JP5708290B2 - Manufacturing method of MEMS device, MEMS device, pressure sensor, and ultrasonic transducer - Google Patents

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Description

本発明は、均一な機能膜を備えたＭＥＭＳデバイスを製造するＭＥＭＳデバイスの製造方法、当該製造方法により製造されたＭＥＭＳデバイス、及び超音波トランスデューサーに関する。   The present invention relates to a MEMS device manufacturing method for manufacturing a MEMS device having a uniform functional film, a MEMS device manufactured by the manufacturing method, and an ultrasonic transducer.

従来、均一な膜厚寸法を有する機能膜（メンブレン）を備えたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１は、ダイアフラム上に圧電体を積層した超音波センサーである。この超音波センサーは、圧電体に電圧を印加してダイアフラム（機能膜）を振動させて超音波を出力したり、超音波の受信により振動されるダイアフラムの変位量を圧電体で電気信号に変換して出力したりするセンサーである。このような超音波センサーでは、平板上のＳｉ基板の一面側（第一面）を酸化してＳｉＯ２膜を形成し、ＳｉＯ２膜が形成された面とは反対側の面（第二面）に、ダイアフラムの形成位置に孔部を有するマスクを形成する。そして、Ｓｉ基板の第二面側をエッチング処理することで、マスクの孔部に対応する部分が、ＳｉＯ２膜をエッチングストッパーとしてエッチングされ、ＳｉＯ２膜のダイアフラムが形成される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device including a functional film (membrane) having a uniform film thickness is known (see, for example, Patent Document 1).
This patent document 1 is an ultrasonic sensor in which a piezoelectric body is laminated on a diaphragm. This ultrasonic sensor applies a voltage to the piezoelectric body and vibrates the diaphragm (functional film) to output ultrasonic waves, or converts the displacement of the diaphragm that is vibrated by receiving ultrasonic waves into an electrical signal using the piezoelectric body. It is a sensor that outputs. In such an ultrasonic sensor, one surface (first surface) of the Si substrate on the flat plate is oxidized to form a SiO 2 film, and the surface opposite to the surface on which the SiO 2 film is formed (second surface). ), A mask having a hole at the position where the diaphragm is formed is formed. Then, by etching the second surface side of the Si substrate, a portion corresponding to the hole of the mask is etched using the SiO 2 film as an etching stopper, and a diaphragm of the SiO 2 film is formed.

特開２０１０−１４７６５８号公報JP 2010-147658 A

ところで、特許文献１に記載の超音波センサーでは、ダイアフラムの形成領域の全域に対応して、マスクの孔部を設け、当該孔部から露出する部分をダイアフラムまでをエッチングしている。
ここで、ダイアフラムを均一膜厚に形成するためには、エッチング液を確実にエッチングストッパーであるＳｉＯ２膜に到達させる必要がある。しかしながら、各エッチング位置において、それぞれエッチングレートを同一にすることは困難であり、エッチングストッパーであるＳｉＯ２膜までエッチング処理が完了している位置と、Ｓｉが残留し、ダイアフラムの膜厚が大きくなる部分とが生じる。このような場合、ダイアフラムの膜厚が不均一となるという問題がある。 By the way, in the ultrasonic sensor described in Patent Document 1, a hole portion of the mask is provided corresponding to the entire region of the diaphragm formation region, and the portion exposed from the hole portion is etched up to the diaphragm.
Here, in order to form the diaphragm with a uniform film thickness, it is necessary to ensure that the etching solution reaches the SiO 2 film as an etching stopper. However, it is difficult to make the etching rate the same at each etching position, the position where the etching process is completed up to the SiO 2 film which is an etching stopper, and Si remains, and the film thickness of the diaphragm increases. Part occurs. In such a case, there is a problem that the film thickness of the diaphragm becomes non-uniform.

本発明の目的は、均一厚み寸法を有する機能膜を備えたＭＥＭＳデバイスを製造するＭＥＭＳデバイスの製造方法、ＭＥＭＳデバイス、及び超音波トランスデューサーを提供することである。   The objective of this invention is providing the manufacturing method of a MEMS device, a MEMS device, and an ultrasonic transducer which manufacture a MEMS device provided with the functional film which has a uniform thickness dimension.

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、基板の第一面に、平坦な先端面と側面部とを有する凸部を形成する凸部形成工程と、前記第一面に、少なくとも前記凸部を覆う機能膜を形成する成膜工程と、前記基板の前記第一面とは反対側の第二面にマスク層を形成し、当該マスク層に孔部を形成するマスク工程と、前記孔部を介し前記機能膜をエッチングストッパーとして前記基板をエッチングするエッチング工程と、を備え、前記成膜工程は、前記凸部の前記先端面に接する主膜部と、前記凸部の前記側面部に接する側壁部と、を有する前記機能膜を形成し、
前記マスク工程は、前記基板を基板厚み方向から見た平面視において、前記先端面と重なる位置に、前記先端面の面積よりも小さい面積の前記孔部を形成し、前記エッチング工程は、前記基板の前記第二面側から前記機能膜の前記主膜部までを、前記基板の厚み方向にエッチングした後、前記主膜部の表面に沿って前記側壁部までをエッチングすることで、前記主膜部、前記側壁部により囲われる領域を含む開口空間を形成することを特徴とする。 The manufacturing method of the MEMS device of the present invention includes a convex portion forming step of forming a convex portion having a flat front end surface and a side surface portion on the first surface of the substrate, and covering at least the convex portion on the first surface. A film forming step for forming a functional film, a mask layer for forming a mask layer on the second surface opposite to the first surface of the substrate, and forming a hole in the mask layer; An etching step of etching the substrate using the functional film as an etching stopper, wherein the film forming step includes a main film portion in contact with the tip surface of the convex portion, and a side wall portion in contact with the side surface portion of the convex portion. And forming the functional film,
In the mask process, the hole having an area smaller than the area of the front end surface is formed at a position overlapping the front end surface in a plan view of the substrate viewed from the thickness direction of the substrate. The main film is etched from the second surface side to the main film part of the functional film in the thickness direction of the substrate, and then etched to the side wall part along the surface of the main film part. And an opening space including a region surrounded by the side wall portion.

本発明によれば、凸部形成工程により、基板の第一面に凸部を形成し、成膜工程により、当該基板に機能膜を成膜する。これにより、凸部の表面形状に対応して、凸部の先端面に接する主膜部、及び凸部の側面部に接する側壁部を備える機能膜が形成される。
この後、マスク工程において、基板の第二面側にマスク層を形成して、当該マスク層に孔部を形成し、エッチング工程において、孔部から基板をエッチングする。この時、孔部の形成位置を、センサー平面視において、凸部の先端面の形成領域内とし、孔部の開口面積を先端面よりも小さくする。これにより、エッチング工程において、例えばサイクルエッチング等の異方性エッチングを実施することで、孔部からエッチングストッパーである主膜部まで、基板厚み方向に沿ってエッチングが進行する。また、エッチング工程では、この後、更にエッチング処理を継続して、主膜部の表面に沿って側壁部までをエッチングする。これにより、エッチングガスにより主膜部の表面に沿って側壁部まで基板がエッチングされることで、主膜部を底面とし、側壁部を筒内周面とした、筒状のキャビティ部を有する開口空間が形成される。
このようなＭＥＭＳデバイスの製造方法では、エッチングガスが主膜部に到達した後、オーバーエッチングすることで、主膜部に沿って側壁部が露出するまでエッチング処理が継続されるため、主膜部上に残留する基板の構成成分をエッチングにより除去することができる。したがって、エッチングレートによる主膜部の厚み寸法のバラつきを抑制することができ、均一な厚み寸法の機能膜（主膜部）を有するＭＥＭＳデバイスを製造することができる。 According to the present invention, the convex portion is formed on the first surface of the substrate by the convex portion forming step, and the functional film is formed on the substrate by the film forming step. Thereby, a functional film including a main film part in contact with the front end surface of the convex part and a side wall part in contact with the side part of the convex part is formed corresponding to the surface shape of the convex part.
Thereafter, in the mask process, a mask layer is formed on the second surface side of the substrate to form holes in the mask layer, and in the etching process, the substrate is etched from the holes. At this time, the formation position of the hole is within the formation region of the tip surface of the convex portion in plan view of the sensor, and the opening area of the hole is made smaller than the tip surface. Thus, in the etching process, for example, by performing anisotropic etching such as cycle etching, the etching progresses along the substrate thickness direction from the hole portion to the main film portion as an etching stopper. In the etching step, the etching process is further continued to etch the side wall portion along the surface of the main film portion. Accordingly, the substrate is etched to the side wall portion along the surface of the main film portion by the etching gas, so that the opening having the cylindrical cavity portion having the main film portion as the bottom surface and the side wall portion as the cylinder inner peripheral surface. A space is formed.
In such a MEMS device manufacturing method, the etching process continues until the side wall portion is exposed along the main film portion by over-etching after the etching gas reaches the main film portion. The constituent components of the substrate remaining on the substrate can be removed by etching. Therefore, variation in the thickness of the main film portion due to the etching rate can be suppressed, and a MEMS device having a functional film (main film portion) with a uniform thickness can be manufactured.

