部が窪んだ形状となる。よって、図24(C)のような音響センサが製作され、バックチャンバ35の体積を大きくして音響センサの感度を向上させることができる。
32 シリコン基板
33 ダイアフラム
34 バックプレート
35 バックチャンバ
36a 梁部
36b 振動薄膜
37 アンカー
37a 下アンカー層
37b 中央アンカー層
37c 上アンカー層
40 固定電極膜
47 第2犠牲層
48 第1犠牲層
48a 延出部
Claims (13)
- バックチャンバを有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に配設された振動薄膜と、前記半導体基板の上面に設けたアンカーと、前記振動薄膜から一体的に延出されていて先端部を前記アンカーによって支持された梁部と、空間を隔てて前記振動薄膜及び前記梁部を覆うようにして前記半導体基板の上面に固定されたバックプレートとを備え、前記振動薄膜が検知した音響振動を前記バックプレートに設けた固定電極膜と前記振動薄膜との間の静電容量の変化に変換する音響センサの製造方法であって、
前記半導体基板の表面と前記振動薄膜及び前記梁部の下面との間に第1の犠牲層と第2の犠牲層を形成するとともに、前記振動薄膜及び前記梁部の上面を前記第2の犠牲層で覆って、前記第1の犠牲層及び第2の犠牲層からなる犠牲層内に前記振動薄膜及び前記梁部を設ける工程と、
前記犠牲層の上に前記バックプレートを形成する工程と、
前記半導体基板に前記バックチャンバを形成する工程と、
前記第1の犠牲層をエッチングにより除去する工程と、
前記第1の犠牲層をエッチング除去した後、前記第2の犠牲層の一部をエッチングにより除去して残った第2の犠牲層により前記梁部の先端部下面と前記半導体基板の表面との間に前記アンカーを形成する工程と、
を有することを特徴とする音響センサの製造方法。 - 前記第1の犠牲層は、前記半導体基板の表面に垂直な方向から見たとき、前記梁部の先端部下面を除き、かつ、少なくとも前記梁部の先端部以外の領域に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサの製造方法。
- 前記第1の犠牲層は、前記振動薄膜及び前記梁部に接触しないように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサの製造方法。
- 前記第1の犠牲層は、前記半導体基板に接触しないように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサの製造方法。
- 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第1の犠牲層は、ポリシリコン又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に記載の音響センサの製造方法。 - 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第2の犠牲層は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする、請求項1に記載の音響センサの製造方法。 - バックチャンバを有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に配設された振動薄膜と、前記半導体基板の上面に設けたアンカーと、前記振動薄膜から一体的に延出されていて先端部を前記アンカーによって支持された梁部と、空間を隔てて前記振動薄膜及び前記梁部を覆うようにして前記半導体基板の上面に固定されたバックプレートとを備え、前記振動薄膜が検知した音響振動を前記バックプレートに設けた固定電極膜と前記振動薄膜との間の静電容量の変化に変換する音響センサの製造方法であって、
前記梁部の下面又は前記半導体基板の前記梁部と対向する領域のうち少なくとも一方を第2の犠牲層で覆うようにして前記半導体基板の表面と前記振動薄膜及び前記梁部の下面との間に第1の犠牲層と第2の犠牲層を形成するとともに、前記第1の犠牲層と同一材料により前記第1の犠牲層と分離して前記梁部の先端部と前記半導体基板の間にアンカー層を形成し、さらに前記振動薄膜及び前記梁部の上面を前記第2の犠牲層で覆って、前記第1の犠牲層及び第2の犠牲層からなる犠牲層内に前記振動薄膜及び前記梁部を設ける工程と、
前記犠牲層の上に前記バックプレートを形成する工程と、
前記半導体基板に前記バックチャンバを形成する工程と、
前記第1の犠牲層をエッチングにより除去する工程と、
前記第1の犠牲層をエッチング除去した後、前記第2の犠牲層の一部をエッチングにより除去して残った第2の犠牲層と前記アンカー層により前記梁部の先端部下面と前記半導体基板の表面との間に前記アンカーを形成する工程と、
を有することを特徴とする音響センサの製造方法。 - 前記第1の犠牲層は、前記半導体基板の表面に垂直な方向から見たとき、前記梁部の先端部下面を除き、かつ、少なくとも前記梁部の先端部以外の領域に形成されていることを特徴とする、請求項7に記載の音響センサの製造方法。
- 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第1の犠牲層は、ポリシリコン又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7に記載の音響センサの製造方法。 - 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第2の犠牲層は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする、請求項7に記載の音響センサの製造方法。 - バックチャンバを有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に配設された振動薄膜と、前記半導体基板の上面に設けたアンカーと、前記振動薄膜から一体的に延出されていて先端部を前記アンカーによって支持された梁部と、空間を隔てて前記振動薄膜及び前記梁部を覆うようにして前記半導体基板の上面に固定されたバックプレートとを備え、前記振動薄膜が検知した音響振動を前記バックプレートに設けた固定電極膜と前記振動薄膜との間の静電容量の変化に変換する音響センサであって、
前記アンカーは、前記半導体基板の上面に設けられた非導電性材料からなる下アンカー層と、前記梁部の先端部下面に設けられた非導電性材料からなる上アンカー層と、前記上アンカー層及び前記下アンカー層と異なる材料によって形成され、かつ、前記上アンカー層と前記下アンカー層の間に挟まれた中央アンカー層とからなることを特徴とする音響センサ。 - 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記中央アンカー層は、ポリシリコン又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11に記載の音響センサ。 - 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記下アンカー層及び前記上アンカー層は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする、請求項11に記載の音響センサ。
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