JP4660426B2 - センサ装置およびダイアフラム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、センサ装置およびダイアフラム構造体に関し、特に、電極板を支持する支持体を有するセンサ装置およびダイアフラム構造体に関する。

従来、音によって振動する導電性のダイアフラム（振動板）と固定的に設置された電極板との間の静電容量の変化によって、音を電気信号に変換する音響センサなどのセンサ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、振動可能な振動板（ダイアフラム）と、振動板に対向するように固定的に配置された電極（電極板）と、電極を支持する孔を有する部材（支持体）と、振動板および孔を有する部材が設けられた基板とを備えた音響変換器（音響センサ）が開示されている。この音響変換器に音が入ってくると、振動板が振動して、一定の電圧が印加されている振動板と電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化によって、振動板および電極の電荷量が変化するので、その電荷の変化量を、音に対する電気信号として出力する。

また、上記特許文献１に開示された音響変換器では、電極を支持する孔を有する部材の側面部の長さを部分的に大きくすることにより、孔を有する部材（支持体）の剛性を向上させることによって、孔を有する部材（支持体）の引張内部応力に起因して孔を有する部材が基板側に撓むのを抑制することが可能である。

特表２００４−５０６３９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された音響変換器では、電極を支持する孔を有する部材が基板側に撓むのを抑制するため、孔を有する部材の側面部の長さを部分的に大きくしているため、装置本体が大型化してしまうという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、支持体に撓みが発生するのを抑制しながら、装置本体が大型化するのを抑制することが可能なセンサ装置およびダイアフラム構造体を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるセンサ装置は、振動可能に設けられたダイアフラムと、ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられた電極板と、電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体とを備える。なお、本発明において、引張内部応力とは、支持体を構成する膜の内部方向に働く力であり、膜が積層された電極板の外側を、膜側に移動させるように働く力である。また、圧縮内部応力とは、支持体を構成する膜の外部方向に働く力であり、膜が積層された電極板の外側を、電極板側に移動させるように働く力である。

この第１の局面によるセンサ装置では、上記のように、電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体を設けることによって、圧縮内部応力を有する第２支持膜により、第１支持膜の引張内部応力の一部を打ち消すことができるので、支持体の全体の内部応力を低下させることができる。これにより、第１支持膜の引張内部応力の増加に起因して支持体が基板側に撓むのを抑制することができるので、支持体が破損するのを抑制することができる。また、第１支持膜の引張内部応力の増加に起因して支持体が基板側に撓むのを抑制することができるので、ダイアフラムが電極板に接触することなく移動可能な範囲を大きくすることができ、その結果、センサ装置のダイナミックレンジを向上させることができる。また、第２支持膜が第１支持膜に積層されていることによって、装置本体が大型化するのを抑制することができる。

上記第１の局面によるセンサ装置において、好ましくは、支持体の第２支持膜は、支持体の第１支持膜と同一元素からなる。このように構成すれば、第１支持膜および第２支持膜をドライエッチングする場合に、同じエッチングガスで第１支持膜および第２支持膜をエッチングすることができるので、製造工程を簡略化することができる。また、第１支持膜および第２支持膜を同一元素により形成することによって、第１支持膜および第２支持膜をウェットエッチングする場合には、第１支持膜および第２支持膜のエッチングレートが同じになるので、エッチングされた第１支持膜および第２支持膜の界面に段差が発生するのを抑制することができる。

上記第１の局面によるセンサ装置において、好ましくは、ダイアフラムおよび支持体が設けられる基板をさらに備え、支持体の第１支持膜は、支持体の第２支持膜に対して基板側に配置されている。このように構成すれば、第１支持膜の引張内部応力および第２支持膜の圧縮内部応力よりも大きな引張内部応力を有する犠牲層を支持体と基板との間に形成した場合に、犠牲層に第１支持膜を接触させることができるので、犠牲層に第２支持膜が接触される場合と比べて、支持体と犠牲層との間の界面に発生する力を抑制することができる。これにより、製造時に支持体と犠牲層との間の界面において、支持体にクラックなどが発生するのを抑制することができるので、犠牲層を除去した後に支持体に撓みが発生するのをより抑制することができる。