ところで、支持膜上に残留する基板成分を除去するために、オーバーエッチング処理を行う場合、側壁部がない場合では、支持膜に沿ってエッチングを進行するため、開口空間の形成面積が、所望の面積領域を超えてしまい、所望の膜性能が得られないという問題もある。これに対して、本発明では、主膜部の外周縁に沿って側壁部が設けられるため、主膜部に沿ってエッチングを進行させた場合でも、側壁部をエッチングストッパーとして、エッチングにより形成される開口空間の形成領域（基板を厚み方向から見た平面視における開口空間の面積）の増大を抑えることができる。すなわち、基板を厚み方向から見た平面視において、キャビティの形成領域と、主膜部の形成領域とを同一にすることができるため、所望の膜性能の機能膜を有するＭＥＭＳデバイスを製造することができる。   By the way, in order to remove the substrate component remaining on the support film, when the overetching process is performed, in the case where there is no side wall, the etching proceeds along the support film. There is also a problem that the desired film performance cannot be obtained because the area is exceeded. On the other hand, in the present invention, since the side wall portion is provided along the outer peripheral edge of the main film portion, even when etching proceeds along the main film portion, the side wall portion is formed by etching using the etching stopper. Increase of the open space forming area (the area of the open space in plan view when the substrate is viewed from the thickness direction) can be suppressed. That is, in a plan view of the substrate viewed from the thickness direction, the cavity formation region and the main film part formation region can be made the same, and therefore, a MEMS device having a functional film having a desired film performance is manufactured. Can do.

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法では、前記孔部を前記先端面に投影した領域を孔部投影領域とし、前記先端面の外周縁上に位置する点から前記孔部投影領域の外周縁までの最短距離をアライメント設定値とした場合、前記マスク工程は、アライメント設定値の最大値及び最小値の差分値が、前記凸部の高さ寸法よりも小さくなるように、前記孔部を形成することが好ましい。
ここで、凸部の高さ寸法とは、凸部の側面部の下端位置（第一面に接する位置）から、凸部の先端面までの基板厚み寸法に沿う距離を指す。 In the MEMS device manufacturing method of the present invention, a region where the hole is projected onto the tip surface is defined as a hole projection region, and a point located on the outer periphery of the tip surface to the outer periphery of the hole projection region. When the shortest distance is the alignment set value, the mask process forms the hole so that the difference value between the maximum value and the minimum value of the alignment set value is smaller than the height dimension of the convex portion. Is preferred.
Here, the height dimension of a convex part refers to the distance along the substrate thickness dimension from the lower end position (position which touches a 1st surface) of the side part of a convex part to the front end surface of a convex part.

本発明によれば、アライメント設定値の最大値および最小値の差分値が、凸部の突出寸法よりも小さくなるように、孔部の形成位置が設定される。
ここで、例えば円形状の突出先端面に対して、矩形状の孔部を有するマスク層が形成される場合など、アライメント設定値にバラつきがある場合では、突出先端面の外周縁上の点のうち、アライメント設定値が小さい点が先にエッチングされ、アライメント設定値が大きい点のエッチングが完了するまでの時間が長くなる。ここで、主膜部に接する先端面の基板成分を確実に除去するためには、アライメント設定値が最大値となる最大アライメント設定点がエッチングされる必要があり、この最大アライメント設定点に合わせてエッチング時間を設定する必要があり、かつこのエッチング時間内で、アライメント設定値が最小値となる最小アライメント設定点が、側壁部を超えてエッチングされないように、凸部の突出寸法（側壁部の高さ寸法）及びアライメント設定値を設定する必要がある。
ここで、アライメント設定値の最大値及び最小値の差分値が凸部の突出寸法よりも大きい場合、最小アライメント設定点では、機能膜の側壁部を超えてエッチングが進行する場合がある。この場合、キャビティの形成領域が所望の範囲に収まらず、機能膜の膜性能が低下してしまう。
これに対して、上記のように、アライメント設定値の最大値及び最小値の差分値が凸部の突出寸法よりも小さい場合では、エッチング工程において、主膜部の全体がキャビティに接するようにエッチングを行った場合でも、機能膜の側壁部を超えてエッチングが進行することがなく、所望の面積の形成領域にキャビティを形成することができる。したがって、所望の膜性能の機能膜を形成することができ、例えば機能膜として主膜部によりダイアフラムを形成する場合、所望面積を有し、安定した膜振動が可能なダイアフラムを精度よく形成することができる。 According to the present invention, the formation position of the hole is set so that the difference value between the maximum value and the minimum value of the alignment setting value is smaller than the protruding dimension of the convex portion.
Here, when the alignment setting value varies, such as when a mask layer having a rectangular hole is formed on the circular protruding tip surface, the point on the outer peripheral edge of the protruding tip surface Among these, a point with a small alignment set value is etched first, and a time until etching of a point with a large alignment set value is completed becomes long. Here, in order to surely remove the substrate component on the front end surface in contact with the main film portion, the maximum alignment set point at which the alignment set value becomes the maximum value needs to be etched, and this maximum alignment set point is adjusted. It is necessary to set the etching time, and within this etching time, the minimum alignment set point at which the alignment set value becomes the minimum value is not etched beyond the side wall portion. Sizing) and alignment setting values need to be set.
Here, when the difference value between the maximum value and the minimum value of the alignment set value is larger than the protruding dimension of the convex portion, the etching may proceed beyond the side wall portion of the functional film at the minimum alignment set point. In this case, the cavity formation region does not fall within the desired range, and the film performance of the functional film deteriorates.
On the other hand, as described above, when the difference value between the maximum value and the minimum value of the alignment set value is smaller than the protruding dimension of the convex portion, the etching is performed so that the entire main film portion is in contact with the cavity. Even in the case where etching is performed, etching does not proceed beyond the side wall portion of the functional film, and a cavity can be formed in a formation region having a desired area. Therefore, a functional film having a desired film performance can be formed. For example, when a diaphragm is formed by a main film portion as a functional film, a diaphragm having a desired area and capable of stable film vibration can be accurately formed. Can do.

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法では、前記孔部を前記先端面に投影した領域を孔部投影領域とし、前記先端面の外周縁上に位置する点から前記孔部投影領域の外周縁までの最短距離をアライメント設定値とした場合、前記凸部形成工程は、前記凸部の突出寸法が、前記アライメント設定値の最大値及び最小値の差分値よりも大きくなるように、前記凸部を形成することが好ましい。   In the MEMS device manufacturing method of the present invention, a region where the hole is projected onto the tip surface is defined as a hole projection region, and a point located on the outer periphery of the tip surface to the outer periphery of the hole projection region. In the case where the shortest distance is set as the alignment setting value, the protrusion forming step forms the protrusion so that the protruding dimension of the protrusion is larger than the difference value between the maximum value and the minimum value of the alignment setting value. It is preferable to do.

この発明では、凸部形成工程において、凸部の突出寸法がアライメント設定値の最大値および最小値の差分値よりも大きくなるように、当該凸部を形成する。これにより、上述した発明と同様に、エッチング工程において、主膜部の全体が開口空間に接するようにエッチングを行った場合でも、機能膜の側壁部を超えてエッチングが進行することがなく、所望の面積領域にキャビティを形成することができる。   In this invention, in the convex portion forming step, the convex portion is formed so that the protruding dimension of the convex portion is larger than the difference value between the maximum value and the minimum value of the alignment set value. Thus, as in the above-described invention, even when etching is performed so that the entire main film portion is in contact with the opening space in the etching step, the etching does not proceed beyond the side wall portion of the functional film. A cavity can be formed in the area region.

