JP5454345B2 - 音響センサ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は音響センサ及びその製造方法に関し、具体的には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造されるＭＥＭＳ方式の音響センサと、その製造方法に関する。
ＭＥＭＳ方式の音響センサとしては、特許文献１に開示されたものや特許文献２に開示されたものがある。
（特許文献１について）
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、特許文献１の図７及び図８に開示された音響センサをパッケージ内に実装した状態を示す概略断面図である。この音響センサ１１は、バックチャンバ１３を開口されたシリコン基板１２の上にダイアフラム１４（振動薄膜）を張り、ダイアフラム１４を覆うようにしてシリコン基板１２の上にバックプレート１５を設けている。また、このような音響センサ１１は、通常は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、ＩＣ回路１６とともにパッケージ１７内に実装し、音響センサ１１の電極パッド１８とＩＣ回路１６とをボンディングワイヤ１９で結線し、またＩＣ回路１６をボンディングワイヤ２０でパッケージ１７の電極部２１に結線する。
しかし、この音響センサ１１では、シリコン基板１２の上面外周部が完全に露出している。従って、図１（Ａ）に示すように、音響センサ１１とＩＣ回路１６をつないでいるボンディングワイヤ１９が何らかの負荷によって下方へ曲がった場合には、ボンディングワイヤ１９がシリコン基板１２に接触して音響センサ１１に短絡が発生するおそれがある。また、ボンディングワイヤ１９が曲がっていない場合でも、図１（Ｂ）に示すように、ボンディングワイヤ１９とシリコン基板１２の上面の間に異物２２（たとえば、微細な埃など）が挟まると、異物２２を介して電極パッド１８とシリコン基板１２の間に短絡を発生するおそれがあった。
ＩＣ回路１６では、樹脂２３で全体を封止しているので、ボンディングワイヤ１９が樹脂２３によって固定され、ボンディングワイヤ１９が曲がったり、異物が侵入したりするおそれがないが、受音部である音響センサ１１では、樹脂封止すると音響振動を遮断することになるため樹脂で封止することができない。
また、特許文献１の図４及び図５に開示された音響センサでは、シリコン基板の表面を絶縁被膜（ＳｉＯ２膜）で覆っているが、絶縁被膜は薄いものであるので、短絡防止のためには信頼性が低かった。なお、特許文献１の図６に示された断面図では、バックプレートがシリコン基板の縁まで延びている。しかし、これは特許文献１の図４の断面図であることから分かるように、上面が露出しているシリコン基板の外周部を省略した図であり、実際にバックプレートがシリコン基板の縁まで延びている訳ではない。
（特許文献２について）
特許文献２の図２には、シリコン基板の上面の外周縁まで構造物を設けてシリコン基板の上面を覆ったものが開示されている。しかし、この音響センサでは、バックプレート（上層導電膜を設けたプレート）とは別な部材（表層保護膜など）によってシリコン基板の上面外周部を覆っている。そのため、製造時の工数が増加し、生産性が悪いという問題があった。
特開２００８−３０１４３４号公報 特開２００９−８９０９７号公報
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、バックプレートを利用した保護膜でシリコン基板の上面外周部を保護することにある。
本発明に係る音響センサは、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導電性のダイアフラムと、間隙を隔てて前記ダイアフラムを覆うようにして前記半導体基板の上面に固定された絶縁性の固定膜と、前記ダイアフラムと対向する位置において前記固定膜に設けた導電性の固定電極膜と、前記固定電極膜と前記ダイアフラムの間の静電容量の変化を電気信号として外部へ出力するための電極端子とを備えた音響センサであって、前記半導体基板の上面外周部が前記固定膜と同じ材料からなる保護膜によって覆われていて、前記保護膜の外周が前記半導体基板の上面外周と一致しており、前記保護膜の外周部は、前記固定膜と異なる材料からなり前記保護膜よりも薄い密着層を介在させて前記半導体基板の表面に固定され、前記保護膜の内周部は、前記固定膜と異なる材料からなる厚膜層を介在させて前記半導体基板の表面に固定されていることを特徴としている。
