WO2007069365A1 - Ｍｅｍｓ振動膜構造及びその形成方法 - Google Patents

Ｍｅｍｓ振動膜構造及びその形成方法 Download PDF

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WO2007069365A1
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diaphragm
etching
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Yuichi Miyoshi
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

Definitions

  • the present invention relates to an acceleration sensor, a pressure sensor, and the like using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, and in particular, a vibrating membrane that is a part that detects and vibrates acceleration fluctuation, pressure fluctuation, and the like.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the present invention relates to the structure of and
  • MEMS microfabrication technology used in the field of LSI (large-scale integrated) circuit manufacturing using semiconductors such as silicon.
  • LSI large-scale integrated circuit manufacturing
  • various fine parts such as acceleration sensors and pressure sensors have been proposed and commercialized.
  • Acceleration sensors and pressure sensors have a structure including a vibration film that is a part that vibrates by detecting acceleration fluctuations and pressure fluctuations.
  • FIGS. 13A to 13E are cross-sectional views showing respective steps of a conventional method for forming a diaphragm structure.
  • a vibration film 202a is formed on the surface of the silicon substrate 201.
  • the silicon substrate 201 a silicon substrate having the (100) plane orientation at the outermost surface generally used in LSI manufacturing is often used.
  • the vibration film 202a a thin film (single layer film) such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a polysilicon film formed by a thermal oxidation method or a CVD (chemical vapor d osition) method, or a laminate thereof.
  • a membrane is used as a membrane.
  • the vibration film 202a is formed on the surface of the silicon substrate 201, and at the same time, the vibration film 202b is formed on the back surface of the silicon substrate 201.
  • a resist is applied to the back side of the silicon substrate 201, and the resist is patterned to form a resist pattern 203, and then the resist pattern 203 is masked.
  • the vibration film 202b on the back side of the substrate is patterned by removing a predetermined portion of the vibration film 202b by etching, and then the resist pattern 203 is removed.
  • FIG. 13 (e) by using the patterned vibration film 202b on the back side of the substrate as a mask, a predetermined portion of the silicon substrate 201 is removed by etching, thereby penetrating the silicon substrate 201. Form holes.
  • a vibration film 202a having both ends held by the silicon substrate 201 and the center portion floating in the air is formed on the substrate surface side.
  • an alkaline aqueous solution such as KOH is used for etching the silicon substrate 201, anisotropic etching of the silicon substrate 201 can be performed while leaving the (111) plane orientation on the etching surface.
  • the vibration film 202a formed in this way vibrates according to acceleration fluctuation or pressure fluctuation
  • the vibration film 202a is used as one electrode (or one electrode is provided on the vibration film 202a) and By providing the other electrode so as to face the vibrating membrane 202a, the vibration displacement of the vibrating membrane 202a can be detected as a capacitance change or a voltage change. That is, an acceleration sensor or a pressure sensor provided with the vibration film 202a can be configured.
  • the first is a method of changing the softness of the membrane by changing the parameters of the membrane itself, such as the membrane type and thickness of the vibrating membrane.
  • the membrane type is determined by the process of forming the vibrating membrane. It is difficult to freely change the amplitude of the diaphragm because the film thickness is often limited.
  • the second is a method of changing the two-dimensional (XY) size of the diaphragm. 1S Even with this method, the chip size is limited depending on the final product form, so the diaphragm amplitude can be freely set. Cannot be changed to.
  • the third is “a method for providing a diaphragm with a hinge structure by bending the diaphragm”. This method is considered to be an effective method because it can be used without much restrictions due to the vibration film formation process and chip size as in the two methods described above.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 have proposed vibration films having the above-described hinge structure.
  • a conventional diaphragm structure disclosed in Patent Document 1 and a method for forming the same will be described below.
  • FIGS. 14 (a) to (g) are disclosed in Patent Document 1! Of the conventional method for forming a diaphragm structure It is sectional drawing which shows each process.
  • a silicon oxide film 302 is formed on the surface of the silicon substrate 301 as shown in FIG. 14 (b).
  • a resist pattern 303 is formed by applying a resist on the silicon oxide film 302 and patterning it.
  • the edge (upper corner) of the resist pattern 303 is rounded by post baking at a temperature of 120 to 140 ° C.
  • FIG. 14E after removing predetermined portions of the silicon oxide film 302 and the silicon substrate 301 by etching using the resist pattern 303 as a mask, the resist pattern 303 is removed.
  • the edge (upper corner) of the silicon oxide film 302 is rounded during the etching shown in FIG. 14 (e). That is, it is considered that the edge (upper corner) of the silicon oxide film 302 is rounded during or after the etching shown in FIG. 14 (e).
  • a vibrating film 304 is formed on the patterned silicon oxide film 302 and on the surface of the silicon substrate 301.
  • the vibrating film 304 is formed so as to cover the irregularities generated on the substrate surface by the patterned silicon oxide film 302, the vibrating film 304 is bent.
  • the back side of the silicon substrate 301 is formed using the resist pattern as a mask.
  • a predetermined portion of the film is removed by etching to form a through hole.
  • the vibration film 304 having a hinge structure can be formed.
  • Patent Document 1 U.S. Patent No. 6168906
  • Patent Document 2 US Patent Application Publication No. 2002Z0118850
  • an object of the present invention is to improve stress film reliability by preventing stress concentration on hinge corners in a diaphragm having a hinge structure.
  • the inventor of the present application adopts a process for forming the structure in addition to adopting a structure in which the hinge corner portion of the diaphragm is obtuse and rounded.
  • the stress concentration at the hinge corner is dispersed, or the stress limit of the hinge (the magnitude of stress at which film breakage starts) is improved.
  • the inventors have devised an invention for improving the film breakage resistance of the vibration film.
  • the first diaphragm structure according to the present invention is a structure provided with a diaphragm formed using MEMS technology, the diaphragm having a hinge structure, At least one of the hinge upper corner and the hinge lower corner of the diaphragm is bent at an angle greater than 90 degrees.
  • At least one of the hinge upper corner part and the hinge lower corner part of the diaphragm is bent at an angle larger than 90 degrees. Since the stress concentration at this point can be dispersed, it is possible to improve the resistance to vibration film breakage.
  • the upper corner of the hinge means "a place where the vibrating membrane bends to a low position even with high positional force"
  • the lower corner of the hinge means "a place where the vibrating membrane bends to a high position of low positional force” Means.
  • the diaphragm connects the high position side flat part, the low position side flat part, the high position side flat part, and the low position side flat part. It is preferable that the connecting portion is provided in an oblique direction with respect to the high-position side flat portion and the low-position side flat portion.
  • both the upper and lower hinge corners of the diaphragm can be obtuse.
  • the diaphragm has a hinge structure, and at least one of a hinge upper corner portion and a hinge lower corner portion of the diaphragm is rounded.
  • the second diaphragm structure of the present invention at least one of the hinge upper corner and the hinge lower corner of the diaphragm is rounded, so that the stress concentration at the hinge corner is dispersed. Therefore, the resistance against vibration film breakage of the vibration film can be improved.
  • the other part of the diaphragm other than the upper corner of the hinge and the lower corner of the hinge is rounded! /
  • the diaphragm has a hinge structure, and at least one of the hinge upper corner part and the hinge lower corner part of the diaphragm has another part. It has a larger film thickness.
  • the film thickness of at least one of the hinge upper corner and the hinge lower corner of the diaphragm is made larger than that of other portions (for example, flat portions). Therefore, the hinge corner portion can be reinforced and the stress limit can be improved, so that the resistance of the vibrating membrane to film breakage can be improved.
  • the diaphragm connects the high position side flat portion, the low position side flat portion, the high position side flat portion, and the low position side flat portion. It is preferable that the connection portion has a sidewall structure.
  • the film thickness of the hinge corner can be easily increased as compared with other portions.
  • a capacitor according to the present invention is a capacitor having a pair of electrodes opposed to each other, and one electrode of the pair of electrodes is any one of the first to third vibrations of the present invention. It has a film structure or is formed on the vibration film structure.
  • the resistance against vibration film breakage of the vibration film can be improved, and thus a highly reliable capacitor can be realized.
  • An electret condenser microphone is an electret condenser microphone including a pair of electrodes opposed to each other and an electret disposed between the pair of electrodes, and one of the pair of electrodes. These electrodes have or are formed on any one of the first to third vibrating membrane structures of the present invention.
  • the electret condenser microphone of the present invention it is possible to improve resistance to film breakage of the vibration film, and thus it is possible to realize an electret condenser microphone having high reliability.
  • a method for manufacturing a diaphragm structure according to the present invention is a method for forming a structure including a diaphragm formed by using MEMS technology, and includes a step of forming a first film on a substrate (a) A step (b) of patterning the first film, a step (c) of forming a second film on a substrate so as to cover the patterned first film, and the second film A step (d) of forming a vibration film on the film, a step (e) of forming a through hole in the substrate from the side where the vibration film is not formed, and the first region in the region exposed to the through hole. And (f) removing the film and the second film.
  • the second film and the vibrating membrane are sequentially formed so as to cover the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface caused by the patterned first film.
  • the curvature of the upper corner of the hinge of the vibrating membrane can be made larger than the curvature of the upper corner of the second membrane as the base.
  • the diaphragm is formed on the second film, so that the upper corner of the hinge of the diaphragm can be surely rounded. it can. Accordingly, the upper corner portion of the vibration film can be easily rounded, and the round shape of the upper corner portion of the vibration film can be easily controlled by controlling the film thickness of the second film.
  • the first film and the second film have the same material force! /.
  • the first film and the second film are also formed on opposite surfaces of the substrate on which the vibration film is not provided, and the step (e ), The first film and the second film formed on the opposite surface are patterned, and the patterned first film and second film are used as a mask on the substrate. Etch it to the other side.
  • the first film and the second film are silicon oxide films, and in the step (f), etching using hydrofluoric acid is performed. Thus, the first film and the second film may be removed.
  • the vibrating membrane is a single layer film of a polysilicon film, a single layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or silicon.
  • a laminated film in which an oxide film is sandwiched between at least one of a polysilicon film and a silicon nitride film for example, a laminated film having a four-layer structure of silicon nitride film Z silicon oxide film Z silicon nitride film Z polysilicon film).
  • the method for manufacturing a diaphragm structure according to the present invention includes a step of forming a sidewall on the sidewall of the first film that has been turned between the step (b) and the step (c). Or a step of forming a sidewall on the side wall of the patterned first film through the second film between the step (c) and the step (d). It is preferable.
  • the bending angle of the upper corner portion of the hinge pattern is made larger than 90 degrees.
  • the upper corner of the hinge pattern can be obtuse
  • the upper corner of the hinge of the diaphragm formed on the hinge pattern can also be obtuse. Therefore, the angle at the upper corner of the diaphragm can be easily made obtuse, and the bending angle of the upper corner at the hinge of the diaphragm can be easily controlled by controlling the film thickness of the film serving as the side wall.
  • the first film, the second film, and the sidewall are made of the same material, and the sidewall is removed together with the first film and the second film in the step (f). Then, the first film, the second film, and the size in step (f) Dowall removal can be done easily, not separately but simultaneously.
  • the second film is interposed on the sidewall of the first film that has been turned between the step (c) and the step (d).
  • the method includes a step of forming a sidewall, wherein the sidewall is made of a material different from that of the first film and the second film, and the sidewall is left in the step (f).
  • the side wall of the patterned first film that is, the side wall of the hinge pattern is provided with a side wall, whereby the bending angle of the upper corner of the hinge pattern is made larger than 90 degrees.
  • the upper corner of the hinge pattern can be obtuse
  • the upper corner of the hinge of the diaphragm formed on the hinge pattern can also be obtuse. Therefore, the angle at the upper corner of the diaphragm can be easily made obtuse, and the bending angle of the upper corner at the hinge of the diaphragm can be easily controlled by controlling the film thickness of the film serving as the side wall.
  • the sidewall can finally remain outside the hinge lower corner portion of the vibration film, the film thickness of the hinge lower corner portion can be increased as compared with other portions (for example, flat portions). For this reason, since the stress limit can be improved by reinforcing the lower corner of the hinge by a simple method, it is possible to improve the resistance against vibration film breakage.
  • the sidewall may be a silicon nitride film or a polysilicon film.
  • the film thickness of the hinge lower corner is larger than that of other portions (for example, flat portions). I can.
  • the lower corner portion of the hinge can be reinforced by a simple method to improve the stress limit, and thus the resistance to vibration film breakage can be improved.
  • the sidewall may be a silicon nitride film or a polysilicon film.
  • the method further includes the step of causing the second film to flow by heat treatment.
  • the bending angle of the upper corner portion and the lower corner portion of the hinge pattern covered with the second film after flowing can be made larger than 90 degrees.
  • the temperature of the heat treatment is 600 ° C. or higher
  • the second film is a silicon oxide film doped with at least one of polone and phosphorus. Preferably there is.
  • the first film is preferably isotropically etched using a wet etching method.
  • the groove forming the hinge pattern is formed by isotropically etching the first film using the wet etching method, the side wall of the hinge pattern can be rounded. Therefore, the hinge upper corner portion and the hinge lower corner portion of the vibration film formed on the hinge pattern can be rounded and obtuse. That is, the upper and lower corners of the hinge of the diaphragm can be easily rounded and obtuse. Further, by controlling the etching conditions, it is possible to easily control the bending angle and round amount of the hinge upper corner portion and the hinge lower corner portion of the diaphragm. In addition, the process
  • etching may be performed so that the substrate is not exposed. In this way, the lower bottom portion of the hinge pattern can be rounded, and therefore the lower bottom portion of the diaphragm can be rounded.
  • the substrate is a silicon substrate, and the first film patterned between the step (b) and the step (c) is used as a mask.
  • the method further comprises a step of performing thermal oxidation on the silicon substrate after removing the silicon substrate by a predetermined depth by etching.
  • the silicon oxide film is formed by thermal oxidation on the side wall of the unevenness (hinge pattern) generated on the silicon substrate by etching
  • the hinge pattern side wall can be inclined, whereby the upper and lower corners of the hinge of the diaphragm can be made obtuse. In other words, the upper and lower corners of the hinge of the diaphragm can be easily rounded and obtuse.
  • the temperature of the thermal oxidation is preferably 900 ° C or higher! /.
  • the silicon substrate is formed into a predetermined depth between the step (b) and the step (c) using the first film that is not turned as a mask.
  • the side wall of the unevenness (hinge pattern) generated in the silicon substrate by etching is inclined (tilted more gently than vertical), so the upper angle of the hinge of the vibrating film formed on the hinge pattern
  • the obtuse angle of the part and the lower hinge part of the hinge can be reduced. That is, it is possible to easily obtuse the hinge upper corner and the hinge lower corner of the diaphragm.
  • the substrate is a silicon substrate with an exposed (100) plane orientation, and the silicon substrate is etched by wet etching using an alkaline solution. It is preferable to perform etching.
  • the second film is formed after the slot to be the hinge pattern is formed, the second film is formed after the side wall of the hinge pattern is inclined, or the entire hinge pattern is rounded.
  • the hinge corner of the vibration film can be easily obtuse or rounded by using a method of forming the second film after the wrinkle and then forming the vibration film on the second film.
  • the stress concentration at the hinge corner is dispersed to prevent the diaphragm from breaking. Resistance can be improved. That is, the present invention can realize a structure of a diaphragm having an excellent hinge structure and a method for forming the same.
  • a method of forming a sidewall on a hinge pattern sidewall is used.
  • the hinge corner of the diaphragm can be easily thickened and reinforced, and the hinge corner can be easily blunted or rounded.
  • the bending angle and round shape of the hinge corner can be controlled by controlling the process of forming the side wall, the stress concentration at the hinge corner can be dispersed to improve the resistance against vibration film breakage.
  • the present invention can realize a vibration membrane structure having an excellent hinge structure and a method for forming the same.
  • FIGS. 1 (a) to 1 (f) are cross-sectional views showing respective steps of a method for forming a diaphragm structure according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line in FIG. 1 (d).
  • 3 (a) to 3 (h) are cross-sectional views showing respective steps of a method for forming a vibrating membrane structure according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a state where a region surrounded by a broken line in FIG. 3 (d) is formed.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (h) are cross-sectional views showing respective steps of a vibrating membrane structure forming method according to a third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6 (a) to 6 (h) are cross-sectional views showing respective steps of a vibrating membrane structure forming method according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7G are cross-sectional views showing respective steps of the method for forming a diaphragm structure according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8 (a) to 8 (f) are cross-sectional views showing respective steps of a vibrating membrane structure forming method according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9 (a) and 9 (b) are cross-sectional views showing respective steps of a modification of the method for forming a diaphragm structure according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10 (a) to 10 (g) are cross-sectional views showing respective steps of a vibrating membrane structure forming method according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIGS. Ll (a) to (g) are cross-sectional views showing respective steps of the method for forming a diaphragm structure according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of an electret condenser microphone to which the diaphragm structure of each embodiment of the present invention is applied.
  • FIGS. 13 (a) to 13 (e) are cross-sectional views showing respective steps of a conventional method for forming a diaphragm structure.
  • FIGS. 14 (a) to 14 (g) are cross-sectional views showing respective steps of a conventional method for forming a hinged MEMS diaphragm structure.
  • a hinged MEMS diaphragm structure and a method for forming the same according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • FIGS. 1A to 1F are sectional views showing respective steps of the method for forming a diaphragm structure according to the first embodiment.
  • a first film 12 a is formed on the surface of the silicon substrate 11.
  • the film thickness of the first film 12a is a parameter that determines the height of the hinge structure of the vibration film to be finally formed (the difference in height between the highest position and the lowest position in the vibration film). Therefore, a film thickness of about lOOnm or more is desirable. Further, since the first film 12a is finally removed by etching, a silicon oxide film is desirable.
  • the silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method, a plasma CVD method, or the like. When the thermal oxidation method or the reduced pressure CVD method is used, the silicon oxide film is formed not only on the silicon substrate surface but also on the back surface of the silicon substrate.
  • the first film 12a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method. Therefore, the first film 12b made of a silicon oxide film is also formed on the back surface of the silicon substrate 11.
  • the first film 12a formed on the surface of the silicon substrate 11 is divided into a plurality of portions by, for example, lithography and etching. Specifically, after applying a photoresist on the first film 12a, patterning is performed by exposure and development, and the first pattern is formed using an anisotropic dry etching method using the formed resist pattern as a mask. Etching is performed in a direction perpendicular to the film 12a. Thereafter, the resist pattern is removed using, for example, an oxygen ashing method and sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning. Thereby, the first film 12a is divided into a plurality of portions. Note that the first film 12a in the etching region may remain thin enough that the surface of the silicon substrate 11 is not exposed.
  • a second film 13a is formed on the surface of the silicon substrate 11 so as to cover the patterned first film 12a.
  • the second film 13a is also finally removed by etching. Therefore, the second film 13a is the same as the first films 12a and 12b.
  • a material film that also has the same elemental component force such as a silicon oxide film, is used.
  • silicon is formed by using a low pressure CVD method. Since the second film 13a made of an oxide film is formed, the second film 13b made of a silicon oxide film is also formed on the first film 12b on the back side of the substrate.
  • the second film 13a after film formation (that is, the second film 13a covering the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface generated by the patterned first film 12a)
  • the shape of the shape determines the shape of the hinge structure of the vibration film to be finally formed.
  • a method for forming the second film 13a it is most desirable to use a low pressure CVD method because it has good coverage and can be formed on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • the vibration film 14 is formed on the second film 13a.
  • the vibration film 14 is formed on the hinge pattern covered with the second film 13a, the vibration film 14 is bent. That is, the vibration film 14 is formed between the high-position side flat part formed on each part of the patterned first film 12a and the low part formed between each part of the patterned first film 12a.
  • a hinge lower corner portion is interposed between the low position side flat portion and the connection portion.
  • a single-layer film of a polysilicon film, a single-layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film is at least a polysilicon film or a silicon nitride film.
  • a laminated film sandwiched between the two (for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polysilicon film having a four-layer structure) is used depending on the intended use.
  • a method for forming the vibration film 14 it is most desirable to use a low pressure CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • the silicon substrate 11, the first film 12b, and the second film 13b are partially removed.
  • a resist pattern (not shown) is formed by applying a photoresist on the second film 13b on the back side of the silicon substrate 11 and performing exposure and development, and then using the resist pattern as a mask, the substrate The second film 13b and the first film 12b on the back side are sequentially patterned. Further, by removing a predetermined portion of the silicon substrate 11 from the back surface side by etching using the patterned second film 13b and first film 12b on the back surface side of the substrate as a mask, through holes are formed in the silicon substrate 11. Form.
  • Silico For etching the copper substrate 11, a dry etching method or an alkaline wet etching method can be used.
  • concentration 3-30 wt 0/0 of KOH Ya heated to a temperature of about 70 to 90 ° C
  • an alkaline aqueous solution such as TMAH (Tetrametyl Ammonium Hydroxide)
  • anisotropic silicon wet etching is performed on the substrate while leaving the (111) plane orientation of silicon on the etched surface.
  • the selection ratio between the second film 13b and the first film 12b serving as a mask is large (in the case of the silicon oxide film selection ratio, it is only up to about 100). However, it is possible to perform etching in a direction perpendicular to the silicon substrate 11.
  • the selection ratio between the second film 13b and the first film 12b serving as a mask can be increased (the ratio of the silicon oxide film to the silicon oxide film). In this case, the force can be increased to several thousand.)
  • the etching surface pattern side wall surface
  • the etching surface is inclined (inclination angle of about 54 to 56 °).
  • the first film 12a and the second film 13a in the region exposed in the through hole of the silicon substrate 11 are removed by etching.
  • a vibrating membrane (vibrating membrane with a hinge structure) 14 is formed on the substrate surface side with both ends held by the silicon substrate 11 and the central portion floating in the air.
  • the first film 12a and the second film 12a are wet-etched using a hydrofluoric acid aqueous solution as an etchant.
  • the film 13a can be easily removed.
  • the second film 13a and the vibration film 14 are sequentially formed so as to cover the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface caused by the notched first film 12a. Therefore, the curvature (round amount) of the upper corner portion of the hinge of the vibration film 14 can be made larger than the curvature of the upper corner portion of the second film 13a serving as the base. Specifically, as shown in FIG. 2 (enlarged view of the region surrounded by the broken line in FIG. 1 (d)), the film thickness of the second film 13a is t2, and the film thickness of the vibrating film 14 is td.
  • the round amount R at the upper corner of the hinge of diaphragm 14 is t2 ⁇ R ⁇ t2 + td Can be set to a range. That is, after the upper corner of the hinge pattern is rounded by the second film 13a, the vibration film 14 is formed on the second film 13a, so that the upper corner of the hinge of the vibration film 14 is surely rounded. Can be made. Therefore, the corner on the hinge of the diaphragm 14 can be easily rounded, and the round shape (round amount) of the corner on the hinge of the diaphragm 14 can be easily controlled by controlling the film thickness of the second film 13a. can do . In addition, since the upper corner of the hinge of the diaphragm 14 is rounded, the stress concentration at the upper corner of the hinge can be dispersed, so the resistance of the diaphragm 14 to film breakage can be improved. .
  • the force obtained by rounding all the upper corners of the hinge of the diaphragm 14 may be rounded instead of the specific upper corner of the hinge of the diaphragm 14. Good.
  • FIGS. 3A to 3H are cross-sectional views showing respective steps of the method for forming a diaphragm structure according to the second embodiment.
  • a first film 22 a is formed on the surface of the silicon substrate 21.
  • the film thickness of the first film 22a is a parameter that determines the height of the hinge structure of the vibration film to be finally formed, a film thickness of about lOOnm or more is desirable. Further, since the first film 22a is finally removed by etching, a silicon oxide film is desirable.
  • the silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method or a plasma CVD method. When the thermal oxidation method or the low pressure CVD method is used, the silicon oxide film is formed not only on the surface of the silicon substrate but also on the back surface of the silicon substrate. In the present embodiment, since the first film 22a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method, the first film 22b made of a silicon oxide film is also formed on the back surface of the silicon substrate 21. It is formed.
