ＭＥＭＳセンサ
【課題】 ダイヤフラムなどの振動膜の振動しやすさを確保しながら、振動膜とバックプレートなどの対向電極との接触による短絡を、簡単な構成で防止することのできるＭＥＭＳセンサを提供すること。
【解決手段】 シリコンマイク１において、シリコン基板２の一方側に、シリコン基板２に対して間隔を空けて対向するように、金属電極１０が、所定の樹脂材料からなるダイヤフラム被覆膜１１に被覆されてなるダイヤフラム８を形成する。また、ダイヤフラム８に対してシリコン基板２の反対側において、ダイヤフラム８に対して間隔を空けて対向するように、導電性材料からなるバックプレート９を形成する。
【解決手段】 シリコンマイク１において、シリコン基板２の一方側に、シリコン基板２に対して間隔を空けて対向するように、金属電極１０が、所定の樹脂材料からなるダイヤフラム被覆膜１１に被覆されてなるダイヤフラム８を形成する。また、ダイヤフラム８に対してシリコン基板２の反対側において、ダイヤフラム８に対して間隔を空けて対向するように、導電性材料からなるバックプレート９を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したデバイスが携帯電話機などに搭載され始めたことから、ＭＥＭＳセンサの注目度が急激に高まっている。ＭＥＭＳセンサの代表的なものとして、たとえば、シリコンマイクがある。
図４Ａ〜図４Ｉは、従来のシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
【０００３】
従来のシリコンマイクの製造に際しては、まず、図４Ａに示すように、熱酸化処理により、シリコン基板１０２の一方面および他方面に、熱酸化膜１１１および熱酸化膜１２１がそれぞれ形成される。
次いで、図４Ｂに示すように、熱酸化膜１１１が一方側からエッチングされることにより、熱酸化膜１１１に、複数の凹部１１２が形成される。
【０００４】
次に、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition：減圧化学気相成長）法により、熱酸化膜１１１および熱酸化膜１２１の表面全域を覆うようにポリシリコンが堆積される。そして、熱酸化膜１１１を覆うポリシリコンは、不純物がドープされた後、凹部１１２に入り込んだ部分を包含する所定部分以外の部分が除去される。これにより、図４Ｃに示すように、熱酸化膜１１１上には、凹部１１２に入り込むことによりシリコン基板１０２に突出する凸部１０８を複数有するダイヤフラム１０４が形成される。一方、熱酸化膜１２１上には、図４Ｃに示すように、堆積されたままのポリシリコンからなるポリシリコン膜１１３が形成される。
【０００５】
続いて、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：プラズマ化学気相成長）法により、シリコン基板１０２の一方側に、ダイヤフラム１０４を被覆するように酸化シリコンが堆積される。そして、この酸化シリコンの不要部分が、エッチングにより除去される。これにより、図４Ｄに示すように、ダイヤフラム１０４を被覆する犠牲酸化膜１１４およびダイヤフラム１０４を取り囲む第２絶縁膜１１９が形成される。
【０００６】
次いで、ＬＰＣＶＤ法により、シリコン基板１０２の一方側および他方側に、ポリシリコンが堆積される。そして、シリコン基板１０２の一方側に堆積されたポリシリコンは、不純物がドープされた後、パターニングされる。これにより、図４Ｅに示すように、シリコン基板１０２の一方側には、犠牲酸化膜１１４上に、多数の孔１０６を有するバックプレート１０５が形成される。一方、シリコン基板１０２の他方側には、図４Ｅに示すように、堆積されたポリシリコンとポリシリコン膜１１３とが一体化してなる、ポリシリコン膜１１５が形成される。
【０００７】
次に、図４Ｆに示すように、孔１０６を介して犠牲酸化膜１１４がエッチングされることにより、犠牲酸化膜１１４に、複数の凹部１１７が形成される。そして、図４Ｆに示すように、犠牲酸化膜１１４および第２絶縁膜１１９から露出する熱酸化膜１１１が除去される。これにより、犠牲酸化膜１１４とシリコン基板１０２との間に残存した熱酸化膜１１１および犠牲酸化膜１１４からなる犠牲酸化膜１２２が形成される。また、熱酸化膜１１１が第２絶縁膜１１９とシリコン基板１０２との間に残存することにより、第１絶縁膜１２３が形成される。
【０００８】
次いで、ＰＥＣＶＤ法により、図４Ｇに示すように、シリコン基板１０２の一方側に、犠牲酸化膜１２２および第２絶縁膜１１９の表面全域を覆うように、窒化シリコンが堆積される。これにより、犠牲酸化膜１１４の凹部１１７に入り込むことによりシリコン基板１０２に突出する凸部１０９を複数有する表面膜１０７が形成される。
次いで、図４Ｈに示すように、表面膜１０７における孔１０６に対向する部分がエッチングされる。これにより、表面膜１０７に、バックプレート１０５の孔１０６に連通する孔１１８が形成される。
【０００９】
一方、図４Ｈに示すように、熱酸化膜１２１におけるダイヤフラム１０４に対向する部分がエッチングされることにより、熱酸化膜１２１に開口１２０が形成される。
次いで、開口１２０を介してシリコン基板１０２の他方面にフッ酸を含むエッチング液が供給されて、シリコン基板１０２がエッチングされる。これにより、図４Ｉに示すように、シリコン基板１０２に、その他方面から一方面に貫通する音孔１０３が形成される。そして、孔１１６，１１８および音孔１０３を介して犠牲酸化膜１２２にフッ酸を含むエッチング液が供給されて、犠牲酸化膜１２２が除去される。その結果、ダイヤフラム１０４がシリコン基板１０２の一方面から浮いた状態になるとともに、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５との間に、微小な間隔の空隙１１０が形成される。なお、ダイヤフラム１０４は、図示しない位置において、第１絶縁膜１２３および第２絶縁膜１１９により片持ち支持されている。また、犠牲酸化膜１２２の表面を被覆していた表面膜１０７は、犠牲酸化膜１２２の除去により、シリコン基板１０２の一方面との間に中空部分を有する状態で支持される中空支持膜となる。
【００１０】
その後、シリコン基板１０２が各素子サイズに分割されることにより、シリコンマイク１０１が得られる。
そして、このシリコンマイク１０１において、ダイヤフラム１０４およびバックプレート１０５は、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。このコンデンサ（ダイヤフラム１０４およびバックプレート１０５間）には、所定の電圧が印加される。
【００１１】
その状態で、音孔１０３から音圧（音波）が入力されると、その音圧の作用により、ダイヤフラム１０４が振動して、コンデンサの静電容量が変化し、この静電容量の変化によるダイヤフラム１０４およびバックプレート１０５間の電圧変動が音声信号として出力される。
【特許文献１】特開２００８−０７２５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
シリコンマイク１０１では、導電性のダイヤフラム１０４が空隙１１０内に露出している。そのため、静電気力などによりダイヤフラム１０４がバックプレート１０５へと引き付けられると、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５とが接触し、これらの間で短絡（ショート）が生じるおそれがある。
そこで、シリコンマイク１０１では、バックプレート１０５の孔１０６に表面膜１０７を部分的に入り込ませることにより、その先端がバックプレート１０５の下面よりもシリコン基板１０２側に位置するように突出する凸部１０９が形成されている。これにより、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５との接触前に、凸部１０９がダイヤフラム１０４に当接するので、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５との接触の防止が図られる。
【００１３】