また、マスク工程において孔部を形成する際、通常では、平面視において、先端面と同一形状の孔部を、先端面の重心位置と孔部の重心位置とが重なるように形成することが好ましい。すなわち、アライメント設定値が各孔外周点において同値となることが好ましい。しかしながら、これらの重心位置を完全に一致させることは困難であり、実際には僅かなアライメントのずれが発生し、上述のようにアライメント設定値のバラつきが生じる。
このようなアライメントのずれが発生した場合の、当該アライメント設定値の最大値、および最小値は、例えばシミュレーション等により予め求めることができる。したがって、凸部の突出寸法を、このようなアライメント誤差の最大値に応じて設定することで、アライメント誤差が発生した場合でも、主膜部と開口空間とを、平面視において同一形成領域に形成することができ、所望の膜性能の機能膜を形成することができる。
例えば、孔部が一方向に所定のアライメント誤差値だけ位置ずれした場合、アライメント設定値の最大値と最小値の差分値は、アライメント誤差値の２倍となる。したがって、凸部形成工程では、アライメント誤差値の２倍以上となる突出寸法の凸部を形成することが好ましく、これにより、アライメントずれが発生した場合でも良好な膜性能の機能膜を得ることができる。 Further, when forming the hole in the mask process, it is usually preferable to form the hole having the same shape as the tip surface so that the center of gravity of the tip surface and the center of gravity of the hole overlap in plan view. . That is, it is preferable that the alignment setting value is the same value at each hole outer peripheral point. However, it is difficult to completely match these barycentric positions. Actually, a slight misalignment occurs, and the alignment setting values vary as described above.
When such an alignment shift occurs, the maximum value and the minimum value of the alignment setting value can be obtained in advance, for example, by simulation. Therefore, by setting the projecting dimension of the convex part according to the maximum value of such an alignment error, even when an alignment error occurs, the main film part and the opening space are formed in the same formation region in plan view. And a functional film having desired film performance can be formed.
For example, when the hole is displaced by a predetermined alignment error value in one direction, the difference value between the maximum value and the minimum value of the alignment setting value is twice the alignment error value. Therefore, it is preferable to form a convex part having a protruding dimension that is twice or more the alignment error value in the convex part forming step, so that a functional film with good film performance can be obtained even when misalignment occurs. it can.

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法では、前記先端面の外周縁上の各点における前記アライメント設定値は、同一値であることが好ましい。   In the MEMS device manufacturing method of the present invention, it is preferable that the alignment setting values at the respective points on the outer peripheral edge of the tip end face have the same value.

この発明では、凸部の先端面の外周縁上の各点におけるアライメント設定値が同値である。この場合、エッチング工程において、先端面の外周縁上の各点に略同時にエッチングガスが到達することとなり、エッチング工程における処理時間を短くすることができ、生産効率を向上させることができる。   In this invention, the alignment setting values at the respective points on the outer peripheral edge of the front end surface of the convex portion are the same value. In this case, in the etching process, the etching gas reaches each point on the outer peripheral edge of the front end surface almost simultaneously, so that the processing time in the etching process can be shortened and the production efficiency can be improved.

本発明のＭＥＭＳデバイスは、基板と、前記基板の第一面に設けられた機能膜とを備えたＭＥＭＳデバイスであって、前記機能膜は、平面状の主膜部と、前記主膜部の外周縁から当該主膜部に対して交差する方向に立ち上がる側壁部と、を有し、前記基板は、前記側壁部に接し、前記主膜部及び前記側壁部とともにキャビティを形成するキャビティ形成部と、当該基板の前記第一面とは反対側の第二面から前記キャビティ形成部に向かって設けられ、前記キャビティと前記第二面の外側の空間とを連通させる連通孔と、を有することを特徴とすることを特徴とする。   The MEMS device of the present invention is a MEMS device including a substrate and a functional film provided on the first surface of the substrate, wherein the functional film includes a planar main film portion and a main film portion. A cavity forming part that forms a cavity together with the main film part and the side wall part, the side wall part rising from a peripheral edge in a direction intersecting the main film part, And a communication hole that is provided from the second surface opposite to the first surface of the substrate toward the cavity forming portion, and that communicates the cavity and a space outside the second surface. It is a characteristic.

この発明では、主膜部、側壁部及びキャビティ形成部によりキャビティを形成することで、主膜部の面積を側壁部により囲われる面積に設定することができる。また、主膜部が側壁部により囲われているため、主膜部及び側壁部をエッチングストッパーとして、エッチングによりキャビティを形成することで、上述したように、主膜部上の残留する基板成分を確実に除去することができ、主膜部の膜厚を均一厚みに形成することができる。したがって、例えば主膜部をダイアフラムとして用いる場合、所望の面積領域にダイアフラムを形成でき、かつダイアフラムの厚みを均一にすることができるため、当該ダイアフラムの振動量（変位量）がダイアフラム上の各位置によってばらつくことがない。
また、主膜部、側壁部及び基板のキャビティ形成部により形成されるキャビティは、連通孔を通じて基板の第二面の外側に連通しているため、キャビティ内の圧力を外部の圧力を同値にすることができる。したがって、例えば主膜部をダイアフラムとして用いる場合でも、ダイアフラムの変位量がキャビティの内部圧力により変動することない。 In this invention, the area of the main film part can be set to the area surrounded by the side wall part by forming the cavity by the main film part, the side wall part and the cavity forming part. In addition, since the main film part is surrounded by the side wall part, by using the main film part and the side wall part as an etching stopper and forming a cavity by etching, as described above, the substrate component remaining on the main film part can be reduced. It can be removed reliably, and the main film portion can be formed with a uniform thickness. Therefore, for example, when the main film part is used as a diaphragm, the diaphragm can be formed in a desired area region and the thickness of the diaphragm can be made uniform. Therefore, the vibration amount (displacement amount) of the diaphragm is changed to each position on the diaphragm. Will not vary.
Further, the cavity formed by the main film part, the side wall part and the cavity forming part of the substrate communicates with the outside of the second surface of the substrate through the communication hole, so that the pressure inside the cavity is made equal to the external pressure. be able to. Therefore, for example, even when the main film part is used as a diaphragm, the displacement amount of the diaphragm does not vary due to the internal pressure of the cavity.

本発明のＭＥＭＳデバイスでは、前記キャビティ形成部は、前記連通孔側から前記主膜部に向かう方向に開口面積が増大する内壁面を有することが好ましい。
本発明によれば、キャビティ形成部は、連通孔側から主膜部に向かうに従って、基板の厚み方向に直交する面内における開口面積が増大する内壁面（テーパ面）が設けられている。このような構成では、キャビティ内の空気をスムーズに連通孔から流出、吸引することができ、外気の振動を均一に機能膜に伝達することができる。例えば、主膜部を膜厚方向に対してキャビティ側に変位させる場合、キャビティ内の空気が主膜部により押し出されて連通孔から外気に流出するが、この際、キャビティ内の空気は、傾斜面に沿ってスムーズに連通孔に流れ、連通孔から外部に排出される。このため、キャビティ内における圧力の変動が微小となり、主膜部の変位の阻害を妨げることがないため、主膜部の変位を均一にすることができる。 In the MEMS device according to the aspect of the invention, it is preferable that the cavity forming portion has an inner wall surface whose opening area increases in a direction from the communication hole side toward the main film portion.
According to the present invention, the cavity forming portion is provided with the inner wall surface (tapered surface) in which the opening area in the plane orthogonal to the thickness direction of the substrate increases from the communication hole side toward the main film portion. In such a configuration, the air in the cavity can be smoothly flowed out and sucked from the communication hole, and the vibration of the outside air can be uniformly transmitted to the functional film. For example, when the main film part is displaced toward the cavity with respect to the film thickness direction, the air in the cavity is pushed out by the main film part and flows out to the outside air from the communication hole. At this time, the air in the cavity is inclined. It flows smoothly into the communication hole along the surface, and is discharged to the outside through the communication hole. For this reason, the fluctuation of the pressure in the cavity becomes minute and does not hinder the inhibition of the displacement of the main film portion, so that the displacement of the main film portion can be made uniform.

本発明の超音波トランスデューサーは、基板と、前記基板の第一面に設けられた機能膜と、前記機能膜上に設けられた圧電体とを備えた超音波トランスデューサーであって、前記機能膜は、平面状の主膜部と、前記主膜部の外周縁から当該主膜部に対して交差する方向に立ち上がる側壁部と、を有し、前記基板は、前記側壁部に接し、前記主膜部及び前記側壁部とともにキャビティを形成するキャビティ形成部と、当該基板の前記第一面とは反対側の第二面から前記キャビティ形成部に向かって設けられ、前記キャビティと前記第二面の外側の空間とを連通させる連通孔と、を有し、前記圧電体は、前記主膜部の前記キャビティ形成部が設けられる側の面とは反対側の面に下部電極層、圧電層、及び上部電極層を順に積層して構成されることが好ましい。   The ultrasonic transducer of the present invention is an ultrasonic transducer comprising a substrate, a functional film provided on the first surface of the substrate, and a piezoelectric body provided on the functional film, wherein the function The film has a planar main film part and a side wall part rising in a direction intersecting the main film part from an outer peripheral edge of the main film part, and the substrate is in contact with the side wall part, A cavity forming part that forms a cavity together with the main film part and the side wall part, and provided from the second surface opposite to the first surface of the substrate toward the cavity forming part, the cavity and the second surface The piezoelectric body has a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and a piezoelectric layer on a surface opposite to a surface of the main film portion on which the cavity forming portion is provided. And an upper electrode layer in order. Preferred.