本発明の音響センサにあっては、半導体基板の上面外周部からその外周（端縁）までを固定膜と同材料からなる絶縁性の保護膜で覆っているので、保護膜の厚さを大きくできて半導体基板の上面外周部における絶縁性を向上させることができる。従って、電極端子につないだボンディングワイヤが曲がって半導体基板の上面に接触したり、ボンディングワイヤと半導体基板の上面との間に異物が挟まったりして短絡を発生させるのを防止することができる。また、保護膜は固定膜と同材料であって、保護膜を固定膜と同一工程において形成することができるので、保護膜を設けることによって音響センサの製造工数が増加することがなく、生産性を低下させることがない。
また、本発明に係る音響センサにあっては、前記保護膜の少なくとも一部が、前記固定膜と異なる材料からなり前記保護膜よりも薄い密着層を介在させて前記半導体基板の表面に固定されているので、保護膜と半導体基板の間に保護膜よりも薄い薄膜の密着層を形成することで、保護膜に発生する膜応力を低減させることができ、膜応力による保護膜の剥離を軽減することができる。しかも、保護膜を薄膜としているので、製造工程においてウエハ上に複数個の音響センサを作製した後、密着層の形成されている箇所でレーザーダイシングによって個々の音響センサに切り離す場合でもスループットが低下しにくい。
さらに、本発明に係る音響センサにあっては、前記保護膜の外周部が、前記密着層を介在させて前記半導体基板の表面に固定され、前記保護膜の内周部が、前記固定膜と異なる材料からなる厚膜層を介在させて前記半導体基板の表面に固定されているので、保護膜の剥離を軽減することができ、しかも、ウエハに形成された音響センサをレーザーダイシングによって個々に切り離す場合でもスループットが低下しにくい。さらに、内周部には厚膜部を形成してあって保護膜表面の高さが高くなっているので、この部分に電極端子を設けることができる。なお、前記厚膜層は、前記密着層と同じ材料によって形成されていることが好ましい。
本発明に係る音響センサのある実施態様は、前記電極端子が、前記厚膜層の形成されている領域において前記保護膜に設けられていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、電極端子と半導体基板の上面との距離を大きくすることができるので、電極端子と半導体基板との間の寄生容量を小さくでき、寄生容量による音響センサの感度低下を小さくできて音響特性が向上する。
本発明に係る音響センサの別な実施態様は、前記密着層及び前記厚膜層が、絶縁性材料によって形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、保護膜と半導体基板との間の絶縁性を向上させることができる。
本発明に係る音響センサのさらに別な実施態様は、前記保護膜と前記固定膜とが連続しており、前記保護膜と前記固定膜との境界領域は、前記半導体基板の上面に密着していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、保護膜と固定膜が連続していても密着層や厚膜層を空洞部分から分離することができ、音響センサの製造を容易にできる。
本発明に係る音響センサの製造方法は、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導電性のダイアフラムと、間隙を隔てて前記ダイアフラムを覆うようにして前記半導体基板の上面に固定された絶縁性の固定膜と、前記ダイアフラムと対向する位置において前記固定膜に設けた導電性の固定電極膜と、前記固定電極膜と前記ダイアフラムの間の静電容量の変化を電気信号として外部へ出力するための電極端子とを備えた音響センサの製造方法であって、前記半導体基板の上面に堆積させた犠牲層の内部にダイアフラムを形成する工程と、前記犠牲層をエッチングして表面が前記固定膜の内面形状をした空間成形部を形成する工程と、前記空間成形部を形成した後、前記半導体基板の上面外周部の少なくとも一部に、前記固定膜と異なる材料からなり前記保護膜よりも薄い密着層を形成する工程と、整形された前記犠牲層の上に前記固定膜を形成するとともに、前記密着層を介在させて、かつ、外周が前記半導体基板の上面外周と一致するようにして、前記固定膜と同じ材料からなる保護膜によって前記半導体基板の上面外周部を覆う工程と、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、前記犠牲層をエッチングにより除去して前記ダイアフラムを空間で支持させるとともに、前記ダイアフラムと前記固定膜の内面との間に間隙を形成する工程とを有することを特徴としている。