上記第１の局面によるセンサ装置において、好ましくは、第１支持膜および第２支持膜を含む支持体は、全体として引張内部応力を有する。このように第１支持膜および第２支持膜の積層膜からなる支持体を全体として引張内部応力を有するように構成すれば、電極板とダイアフラムとの間の静電気力に起因して電極板を支持する支持体が基板側に移動されるのを抑制することができることが本発明者の実験により確認されている。このように、本発明では、支持体が基板側に移動するのを抑制することができるので、電極板とダイアフラムとの間に高電圧を印加することができる。その結果、センサ装置の感度をより向上させることができる。

この発明の第２の局面におけるダイアフラム構造体は、振動可能に設けられたダイアフラムと、ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられた電極板と、電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体とを備える。

この第２の局面によるダイアフラム構造体では、上記のように、電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体を設けることによって、圧縮内部応力を有する第２支持膜により、第１支持膜の引張内部応力の一部を打ち消すことができるので、支持体の全体の内部応力を低下させることができる。これにより、第１支持膜の引張内部応力の増加に起因して支持体が基板側に撓むのを抑制することができるので、支持体が破損するのを抑制することができる。また、第１支持膜の引張内部応力の増加に起因して支持体が基板側に撓むのを抑制することができるので、ダイアフラムが電極板に接触することなく移動可能な範囲を大きくすることができ、その結果、ダイアフラム構造体のダイナミックレンジを向上させることができる。また、第２支持膜が第１支持膜に積層されていることによって、装置本体が大型化するのを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明の一実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。図３および図４は、図１に示した一実施形態によるマイクロホンの平面図である。図５〜図７は、図１に示した一実施形態によるマイクロホンの支持体の引張内部応力および圧縮内部応力について説明するための概略図である。なお、図１は、図３の１００−１００線に沿った断面を示しており、図２は、図３の１５０−１５０線に沿った断面を示している。まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態によるマイクロホン３０の構造について説明する。なお、本実施形態では、センサ装置およびダイアフラム構造体の一例であるマイクロホン（音響センサ）３０に本発明を適用した場合について説明する。

本実施形態によるマイクロホン３０では、図１および図２に示すように、シリコン基板１の表面には、水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなるエッチングストッパ膜２が形成されている。このエッチングストッパ膜２は、約０．０５μｍ〜約０．２μｍの厚みを有している。そして、後述するダイアフラム部４ａが形成される領域には、シリコン基板１とエッチングストッパ膜２とを貫通するように、部分四角錐状（截頭四角錐状）（図１および図３参照）の開口部３が形成されている。この開口部３は、音が入ってきた際に、空気の通り道として機能する。なお、シリコン基板１は、本発明の「基板」の一例である。

エッチングストッパ膜２および開口部３の上面に、約０．１μｍ〜約２．０μｍの厚みを有するポリシリコン膜４が形成されている。このポリシリコン膜４は、ｎ型の不純物（リン（Ｐ））がドープされることにより導電性を有している。なお、このポリシリコン膜４のシート抵抗は、約１０Ω／□〜約１００Ω／□であり、好ましくは、約３０Ω／□〜約５０Ω／□である。また、ポリシリコン膜４は、図３および図４に示すように、平面的に見て、開口部３の中心と同じ位置に中心が配置された円板状のダイアフラム部４ａと、ダイアフラム部４ａから図３の矢印Ａ方向に突出して延びるとともに、コンタクト領域４ｃを有する接続配線部４ｂとを含んでいる。ダイアフラム部４ａは、開口部３を介して入ってきた音により、振動可能なように構成されている。なお、ダイアフラム部４ａは、本発明の「ダイアフラム」の一例である。