しかし、凸部１０９を形成するためには、バックプレート１０５の形成後、バックプレート１０５の孔１０６内に露出する犠牲酸化膜１１４を微細なパターンでエッチングすることにより、表面膜１０７を入り込ませる凹部１１７を形成する必要がある（図４Ｆ参照）。そして、このような微細なエッチング工程の追加を余儀なくされるため、シリコンマイク１０１の製造工程が複雑化するという不具合がある。
【００１４】
一方、ダイヤフラム１０４に大きな張力を持たすことにより、ダイヤフラム１０４の振動幅を小さくし、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５との接触を防止することも考えられる。しかし、ダイヤフラム１０４に大きな張力を持たせると、ダイヤフラム１０４が振動しにくくなり、シリコンマイク１０１の感度が低下する。
本発明の目的は、ダイヤフラムなどの振動膜の振動しやすさを確保しながら、振動膜とバックプレートなどの対向電極との接触による短絡を、簡単な構成で防止することのできるＭＥＭＳセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板と、前記基板の一方側において、前記基板に対して間隔を空けて対向配置され、その対向方向に振動可能な振動膜と、前記振動膜に対して前記基板と反対側において、前記振動膜に対して間隔を空けて対向配置された、導電性材料からなる対向電極とを含み、前記振動膜は、金属電極と、前記金属電極を被覆する樹脂材料膜とを備える、ＭＥＭＳセンサである。
【００１６】
この構成によれば、金属電極を有する振動膜および導電性材料からなる対向電極は、互いに間隔を空けて対向することにより、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。そして、一方の電極である振動膜では、導電性部分である金属電極が樹脂材料膜により被覆されている。
そのため、振動膜と対向電極とが接触しても、対向電極に対する金属電極の接触が、振動膜の表面をなす樹脂材料膜により阻止される。その結果、振動膜と対向電極との接触による短絡を防止することができる。また、振動膜および／または対向電極に、これらの対向方向に突出する凸部を形成する必要がないので、製造工程の複雑化を抑制することもできる。
【００１７】
その一方で、金属電極が樹脂材料膜により被覆される構成では、振動膜を金属材料のみで同じ厚さで形成した場合と比較して振動しやすい。よって、振動膜の振動しやすさを確保しながら、振動膜と対向電極との接触による短絡を防止することができる。
また、金属電極が樹脂材料膜により被覆されているので、自然酸化などによる金属電極の腐食（劣化）を抑制することもできる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、前記振動膜は、前記金属電極が配置されるメイン部と、前記メイン部の周縁における複数の各位置から前記基板の表面に沿う方向に延びる支持部とを有する、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサである。
たとえば、図４Ｉに示すシリコンマイク１０１では、シリコンマイク１０１のコンデンサ部分の一方の対向電極を構成するダイヤフラム１０４は、第１絶縁膜１２３および第２絶縁膜１１９により片持ち支持されている。このように、張力のかからない片持ち支持によりダイヤフラム１０４を支持することによって、ダイヤフラム１０４の振動幅を大きくし、コンデンサの感度を向上させるという考え方がある。しかし、張力のかかっていないダイヤフラム１０４は、静電気力などによりバックプレート１０５に引き付けられやすい。
【００１９】
一方、請求項２記載の発明によれば、振動膜のメイン部が複数の支持部で複数持ち支持されており、振動膜に対して適度な張力がかけられている。そのため、対向電極への振動膜の引き付けを抑制することができる。その結果、対向電極と振動膜との接触を抑制することができる。
また、請求項３記載の発明は、前記樹脂材料膜が、感光性有機材料からなる、請求項１または２に記載のＭＥＭＳセンサである。
【００２０】
この構成によれば、樹脂材料膜が、感光性有機材料からなる。そのため、感光性有機材料を所定のパターンにパターニングすることにより、樹脂材料膜を簡単に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。 図１は、本発明の一実施形態に係るシリコンマイクの模式的な断面図である。また、図２は、図１に示すダイヤフラムの模式的な平面図である。
シリコンマイク１は、シリコン基板２を備えている。シリコン基板２には、上面側（一方側）ほど窄まる（下面側ほど広がる）断面台形状の音孔３が形成されている。また、シリコン基板２上には、第１絶縁膜４が積層されている。第１絶縁膜４は、たとえば、酸化シリコンからなる。
【００２２】
第１絶縁膜４上には、第２絶縁膜５が積層されている。第２絶縁膜５は、たとえば、窒化シリコンからなる。
第１絶縁膜４および第２絶縁膜５は、音孔３およびシリコン基板２の上面における音孔３の周囲の部分（以下、この部分を「貫通孔周辺部」という。）上から除去されている。これにより、貫通孔周辺部は、第１絶縁膜４および第２絶縁膜５から露出している。
【００２３】
そして、シリコンマイク１は、シリコン基板２の貫通孔周辺部上に設けられたセンサ部６と、センサ部６の側方に設けられたパッド部７とを有している。
センサ部６は、シリコン基板２の上面側（一方側）において、シリコン基板２の上面（一方面）の上方に間隔を空けて対向配置された薄膜状のダイヤフラム８と、このダイヤフラム８に対して間隔を空けて対向配置されたメッシュ薄膜状のバックプレート９とを備えている。
【００２４】
振動膜としてのダイヤフラム８は、薄膜状の金属電極１０と、金属電極１０を被覆する樹脂材料膜としてのダイヤフラム被覆膜１１とを有している。
金属電極１０は、たとえば、延性に富む金属からなり、具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、チタニウムタングステン（ＴｉＷ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）などからなる。また、金属電極１０の厚さは、たとえば、０．１〜１μｍ、好ましくは、０．３〜０．５μｍである。
【００２５】
ダイヤフラム被覆膜１１は、たとえば、感光性有機樹脂材料からなり、具体的には、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などからなる。また、ダイヤフラム被覆膜１１は、金属電極１０を下方から覆う下被覆膜１２と、金属電極１０を上方から覆う上被覆膜１３とを有している。これにより、ダイヤフラム８は、薄膜状の金属電極１０が上被覆膜１３および下被覆膜１２により上下方向から挟まれた３層構造を有している。そして、このような３層構造のダイヤフラム８の全体の厚さは、たとえば、０．５〜２μｍ、好ましくは、０．７〜１μｍである。
【００２６】
また、ダイヤフラム８は、金属電極１０を収容するメイン部１４および３つの支持部１５を一体的に有している。
メイン部１４は、平面視円形状をなし、音孔３および貫通孔周辺部に対向して、貫通孔周辺部から浮いた状態に配置されている。
３つの支持部１５は、メイン部１４の周縁における３つの各位置からシリコン基板２の上面に沿う方向（側方）に延びている。また、３つの支持部１５は、それぞれメイン部１４の中心の周りに互いに角度αだけ離れた３つの位置に配置されている。言い換えれば、３つの支持部１５は、隣接する一方の支持部１５とメイン部１４の中心とを結ぶ直線Ｌ１および他方の支持部１５とメイン部１４の中心とを結ぶ直線Ｌ２（もしくは、直線Ｌ３）が約１２０°の角度をなすように配置されている。そして、３つの支持部のうち、２つの支持部１５は、その先端部が、図示しない位置において第１絶縁膜４と第２絶縁膜５との間に進入し、第１絶縁膜４および第２絶縁膜５に支持されている。一方、残り１つの支持部１５は、下配線部２０（後述）と一体的に形成され、下配線部２０（後述）に支持されている。メイン部１４が３つの支持部１５に支持されることにより、ダイヤフラム８は、その外方へ張力のかかった状態で、シリコン基板２の上面と対向する方向に振動可能とされている。
【００２７】