特に、前記密着層の厚さは、前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートの内面と前記ダイアフラムとの間の間隔よりも小さいことが好ましい。
本発明に係る音響センサの製造方法にあっては、半導体基板の上面外周部からその外周（端縁）までを固定膜と同材料からなる絶縁性の保護膜で覆っているので、保護膜の厚さを大きくできて半導体基板の上面外周部における絶縁性を向上させることができる。従って、電極端子につないだボンディングワイヤが曲がって半導体基板の上面に接触したり、ボンディングワイヤと半導体基板の上面との間に異物が挟まったりして短絡を発生させるのを防止することができる。また、保護膜は固定膜と同材料であって、保護膜を固定膜と同一工程において形成することができるので、保護膜を設けることによって音響センサの製造工数が増加することがなく、生産性を低下させることがない。
さらに、本発明に係る音響センサの製造方法にあっては、前記空間成形部を形成した後、前記半導体基板の上面外周部の少なくとも一部に、前記固定膜と異なる材料からなり前記保護膜よりも薄い密着層を形成しているので、保護膜と半導体基板の間に保護膜よりも薄い薄膜の密着層を形成することで、保護膜に発生する膜応力をを低減させることができ、膜応力による保護膜の剥離を軽減することができる。しかも、密着層を薄膜としているので、製造工程においてウエハ上に複数個の音響センサを作製した後、密着層の形成されている箇所でレーザーダイシングによって個々の音響センサに切り離す場合でもスループットが低下しにくい。また、密着膜は、空間成形部形成後に空間成形部とは別に設けられているので、密着膜を容易に薄膜状に形成することができる。
本発明に係る音響センサの製造方法のある実施態様は、前記空間成形部を形成する際、前記犠牲層によって前記空間成形部と分離して前記空間成形部の外側に厚膜層を形成し、ついで、前記厚膜層の外側に前記密着層を形成することを特徴としている。かかる実施態様によれば、空間成形部と同時に犠牲層から厚膜層を形成することができるので、音響センサの製造工程を簡略にすることができる。なお、前記密着層と前記厚膜層は、同じ材料によって形成されていることが好ましい。
本発明に係る音響センサの製造方法の別な実施態様は、前記密着層及び前記厚膜層が、絶縁性材料によって形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、保護膜と半導体基板との間の絶縁性を向上させることができる。
本発明に係る音響センサの製造方法のさらに別な実施態様は、前記厚膜層の厚さが、前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートの内面と前記ダイアフラムとの間の間隔よりも大きいことを特徴としている。特に、前記厚膜層の厚さは、前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートの内面と前記ダイアフラムとの間の間隔と、前記半導体基板の上面と前記ダイアフラムとの間の間隔との和の距離に等しいことが望ましい。かかる実施態様によれば、固定膜内に空洞部分を形成するための犠牲層を用いて厚膜層を形成することができ、音響センサの製造を容易にできる。
本発明に係る音響センサの製造方法のさらに別な実施態様は、前記保護膜と前記固定膜を連続させて同時に形成するとともに、前記保護膜と前記固定膜との境界領域を前記半導体基板の上面に密着させることを特徴としている。かかる実施態様によれば、保護膜と固定膜が連続していても密着層や厚膜層を空洞部分から分離することができ、犠牲層をエッチングして空洞部分を形成する際に密着層や厚膜層がエッチングされるのを防ぐことができ、音響センサの製造を容易にできる。