ここで、本実施形態では、エッチングストッパ膜２およびポリシリコン膜４の上面に接触するように支持体５を構成する支持膜６が形成されている。この支持膜６は、約４００ＭＰａの引張内部応力δＳｔ_６を有する水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなり、約０．５μｍの厚みｔ_６を有している。また、支持膜６の上面には、支持膜６とともに支持体５を構成する支持膜７が積層されている。支持膜７は、約２０ＭＰａの圧縮内部応力δＳｔ_７を有する水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなり、約１μｍの厚みｔ_７を有している。なお、本出願において、引張内部応力δＳｔ_６とは、図５に示すように、支持膜６の内部方向に働く力であり、支持膜６が積層された後述する電極板部８ａの外側を支持膜６側に移動させるように働く力である。すなわち、引張内部応力δＳｔ_６は、電極板部８ａの中央部を下側に撓ませる方向に働く力である。また、圧縮内部応力δＳｔ_７とは、図６に示すように、支持膜７の外部方向に働く力であり、支持膜７が積層された支持膜６の外側を支持膜６側に移動させるように働く力である。すなわち、圧縮内部応力δＳｔ_７は、支持膜６の中央部を上側に撓ませる方向に働く力である。本実施形態では、支持膜６および７からなる支持体５は、図７に示すような応力状態になる。この支持膜６および７からなる支持体５は、図１、図２および図７に示すように、電極板部８ａを支持するために設けられている。また、支持体５の全体の内部応力δＳｔは、圧縮内部応力δＳｔ_７を負とした場合、以下の式（１）により表される。

δＳｔ＝（δＳｔ_６・ｔ_６＋δＳｔ_７・ｔ_７）／（ｔ_６＋ｔ_７） ・・・（１）
この式（１）に、支持膜６の引張内部応力δＳｔ_６＝４００ＭＰａ、支持膜６の厚みｔ_６＝０．５μｍ、支持膜７の圧縮内部応力δＳｔ_７＝−２０ＭＰａ、支持膜７の厚みｔ_７＝１μｍを代入すると、支持体５の全体の内部応力δＳｔは、δＳｔ＝１２０ＭＰａとなり、本実施形態では、支持体５の全体で、約１２０ＭＰａの引張内部応力を有している。なお、支持膜６および７は、それぞれ、本発明の「第１支持膜」および「第２支持膜」の一例である。

支持膜６の下面には、約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン膜８が形成されている。このポリシリコン膜８は、ｎ型の不純物（リン（Ｐ））がドープされることにより導電性を有している。なお、このポリシリコン膜８のシート抵抗は、約１０Ω／□〜約１００Ω／□であり、好ましくは、約３０Ω／□〜約５０Ω／□である。また、ポリシリコン膜８は、図３に示すように、平面的に見て、ダイアフラム部４ａの中心と同じ位置に中心が配置された円板状の電極板部８ａと、電極板部８ａから図３の矢印Ｂ方向に突出して延びるように形成され、コンタクト領域８ｃを有する接続配線部８ｂとを含んでいる。なお、電極板部８ａは、本発明の「電極板」の一例である。ダイアフラム部４ａと電極板部８ａとの間には、約１μｍ〜約５μｍの高さを有するエアギャップ９が形成されている。

ポリシリコン膜８の電極板部８ａと、支持体５を構成する支持膜６および支持膜７とには、外部からエアギャップ９へと繋がる複数の円状の音響孔１０が形成されている。

図１に示すように、支持体５を構成する支持膜６および支持膜７には、それぞれ、ポリシリコン膜４の接続配線部４ｂのコンタクト領域４ｃに対応する部分にコンタクトホール６ａおよびコンタクトホール７ａが形成されている。また、図２に示すように、支持体５を構成する支持膜６および支持膜７には、それぞれ、ポリシリコン膜８の接続配線部８ｂのコンタクト領域８ｃに対応する部分にコンタクトホール６ｂおよびコンタクトホール７ｂが形成されている。

そして、図１に示すように、ポリシリコン膜４の接続配線部４ｂのコンタクト領域４ｃ上には、支持膜６のコンタクトホール６ａおよび支持膜７のコンタクトホール７ａを介して、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極１１が形成されている。また、図２に示すように、ポリシリコン膜８の接続配線部８ｂのコンタクト領域８ｃ上には、支持膜６のコンタクトホール６ｂおよび支持膜７のコンタクトホール７ｂを介して、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極１２が形成されている。

図８は、本発明の一実施形態によるマイクロホンの動作を説明するための断面図である。次に、図１および図８を参照して、本実施形態によるマイクロホン３０の動作について説明する。なお、ダイアフラム部４ａと電極板部８ａとの間には、電極１１および１２を介して一定の電圧が印加されている。