対向電極としてのバックプレート９は、導電性材料（たとえば、アルミニウム）からなり、その厚さは、たとえば、０．３〜１μｍ、好ましくは、０．３〜０．５μｍである。また、バックプレート９は、バックプレート被覆膜１６により被覆されている。
バックプレート被覆膜１６は、たとえば、窒化シリコンからなり、バックプレート９を下方から覆い、第２絶縁膜５と一体的に形成された下被覆膜１７と、バックプレート９を上方から覆う上被覆膜１８とを有している。また、バックプレート被覆膜１６には、バックプレート９が有する各孔と対向する位置に、微細な孔１９が厚さ方向に貫通（上被覆膜１８および下被覆膜１７を貫通）して形成されている。
【００２８】
パッド部７は、下配線部２０、上配線部２１およびパッシベーション膜２２を備えている。
下配線部２０は、第３絶縁膜２３、下配線２４および第４絶縁膜２５を有している。
第３絶縁膜２３は、下被覆膜１２と同じ材料である感光性有機樹脂材料からなり、第１絶縁膜４上に積層されている。
【００２９】
下配線２４は、金属電極１０と同じ材料である延性に富む金属からなり、第３絶縁膜２３上に形成されている。
第４絶縁膜２５は、上被覆膜１３と同じ材料である感光性有機樹脂材料からなり、下配線２４上に積層されている。
そして、第３絶縁膜２３、下配線２４および第４絶縁膜２５は、ダイヤフラム８の１つの支持部１５における下被覆膜１２、金属電極１０および上被覆膜１３とそれぞれ一体的に形成されている。これにより、下配線部２０は、ダイヤフラム８の３つの支持部１５のうちの１つと一体的に形成され、ダイヤフラム８を支持している。
【００３０】
上配線部２１は、第５絶縁膜２６、上配線２７およびパッド２８を有している。
第５絶縁膜２６は、下被覆膜１７と同じ材料である窒化シリコンからなり、下被覆膜１７と一体的に形成されている。
上配線２７は、バックプレート９と同じ材料であるアルミニウムからなり、バックプレート９に接続されている。
【００３１】
パッド２８は、バックプレート９および上配線２７と同じ材料であるアルミニウムからなる。第５絶縁膜２６および第４絶縁膜２５には、下配線２４を部分的に露出させるための開口２９が形成されている。パッド２８は、開口２９内において下配線２４を覆い、その周縁部が第５絶縁膜２６上に乗り上げた状態に形成されている。
パッシベーション膜２２は、上被覆膜１８と同じ材料である窒化シリコンからなる。パッシベーション膜２２は、第５絶縁膜２６、上配線２７およびパッド２８の周縁部を覆い、パッド２８の中央部（下配線２４と接する部分）を露出させるためのパッド開口３０を有している。また、パッシベーション膜２２は、上被覆膜１８と一体に形成されており、上被覆膜１８を支持している。
【００３２】
このシリコンマイク１において、ダイヤフラム８およびバックプレート９は、所定間隔の空隙３１を挟んで対向し、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。このコンデンサ（ダイヤフラム８およびバックプレート９間）には、所定の電圧が印加される。その状態で、音圧（音波）によりダイヤフラム８が振動すると、コンデンサの静電容量が変化し、この静電容量の変化によるダイヤフラム８およびバックプレート９間の電圧変動が音声信号として、パッド２８から取り出される（出力される）。
【００３３】
図３Ａ〜図３Ｎは、図１に示すシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
図１のシリコンマイク１を製造するには、まず、図３Ａに示すように、熱酸化処理により、シリコン基板２の上面全域に、第１絶縁膜４が積層される。次いで、第１絶縁膜４の上面全域に下被覆膜１２および第３絶縁膜２３の材料（感光性有機樹脂材料）が塗布される。そして、塗布された材料が、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、パターニングされる。これにより、図３Ａに示すように、第１絶縁膜４上に下被覆膜１２および第３絶縁膜２３が同時に形成される。
【００３４】
次いで、図３Ｂに示すように、スパッタ法により、第１絶縁膜４上に、金属電極１０および下配線２４の材料である金属材料３２が堆積される。金属材料３２は、下被覆膜１２および第３絶縁膜２３を覆い尽くす厚さで堆積される。
続いて、図３Ｃに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、金属材料３２における下被覆膜１２および第３絶縁膜２３上の部分以外の部分が除去される。これにより、下被覆膜１２上に金属電極１０が形成されるとともに、第３絶縁膜２３上に下配線２４が形成される。
【００３５】
次いで、図３Ｄに示すように、第１絶縁膜４上に、金属電極１０および下配線２４を覆い尽くすように、上被覆膜１３および第４絶縁膜２５の材料である感光性有機樹脂材料３３が塗布される。
次いで、図３Ｅに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、感光性有機樹脂材料３３が選択的に除去されることにより、金属電極１０の上面ならびに下被覆膜１２および金属電極１０の側方を被覆する上被覆膜１３が形成される。これにより、金属電極１０が、下被覆膜１２および上被覆膜１３からなるダイヤフラム被覆膜１１に被覆されてなるダイヤフラム８が形成される。
【００３６】
また、感光性有機樹脂材料３３が選択的に除去されることにより、下配線２４の上面ならびに第３絶縁膜２３および下配線２４の側方を被覆する第４絶縁膜２５が形成される。これにより、第３絶縁膜２３、下配線２４および第４絶縁膜２５からなる下配線部２０が、ダイヤフラム８と同時に形成される。
次いで、図３Ｆに示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、第１絶縁膜４上の全域に、酸化シリコンが堆積される。そして、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、堆積された酸化シリコンにおける下配線部２０を被覆する部分が選択的に除去される。これにより、酸化シリコンにおけるダイヤフラム８を被覆する部分が残存し、この残存した部分と、当該残存部分およびダイヤフラム８下方の第１絶縁膜４の一部とが犠牲酸化膜３４として形成される。
【００３７】
次いで、図３Ｇに示すように、ＣＶＤ法により、第１絶縁膜４上の全域に、窒化シリコンが堆積される。これにより、犠牲酸化膜３４を被覆する下被覆膜１７、下配線部２０を被覆する第５絶縁膜２６および第２絶縁膜５が同時に形成される。その後、図３Ｇに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、第５絶縁膜２６および第４絶縁膜２５が所定パターンに連続してエッチングされる。これにより、下配線２４を露出させる開口２９が形成される。
【００３８】
次いで、図３Ｈに示すように、スパッタ法により、バックプレート９およびパッド２８の材料（アルミニウム）が堆積される。次いで、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、堆積されたアルミニウムがパターニングされる。これにより、図３Ｈに示すように、メッシュ薄膜状のバックプレート９、上配線２７およびパッド２８が同時に形成される。こうして、第５絶縁膜２６、上配線２７およびパッド２８からなる上配線部２１が形成される。
【００３９】
次いで、図３Ｉに示すように、ＣＶＤ法により、第１絶縁膜４上の全域に、バックプレート９、上配線２７およびパッド２８を覆い尽くすように、窒化シリコンが堆積される。これにより、バックプレート９の上面および側面を被覆する上被覆膜１８が形成され、下被覆膜１７および上被覆膜１８からなるバックプレート被覆膜１６が形成される。
また、上配線部２１を覆うパッシベーション膜２２がバックプレート被覆膜１６と同時に形成される。
【００４０】
次いで、図３Ｊに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、バックプレート被覆膜１６がパターニングされる。これにより、下被覆膜１７および上被覆膜１８におけるバックプレート９の孔に対応する部分が除去されて、バックプレート被覆膜１６を貫通する孔１９が形成される。また、図３Ｊに示すように、シリコン基板２の下面にフォトレジスト３５が塗布される。そして、フォトレジスト３５がパターニングされることにより、シリコン基板２における音孔３を形成すべき領域を露出させる開口３６が形成される。