  • the first film 22a formed on the surface of the silicon substrate 21 is divided into a plurality of portions by, for example, lithography and etching. Specifically, after applying a photoresist on the first film 22a, patterning is performed by exposure and development, and an anisotropic dry etching method is used with the resist pattern formed thereby as a mask. Etching is performed in a direction perpendicular to the first film 22a. Thereafter, the resist pattern is removed using, for example, an oxygen ashing method and sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning. Thereby, the first film 22a is divided into a plurality of portions. Note that the first film 22a in the etching region may remain thin enough that the surface of the silicon substrate 21 is not exposed.
  • a sidewall forming film 25a is formed on the surface of the silicon substrate 21 so as to cover the patterned first film 22a.
  • the sidewall formation film 25a is also finally removed by etching. Therefore, the sidewall formation film 25a is the same as the first films 22a and 22b.
  • a material film composed of the same kind of element component, for example, a silicon oxide film is used.
  • As a method for forming the side-forming film 25a it is most desirable to use a low pressure CVD method because of good coverage that allows the film to be formed on the pattern side wall with the same film thickness as the flat part.
  • a sidewall forming film 25b made of a silicon oxide film is also formed on the first film 22b on the back side of the substrate.
  • each portion of the patterned first film 22a is obtained by performing etch back on the entire surface of the sidewall forming film 25a on the substrate surface side.
  • a side wall 26 is formed on the side wall of.
  • a second film 23 a is formed on the surface of the silicon substrate 21 so as to cover the patterned first film 22 a and sidewalls 26.
  • the second film 23a is the same type as the first films 22a and 22b.
  • a material film composed of elemental components such as a silicon oxide film is used.
  • the second film 23a made of the silicon oxide film is formed by using, for example, the reduced pressure CVD method, the silicon oxide film is also formed on the sidewall forming film 25b on the back surface side of the substrate.
  • a second film 23b made of is formed.
  • the second film 23a after film formation (that is, the second film 23a covering the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface caused by the patterned first film 22a and the side wall 26 is covered with the second film 23a.
  • the shape of the film 23a) determines the shape of the hinge structure of the vibration film to be finally formed. Therefore, as a method of forming the second film 23a, the same film as the flat part is formed on the pattern side wall. It is most desirable to use the low pressure CVD method because of the good coverage that allows film formation at a thickness.
  • the vibration film 24 is formed on the second film 23a.
  • the vibration film 24 is formed on the hinge pattern covered with the second film 23a, the vibration film 24 is bent. That is, the vibration film 24 is formed between the high-position side flat portion formed on each part of the patterned first film 22a and the low part formed on each part of the patterned first film 22a.
  • a position-side flat portion, and a connection portion that connects the high-position side flat portion and the low-position side flat portion, and an upper corner portion of the hinge is interposed between the high-position side flat portion and the connection portion.
  • a hinge lower corner portion is interposed between the low position side flat portion and the connection portion.
  • a single layer film of a polysilicon film, a single layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film is formed of a polysilicon film or a silicon nitride film.
  • a laminated film sandwiched between at least one of them (for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polysilicon film having a four-layer structure) is used depending on the intended use.
  • a method for forming the vibration film 24 it is most preferable to use a low pressure CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • the silicon substrate 21, the first film 22b, the sidewall formation film 25b, and the second film 23b are partially removed. Specifically, after applying a photoresist on the second film 23b on the back side of the silicon substrate 21 and performing exposure and development, a resist pattern (not shown) is formed, and then the resist pattern is applied. As a mask, the second film 23b, the side wall forming film 25b, and the first film 22b on the back side of the substrate are sequentially patterned. Further, a predetermined portion of the silicon substrate 21 is removed from the back surface side by etching using the patterned second film 23b, side wall forming film 25b and first film 22b on the back surface side of the substrate as a mask.
  • a through hole is formed in the silicon substrate 21.
  • a dry etching method or an alkali wet etching method can be used.
  • a silicon substrate 21 having a (100) plane orientation is used, and a concentration of 3 to 30% by mass such as KOH or TMAH heated to a temperature of about 70 to 90 ° C is used.
  • KOH or TMAH TMAH heated to a temperature of about 70 to 90 ° C
  • the selection ratio between the second film 23b serving as a mask, the sidewall formation film 25b, and the first film 22b is not large (in the case of the silicon oxide film selection ratio).
  • etching can be performed in a direction perpendicular to the silicon substrate 21.
  • the selection ratio between the second film 23b, the side wall forming film 25b, and the first film 22b serving as a mask can be increased (vs. silicon).
  • the etching surface pattern sidewall surface
  • the etching surface is inclined (inclination angle of about 54 to 56 °).
  • the first film 22a, the side wall 26, and the second film 23a in the region exposed in the through hole of the silicon substrate 21 are removed by etching.
  • a vibrating membrane (vibrating membrane with a hinge structure) 24 in which both ends are held by the silicon substrate 21 and the central portion is floated in the air is formed on the substrate surface side.
  • an aqueous hydrofluoric acid solution is used as an etchant.
  • the first film 22a, the sidewall 26, and the second film 23a can be easily removed by the wet etching used.
  • the second film 23a and the vibration film 24 are sequentially formed so as to cover the unevenness (hinge pattern) of the substrate surface generated by the notched first film 22a. Therefore, the curvature (round amount) of the upper corner portion of the hinge of the vibration film 24 can be made larger than the curvature of the upper corner portion of the second film 23a serving as the base. That is, after the upper corner of the hinge pattern is rounded by the second film 23a, the vibration film 24 is formed on the second film 23a. It can be surely rounded.
  • the bending angle of the upper corner of the hinge pattern can be made larger than 90 degrees, in other words, the upper corner of the hinge pattern can be made obtuse,
  • the hinge of the diaphragm 24 formed on the hinge pattern The upper corner can also be blunted. Therefore, the upper corner portion of the hinge of the vibration film 24 can be easily rounded and obtuse.
  • the round shape (round amount) of the upper corner of the vibration film 24 can be easily controlled by controlling the film thickness of the second film 23a, and the film of the side wall forming film 25a that becomes the side wall 26 is provided. By controlling the thickness, the bending angle of the upper corner of the hinge of the diaphragm 24 can be easily controlled.
  • the stress concentration at the upper corner of the hinge can be dispersed, so the resistance of the diaphragm 24 to film breakage Can be improved.
  • all the upper corners of the hinge of the diaphragm 24 are rounded and obtuse. Instead, only the upper corner of the hinge of the diaphragm 24 is rounded. It may be made blunt and obtuse.
  • FIGS. 5A to 5H are cross-sectional views showing respective steps of the method for forming a diaphragm structure according to the third embodiment.
  • a first film 32 a is formed on the surface of the silicon substrate 31.
  • the film thickness of the first film 32a is a parameter that determines the height of the hinge structure of the vibration film to be finally formed, a film thickness of about lOOnm or more is desirable. Further, since the first film 32a is finally removed by etching, a silicon oxide film is desirable.
  • the silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method or a plasma CVD method. When the thermal oxidation method or the low pressure CVD method is used, the silicon oxide film is formed not only on the surface of the silicon substrate but also on the back surface of the silicon substrate.
  • the first film 32a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method. Therefore, the first film 32b made of a silicon oxide film is also formed on the back surface of the silicon substrate 31. It is formed.
  • the first film 32a formed on the surface of the silicon substrate 31 is divided into a plurality of portions by, for example, lithography and etching. Specifically, after applying a photoresist on the first film 32a, patterning is performed by exposure and development, and the first pattern is formed using an anisotropic dry etching method using the resist pattern formed thereby as a mask. Etching is performed in a direction perpendicular to the film 32a. Thereafter, the resist pattern is removed using, for example, an oxygen ashing method and sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning. Thereby, the first film 32a is divided into a plurality of portions. Note that the first film 32a in the etching region may remain thin enough that the surface of the silicon substrate 31 is not exposed.
  • a second film 33a is formed on the surface of the silicon substrate 31 so as to cover the patterned first film 32a.
  • the second film 33a is also finally removed by etching. Therefore, the second film 33a is the same as the first films 32a and 32b.
  • a material film that also has the same elemental component force such as a silicon oxide film, is used.
  • the second film 33a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method, the silicon oxide film is also formed on the first film 32b on the back surface side of the substrate.
  • a second film 23b is formed.
  • the second film 33a after film formation (that is, the first film patterned)
  • the shape of the second film 33a) covering the film 32a determines the shape of the hinge structure of the vibration film to be finally formed. Therefore, as a method for forming the second film 33a, it is most desirable to use a low-pressure CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • a sidewall formation film 35 is formed on the second film 33a.
  • the sidewall formation film 35 in order to leave a part of the sidewall formation film 35 as a sidewall to be described later, the sidewall formation film 35 includes the first films 32a and 32b, the second films 33a and 33b, and the like.
  • a material film that also has different elemental component forces for example, a silicon nitride film, a polysilicon film, or a material film that also has the same kind of elemental component force as the vibration film 34.
  • a sidewall forming film 35 it is most desirable to use a low pressure CVD method with good coverage which can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • a sidewall forming film is also formed on the second film 33b on the back side of the substrate.
  • the patterned first film 32a is etched back by performing etch back on the entire surface of the side wall forming film 35 on the substrate surface side.
  • a side wall 36 is formed on the side wall of each part via the second film 33a.
  • the vibration film 34 is formed on the second film 33 a and the sidewalls 36.
  • the vibration film 34 is formed on the hinge pattern covered with the second film 33a and the sidewalls 36, the vibration film 34 is bent. That is, the vibration film 34 is formed between the high-position side flat portion formed on each part of the patterned first film 32a and each part of the patterned first film 32a.
  • a hinge lower corner portion is interposed between the low-position side flat portion and the connection portion.
  • a single layer film of a polysilicon film, a single layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film is formed of at least a polysilicon film or a silicon nitride film.
  • a laminated film sandwiched between them (for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polysilicon film having a four-layer structure) is used depending on the intended use.
  • the vibrating membrane 3 As the formation method of 4, it is most desirable to use a low pressure CVD method because it has good force bargeability that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat part.
  • the silicon substrate 31, the first film 32b, and the second film 33b are partially removed. Specifically, a photoresist pattern is applied on the second film 33b on the back surface side of the silicon substrate 31 and exposed and developed to form a resist pattern (not shown), and then the substrate is used with the resist pattern as a mask. The second film 33b and the first film 32b on the back side are sequentially patterned. Further, by using the second film 33b and the first film 32b on the back surface side of the patterned substrate as a mask, a predetermined portion of the silicon substrate 31 is removed by etching from the back surface side, thereby forming a through hole in the silicon substrate 31. Form.
  • etching the silicon substrate 31 a dry etching method or an alkaline wet etching method can be used.
  • a silicon substrate 31 having a (100) plane orientation is used, and the concentration is 3 to 30 mass when heated to a temperature of about 70 to 90 ° C. / ( ⁇
  • an alkaline aqueous solution such as ⁇ ⁇ or TMAH, anisotropic silicon wet etching is performed on the substrate while leaving the (111) plane orientation of silicon on the etched surface.
  • the selection ratio between the second film 33b and the first film 32b used as a mask is not so large (in the case of the silicon oxide film selection ratio, it can only be increased to about 100). Etching can be performed in a direction perpendicular to the silicon substrate 31. Conversely, when the above-described wet etching method is used, the selection ratio between the second film 33b and the first film 32b serving as a mask is changed. It can be increased (it can be increased to several thousand in the case of silicon oxide film selection ratio), but when the silicon substrate 31 is etched, the etching surface (pattern side wall surface) is inclined (inclined). As described above, there are differences in etching characteristics depending on whether the dry etching method or the alkaline wet etching method is used for etching the silicon substrate 31. Select and use the most suitable etching method in consideration of the characteristics of
  • the first film 32a and the second film 33a in the region exposed in the through hole of the silicon substrate 31 are removed by etching.
  • the sidewall 36 remains outside the lower corner portion of the hinge of the vibration film 34.
  • the connection part of the diaphragm 34 is It has a dowol structure.
  • a vibration film (vibration film with a hinge structure) 34 in which both ends are held by the silicon substrate 31 and the central portion is floated in the air is formed on the substrate surface side.
  • the first film 32a and the second film 33a are formed by wet etching using a hydrofluoric acid aqueous solution as an etchant.
  • the film 33a can be easily removed.
  • the second film 33a and the vibration film 34 are sequentially formed so as to cover the unevenness (hinge pattern) of the substrate surface generated by the notched first film 32a. Therefore, the curvature (round amount) of the upper corner portion of the hinge 34 of the vibration film 34 can be made larger than the curvature of the upper corner portion of the second film 33 a serving as the base. That is, after the upper corner of the hinge pattern is rounded by the second film 33a, the vibration film 34 is formed on the second film 33a. It can be surely rounded.
  • the side wall 36 is provided on the side wall of the hinge pattern via the second film 33a, so that the bending angle of the upper corner of the hinge pattern is made larger than 90 degrees.
  • the upper corner of the hinge pattern can be obtuse
  • the upper corner of the hinge of the diaphragm 34 formed on the hinge pattern can also be obtuse. Therefore, the upper corner portion of the hinge of the vibration film 34 can be easily rounded and obtuse.
  • the round shape (round amount) of the upper corner of the hinge of the vibration film 34 can be easily controlled by controlling the film thickness of the second film 33a, and the side By controlling the film thickness of the side wall forming film 35 that becomes the rod 36, the bending angle of the upper corner of the vibration film 34 can be easily controlled. Furthermore, since the upper corner of the hinge of the diaphragm 34 is rounded and obtuse, the stress concentration at the upper corner of the hinge can be dispersed. It is possible to improve resistance to
  • the sidewall 36 can finally remain outside the hinge lower corner portion of the vibration film 34. Therefore, the film thickness of the hinge lower corner portion including the sidewall 36 can be changed. It can be made larger than the part (for example, flat part). For this reason, the lower corner of the hinge can be reinforced by a simple method to improve its stress limit. Resistance to tearing can be improved.
  • the hinge lower angle is controlled by controlling the film thickness of the sidewall forming film 35. It is possible to control the amount of reinforcement of the part.
  • all the upper corners of the hinges of the diaphragm 34 are rounded and obtuse, but instead, only specific upper corners of the hinges of the diaphragm 34 are replaced. It may be rounded and obtuse.
  • 6 (a) to 6 (h) are cross-sectional views showing respective steps of the method for forming a diaphragm structure according to the fourth embodiment.
  • a first film 42 a is formed on the surface of the silicon substrate 41.
  • the film thickness of the first film 42a is a parameter that determines the height of the hinge structure of the vibration film to be finally formed, a film thickness of about lOOnm or more is desirable. Further, since the first film 42a is finally removed by etching, a silicon oxide film is desirable.
  • the silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method or a plasma CVD method. When the thermal oxidation method or the low pressure CVD method is used, the silicon oxide film is formed not only on the surface of the silicon substrate but also on the back surface of the silicon substrate.
  • the first film 42a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method. Therefore, the first film 42b made of a silicon oxide film is also formed on the back surface of the silicon substrate 41. It is formed.
  • the first film 42a formed on the surface of the silicon substrate 41 is divided into a plurality of portions by, for example, lithography and etching. Specifically, after applying a photoresist on the first film 42a, patterning is performed by exposure and development, and an anisotropic dry etching method is used with the resist pattern formed thereby as a mask. Etching is performed in a direction perpendicular to the first film 42a. Thereafter, the resist pattern is removed using, for example, an oxygen ashing method and sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning. Thereby, the first film 42a is divided into a plurality of portions. It should be noted that the first film 42a in the etching region may remain thin enough that the surface of the silicon substrate 41 is not exposed.
  • a second film 43a is formed on the surface of the silicon substrate 41 so as to cover the patterned first film 42a.
  • the second film 43a is also finally removed by etching. Therefore, the second film 43a includes the first films 42a and 42b.
  • a material film composed of the same kind of element component film, for example, a silicon oxide film is used.
  • the second film 43a made of a silicon oxide film is formed using, for example, a low pressure CVD method, the silicon oxide film is also formed on the first film 42b on the back surface side of the substrate.
  • a second film 43b is formed.
  • the shape of the second film 43a after film formation (that is, the second film 43a covering the patterned first film 42a) is the vibration formed finally. Determine the shape of the hinge structure of the membrane. Therefore, as a method for forming the second film 43a, it is most desirable to use a low-pressure CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • the vibration film 44 is formed on the second film 43a.
  • the vibration film 44 is formed on the hinge pattern covered with the second film 43a, the vibration film 44 is bent.
  • the vibration film 44 is formed between the high-position side flat portion formed on each part of the patterned first film 42a and the low part formed between each part of the patterned first film 42a.
  • a hinge lower corner portion is interposed between the low position side flat portion and the connection portion.
  • a single-layer film of a polysilicon film, a single-layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film is at least a polysilicon film or a silicon nitride film.
  • a laminated film sandwiched between the two (for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polysilicon film having a four-layer structure) is used depending on the intended use.
  • the pattern side wall is also flat. It is most desirable to use a low pressure CVD method with good coverage that allows film formation with the same film thickness as the carrier part.
  • a sidewall forming film 45 is formed on the vibration film 44.
  • the sidewall formation film 45 includes the first films 42a and 42b, the second film 43a and 43b is a material film composed of a different kind of element component, for example, a silicon nitride film, a polysilicon film, or a material film composed of the same kind of element component force as the vibration film 44.
  • a method for forming the sidewall forming film 45 it is most desirable to use a low pressure CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion. In this case, a sidewall forming film is also formed on the second film 43b on the back side of the substrate.
  • the patterned first film 42a is etched back by performing etch back on the entire surface of the side wall forming film 45 on the substrate surface side.
  • a side wall 46 is formed on the side wall of each part via the second film 43 a and the vibration film 44.
  • the silicon substrate 41, the first film 42b, and the second film 43b are partially removed. Specifically, a photoresist pattern is applied to the second film 43b on the back surface side of the silicon substrate 41, and a resist pattern (not shown) is formed by performing exposure and development, and then the substrate is formed using the resist pattern as a mask.
  • the second film 43b and the first film 42b on the back side are sequentially patterned. Further, by removing a predetermined portion of the silicon substrate 41 from the back side by etching using the patterned second film 43b and first film 42b on the back side of the substrate as a mask, through holes are formed in the silicon substrate 41. Form.
  • a dry etching method or an alkaline wet etching method can be used.
  • a silicon substrate 41 with a (100) plane orientation is used, heated to a temperature of about 70 to 90 ° C, with a concentration of 3 to 30% by mass, such as KOH or TMAH.
  • KOH or TMAH concentration of 3 to 30% by mass
  • anisotropic silicon wet etching is performed on the substrate while leaving the (111) plane orientation of silicon on the etched surface.
  • the dry etching method is used, the selection ratio between the second film 43b and the first film 42b to be a mask is not large (selection of the silicon oxide film).
  • the ratio it can be increased only up to about 100
  • the force can be etched in the direction perpendicular to the silicon substrate 41
  • the selection ratio between the second film 43b and the first film 42b serving as a mask can be increased (in the case of the silicon oxide film selection ratio).
  • the etching surface pattern side wall surface
  • the optimum etching method is selected in consideration of these characteristics.
  • the first film 42a and the second film 43a in the region exposed in the through hole of the silicon substrate 41 are removed by etching.
  • the sidewall 46 remains inside the hinge lower corner of the vibration film 44.
  • the connecting portion of the vibration film 44 has a side wall structure.
  • the first film 42a and the second film 43a are formed by wet etching using a hydrofluoric acid aqueous solution as an etching solution.
  • the film 43a can be easily removed.
  • the second film 43a and the vibration film 44 are sequentially formed so as to cover the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface generated by the notched first film 42a. Therefore, the curvature (round amount) of the upper corner portion of the hinge of the vibration film 44 can be made larger than the curvature of the upper corner portion of the second film 43 3 as the base. That is, after the upper corner of the hinge pattern is rounded by the second film 43a, the vibration film 44 is formed on the second film 43a. It can be surely rounded. Further, the round shape (round amount) of the upper corner portion of the vibration film 44 can be easily controlled by controlling the film thickness of the second film 43a. Furthermore, since the upper corner of the hinge of the diaphragm 44 is rounded, the stress concentration at the upper corner of the hinge can be dispersed, so the resistance of the diaphragm 44 to film breakage can be improved. .
  • the sidewalls are formed inside the hinge lower corners of the diaphragm 44. Since 46 can finally remain, the film thickness of the lower corner portion of the hinge including the sidewall 46 can be made larger than that of other portions (for example, flat portions). For this reason, the lower corner portion of the hinge can be reinforced by an easy method to improve the stress limit, and thus the resistance of the vibrating membrane 44 to film breakage can be improved.
  • the hinge lower angle is controlled by controlling the thickness of the sidewall forming film 45. It is possible to control the amount of reinforcement of the part.
  • the force obtained by rounding all the upper corners of the hinge of the diaphragm 44 may be replaced by rounding only the upper corner of the hinge of the diaphragm 44 instead. Good.
  • FIGS. 7A to 7G are cross-sectional views showing respective steps of the method for forming a vibrating membrane structure according to the fifth embodiment.
  • a first film 52 a is formed on the surface of the silicon substrate 51.
  • the film thickness of the first film 52a is a parameter that determines the height of the hinge structure of the vibration film to be finally formed, a film thickness of about lOOnm or more is desirable. Further, since the first film 52a is finally removed by etching, a silicon oxide film is desirable.
  • the silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method or a plasma CVD method. When the thermal oxidation method or the low pressure CVD method is used, the silicon oxide film is formed not only on the surface of the silicon substrate but also on the back surface of the silicon substrate. In the present embodiment, since the first film 52a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method, the first film 52b made of a silicon oxide film is also formed on the back surface of the silicon substrate 51. It is formed.
  • the first film 52a formed on the surface of the silicon substrate 51 is divided into a plurality of portions by, for example, lithography and etching. Specifically, the first After applying a photoresist on the film 52a, patterning is performed by exposure and development, and the resist pattern formed thereby is used as a mask to perform vertical etching with respect to the first film 52a. Etching is performed. Thereafter, the resist pattern is removed using, for example, an oxygen ashing method and sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning. Thereby, the first film 52a is divided into a plurality of portions. Note that the first film 52a in the etching region may remain thin enough that the surface of the silicon substrate 51 is not exposed.
  • a second film 53 a is formed on the surface of the silicon substrate 51 so as to cover the patterned first film 52 a.
  • the second film 53a since the second film 53a is finally removed by etching as well as the first films 52a and 52b, the second film 53a includes the first films 52a and 52b.
  • the second film 53a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method, the silicon oxide film is also formed on the first film 52b on the back side of the substrate.
  • a second film 53b is formed.
  • the second film 53a is caused to flow by heat treatment to be described later, for example, at least one of boron and phosphorus as impurities is added to the second film 53a made of, for example, a silicon oxide film. Doping within a concentration range of ⁇ 7 wt%.
  • the second film 53a is caused to flow (flow) by performing heat treatment at a high temperature of, for example, 600 ° C. or higher.
  • the second film 53a doped with impurities such as boron and phosphorus can be flowed at a lower temperature as the impurity concentration is increased, and the fluidity when heat-treated is improved. Therefore, the bending angle and round amount of the hinge corner portion, the inclination amount of the hinge pattern side wall, and the like can be controlled by the impurity concentration of the second film 53a or the heating temperature.
  • the vibration film 54 is formed on the flowed second film 53a.
  • the vibration film 54 is formed on the hinge pattern covered with the second film 53a, the vibration film 54 is bent. That is, the vibration film 54 is formed between the high-position side flat part formed on each part of the patterned first film 52a and each part of the patterned first film 52a. A low-position side flat portion, and a connection portion that connects the high-position side flat portion and the low-position side flat portion, between the high-position side flat portion and the connection portion. The upper corner portion of the hinge is interposed between the lower flat portion and the connecting portion.
  • the second film 53a covering the hinge pattern is allowed to flow, not only the upper and lower corners of the hinge are rounded and obtuse, but also the high position side flat portion and the low position side.