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、特許文献１に開示された音響センサをパッケージ内に実装した状態を示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る音響センサの分解斜視図である。 図３は、実施形態１の音響センサの断面図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、実施形態１の音響センサの製造工程を説明する概略断面図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、実施形態１の音響センサの製造工程を説明する概略断面図であって、図４（Ｄ）に続く工程を表す。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
まず、図２及び図３を参照して本発明の実施形態１による音響センサ３１の構造を説明する。図２は音響センサ３１を一部分解して示す斜視図である。図３は、音響センサ３１の構造を示す対角方向における断面図である。
この音響センサ３１はＭＥＭＳ技術を利用して作製された微小な静電容量型素子であり、図３に示すように、シリコン基板３２（半導体基板）の上面にアンカー３７を介してダイアフラム３３を設け、その上に微小ギャップ（空隙）を介してバックプレート３４を固定したものである。
シリコン基板３２は、単結晶シリコンからなる。図２に示すように、シリコン基板３２は矩形板状に形成されており、表面から裏面に貫通した角孔状のバックチャンバ３５を有している。バックチャンバ３５は内周面が垂直面となっていてもよく、テーパー状に傾斜していてもよい。なお、バックチャンバ３５の下面開口は、音響センサ３１をパッケージ内に実装したときに、パッケージによって塞がれる（図１参照）。
また、シリコン基板３２の上面には、ダイアフラム３３の梁部３６ａを下面から支持するための４つのアンカー３７が設けられており、さらにバックチャンバ３５及びアンカー３７を囲むようにして土台部４１（厚膜層）が形成されている。特に、アンカー３７は、バックチャンバ３５の対角方向において土台部４１の内周縁を切り込むように形成された凹所内に位置している。さらに、シリコン基板３２の上面の、土台部４１よりも外側の領域は土台部４１よりも薄い密着層４７によって覆われており、密着層の外周（端縁）はシリコン基板３２の端縁と一致している。アンカー３７及び土台部４１は、ＳｉＯ２によって形成されている。密着層４７は、ＳｉＯ２又はポリシリコンによって形成されている。
ダイアフラム３３は、膜厚の小さなポリシリコン薄膜によって形成されており、導電性を有している。ダイアフラム３３は、矩形状をした振動薄膜３６ｂの四隅から対角方向外側に向けて梁部３６ａを延出したものである。さらに、梁部３６ａの一つからは、引出し配線４３が延びている。
図３に示すように、ダイアフラム３３は、振動薄膜３６ｂがバックチャンバ３５の上面を覆うようにしてシリコン基板３２の上面に配置されている。ダイアフラム３３の各梁部３６ａは土台部４１の凹所内に位置し、各梁部３６ａの先端部下面がアンカー３７に固定されている。従って、ダイアフラム３３の振動薄膜３６ｂは、バックチャンバ３５の上方で宙空に浮いており、音響振動（空気振動）に感応して膜振動可能になっている。
バックプレート３４は、窒化膜（ＳｉＮ）からなるプレート部３９（固定膜）の下面にポリシリコンからなる固定電極膜４０を設けたものである。バックプレート３４は、天蓋状をしていてその下に空洞部分を有しており、ダイアフラム３３を覆っている。バックプレート３４の下の空洞部分の高さａ（シリコン基板３２の上面から固定電極膜４０の下面までの高さ）は、シリコン基板３２の上面に形成された土台部４１の厚みｃと等しくなっている。バックプレート３４の下面（すなわち、固定電極膜４０の下面）とダイアフラム３３の上面との間には微小な空隙が形成されている。また、バックプレート３４の隅部に形成されている梁部カバー領域４９は、微小な空隙をあけて梁部３６ａを覆っている。固定電極膜４０は、可動電極膜である振動薄膜３６ｂと対向してキャパシタを構成している。
バックプレート３４には、上面から下面に貫通するようにして、音響振動を通過させるためのアコースティックホール３８が多数穿孔されている。また、振動薄膜３６ｂの外周部下面とシリコン基板３２の上面との間にも、小さな隙間（音響振動の通路）があいている。従って、アコースティックホール３８を通ってバックプレート３４内に入った音響振動は、振動薄膜３６ｂを振動させるとともに、振動薄膜３６ｂの外周部とシリコン基板３２の間の隙間を通ってバックチャンバ３５へ抜けてゆく。