【００４１】
続いて、図３Ｋに示すように、開口３６からエッチング液（たとえば、フッ酸）が供給されることにより、シリコン基板２が下面側からエッチングされる。これにより、シリコン基板２を下面側から上面側に貫通する音孔３が形成される。
次いで、図３Ｌに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、パッシベーション膜２２のパッド２８上の部分が除去される。これにより、パッド２８を露出させるパッド開口３０が形成される。
【００４２】
そして、図３Ｍに示すように、音孔３および孔１９を介して犠牲酸化膜３４にエッチング液（たとえば、フッ酸）が供給されて、犠牲酸化膜３４がシリコン基板２の上下両側から除去される。これにより、ダイヤフラム８がシリコン基板２の上面から浮いた状態になるとともに、ダイヤフラム８とバックプレート９との間に、微小な間隔の空隙３１が形成される。犠牲酸化膜３４の除去後、フォトレジスト３５が除去される。
【００４３】
こうして、図３Ｎに示すように、センサ部６およびパッド部７を有するシリコンマイク１が得られる。
以上のように、このシリコンマイク１において、空隙３１を挟んで対向するダイヤフラム８およびバックプレート９は、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。そして、コンデンサにおける一方の電極であるダイヤフラム８では、導電性部分である金属電極１０がダイヤフラム被覆膜１１により被覆されている。
【００４４】
そのため、ダイヤフラム８とバックプレート９とが接触しても、バックプレート９に対する金属電極１０の接触が、ダイヤフラム８の表面をなすダイヤフラム被覆膜１１により阻止される。その結果、ダイヤフラム８とバックプレート９との接触による短絡を防止することができる。また、ダイヤフラム８および／またはバックプレート９に、これらの対向方向に突出する凸部を形成する必要がないので、シリコンマイク１の製造工程の複雑化を抑制することもできる。
【００４５】
その一方で、金属電極１０がダイヤフラム被覆膜１１により被覆される構成では、ダイヤフラムを金属材料のみで同じ厚さで形成した場合と比較して振動しやすい。たとえば、シリコンマイク１では、ダイヤフラム８が、延性に富む金属からなる薄膜状（たとえば、厚さ０．３〜１μｍ）の金属電極１０を、（感光性）有機樹脂材料膜からなるダイヤフラム被覆膜１１により被覆した薄膜電極である。そのため、ダイヤフラム８の振動幅を、ダイヤフラム８と同じ厚さの金属材料のみで形成されたダイヤフラムよりも大きくすることができる。その結果、シリコンマイク１（コンデンサ）の感度を向上させることができる。よって、ダイヤフラム８の振動しやすさを確保しながら、ダイヤフラム８とバックプレート９との接触による短絡を防止することができる。
【００４６】
また、金属電極１０がダイヤフラム被覆膜１１により被覆されているので、自然酸化などによる金属電極１０の腐食（劣化）を抑制することもできる。
また、たとえば、図４Ｉに示すシリコンマイク１０１では、シリコンマイク１０１のコンデンサ部分の一方の対向電極を構成するダイヤフラム１０４は、第１絶縁膜１２３および第２絶縁膜１１９により片持ち支持されている。このように、張力のかからない片持ち支持によりダイヤフラム１０４を支持することによって、ダイヤフラム１０４の振動幅を大きくし、コンデンサの感度を向上させるという考え方がある。しかし、張力のかかっていないダイヤフラム１０４は、静電気力などによりバックプレート１０５に引き付けられやすい。
【００４７】
一方、シリコンマイク１によれば、ダイヤフラム８のメイン部１４が３つの支持部１５により３点支持されており、ダイヤフラム８に対して適度な張力がかけられている。そのため、バックプレート９へのダイヤフラム８の引き付けを抑制することができる。その結果、バックプレート９とダイヤフラム８との接触を抑制することができる。
さらに、ダイヤフラム被覆膜１１が感光性有機樹脂材料からなる。そのため、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、下被覆膜１２の材料をパターニングする工程（図３Ａ参照）および上被覆膜１３の材料である感光性有機樹脂材料３３をパターニングする工程（図３Ｅ参照）を実行することによって、ダイヤフラム被覆膜１１を簡単に形成することができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、バックプレート被覆膜１６の下被覆膜１７は、省略されていてもよい。つまり、バックプレート９は、その下面が露出している構成であってもよい。
また、ダイヤフラム８は、１つの支持部１５が１点で支持されることにより、片持ち支持されていてもよい。また、ダイヤフラム８は、２つの支持部１５とメイン部１４の中心とを結ぶ直線のなす角度が１８０°となるように、２つの支持部１５が一直線上に配置されることにより、メイン部１４を挟んで相対する方向に張力のかかった状態で支持（２点支持）されていてもよい。さらに、ダイヤフラム８は、支持部１５の数を、４つ、５つ、６つ・・・とすることにより、４点支持、５点支持、６点支持などさらに数の多い複数点で支持されていてもよい。
また、たとえば、ＭＥＭＳセンサの一例として、シリコンマイクを取り上げたが、本発明は、シリコンマイクに限らず、物体の加速度を検出するための加速度センサおよび物体の角速度を検出するためのジャイロセンサなどに適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリコンマイクの模式的な断面図である。
【図２】図１に示すダイヤフラムの模式的な平面図である。
【図３Ａ】図１に示すシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｈ】図３Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｉ】図３Ｈの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｊ】図３Ｉの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｋ】図３Ｊの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｌ】図３Ｋの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｍ】図３Ｌの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｎ】図３Ｍの次の工程を示す断面図である。
【図４Ａ】従来のシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｈ】図４Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｉ】図４Ｈの次の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ シリコンマイク
２ シリコン基板
８ ダイヤフラム（振動膜）
９ バックプレート（対向電極）
１０ 金属電極
１１ ダイヤフラム被覆膜（樹脂材料膜）
１４ メイン部
１５ 支持部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したデバイスが携帯電話機などに搭載され始めたことから、ＭＥＭＳセンサの注目度が急激に高まっている。ＭＥＭＳセンサの代表的なものとして、たとえば、シリコンマイクがある。
図４Ａ〜図４Ｉは、従来のシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
【０００３】
従来のシリコンマイクの製造に際しては、まず、図４Ａに示すように、熱酸化処理により、シリコン基板１０２の一方面および他方面に、熱酸化膜１１１および熱酸化膜１２１がそれぞれ形成される。