この発明では、主膜部上に圧電体を設けられることで、超音波トランスデューサーが構成されている。ここで、上記発明と同様に、超音波トランスデューサーにおいて、主膜部の膜厚を均一厚みに形成することができるため、主膜部の応力バランスが均一であり、安定して振動させることができる。また、側壁部があるため、平面視において、キャビティの形成領域と、主膜部の形成領域とが同一領域となり、所望の面積に設定された主膜部を形成することができる。
したがって、当該超音波トランスデューサーにより超音波の発信する場合では、所望の周波数の超音波を安定して発信させることができ、当該超音波トランスデューサーにより超音波の受信する場合では、受信感度を安定させることができる。 In the present invention, an ultrasonic transducer is configured by providing a piezoelectric body on the main film portion. Here, similarly to the above-described invention, in the ultrasonic transducer, the film thickness of the main film portion can be formed to a uniform thickness, so that the stress balance of the main film portion is uniform and can be vibrated stably. it can. In addition, since the side wall portion is present, the cavity formation region and the main film portion formation region are the same region in plan view, and the main film portion having a desired area can be formed.
Therefore, when ultrasonic waves are transmitted by the ultrasonic transducer, ultrasonic waves of a desired frequency can be stably transmitted, and when receiving ultrasonic waves by the ultrasonic transducer, the reception sensitivity is stable. Can be made.

本発明に係る第一実施形態の超音波トランスデューサー（ＭＥＭＳデバイス）の概略構成を示す断面図及び平面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing and top view which show schematic structure of the ultrasonic transducer (MEMS device) of 1st embodiment which concerns on this invention. 第一実施形態の超音波トランスデューサーの製造工程を示すフローチャート。The flowchart which shows the manufacturing process of the ultrasonic transducer of 1st embodiment. 図２の各工程における超音波トランスデューサーの断面図であり、（Ａ）は、凸部形成工程における断面図、（Ｂ）は、成膜工程における断面図。It is sectional drawing of the ultrasonic transducer in each process of FIG. 2, (A) is sectional drawing in a convex part formation process, (B) is sectional drawing in a film-forming process. 図２の各工程における超音波トランスデューサーの断面図であり、（Ａ）は、圧電体形成工程における断面図、（Ｂ）は、研削工程における断面図。It is sectional drawing of the ultrasonic transducer in each process of FIG. 2, (A) is sectional drawing in a piezoelectric material formation process, (B) is sectional drawing in a grinding process. 図２の各工程における超音波トランスデューサーの断面図であり、（Ａ）は、マスク工程における断面図、（Ｂ）は、エッチング工程における断面図。It is sectional drawing of the ultrasonic transducer in each process of FIG. 2, (A) is sectional drawing in a mask process, (B) is sectional drawing in an etching process. 図２の各工程により製造された超音波トランスデューサーの断面図。Sectional drawing of the ultrasonic transducer manufactured by each process of FIG. 本発明に係る第二実施形態の超音波トランスデューサーの概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the ultrasonic transducer of 2nd embodiment which concerns on this invention. 第二実施形態の超音波トランスデューサーの製造工程を示すフローチャート。The flowchart which shows the manufacturing process of the ultrasonic transducer of 2nd embodiment. 図８の各工程における超音波トランスデューサーの断面図であり、（Ａ）は、凸部形成工程における断面図、（Ｂ）は、第一成膜工程における断面図、（Ｃ）は、第二成膜工程における断面図。It is sectional drawing of the ultrasonic transducer in each process of FIG. 8, (A) is sectional drawing in a convex part formation process, (B) is sectional drawing in a 1st film-forming process, (C) is 2nd Sectional drawing in a film-forming process. 図８の各工程における超音波トランスデューサーの断面図であり、（Ａ）は、研削工程の後における断面図、（Ｂ）は、エッチング工程における断面図、（Ｃ）は、更にエッチング工程を進めた状態における断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view of the ultrasonic transducer in each step of FIG. 8, (A) is a cross-sectional view after the grinding step, (B) is a cross-sectional view in the etching step, and (C) further proceeds the etching step. FIG. 本発明に係る第三実施形態の超音波トランスデューサーのエッチング工程における概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure in the etching process of the ultrasonic transducer of 3rd embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第四実施形態のＭＥＭＳデバイスである圧力センサーの概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the pressure sensor which is a MEMS device of 4th embodiment which concerns on this invention. 第四実施形態の圧力センサーの製造工程を示すフローチャート。The flowchart which shows the manufacturing process of the pressure sensor of 4th embodiment. 図１３の各工程における状態を示す断面図であり、（Ａ）は、下部基板形成工程における断面図、（Ｂ）は、下部支持膜形成工程における断面図、（Ｃ）は、下部電極形成工程における断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in each step of FIG. 13, (A) is a cross-sectional view in a lower substrate forming step, (B) is a cross-sectional view in a lower support film forming step, and (C) is a lower electrode forming step. FIG. 図１３の各工程における状態を示す断面図であり、（Ａ）は、下部研削工程における断面図、（Ｂ）は、マスク工程における断面図、（Ｃ）は、エッチング工程における断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in each step of FIG. 13, (A) is a cross-sectional view in a lower grinding step, (B) is a cross-sectional view in a mask step, and (C) is a cross-sectional view in an etching step. 図１３の各工程における状態を示す断面図であり、（Ａ）は、上部支持膜形成工程における断面図、（Ｂ）は、上部電極形成工程における断面図、（Ｃ）は、上部研削工程における断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in each step of FIG. 13, (A) is a cross-sectional view in the upper support film forming step, (B) is a cross-sectional view in the upper electrode forming step, and (C) is in the upper grinding step. Sectional drawing.

［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図面に基づいて説明する。 [First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

［超音波トランスデューサーの構成］
図１は、本発明の第一実施形態の超音波トランスデューサー（ＭＥＭＳデバイス）の概略構成を示す断面図及び平面図である。
超音波トランスデューサー１０は、図１に示すように、開口部１１１を有する基板１１と、基板１１の一面側（第一面１１Ａ）に形成された支持膜１２（機能膜）と、支持膜１２上に形成された圧電体２０とを備えている。この超音波トランスデューサー１０は、圧電体２０に電圧を印加することで、支持膜１２を振動させて超音波の出力する装置である。
なお、本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスとして、超音波トランスデューサー１０を例示するが、これに限定されない。本発明のＭＥＭＳデバイスとしては、超音波を支持膜１２で受信し、圧電体２０から振動に応じた電気信号を出力する超音波受信用の超音波トランスデューサーや、超音波の送受信の双方を実施可能な超音波トランスデューサーに対しても適用することができる。また、ＭＥＭＳデバイスとして、超音波トランスデューサー以外にも、例えば、支持膜１２に加わる応力を、圧電体２０に基づいて検出する応力検出素子や、圧電体２０を駆動させることで支持膜１２に接触した対象物に駆動力を付与する駆動力発生素子などとして用いることができる。
また、本実施形態では、１つの超音波トランスデューサー１０の構成のみを例示するが、実際には、複数の超音波トランスデューサー１０がアレイ状に配列されて超音波トランスデューサー群を形成している。 [Configuration of ultrasonic transducer]
FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view showing a schematic configuration of an ultrasonic transducer (MEMS device) according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic transducer 10 includes a substrate 11 having an opening 111, a support film 12 (functional film) formed on one surface side (first surface 11 </ b> A) of the substrate 11, and a support film 12. And a piezoelectric body 20 formed thereon. The ultrasonic transducer 10 is a device that outputs ultrasonic waves by vibrating the support film 12 by applying a voltage to the piezoelectric body 20.
In the present embodiment, the ultrasonic transducer 10 is exemplified as the MEMS device, but is not limited thereto. As the MEMS device of the present invention, an ultrasonic transducer for receiving ultrasonic waves by the support film 12 and outputting an electric signal corresponding to vibration from the piezoelectric body 20, and both transmission and reception of ultrasonic waves are performed. It can also be applied to possible ultrasonic transducers. As the MEMS device, in addition to the ultrasonic transducer, for example, a stress detection element that detects the stress applied to the support film 12 based on the piezoelectric body 20, or the piezoelectric film 20 is driven to contact the support film 12. It can be used as a driving force generating element that applies a driving force to the target object.
Further, in this embodiment, only the configuration of one ultrasonic transducer 10 is illustrated, but actually, a plurality of ultrasonic transducers 10 are arranged in an array to form an ultrasonic transducer group. .