  • a single layer film of a polysilicon film, a single layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film is formed of a polysilicon film or a silicon nitride film.
  • a laminated film sandwiched between at least one of them (for example, a silicon nitride film Z silicon oxide film Z silicon nitride film Z polysilicon film laminated film) is used depending on the intended use.
  • the vibration film 54 As a method for forming the vibration film 54, it is most desirable to use a low pressure CVD method because the pattern sidewall can be formed with the same film thickness as that of the flat portion and the coverage is good.
  • the silicon substrate 51, the first film 52b, and the second film 53b are partially removed. Specifically, a photoresist pattern is applied on the second film 53b on the back side of the silicon substrate 51, and a resist pattern (not shown) is formed by performing exposure and development, and then the substrate is formed using the resist pattern as a mask.
  • the second film 53b and the first film 52b on the back side are sequentially patterned.
  • a predetermined portion of the silicon substrate 51 is removed by etching on the back surface side, so that a through-hole is formed in the silicon substrate 51.
  • a dry etching method or an alkaline wet etching method can be used for etching the silicon substrate 51.
  • a silicon substrate 51 of (100) orientation is used, heated to a temperature of about 70 to 90 ° C, and a concentration of 3 to 30% KOH, TMAH, etc.
  • anisotropic silicon wet etching is performed on the substrate while leaving the (111) plane orientation of silicon on the etched surface.
  • the selection ratio between the second film 53b and the first film 52b to be a mask is not large (in the case of the silicon oxide film selection ratio, it can only be increased to about 100).
  • Force Etching can be performed in a direction perpendicular to the silicon substrate 51.
  • the selection ratio between the second film 53b and the first film 52b serving as a mask can be increased (in the case of the silicon oxide film selection ratio).
  • the silicon substrate 51 can be When etching, the etching surface (pattern side wall surface) is inclined (inclination angle of about 54 to 56 °). As described above, there are differences in etching characteristics depending on whether the dry etching method or the alkaline wet etching method is used for etching the silicon substrate 51, so the optimum etching method is selected in consideration of these characteristics. To use
  • the first film 52a and the second film 53a in the region exposed in the through hole of the silicon substrate 51 are removed by etching.
  • a vibration film (vibration film with a hinge structure) 54 having both ends held by the silicon substrate 51 and the central portion floating in the air is formed on the substrate surface side.
  • the first film 52a and the second film 52a are formed by wet etching using an aqueous hydrofluoric acid solution as an etchant.
  • the film 53a can be easily removed.
  • the upper and lower corners of the hinge pattern covered by the second film 53a after the flow can be rounded and the bending angle of each corner can be more than 90 degrees. Can be bigger.
  • the upper and lower corners of the hinge pattern can be rounded and obtuse.
  • the hinge upper corner and the hinge lower corner of the vibration film 54 formed on the hinge pattern can also be rounded and obtuse.
  • the upper and lower hinges of the vibrating membrane 54 can be easily rounded and blunted, and the heat treatment temperature and the second membrane for causing the second membrane 53a to flow.
  • the impurity concentration of 53a it is possible to easily control the bending angles of the hinge upper corner portion and the hinge lower corner portion of the vibration film 54.
  • the temperature of the heat treatment for flowing the second film 53a is 600 ° C or higher.
  • the film 53a is preferably a silicon oxide film doped with at least one of boron and phosphorus.
  • FIGS. 8A to 8F are sectional views showing respective steps of the method for forming a diaphragm structure according to the sixth embodiment.
  • a first film 62 a is formed on the surface of the silicon substrate 61.
  • the film thickness of the first film 62a is a parameter that determines the height of the hinge structure of the vibration film to be finally formed, a film thickness of about lOOnm or more is desirable. Further, since the first film 62a is finally removed by etching, a silicon oxide film is desirable.
  • the silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method or a plasma CVD method. When the thermal oxidation method or the low pressure CVD method is used, the silicon oxide film is formed not only on the surface of the silicon substrate but also on the back surface of the silicon substrate.
  • the first film 62a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method, the first film 62b made of a silicon oxide film is also formed on the back surface of the silicon substrate 61. It is formed.
  • the first film 62a formed on the surface of the silicon substrate 61 is divided into a plurality of portions by, for example, lithography and etching. Specifically, after applying a photoresist on the first film 62a, patterning is performed by exposure and development, and the first film 62a is formed by wet etching using the resist pattern formed thereby as a mask. Etching isotropically. Thereafter, the resist pattern is removed using, for example, an oxygen ashing method and sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning. As a result, the first film 62a is divided into a plurality of portions.
  • an aqueous hydrofluoric acid solution can be used as the wet etching solution.
  • the wet etching method allows isotropic etching, but as a result, the first film 62a is also etched in the lateral direction (horizontal direction). It is necessary to determine the size of the resist pattern, that is, the mask size, taking into account the increase in the etching amount in the lateral direction.
  • the silicon substrate is covered so as to cover the patterned first film 62a.
  • a second film 63 a is formed on the surface of the plate 61.
  • the second film 63a is finally removed by etching in the same manner as the first films 62a and 62b. Therefore, the second film 63a includes the first films 62a and 62b.
  • a material film that also has the same elemental component force, such as a silicon oxide film, is used.
  • the second film 63a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method, the silicon oxide film is also formed on the first film 62b on the back surface side of the substrate.
  • a second film 63b is formed.
  • the second film 63a after film formation (that is, the second film 63a covering the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface caused by the patterned first film 62a)
  • the shape of the shape determines the shape of the hinge structure of the vibration film to be finally formed.
  • a method for forming the second film 63a it is most desirable to use a low pressure CVD method because it has good coverage and can be formed on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • the vibration film 64 is formed on the second film 63a.
  • the vibration film 64 is formed on the hinge pattern covered with the second film 63a, the vibration film 64 is bent. That is, the vibration film 64 is formed between the high-position side flat part formed on each part of the patterned first film 62a and the low part formed between each part of the patterned first film 62a.
  • a hinge lower corner portion is interposed between the low position side flat portion and the connection portion.
  • a single layer film of a polysilicon film, a single layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film is at least a polysilicon film or a silicon nitride film.
  • a laminated film sandwiched between the two (for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polysilicon film having a four-layer structure) is used depending on the intended use.
  • a method for forming the vibrating film 64 it is most desirable to use a low pressure CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • the silicon substrate 61, the first film 62b, and the second film 63b are partially removed. Specifically, a photoresist pattern is applied to the second film 63b on the back surface side of the silicon substrate 61, and exposure and development are performed. Then, the second film 63b and the first film 62b on the back side of the substrate are sequentially patterned using the resist pattern as a mask. Further, by removing a predetermined portion of the silicon substrate 61 from the back surface side by etching using the patterned second film 63b and first film 62b on the back surface side of the substrate as a mask, through holes are formed in the silicon substrate 61. Form.
  • a dry etching method or an alkaline wet etching method can be used for etching the silicon substrate 61.
  • concentration 3-30 wt 0/0 of KOH Ya heated to a temperature of about 70 to 90 ° C
  • anisotropic silicon wet etching is performed on the substrate while leaving the (111) plane orientation of silicon on the etched surface.
  • the selection ratio between the second film 63b and the first film 62b serving as a mask is not large (in the case of the silicon oxide film selection ratio, it can only be increased to about 100).
  • Force Etching can be performed in a direction perpendicular to the silicon substrate 61.
  • the selection ratio between the second film 63b and the first film 62b serving as a mask can be increased (in the case of the silicon oxide film selection ratio).
  • the silicon substrate 61 is etched, the etching surface (pattern side wall surface) is inclined (inclination angle of about 54 to 56 °). As described above, there are differences in etching characteristics depending on whether the dry etching method or the alkaline wet etching method is used for etching the silicon substrate 61. Therefore, the optimum etching method is selected in consideration of these characteristics.
  • the first film 62a and the second film 63a in the region exposed in the through hole of the silicon substrate 61 are removed by etching.
  • a vibrating membrane (vibrating membrane with a hinge structure) 64 is formed on the substrate surface side with both ends held by the silicon substrate 61 and the central portion floating in the air.
  • the first film 62a and the second film 62 are formed by wet etching using an aqueous hydrofluoric acid solution as an etching solution. The film 63a can be easily removed.
  • the second film 63a and the vibration film 64 are sequentially formed so as to cover the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface caused by the notched first film 62a. Therefore, the curvature (round amount) of the upper corner of the hinge of the vibration film 64 can be made larger than the curvature of the upper corner of the second film 63a serving as the base. That is, after rounding the upper corner of the hinge pattern with the second film 63a, the vibration film 64 is formed on the second film 63a. It can be surely rounded. Further, the round shape (round amount) of the upper corner portion of the vibration film 64 can be easily controlled by controlling the film thickness of the second film 63a.
  • the groove forming the hinge pattern is formed by isotropic etching of the first film 62a using the wet etching method, the side wall of the hinge pattern is formed. Since it can be rounded, the upper and lower corners of the vibrating membrane 64 formed on the hinge pattern can be rounded and blunted, and the vibration located on the side wall of the hinge pattern.
  • the connection part of the membrane 64 can be rounded. That is, the upper and lower corners of the hinge 64 of the diaphragm 64 can be easily rounded and obtuse. Further, by controlling the etching conditions, the bending angle and the round amount of the hinge upper corner portion and the hinge lower corner portion of the diaphragm 64 can be easily controlled.
  • the upper and lower corners of the hinge 64 and the lower corner of the diaphragm 64 are rounded and blunted. Since the stress concentration at can be dispersed, it is possible to improve the resistance of the vibrating membrane 64 to film breakage.
  • the removal of the first film 62a by etching may be stopped midway without being performed until the silicon substrate 61 is exposed.
  • the lower bottom portion of the hinge pattern can be rounded.
  • FIG. 9B in addition to the upper corner portion of the hinge 64, the lower corner portion of the hinge, and the connecting portion.
  • the entire hinge structure including the bottom of the vibrating membrane 64 can be rounded.
  • the round amount of the hinge structure can be controlled by the thickness of the first film 62a and the etching amount of the first film 62a.
  • all hinge upper corners and hinge lower corners of the diaphragm 64 are provided. However, instead of this, only a specific upper hinge corner and lower hinge corner of the diaphragm 64 may be rounded and obtuse.
  • FIGS. 10A to 10G are cross-sectional views showing respective steps of the method for forming a vibrating membrane structure according to the seventh embodiment.
  • a first film 72a is formed on the surface of the silicon substrate 71.
  • the silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method or a plasma CVD method.
  • the thermal oxidation method or the low pressure CVD method is used, the silicon oxide film is formed not only on the silicon substrate surface but also on the back surface of the silicon substrate.
  • the first film 72a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method. Therefore, the first film 72b made of a silicon oxide film is also formed on the back surface of the silicon substrate 71. Formed
  • the first film 72a formed on the surface of the silicon substrate 71 is divided into a plurality of portions by, for example, lithography and etching. Specifically, after applying a photoresist on the first film 72a, patterning is performed by exposure and development, and the resist film formed thereby is used as a mask to form the first film 72a using a dry etching method. Etching is performed vertically to the surface. Thereafter, the resist pattern is removed using, for example, an oxygen ashing method and sulfuric acid peroxy acid-hydrogen water cleaning. Thereby, the first film 72a is divided into a plurality of portions.
  • the patterned first film 72a is used as a mask, for example, by etching perpendicularly to the silicon substrate 71 by a dry etching method.
  • the silicon substrate 71 is removed by a predetermined depth.
  • the unevenness generated in the silicon substrate 71 by this etching becomes a hinge pattern.
  • a silicon oxide film 75 is formed on the exposed portion of the silicon substrate 71 by performing thermal oxidation on the silicon substrate 71.
  • the etching depth of the silicon substrate 71 determines the height of the hinge structure of the vibration film to be finally formed. Therefore, the silicon substrate 71 is removed by etching by a desired depth according to the height of the hinge structure to be formed.
  • a gas such as HBr or SF, that is, a gas that generates halogen-based etching species is used.
  • the thickness of the first film 72a is set in consideration of the selection ratio with respect to the first film 72a serving as a mask in dry etching using these gases.
  • a silicon oxide film can be used as the first film 72a.
  • a single layer film of silicon nitride film or a silicon oxide film can be used as the first film 72a.
  • a laminated film of a silicon film and a silicon nitride film may be used.
  • the silicon oxide film 75 is formed with a film thickness of 1 OOnm or more during the heat treatment.
  • a second film 73a is formed on the silicon oxide film 75 and on the first film 72a on the patterned silicon substrate 71.
  • the second film 73a is also finally removed by etching. Therefore, the second film 73a is the same type as the first films 72a and 72b.
  • a material film composed of elemental components such as a silicon oxide film is used.
  • the second film 73a made of the silicon oxide film is formed by using, for example, the reduced pressure CVD method, the silicon oxide film is also formed on the first film 72b on the back surface side of the substrate.
  • a second film 73b is formed.
  • the shape of the second film 73a after film formation (that is, the second film 73a covering the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface caused by patterning) is finally formed.
  • the shape of the hinge structure of the diaphragm to be formed is determined. For this reason, as a method for forming the second film 73a, it is most desirable to use a pressure-reduced CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • the vibration film 74 is formed on the second film 73a.
  • the vibration film 74 since the vibration film 74 is formed on the hinge pattern covered with the second film 73a, the vibration film 74 is bent. That is, the vibration film 74 includes a high position side flat portion formed on the substrate convex portion, a low position side flat portion formed on the bottom surface of the substrate concave portion, and the high position side flat portion. A connecting portion connecting the carrier portion and the low-position side flat portion, and a hinge upper corner portion is interposed between the high-position side flat portion and the connection portion, and the low-position side flat portion A hinge lower corner is interposed between the connecting portions.
  • a single layer film of a polysilicon film, a single layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film is formed of a polysilicon film or a silicon nitride film.
  • a laminated film sandwiched between at least one of them (for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polysilicon film having a four-layer structure) is used depending on the intended use.
  • a method for forming the vibration film 74 it is most desirable to use a low pressure CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat portion.
  • the silicon substrate 71, the first film 72b, and the second film 73b are partially removed. Specifically, a photoresist pattern is applied to the second film 73b on the back surface side of the silicon substrate 71, and a resist pattern (not shown) is formed by performing exposure and development, and then the substrate is formed using the resist pattern as a mask. The second film 73b and the first film 72b on the back side are sequentially patterned. Further, by removing a predetermined portion of the silicon substrate 71 from the back surface side by etching using the patterned second film 73b and first film 72b on the back surface side of the substrate as a mask, through holes are formed in the silicon substrate 71. Form.
  • a dry etching method or an alkaline wet etching method can be used.
  • a silicon substrate 71 having a (100) plane orientation is used, and the concentration is 3 to 30 mass when heated to a temperature of about 70 to 90 ° C. / ( ⁇
  • an alkaline aqueous solution such as ⁇ ⁇ or TMAH, anisotropic silicon wet etching is performed on the substrate while leaving the (111) plane orientation of silicon on the etched surface.
  • the selection ratio between the second film 73b and the first film 72b, which are masks is not large (can only be increased to about 100 in the case of the silicon oxide film selection ratio). Etching can be performed in a direction perpendicular to the silicon substrate 71. Conversely, when the above-described wet etching method is used, the selection ratio between the second film 73b and the first film 72b serving as a mask is changed. It can be increased (can be increased to several thousand in the case of silicon oxide film selection ratio), but when the silicon substrate 71 is etched, the etching surface (pattern side wall surface) is inclined (inclined). Degree 54 ⁇ 56 ° degree Degree) will occur. As described above, there are differences in etching characteristics depending on whether the dry etching method or the alkaline wet etching method is used for etching the silicon substrate 71. Therefore, the optimum etching method is selected in consideration of these characteristics. To use
  • the first film 72a and the second film 73a in the region exposed in the through hole of the silicon substrate 71 are removed by etching.
  • a vibration film (vibration film with a hinge structure) 74 having both ends held by the silicon substrate 71 and the central portion floating in the air is formed on the substrate surface side.
  • the first film 72a and the second film 73a are removed by wet etching using an aqueous hydrofluoric acid solution as an etching solution. Can be done easily.
  • the second film 73a and the vibration film 74 are sequentially formed so as to cover the unevenness (hinge pattern) on the substrate surface caused by notching, so that the vibration film
  • the curvature (round amount) of the upper hinge portion of 74 can be made larger than the curvature of the upper corner portion of the second film 73a as the base. That is, after the upper film corner of the hinge pattern is rounded by the second film 73a, the vibration film 74 is formed on the second film 73a. Can be made. Further, the round shape (round amount) of the upper corner portion of the vibration film 74 can be easily controlled by controlling the film thickness of the second film 73a.
  • the silicon oxide film 75 is formed on the sidewalls of the irregularities (hinge pattern) formed on the silicon substrate 71 by etching, due to the thermal acid, so that the hinge pattern Since both the upper corner portion and the lower corner portion can be rounded, the hinge upper corner portion and the hinge lower corner portion of the vibration film 74 formed on the hinge pattern can also be rounded. Further, depending on the etching conditions of the silicon substrate 71, the side wall of the hinge pattern can be inclined, whereby the upper corner and the lower corner of the vibration film 74 can be made obtuse. In other words, the upper and lower corners of the hinge 74 of the vibration film 74 can be easily rounded and obtuse.
  • the round shape (round amount) of the hinge upper corner portion and the hinge lower corner portion of the vibration film 74 can be easily controlled by the thermal acid amount of the silicon substrate 71.
  • the stress concentration at the upper corner and the lower corner of the hinge is distributed. Therefore, the resistance of the vibration film 74 to film breakage can be improved.
  • the temperature of the thermal oxidation is preferably 900 ° C or higher in order to reliably perform the thermal oxidation of the silicon substrate!
  • the force that rounds all the upper and lower corners of the hinge 74 of the diaphragm 74 instead, the specific upper corner and the lower hinge of the diaphragm 74. Only a part may be rounded.
  • a hinged MEMS diaphragm structure and a method for forming the same according to an eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • FIGS. 11A to 11G are cross-sectional views showing respective steps of the method for forming a diaphragm structure according to the eighth embodiment.
  • a first film 82a is formed on the surface of a silicon substrate 81.
  • the silicon substrate 81 a substrate having an exposed (100) plane orientation is used.
  • the silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method or a plasma CVD method.
  • the thermal oxidation method or the low pressure CVD method is used, the silicon oxide film is formed not only on the surface of the silicon substrate but also on the back surface of the silicon substrate.
  • the first film 82a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method. Therefore, the first film 82b made of a silicon oxide film is also formed on the back surface of the silicon substrate 81. It is formed.
  • the first film 82a formed on the surface of the silicon substrate 81 is divided into a plurality of portions by lithography and etching, for example. Specifically, after applying a photoresist on the first film 82a, patterning is performed by exposure and development, and the resist film formed thereby is used as a mask to form the first film 82a using a dry etching method. Etching is performed vertically to the surface. Thereafter, the resist pattern is removed using, for example, an oxygen ashing method and sulfuric acid peroxy acid-hydrogen water cleaning. Thereby, the first film 82a is divided into a plurality of portions. Next, as shown in FIG.
  • the silicon substrate 81 is etched by, for example, a wet etching method. Is removed at a predetermined depth and the side wall of the etching pattern is inclined (inclined more gently than the vertical. The concave and convex portions generated in the silicon substrate 81 by this etching become a hinge pattern. Here, the etching depth of the silicon substrate 81 is reduced. This is a parameter that determines the height of the hinge structure of the vibration film that is finally formed, so the silicon substrate 81 is removed by etching by a desired depth according to the height of the hinge structure to be formed.
  • an alkaline aqueous solution such as KOH or TMAH having a concentration of 3 to 30% by mass heated to a temperature of about 70 to 90 ° C.
  • the thickness of the first film 82a is set in consideration of the selection ratio with respect to the first film 82a used as a mask in wet etching using these etching solutions.
  • a silicon oxide film can be used as the first film 82a. However, if a sufficient selectivity cannot be ensured by this, a single layer film of silicon nitride film or a silicon oxide film can be used as the first film 82a.
  • a second film 83a is formed on the patterned silicon substrate 81 and the first film 82a.
  • the second film 83a is finally removed by etching similarly to the first films 82a and 82b, the second film 83a is of the same type as the first films 82a and 82b.
  • a material film having an elemental component force such as a silicon oxide film, is used.
  • the second film 83a made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a low pressure CVD method, the silicon oxide film is also formed on the first film 82b on the back side of the substrate.
  • a second film 83b is formed.
  • the shape of the second film 83a after film formation (that is, the second film 83a covering the substrate surface irregularities (hinge pattern) generated by patterning) is finally The shape of the hinge structure of the diaphragm to be formed is determined. Therefore, the method of forming the second film 83a is For this reason, it is most desirable to use a reduced-pressure CVD method with good coverage that can form a film on the pattern side wall with the same film thickness as the flat part.
  • the vibration film 84 is formed on the second film 83a.
  • the vibration film 84 since the vibration film 84 is formed on the hinge pattern covered with the second film 83a, the vibration film 84 is bent. That is, the vibration film 84 includes a high position side flat portion formed on the substrate convex portion, a low position side flat portion formed on the bottom surface of the substrate concave portion, the high position side flat portion, and the low position side.
  • a connecting portion that connects the flat portion, and a hinge upper corner portion is interposed between the high-position side flat portion and the connecting portion, and between the low-position side flat portion and the connecting portion. The lower corner of the hinge is interposed.
  • the connecting portion is provided in an oblique direction with respect to the high position side flat portion and the low position side flat portion.
  • a single-layer film of a polysilicon film, a single-layer film of a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film is formed of a polysilicon film or a silicon nitride film.
  • a laminated film sandwiched between at least one (for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polysilicon film having a four-layer structure) is used depending on the intended use.
  • a method for forming the vibration film 84 it is most desirable to use a low pressure CVD method because the film side wall can be formed with the same film thickness as the flat portion on the pattern side wall.
  • the silicon substrate 81, the first film 82b, and the second film 83b are partially removed. Specifically, a photoresist pattern is applied to the second film 83b on the back surface side of the silicon substrate 81, and a resist pattern (not shown) is formed by performing exposure and development, and then the substrate is formed using the resist pattern as a mask.
  • the second film 83b and the first film 82b on the back side are sequentially patterned. Further, by removing a predetermined portion of the silicon substrate 81 from the back surface side by etching using the patterned second film 83b and first film 82b on the back surface side of the substrate as a mask, through holes are formed in the silicon substrate 81. Form.
  • a dry etching method or an alkaline wet etching method can be used.
  • the concentration is 3 to 30 mass when heated to a temperature of about 70 to 90 ° C. / ( ⁇ or TMAH is immersed in an alkaline solution such as silicon substrate 81, leaving the (111) plane orientation of silicon on the etched surface anisotropic to the substrate. Silicon wet etching is performed.
  • the selection ratio between the second film 83b and the first film 82b serving as a mask is not large (in the case of the silicon oxide film selection ratio, only up to about 100).
  • the etching can be performed in a direction perpendicular to the silicon substrate 81.
  • the selection ratio between the second film 83b and the first film 82b serving as a mask can be increased (in the case of the silicon oxide film selection ratio).
  • the silicon substrate 81 is etched, the etching surface (pattern sidewall surface) is inclined (inclination angle of about 54 to 56 °). As described above, there are differences in etching characteristics depending on whether the dry etching method or the alkaline wet etching method is used for etching the silicon substrate 81, so the optimum etching method is selected in consideration of these characteristics.
  • the first film 82a and the second film 83a in the region exposed in the through hole of the silicon substrate 81 are removed by etching.
  • a vibration film (vibration film with a hinge structure) 84 having both ends held by the silicon substrate 81 and the center portion floating in the air is formed on the substrate surface side.
  • the first film 82a and the second film 83a are removed by wet etching using an aqueous hydrofluoric acid solution as an etchant. Can be done easily.