次いで、図４Ｂに示すように、熱酸化膜１１１が一方側からエッチングされることにより、熱酸化膜１１１に、複数の凹部１１２が形成される。
【０００４】
次に、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition：減圧化学気相成長）法により、熱酸化膜１１１および熱酸化膜１２１の表面全域を覆うようにポリシリコンが堆積される。そして、熱酸化膜１１１を覆うポリシリコンは、不純物がドープされた後、凹部１１２に入り込んだ部分を包含する所定部分以外の部分が除去される。これにより、図４Ｃに示すように、熱酸化膜１１１上には、凹部１１２に入り込むことによりシリコン基板１０２に突出する凸部１０８を複数有するダイヤフラム１０４が形成される。一方、熱酸化膜１２１上には、図４Ｃに示すように、堆積されたままのポリシリコンからなるポリシリコン膜１１３が形成される。
【０００５】
続いて、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：プラズマ化学気相成長）法により、シリコン基板１０２の一方側に、ダイヤフラム１０４を被覆するように酸化シリコンが堆積される。そして、この酸化シリコンの不要部分が、エッチングにより除去される。これにより、図４Ｄに示すように、ダイヤフラム１０４を被覆する犠牲酸化膜１１４およびダイヤフラム１０４を取り囲む第２絶縁膜１１９が形成される。
【０００６】
次いで、ＬＰＣＶＤ法により、シリコン基板１０２の一方側および他方側に、ポリシリコンが堆積される。そして、シリコン基板１０２の一方側に堆積されたポリシリコンは、不純物がドープされた後、パターニングされる。これにより、図４Ｅに示すように、シリコン基板１０２の一方側には、犠牲酸化膜１１４上に、多数の孔１０６を有するバックプレート１０５が形成される。一方、シリコン基板１０２の他方側には、図４Ｅに示すように、堆積されたポリシリコンとポリシリコン膜１１３とが一体化してなる、ポリシリコン膜１１５が形成される。
【０００７】
次に、図４Ｆに示すように、孔１０６を介して犠牲酸化膜１１４がエッチングされることにより、犠牲酸化膜１１４に、複数の凹部１１７が形成される。そして、図４Ｆに示すように、犠牲酸化膜１１４および第２絶縁膜１１９から露出する熱酸化膜１１１が除去される。これにより、犠牲酸化膜１１４とシリコン基板１０２との間に残存した熱酸化膜１１１および犠牲酸化膜１１４からなる犠牲酸化膜１２２が形成される。また、熱酸化膜１１１が第２絶縁膜１１９とシリコン基板１０２との間に残存することにより、第１絶縁膜１２３が形成される。
【０００８】
次いで、ＰＥＣＶＤ法により、図４Ｇに示すように、シリコン基板１０２の一方側に、犠牲酸化膜１２２および第２絶縁膜１１９の表面全域を覆うように、窒化シリコンが堆積される。これにより、犠牲酸化膜１１４の凹部１１７に入り込むことによりシリコン基板１０２に突出する凸部１０９を複数有する表面膜１０７が形成される。
次いで、図４Ｈに示すように、表面膜１０７における孔１０６に対向する部分がエッチングされる。これにより、表面膜１０７に、バックプレート１０５の孔１０６に連通する孔１１８が形成される。
【０００９】
一方、図４Ｈに示すように、熱酸化膜１２１におけるダイヤフラム１０４に対向する部分がエッチングされることにより、熱酸化膜１２１に開口１２０が形成される。
次いで、開口１２０を介してシリコン基板１０２の他方面にフッ酸を含むエッチング液が供給されて、シリコン基板１０２がエッチングされる。これにより、図４Ｉに示すように、シリコン基板１０２に、その他方面から一方面に貫通する音孔１０３が形成される。そして、孔１１６，１１８および音孔１０３を介して犠牲酸化膜１２２にフッ酸を含むエッチング液が供給されて、犠牲酸化膜１２２が除去される。その結果、ダイヤフラム１０４がシリコン基板１０２の一方面から浮いた状態になるとともに、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５との間に、微小な間隔の空隙１１０が形成される。なお、ダイヤフラム１０４は、図示しない位置において、第１絶縁膜１２３および第２絶縁膜１１９により片持ち支持されている。また、犠牲酸化膜１２２の表面を被覆していた表面膜１０７は、犠牲酸化膜１２２の除去により、シリコン基板１０２の一方面との間に中空部分を有する状態で支持される中空支持膜となる。
【００１０】
その後、シリコン基板１０２が各素子サイズに分割されることにより、シリコンマイク１０１が得られる。
そして、このシリコンマイク１０１において、ダイヤフラム１０４およびバックプレート１０５は、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。このコンデンサ（ダイヤフラム１０４およびバックプレート１０５間）には、所定の電圧が印加される。
【００１１】
その状態で、音孔１０３から音圧（音波）が入力されると、その音圧の作用により、ダイヤフラム１０４が振動して、コンデンサの静電容量が変化し、この静電容量の変化によるダイヤフラム１０４およびバックプレート１０５間の電圧変動が音声信号として出力される。
【特許文献１】特開２００８−０７２５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
シリコンマイク１０１では、導電性のダイヤフラム１０４が空隙１１０内に露出している。そのため、静電気力などによりダイヤフラム１０４がバックプレート１０５へと引き付けられると、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５とが接触し、これらの間で短絡（ショート）が生じるおそれがある。
そこで、シリコンマイク１０１では、バックプレート１０５の孔１０６に表面膜１０７を部分的に入り込ませることにより、その先端がバックプレート１０５の下面よりもシリコン基板１０２側に位置するように突出する凸部１０９が形成されている。これにより、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５との接触前に、凸部１０９がダイヤフラム１０４に当接するので、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５との接触の防止が図られる。
【００１３】
しかし、凸部１０９を形成するためには、バックプレート１０５の形成後、バックプレート１０５の孔１０６内に露出する犠牲酸化膜１１４を微細なパターンでエッチングすることにより、表面膜１０７を入り込ませる凹部１１７を形成する必要がある（図４Ｆ参照）。そして、このような微細なエッチング工程の追加を余儀なくされるため、シリコンマイク１０１の製造工程が複雑化するという不具合がある。
【００１４】
一方、ダイヤフラム１０４に大きな張力を持たすことにより、ダイヤフラム１０４の振動幅を小さくし、ダイヤフラム１０４とバックプレート１０５との接触を防止することも考えられる。しかし、ダイヤフラム１０４に大きな張力を持たせると、ダイヤフラム１０４が振動しにくくなり、シリコンマイク１０１の感度が低下する。
本発明の目的は、ダイヤフラムなどの振動膜の振動しやすさを確保しながら、振動膜とバックプレートなどの対向電極との接触による短絡を、簡単な構成で防止することのできるＭＥＭＳセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板と、前記基板の一方側において、前記基板に対して間隔を空けて対向配置され、その対向方向に振動可能な振動膜と、前記振動膜に対して前記基板と反対側において、前記振動膜に対して間隔を空けて対向配置された、導電性材料からなる対向電極とを含み、前記振動膜は、金属電極と、前記金属電極を被覆する樹脂材料膜とを備える、ＭＥＭＳセンサである。
【００１６】
この構成によれば、金属電極を有する振動膜および導電性材料からなる対向電極は、互いに間隔を空けて対向することにより、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。そして、一方の電極である振動膜では、導電性部分である金属電極が樹脂材料膜により被覆されている。