基板１１は、例えばエッチングなどにより加工が容易なシリコン（Ｓｉ）などの半導体形成素材により形成される。また、基板１１に形成される開口部１１１は、当該基板１１を厚み方向からみた平面視（センサー平面視）で円形状に形成されることが好ましい。これにより、開口部１１１を閉塞する支持膜１２のメンブレン１２２（主膜部）において、メンブレン１２２の撓みに対する応力を均一にすることができる。なお、本実施形態では、センサー平面視において、開口部１１１が円形である例を示すがこれに限定されず、例えば、短冊状（矩形状）に形成される構成としてもよい。
より具体的には、基板１１の開口部１１１は、支持膜１２の後述する側壁部１２１の内周面から当該開口部１１１の中心軸に向かうに従って、メンブレン１２２から離れる方向に傾斜するテーパ形状のキャビティ形成部１１２と、開口部１１１の中心軸に沿ってキャビティ形成部１１２から基板１１の支持膜１２が設けられた第一面１１Ａとは反対側面である第二面１１Ｂに向かって延出する連通孔１１３とを備えている。すなわち、キャビティ形成部１１２は、連通孔１１３側からメンブレン１２２に向かう方向に、基板１１の厚み方向に直交する面内における開口面積が増大する内壁面を備えている。 The substrate 11 is formed of a semiconductor forming material such as silicon (Si) that can be easily processed by etching or the like. Moreover, it is preferable that the opening part 111 formed in the board | substrate 11 is formed in circular shape by the planar view (sensor planar view) which looked at the said board | substrate 11 from the thickness direction. Thereby, in the membrane 122 (main film portion) of the support film 12 that closes the opening 111, the stress with respect to the bending of the membrane 122 can be made uniform. In the present embodiment, an example in which the opening 111 is circular in the sensor plan view is shown, but the present invention is not limited to this. For example, it may be formed in a strip shape (rectangular shape).
More specifically, the opening 111 of the substrate 11 has a tapered shape that inclines in a direction away from the membrane 122 from the inner peripheral surface of a side wall 121 described later of the support film 12 toward the central axis of the opening 111. Along the central axis of the cavity forming portion 112 and the opening 111, the cavity forming portion 112 extends toward the second surface 11B, which is the side surface opposite to the first surface 11A on which the support film 12 of the substrate 11 is provided. A communication hole 113 is provided. That is, the cavity forming portion 112 includes an inner wall surface whose opening area increases in a direction orthogonal to the thickness direction of the substrate 11 in the direction from the communication hole 113 side toward the membrane 122.

支持膜１２は、基板１１上で、開口部１１１を閉塞する状態に成膜されている。この支持膜１２は、ＳｉＯ２膜により形成される第一支持膜１２Ａと、ＺｒＯ２層により形成される第二支持膜１２Ｂとの２層構造により構成されている。ここで、第一支持膜１２Ａ層は、基板１１がＳｉ基板である場合、基板表面を熱酸化処理することで成膜することができる。また、第二支持膜１２Ｂは、ＳｉＯ２層上に例えばスパッタリングした後に熱酸化するなどの手法により成膜される。ここで、ＺｒＯ２層は、圧電体２０を構成する圧電層２２として例えばＰＺＴを用いる場合に、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ２層（第一支持膜１２Ａ）に拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ２層（第二支持膜１２Ｂ）は、圧電層２２の歪みに対する撓み効率が向上させるなどの効果もある。 The support film 12 is formed on the substrate 11 so as to close the opening 111. The support film 12 has a two-layer structure of a first support film 12A formed of a SiO 2 film and a second support film 12B formed of a ZrO 2 layer. Here, when the substrate 11 is a Si substrate, the first support film 12A layer can be formed by thermally oxidizing the substrate surface. Further, the second support film 12B is formed by a technique such as thermal oxidation after sputtering on the SiO 2 layer. Here, the ZrO 2 layer is used to prevent Pb constituting PZT from diffusing into the SiO 2 layer (first support film 12A) when, for example, PZT is used as the piezoelectric layer 22 constituting the piezoelectric body 20. Is a layer. The ZrO 2 layer (second support film 12B) also has an effect of improving the bending efficiency with respect to the distortion of the piezoelectric layer 22.

そして、支持膜１２は、基板１１の開口部１１１の形成位置に対応して、素子構成部１２０を備えている。この素子構成部１２０は、基板１１から離れる方向に突出する円筒状の側壁部１２１と、側壁部１２１の突出先端部に連続して形成され、側壁部１２１の突出先端部を閉塞するメンブレン１２２と、を備えている。
側壁部１２１は、メンブレン１２２の有効径を決定するための部分である。また、側壁部１２１は、基板１１から基板１１の厚み方向に対して立ち上がって形成されている。このため、側壁部１２１は、基板１１の厚み方向（メンブレン１２２の膜厚方向）に対する応力が強く、メンブレン１２２が振動した場合でも側壁部１２１が基板厚み方向に対して伸縮することはない。
なお、図１では、説明のため側壁部１２１の厚み方向の寸法を大きく表示しているが、実際には例えば３μｍ程度に形成されている。また、メンブレン１２２のセンサー平面視における直径は、例えば２０〜１００μｍである。 The support film 12 includes an element configuration unit 120 corresponding to the position where the opening 111 of the substrate 11 is formed. The element component 120 includes a cylindrical side wall 121 protruding in a direction away from the substrate 11, and a membrane 122 formed continuously from the protruding tip of the side wall 121 and blocking the protruding tip of the side wall 121. It is equipped with.
The side wall part 121 is a part for determining the effective diameter of the membrane 122. Further, the side wall 121 is formed to rise from the substrate 11 in the thickness direction of the substrate 11. For this reason, the side wall 121 is strongly stressed in the thickness direction of the substrate 11 (film thickness direction of the membrane 122), and the side wall 121 does not expand or contract in the substrate thickness direction even when the membrane 122 vibrates.
In FIG. 1, the dimension in the thickness direction of the side wall portion 121 is shown large for the sake of explanation, but in actuality, it is formed to have a thickness of about 3 μm, for example. The diameter of the membrane 122 in the sensor plan view is, for example, 20 to 100 μm.

メンブレン１２２は、圧電体２０が積層されることで、圧電体２０の駆動により膜厚方向に振動して超音波を出力する部分である。このメンブレン１２２は、上記のように側壁部１２１の円筒内径により有効径が決定されており、当該有効径に応じた周波数の超音波を出力する。
また、側壁部１２１の円筒内周面には、上述したように、基板１１のキャビティ形成部１１２が接続されている。これにより、素子構成部１２０の側壁部１２１、メンブレン１２２、及び基板１１のキャビティ形成部１１２により囲われる領域にキャビティＣが形成され、当該キャビティＣと、連通孔１１３の孔内部空間とにより、本発明の開口空間が構成される。 The membrane 122 is a portion that outputs ultrasonic waves by vibrating in the film thickness direction by driving the piezoelectric body 20 by laminating the piezoelectric bodies 20. As described above, the effective diameter of the membrane 122 is determined by the cylindrical inner diameter of the side wall 121 and outputs ultrasonic waves having a frequency corresponding to the effective diameter.
Further, the cavity forming portion 112 of the substrate 11 is connected to the cylindrical inner peripheral surface of the side wall portion 121 as described above. Thus, a cavity C is formed in a region surrounded by the side wall 121 of the element component 120, the membrane 122, and the cavity forming portion 112 of the substrate 11, and the cavity C and the hole internal space of the communication hole 113 are used to form the cavity C. The opening space of the invention is constructed.