まず、マイクロホン３０に音が入ってきていない状態では、図１に示すように、ダイアフラム部４ａは振動しない。したがって、ダイアフラム部４ａと電極板部８ａとの間の静電容量が変化しないので、ダイアフラム部４ａおよび電極板部８ａからなるキャパシタに蓄積される電荷量は変化しない。

一方、マイクロホン３０に音が入ってくると、図８に示すように、ダイアフラム部４ａが振動する。したがって、ダイアフラム部４ａと、支持体５によって固定されている電極板部８ａとの間の静電容量が変化するので、ダイアフラム部４ａおよび電極板部８ａからなるキャパシタに蓄積される電荷量が変化する。この電荷量の変化が、入ってきた音に対応した電気的な信号として出力される。

本実施形態では、上記のように、電極板部８ａを支持するとともに、引張内部応力δＳｔ_６（約４００ＭＰａ）を有する支持膜６と、支持膜６に積層され、圧縮内部応力δＳｔ_７（約２０ＭＰａ）を有する支持膜７とを含む支持体５を設けることによって、圧縮内部応力δＳｔ_７（約２０ＭＰａ）を有する支持膜７により、支持膜６の引張内部応力δＳｔ_６（約４００ＭＰａ）の一部を打ち消すことができるので、支持体５の全体の内部応力δＳｔを約１２０ＭＰａの引張内部応力に低下させることができる。これにより、支持膜６の引張内部応力δＳｔ_６（約４００ＭＰａ）に起因して支持体５がシリコン基板１側に撓むのを抑制することができるので、支持体５が破損するのを抑制することができる。また、支持膜６の引張内部応力δＳｔ_６（約４００ＭＰａ）に起因して支持体５がシリコン基板１側に撓むのを抑制することができるので、ダイアフラム部４ａが電極板部８ａに接触することなく移動可能なエアギャップ９の範囲を大きくすることができ、その結果、マイクロホン３０のダイナミックレンジを向上させることができる。また、支持膜７が支持膜６に積層されていることによって、装置本体が大型化するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、支持膜６および支持膜７を水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）により形成することによって、支持膜６および支持膜７をドライエッチングする際に、アルゴン、酸素およびＣＦ_４からなる混合ガスで支持膜６および支持膜７をエッチングすることができるので、製造工程を簡略化することができる。

また、本実施形態では、ダイアフラム部４ａおよび支持体５が設けられるシリコン基板１を設けるとともに、支持膜６を支持膜７に対してシリコン基板１側に配置することによって、支持膜６の引張内部応力δＳｔ_６および支持膜７の圧縮内部応力δＳｔ_７よりも大きな引張内部応力を有する犠牲層２２（図１６参照）を支持体５とシリコン基板１との間に形成した際に、犠牲層２２（図１６参照）に支持膜６を接触させることができるので、支持体５と犠牲層２２（図１６参照）との間の界面に発生する力を抑制することができる。これにより、製造時に支持体５と犠牲層２２（図１６参照）との間の界面において、支持体５にクラックなどが発生するのを抑制することができるので、犠牲層２２（図１６参照）を除去した後に支持体５に撓みが発生するのをより抑制することができる。

また、本実施形態では、約４００ＭＰａの引張内部応力δＳｔ_６を有する支持膜６および約２０ＭＰａの圧縮内部応力δＳｔ_７を有する支持膜７の積層膜からなる支持体５を、全体として約１２０ＭＰａの引張内部応力δＳｔを有するように構成することによって、電極板部８ａとダイアフラム部４ａとの間の静電気力に起因して電極板部８ａを支持する支持体５がシリコン基板１側に移動されるのを抑制することができることが後述する本発明者の実験により確認されている。このように、本実施形態では、支持体５がシリコン基板１側に移動するのを抑制することができるので、電極板部８ａとダイアフラム部４ａとの間に高電圧を印加することができる。その結果、マイクロホン３０の感度をより向上させることができる。

次に、上記した本実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。なお、この実験では、本実施形態に対応する実施例１〜２による試料および比較例１〜３による試料の合計５種類の試料を、それぞれ、１６個作製した。