そのため、振動膜と対向電極とが接触しても、対向電極に対する金属電極の接触が、振動膜の表面をなす樹脂材料膜により阻止される。その結果、振動膜と対向電極との接触による短絡を防止することができる。また、振動膜および／または対向電極に、これらの対向方向に突出する凸部を形成する必要がないので、製造工程の複雑化を抑制することもできる。
【００１７】
その一方で、金属電極が樹脂材料膜により被覆される構成では、振動膜を金属材料のみで同じ厚さで形成した場合と比較して振動しやすい。よって、振動膜の振動しやすさを確保しながら、振動膜と対向電極との接触による短絡を防止することができる。
また、金属電極が樹脂材料膜により被覆されているので、自然酸化などによる金属電極の腐食（劣化）を抑制することもできる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、前記振動膜は、前記金属電極が配置されるメイン部と、前記メイン部の周縁における複数の各位置から前記基板の表面に沿う方向に延びる支持部とを有する、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサである。
たとえば、図４Ｉに示すシリコンマイク１０１では、シリコンマイク１０１のコンデンサ部分の一方の対向電極を構成するダイヤフラム１０４は、第１絶縁膜１２３および第２絶縁膜１１９により片持ち支持されている。このように、張力のかからない片持ち支持によりダイヤフラム１０４を支持することによって、ダイヤフラム１０４の振動幅を大きくし、コンデンサの感度を向上させるという考え方がある。しかし、張力のかかっていないダイヤフラム１０４は、静電気力などによりバックプレート１０５に引き付けられやすい。
【００１９】
一方、請求項２記載の発明によれば、振動膜のメイン部が複数の支持部で複数持ち支持されており、振動膜に対して適度な張力がかけられている。そのため、対向電極への振動膜の引き付けを抑制することができる。その結果、対向電極と振動膜との接触を抑制することができる。
また、請求項３記載の発明は、前記樹脂材料膜が、感光性有機材料からなる、請求項１または２に記載のＭＥＭＳセンサである。
【００２０】
この構成によれば、樹脂材料膜が、感光性有機材料からなる。そのため、感光性有機材料を所定のパターンにパターニングすることにより、樹脂材料膜を簡単に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。 図１は、本発明の一実施形態に係るシリコンマイクの模式的な断面図である。また、図２は、図１に示すダイヤフラムの模式的な平面図である。
シリコンマイク１は、シリコン基板２を備えている。シリコン基板２には、上面側（一方側）ほど窄まる（下面側ほど広がる）断面台形状の音孔３が形成されている。また、シリコン基板２上には、第１絶縁膜４が積層されている。第１絶縁膜４は、たとえば、酸化シリコンからなる。
【００２２】
第１絶縁膜４上には、第２絶縁膜５が積層されている。第２絶縁膜５は、たとえば、窒化シリコンからなる。
第１絶縁膜４および第２絶縁膜５は、音孔３およびシリコン基板２の上面における音孔３の周囲の部分（以下、この部分を「貫通孔周辺部」という。）上から除去されている。これにより、貫通孔周辺部は、第１絶縁膜４および第２絶縁膜５から露出している。
【００２３】
そして、シリコンマイク１は、シリコン基板２の貫通孔周辺部上に設けられたセンサ部６と、センサ部６の側方に設けられたパッド部７とを有している。
センサ部６は、シリコン基板２の上面側（一方側）において、シリコン基板２の上面（一方面）の上方に間隔を空けて対向配置された薄膜状のダイヤフラム８と、このダイヤフラム８に対して間隔を空けて対向配置されたメッシュ薄膜状のバックプレート９とを備えている。
【００２４】
振動膜としてのダイヤフラム８は、薄膜状の金属電極１０と、金属電極１０を被覆する樹脂材料膜としてのダイヤフラム被覆膜１１とを有している。
金属電極１０は、たとえば、延性に富む金属からなり、具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、チタニウムタングステン（ＴｉＷ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）などからなる。また、金属電極１０の厚さは、たとえば、０．１〜１μｍ、好ましくは、０．３〜０．５μｍである。
【００２５】
ダイヤフラム被覆膜１１は、たとえば、感光性有機樹脂材料からなり、具体的には、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などからなる。また、ダイヤフラム被覆膜１１は、金属電極１０を下方から覆う下被覆膜１２と、金属電極１０を上方から覆う上被覆膜１３とを有している。これにより、ダイヤフラム８は、薄膜状の金属電極１０が上被覆膜１３および下被覆膜１２により上下方向から挟まれた３層構造を有している。そして、このような３層構造のダイヤフラム８の全体の厚さは、たとえば、０．５〜２μｍ、好ましくは、０．７〜１μｍである。
【００２６】
また、ダイヤフラム８は、金属電極１０を収容するメイン部１４および３つの支持部１５を一体的に有している。
メイン部１４は、平面視円形状をなし、音孔３および貫通孔周辺部に対向して、貫通孔周辺部から浮いた状態に配置されている。
３つの支持部１５は、メイン部１４の周縁における３つの各位置からシリコン基板２の上面に沿う方向（側方）に延びている。また、３つの支持部１５は、それぞれメイン部１４の中心の周りに互いに角度αだけ離れた３つの位置に配置されている。言い換えれば、３つの支持部１５は、隣接する一方の支持部１５とメイン部１４の中心とを結ぶ直線Ｌ１および他方の支持部１５とメイン部１４の中心とを結ぶ直線Ｌ２（もしくは、直線Ｌ３）が約１２０°の角度をなすように配置されている。そして、３つの支持部のうち、２つの支持部１５は、その先端部が、図示しない位置において第１絶縁膜４と第２絶縁膜５との間に進入し、第１絶縁膜４および第２絶縁膜５に支持されている。一方、残り１つの支持部１５は、下配線部２０（後述）と一体的に形成され、下配線部２０（後述）に支持されている。メイン部１４が３つの支持部１５に支持されることにより、ダイヤフラム８は、その外方へ張力のかかった状態で、シリコン基板２の上面と対向する方向に振動可能とされている。
【００２７】
対向電極としてのバックプレート９は、導電性材料（たとえば、アルミニウム）からなり、その厚さは、たとえば、０．３〜１μｍ、好ましくは、０．３〜０．５μｍである。また、バックプレート９は、バックプレート被覆膜１６により被覆されている。
バックプレート被覆膜１６は、たとえば、窒化シリコンからなり、バックプレート９を下方から覆い、第２絶縁膜５と一体的に形成された下被覆膜１７と、バックプレート９を上方から覆う上被覆膜１８とを有している。また、バックプレート被覆膜１６には、バックプレート９が有する各孔と対向する位置に、微細な孔１９が厚さ方向に貫通（上被覆膜１８および下被覆膜１７を貫通）して形成されている。
【００２８】
パッド部７は、下配線部２０、上配線部２１およびパッシベーション膜２２を備えている。
下配線部２０は、第３絶縁膜２３、下配線２４および第４絶縁膜２５を有している。
第３絶縁膜２３は、下被覆膜１２と同じ材料である感光性有機樹脂材料からなり、第１絶縁膜４上に積層されている。
【００２９】
下配線２４は、金属電極１０と同じ材料である延性に富む金属からなり、第３絶縁膜２３上に形成されている。
第４絶縁膜２５は、上被覆膜１３と同じ材料である感光性有機樹脂材料からなり、下配線２４上に積層されている。
そして、第３絶縁膜２３、下配線２４および第４絶縁膜２５は、ダイヤフラム８の１つの支持部１５における下被覆膜１２、金属電極１０および上被覆膜１３とそれぞれ一体的に形成されている。これにより、下配線部２０は、ダイヤフラム８の３つの支持部１５のうちの１つと一体的に形成され、ダイヤフラム８を支持している。
【００３０】
上配線部２１は、第５絶縁膜２６、上配線２７およびパッド２８を有している。
第５絶縁膜２６は、下被覆膜１７と同じ材料である窒化シリコンからなり、下被覆膜１７と一体的に形成されている。
上配線２７は、バックプレート９と同じ材料であるアルミニウムからなり、バックプレート９に接続されている。