圧電体２０は、支持膜１２のメンブレン１２２において、キャビティＣが形成される面とは反対側の面に形成されている。この圧電体２０は、下部電極層２１と、圧電層２２と、上部電極層２３とを備えている。
下部電極層２１は、センサー平面視において、メンブレン１２２の内側領域に形成され、上層に圧電層２２が積層される。また、下部電極層２１の外周縁からは、下部電極線２１１が接続され、当該下部電極線２１１は、支持膜１２の外周端縁に設けられた下部電極端子（図示略）に接続されている。 The piezoelectric body 20 is formed on the surface opposite to the surface on which the cavity C is formed in the membrane 122 of the support film 12. The piezoelectric body 20 includes a lower electrode layer 21, a piezoelectric layer 22, and an upper electrode layer 23.
The lower electrode layer 21 is formed in an inner region of the membrane 122 in the sensor plan view, and the piezoelectric layer 22 is laminated on the upper layer. Further, a lower electrode line 211 is connected from the outer peripheral edge of the lower electrode layer 21, and the lower electrode line 211 is connected to a lower electrode terminal (not shown) provided on the outer peripheral edge of the support film 12. .

圧電層２２は、下部電極層２１上に積層形成されている。この圧電層２２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状に成膜することで形成される。なお、本実施形態では、圧電層２２としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。
そして、この圧電層２２は、下部電極層２１と、上部電極層２３とに電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。このとき、圧電層２２の一方の面は、下部電極層２１を介して支持膜１２のメンブレン１２２に接合されるが、他方の面には、上部電極層２３が形成されるものの、この上部電極層２３上には他の層が積層形成されないため、圧電層２２の支持膜１２側が伸縮しにくく、上部電極層２３側が伸縮し易くなる。このため、圧電層２２に電圧を印加すると、キャビティＣ側に凸となる撓みが生じ、メンブレン１２２を撓ませる。したがって、圧電層２２に交流電圧を印加することで、メンブレン１２２が膜厚方向に対して振動し、このメンブレン１２２の振動により超音波が出力される。
上部電極層２３は、センサー平面視において、圧電層２２上に積層され、かつ下部電極層２１と絶縁される配置位置にパターニングされている。また、上部電極層２３の外周縁からは、上部電極線２３１が接続され、当該上部電極線２３１は、支持膜１２の外周端縁に設けられた上部電極端子に接続されている。 The piezoelectric layer 22 is laminated on the lower electrode layer 21. The piezoelectric layer 22 is formed by, for example, forming a film of PZT (lead zirconate titanate). In the present embodiment, PZT is used as the piezoelectric layer 22. However, any material can be used as long as it can be contracted in the in-plane direction by applying a voltage, for example, lead titanate. (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO 3 ), or the like may be used.
The piezoelectric layer 22 expands and contracts in the in-plane direction when a voltage is applied to the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 23. At this time, one surface of the piezoelectric layer 22 is joined to the membrane 122 of the support film 12 via the lower electrode layer 21, while the upper electrode layer 23 is formed on the other surface, but this upper electrode Since no other layers are laminated on the layer 23, the support film 12 side of the piezoelectric layer 22 is less likely to expand and contract, and the upper electrode layer 23 side easily expands and contracts. For this reason, when a voltage is applied to the piezoelectric layer 22, a convex bending toward the cavity C occurs, and the membrane 122 is bent. Therefore, when an AC voltage is applied to the piezoelectric layer 22, the membrane 122 vibrates in the film thickness direction, and ultrasonic waves are output by the vibration of the membrane 122.
The upper electrode layer 23 is laminated on the piezoelectric layer 22 and patterned at an arrangement position that is insulated from the lower electrode layer 21 in the sensor plan view. Further, an upper electrode line 231 is connected from the outer peripheral edge of the upper electrode layer 23, and the upper electrode line 231 is connected to an upper electrode terminal provided on the outer peripheral edge of the support film 12.

［超音波トランスデューサーの製造方法］
次に、上述のような超音波トランスデューサー１０の製造方法について、図面に基づいて説明する。
図２は、超音波トランスデューサー１０の製造工程を示すフローチャートである。図３から図７は、図２の各工程における状態を示す断面図である。
超音波トランスデューサー１０を製造するためには、図２に示すように、まず、例えば厚み寸法が６２５μｍに設定された基板１１（Ｓｉ）の第一面１１Ａをパターニングし、図３（Ａ）に示すように、素子構成部１２０の形成位置に円柱状の凸部１１４を形成する（凸部形成工程Ｓ１）。
この凸部形成工程Ｓ１では、例えば、平板状の基板１１に対して、素子構成部１２０の形成位置にレジスト層を形成し、エッチングにより素子構成部１２０の形成位置に凸部１１４を形成する。 [Method of manufacturing ultrasonic transducer]
Next, a method for manufacturing the ultrasonic transducer 10 as described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a flowchart showing the manufacturing process of the ultrasonic transducer 10. 3 to 7 are cross-sectional views showing states in each step of FIG.
In order to manufacture the ultrasonic transducer 10, as shown in FIG. 2, first, for example, the first surface 11A of the substrate 11 (Si) having a thickness dimension set to 625 μm is patterned, and FIG. As shown in the drawing, a columnar convex portion 114 is formed at a position where the element constituent portion 120 is formed (convex portion forming step S1).
In this convex portion forming step S1, for example, a resist layer is formed at the formation position of the element constituent portion 120 on the flat substrate 11, and the convex portion 114 is formed at the formation position of the element constituent portion 120 by etching.

この後、成膜工程Ｓ２を実施する。
成膜工程Ｓ２では、基板１１を熱酸化処理し、基板１１の第一面１１ＡにＳｉＯ２層（第一支持膜１２Ａ）を形成する。さらに、この第一支持膜１２Ａ上にＺｒ層をスパッタリングにより成膜し、このＺｒ層を酸化することで第二支持膜１２Ｂを形成する。これにより、図３（Ｂ）に示すように、例えば厚み寸法が３μｍの支持膜１２が形成される。この時、凸部１１４の突出先端部分及び当該突出先端部分に積層された第二支持膜１２Ｂが、素子構成部１２０のメンブレン１２２となり、凸部１１４の凸部外周面及び当該凸部外周面に積層された第二支持膜１２Ｂが、素子構成部１２０の側壁部１２１となる。また、熱酸化処理により形成された第一支持膜１２Ａのメンブレン１２２に相当する部分と、凸部１１４と境界が平坦な先端面１１４Ａとなり、熱酸化処理により形成された第一支持膜１２Ａの側壁部１２１に相当する部分と、凸部１１４と境界が凸部外周面である側面部１１４Ｂとなる。また、この時、凸部１１４の先端面１１４Ａの径寸法（Ｌｗ）がメンブレン１２２の径寸法となり、側面部１１４Ｂの突出寸法（高さ寸法Ｈ）が側壁部１２１の高さ寸法となる。ここで、凸部１１４の突出寸法Ｈは、最大アライメント誤差（１μｍ程度）の２倍である２μｍ程度になるように、凸部形成工程Ｓ１における凸部１１４の突出寸法、及び成膜工程Ｓ２における熱酸化処理の処理時間を設定することが好ましい。
なお、本実施形態では、凸部１１４の表面が酸化されることで第一支持膜１２Ａを形成するが、例えば凸部１１４の表面に第一支持膜１２Ａをスパッタリング等により積層形成してもよい。 Thereafter, film formation step S2 is performed.
In the film forming step S2, the substrate 11 is thermally oxidized to form a SiO 2 layer (first support film 12A) on the first surface 11A of the substrate 11. Further, a Zr layer is formed on the first support film 12A by sputtering, and the second support film 12B is formed by oxidizing the Zr layer. Thereby, as shown in FIG. 3B, for example, the support film 12 having a thickness of 3 μm is formed. At this time, the projecting tip portion of the convex portion 114 and the second support film 12B laminated on the projecting tip portion serve as the membrane 122 of the element constituting portion 120, and the convex portion outer peripheral surface of the convex portion 114 and the convex portion outer peripheral surface thereof. The laminated second support film 12 </ b> B becomes the side wall 121 of the element constituting unit 120. In addition, a portion corresponding to the membrane 122 of the first support film 12A formed by the thermal oxidation process and the front end surface 114A having a flat boundary with the convex part 114 become a side wall of the first support film 12A formed by the thermal oxidation process. A portion corresponding to the portion 121 and a side portion 114B whose boundary between the convex portion 114 and the convex portion is the outer peripheral surface of the convex portion. At this time, the diameter dimension (L w ) of the tip surface 114 A of the convex part 114 becomes the diameter dimension of the membrane 122, and the protruding dimension (height dimension H) of the side surface part 114 B becomes the height dimension of the side wall part 121. Here, the protrusion dimension H of the protrusion 114 in the protrusion formation process S1 and the protrusion dimension H of the film formation process S2 are set so that the protrusion dimension H of the protrusion 114 is about 2 μm, which is twice the maximum alignment error (about 1 μm). It is preferable to set a treatment time for the thermal oxidation treatment.
In the present embodiment, the first support film 12A is formed by oxidizing the surface of the convex portion 114, but the first support film 12A may be laminated on the surface of the convex portion 114 by sputtering or the like. .