また、バックプレート３４の内面には微小なストッパ４２が多数突出しており、ダイアフラム３３がバックプレート３４の下面に吸着又は固着（スティック）して戻らなくなるのを防いでいる。
天蓋状をしたプレート部３９の外周縁からは、全周にわたって保護膜５３が連続的に延出している。したがって、保護膜５３はプレート部３９と同じく窒化膜（ＳｉＮ）によって形成されており、プレート部３９とほぼ同じ膜厚を有している。保護膜５３の内周部は断面逆溝状をした土台被覆部５１となっており、保護膜５３の外周部は平坦部５２となっている。また、バックプレート３４の外周と保護膜５３の内周との間の境界領域５０は断面Ｖ溝状となっている。
バックプレート３４はシリコン基板３２の上面に固定されており、保護膜５３は土台部４１及び密着層４７を介在させてシリコン基板３２の上面外周部を覆っている。保護膜５３の土台被覆部５１は土台部４１を覆っており、平坦部５２は密着層４７の上面を覆っており、平坦部５２の外周（端縁）は密着層４７の外周及びシリコン基板３２の上面外周と一致している。また、バックプレート３４と保護膜５３の間の境界領域５０の下面は、土台部４１の内周の露出面４８に密着しており、バックプレート３４の下の空洞部分と土台部４１とは、境界領域５０によって分離されている。
ダイアフラム３３の上面とバックプレート３４の下面との間の空隙（air gap）の厚さｂは、２μｍ程度となっている。土台部４１の厚さｃは、アンカー３７とバックプレート３４の空隙の厚さｂよりも大きく、２μｍ以上となっている。一方、密着層４７の厚さｄは、アンカー３７とバックプレート３４の空隙の厚さｂよりも小さく、２μｍ以下となっている。また、保護膜５３の幅ｅは４００μｍ以下であって、平坦部５２の幅ｆは１５０μｍ程度が好ましい。
土台被覆部５１には開口があけられており、当該開口を通して引出し配線４３の上面に可動側電極パッド４６（電極端子）が形成され、可動側電極パッド４６は引出し配線４３に（したがって、ダイアフラム３３に）導通している。また、プレート部３９の上面に設けられた固定側電極パッド４５（電極端子）は、スルーホールなどを介して引出し配線４４に（したがって、固定電極膜４０に）導通している。
しかして、この音響センサ３１にあっては、音響振動がアコースティックホール３８を通過してバックプレート３４とダイアフラム３３との間の空間に入ると、薄膜であるダイアフラム３３が音響振動に励起されて膜振動する。ダイアフラム３３が振動してダイアフラム３３と固定電極膜４０との間のギャップ距離が変化すると、ダイアフラム３３と固定電極膜４０との間の静電容量が変化する。この結果、この音響センサ３１においては、ダイアフラム３３が感知している音響振動（音圧の変化）がダイアフラム３３と固定電極膜４０の間の静電容量の変化となり、電気的な信号として出力される。
また、この音響センサ３１によれば、シリコン基板３２の上面外周部（ウエハから断裁するための領域であって、ダイシングストリート部と言われることがある。）が保護膜５３の平坦部５２によって覆われている。保護膜５３は、プレート部３９と同様、ＳｉＮ膜によって形成されており、また比較的厚い膜厚に形成されているので、絶縁性に優れている。したがって、固定側電極パッド４５や可動側電極パッド４６に接続されたボンディングワイヤが曲がって下に下がってもボンディングワイヤは保護膜５３に触れるだけでシリコン基板３２に直接触れることはない。また、ボンディングワイヤの下に異物が挟まっても異物は保護膜５３によって遮られて直接シリコン基板３２に触れることはない。よって、音響センサ３１の短絡を効果的に防止することが可能になる。
また、密着層４７は、空隙の厚さｂより薄いＳｉＯ２又はポリシリコンからなり、平坦部５２はこの密着層４７を介してシリコン基板３２の上面に形成されているので、保護膜５３に発生する膜応力を低減させることができ、膜応力による保護膜５３の剥離を軽減することができる。また、ＳｉＯ２又はＳｉＮからなる密着層４７を介することによって平坦部５２の密着性を向上させることができる。