実施例１による試料は、上記した本実施形態と同様に、約４００ＭＰａの引張内部応力を有するとともに、約０．５μｍの厚みを有する支持膜上に、約２０ＭＰａの圧縮内部応力を有するとともに、約１μｍの厚みを有する支持膜を積層することによって、全体として約１２０ＭＰａの引張内部応力を有する支持体が形成されたマイクロホンを作製した。また、実施例２による試料は、約４００ＭＰａの引張内部応力を有するとともに、約０．２μｍの厚みを有する支持膜上に、約２０ＭＰａの圧縮内部応力を有するとともに、約１μｍの厚みを有する支持膜を積層することによって、全体として約５０ＭＰａの引張内部応力を有する支持体を形成した。また、比較例１による試料は、約８００ＭＰａの引張内部応力を有するとともに、約０．２μｍの厚みを有する支持膜からなる単層の支持体を形成した。また、比較例２による試料は、約４００ＭＰａの引張内部応力を有するとともに、約０．５μｍの厚みを有する支持膜からなる単層の支持体を形成した。また、比較例３による試料は、約２０ＭＰａの圧縮内部応力を有するとともに、約１μｍの厚みを有する支持膜からなる単層の支持体を形成した。なお、実施例２および比較例１〜３による試料は、上記以外の構成を実施例１による試料と同様にして作製した。

そして、これらの試料について、ダイアフラム部と電極板部との間に０Ｖから１２Ｖまで電圧を印加した際の静電容量の変化について測定した。このとき、静電容量の変化量が２×１０^―１３Ｆ（ファラッド）内であれば、ダイアフラム部のみが移動し、電極板部を支持する支持体は、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力に起因して実質的に移動していない（撓んでいない）と判断した。また、静電容量の変化量が２×１０^―１３Ｆ（ファラッド）よりも大きければ、ダイアフラム部が移動するとともに、電極板部を支持する支持体は、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力に起因して実質的に移動している（撓んでいる）と判断した。その結果を図９に示す。

図９に示すように、支持体全体として約１２０ＭＰａの引張内部応力を有する２つの支持膜の積層膜からなる実施例１による試料では、１６個のうちの７個の試料において、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力による支持体の移動が発生しなかった。また、支持体全体として約５０ＭＰａの引張内部応力を有する２つの支持膜の積層膜からなる実施例２による試料では、１６個のうちの２個の試料において、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力による支持体の移動が発生しなかった。その一方、約８００ＭＰａの引張内部応力、約４００ＭＰａの引張内部応力および約２０ＭＰａの圧縮内部応力をそれぞれ有する単層膜からなる比較例１〜３による試料では、１６個のうちの全ての試料において、電極板部とダイアフラム部との間の静電気力による支持体の移動が発生した。図９の結果から、引張内部応力を有する支持膜上に圧縮内部応力を有する支持膜を積層することにより、支持体の全体の内部応力を引張内部応力になるように制御することによって、マイクロホンの耐電圧を大きくすることが可能であることを確認することができた。

図１０〜図２４は、本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図３および図１０〜図２４を参照して、本発明の一実施形態によるマイクロホン３０の製造プロセスについて説明する。

まず、図１０に示すように、ジクロロシランガスおよびアンモニアガス、または、モノシランガスおよびアンモニアガスによるＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：減圧ＣＶＤ）法を用いて、シリコン基板１の表面および裏面に、それぞれ、水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる約０．０５μｍ〜約０．２μｍの厚みを有するエッチングストッパ膜２およびマスク層２０を形成する。その後、モノシランガス、または、ジシランガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、エッチングストッパ膜２の上面の全面上に、約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン膜４を形成する。その後、このポリシリコン膜４を高濃度のｎ^＋型にするために、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を用いて、約８７５℃の条件下で固相リン拡散を行う。そして、フォトリソグラフィ技術により、ポリシリコン膜４上の所定領域に、レジスト膜２１を形成する。

次に、図１１に示すように、レジスト膜２１をマスクとして、塩素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜４をパターニングすることによって、ダイアフラム部４ａおよび接続配線部４ｂを形成する。その後、レジスト膜２１を除去する。