この後、圧電体形成工程Ｓ３を実施する。この圧電体形成工程Ｓ３では、まず、例えばスパッタリング等により導電層を一様に形成し、例えばフォトリソグラフィ法を用いたパターニングにより、下部電極層２１を形成する。なお、下部電極層２１を形成するための導電層としては、導電性を有する膜であれば特に素材は限定されないが、本実施形態ではTi/Ir/Pt/Tiの積層構造膜を用い、圧電体層の焼成後で例えば０．２μｍの膜厚寸法となるように形成する。
この後、基板１１の第一面１１Ａ上にＰＺＴを成膜し、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして圧電層２２を形成する。なお、圧電層２２の成膜では、ＭＯＤ(Metal Organic Decomposition)法を用い、支持膜１２層の膜により、例えばトータル厚み寸法が１．４μｍとなるように形成する。
この後、基板１１の第一面１１Ａ上に、例えばスパッタリングなどにより導電層を均一に成膜し、例えばフォトリソグラフィ法を用いて上部電極層２３を形成する。この上部電極層２３を形成用の導電性膜は、下部電極層２１と同様に、導電性を有するいかなる素材を用いてもよい。なお、本実施形態では、Ｉｒ膜を用い、厚み寸法が例えば５０ｎｍとなるように形成する。
以上により、図４（Ａ）に示すように、メンブレン１２２上に下部電極層２１，圧電層２２，上部電極層２３の積層体である圧電体２０が形成される。 Thereafter, the piezoelectric body forming step S3 is performed. In the piezoelectric body forming step S3, first, a conductive layer is formed uniformly by, for example, sputtering, and the lower electrode layer 21 is formed by patterning using, for example, a photolithography method. The conductive layer for forming the lower electrode layer 21 is not particularly limited as long as it is a conductive film, but in this embodiment, a Ti / Ir / Pt / Ti laminated structure film is used, and a piezoelectric film is formed. For example, the body layer is formed to have a film thickness of 0.2 μm after firing.
Thereafter, a PZT film is formed on the first surface 11A of the substrate 11, and the piezoelectric layer 22 is formed by patterning using, for example, a photolithography method. The piezoelectric layer 22 is formed by using a MOD (Metal Organic Decomposition) method with a film of the support film 12 so that the total thickness becomes 1.4 μm, for example.
Thereafter, a conductive layer is uniformly formed on the first surface 11A of the substrate 11 by, for example, sputtering, and the upper electrode layer 23 is formed by using, for example, a photolithography method. As the conductive film for forming the upper electrode layer 23, as in the lower electrode layer 21, any conductive material may be used. In the present embodiment, an Ir film is used and the thickness dimension is, for example, 50 nm.
In this way, as shown in FIG. 4A, the piezoelectric body 20 that is a laminate of the lower electrode layer 21, the piezoelectric layer 22, and the upper electrode layer 23 is formed on the membrane 122.

圧電体形成工程Ｓ３の後、図４（Ｂ）に示すように、基板１１の第二面１１Ｂを研削する研削工程Ｓ４を行う。これにより、基板１１の厚み寸法を設定された寸法、例えば２００μｍに形成する。そして、この研削工程Ｓ４の後、マスク工程Ｓ５を実施する。
マスク工程Ｓ５では、まず、基板１１の第二面１１Ｂにマスク層３０を形成し、図５（Ａ）に示すように、当該マスク層３０に孔部３１を形成する。この時、マスク工程Ｓ５では、センサー平面視において、当該孔部３１の中心軸が凸部１１４の中心軸Ｐと同軸となり、先端面１１４Ａよりも小径となる直径Ｌ０の円形状の孔部３１を形成する。
また、孔部３１の形成時において、当該孔部３１の中心軸を凸部１１４の中心軸Ｐに一致させることが好ましいが、実際には、アライメントずれが発生する。このアライメントずれによるアライメント誤差としては、孔部３１の形成方法等にもよるが、上述のように、最大で１μｍ程度となる。したがって、アライメントずれが発生した場合でも、センサー平面視において、先端面１１４Ａの領域内に孔部３１を形成するために、孔部３１の外周縁から先端面１１４Ａの外周縁までの距離Ｌ１（３１の外周縁上の所定の孔外周点から当該孔外周点に最も近い先端面１１４Ａの外周縁までの距離Ｌ１）が、最大アライメント誤差の２倍以上（例えば、２μｍ）となるように設定することが好ましい。 After the piezoelectric body forming step S3, as shown in FIG. 4B, a grinding step S4 for grinding the second surface 11B of the substrate 11 is performed. Thereby, the thickness dimension of the board | substrate 11 is formed in the set dimension, for example, 200 micrometers. And mask process S5 is implemented after this grinding process S4.
In the mask process S5, first, the mask layer 30 is formed on the second surface 11B of the substrate 11, and the hole 31 is formed in the mask layer 30 as shown in FIG. At this time, in the mask process S5, the sensor plan view, the central axis of the hole portion 31 becomes the center axis P coaxial with the convex portion 114, a circular hole 31 having a diameter L 0 whose diameter than the distal end face 114A Form.
Further, at the time of forming the hole portion 31, it is preferable that the central axis of the hole portion 31 coincides with the central axis P of the convex portion 114, but actually, an alignment shift occurs. The alignment error due to this misalignment is about 1 μm at the maximum as described above, although it depends on the method of forming the hole 31 and the like. Therefore, even when an alignment deviation occurs, in order to form the hole 31 in the region of the tip surface 114A in the sensor plan view, the distance L 1 (from the outer periphery of the hole 31 to the outer periphery of the tip surface 114A) The distance L 1 from the predetermined hole outer peripheral point 31 on the outer peripheral edge 31 to the outer peripheral edge of the tip surface 114A closest to the hole outer peripheral point is set to be twice or more (for example, 2 μm) of the maximum alignment error. It is preferable to do.

この後、エッチング工程Ｓ６を実施する。
エッチング工程Ｓ６では、第二面１１Ｂ側から基板１１に開口部１１１を形成する。
ここで、エッチング工程Ｓ６では、まず、例えばＳＦ６等のエッチングガスを用いたエッチング処理と、例えばＣ４Ｆ８等のデポジションガスを用いたデポジション処理とを繰り返し実施する、いわゆるボッシュプロセスと呼ばれるサイクルエッチング処理を実施する。これにより、図５（Ｂ）に示すように、支持膜１２のメンブレン１２２をエッチングストッパーとし、マスク層３０の孔部３１からメンブレン１２２までに亘って均一径寸法の内周円筒状の連通孔１１３が形成される。なお、この連通孔１１３に露出されたメンブレン１２２の領域が、本発明の孔部投影領域Ａとなる。 Thereafter, an etching step S6 is performed.
In the etching step S6, the opening 111 is formed in the substrate 11 from the second surface 11B side.
Here, in the etching step S6, first, a so-called Bosch process in which an etching process using an etching gas such as SF 6 and a deposition process using a deposition gas such as C 4 F 8 are repeatedly performed. A so-called cycle etching process is performed. As a result, as shown in FIG. 5B, the membrane 122 of the support film 12 is used as an etching stopper, and the inner peripheral cylindrical communication hole 113 having a uniform diameter from the hole portion 31 to the membrane 122 of the mask layer 30 is used. Is formed. Note that the region of the membrane 122 exposed in the communication hole 113 is the hole projection region A of the present invention.

また、エッチング工程Ｓ６では、この後、更にエッチングガスによるオーバーエッチング処理を実施し、凸部１１４の先端面１１４Ａに沿って基板１１がエッチングされる。ここで、オーバーエッチング処理により、Ｈ／２程度の高さ寸法の側壁部１２１が露出するように、凸部１１４をエッチングにより除去する。これにより、凸部１１４の先端面１１４Ａが完全に除去されることとなり、支持膜１２のメンブレン１２２には基板１１のＳｉ成分が残留せず、均一な厚み寸法に形成される。
また、当該オーバーエッチング処理により、基板１１にテーパ状のキャビティ形成部１１２が形成され、当該キャビティ形成部１１２、側壁部１２１、及びメンブレン１２２によりキャビティＣが形成され、図６に示すような超音波トランスデューサー１０が製造される。 In the etching step S6, an overetching process using an etching gas is further performed thereafter, and the substrate 11 is etched along the tip surface 114A of the convex portion 114. Here, the protrusion 114 is removed by etching so that the side wall 121 having a height of about H / 2 is exposed by the over-etching process. As a result, the tip surface 114A of the convex portion 114 is completely removed, and the Si component of the substrate 11 does not remain on the membrane 122 of the support film 12, and is formed to have a uniform thickness.
Further, by the over-etching process, a tapered cavity forming portion 112 is formed on the substrate 11, and a cavity C is formed by the cavity forming portion 112, the side wall portion 121, and the membrane 122, and an ultrasonic wave as shown in FIG. The transducer 10 is manufactured.