さらに、土台部４１は空隙の厚さｂよりも厚いＳｉＯ２からなり、固定側電極パッド４５は、この土台部４１の上方において保護膜５３（土台被覆部５１）に設けているので、固定側電極パッド４５とシリコン基板３２の上面との距離を大きくすることができる。その結果、電極パッド４５、４６とシリコン基板３２との間の寄生容量を小さくできるので、寄生容量による音響センサ３１の感度低下を小さくでき、音響センサ３１の音響特性を向上させることができる。また、ＳｉＯ２からなる土台部４１の上に土台被覆部５１を形成しているので、土台被覆部５１の密着性を向上させることができる。
なお、図２の例では、可動側電極パッド４６は、ダイアフラム３３の梁部３６ａの端部に作製されているため、土台部４１を厚くすることによって寄生容量を低減するという効果を得ることはできない。しかし、可動側電極パッド４６を固定側電極パッド４５と同じ様な構造とする場合、すなわちプレート部３９の上面にスルーホールなどを介して引出し配線を設けて導通を図る場合には、土台部４１を厚くすることによる寄生容量低減効果を得ることができる。
また、この音響センサ３１は最表面を耐吸湿性の高いＳｉＮ層（すなわち、プレート部３９及び保護膜５３）で覆われているので、耐吸湿性も良好になる。
（音響センサの製造方法）
つぎに、音響センサ３１のＭＥＭＳ技術による製造方法を説明する。図４（Ａ）−図４（Ｄ）及び図５（Ａ）−図５（Ｃ）は、音響センサ３１の製造工程を示す概略断面図である。
まず、図４（Ａ）に示すように、単結晶シリコン基板３２の表面に熱酸化やＣＶＤ法などによってシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる犠牲層６１を成膜する。ついで、犠牲層６１の上にポリシリコン層を形成し、このポリシリコン層をエッチングによってパターニングし、振動薄膜３６ｂの四隅から梁部３６ａが延出したフラットなダイアフラム３３を形成する。
ダイアフラム３３の上から犠牲層６１の上にさらに犠牲層６１を堆積させて犠牲層６１によりダイアフラム３３を覆い、図４（Ｂ）に示すように、ダイアフラム３３を犠牲層６１内に埋め込む。
ついで、図４（Ｃ）に示すように、犠牲層６１をエッチングして犠牲層６１によりバックプレート３４の内面形状をした空洞成形部６２と土台部４１を作製する。このとき、空洞成形部６２と土台部４１は溝６３によって分離し、溝６３内にシリコン基板３２の上面を露出させる（溝６３の底が露出面４８となる。）とともに土台部４１の外側でもシリコン基板３２の上面を露出させる。また、空洞成形部６２の上面にはストッパ４２を形成するための穴部６４を掘っておく。
この後、土台部４１の外側においてシリコン基板３２の上面に、土台部４１の外周面と連続するようにして、ＳｉＯ２又はポリシリコンによって薄い密着層４７を成膜する。
図５（Ａ）に示すように、空洞成形部６２の上面にポリシリコン膜を成膜し、ポリシリコン膜をエッチングしてパターニングすることにより固定電極膜４０を作製する。このとき固定電極膜４０にはアコースティックホール３８を開口するとともに、穴部６４に合わせて通孔を開口しておく。さらに、固定電極膜４０の上から耐フッ酸性を有するＳｉＮ層を堆積させてプレート部３９を形成する。このとき、穴部６４内に堆積したＳｉＮ層により固着防止用のストッパ４２が形成される。また、プレート部３９にも、固定電極膜４０のアコースティックホール３８と位置合わせしてアコースティックホール３８を形成し、バックプレート３４にアコースティックホール３８を貫通させる。さらに、土台被覆部５１の上には電極パッド４５、４６を設ける。
こうしてバックプレート３４が完成したら、シリコン基板３２の中央部を下面側からエッチングし、図５（Ｂ）に示すようにシリコン基板３２にバックチャンバ３５を貫通させ、バックチャンバ３５の上面に空洞成形部６２を露出させる。
この後、バックプレート３４のアコースティックホール３８やシリコン基板３２のバックチャンバ３５などからフッ酸を導いて空洞成形部６２を選択的にウェットエッチングし、図５（Ｃ）に示すように、梁部３６ａの下の犠牲層６１だけをアンカー３７として残し、他の空洞成形部６２を除去する。この結果、ダイアフラム３３は、アンカー３７によってシリコン基板３２の上面から浮かせられ、バックチャンバ３５の上で振動が可能なように支持され、固定電極膜４０とダイアフラム３３の間にエアギャップが形成される。ただし、土台部４１と空洞成形部６２の間は境界領域５０で仕切られているので、土台部４１はフッ酸でエッチングされず、土台部４１及び密着層４７はそのまま残る。こうして、音響センサ３１が製作される。