次に、図１２に示すように、プラズマＣＶＤ法、または、常圧ＣＶＤ法により、全面を覆うように、約１μｍ〜約５μｍの厚みを有するＰＳＧ（リン添加ＳｉＯ_２）からなる犠牲層２２を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、犠牲層２２上の所定領域に、レジスト膜２３を形成する。

次に、図１３に示すように、レジスト膜２３をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、エアギャップ９（図１参照）を形成するための犠牲層２２をパターニングする。その後、レジスト膜２３を除去する。

次に、図１４に示すように、モノシランガス、または、ジシランガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、エッチングストッパ膜２、ポリシリコン膜４および犠牲層２２の上面上に、約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン膜８を形成する。その後、このポリシリコン膜８を高濃度のｎ^＋型にするために、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を用いて、約８７５℃の条件下で固相リン拡散を行う。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン膜８上の所定領域に、レジスト膜２４を形成する。

次に、図１５に示すように、レジスト膜２４をマスクとして、塩素系のガスによるエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜８をパターニングすることによって、電極板部８ａ、接続配線部８ｂ（図３参照）を形成する。その後、レジスト膜２４を除去する。

次に、本実施形態では、図１６に示すように、ジクロロシランガスおよびアンモニアガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、エッチングストッパ膜２、ポリシリコン膜４、犠牲層２２およびポリシリコン膜８の上面上に、約０．５μｍの厚みと、引張内部応力δＳｔ_６（約４００ＭＰａ）とを有する水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる支持膜６を形成する。この約４００ＭＰａの引張内部応力δＳｔ_６を有する支持膜６の形成条件は、基板温度：約７００℃〜約８５０℃（好ましくは、約７７０℃〜約８３０℃）、ジクロロシラン流量：約６０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、アンモニア流量：約６０ｓｃｃｍ〜約１２００ｓｃｃｍ、圧力：約０．３Ｔｏｒｒ〜約０．５Ｔｏｒｒ、ガス流量比（ジクロロシランガス／アンモニアガス）：約０．３〜約１０である。

次に、本実施形態では、モノシランガス、アンモニアガスおよび窒素ガスによるプラズマＣＶＤ法を用いて、支持膜６の上面上に、約１μｍの厚みと、圧縮内部応力δＳｔ_７（約２０ＭＰａ）とを有する水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる支持膜７を形成する。この約２０ＭＰａの圧縮内部応力δＳｔ_７を有する支持膜７の形成条件は、基板温度：約３００℃〜約４００℃（好ましくは、約３４０℃〜約３６０℃）、モノシラン流量：約１４０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、アンモニア流量：約２０ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍ、窒素流量：約３００ｓｃｃｍ〜約１５００ｓｃｃｍ、圧力：約４Ｔｏｒｒ〜約５Ｔｏｒｒである。これにより、電極板部８ａを支持するとともに、全体として約１２０ＭＰａの引張内部応力を有する支持体５が形成される。

次に、図１７に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、支持膜７上の所定領域にレジスト膜２５を形成する。そして、図１８に示すように、レジスト膜２５をマスクとして、アルゴン、酸素およびＣＦ_４からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、支持膜７および支持膜６をエッチングすることによって、コンタクトホール７ａおよび６ａと、コンタクトホール７ｂおよび６ｂ（図２参照）とを形成する。

次に、図１９に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて電極１１および１２の形成領域以外の領域を覆うように、レジスト膜２６を形成した後、全面上に蒸着法を用いて、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極層２７を形成する。そして、リフトオフ法を用いてレジスト膜２６を除去することにより、レジスト膜２６の上面および側面上に形成された電極層２７を除去することによって、図２０に示すように、電極１１および１２（図１〜図３参照）を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、支持膜７、電極１１および１２上の所定領域にレジスト膜２８を形成する。

次に、図２１に示すように、レジスト膜２８をマスクとして、アルゴン、酸素およびＣＦ_４からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、支持膜７および６をエッチングする。その後、同じレジスト膜２８をマスクとして、塩素および酸素からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜８をエッチングする。これにより、図２１に示すように、音響孔１０が形成される。その後、レジスト膜２８を除去する。

次に、図２２に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスク層２０の表面上の所定領域にレジスト膜２９を形成する。その後、レジスト膜２９をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、マスク層２０をパターニングする。その後、レジスト膜２９を除去する。