【００３１】
パッド２８は、バックプレート９および上配線２７と同じ材料であるアルミニウムからなる。第５絶縁膜２６および第４絶縁膜２５には、下配線２４を部分的に露出させるための開口２９が形成されている。パッド２８は、開口２９内において下配線２４を覆い、その周縁部が第５絶縁膜２６上に乗り上げた状態に形成されている。
パッシベーション膜２２は、上被覆膜１８と同じ材料である窒化シリコンからなる。パッシベーション膜２２は、第５絶縁膜２６、上配線２７およびパッド２８の周縁部を覆い、パッド２８の中央部（下配線２４と接する部分）を露出させるためのパッド開口３０を有している。また、パッシベーション膜２２は、上被覆膜１８と一体に形成されており、上被覆膜１８を支持している。
【００３２】
このシリコンマイク１において、ダイヤフラム８およびバックプレート９は、所定間隔の空隙３１を挟んで対向し、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。このコンデンサ（ダイヤフラム８およびバックプレート９間）には、所定の電圧が印加される。その状態で、音圧（音波）によりダイヤフラム８が振動すると、コンデンサの静電容量が変化し、この静電容量の変化によるダイヤフラム８およびバックプレート９間の電圧変動が音声信号として、パッド２８から取り出される（出力される）。
【００３３】
図３Ａ〜図３Ｎは、図１に示すシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
図１のシリコンマイク１を製造するには、まず、図３Ａに示すように、熱酸化処理により、シリコン基板２の上面全域に、第１絶縁膜４が積層される。次いで、第１絶縁膜４の上面全域に下被覆膜１２および第３絶縁膜２３の材料（感光性有機樹脂材料）が塗布される。そして、塗布された材料が、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、パターニングされる。これにより、図３Ａに示すように、第１絶縁膜４上に下被覆膜１２および第３絶縁膜２３が同時に形成される。
【００３４】
次いで、図３Ｂに示すように、スパッタ法により、第１絶縁膜４上に、金属電極１０および下配線２４の材料である金属材料３２が堆積される。金属材料３２は、下被覆膜１２および第３絶縁膜２３を覆い尽くす厚さで堆積される。
続いて、図３Ｃに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、金属材料３２における下被覆膜１２および第３絶縁膜２３上の部分以外の部分が除去される。これにより、下被覆膜１２上に金属電極１０が形成されるとともに、第３絶縁膜２３上に下配線２４が形成される。
【００３５】
次いで、図３Ｄに示すように、第１絶縁膜４上に、金属電極１０および下配線２４を覆い尽くすように、上被覆膜１３および第４絶縁膜２５の材料である感光性有機樹脂材料３３が塗布される。
次いで、図３Ｅに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、感光性有機樹脂材料３３が選択的に除去されることにより、金属電極１０の上面ならびに下被覆膜１２および金属電極１０の側方を被覆する上被覆膜１３が形成される。これにより、金属電極１０が、下被覆膜１２および上被覆膜１３からなるダイヤフラム被覆膜１１に被覆されてなるダイヤフラム８が形成される。
【００３６】
また、感光性有機樹脂材料３３が選択的に除去されることにより、下配線２４の上面ならびに第３絶縁膜２３および下配線２４の側方を被覆する第４絶縁膜２５が形成される。これにより、第３絶縁膜２３、下配線２４および第４絶縁膜２５からなる下配線部２０が、ダイヤフラム８と同時に形成される。
次いで、図３Ｆに示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、第１絶縁膜４上の全域に、酸化シリコンが堆積される。そして、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、堆積された酸化シリコンにおける下配線部２０を被覆する部分が選択的に除去される。これにより、酸化シリコンにおけるダイヤフラム８を被覆する部分が残存し、この残存した部分と、当該残存部分およびダイヤフラム８下方の第１絶縁膜４の一部とが犠牲酸化膜３４として形成される。
【００３７】
次いで、図３Ｇに示すように、ＣＶＤ法により、第１絶縁膜４上の全域に、窒化シリコンが堆積される。これにより、犠牲酸化膜３４を被覆する下被覆膜１７、下配線部２０を被覆する第５絶縁膜２６および第２絶縁膜５が同時に形成される。その後、図３Ｇに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、第５絶縁膜２６および第４絶縁膜２５が所定パターンに連続してエッチングされる。これにより、下配線２４を露出させる開口２９が形成される。
【００３８】
次いで、図３Ｈに示すように、スパッタ法により、バックプレート９およびパッド２８の材料（アルミニウム）が堆積される。次いで、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、堆積されたアルミニウムがパターニングされる。これにより、図３Ｈに示すように、メッシュ薄膜状のバックプレート９、上配線２７およびパッド２８が同時に形成される。こうして、第５絶縁膜２６、上配線２７およびパッド２８からなる上配線部２１が形成される。
【００３９】
次いで、図３Ｉに示すように、ＣＶＤ法により、第１絶縁膜４上の全域に、バックプレート９、上配線２７およびパッド２８を覆い尽くすように、窒化シリコンが堆積される。これにより、バックプレート９の上面および側面を被覆する上被覆膜１８が形成され、下被覆膜１７および上被覆膜１８からなるバックプレート被覆膜１６が形成される。
また、上配線部２１を覆うパッシベーション膜２２がバックプレート被覆膜１６と同時に形成される。
【００４０】
次いで、図３Ｊに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、バックプレート被覆膜１６がパターニングされる。これにより、下被覆膜１７および上被覆膜１８におけるバックプレート９の孔に対応する部分が除去されて、バックプレート被覆膜１６を貫通する孔１９が形成される。また、図３Ｊに示すように、シリコン基板２の下面にフォトレジスト３５が塗布される。そして、フォトレジスト３５がパターニングされることにより、シリコン基板２における音孔３を形成すべき領域を露出させる開口３６が形成される。
【００４１】
続いて、図３Ｋに示すように、開口３６からエッチング液（たとえば、フッ酸）が供給されることにより、シリコン基板２が下面側からエッチングされる。これにより、シリコン基板２を下面側から上面側に貫通する音孔３が形成される。
次いで、図３Ｌに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、パッシベーション膜２２のパッド２８上の部分が除去される。これにより、パッド２８を露出させるパッド開口３０が形成される。
【００４２】
そして、図３Ｍに示すように、音孔３および孔１９を介して犠牲酸化膜３４にエッチング液（たとえば、フッ酸）が供給されて、犠牲酸化膜３４がシリコン基板２の上下両側から除去される。これにより、ダイヤフラム８がシリコン基板２の上面から浮いた状態になるとともに、ダイヤフラム８とバックプレート９との間に、微小な間隔の空隙３１が形成される。犠牲酸化膜３４の除去後、フォトレジスト３５が除去される。
【００４３】
こうして、図３Ｎに示すように、センサ部６およびパッド部７を有するシリコンマイク１が得られる。
以上のように、このシリコンマイク１において、空隙３１を挟んで対向するダイヤフラム８およびバックプレート９は、それらを対向電極とするコンデンサを形成している。そして、コンデンサにおける一方の電極であるダイヤフラム８では、導電性部分である金属電極１０がダイヤフラム被覆膜１１により被覆されている。
【００４４】