音響センサ３１において土台部４１の厚さをダイアフラム３３の上面とバックプレート３４の下面との間の空隙の厚さｂよりも大きくしているのは、工法的には次のような意義を有する。上記製造方法のように、土台部４１は、同じ犠牲層６１から空洞成形部６２と同じ工程で作製できれば、最も生産性が良好となる。このような工法を可能にするためには、土台部４１の厚さｃは、空隙の厚さｂよりも厚く(ｃ≧ｂ)なければならない。
ダイアフラム３３とバックプレート３４の間の空隙を狭くすると、プルイン現象（電圧印加時に静電引力でダイアフラム３３と固定電極膜４０がくっつく現象）やスティック現象（空隙に浸入した水分などでダイアフラム３３と固定電極膜４０がくっつく現象）などを防ぐためには、この空隙はできるだけ広いことが好ましい。また、ノイズ源となる熱雑音を軽減させるためにも、この空隙はできるだけ広いことが望ましい。そのため、ダイアフラム３３とバックプレート３４の間の空隙を２μｍ以下に薄くすることはできず、一般に空隙の厚さｂは２μｍ以上である。
一方、土台部４１は、固定側電極パッド４５とシリコン基板３２の間の寄生容量を小さくするためには、できるだけ厚さの厚いことが望ましい。よって、土台部４１の厚さｃを空隙の厚さｂよりも大きくしておけば、土台部４１は一定以上の厚さ（すなわち２μｍ以上の厚さ）を確保することができ、当然に寄生容量を小さくできる。なお、よりよい形態では、土台部４１の厚さｃは、空隙の厚さｂとアンカー３７の厚さｇの合計と同じである。これは、土台部４１を作製する工程を空隙やアンカー厚を作製する工程と同期させると最も生産性が良いためであり、その結果土台部４１の厚さｃが空隙の厚さｃとアンカー３７の厚さｇの合計と等しくなるからである。
また、密着層４７の厚さをダイアフラム３３の上面とバックプレート３４の下面との間の空隙の厚さｂよりも小さくしているのは、工法的には次のような意義がある。ダイシングストリート部に設けた密着層４７は、レーザーダイシングを用いる場合には、その厚さが薄い方が望ましい。しかし、空洞成形部６２や土台部４１を作製するための犠牲層６１を利用して密着層４７を同時に作製しようとすると、密着層４７の厚さが厚くなってしまう。そのため、密着層４７は、図４（Ｄ）のように土台部４１や空洞成形部６２とは別な工程で作製することが望ましい。図４（Ｄ）の工程で作製される密着層４７の厚さｄはできるだけ薄い方がよいので、例えば厚さ０.１μｍ程度のＳｉＯ２膜によって作製するのが望ましい。
なお、密着層４７は空洞成形部６２や土台部４１を作製した後の工程で作製されるので、密着層４７の作製方法によっては、密着層４７と同じ膜が空洞成形部６２や土台部４１の表面にも付与されることがある。その結果、空洞成形部６２や土台部４１の厚みが密着層４７の厚さ分だけ増加することになる。このような場合には、図４（Ｂ）の工程で作製される犠牲層６１の厚さを、狙いとする空洞成形部６２や土台部４１の厚さよりも密着層４７の厚さ分だけ薄くしておけばよい。
３１ 音響センサ
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
３７ アンカー
３８ アコースティックホール
３９ プレート部
４０ 固定電極膜
４１ 土台部
４５ 固定側電極パッド
４６ 可動側電極パッド
４７ 密着層
４９ 梁部カバー領域
５０ 境界領域
５１ 土台被覆部
５２ 平坦部
５３ 保護膜
６１ 犠牲層
６２ 空洞成形部

Claims (13)

  1. 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導電性のダイアフラムと、間隙を隔てて前記ダイアフラムを覆うようにして前記半導体基板の上面に固定された絶縁性の固定膜と、前記ダイアフラムと対向する位置において前記固定膜に設けた導電性の固定電極膜と、前記固定電極膜と前記ダイアフラムの間の静電容量の変化を電気信号として外部へ出力するための電極端子とを備えた音響センサであって、
    前記半導体基板の上面外周部が前記固定膜と同じ材料からなる保護膜によって覆われていて、前記保護膜の外周が前記半導体基板の上面外周と一致しており、
    前記保護膜の外周部は、前記固定膜と異なる材料からなり前記保護膜よりも薄い密着層を介在させて前記半導体基板の表面に固定され、
    前記保護膜の内周部は、前記固定膜と異なる材料からなる厚膜層を介在させて前記半導体基板の表面に固定されていることを特徴とする音響センサ。