  • the vibration film 84 since the second film 83a and the vibration film 84 are sequentially formed so as to cover the concave and convex (hinge pattern) on the substrate surface caused by notching, the vibration film
  • the curvature (round amount) of the upper corner portion of the hinge of 84 can be made larger than the curvature of the upper corner portion of the second film 83a as the base. That is, after the upper film corner of the hinge pattern is rounded by the second film 83a, the vibration film 84 is formed on the second film 83a, so that the upper corner of the hinge of the vibration film 84 is surely rounded. Can be made. Further, the round shape (round amount) of the upper corner portion of the vibration film 84 can be easily controlled by controlling the film thickness of the second film 83a.
  • the side wall of the unevenness (hinge pattern) generated in the silicon substrate 81 by the etching is inclined (inclined more gently than in the vertical direction), so that it is formed on the hinge pattern. It is possible to obtuse the upper corner and lower corner of the hinge 84. wear. That is, the hinge upper corner and the hinge lower corner of the vibration film 84 can be easily obtuse. Further, the bending angle of the upper corner portion and the lower corner portion of the vibration film 84 can be easily controlled by controlling the etching conditions.
  • the upper and lower corners of the hinge 84 of the diaphragm 84 are rounded and obtuse, the stress at the upper and lower corners of the hinge is reduced. Since the concentration can be dispersed, it is possible to improve the resistance of the vibration film 84 to film breakage.
  • the silicon substrate 81 is a silicon substrate with the (100) plane orientation exposed, and in the silicon substrate etching, It is preferable to perform anisotropic etching by wet etching using an alkaline solution.
  • all upper hinge corners and lower hinge corners of the diaphragm 84 are rounded and obtuse, but instead, a specific hinge upper corner of the diaphragm 84 is used. Only the part and the lower corner of the hinge may be rounded and obtuse.
  • the embodiments of the present invention described above may be combined with each other.
  • the fourth embodiment can be used in combination with each of the second embodiment, the third embodiment, the fifth embodiment, the sixth embodiment, and the seventh embodiment. is there.
  • the eighth embodiment can be used in combination with each of the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment.
  • a hinge corner portion or a hinge corner reinforcement portion to be obtuse or rounded is different. Therefore, depending on the stress concentration location of the hinge structure during the process of forming the vibration membrane or during actual use as a sensor, an appropriate implementation is required to disperse or relieve the stress at the location or reinforce the location. Select a state and use it.
  • one electrode of the pair of electrodes has or is formed on the diaphragm structure according to each embodiment of the present invention. Can improve the resistance to vibration film breakage. Therefore, a highly reliable capacitor can be realized.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of an electret condenser microphone to which the diaphragm structure (the diaphragm having a hinge structure) of each embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG.
  • a base protective film 92 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate 91.
  • a through hole 98 is provided in the central portion (membrane region) of the silicon substrate 91 and the base protective film 92.
  • a vibration film (vibration film electrode) 93 is formed on the base protective film 92 so as to cover the membrane region.
  • a fixed film (fixed film electrode) 97 is provided above the vibration film electrode 93 so as to face the vibration film electrode 93.
  • an insulating film 95 and its protective film (surface protective film) 96 are provided in order to keep the distance between the vibrating membrane electrode 93 and the fixed membrane electrode 97 constant.
  • the air gap 99 is interposed between the vibrating membrane electrode 93 and the fixed membrane electrode 97.
  • the fixed membrane electrode 97 is provided with a plurality of sound holes 100 communicating with the air gap 99.
  • an electret film 94 is formed on a portion 93 a located near the center of the membrane region in the vibrating membrane electrode 93.
  • the portion 93b located in the periphery of the membrane region in the diaphragm electrode 93 has the diaphragm structure (the diaphragm having a hinge structure) of each embodiment of the present invention.
  • the vertical relationship between the vibrating membrane electrode 93 and the fixed membrane electrode 97 may be reversed.
  • the electret film 94 is disposed between the vibrating membrane electrode 93 and the fixed membrane electrode 97, so that it is not necessary to be disposed immediately above the vibrating membrane electrode 93.
  • the diaphragm structure and the method for forming the same according to the present invention are useful for realizing an ECM or the like that is small in size, high in performance, and excellent in productivity.

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Abstract

　振動膜（１４）はＭＥＭＳ技術を用いて形成されている。振動膜（１４）はヒンジ構造を有しており、振動膜（１４）のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のうちの少なくとも一方はラウンド化されている。

Description

明 細 書
MEMS振動膜構造及びその形成方法
技術分野
[0001] 本発明は、 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用した加速度セ ンサーや圧力センサー等に係わるものであり、特に、加速度変動や圧力変動等を検 知し振動する部位となる振動膜の構造及びその形成方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、シリコンなどの半導体を用いた LSI (large-scale integrated)回路製造分野で 使用される微細加工技術を利用して、 MEMSと呼ばれる技術分野が躍進しており、 この MEMS技術を利用することにより加速度センサーや圧力センサーなどの各種微 細部品が提案され商品化されている。
[0003] 加速度センサーや圧力センサーは、加速度変動や圧力変動を検知し振動する部 位となる振動膜を備えた構造を持つ。
[0004] 図 13 (a)〜 (e)は、従来の振動膜構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
[0005] まず、図 13 (a)に示すように、シリコン基板 201を用意した後、図 13 (b)に示すよう に、シリコン基板 201の表面上に振動膜 202aを形成する。シリコン基板 201としては 一般的に LSI製造で使用される (100)面方位を最表面に持つシリコン基板が使用さ れることが多い。また、振動膜 202aとしては、熱酸化方法又は CVD (chemical vapor d印 osition )法により形成されるシリコン酸ィ匕膜、シリコン窒化膜若しくはポリシリコン 膜などの薄膜 (単層膜)又はそれらの積層膜が使用される。熱酸化方法又は LP (low pressure)—CVD法を用いた場合、シリコン基板 201の表面上に振動膜 202aが形 成されると同時にシリコン基板 201の裏面にも振動膜 202bが形成される。
[0006] 次に、図 13 (c)に示すように、シリコン基板 201の裏面側にレジストを塗布し当該レ ジストをパターユングしてレジストパターン 203を形成した後、このレジストパターン 20 3をマスクとして振動膜 202bの所定部分をエッチングにより除去することによって、図 13 (d)に示すように、基板裏面側の振動膜 202bをパターユングし、その後、レジスト パターン 203を除去する。 [0007] 最後に、図 13 (e)に示すように、基板裏面側のパターユングされた振動膜 202bを マスクとして、シリコン基板 201の所定部分をエッチングにより除去することによって、 シリコン基板 201に貫通孔を形成する。これにより、両端をシリコン基板 201に保持さ れ且つ中央部分が空中に浮いた状態の振動膜 202aが基板表面側に形成される。 シリコン基板 201のエッチングには、 KOHなどのアルカリ性水溶液を用いると、エツ チング面に（111)面方位を残しながらシリコン基板 201の異方性エッチングを行うこ とがでさる。
[0008] このように形成された振動膜 202aが加速度変動又は圧力変動に応じて振動する ため、この振動膜 202aを一方の電極として用いる（又は振動膜 202a上に一方の電 極を設ける）と共に振動膜 202aに対向するように他方の電極を設けることによって、 振動膜 202aの振動の変位を容量変化又は電圧変化として検出することができる。す なわち、振動膜 202aを備えた加速度センサー又は圧力センサー等を構成すること ができる。
[0009] ところで、検知したい加速度変動や圧力変動のオーダーに応じて、振動膜が振動 する量 (振幅）を適切に制御する必要がある力 これを制御する方法として次の 3方法 が挙げられる。 1つ目は「振動膜の膜種や膜厚などの膜自体のパラメータを変えるこ とにより膜の柔らかさを変化させる方法」であるが、この方法においては振動膜の形 成プロセスによって膜種や膜厚などが制限されることが多いため、振動膜の振幅を自 由に変えることは難 、。 2つ目は「振動膜の 2次元 (XY)サイズを変える方法」である 1S この方法にぉ 、ても最終的な商品形態に応じてチップサイズが制限されるため、 振動膜の振幅を自由に変更することはできな 、。 3つ目は「振動膜を折り曲げること により振動膜にヒンジ構造を持たせる方法」である。この方法は、前述の 2方法のよう に振動膜の形成プロセスやチップサイズによる制限をあまり受けることなく使用するこ とができるため、有効な方法と考えられている。
[0010] 前述のヒンジ構造を有する振動膜は、例えば特許文献 1や特許文献 2に提案され ている。以下、その一例として、特許文献 1に開示されている従来の振動膜構造及び その形成方法について説明する。
[0011] 図 14 (a)〜 (g)は、特許文献 1に開示されて!、る従来の振動膜構造の形成方法の 各工程を示す断面図である。
[0012] まず、図 14 (a)に示すように、シリコン基板 301を用意した後、図 14 (b)に示すよう に、シリコン基板 301の表面上にシリコン酸ィ匕膜 302を形成する。次に、図 14 (c)に 示すように、シリコン酸ィ匕膜 302上にレジストを塗布しパターユングすることによってレ ジストパターン 303を形成する。
[0013] 次に、図 14 (d)〖こ示すように、 120〜140°Cの温度でポストべ一キングを行うことに よりレジストパターン 303のエッジ（上角部）を丸める。次に、図 14 (e)に示すように、 レジストパターン 303をマスクとしてシリコン酸化膜 302及びシリコン基板 301のそれ ぞれの所定部分をエッチングにより除去した後、レジストパターン 303を除去する。尚 、特許文献 1には詳細な記述はないが、この図 14 (e)に示すエッチングの際にシリコ ン酸ィ匕膜 302のエッジ (上角部）を丸めることが図示されている。すなわち、図 14 (e) に示すエッチングの間又は当該エッチング後にシリコン酸ィ匕膜 302のエッジ（上角部 )が丸められるものと考えられる。
[0014] 次に、図 14 (f)に示すように、パターユングされたシリコン酸ィ匕膜 302の上及びシリ コン基板 301の表面上に振動膜 304を形成する。ここで、パターユングされたシリコン 酸ィ匕膜 302によって基板表面に生じた凹凸を覆うように振動膜 304が形成されるた め、振動膜 304は折れ曲がることになる。
[0015] 次に、図 14 (g)に示すように、シリコン基板 301の裏面側にレジストパターン（図示 省略)を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして、裏面側カゝらシリコン基板 3 01の所定部分をエッチングにより除去し貫通孔を形成する。これにより、ヒンジ構造を 有する振動膜 304を形成することができる。
特許文献 1 :米国特許第 6168906号明細書
特許文献 2 :米国特許出願公開第 2002Z0118850号明細書
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] し力しながら、図 14 (a)〜 (g)に示した方法により形成したヒンジ構造を有する振動 膜においては、振動膜が直角に折れ曲がる角部が存在するため、振動膜の形成プ 口セスの途中又は振動膜をセンサーとして使用する際に、前記角部において応力集 中が生じる結果、当該角部力 振動膜が裂けて破れてしまうという問題点がある。
[0017] 尚、図 14 (a)〜(g)に示した従来の方法により得られた振動膜構造において、ヒン ジ上角部は見かけ上、丸められているように図示されている。しかし、実際には例え ば図 14 (g)のようにヒンジ上角部を丸めることは困難である。なぜならば、前記従来 技術においてヒンジ上角部の丸め具合は、図 14 (e)でのシリコンエッチング時に合わ せてエッチングされるレジストやシリコン酸ィ匕膜の形状、言い換えると、当該シリコンェ ツチング時における対レジスト選択比や対シリコン酸ィ匕膜選択比によって決定される ため、意図した通りに丸め具合を制御することはできないからである。
[0018] 前記に鑑み、本発明は、ヒンジ構造を有する振動膜においてヒンジ角部への応力 集中を防止して振動膜の信頼性を向上させることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0019] 前記の目的を達成するために、本願発明者は、振動膜のヒンジ角部を鈍角化し若 しくはラウンド化させた構造を採用することに加えて当該構造を形成するための工程 を制御して行うことにより、又はヒンジ角部を補強する構造を設けることにより、ヒンジ 角部での応力集中を分散させ、又はヒンジの応力限界 (膜破れが生じ始める応力の 大きさ）を向上させ、それによつて振動膜の膜破れ耐性を向上させるという発明を想 到した。
[0020] 具体的には、本発明に係る第 1の振動膜構造は、 MEMS技術を用いて形成された 振動膜を備えた構造であって、前記振動膜はヒンジ構造を有しており、前記振動膜 のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のうちの少なくとも一方は 90度よりも大きい角度で 折れ曲がつている。
[0021] 本発明の第 1の振動膜構造によると、振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のう ちの少なくとも一方を 90度よりも大きい角度で屈曲させて 、るため、当該ヒンジ角部 での応力集中を分散させることができるので、振動膜の膜破れに対する耐性を向上 させることがでさる。
[0022] 尚、本願において、ヒンジ上角部とは「振動膜が高位置力も低位置へ折れ曲がる箇 所」を意味し、ヒンジ下角部とは「振動膜が低位置力 高位置へ折れ曲がる箇所」を 意味する。 [0023] 本発明の第 1の振動膜構造において、前記振動膜は、高位置側平坦部と、低位置 側平坦部と、前記高位置側平坦部と前記低位置側平坦部とを接続する接続部とを 有し、前記接続部は、前記高位置側平坦部及び前記低位置側平坦部に対して斜め 方向に設けられて 、ることが好まし 、。
[0024] このようにすると、振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部の両方を鈍角化すること ができる。
[0025] 本発明に係る第 2の振動膜構造は、前記振動膜はヒンジ構造を有しており、前記振 動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のうちの少なくとも一方はラウンド化されている
[0026] 本発明の第 2の振動膜構造によると、振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のう ちの少なくとも一方をラウンド化させて 、るため、当該ヒンジ角部での応力集中を分散 させることができるので、振動膜の膜破れに対する耐性を向上させることができる。
[0027] 本発明の第 2の振動膜構造において、前記振動膜における前記ヒンジ上角部及び 前記ヒンジ下角部以外の他の部分もラウンド化されて！/、てもよ 、。
[0028] 本発明に係る第 3の振動膜構造は、前記振動膜はヒンジ構造を有しており、前記振 動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のうちの少なくとも一方は、他の部分よりも大き い膜厚を有する。
[0029] 本発明の第 3の振動膜構造によると、振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のう ちの少なくとも一方の膜厚を他の部分 (例えば平坦部）と比べて大きくしているため、 当該ヒンジ角部を補強してその応力限界を向上させることができるので、振動膜の膜 破れに対する耐性を向上させることができる。
[0030] 本発明の第 3の振動膜構造において、前記振動膜は、高位置側平坦部と、低位置 側平坦部と、前記高位置側平坦部と前記低位置側平坦部とを接続する接続部とを 有し、前記接続部はサイドウォール構造を有することが好ま 、。
[0031] このようにすると、ヒンジ角部の膜厚を他の部分と比べて簡単に大きくすることがで きる。
[0032] 本発明に係るコンデンサ一は、互いに対向する一対の電極を備えたコンデンサー であって、前記一対の電極の一方の電極が、本発明の第 1〜第 3のいずれかの振動 膜構造を有するか又は当該振動膜構造上に形成されている。
[0033] 本発明のコンデンサーによると、振動膜の膜破れに対する耐性を向上させることが できるので、高信頼性を有するコンデンサーを実現することができる。
[0034] 本発明に係るエレクトレットコンデンサーマイクロフォンは、互いに対向する一対の 電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトレットとを備えたエレクトレットコン デンサ一マイクロフォンであって、前記一対の電極の一方の電極が、本発明の第 1〜 第 3のいずれかの振動膜構造を有するか又は当該振動膜構造上に形成されている。
[0035] 本発明のエレクトレットコンデンサーマイクロフォンによると、振動膜の膜破れに対す る耐性を向上させることができるので、高信頼性を有するエレクトレットコンデンサー マイクロフォンを実現することができる。
[0036] 本発明に係る振動膜構造の製造方法は、 MEMS技術を用いて形成された振動膜 を備えた構造の形成方法であって、基板上に第 1の膜を形成する工程 (a)と、前記第 1の膜をパターユングする工程 (b)と、パターユングされた前記第 1の膜を覆うように 基板上に第 2の膜を形成する工程 (c)と、前記第 2の膜上に振動膜を形成する工程（ d)と、前記振動膜が形成されていない側から前記基板に貫通孔を形成する工程 (e) と、前記貫通孔に露出する領域の前記第 1の膜及び前記第 2の膜を除去する工程 (f )とを備えている。
[0037] 本発明の振動膜構造の製造方法によると、パターユングされた第 1の膜により生じ た基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜及び振動膜を順次形成する ため、振動膜のヒンジ上角部の曲率を下地となる第 2の膜の上角部の曲率よりもさら に大きくすることができる。言い換えると、第 2の膜によってヒンジパターンの上角部を ラウンド化させた後、第 2の膜の上に振動膜を形成するため、振動膜のヒンジ上角部 を確実にラウンド化させることができる。従って、振動膜のヒンジ上角部を簡単にラウ ンド化させることができると共に、第 2の膜の膜厚制御によって振動膜のヒンジ上角部 のラウンド形状を簡単に制御することができる。
[0038] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記第 1の膜及び前記第 2の膜は同 一の材料力 構成されて 、ることが好まし!/、。
[0039] このようにすると、工程 (f)における第 1の膜及び第 2の膜の除去を別々にではなく 同時に、つまり簡単に行うことができる。
[0040] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記第 1の膜及び前記第 2の膜は、前 記基板における前記振動膜が設けられない反対面上にも形成され、前記工程 (e)に おいて、前記反対面上に形成された前記第 1の膜及び前記第 2の膜をパターン化し 、当該パターン化された前記第 1の膜及び前記第 2の膜をマスクとして前記基板に対 してエッチングを行ってもょ 、。
[0041] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記第 1の膜及び前記第 2の膜はシリ コン酸ィ匕膜であり、前記工程 (f)において、フッ化水素酸を用いたエッチングにより前 記第 1の膜及び前記第 2の膜を除去してもよい。
[0042] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記振動膜は、ポリシリコン膜の単層 膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜との積層膜、又はシリコ ン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくはシリコン窒化膜の少なくとも一方によって挟み込ん でなる積層膜 (例えばシリコン窒化膜 Zシリコン酸ィ匕膜 Zシリコン窒化膜 Zポリシリコ ン膜の 4層構造の積層膜)であってもよ 、。
[0043] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記工程 (b)と前記工程 (c)との間に 、ノターニングされた前記第 1の膜の側壁にサイドウォールを形成する工程を備えて いるか又は前記工程 (c)と前記工程 (d)との間に、パター-ングされた前記第 1の膜 の側壁に前記第 2の膜を介してサイドウォールを形成する工程を備えていることが好 ましい。
[0044] このようにすると、パターユングされた前記第 1の膜の側壁つまりヒンジパターン側 壁にサイドウォールを設けることにより、ヒンジパターンの上角部の屈曲角度を 90度よ りも大きくすることができるので、言い換えると、ヒンジパターンの上角部を鈍角化でき るので、当該ヒンジパターン上に形成される振動膜のヒンジ上角部も鈍角化すること ができる。従って、振動膜のヒンジ上角部を簡単に鈍角化することができると共に、サ イドウォールとなる膜の膜厚制御によって振動膜のヒンジ上角部の屈曲角度を簡単 に制御することができる。尚、前記第 1の膜、前記第 2の膜及び前記サイドウォールは 同一の材料から構成され、前記工程 (f)において、前記第 1の膜及び前記第 2の膜と 共に前記サイドウォールを除去すると、工程 (f)における第 1の膜、第 2の膜及びサイ ドウオールの除去を別々にではなく同時に、つまり簡単に行うことができる。