次に、図２３に示すように、マスク層２０をマスクとして、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液、または、水酸化カリウム水溶液による異方性ウェットエッチング技術を用いて、シリコン基板１に開口部３を形成する。

次に、図２４に示すように、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、マスク層２０を除去するとともに、開口部３から露出している部分のエッチングストッパ膜２をエッチングする。最後に、フッ酸を音響孔１０から流入させて、犠牲層２２を除去することにより、エアギャップ９を形成して、図１に示した一実施形態のマイクロホン３０が完成する。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明をマイクロホン３０に適用する例を示したが、本発明はこれに限らず、他の音響センサ、圧力センサおよび加速度センサなどのセンサ装置に適用してもよいし、センサ装置以外のメカニカルスイッチなどのダイアフラム構造体に適用してもよい。

また、上記実施形態では、電極板部８ａの上面に引張内部応力δＳｔ_６を有する支持膜６を形成するとともに、支持膜６の上面に圧縮内部応力δＳｔ_７を有する支持膜７を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図２５に示した本実施形態の変形例によるマイクロホン３０ａのように、電極板部３１ａの上面と、電極板部３１ａの音響孔３２に対応する孔部３１ｂの側面全体を覆うように、支持体３３を形成するようにしてもよい。なお、支持体３３は、引張内部応力を有する支持膜３４と、支持膜３４を覆うように圧縮内部応力を有する支持膜３５とにより構成されている。この変形例によるマイクロホン３０ａでは、支持体３３による電極板部３１ａの支持強度を向上させることができるので、電極板部３１ａの振動を抑制することができる。

また、上記実施形態では、水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなるエッチングストッパ膜２およびマスク層２０を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）からなるエッチングストッパ膜およびマスク層を形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＰＳＧ（リン添加ＳｉＯ_２）からなる犠牲層２２を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、フッ酸に可溶であればＢＳＧ（ボロン添加ＳｉＯ_２）などからなる犠牲層を形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、金およびクロムからなる電極１１および１２を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、アルミニウムや銅などの低抵抗金属からなる電極を形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなるエッチングストッパ膜２、支持膜６、支持膜７およびマスク層２０を形成したが、フッ酸によるエッチングレートが遅くなるようにＳｉ_３Ｎ_ＸのＸが４よりも小さい方が好ましい。

本発明の一実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの構造を示した平面図である。 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの構造を示した平面図である。 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの支持膜の引張内部応力について説明するための概略図である。 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの支持膜の圧縮内部応力について説明するための概略図である。 図１に示した一実施形態によるマイクロホンの支持体の引張内部応力および圧縮内部応力について説明するための概略図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの動作を説明するための断面図である。 支持体の内部応力と、ダイアフラム部と電極板部との間に電圧を印加した際に支持体の移動（撓み）が実質的に発生しなかったマイクロホンの数との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態の変形例によるマイクロホンの構造を示した断面図である。

符号の説明

１ シリコン基板（基板）
４ａ ダイアフラム部（ダイアフラム）
５、３３ 支持体
６、３４ 支持膜（第１支持膜）
７、３５ 支持膜（第２支持膜）
８ａ、３１ａ 電極板部（電極板）
３０、３０ａ マイクロホン（音響センサ、センサ装置、ダイアフラム構造体）

Claims (5)

1. 振動可能に設けられたダイアフラムと、
   前記ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられた電極板と、
   前記電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、前記第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体とを備える、センサ装置。
2. 前記支持体の第２支持膜は、前記支持体の第１支持膜と同一元素からなる、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記ダイアフラムおよび前記支持体が設けられる基板をさらに備え、
   前記支持体の第１支持膜は、前記支持体の第２支持膜に対して前記基板側に配置されている、請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記第１支持膜および前記第２支持膜を含む前記支持体は、全体として引張内部応力を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
5. 振動可能に設けられたダイアフラムと、
   前記ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられた電極板と、
   前記電極板を支持するとともに、引張内部応力を有する第１支持膜と、前記第１支持膜に積層され、圧縮内部応力を有する第２支持膜とを含む支持体とを備える、ダイアフラム構造体。

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