  2. 前記電極端子は、前記厚膜層の形成されている領域において前記保護膜に設けら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。
  3. 前記密着層と前記厚膜層は、同じ材料によって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。
  4. 前記密着層及び前記厚膜層は、絶縁性材料によって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。
  5. 前記保護膜と前記固定膜とは連続しており、前記保護膜と前記固定膜との境界領域は、前記半導体基板の上面に密着していることを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
  6. 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導電性のダイアフラムと、間隙を隔てて前記ダイアフラムを覆うようにして前記半導体基板の上面に固定された絶縁性の固定膜と、前記ダイアフラムと対向する位置において前記固定膜に設けた導電性の固定電極膜と、前記固定電極膜と前記ダイアフラムの間の静電容量の変化を電気信号として外部へ出力するための電極端子とを備えた音響センサの製造方法であって、
    前記半導体基板の上面に堆積させた犠牲層の内部にダイアフラムを形成する工程と、
    前記犠牲層をエッチングして表面が前記固定膜の内面形状をした空間成形部を形成する工程と、
    前記空間成形部を形成した後、前記半導体基板の上面外周部の少なくとも一部に、前記固定膜と異なる材料からなり前記保護膜よりも薄い密着層を形成する工程と、
    整形された前記犠牲層の上に前記固定膜を形成するとともに、前記密着層を介在させて、かつ、外周が前記半導体基板の上面外周と一致するようにして、前記固定膜と同じ材料からなる保護膜によって前記半導体基板の上面外周部を覆う工程と、
    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、
    前記犠牲層をエッチングにより除去して前記ダイアフラムを空間で支持させるとともに、前記ダイアフラムと前記固定膜の内面との間に間隙を形成する工程と、
    を有することを特徴とする音響センサの製造方法。
  7. 前記空間成形部を形成する際、前記犠牲層によって前記空間成形部と分離して前記空間成形部の外側に厚膜層を形成し、ついで、前記厚膜層の外側に前記密着層を形成することを特徴とする、請求項６に記載の音響センサの製造方法。
  8. 前記密着層と前記厚膜層は、同じ材料によって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。
  9. 前記密着層及び前記厚膜層は、絶縁性材料によって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。
  10. 前記密着層の厚さは、前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートの内面と前記ダイアフラムとの間の間隔よりも小さいことを特徴とする、請求項７に記載の音響センサの製造方法。
  11. 前記厚膜層の厚さは、前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートの内面と前記ダイアフラムとの間の間隔よりも大きいことを特徴とする、請求項７に記載の音響センサの製造方法。
  12. 前記厚膜層の厚さは、前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートの内面と前記ダイアフラムとの間の間隔と、前記半導体基板の上面と前記ダイアフラムとの間の間隔との和の距離に等しいことを特徴とする、請求項７に記載の音響センサの製造方法。
  13. 前記保護膜と前記固定膜を連続させて同時に形成するとともに、前記保護膜と前記固定膜との境界領域を前記半導体基板の上面に密着させ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。
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