[0045] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記工程 (c)と前記工程 (d)との間に 、ノターニングされた前記第 1の膜の側壁に前記第 2の膜を介してサイドウォールを 形成する工程を備え、前記サイドウォールは前記第 1の膜及び前記第 2の膜とは異な る材料から構成され、前記工程 (f)において、前記サイドウォールを残存させることが 好ましい。
[0046] このようにすると、パターユングされた前記第 1の膜の側壁つまりヒンジパターン側 壁にサイドウォールを設けることにより、ヒンジパターンの上角部の屈曲角度を 90度よ りも大きくすることができるので、言い換えると、ヒンジパターンの上角部を鈍角化でき るので、当該ヒンジパターン上に形成される振動膜のヒンジ上角部も鈍角化すること ができる。従って、振動膜のヒンジ上角部を簡単に鈍角化することができると共に、サ イドウォールとなる膜の膜厚制御によって振動膜のヒンジ上角部の屈曲角度を簡単 に制御することができる。また、振動膜のヒンジ下角部の外側にサイドウォールを最終 的に残存させることができるため、ヒンジ下角部の膜厚を他の部分 (例えば平坦部）と 比べて大きくできる。このため、ヒンジ下角部を簡易な方法により補強してその応力限 界を向上させることができるので、振動膜の膜破れに対する耐性を向上させることが できる。尚、前記サイドウォールはシリコン窒化膜又はポリシリコン膜であってもよい。
[0047] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記工程 (d)と前記工程 (e)との間に 、パター-ングされた前記第 1の膜の側壁に前記第 2の膜及び前記振動膜を介して サイドウォールを形成する工程を備え、前記サイドウォールは前記第 1の膜及び前記 第 2の膜とは異なる材料カゝら構成され、前記工程 (f)において、前記サイドウォールを 残存させることが好ましい。
[0048] このようにすると、振動膜のヒンジ下角部の内側にサイドウォールを最終的に残存さ せることができるため、ヒンジ下角部の膜厚を他の部分 (例えば平坦部）と比べて大き くできる。このため、ヒンジ下角部を簡易な方法により補強してその応力限界を向上さ せることができるので、振動膜の膜破れに対する耐性を向上させることができる。尚、 前記サイドウォールはシリコン窒化膜又はポリシリコン膜であってもよい。
[0049] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記工程 (c)と前記工程 (d)との間に 、熱処理により前記第 2の膜を流動させる工程をさらに備えていることが好ましい。
[0050] このようにすると、流動後の第 2の膜により覆われたヒンジパターンの上角部及び下 角部の屈曲角度を 90度よりも大きくすることができるので、言い換えると、ヒンジパタ 一ンの上角部及び下角部を鈍角化できるので、当該ヒンジパターン上に形成される 振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部も鈍角化することができる。すなわち、振動 膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を簡単に鈍角化することができると共に、第 2の 膜を流動させるための熱処理の温度を制御することによって振動膜のヒンジ上角部 及びヒンジ下角部の屈曲角度を簡単に制御することができる。尚、第 2の膜を確実に 流動させるためには、前記熱処理の温度は 600°C以上であり、前記第 2の膜は、ポロ ン及びリンの少なくとも一方をドーピングしたシリコン酸ィ匕膜であることが好ましい。
[0051] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記工程 (b)において、ウエットエッチ ング法を用いて前記第 1の膜を等方的にエッチングすることが好ましい。
[0052] このようにすると、ヒンジパターンを構成する溝穴をウエットエッチング法を用いて第 1の膜を等方的にエッチングすることにより形成するため、ヒンジパターンの側壁をラ ゥンド化させることができるので、当該ヒンジパターン上に形成される振動膜のヒンジ 上角部及びヒンジ下角部をラウンドィ匕させ且つ鈍角化することができる。すなわち、 振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を簡単にラウンド化させ且つ鈍角化すること ができる。また、エッチング条件を制御することによって振動膜のヒンジ上角部及びヒ ンジ下角部の屈曲角度及びラウンド量を簡単に制御することができる。尚、前記工程
(b)において、前記基板が露出しないようにエッチングを行ってもよい。このようにす ると、ヒンジパターンの下底部をラウンドィ匕させることができるので、振動膜の下底部 をラウンドィ匕させることができる。
[0053] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記基板はシリコン基板であり、前記 工程 (b)と前記工程 (c)との間に、パターユングされた前記第 1の膜をマスクとして、 前記シリコン基板を所定の深さだけエッチングにより除去した後、前記シリコン基板に 対して熱酸ィ匕を行う工程をさらに備えていることが好ましい。
[0054] このようにすると、エッチングによりシリコン基板に生じた凹凸（ヒンジパターン)の側 壁に熱酸化によってシリコン酸化膜が形成されるため、ヒンジパターンの上角部及び 下角部の両方をラウンド化させることができるので、当該ヒンジパターン上に形成され る振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部もラウンドィ匕させることができる。また、シリ コン基板のエッチング条件によっては、ヒンジパターン側壁に傾斜をつけることができ 、それにより振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を鈍角化することができる。すな わち、振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を簡単にラウンド化させ且つ鈍角化 することができる。尚、シリコン基板の熱酸ィ匕を確実に行うためには、前記熱酸化の 温度は 900°C以上であることが好まし!/、。
[0055] 本発明の振動膜構造の製造方法において、前記工程 (b)と前記工程 (c)との間に 、ノターニングされた前記第 1の膜をマスクとして、前記シリコン基板を所定の深さだ けエッチングにより除去すると共にエッチングパターン側壁に傾斜をつける工程をさ らに備えて 、ることが好ま 、。
[0056] このようにすると、エッチングによりシリコン基板に生じた凹凸（ヒンジパターン)の側 壁を傾斜させる（垂直よりも緩やかに傾ける）ため、当該ヒンジパターン上に形成され る振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を鈍角化することができる。すなわち、振 動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を簡単に鈍角化することができる。尚、ヒンジ ノ ターン側壁を確実に傾斜させるためには、前記基板は（100)面方位が露出したシ リコン基板であり、前記シリコン基板のエッチングにおいて、アルカリ性溶液を用いた ウエットエッチングにより異方性エッチングを行うことが好ましい。
発明の効果
[0057] 本発明によると、ヒンジパターンとなる溝穴を形成した後に第 2の膜を形成し、ヒンジ ノ ターン側壁を傾斜させた後に第 2の膜を形成し、又はヒンジパターン全体をラウンド ィ匕させた後に第 2の膜を形成し、その後、第 2の膜の上に振動膜を形成する方法等 を用いて振動膜のヒンジ角部を簡単に鈍角化し又はラウンド化させることができる。ま た、ヒンジ角部を鈍角化し又ラウンド化させるための工程制御によってヒンジ角部の 屈曲角度やラウンド形状をコントロールすることによって、ヒンジ角部での応力集中を 分散させて振動膜の膜破れに対する耐性を向上できる。すなわち、本発明は、優れ たヒンジ構造を有する振動膜の構造とその形成方法とを実現できるものである。
[0058] また、本発明によると、ヒンジパターン側壁にサイドウォールを形成する方法を用い て振動膜のヒンジ角部を簡単に厚膜ィ匕して補強することができると共にヒンジ角部を 簡単に鈍角化し又はラウンドィ匕させることができる。さらに、サイドウォール形成のェ 程制御によってヒンジ角部の屈曲角度やラウンド形状をコントロールできるため、ヒン ジ角部での応力集中を分散させて振動膜の膜破れに対する耐性を向上できる。すな わち、本発明は、優れたヒンジ構造を有する振動膜の構造とその形成方法とを実現 できるものである。
図面の簡単な説明 圆 1]図 1 (a)〜 (f)は、本発明の第 1の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各 工程を示す断面図である。
[図 2]図 1 (d)の破線で囲まれた領域の拡大図である。
[図 3]図 3 (a)〜 (h)は、本発明の第 2の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各 工程を示す断面図である。
[図 4]図 3 (d)の破線で囲まれた領域が形成されていく様子の拡大図である。
[図 5]図 5 (a)〜 (h)は、本発明の第 3の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各 工程を示す断面図である。
[図 6]図 6 (a)〜 (h)は、本発明の第 4の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各 工程を示す断面図である。
圆 7]図 7 (a)〜 (g)は、本発明の第 5の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各 工程を示す断面図である。
[図 8]図 8 (a)〜 (f)は、本発明の第 6の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各 工程を示す断面図である。
[図 9]図 9 (a)及び (b)は、本発明の第 6の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の 変形例の各工程を示す断面図である。
[図 10]図 10 (a)〜 (g)は、本発明の第 7の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の 各工程を示す断面図である。
圆 11]図 l l (a)〜(g)は、本発明の第 8の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の 各工程を示す断面図である。 [図 12]図 12は、本発明の各実施形態の振動膜構造の適用対象となるエレクトレツトコ ンデンサーマイクロフォンの一例を示す断面図である。
[図 13]図 13 (a)〜 (e)は、従来の振動膜構造の形成方法の各工程を示す断面図で ある。
[図 14]図 14 (a)〜 (g)は、従来のヒンジ付き MEMS振動膜構造の形成方法の各ェ 程を示す断面図である。
符号の説明
11、 21、 31、 41、 51、 61、 71、 81、 91 シリコン基板
12a, 12b、 22a, 22b, 32a, 32b、 42a, 42b、 52a, 52b、 62a, 62b、 72a, 72b 、 82a, 82b 第 1の膜
13a, 13b、 23a, 23b、 33a, 33b、 43a, 43b, 53a, 53b、 63a, 63b、 73a, 73b 、 83a, 83b 第 2の膜
14、 24、 34、 44、 54、 64、 74、 84 振動膜
25aゝ 25bゝ 35、 45 サイドウォーノレ形成用膜
26、 36、 46 サイドウォール
75 シリコン酸ィ匕膜
92 下地保護膜
93 振動膜電極
93a 振動膜電極 93におけるメンブレン領域の中央付近に位置する部分
93b 振動膜電極 93におけるメンブレン領域の周辺に位置する部分
94 エレク卜レツ卜膜
95 絶縁膜
96 表面保護膜
97 固定膜電極
98 貫通孔
99 エアギャップ
100 音孔
発明を実施するための最良の形態 [0061] (第 1の実施形態）
以下、本発明の第 1の実施形態に係るヒンジ付き MEMS振動膜構造及びその形 成方法について、図面を参照しながら説明する。
[0062] 図 1 (a)〜 (f)は、第 1の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各工程を示す断 面図である。
[0063] まず、図 1 (a)に示すように、シリコン基板 11の表面上に第 1の膜 12aを形成する。
ここで、第 1の膜 12aの膜厚は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の高さ（振 動膜における最高位置と最低位置との間の高低差)を決定するパラメータとなるため 、 lOOnm程度以上の膜厚が望ましい。また、第 1の膜 12aは、最終的にエッチングに より除去されるので、シリコン酸ィ匕膜が望ましい。シリコン酸ィ匕膜は、熱酸化法、減圧 CVD法又はプラズマ CVD法などにより形成することができる。熱酸化法又は減圧 C VD法を用いた場合には、シリコン酸ィ匕膜はシリコン基板表面だけではなぐシリコン 基板裏面にも形成される。本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン酸 化膜からなる第 1の膜 12aを形成するので、シリコン基板 11の裏面にもシリコン酸ィ匕 膜からなる第 1の膜 12bが形成される。
[0064] 次に、図 1 (b)に示すように、シリコン基板 11の表面上に形成された第 1の膜 12aを 例えばリソグラフィ及びエッチングにより複数の部分に分断する。具体的には、第 1の 膜 12a上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像によりパターユングを行い、そ れにより形成されたレジストパターンをマスクとして異方性ドライエッチング法を用いて 第 1の膜 12aに対して垂直方向にエッチングを行う。その後、例えば酸素アツシング 法及び硫酸過酸ィ匕水素水洗浄を用いてレジストパターンを除去する。これにより、第 1の膜 12aが複数の部分に分断される。尚、シリコン基板 11の表面が露出しない程 度にエッチング領域の第 1の膜 12aを薄く残存させてもよい。
[0065] 次に、図 1 (c)に示すように、パターユングされた第 1の膜 12aを覆うようにシリコン基 板 11の表面上に第 2の膜 13aを形成する。本実施形態では、第 1の膜 12a及び 12b と同様に、第 2の膜 13aも最終的にエッチングにより除去されるので、第 2の膜 13aと しては、第 1の膜 12a及び 12bと同種の元素成分力も構成される材料膜、例えばシリ コン酸ィ匕膜を用いる。また、本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン 酸ィ匕膜からなる第 2の膜 13aを形成するので、基板裏面側の第 1の膜 12b上にもシリ コン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 13bが形成される。
[0066] 尚、本実施形態においては、成膜後の第 2の膜 13a (つまりパターユングされた第 1 の膜 12aにより生じた基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆う第 2の膜 13a)の形状 は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の形状を決定する。そのため、第 2の膜 13aの形成方法としては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバ レツジ性の良 、減圧 CVD法を用いることが最も望ま 、。
[0067] 次に、図 1 (d)に示すように、第 2の膜 13a上に振動膜 14を形成する。ここで、第 2 の膜 13aにより覆われたヒンジパターン上に振動膜 14が形成されるため、振動膜 14 は折れ曲がることになる。すなわち、振動膜 14は、パターユングされた第 1の膜 12a の各部分上に形成された高位置側平坦部と、パターユングされた第 1の膜 12aの各 部分の間に形成された低位置側平坦部と、前記高位置側平坦部と前記低位置側平 坦部とを接続する接続部とを有し、前記高位置側平坦部と前記接続部との間にヒン ジ上角部が介在し、前記低位置側平坦部と前記接続部との間にヒンジ下角部が介 在する。振動膜 14としては、ポリシリコン膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリ シリコン膜とシリコン窒化膜との積層膜、又はシリコン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくは シリコン窒化膜の少なくとも一方によって挟み込んでなる積層膜 (例えばシリコン窒化 膜 Zシリコン酸ィ匕膜 Zシリコン窒化膜 Zポリシリコン膜の 4層構造の積層膜)などを使 用用途に応じて用いる。また、振動膜 14の形成方法としては、パターン側壁にも平 坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法を用いることが最 も望ましい。
[0068] 次に、図 1 (e)に示すように、シリコン基板 11、第 1の膜 12b及び第 2の膜 13bをそ れぞれ部分的に除去する。具体的には、シリコン基板 11の裏面側の第 2の膜 13b上 にフォトレジストを塗布して露光及び現像を行うことによりレジストパターン（図示省略) を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして基板裏面側の第 2の膜 13b及び 第 1の膜 12bを順次パターユングする。さらに、このパターユングされた基板裏面側の 第 2の膜 13b及び第 1の膜 12bをマスクとしてシリコン基板 11の所定部分を裏面側か らエッチングにより除去することによって、シリコン基板 11に貫通孔を形成する。シリコ ン基板 11のエッチングにはドライエッチング法やアルカリウエットエッチング法を使用 することができる。アルカリウエットエッチング法を用いる場合には、シリコン基板 11と しては（100)面方位のものを使用し、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3〜30 質量0 /0の KOHや TMAH (Tetrametyl Ammonium Hydroxide )等のアルカリ性水溶 液にシリコン基板 11を浸漬することにより、エッチング面にシリコンの（111)面方位を 残しながら当該基板に対して異方性シリコンウエットエッチングを行う。また、ドライエツ チング法を用いる場合には、マスクとなる第 2の膜 13bや第 1の膜 12bとの選択比は 大きくな 、 (対シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で 100程度までしか大きくできな 、）が、 シリコン基板 11に対して垂直方向にエッチングを行うことができる。逆に、前述のゥェ ットエッチング法を用いた場合には、マスクとなる第 2の膜 13bや第 1の膜 12bとの選 択比を大きくすることができる (対シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で数 1000程度まで大 きくできる）力 シリコン基板 11をエッチングする際にエッチング面 (パターン側壁面） に傾斜 (傾斜角度 54〜56° 程度）が生じてしまう。以上のように、シリコン基板 11の エッチングにドライエッチング法を用いるかアルカリウエットエッチング法を用いるかに よってエッチング特性上の違 ヽがあるので、これらの特性を考慮した上で最適なエツ チング方法を選択して使用する。
[0069] 最後に、図 1 (f)に示すように、シリコン基板 11の貫通孔に露出する領域の第 1の膜 12a及び第 2の膜 13aをエッチングにより除去する。これにより、両端をシリコン基板 1 1に保持され且つ中央部分が空中に浮 、た状態の振動膜 (ヒンジ構造付き振動膜) 1 4が基板表面側に形成される。ここで、第 1の膜 12a及び第 2の膜 13aにシリコン酸ィ匕 膜を使用した場合には、エッチング液としてフッ化水素酸水溶液を使用したウエットェ ツチングにより第 1の膜 12a及び第 2の膜 13aの除去を簡単に行うことができる。
[0070] 以上に説明した第 1の実施形態によると、ノターユングされた第 1の膜 12aにより生 じた基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜 13a及び振動膜 14を順次 形成するため、振動膜 14のヒンジ上角部の曲率 (ラウンド量)を下地となる第 2の膜 1 3aの上角部の曲率よりもさらに大きくすることができる。具体的には、図 2 (図 1 (d)の 破線で囲まれた領域の拡大図）に示すように、第 2の膜 13aの膜厚を t2とし、振動膜 14の膜厚を tdとすると、振動膜 14のヒンジ上角部のラウンド量 Rを t2≤R≤t2+tdの 範囲に設定することができる。すなわち、第 2の膜 13aによってヒンジパターンの上角 部をラウンド化させた後、第 2の膜 13aの上に振動膜 14を形成するため、振動膜 14 のヒンジ上角部を確実にラウンドィ匕させることができる。従って、振動膜 14のヒンジ上 角部を簡単にラウンド化させることができると共に、第 2の膜 13aの膜厚制御によって 振動膜 14のヒンジ上角部のラウンド形状 (ラウンド量)を簡単に制御することができる 。また、振動膜 14のヒンジ上角部をラウンド化させているため、当該ヒンジ上角部での 応力集中を分散させることができるので、振動膜 14の膜破れに対する耐性を向上さ せることができる。
[0071] 尚、第 1の実施形態において、振動膜 14の全てのヒンジ上角部をラウンド化させた 力 これに代えて、振動膜 14の特定のヒンジ上角部のみをラウンドィ匕させてもよい。
[0072] (第 2の実施形態）
以下、本発明の第 2の実施形態に係るヒンジ付き MEMS振動膜構造及びその形 成方法について、図面を参照しながら説明する。
[0073] 図 3 (a)〜 (h)は、第 2の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各工程を示す 断面図である。
[0074] まず、図 3 (a)に示すように、シリコン基板 21の表面上に第 1の膜 22aを形成する。
ここで、第 1の膜 22aの膜厚は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の高さを決 定するパラメータとなるため、 lOOnm程度以上の膜厚が望ましい。また、第 1の膜 22 aは、最終的にエッチングにより除去されるので、シリコン酸ィ匕膜が望ましい。シリコン 酸化膜は、熱酸化法、減圧 CVD法又はプラズマ CVD法などにより形成することがで きる。熱酸化法又は減圧 CVD法を用いた場合には、シリコン酸ィ匕膜はシリコン基板 表面だけではなぐシリコン基板裏面にも形成される。本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 22aを形成するので、シリコン基板 2 1の裏面にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 22bが形成される。
[0075] 次に、図 3 (b)に示すように、シリコン基板 21の表面上に形成された第 1の膜 22aを 例えばリソグラフィ及びエッチングにより複数の部分に分断する。具体的には、第 1の 膜 22a上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像によりパターユングを行い、そ れにより形成されたレジストパターンをマスクとして異方性ドライエッチング法を用いて 第 1の膜 22aに対して垂直方向にエッチングを行う。その後、例えば酸素アツシング 法及び硫酸過酸ィ匕水素水洗浄を用いてレジストパターンを除去する。これにより、第 1の膜 22aが複数の部分に分断される。尚、シリコン基板 21の表面が露出しない程 度にエッチング領域の第 1の膜 22aを薄く残存させてもよい。
[0076] 次に、図 3 (c)に示すように、パターユングされた第 1の膜 22aを覆うようにシリコン基 板 21の表面上にサイドウォール形成用膜 25aを形成する。本実施形態では、第 1の 膜 22a及び 22bと同様に、サイドウォール形成用膜 25aも最終的にエッチングにより 除去されるので、サイドウォール形成用膜 25aとしては、第 1の膜 22a及び 22bと同種 の元素成分から構成される材料膜、例えばシリコン酸ィ匕膜を用いる。また、サイドゥォ ール形成用膜 25aの形成方法としては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜厚で成 膜を行えるカバレッジ性の良 、減圧 CVD法を用いることが最も望まし 、。この場合、 基板裏面側の第 1の膜 22b上にもシリコン酸ィ匕膜からなるサイドウォール形成用膜 25 bが形成される。
[0077] 次に、図 3 (d)に示すように、基板表面側のサイドウォール形成用膜 25aの全面に 対してエッチバックを行うことにより、パターユングされた第 1の膜 22aの各部分の側 壁にサイドウォール 26を形成する。
[0078] 次に、図 3 (e)に示すように、パターユングされた第 1の膜 22a及びサイドウォール 2 6を覆うようにシリコン基板 21の表面上に第 2の膜 23aを形成する。本実施形態では 、第 1の膜 22a及び 22bと同様に、第 2の膜 23aも最終的にエッチングにより除去され るので、第 2の膜 23aとしては、第 1の膜 22a及び 22bと同種の元素成分から構成さ れる材料膜、例えばシリコン酸ィ匕膜を用いる。また、本実施形態では、例えば減圧 C VD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 23aを形成するので、基板裏面側の サイドウォール形成用膜 25b上にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 23bが形成され る。
[0079] 尚、本実施形態においては、成膜後の第 2の膜 23a (つまりパターユングされた第 1 の膜 22a及びサイドウォール 26により生じた基板表面の凹凸（ヒンジパターン)を覆う 第 2の膜 23a)の形状は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の形状を決定する 。そのため、第 2の膜 23aの形成方法としては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜 厚で成膜を行えるカバレッジ性の良 、減圧 CVD法を用いることが最も望ま 、。
[0080] 次に、図 3 (f)に示すように、第 2の膜 23a上に振動膜 24を形成する。ここで、第 2の 膜 23aにより覆われたヒンジパターン上に振動膜 24が形成されるため、振動膜 24は 折れ曲がることになる。すなわち、振動膜 24は、パターユングされた第 1の膜 22aの 各部分上に形成された高位置側平坦部と、パターユングされた第 1の膜 22aの各部 分の間に形成された低位置側平坦部と、前記高位置側平坦部と前記低位置側平坦 部とを接続する接続部とを有し、前記高位置側平坦部と前記接続部との間にヒンジ 上角部が介在し、前記低位置側平坦部と前記接続部との間にヒンジ下角部が介在 する。振動膜 24としては、ポリシリコン膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリシリ コン膜とシリコン窒化膜との積層膜、又はシリコン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくはシリ コン窒化膜の少なくとも一方によって挟み込んでなる積層膜 (例えばシリコン窒化膜 Zシリコン酸ィ匕膜 Zシリコン窒化膜 Zポリシリコン膜の 4層構造の積層膜)などを使用 用途に応じて用いる。また、振動膜 24の形成方法としては、パターン側壁にも平坦 部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法を用いることが最も 望ましい。