そのため、ダイヤフラム８とバックプレート９とが接触しても、バックプレート９に対する金属電極１０の接触が、ダイヤフラム８の表面をなすダイヤフラム被覆膜１１により阻止される。その結果、ダイヤフラム８とバックプレート９との接触による短絡を防止することができる。また、ダイヤフラム８および／またはバックプレート９に、これらの対向方向に突出する凸部を形成する必要がないので、シリコンマイク１の製造工程の複雑化を抑制することもできる。
【００４５】
その一方で、金属電極１０がダイヤフラム被覆膜１１により被覆される構成では、ダイヤフラムを金属材料のみで同じ厚さで形成した場合と比較して振動しやすい。たとえば、シリコンマイク１では、ダイヤフラム８が、延性に富む金属からなる薄膜状（たとえば、厚さ０．３〜１μｍ）の金属電極１０を、（感光性）有機樹脂材料膜からなるダイヤフラム被覆膜１１により被覆した薄膜電極である。そのため、ダイヤフラム８の振動幅を、ダイヤフラム８と同じ厚さの金属材料のみで形成されたダイヤフラムよりも大きくすることができる。その結果、シリコンマイク１（コンデンサ）の感度を向上させることができる。よって、ダイヤフラム８の振動しやすさを確保しながら、ダイヤフラム８とバックプレート９との接触による短絡を防止することができる。
【００４６】
また、金属電極１０がダイヤフラム被覆膜１１により被覆されているので、自然酸化などによる金属電極１０の腐食（劣化）を抑制することもできる。
また、たとえば、図４Ｉに示すシリコンマイク１０１では、シリコンマイク１０１のコンデンサ部分の一方の対向電極を構成するダイヤフラム１０４は、第１絶縁膜１２３および第２絶縁膜１１９により片持ち支持されている。このように、張力のかからない片持ち支持によりダイヤフラム１０４を支持することによって、ダイヤフラム１０４の振動幅を大きくし、コンデンサの感度を向上させるという考え方がある。しかし、張力のかかっていないダイヤフラム１０４は、静電気力などによりバックプレート１０５に引き付けられやすい。
【００４７】
一方、シリコンマイク１によれば、ダイヤフラム８のメイン部１４が３つの支持部１５により３点支持されており、ダイヤフラム８に対して適度な張力がかけられている。そのため、バックプレート９へのダイヤフラム８の引き付けを抑制することができる。その結果、バックプレート９とダイヤフラム８との接触を抑制することができる。
さらに、ダイヤフラム被覆膜１１が感光性有機樹脂材料からなる。そのため、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、下被覆膜１２の材料をパターニングする工程（図３Ａ参照）および上被覆膜１３の材料である感光性有機樹脂材料３３をパターニングする工程（図３Ｅ参照）を実行することによって、ダイヤフラム被覆膜１１を簡単に形成することができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、バックプレート被覆膜１６の下被覆膜１７は、省略されていてもよい。つまり、バックプレート９は、その下面が露出している構成であってもよい。
また、ダイヤフラム８は、１つの支持部１５が１点で支持されることにより、片持ち支持されていてもよい。また、ダイヤフラム８は、２つの支持部１５とメイン部１４の中心とを結ぶ直線のなす角度が１８０°となるように、２つの支持部１５が一直線上に配置されることにより、メイン部１４を挟んで相対する方向に張力のかかった状態で支持（２点支持）されていてもよい。さらに、ダイヤフラム８は、支持部１５の数を、４つ、５つ、６つ・・・とすることにより、４点支持、５点支持、６点支持などさらに数の多い複数点で支持されていてもよい。
また、たとえば、ＭＥＭＳセンサの一例として、シリコンマイクを取り上げたが、本発明は、シリコンマイクに限らず、物体の加速度を検出するための加速度センサおよび物体の角速度を検出するためのジャイロセンサなどに適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリコンマイクの模式的な断面図である。
【図２】図１に示すダイヤフラムの模式的な平面図である。
【図３Ａ】図１に示すシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｈ】図３Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｉ】図３Ｈの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｊ】図３Ｉの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｋ】図３Ｊの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｌ】図３Ｋの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｍ】図３Ｌの次の工程を示す断面図である。
【図３Ｎ】図３Ｍの次の工程を示す断面図である。
【図４Ａ】従来のシリコンマイクの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｈ】図４Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｉ】図４Ｈの次の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ シリコンマイク
２ シリコン基板
８ ダイヤフラム（振動膜）
９ バックプレート（対向電極）
１０ 金属電極
１１ ダイヤフラム被覆膜（樹脂材料膜）
１４ メイン部
１５ 支持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方側において、前記基板に対して間隔を空けて対向配置され、その対向方向に振動可能な振動膜と、
前記振動膜に対して前記基板と反対側において、前記振動膜に対して間隔を空けて対向配置された、導電性材料からなる対向電極とを含み、
前記振動膜は、金属電極と、前記金属電極を被覆する樹脂材料膜とを備える、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記振動膜は、前記金属電極が配置されるメイン部と、前記メイン部の周縁における複数の各位置から前記基板の表面に沿う方向に延びる支持部とを有する、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記樹脂材料膜が、感光性有機材料からなる、請求項１または２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方側において、前記基板に対して間隔を空けて対向配置され、その対向方向に振動可能な振動膜と、
前記振動膜に対して前記基板と反対側において、前記振動膜に対して間隔を空けて対向配置された、導電性材料からなる対向電極とを含み、
前記振動膜は、金属電極と、前記金属電極を被覆する樹脂材料膜とを備える、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記振動膜は、前記金属電極が配置されるメイン部と、前記メイン部の周縁における複数の各位置から前記基板の表面に沿う方向に延びる支持部とを有する、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記樹脂材料膜が、感光性有機材料からなる、請求項１または２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図３Ｎ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図３Ｎ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【公開番号】特開２０１０−８１１９２（Ｐ２０１０−８１１９２Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４５８６３（Ｐ２００８−２４５８６３）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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