[0081] 次に、図 3 (g)に示すように、シリコン基板 21、第 1の膜 22b、サイドウォール形成用 膜 25b及び第 2の膜 23bをそれぞれ部分的に除去する。具体的には、シリコン基板 2 1の裏面側の第 2の膜 23b上にフォトレジストを塗布して露光及び現像を行うことによ りレジストパターン（図示省略)を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして基 板裏面側の第 2の膜 23b、サイドウォール形成用膜 25b及び第 1の膜 22bを順次バタ 一-ングする。さらに、このパター-ングされた基板裏面側の第 2の膜 23b、サイドウ オール形成用膜 25b及び第 1の膜 22bをマスクとしてシリコン基板 21の所定部分を裏 面側からエッチングにより除去することによって、シリコン基板 21に貫通孔を形成する 。シリコン基板 21のエッチングにはドライエッチング法やアルカリウエットエッチング法 を使用することができる。アルカリウエットエッチング法を用いる場合には、シリコン基 板 21としては（100)面方位のものを使用し、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3〜30質量％の KOHや TMAH等のアルカリ性水溶液にシリコン基板 21を浸漬す ることにより、エッチング面にシリコンの（111)面方位を残しながら当該基板に対して 異方性シリコンウエットエッチングを行う。また、ドライエッチング法を用いる場合には、 マスクとなる第 2の膜 23b、サイドウォール形成用膜 25b及び第 1の膜 22bとの選択比 は大きくない (対シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で 100程度までしか大きくできない）が 、シリコン基板 21に対して垂直方向にエッチングを行うことができる。逆に、前述のゥ エツトエッチング法を用いた場合には、マスクとなる第 2の膜 23b、サイドウォール形成 用膜 25b及び第 1の膜 22bとの選択比を大きくすることができる (対シリコン酸ィ匕膜選 択比の場合で数 1000程度まで大きくできる）が、シリコン基板 21をエッチングする際 にエッチング面 (パターン側壁面）に傾斜 (傾斜角度 54〜56° 程度）が生じてしまう。 以上のように、シリコン基板 21のエッチングにドライエッチング法を用いるかアルカリ ウエットエッチング法を用いるかによつてエッチング特性上の違いがあるので、これら の特性を考慮した上で最適なエッチング方法を選択して使用する。
[0082] 最後に、図 3 (h)に示すように、シリコン基板 21の貫通孔に露出する領域の第 1の 膜 22a、サイドウォール 26及び第 2の膜 23aをエッチングにより除去する。これにより、 両端をシリコン基板 21に保持され且つ中央部分が空中に浮 、た状態の振動膜 (ヒン ジ構造付き振動膜) 24が基板表面側に形成される。ここで、第 1の膜 22a、サイドゥォ ール 26 (サイドウォール形成用膜 25a)及び第 2の膜 23aにシリコン酸ィ匕膜を使用し た場合には、エッチング液としてフッ化水素酸水溶液を使用したウエットエッチングに より第 1の膜 22a、サイドウォール 26及び第 2の膜 23aの除去を簡単に行うことができ る。
[0083] 以上に説明した第 2の実施形態によると、ノターユングされた第 1の膜 22aにより生 じた基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜 23a及び振動膜 24を順次 形成するため、振動膜 24のヒンジ上角部の曲率 (ラウンド量)を下地となる第 2の膜 2 3aの上角部の曲率よりもさらに大きくすることができる。すなわち、第 2の膜 23aによつ てヒンジパターンの上角部をラウンド化させた後、第 2の膜 23aの上に振動膜 24を形 成するため、振動膜 24のヒンジ上角部を確実にラウンド化させることができる。また、 ヒンジパターン側壁にサイドウォール 26を設けることにより、ヒンジパターンの上角部 の屈曲角度を 90度よりも大きくすることができるので、言い換えると、ヒンジパターンの 上角部を鈍角化できるので、当該ヒンジパターン上に形成される振動膜 24のヒンジ 上角部も鈍角化することができる。従って、振動膜 24のヒンジ上角部を簡単にラウン ド化させることができると共に鈍角化することができる。また、第 2の膜 23aの膜厚制御 によって振動膜 24のヒンジ上角部のラウンド形状 (ラウンド量)を簡単に制御すること ができると共に、サイドウォール 26となるサイドウォール形成用膜 25aの膜厚制御によ つて振動膜 24のヒンジ上角部の屈曲角度を簡単に制御することができる。さらに、振 動膜 24のヒンジ上角部をラウンド化させていると共に鈍角化しているため、当該ヒン ジ上角部での応力集中を分散させることができるので、振動膜 24の膜破れに対する 耐性を向上させることができる。
[0084] 尚、第 2の実施形態において、振動膜 24のヒンジ下角部の形状を以下のように制 御することができる。すなわち、図 4 (図 3 (d)の破線で囲まれた領域が形成されていく 様子の拡大図）に示すように、振動膜 24のヒンジ下角部の形状は、サイドウォール 20 6の幅 wに依存して決まる一方、このサイドウォール幅 wはサイドウォール形成用膜 2 5aの膜厚 t3と等しくなるという関係 (w=t3)が成り立つ。よって、サイドウォール形成 用膜 25aの膜厚 t3を制御することにより、振動膜 24のヒンジ下角部の形状を制御す ることがでさる。
[0085] また、第 2の実施形態において、図 3 (b)に示す第 1の膜 22aをパターユングするェ 程と、図 3 (e)に示す第 2の膜 23aを形成する工程との間に、パターユングされた第 1 の膜 22aの各部分の側壁にサイドウォール 26を形成した（図 3 (c)及び (d)参照)。し かし、これに代えて、図 3 (e)に示す第 2の膜 23aを形成する工程の前にはサイドゥォ ールを形成せず、図 3 (e)に示す第 2の膜 23aを形成する工程と、図 3 (f)に示す振動 膜 24を形成する工程との間に、パターユングされた第 1の膜 22aの各部分の側壁に 第 2の膜 23aを介してサイドウォールを形成してもよ 、。当該サイドウォールの形成方 法としては、図 3 (c)及び (d)に示す工程と同様の工程を用いることができる。
[0086] また、第 2の実施形態において、振動膜 24の全てのヒンジ上角部をラウンド化させ 且つ鈍角化したが、これに代えて、振動膜 24の特定のヒンジ上角部のみをラウンドィ匕 させ且つ鈍角化してもよい。
[0087] (第 3の実施形態）
以下、本発明の第 3の実施形態に係るヒンジ付き MEMS振動膜構造及びその形 成方法について、図面を参照しながら説明する。
[0088] 図 5 (a)〜 (h)は、第 3の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各工程を示す 断面図である。
[0089] まず、図 5 (a)に示すように、シリコン基板 31の表面上に第 1の膜 32aを形成する。
ここで、第 1の膜 32aの膜厚は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の高さを決 定するパラメータとなるため、 lOOnm程度以上の膜厚が望ましい。また、第 1の膜 32 aは、最終的にエッチングにより除去されるので、シリコン酸ィ匕膜が望ましい。シリコン 酸化膜は、熱酸化法、減圧 CVD法又はプラズマ CVD法などにより形成することがで きる。熱酸化法又は減圧 CVD法を用いた場合には、シリコン酸ィ匕膜はシリコン基板 表面だけではなぐシリコン基板裏面にも形成される。本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 32aを形成するので、シリコン基板 3 1の裏面にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 32bが形成される。
[0090] 次に、図 5 (b)に示すように、シリコン基板 31の表面上に形成された第 1の膜 32aを 例えばリソグラフィ及びエッチングにより複数の部分に分断する。具体的には、第 1の 膜 32a上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像によりパターユングを行い、そ れにより形成されたレジストパターンをマスクとして異方性ドライエッチング法を用いて 第 1の膜 32aに対して垂直方向にエッチングを行う。その後、例えば酸素アツシング 法及び硫酸過酸ィ匕水素水洗浄を用いてレジストパターンを除去する。これにより、第 1の膜 32aが複数の部分に分断される。尚、シリコン基板 31の表面が露出しない程 度にエッチング領域の第 1の膜 32aを薄く残存させてもよい。
[0091] 次に、図 5 (c)に示すように、パターユングされた第 1の膜 32aを覆うようにシリコン基 板 31の表面上に第 2の膜 33aを形成する。本実施形態では、第 1の膜 32a及び 32b と同様に、第 2の膜 33aも最終的にエッチングにより除去されるので、第 2の膜 33aと しては、第 1の膜 32a及び 32bと同種の元素成分力も構成される材料膜、例えばシリ コン酸ィ匕膜を用いる。また、本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン 酸ィ匕膜からなる第 2の膜 33aを形成するので、基板裏面側の第 1の膜 32b上にもシリ コン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 23bが形成される。
[0092] 尚、本実施形態においては、成膜後の第 2の膜 33a (つまりパターユングされた第 1 の膜 32aを覆う第 2の膜 33a)の形状は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の 形状を決定する。そのため、第 2の膜 33aの形成方法としては、パターン側壁にも平 坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法を用いることが最 も望ましい。
[0093] 次に、図 5 (d)に示すように、第 2の膜 33aの上にサイドウォール形成用膜 35を形成 する。本実施形態では、サイドウォール形成用膜 35の一部を後述するサイドウォール として残存させるために、サイドウォール形成用膜 35としては、第 1の膜 32a及び 32b 並びに第 2の膜 33a及び 33bとは異種の元素成分力も構成される材料膜、例えばシ リコン窒化膜若しくはポリシリコン膜又は振動膜 34と同種の元素成分力も構成される 材料膜を用いる。また、サイドウォール形成用膜 35の形成方法としては、パターン側 壁にも平坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法を用いる ことが最も望ましい。この場合、基板裏面側の第 2の膜 33b上にもサイドウォール形成 用膜が形成される。
[0094] 次に、図 5 (e)に示すように、基板表面側のサイドウォール形成用膜 35の全面に対 してエッチバックを行うことにより、パター-ングされた第 1の膜 32aの各部分の側壁 に第 2の膜 33aを介してサイドウォール 36を形成する。
[0095] 次に、図 5 (f)に示すように、第 2の膜 33a上及びサイドウォール 36上に振動膜 34を 形成する。ここで、第 2の膜 33a及びサイドウォール 36により覆われたヒンジパターン 上に振動膜 34が形成されるため、振動膜 34は折れ曲がることになる。すなわち、振 動膜 34は、パターユングされた第 1の膜 32aの各部分上に形成された高位置側平坦 部と、パターユングされた第 1の膜 32aの各部分の間に形成された低位置側平坦部 と、前記高位置側平坦部と前記低位置側平坦部とを接続する接続部とを有し、前記 高位置側平坦部と前記接続部との間にヒンジ上角部が介在し、前記低位置側平坦 部と前記接続部との間にヒンジ下角部が介在する。振動膜 34としては、ポリシリコン 膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜との積層膜、 又はシリコン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくはシリコン窒化膜の少なくとも一方によって 挟み込んでなる積層膜 (例えばシリコン窒化膜 Zシリコン酸ィ匕膜 Zシリコン窒化膜 Z ポリシリコン膜の 4層構造の積層膜)などを使用用途に応じて用いる。また、振動膜 3 4の形成方法としては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜厚で成膜を行える力バレ ッジ性の良 、減圧 CVD法を用いることが最も望ま 、。
[0096] 次に、図 5 (g)に示すように、シリコン基板 31、第 1の膜 32b及び第 2の膜 33bをそ れぞれ部分的に除去する。具体的には、シリコン基板 31の裏面側の第 2の膜 33b上 にフォトレジストを塗布して露光及び現像を行うことによりレジストパターン（図示省略) を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして基板裏面側の第 2の膜 33b及び 第 1の膜 32bを順次パターユングする。さらに、このパターユングされた基板裏面側の 第 2の膜 33b及び第 1の膜 32bをマスクとしてシリコン基板 31の所定部分を裏面側か らエッチングにより除去することによって、シリコン基板 31に貫通孔を形成する。シリコ ン基板 31のエッチングにはドライエッチング法やアルカリウエットエッチング法を使用 することができる。アルカリウエットエッチング法を用いる場合には、シリコン基板 31と しては（100)面方位のものを使用し、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3〜30 質量。/(^ΚΟΗや TMAH等のアルカリ性水溶液にシリコン基板 31を浸漬することに より、エッチング面にシリコンの（111)面方位を残しながら当該基板に対して異方性 シリコンウエットエッチングを行う。また、ドライエッチング法を用いる場合には、マスク となる第 2の膜 33b及び第 1の膜 32bとの選択比は大きくない (対シリコン酸ィ匕膜選択 比の場合で 100程度までしか大きくできない）力 シリコン基板 31に対して垂直方向 にエッチングを行うことができる。逆に、前述のウエットエッチング法を用いた場合には 、マスクとなる第 2の膜 33b及び第 1の膜 32bとの選択比を大きくすることができる（対 シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で数 1000程度まで大きくできる）が、シリコン基板 31を エッチングする際にエッチング面 (パターン側壁面）に傾斜 (傾斜角度 54〜56° 程 度）が生じてしまう。以上のように、シリコン基板 31のエッチングにドライエッチング法 を用いるかアルカリウエットエッチング法を用いるかによつてエッチング特性上の違い があるので、これらの特性を考慮した上で最適なエッチング方法を選択して使用する
[0097] 最後に、図 5 (h)に示すように、シリコン基板 31の貫通孔に露出する領域の第 1の 膜 32a及び第 2の膜 33aをエッチングにより除去する。ここで、振動膜 34のヒンジ下角 部の外側にサイドウォール 36が残存する。言い換えると、振動膜 34の接続部はサイ ドウオール構造を有する。これにより、両端をシリコン基板 31に保持され且つ中央部 分が空中に浮いた状態の振動膜 (ヒンジ構造付き振動膜) 34が基板表面側に形成さ れる。ここで、第 1の膜 32a及び第 2の膜 33aにシリコン酸ィ匕膜を使用した場合には、 エッチング液としてフッ化水素酸水溶液を使用したウエットエッチングにより第 1の膜 3 2a及び第 2の膜 33aの除去を簡単に行うことができる。
[0098] 以上に説明した第 3の実施形態によると、ノターユングされた第 1の膜 32aにより生 じた基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜 33a及び振動膜 34を順次 形成するため、振動膜 34のヒンジ上角部の曲率 (ラウンド量)を下地となる第 2の膜 3 3aの上角部の曲率よりもさらに大きくすることができる。すなわち、第 2の膜 33aによつ てヒンジパターンの上角部をラウンド化させた後、第 2の膜 33aの上に振動膜 34を形 成するため、振動膜 34のヒンジ上角部を確実にラウンド化させることができる。
[0099] また、第 3の実施形態によると、ヒンジパターン側壁に第 2の膜 33aを介してサイドウ オール 36を設けることにより、ヒンジパターンの上角部の屈曲角度を 90度よりも大きく することができるので、言い換えると、ヒンジパターンの上角部を鈍角化できるので、 当該ヒンジパターン上に形成される振動膜 34のヒンジ上角部も鈍角化することができ る。従って、振動膜 34のヒンジ上角部を簡単にラウンド化させることができると共に鈍 角ィ匕することができる。
[0100] また、第 3の実施形態によると、第 2の膜 33aの膜厚制御によって振動膜 34のヒンジ 上角部のラウンド形状 (ラウンド量)を簡単に制御することができると共に、サイドゥォ ール 36となるサイドウォール形成用膜 35の膜厚制御によって振動膜 34のヒンジ上角 部の屈曲角度を簡単に制御することができる。さらに、振動膜 34のヒンジ上角部をラ ゥンドィ匕させて 、ると共に鈍角化して 、るため、当該ヒンジ上角部での応力集中を分 散させることができるので、振動膜 34の膜破れに対する耐性を向上させることができ る。
[0101] さらに、第 3の実施形態によると、振動膜 34のヒンジ下角部の外側にサイドウォール 36を最終的に残存させることができるため、サイドウォール 36を含むヒンジ下角部の 膜厚を他の部分 (例えば平坦部）と比べて大きくできる。このため、ヒンジ下角部を簡 易な方法により補強してその応力限界を向上させることができるので、振動膜 34の膜 破れに対する耐性を向上させることができる。また、ヒンジ下角部を補強するサイドウ オール 36の大きさはサイドウォール形成用膜 35の成膜時の膜厚に依存して決まるた め、当該サイドウォール形成用膜 35の膜厚制御によりヒンジ下角部の補強量をコント ローノレすることがでさる。
[0102] 尚、第 3の実施形態において、振動膜 34の全てのヒンジ上角部をラウンド化させ且 つ鈍角化したが、これに代えて、振動膜 34の特定のヒンジ上角部のみをラウンド化さ せ且つ鈍角化してもよい。
[0103] また、第 3の実施形態において、振動膜 34の全てのヒンジ下角部の外側にサイドウ オール 36を設けた力 これに代えて、振動膜 34の特定のヒンジ下角部の外側のみに サイドウォール 36を設けてもょ 、。
[0104] (第 4の実施形態）
以下、本発明の第 4の実施形態に係るヒンジ付き MEMS振動膜構造及びその形 成方法について、図面を参照しながら説明する。
[0105] 図 6 (a)〜 (h)は、第 4の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各工程を示す 断面図である。
[0106] まず、図 6 (a)に示すように、シリコン基板 41の表面上に第 1の膜 42aを形成する。
ここで、第 1の膜 42aの膜厚は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の高さを決 定するパラメータとなるため、 lOOnm程度以上の膜厚が望ましい。また、第 1の膜 42 aは、最終的にエッチングにより除去されるので、シリコン酸ィ匕膜が望ましい。シリコン 酸化膜は、熱酸化法、減圧 CVD法又はプラズマ CVD法などにより形成することがで きる。熱酸化法又は減圧 CVD法を用いた場合には、シリコン酸ィ匕膜はシリコン基板 表面だけではなぐシリコン基板裏面にも形成される。本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 42aを形成するので、シリコン基板 4 1の裏面にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 42bが形成される。
[0107] 次に、図 6 (b)に示すように、シリコン基板 41の表面上に形成された第 1の膜 42aを 例えばリソグラフィ及びエッチングにより複数の部分に分断する。具体的には、第 1の 膜 42a上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像によりパターユングを行い、そ れにより形成されたレジストパターンをマスクとして異方性ドライエッチング法を用いて 第 1の膜 42aに対して垂直方向にエッチングを行う。その後、例えば酸素アツシング 法及び硫酸過酸ィ匕水素水洗浄を用いてレジストパターンを除去する。これにより、第 1の膜 42aが複数の部分に分断される。尚、シリコン基板 41の表面が露出しない程 度にエッチング領域の第 1の膜 42aを薄く残存させてもよい。
[0108] 次に、図 6 (c)に示すように、パターユングされた第 1の膜 42aを覆うようにシリコン基 板 41の表面上に第 2の膜 43aを形成する。本実施形態では、第 1の膜 42a及び 42b と同様に、第 2の膜 43aも最終的にエッチングにより除去されるので、第 2の膜 43aと しては、第 1の膜 42a及び 42bと同種の元素成分カゝら構成される材料膜、例えばシリ コン酸ィ匕膜を用いる。また、本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン 酸ィ匕膜からなる第 2の膜 43aを形成するので、基板裏面側の第 1の膜 42b上にもシリ コン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 43bが形成される。
[0109] 尚、本実施形態においては、成膜後の第 2の膜 43a (つまりパターユングされた第 1 の膜 42aを覆う第 2の膜 43a)の形状は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の 形状を決定する。そのため、第 2の膜 43aの形成方法としては、パターン側壁にも平 坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法を用いることが最 も望ましい。
[0110] 次に、図 6 (d)に示すように、第 2の膜 43a上に振動膜 44を形成する。ここで、第 2 の膜 43aにより覆われたヒンジパターン上に振動膜 44が形成されるため、振動膜 44 は折れ曲がることになる。すなわち、振動膜 44は、パターユングされた第 1の膜 42a の各部分上に形成された高位置側平坦部と、パターユングされた第 1の膜 42aの各 部分の間に形成された低位置側平坦部と、前記高位置側平坦部と前記低位置側平 坦部とを接続する接続部とを有し、前記高位置側平坦部と前記接続部との間にヒン ジ上角部が介在し、前記低位置側平坦部と前記接続部との間にヒンジ下角部が介 在する。振動膜 44としては、ポリシリコン膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリ シリコン膜とシリコン窒化膜との積層膜、又はシリコン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくは シリコン窒化膜の少なくとも一方によって挟み込んでなる積層膜 (例えばシリコン窒化 膜 Zシリコン酸ィ匕膜 Zシリコン窒化膜 Zポリシリコン膜の 4層構造の積層膜)などを使 用用途に応じて用いる。また、振動膜 44の形成方法としては、パターン側壁にも平 坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法を用いることが最 も望ましい。
[0111] 次に、図 6 (e)に示すように、振動膜 44の上にサイドウォール形成用膜 45を形成す る。本実施形態では、サイドウォール形成用膜 45の一部を後述するサイドウォールと して残存させるために、サイドウォール形成用膜 45としては、第 1の膜 42a及び 42b 並びに第 2の膜 43a及び 43bとは異種の元素成分カゝら構成される材料膜、例えばシ リコン窒化膜若しくはポリシリコン膜又は振動膜 44と同種の元素成分力 構成される 材料膜を用いる。また、サイドウォール形成用膜 45の形成方法としては、パターン側 壁にも平坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法を用いる ことが最も望ましい。この場合、基板裏面側の第 2の膜 43b上にもサイドウォール形成 用膜が形成される。
[0112] 次に、図 6 (f)に示すように、基板表面側のサイドウォール形成用膜 45の全面に対 してエッチバックを行うことにより、パター-ングされた第 1の膜 42aの各部分の側壁 に第 2の膜 43a及び振動膜 44を介してサイドウォール 46を形成する。
[0113] 次に、図 6 (g)に示すように、シリコン基板 41、第 1の膜 42b及び第 2の膜 43bをそ れぞれ部分的に除去する。具体的には、シリコン基板 41の裏面側の第 2の膜 43b上 にフォトレジストを塗布して露光及び現像を行うことによりレジストパターン（図示省略) を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして基板裏面側の第 2の膜 43b及び 第 1の膜 42bを順次パターユングする。さらに、このパターユングされた基板裏面側の 第 2の膜 43b及び第 1の膜 42bをマスクとしてシリコン基板 41の所定部分を裏面側か らエッチングにより除去することによって、シリコン基板 41に貫通孔を形成する。シリコ ン基板 41のエッチングにはドライエッチング法やアルカリウエットエッチング法を使用 することができる。アルカリウエットエッチング法を用いる場合には、シリコン基板 41と しては（100)面方位のものを使用し、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3〜30 質量％の KOHや TMAH等のアルカリ性水溶液にシリコン基板 41を浸漬することに より、エッチング面にシリコンの（111)面方位を残しながら当該基板に対して異方性 シリコンウエットエッチングを行う。また、ドライエッチング法を用いる場合には、マスク となる第 2の膜 43b及び第 1の膜 42bとの選択比は大きくない (対シリコン酸ィ匕膜選択 比の場合で 100程度までしか大きくできない）力 シリコン基板 41に対して垂直方向 にエッチングを行うことができる。逆に、前述のウエットエッチング法を用いた場合には 、マスクとなる第 2の膜 43b及び第 1の膜 42bとの選択比を大きくすることができる（対 シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で数 1000程度まで大きくできる）が、シリコン基板 41を エッチングする際にエッチング面 (パターン側壁面）に傾斜 (傾斜角度 54〜56° 程 度）が生じてしまう。以上のように、シリコン基板 41のエッチングにドライエッチング法 を用いるかアルカリウエットエッチング法を用いるかによつてエッチング特性上の違い があるので、これらの特性を考慮した上で最適なエッチング方法を選択して使用する
[0114] 最後に、図 6 (h)に示すように、シリコン基板 41の貫通孔に露出する領域の第 1の 膜 42a及び第 2の膜 43aをエッチングにより除去する。ここで、振動膜 44のヒンジ下角 部の内側にサイドウォール 46が残存する。言い換えると、振動膜 44の接続部はサイ ドウオール構造を有する。これにより、両端をシリコン基板 41に保持され且つ中央部 分が空中に浮 、た状態の振動膜 (ヒンジ構造付き振動膜) 44が基板表面側に形成さ れる。ここで、第 1の膜 42a及び第 2の膜 43aにシリコン酸ィ匕膜を使用した場合には、 エッチング液としてフッ化水素酸水溶液を使用したウエットエッチングにより第 1の膜 4 2a及び第 2の膜 43aの除去を簡単に行うことができる。
[0115] 以上に説明した第 4の実施形態によると、ノターユングされた第 1の膜 42aにより生 じた基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜 43a及び振動膜 44を順次 形成するため、振動膜 44のヒンジ上角部の曲率 (ラウンド量)を下地となる第 2の膜 4 3aの上角部の曲率よりもさらに大きくすることができる。すなわち、第 2の膜 43aによつ てヒンジパターンの上角部をラウンド化させた後、第 2の膜 43aの上に振動膜 44を形 成するため、振動膜 44のヒンジ上角部を確実にラウンド化させることができる。また、 第 2の膜 43aの膜厚制御によって振動膜 44のヒンジ上角部のラウンド形状 (ラウンド 量)を簡単に制御することができる。さらに、振動膜 44のヒンジ上角部をラウンド化さ せているため、当該ヒンジ上角部での応力集中を分散させることができるので、振動 膜 44の膜破れに対する耐性を向上させることができる。
[0116] さらに、第 4の実施形態によると、振動膜 44のヒンジ下角部の内側にサイドウォール 46を最終的に残存させることができるため、サイドウォール 46を含むヒンジ下角部の 膜厚を他の部分 (例えば平坦部）と比べて大きくできる。このため、ヒンジ下角部を簡 易な方法により補強してその応力限界を向上させることができるので、振動膜 44の膜 破れに対する耐性を向上させることができる。また、ヒンジ下角部を補強するサイドウ オール 46の大きさはサイドウォール形成用膜 45の成膜時の膜厚に依存して決まるた め、当該サイドウォール形成用膜 45の膜厚制御によりヒンジ下角部の補強量をコント ローノレすることがでさる。
[0117] 尚、第 4の実施形態において、振動膜 44の全てのヒンジ上角部をラウンド化させた 力 これに代えて、振動膜 44の特定のヒンジ上角部のみをラウンドィ匕させてもよい。
[0118] また、第 4の実施形態において、振動膜 44の全てのヒンジ下角部の内側にサイドウ オール 46を設けた力 これに代えて、振動膜 44の特定のヒンジ下角部の内側のみに サイドウォール 46を設けてもよ!ヽ。
[0119] (第 5の実施形態）
以下、本発明の第 5の実施形態に係るヒンジ付き MEMS振動膜構造及びその形 成方法について、図面を参照しながら説明する。
[0120] 図 7 (a)〜 (g)は、第 5の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各工程を示す 断面図である。
[0121] まず、図 7 (a)に示すように、シリコン基板 51の表面上に第 1の膜 52aを形成する。
ここで、第 1の膜 52aの膜厚は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の高さを決 定するパラメータとなるため、 lOOnm程度以上の膜厚が望ましい。また、第 1の膜 52 aは、最終的にエッチングにより除去されるので、シリコン酸ィ匕膜が望ましい。シリコン 酸化膜は、熱酸化法、減圧 CVD法又はプラズマ CVD法などにより形成することがで きる。熱酸化法又は減圧 CVD法を用いた場合には、シリコン酸ィ匕膜はシリコン基板 表面だけではなぐシリコン基板裏面にも形成される。本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 52aを形成するので、シリコン基板 5 1の裏面にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 52bが形成される。
[0122] 次に、図 7 (b)に示すように、シリコン基板 51の表面上に形成された第 1の膜 52aを 例えばリソグラフィ及びエッチングにより複数の部分に分断する。具体的には、第 1の 膜 52a上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像によりパターユングを行い、そ れにより形成されたレジストパターンをマスクとして異方性ドライエッチング法を用いて 第 1の膜 52aに対して垂直方向にエッチングを行う。その後、例えば酸素アツシング 法及び硫酸過酸ィ匕水素水洗浄を用いてレジストパターンを除去する。これにより、第 1の膜 52aが複数の部分に分断される。尚、シリコン基板 51の表面が露出しない程 度にエッチング領域の第 1の膜 52aを薄く残存させてもよい。
[0123] 次に、図 7 (c)に示すように、パターユングされた第 1の膜 52aを覆うようにシリコン基 板 51の表面上に第 2の膜 53aを形成する。本実施形態では、第 1の膜 52a及び 52b と同様に、第 2の膜 53aも最終的にエッチングにより除去されるので、第 2の膜 53aと しては、第 1の膜 52a及び 52bと同種の元素成分力も構成される材料膜、例えばシリ コン酸ィ匕膜を用いる。また、本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン 酸ィ匕膜からなる第 2の膜 53aを形成するので、基板裏面側の第 1の膜 52b上にもシリ コン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 53bが形成される。
[0124] 尚、本実施形態においては、後述する熱処理により第 2の膜 53aを流動させるため 、例えばシリコン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 53aに不純物として例えばボロン及びリンの 少なくとも一方を 1〜7重量％の濃度範囲内でドーピングする。
[0125] 次に、図 7 (d)に示すように、例えば 600°C以上の高温で加熱処理を行うことにより 、第 2の膜 53aをフロー（流動）させる。ボロンやリン等の不純物をドーピングした第 2 の膜 53aは、その不純物濃度が高くなるに従って、より低い温度で流動させることが できると共に加熱処理した際の流動性が向上する。従って、ヒンジ角部の屈曲角度 及びラウンド量並びにヒンジパターン側壁の傾斜量等を第 2の膜 53aの不純物濃度 又は加熱温度により制御できる。
[0126] 次に、図 7 (e)に示すように、フローさせた第 2の膜 53a上に振動膜 54を形成する。
ここで、第 2の膜 53aにより覆われたヒンジパターン上に振動膜 54が形成されるため、 振動膜 54は折れ曲がることになる。すなわち、振動膜 54は、パターユングされた第 1 の膜 52aの各部分上に形成された高位置側平坦部と、パターユングされた第 1の膜 5 2aの各部分の間に形成された低位置側平坦部と、前記高位置側平坦部と前記低位 置側平坦部とを接続する接続部とを有し、前記高位置側平坦部と前記接続部との間 にヒンジ上角部が介在し、前記低位置側平坦部と前記接続部との間にヒンジ下角部 が介在する。本実施形態では、ヒンジパターンを覆う第 2の膜 53aをフローさせている ため、ヒンジ上角部及びヒンジ下角部がラウンドィ匕され且つ鈍角化するのみならず、 高位置側平坦部、低位置側平坦部及び接続部のそれぞれもラウンド化される。振動 膜 54としては、ポリシリコン膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリシリコン膜とシ リコン窒化膜との積層膜、又はシリコン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくはシリコン窒化膜 の少なくとも一方によって挟み込んでなる積層膜 (例えばシリコン窒化膜 Zシリコン酸 化膜 Zシリコン窒化膜 Zポリシリコン膜の 4層構造の積層膜)などを使用用途に応じ て用いる。また、振動膜 54の形成方法としては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜 厚で成膜を行えるカバレッジ性の良 、減圧 CVD法を用いることが最も望ま 、。 次に、図 7 (f)に示すように、シリコン基板 51、第 1の膜 52b及び第 2の膜 53bをそれ ぞれ部分的に除去する。具体的には、シリコン基板 51の裏面側の第 2の膜 53b上に フォトレジストを塗布して露光及び現像を行うことによりレジストパターン（図示省略)を 形成した後、当該レジストパターンをマスクとして基板裏面側の第 2の膜 53b及び第 1 の膜 52bを順次パターユングする。さらに、このパターユングされた基板裏面側の第 2 の膜 53b及び第 1の膜 52bをマスクとしてシリコン基板 51の所定部分を裏面側カもェ ツチングにより除去することによって、シリコン基板 51に貫通孔を形成する。シリコン 基板 51のエッチングにはドライエッチング法やアルカリウエットエッチング法を使用す ることができる。アルカリウエットエッチング法を用いる場合には、シリコン基板 51とし ては（100)面方位のものを使用し、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3〜30質 量％の KOHや TMAH等のアルカリ性水溶液にシリコン基板 51を浸漬することによ り、エッチング面にシリコンの（111)面方位を残しながら当該基板に対して異方性シ リコンウエットエッチングを行う。また、ドライエッチング法を用いる場合には、マスクと なる第 2の膜 53b及び第 1の膜 52bとの選択比は大きくない (対シリコン酸ィ匕膜選択 比の場合で 100程度までしか大きくできない）力 シリコン基板 51に対して垂直方向 にエッチングを行うことができる。逆に、前述のウエットエッチング法を用いた場合には 、マスクとなる第 2の膜 53b及び第 1の膜 52bとの選択比を大きくすることができる（対 シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で数 1000程度まで大きくできる）が、シリコン基板 51を エッチングする際にエッチング面 (パターン側壁面）に傾斜 (傾斜角度 54〜56° 程 度）が生じてしまう。以上のように、シリコン基板 51のエッチングにドライエッチング法 を用いるかアルカリウエットエッチング法を用いるかによつてエッチング特性上の違い があるので、これらの特性を考慮した上で最適なエッチング方法を選択して使用する
[0128] 最後に、図 7 (g)に示すように、シリコン基板 51の貫通孔に露出する領域の第 1の 膜 52a及び第 2の膜 53aをエッチングにより除去する。これにより、両端をシリコン基 板 51に保持され且つ中央部分が空中に浮!ヽた状態の振動膜 (ヒンジ構造付き振動 膜) 54が基板表面側に形成される。ここで、第 1の膜 52a及び第 2の膜 53aにシリコン 酸ィ匕膜を使用した場合には、エッチング液としてフッ化水素酸水溶液を使用したゥェ ットエッチングにより第 1の膜 52a及び第 2の膜 53aの除去を簡単に行うことができる。
[0129] 以上に説明した第 5の実施形態によると、ノターユングされた第 1の膜 52aにより生 じた基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜 53aを形成した後、第 2の 膜 53aをフローさせるため、フロー後の第 2の膜 53aにより覆われたヒンジパターンの 上角部及び下角部をラウンドィ匕させることができると共に各角部の屈曲角度を 90度よ りも大きくすることができる。言い換えると、ヒンジパターンの上角部及び下角部をラウ ンド化させ且つ鈍角化できる。このため、当該ヒンジパターン上に形成される振動膜 5 4のヒンジ上角部及びヒンジ下角部もラウンドィ匕させ且つ鈍角化することができる。す なわち、振動膜 54のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を簡単にラウンド化させ且つ鈍 角化することができると共に、第 2の膜 53aを流動させるための熱処理の温度や第 2 の膜 53aの不純物濃度を制御することによって振動膜 54のヒンジ上角部及びヒンジ 下角部の屈曲角度を簡単に制御することができる。
[0130] 尚、第 5の実施形態において、第 2の膜 53aを確実に流動させるためには、第 2の 膜 53aを流動させるための熱処理の温度は 600°C以上であり、第 2の膜 53aがボロン 及びリンの少なくとも一方をドーピングしたシリコン酸ィ匕膜であることが好ましい。
[0131] また、第 5の実施形態において、振動膜 54の全てのヒンジ上角部及びヒンジ下角 部をラウンド化させ且つ鈍角化したが、これに代えて、振動膜 54の特定のヒンジ上角 部及びヒンジ下角部のみをラウンド化させ且つ鈍角化してもよい。 [0132] (第 6の実施形態）
以下、本発明の第 6の実施形態に係るヒンジ付き MEMS振動膜構造及びその形 成方法について、図面を参照しながら説明する。
[0133] 図 8 (a)〜 (f)は、第 6の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各工程を示す断 面図である。
[0134] まず、図 8 (a)に示すように、シリコン基板 61の表面上に第 1の膜 62aを形成する。
ここで、第 1の膜 62aの膜厚は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の高さを決 定するパラメータとなるため、 lOOnm程度以上の膜厚が望ましい。また、第 1の膜 62 aは、最終的にエッチングにより除去されるので、シリコン酸ィ匕膜が望ましい。シリコン 酸化膜は、熱酸化法、減圧 CVD法又はプラズマ CVD法などにより形成することがで きる。熱酸化法又は減圧 CVD法を用いた場合には、シリコン酸ィ匕膜はシリコン基板 表面だけではなぐシリコン基板裏面にも形成される。本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 62aを形成するので、シリコン基板 6 1の裏面にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 62bが形成される。
[0135] 次に、図 8 (b)に示すように、シリコン基板 61の表面上に形成された第 1の膜 62aを 例えばリソグラフィ及びエッチングにより複数の部分に分断する。具体的には、第 1の 膜 62a上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像によりパターユングを行い、そ れにより形成されたレジストパターンをマスクとしてウエットエッチング法を用いて第 1 の膜 62aに対して等方的にエッチングを行う。その後、例えば酸素アツシング法及び 硫酸過酸ィ匕水素水洗浄を用いてレジストパターンを除去する。これにより、第 1の膜 6 2aが複数の部分に分断される。
[0136] 尚、本実施形態において、第 1の膜 62aとしてシリコン酸ィ匕膜を用いた場合、ゥェッ トエッチング液としてはフッ化水素酸水溶液を使用することができる。また、ドライエツ チング法の場合と異なりウエットエッチング法によれば等方的にエッチングを行うこと ができるが、その結果、第 1の膜 62aが横方向（水平方向）にもエッチングされるため 、この横方向へのエッチング量の拡大を考慮した上でレジストパターンのサイズつまり マスクサイズを決定する必要がある。
[0137] 次に、図 8 (c)に示すように、パターユングされた第 1の膜 62aを覆うようにシリコン基 板 61の表面上に第 2の膜 63aを形成する。本実施形態では、第 1の膜 62a及び 62b と同様に、第 2の膜 63aも最終的にエッチングにより除去されるので、第 2の膜 63aと しては、第 1の膜 62a及び 62bと同種の元素成分力も構成される材料膜、例えばシリ コン酸ィ匕膜を用いる。また、本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン 酸ィ匕膜からなる第 2の膜 63aを形成するので、基板裏面側の第 1の膜 62b上にもシリ コン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 63bが形成される。
[0138] 尚、本実施形態においては、成膜後の第 2の膜 63a (つまりパターユングされた第 1 の膜 62aにより生じた基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆う第 2の膜 63a)の形状 は、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の形状を決定する。そのため、第 2の膜 63aの形成方法としては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバ レツジ性の良 、減圧 CVD法を用いることが最も望ま 、。
[0139] 次に、図 8 (d)に示すように、第 2の膜 63a上に振動膜 64を形成する。ここで、第 2 の膜 63aにより覆われたヒンジパターン上に振動膜 64が形成されるため、振動膜 64 は折れ曲がることになる。すなわち、振動膜 64は、パターユングされた第 1の膜 62a の各部分上に形成された高位置側平坦部と、パターユングされた第 1の膜 62aの各 部分の間に形成された低位置側平坦部と、前記高位置側平坦部と前記低位置側平 坦部とを接続する接続部とを有し、前記高位置側平坦部と前記接続部との間にヒン ジ上角部が介在し、前記低位置側平坦部と前記接続部との間にヒンジ下角部が介 在する。振動膜 64としては、ポリシリコン膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリ シリコン膜とシリコン窒化膜との積層膜、又はシリコン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくは シリコン窒化膜の少なくとも一方によって挟み込んでなる積層膜 (例えばシリコン窒化 膜 Zシリコン酸ィ匕膜 Zシリコン窒化膜 Zポリシリコン膜の 4層構造の積層膜)などを使 用用途に応じて用いる。また、振動膜 64の形成方法としては、パターン側壁にも平 坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法を用いることが最 も望ましい。
[0140] 次に、図 8 (e)に示すように、シリコン基板 61、第 1の膜 62b及び第 2の膜 63bをそ れぞれ部分的に除去する。具体的には、シリコン基板 61の裏面側の第 2の膜 63b上 にフォトレジストを塗布して露光及び現像を行うことによりレジストパターン（図示省略) を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして基板裏面側の第 2の膜 63b及び 第 1の膜 62bを順次パターユングする。さらに、このパターユングされた基板裏面側の 第 2の膜 63b及び第 1の膜 62bをマスクとしてシリコン基板 61の所定部分を裏面側か らエッチングにより除去することによって、シリコン基板 61に貫通孔を形成する。シリコ ン基板 61のエッチングにはドライエッチング法やアルカリウエットエッチング法を使用 することができる。アルカリウエットエッチング法を用いる場合には、シリコン基板 61と しては（100)面方位のものを使用し、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3〜30 質量0 /0の KOHや TMAH等のアルカリ性水溶液にシリコン基板 61を浸漬することに より、エッチング面にシリコンの（111)面方位を残しながら当該基板に対して異方性 シリコンウエットエッチングを行う。また、ドライエッチング法を用いる場合には、マスク となる第 2の膜 63b及び第 1の膜 62bとの選択比は大きくない (対シリコン酸ィ匕膜選択 比の場合で 100程度までしか大きくできない）力 シリコン基板 61に対して垂直方向 にエッチングを行うことができる。逆に、前述のウエットエッチング法を用いた場合には 、マスクとなる第 2の膜 63b及び第 1の膜 62bとの選択比を大きくすることができる（対 シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で数 1000程度まで大きくできる）が、シリコン基板 61を エッチングする際にエッチング面 (パターン側壁面）に傾斜 (傾斜角度 54〜56° 程 度）が生じてしまう。以上のように、シリコン基板 61のエッチングにドライエッチング法 を用いるかアルカリウエットエッチング法を用いるかによつてエッチング特性上の違い があるので、これらの特性を考慮した上で最適なエッチング方法を選択して使用する
[0141] 最後に、図 8 (f)に示すように、シリコン基板 61の貫通孔に露出する領域の第 1の膜 62a及び第 2の膜 63aをエッチングにより除去する。これにより、両端をシリコン基板 6 1に保持され且つ中央部分が空中に浮 、た状態の振動膜 (ヒンジ構造付き振動膜) 6 4が基板表面側に形成される。ここで、第 1の膜 62a及び第 2の膜 63aにシリコン酸ィ匕 膜を使用した場合には、エッチング液としてフッ化水素酸水溶液を使用したウエットェ ツチングにより第 1の膜 62a及び第 2の膜 63aの除去を簡単に行うことができる。
[0142] 以上に説明した第 6の実施形態によると、ノターユングされた第 1の膜 62aにより生 じた基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜 63a及び振動膜 64を順次 形成するため、振動膜 64のヒンジ上角部の曲率 (ラウンド量)を下地となる第 2の膜 6 3aの上角部の曲率よりもさらに大きくすることができる。すなわち、第 2の膜 63aによつ てヒンジパターンの上角部をラウンド化させた後、第 2の膜 63aの上に振動膜 64を形 成するため、振動膜 64のヒンジ上角部を確実にラウンド化させることができる。また、 第 2の膜 63aの膜厚制御によって振動膜 64のヒンジ上角部のラウンド形状 (ラウンド 量)を簡単に制御することができる。
[0143] また、第 6の実施形態によると、ヒンジパターンを構成する溝穴をウエットエッチング 法を用いて第 1の膜 62aを等方的にエッチングすることにより形成するため、ヒンジパ ターンの側壁をラウンドィ匕させることができるので、当該ヒンジパターン上に形成され る振動膜 64のヒンジ上角部及びヒンジ下角部をラウンドィ匕させ且つ鈍角化することが できると共に、ヒンジパターンの側壁上に位置する振動膜 64の接続部をラウンド化さ せることができる。すなわち、振動膜 64のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を簡単にラ ゥンドィ匕させ且つ鈍角化することができる。また、エッチング条件を制御することによ つて振動膜 64のヒンジ上角部及びヒンジ下角部の屈曲角度及びラウンド量を簡単に 帘 U御することができる。
[0144] さらに、第 6の実施形態によると、振動膜 64のヒンジ上角部及びヒンジ下角部をラウ ンドィ匕させて 、ると共に鈍角化して 、るため、当該ヒンジ上角部及びヒンジ下角部で の応力集中を分散させることができるので、振動膜 64の膜破れに対する耐性を向上 させることがでさる。
[0145] 尚、第 6の実施形態において、図 8 (b)に示す工程で第 1の膜 62aの所定の部分を シリコン基板 61が露出するまでエッチングして除去した力 これに代えて、図 9 (a)に 示すように、第 1の膜 62aのエッチングによる除去をシリコン基板 61が露出するまでは 行わずに途中で止めてもよい。これにより、ヒンジパターンの下底部をラウンド化させ ることができるので、最終的に、図 9 (b)に示すように、振動膜 64のヒンジ上角部、ヒン ジ下角部及び接続部に加えて振動膜 64の下底部まで含めたヒンジ構造全体をラウ ンドィ匕させることができる。ここで、当該ヒンジ構造のラウンド量については、第 1の膜 6 2aの膜厚及び第 1の膜 62aのエッチング量により制御することができる。
[0146] また、第 6の実施形態において、振動膜 64の全てのヒンジ上角部及びヒンジ下角 部をラウンド化させ且つ鈍角化したが、これに代えて、振動膜 64の特定のヒンジ上角 部及びヒンジ下角部のみをラウンド化させ且つ鈍角化してもよい。
[0147] (第 7の実施形態）
以下、本発明の第 7の実施形態に係るヒンジ付き MEMS振動膜構造及びその形 成方法について、図面を参照しながら説明する。
[0148] 図 10 (a)〜 (g)は、第 7の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各工程を示す 断面図である。
[0149] まず、図 10 (a)に示すように、シリコン基板 71の表面上に第 1の膜 72aを形成する。
ここで、第 1の膜 72aは、最終的にエッチングにより除去されるので、シリコン酸ィ匕膜 が望ましい。シリコン酸ィ匕膜は、熱酸化法、減圧 CVD法又はプラズマ CVD法など〖こ より形成することができる。熱酸化法又は減圧 CVD法を用いた場合には、シリコン酸 化膜はシリコン基板表面だけではなぐシリコン基板裏面にも形成される。本実施形 態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 72aを形成す るので、シリコン基板 71の裏面にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 72bが形成される
[0150] 次に、図 10 (b)に示すように、シリコン基板 71の表面上に形成された第 1の膜 72a を例えばリソグラフィ及びエッチングにより複数の部分に分断する。具体的には、第 1 の膜 72a上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像によりパターユングを行い、 それにより形成されたレジストパターンをマスクとしてドライエッチング法を用いて第 1 の膜 72aに対して垂直にエッチングを行う。その後、例えば酸素アツシング法及び硫 酸過酸ィ匕水素水洗浄を用いてレジストパターンを除去する。これにより、第 1の膜 72a が複数の部分に分断される。
[0151] 次に、図 10 (c)に示すように、パターユングされた第 1の膜 72aをマスクとして、例え ばドライエッチング法によりシリコン基板 71に対して垂直にエッチングを行うことによつ て、シリコン基板 71を所定の深さだけ除去する。このエッチングによりシリコン基板 71 に生じた凹凸がヒンジパターンとなる。続いて、シリコン基板 71に対して熱酸ィ匕を行う ことにより、シリコン基板 71の露出部分にシリコン酸ィ匕膜 75を形成する。ここで、シリコ ン基板 71のエッチング深さは、最終的に形成される振動膜のヒンジ構造の高さを決 定するパラメータとなるため、形成したいヒンジ構造の高さに応じて所望の深さ分だけ シリコン基板 71をエッチングにより除去する。シリコン基板 71のドライエッチングには 例えば HBrや SF などのガス、つまりハロゲン系のエッチング種が発生するガスを使
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用する。また、これらのガスを用いたドライエッチングの際にマスクとなる第 1の膜 72a との選択比を考慮して第 1の膜 72aの膜厚を設定する。第 1の膜 72aとしてはシリコン 酸ィ匕膜を使用することができるが、これによつて十分な選択比が確保できない場合に は第 1の膜 72aとしてシリコン窒化膜の単層膜又はシリコン酸ィ匕膜とシリコン窒化膜と の積層膜を使用してもよい。尚、シリコン基板 71の熱酸ィ匕を確実に行うため、例えば 900°C以上の高温にてノイロ酸ィ匕を行い、熱処理時間はシリコン酸ィ匕膜 75が膜厚 1 OOnm以上形成されるように設定する。本実施形態においては、このシリコン酸ィ匕膜 75の膜厚によってヒンジパターンの上角部及び下角部のラウンド量を制御することが できる。
[0152] 次に、図 10 (d)に示すように、パターユングされたシリコン基板 71上におけるシリコ ン酸ィ匕膜 75の上及び第 1の膜 72aの上に第 2の膜 73aを形成する。本実施形態では 、第 1の膜 72a及び 72bと同様に、第 2の膜 73aも最終的にエッチングにより除去され るので、第 2の膜 73aとしては、第 1の膜 72a及び 72bと同種の元素成分から構成さ れる材料膜、例えばシリコン酸ィ匕膜を用いる。また、本実施形態では、例えば減圧 C VD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 73aを形成するので、基板裏面側の 第 1の膜 72b上にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 2の膜 73bが形成される。
[0153] 尚、本実施形態においては、成膜後の第 2の膜 73a (つまりパターユングにより生じ た基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆う第 2の膜 73a)の形状は、最終的に形成さ れる振動膜のヒンジ構造の形状を決定する。そのため、第 2の膜 73aの形成方法とし ては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減 圧 CVD法を用いることが最も望ま ヽ。
[0154] 次に、図 10 (e)に示すように、第 2の膜 73a上に振動膜 74を形成する。ここで、第 2 の膜 73aにより覆われたヒンジパターン上に振動膜 74が形成されるため、振動膜 74 は折れ曲がることになる。すなわち、振動膜 74は、基板凸部上に形成された高位置 側平坦部と、基板凹部の底面上に形成された低位置側平坦部と、前記高位置側平 坦部と前記低位置側平坦部とを接続する接続部とを有し、前記高位置側平坦部と前 記接続部との間にヒンジ上角部が介在し、前記低位置側平坦部と前記接続部との間 にヒンジ下角部が介在する。振動膜 74としては、ポリシリコン膜の単層膜、シリコン窒 化膜の単層膜、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜との積層膜、又はシリコン酸ィ匕膜をポ リシリコン膜若しくはシリコン窒化膜の少なくとも一方によって挟み込んでなる積層膜（ 例えばシリコン窒化膜 Zシリコン酸ィ匕膜 Zシリコン窒化膜 Zポリシリコン膜の 4層構造 の積層膜)などを使用用途に応じて用いる。また、振動膜 74の形成方法としては、パ ターン側壁にも平坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減圧 CVD法 を用いることが最も望ましい。
次に、図 10 (f)に示すように、シリコン基板 71、第 1の膜 72b及び第 2の膜 73bをそ れぞれ部分的に除去する。具体的には、シリコン基板 71の裏面側の第 2の膜 73b上 にフォトレジストを塗布して露光及び現像を行うことによりレジストパターン（図示省略) を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして基板裏面側の第 2の膜 73b及び 第 1の膜 72bを順次パターユングする。さらに、このパターユングされた基板裏面側の 第 2の膜 73b及び第 1の膜 72bをマスクとしてシリコン基板 71の所定部分を裏面側か らエッチングにより除去することによって、シリコン基板 71に貫通孔を形成する。シリコ ン基板 71のエッチングにはドライエッチング法やアルカリウエットエッチング法を使用 することができる。アルカリウエットエッチング法を用いる場合には、シリコン基板 71と しては（100)面方位のものを使用し、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3〜30 質量。/(^ΚΟΗや TMAH等のアルカリ性水溶液にシリコン基板 71を浸漬することに より、エッチング面にシリコンの（111)面方位を残しながら当該基板に対して異方性 シリコンウエットエッチングを行う。また、ドライエッチング法を用いる場合には、マスク となる第 2の膜 73b及び第 1の膜 72bとの選択比は大きくない (対シリコン酸ィ匕膜選択 比の場合で 100程度までしか大きくできない）力 シリコン基板 71に対して垂直方向 にエッチングを行うことができる。逆に、前述のウエットエッチング法を用いた場合には 、マスクとなる第 2の膜 73b及び第 1の膜 72bとの選択比を大きくすることができる（対 シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で数 1000程度まで大きくできる）が、シリコン基板 71を エッチングする際にエッチング面 (パターン側壁面）に傾斜 (傾斜角度 54〜56° 程 度）が生じてしまう。以上のように、シリコン基板 71のエッチングにドライエッチング法 を用いるかアルカリウエットエッチング法を用いるかによつてエッチング特性上の違い があるので、これらの特性を考慮した上で最適なエッチング方法を選択して使用する
[0156] 最後に、図 10 (g)に示すように、シリコン基板 71の貫通孔に露出する領域の第 1の 膜 72a及び第 2の膜 73aをエッチングにより除去する。これにより、両端をシリコン基 板 71に保持され且つ中央部分が空中に浮!ヽた状態の振動膜 (ヒンジ構造付き振動 膜) 74が基板表面側に形成される。ここで、第 1の膜 72a及び第 2の膜 73aにシリコン 酸化膜を使用した場合、エッチング液としてフッ化水素酸水溶液を使用したウエットェ ツチングにより第 1の膜 72a及び第 2の膜 73aの除去を簡単に行うことができる。
[0157] 以上に説明した第 7の実施形態によると、ノターユングにより生じた基板表面の凹 凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜 73a及び振動膜 74を順次形成するため、振 動膜 74のヒンジ上角部の曲率 (ラウンド量)を下地となる第 2の膜 73aの上角部の曲 率よりもさらに大きくすることができる。すなわち、第 2の膜 73aによってヒンジパターン の上角部をラウンド化させた後、第 2の膜 73aの上に振動膜 74を形成するため、振動 膜 74のヒンジ上角部を確実にラウンド化させることができる。また、第 2の膜 73aの膜 厚制御によって振動膜 74のヒンジ上角部のラウンド形状 (ラウンド量)を簡単に制御 することができる。
[0158] また、第 7の実施形態によると、エッチングによりシリコン基板 71に生じた凹凸（ヒン ジパターン)の側壁に熱酸ィ匕によってシリコン酸ィ匕膜 75が形成されるため、ヒンジパ ターンの上角部及び下角部の両方をラウンドィ匕させることができるので、当該ヒンジ ノ ターン上に形成される振動膜 74のヒンジ上角部及びヒンジ下角部もラウンドィ匕させ ることができる。また、シリコン基板 71のエッチング条件によっては、ヒンジパターン側 壁に傾斜をつけることができ、それにより振動膜 74のヒンジ上角部及びヒンジ下角部 を鈍角化することができる。すなわち、振動膜 74のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を 簡単にラウンド化させ且つ鈍角化することができる。また、シリコン基板 71の熱酸ィ匕 量によって振動膜 74のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のラウンド形状 (ラウンド量)を 簡単に制御することができる。 [0159] さらに、第 7の実施形態によると、振動膜 74のヒンジ上角部及びヒンジ下角部をラウ ンドィ匕させて 、るため、当該ヒンジ上角部及びヒンジ下角部での応力集中を分散させ ることができるので、振動膜 74の膜破れに対する耐性を向上させることができる。
[0160] 尚、第 7の実施形態において、シリコン基板の熱酸ィ匕を確実に行うためには、熱酸 化の温度は 900°C以上であることが好まし!/、。
[0161] また、第 7の実施形態において、振動膜 74の全てのヒンジ上角部及びヒンジ下角 部をラウンドィ匕させた力 これに代えて、振動膜 74の特定のヒンジ上角部及びヒンジ 下角部のみをラウンド化させてもよい。
[0162] (第 8の実施形態）
以下、本発明の第 8の実施形態に係るヒンジ付き MEMS振動膜構造及びその形 成方法について、図面を参照しながら説明する。
[0163] 図 11 (a)〜 (g)は、第 8の実施形態に係る振動膜構造の形成方法の各工程を示す 断面図である。
[0164] まず、図 11 (a)に示すように、シリコン基板 81の表面上に第 1の膜 82aを形成する。
ここで、シリコン基板 81としては、（100)面方位が露出したものを用いる。
また、第 1の膜 82aは、最終的にエッチングにより除去されるので、シリコン酸ィ匕膜が 望ましい。シリコン酸ィ匕膜は、熱酸化法、減圧 CVD法又はプラズマ CVD法などによ り形成することができる。熱酸化法又は減圧 CVD法を用いた場合には、シリコン酸ィ匕 膜はシリコン基板表面だけではなぐシリコン基板裏面にも形成される。本実施形態 では、例えば減圧 CVD法を用 、てシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 82aを形成する ので、シリコン基板 81の裏面にもシリコン酸ィ匕膜からなる第 1の膜 82bが形成される。
[0165] 次に、図 11 (b)に示すように、シリコン基板 81の表面上に形成された第 1の膜 82a を例えばリソグラフィ及びエッチングにより複数の部分に分断する。具体的には、第 1 の膜 82a上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像によりパターユングを行い、 それにより形成されたレジストパターンをマスクとしてドライエッチング法を用いて第 1 の膜 82aに対して垂直にエッチングを行う。その後、例えば酸素アツシング法及び硫 酸過酸ィ匕水素水洗浄を用いてレジストパターンを除去する。これにより、第 1の膜 82a が複数の部分に分断される。 [0166] 次に、図 11 (c)に示すように、パターユングされた第 1の膜 82aをマスクとして、例え ばウエットエッチング法によりシリコン基板 81に対してエッチングを行うことによって、 シリコン基板 81を所定の深さだけ除去すると共にエッチングパターン側壁に傾斜を つける（垂直よりも緩やかに傾ける。このエッチングによりシリコン基板 81に生じた凹 凸がヒンジパターンとなる。ここで、シリコン基板 81のエッチング深さは、最終的に形 成される振動膜のヒンジ構造の高さを決定するパラメータとなるため、形成したいヒン ジ構造の高さに応じて所望の深さ分だけシリコン基板 81をエッチングにより除去する 。シリコン基板 81のウエットエッチングには、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3 〜30質量％の KOHや TMAH等のアルカリ性水溶液を使用する。また、これらのェ ツチング溶液を用 V、たウエットエッチングの際にマスクとなる第 1の膜 82aとの選択比 を考慮して第 1の膜 82aの膜厚を設定する。第 1の膜 82aとしてはシリコン酸ィ匕膜を使 用することができるが、これによつて十分な選択比が確保できない場合には第 1の膜 82aとしてシリコン窒化膜の単層膜又はシリコン酸ィ匕膜とシリコン窒化膜との積層膜を 使用してもよい。本実施形態のように、（100)面方位が露出したシリコン基板 81に対 してアルカリウエットエッチングを行うと、エッチング面にシリコンの（111)面方位を残 しながら当該基板に対して異方性シリコンウエットエッチングを行うことができる。本実 施形態においては、このウエットエッチング条件によってヒンジパターンの上角部及び 下角部の屈曲角度を制御することができる。
[0167] 次に、図 11 (d)に示すように、パターユングされたシリコン基板 81上及び第 1の膜 8 2a上に第 2の膜 83aを形成する。本実施形態では、第 1の膜 82a及び 82bと同様に、 第 2の膜 83aも最終的にエッチングにより除去されるので、第 2の膜 83aとしては、第 1 の膜 82a及び 82bと同種の元素成分力も構成される材料膜、例えばシリコン酸ィ匕膜 を用いる。また、本実施形態では、例えば減圧 CVD法を用いてシリコン酸ィ匕膜からな る第 2の膜 83aを形成するので、基板裏面側の第 1の膜 82b上にもシリコン酸ィ匕膜か らなる第 2の膜 83bが形成される。
[0168] 尚、本実施形態においては、成膜後の第 2の膜 83a (つまりパターユングにより生じ た基板表面の凹凸 (ヒンジパターン)を覆う第 2の膜 83a)の形状は、最終的に形成さ れる振動膜のヒンジ構造の形状を決定する。そのため、第 2の膜 83aの形成方法とし ては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜厚で成膜を行えるカバレッジ性の良い減 圧 CVD法を用いることが最も望ま ヽ。
[0169] 次に、図 11 (e)に示すように、第 2の膜 83a上に振動膜 84を形成する。ここで、第 2 の膜 83aにより覆われたヒンジパターン上に振動膜 84が形成されるため、振動膜 84 は折れ曲がることになる。すなわち、振動膜 84は、基板凸部上に形成された高位置 側平坦部と、基板凹部の底面上に形成された低位置側平坦部と、前記高位置側平 坦部と前記低位置側平坦部とを接続する接続部とを有し、前記高位置側平坦部と前 記接続部との間にヒンジ上角部が介在し、前記低位置側平坦部と前記接続部との間 にヒンジ下角部が介在する。また、本実施形態においては、前記接続部は、前記高 位置側平坦部及び前記低位置側平坦部に対して斜め方向に設けられる。振動膜 84 としては、ポリシリコン膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリシリコン膜とシリコン 窒化膜との積層膜、又はシリコン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくはシリコン窒化膜の少 なくとも一方によって挟み込んでなる積層膜 (例えばシリコン窒化膜 Zシリコン酸ィ匕膜 Zシリコン窒化膜 Zポリシリコン膜の 4層構造の積層膜)などを使用用途に応じて用 いる。また、振動膜 84の形成方法としては、パターン側壁にも平坦部分と同じ膜厚で 成膜を行えるカバレッジ性の良 、減圧 CVD法を用いることが最も望ま 、。
[0170] 次に、図 11 (f)に示すように、シリコン基板 81、第 1の膜 82b及び第 2の膜 83bをそ れぞれ部分的に除去する。具体的には、シリコン基板 81の裏面側の第 2の膜 83b上 にフォトレジストを塗布して露光及び現像を行うことによりレジストパターン（図示省略) を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして基板裏面側の第 2の膜 83b及び 第 1の膜 82bを順次パターユングする。さらに、このパターユングされた基板裏面側の 第 2の膜 83b及び第 1の膜 82bをマスクとしてシリコン基板 81の所定部分を裏面側か らエッチングにより除去することによって、シリコン基板 81に貫通孔を形成する。シリコ ン基板 81のエッチングにはドライエッチング法やアルカリウエットエッチング法を使用 することができる。シリコン基板 71としては（100)面方位のものを使用し且つアルカリ ウエットエッチング法を用いる場合には、 70〜90°C程度の温度に加熱した濃度 3〜3 0質量。/(^ΚΟΗや TMAH等のアルカリ性水溶液にシリコン基板 81を浸漬すること により、エッチング面にシリコンの（111)面方位を残しながら当該基板に対して異方 性シリコンウエットエッチングを行う。また、ドライエッチング法を用いる場合には、マス クとなる第 2の膜 83b及び第 1の膜 82bとの選択比は大きくない (対シリコン酸ィ匕膜選 択比の場合で 100程度までしか大きくできない）が、シリコン基板 81に対して垂直方 向にエッチングを行うことができる。逆に、前述のウエットエッチング法を用いた場合に は、マスクとなる第 2の膜 83b及び第 1の膜 82bとの選択比を大きくすることができる（ 対シリコン酸ィ匕膜選択比の場合で数 1000程度まで大きくできる）が、シリコン基板 81 をエッチングする際にエッチング面 (パターン側壁面）に傾斜 (傾斜角度 54〜56° 程 度）が生じてしまう。以上のように、シリコン基板 81のエッチングにドライエッチング法 を用いるかアルカリウエットエッチング法を用いるかによつてエッチング特性上の違い があるので、これらの特性を考慮した上で最適なエッチング方法を選択して使用する
[0171] 最後に、図 11 (g)に示すように、シリコン基板 81の貫通孔に露出する領域の第 1の 膜 82a及び第 2の膜 83aをエッチングにより除去する。これにより、両端をシリコン基 板 81に保持され且つ中央部分が空中に浮!ヽた状態の振動膜 (ヒンジ構造付き振動 膜) 84が基板表面側に形成される。ここで、第 1の膜 82a及び第 2の膜 83aにシリコン 酸化膜を使用した場合、エッチング液としてフッ化水素酸水溶液を使用したウエットェ ツチングにより第 1の膜 82a及び第 2の膜 83aの除去を簡単に行うことができる。
[0172] 以上に説明した第 8の実施形態によると、ノターユングにより生じた基板表面の凹 凸 (ヒンジパターン)を覆うように第 2の膜 83a及び振動膜 84を順次形成するため、振 動膜 84のヒンジ上角部の曲率 (ラウンド量)を下地となる第 2の膜 83aの上角部の曲 率よりもさらに大きくすることができる。すなわち、第 2の膜 83aによってヒンジパターン の上角部をラウンド化させた後、第 2の膜 83aの上に振動膜 84を形成するため、振動 膜 84のヒンジ上角部を確実にラウンド化させることができる。また、第 2の膜 83aの膜 厚制御によって振動膜 84のヒンジ上角部のラウンド形状 (ラウンド量)を簡単に制御 することができる。
[0173] また、第 8の実施形態によると、エッチングによりシリコン基板 81に生じた凹凸（ヒン ジパターン)の側壁を傾斜させる（垂直よりも緩やかに傾ける）ため、当該ヒンジパター ン上に形成される振動膜 84のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を鈍角化することがで きる。すなわち、振動膜 84のヒンジ上角部及びヒンジ下角部を簡単に鈍角化すること ができる。また、エッチング条件の制御によって振動膜 84のヒンジ上角部及びヒンジ 下角部の屈曲角度を簡単に制御することができる。
[0174] さらに、第 8の実施形態によると、振動膜 84のヒンジ上角部及びヒンジ下角部をラウ ンドィ匕させ且つ鈍角化して 、るため、当該ヒンジ上角部及びヒンジ下角部での応力 集中を分散させることができるので、振動膜 84の膜破れに対する耐性を向上させるこ とがでさる。
[0175] 尚、第 8の実施形態において、ヒンジパターン側壁を確実に傾斜させるためには、 シリコン基板 81は（100)面方位が露出したシリコン基板であり、シリコン基板エツチン グにお 、て、アルカリ性溶液を用いたウエットエッチングにより異方性エッチングを行 うことが好ましい。
[0176] また、第 8の実施形態において、振動膜 84の全てのヒンジ上角部及びヒンジ下角 部をラウンド化させ且つ鈍角化したが、これに代えて、振動膜 84の特定のヒンジ上角 部及びヒンジ下角部のみをラウンド化させ且つ鈍角化してもよい。
[0177] また、以上に説明した本発明の各実施形態を相互に組み合わせてもよいことは言う までもない。例えば第 4の実施形態は、第 2の実施形態、第 3の実施形態、第 5の実 施形態、第 6の実施形態及び第 7の実施形態のそれぞれと組み合わせて使用するこ とが可能である。また、第 8の実施形態は、第 2の実施形態、第 3の実施形態、第 4の 実施形態及び第 5の実施形態のそれぞれと組み合わせて使用することが可能である
[0178] また、本発明の各実施形態では、それぞれ鈍角化し若しくはラウンド化させるヒンジ 角部の箇所又はヒンジ角部の補強箇所が異なる。従って、振動膜の形成プロセスの 途中やセンサーとしての実使用時におけるヒンジ構造の応力集中箇所に応じて、当 該箇所の応力を分散若しくは緩和し又は当該箇所を補強するために、適切な実施形 態を選択して使用すればょ ヽ。
[0179] また、互いに対向する一対の電極を備えたコンデンサーにおいて、前記一対の電 極の一方の電極が、本発明の各実施形態の振動膜構造を有するか又は当該振動 膜構造上に形成されていると、振動膜の膜破れに対する耐性を向上させることができ るので、高信頼性を有するコンデンサーを実現することができる。
[0180] さらに、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクト レットとを備えたエレクトレットコンデンサーマイクロフォン（ECM)において、前記一対 の電極の一方の電極が、本発明の各実施形態の振動膜構造を有するか又は当該振 動膜構造上に形成されていると、振動膜の膜破れに対する耐性を向上させることが できるので、高信頼性を有するエレクトレットコンデンサーマイクロフォンを実現するこ とができる。図 12は、本発明の各実施形態の振動膜構造 (ヒンジ構造を有する振動 膜)の適用対象となるエレクトレットコンデンサーマイクロフォンの一例を示す断面図 である。図 12に示すように、シリコン基板 91上には、例えばシリコン酸ィ匕膜からなる下 地保護膜 92が形成されている。シリコン基板 91及び下地保護膜 92の中央部 (メンブ レン領域）には貫通孔 98が設けられている。下地保護膜 92上には振動膜 (振動膜電 極） 93がメンブレン領域を覆うように形成されている。また、振動膜電極 93の上方に は、振動膜電極 93と向かい合うように固定膜（固定膜電極) 97が設けられている。メ ンブレン領域を除くシリコン基板 91上には、振動膜電極 93と固定膜電極 97との間隔 を一定に保っために、絶縁膜 95及びその保護膜 (表面保護膜) 96が設けられている と共〖こ、振動膜電極 93と固定膜電極 97との間にはエアギャップ 99が介在する。固定 膜電極 97には、エアギャップ 99に通ずる複数の音孔 100が設けられている。また、 振動膜電極 93におけるメンブレン領域の中央付近に位置する部分 93a上にはエレ タトレット膜 94が形成されている。さらに、振動膜電極 93におけるメンブレン領域の周 辺に位置する部分 93bは、本発明の各実施形態の振動膜構造 (ヒンジ構造を有する 振動膜)を有している。尚、振動膜電極 93と固定膜電極 97との上下関係を逆にして もよい。また、エレクトレット膜 94は振動膜電極 93と固定膜電極 97との間に配置され て 、れば、振動膜電極 93の直上に配置されて 、なくてもょ 、。
産業上の利用可能性
[0181] 以上に説明したように、本発明の振動膜構造及びその形成方法は、小型且つ高性 能で生産性に優れた ECM等の実現に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] MEMS技術を用いて形成された振動膜を備えた構造であって、
前記振動膜はヒンジ構造を有しており、
前記振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のうちの少なくとも一方は 90度よりも 大きい角度で折れ曲がつていることを特徴とする振動膜構造。
[2] 請求項 1に記載の振動膜構造にぉ 、て、
前記振動膜は、高位置側平坦部と、低位置側平坦部と、前記高位置側平坦部と前 記低位置側平坦部とを接続する接続部とを有し、
前記接続部は、前記高位置側平坦部及び前記低位置側平坦部に対して斜め方向 に設けられて ヽることを特徴とする振動膜構造。
[3] MEMS技術を用いて形成された振動膜を備えた構造であって、
前記振動膜はヒンジ構造を有しており、
前記振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のうちの少なくとも一方はラウンド化さ れて！ゝることを特徴とする振動膜構造。
[4] 請求項 3に記載の振動膜構造において、
前記振動膜における前記ヒンジ上角部及び前記ヒンジ下角部以外の他の部分もラ ゥンド化されて!/、ることを特徴とする振動膜構造。
[5] MEMS技術を用いて形成された振動膜を備えた構造であって、
前記振動膜はヒンジ構造を有しており、
前記振動膜のヒンジ上角部及びヒンジ下角部のうちの少なくとも一方は、他の部分 よりも大きい膜厚を有することによって補強されていることを特徴とする振動膜構造。
[6] 請求項 5に記載の振動膜構造において、
前記振動膜は、高位置側平坦部と、低位置側平坦部と、前記高位置側平坦部と前 記低位置側平坦部とを接続する接続部とを有し、
前記接続部はサイドウォール構造を有することを特徴とする振動膜構造。
[7] 互いに対向する一対の電極を備えたコンデンサーであって、
前記一対の電極の一方の電極が、請求項 1〜6のいずれか一項に記載の振動膜 構造を有するか又は当該振動膜構造上に形成されていることを特徴とするコンデン サー。
[8] 互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトレットと を備えたエレクトレットコンデンサーマイクロフォンであって、
前記一対の電極の一方の電極が、請求項 1〜6のいずれか一項に記載の振動膜 構造を有するか又は当該振動膜構造上に形成されていることを特徴とするエレクトレ ットコンデンサーマイクロフォン。
[9] MEMS技術を用いて形成された振動膜を備えた構造の形成方法であって、
基板上に第 1の膜を形成する工程 (a)と、
前記第 1の膜をパターユングする工程 (b)と、
ノターニングされた前記第 1の膜を覆うように基板上に第 2の膜を形成する工程 (c) と、
前記第 2の膜上に振動膜を形成する工程 (d)と、
前記振動膜が形成されて ヽな 、側カゝら前記基板に貫通孔を形成する工程 (e)と、 前記貫通孔に露出する領域の前記第 1の膜及び前記第 2の膜を除去する工程 (f) とを備えて ヽることを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[10] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記第 1の膜及び前記第 2の膜は同一の材料力 構成されていることを特徴とする 振動膜構造の形成方法。
[11] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法にお!、て、
前記第 1の膜及び前記第 2の膜は、前記基板における前記振動膜が設けられない 反対面上にも形成され、
前記工程 (e)において、前記反対面上に形成された前記第 1の膜及び前記第 2の 膜をパターンィ匕し、当該パターン化された前記第 1の膜及び前記第 2の膜をマスクと して前記基板に対してエッチングを行うことを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[12] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記第 1の膜及び前記第 2の膜はシリコン酸ィヒ膜であり、
前記工程 (f)において、フッ化水素酸を用いたエッチングにより前記第 1の膜及び 前記第 2の膜を除去することを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[13] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記振動膜は、ポリシリコン膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜、ポリシリコン膜と シリコン窒化膜との積層膜、又はシリコン酸ィ匕膜をポリシリコン膜若しくはシリコン窒化 膜の少なくとも一方によって挟み込んでなる積層膜であることを特徴する振動膜構造 の形成方法。
[14] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記工程 (b)と前記工程 (c)との間に、パターユングされた前記第 1の膜の側壁に サイドウォールを形成する工程を備えていることを特徴する振動膜構造の形成方法。
[15] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記工程 (c)と前記工程 (d)との間に、パターユングされた前記第 1の膜の側壁に 前記第 2の膜を介してサイドウォールを形成する工程を備えていることを特徴する振 動膜構造の形成方法。
[16] 請求項 14又は 15に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記第 1の膜、前記第 2の膜及び前記サイドウォールは同一の材料力 構成され、 前記工程 (f)において、前記第 1の膜及び前記第 2の膜と共に前記サイドウォール を除去することを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[17] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記工程 (c)と前記工程 (d)との間に、パターユングされた前記第 1の膜の側壁に 前記第 2の膜を介してサイドウォールを形成する工程を備え、
前記サイドウォールは前記第 1の膜及び前記第 2の膜とは異なる材料力 構成され 前記工程 (f)において、前記サイドウォールを残存させることを特徴とする振動膜構 造の形成方法。
[18] 請求項 17に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記サイドウォールはシリコン窒化膜又はポリシリコン膜であることを特徴とする振動 膜構造の形成方法。
[19] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記工程 (d)と前記工程 (e)との間に、パターユングされた前記第 1の膜の側壁に 前記第 2の膜及び前記振動膜を介してサイドウォールを形成する工程を備え、 前記サイドウォールは前記第 1の膜及び前記第 2の膜とは異なる材料力 構成され 前記工程 (f)において、前記サイドウォールを残存させることを特徴とする振動膜構 造の形成方法。
[20] 請求項 19に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記サイドウォールはシリコン窒化膜又はポリシリコン膜であることを特徴とする振動 膜構造の形成方法。
[21] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記工程 (c)と前記工程 (d)との間に、熱処理により前記第 2の膜を流動させるェ 程をさらに備えていることを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[22] 請求項 21に記載の振動膜構造の形成方法にお 、て、
前記熱処理の温度は 600°C以上であることを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[23] 請求項 21に記載の振動膜構造の形成方法にぉ 、て、
前記第 2の膜は、ボロン及びリンの少なくとも一方をドーピングしたシリコン酸ィ匕膜で あることを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[24] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記工程 (b)において、ウエットエッチング法を用いて前記第 1の膜を等方的にエツ チングすることを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[25] 請求項 24に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記工程 (b)において、前記基板が露出しないようにエッチングを行うことを特徴と する振動膜構造の形成方法。
[26] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記基板はシリコン基板であり、
前記工程 (b)と前記工程 (c)との間に、パターユングされた前記第 1の膜をマスクと して、前記シリコン基板を所定の深さだけエッチングにより除去した後、前記シリコン 基板に対して熱酸ィ匕を行う工程をさらに備えていることを特徴とする振動膜構造の形 成方法。
[27] 請求項 26に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記熱酸化の温度は 900°C以上であることを特徴とする振動膜構造の形成方法。
[28] 請求項 9に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記工程 (b)と前記工程 (c)との間に、パターユングされた前記第 1の膜をマスクと して、前記シリコン基板を所定の深さだけエッチングにより除去すると共にエッチング ノ ターン側壁に傾斜をつける工程をさらに備えていることを特徴とする振動膜構造の 形成方法。
[29] 請求項 28に記載の振動膜構造の形成方法において、
前記基板は（100)面方位が露出したシリコン基板であり、
前記シリコン基板のエッチングにお 、て、アルカリ性溶液を用いたウエットエツチン グにより異方性エッチングを行うことを特徴とする振動膜構造の形成方法。
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