なお、通常、メンブレン１２２に沿ってエッチングが進行する際のエッチング量（寸法）は、基板厚み方向に直交する方向への寸法と、基板厚み方向に沿う寸法とで同程度の寸法となる。したがって、孔部３１の外周縁から先端面１１４Ａの外周縁までの距離Ｌ１がオーバーエッチングされた場合、キャビティ形成部１１２と連通孔１１３との接続点は、メンブレン１２２から距離Ｌ１となる位置に形成される。本実施形態では、オーバーエッチングにより、側面部１１４Ｂの高さの半分（Ｈ／２）の位置までエッチングされるので、キャビティ形成部１１２と連通孔１１３との接続点は、メンブレン１２２から距離（Ｌ１＋Ｈ／２）となる位置に形成される。 In general, the etching amount (dimension) when etching proceeds along the membrane 122 is approximately the same in the dimension perpendicular to the substrate thickness direction and the dimension along the substrate thickness direction. Therefore, when the distance L 1 from the outer peripheral edge of the hole portion 31 to the outer peripheral edge of the tip end surface 114A is over-etched, the connection point between the cavity forming portion 112 and the communication hole 113 is a position where the distance L 1 is from the membrane 122. Formed. In the present embodiment, by over-etching, etching is performed up to half the height (H / 2) of the side surface portion 114B, so that the connection point between the cavity forming portion 112 and the communication hole 113 is a distance (L 1 + H / 2).

［第一実施形態の作用効果］
上述したように、第一実施形態の超音波トランスデューサー１０は、凸部形成工程Ｓ１，成膜工程Ｓ２，圧電体形成工程Ｓ３，研削工程Ｓ４，マスク工程Ｓ５，エッチング工程Ｓ６により製造される。この時、マスク工程Ｓ５において、センサー平面視において、先端面１１４Ａの内周側領域に孔部３１を形成し、エッチング工程Ｓ６において、この孔部３１から支持膜１２のメンブレン１２２をエッチングストッパーとして、サイクルエッチング処理を実施する。このため、センサー平面視において、先端面１１４Ａの内周側領域に連通孔１１３を形成することができる。 [Operational effects of the first embodiment]
As described above, the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment is manufactured by the convex portion forming step S1, the film forming step S2, the piezoelectric body forming step S3, the grinding step S4, the masking step S5, and the etching step S6. At this time, in the mask process S5, the hole 31 is formed in the inner peripheral region of the tip surface 114A in the sensor plan view. In the etching process S6, the membrane 122 of the support film 12 is used as an etching stopper from the hole 31. A cycle etching process is performed. For this reason, the communication hole 113 can be formed in the inner peripheral side region of the tip surface 114A in the sensor plan view.

また、エッチング工程Ｓ６のオーバーエッチング処理において、基板１１の第二面１１Ｂから支持膜１２のメンブレン１２２に亘って形成された連通孔１１３に対して更にエッチング処理を行うことで、側壁部１２１をエッチングストッパーとして、基板１１をメンブレン１２２に沿ってサイドエッチングすることができる。これにより、メンブレン１２２に接触する基板１１をエッチングにより確実に除去することができ、当該メンブレン１２２は第一支持膜１２Ａおよび第二支持膜１２Ｂにより厚み寸法が決定されることとなる。また、第一支持膜１２Ａは、熱酸化処理により均一厚みに形成することができ、第二支持膜１２Ｂは、スパッタリングした後に熱酸化する等により均一厚み寸法に形成することができるため、これらの第一支持膜１２Ａ及び第二支持膜１２Ｂにより構成される支持膜１２の厚み寸法を均一にすることができる。したがって、上記のような製造方法により製造された超音波トランスデューサー１０では、圧電体２０によりメンブレン１２２を駆動させた際、安定してメンブレン１２２を振動させることができ、超音波を安定して出力させることができる。   Further, in the over-etching process of the etching step S6, the side wall 121 is etched by further performing an etching process on the communication hole 113 formed from the second surface 11B of the substrate 11 to the membrane 122 of the support film 12. As a stopper, the substrate 11 can be side-etched along the membrane 122. Thereby, the substrate 11 in contact with the membrane 122 can be reliably removed by etching, and the thickness dimension of the membrane 122 is determined by the first support film 12A and the second support film 12B. Further, the first support film 12A can be formed to have a uniform thickness by thermal oxidation treatment, and the second support film 12B can be formed to have a uniform thickness dimension by thermal oxidation after sputtering. The thickness dimension of the support film 12 constituted by the first support film 12A and the second support film 12B can be made uniform. Therefore, in the ultrasonic transducer 10 manufactured by the manufacturing method as described above, when the membrane 122 is driven by the piezoelectric body 20, the membrane 122 can be vibrated stably, and the ultrasonic wave is stably output. Can be made.

また、側壁部１２１をエッチングストッパーとしてサイドエッチングを規制しているため、側壁部１２１の外側領域がエッチングされることがない。したがって、超音波トランスデューサー１０における超音波を発信する駆動部分は、メンブレン１２２の形成領域内となる。すなわち、メンブレン１２２を発信周波数に応じた適切な径寸法に形成することで、超音波トランスデューサー１０から当該発信周波数の超音波を精度よく出力させることができる。   Further, since the side etching is regulated using the side wall 121 as an etching stopper, the outer region of the side wall 121 is not etched. Therefore, the driving portion for transmitting ultrasonic waves in the ultrasonic transducer 10 is in the region where the membrane 122 is formed. In other words, by forming the membrane 122 with an appropriate diameter according to the transmission frequency, the ultrasonic transducer 10 can output the ultrasonic wave of the transmission frequency with high accuracy.

また、このような製造方法により製造された超音波トランスデューサー１０では、上記のように、キャビティＣが連通孔１１３により外部空間と連通しているため、キャビティＣの内圧によりメンブレン１２２の振動が阻害されず、音圧の大きい超音波を出力することができる。
これに加え、キャビティ形成部１１２が、当該キャビティ形成部１１２と連通孔１１３との接続位置から、側壁部１２１に向かうに従って、メンブレン１２２に近接する方向に傾斜するテーパ状に形成されている。このため、メンブレン１２２を振動させた際に、キャビティＣ内部の空気がキャビティ形成部１１２のテーパ面に沿ってスムーズに連通孔１１３に移動することができる。 Further, in the ultrasonic transducer 10 manufactured by such a manufacturing method, since the cavity C communicates with the external space through the communication hole 113 as described above, the vibration of the membrane 122 is inhibited by the internal pressure of the cavity C. The ultrasonic wave with a large sound pressure can be output.
In addition to this, the cavity forming portion 112 is formed in a tapered shape that is inclined in a direction approaching the membrane 122 toward the side wall portion 121 from the connection position between the cavity forming portion 112 and the communication hole 113. For this reason, when the membrane 122 is vibrated, the air inside the cavity C can smoothly move to the communication hole 113 along the tapered surface of the cavity forming portion 112.

さらに、マスク工程Ｓ５において、円形状の孔部３１の中心軸が、円筒形状の凸部１１４の中心軸Ｐと同軸となるように、当該孔部３１を形成している。すなわち、先端面１１４Ａの外周縁上の各点から、孔部投影領域Ａの外周縁までの最短距離をアライメント設定値とした場合、本実施形態では、各点におけるアライメント設定値が同一値となる。
このような場合、エッチング工程Ｓ６のオーバーエッチング処理において、孔部投影領域Ａから先端面１１４Ａの外周縁までをエッチングするために要する時間が略同じとなるため、エッチング時間を短縮させることができ、生産効率の向上に貢献できる。
なお、実際には、孔部３１の形成時にアライメントずれが発生すると、当該アライメントずれによる誤差分だけ、孔部３１の中心軸が凸部１１４の中心軸Ｐから微小寸法だけずれることが考えられる。しかしながら、エッチング工程Ｓ６のオーバーエッチング処理において、このような微小寸法のずれにより、側壁部１２１を超えてエッチング領域が拡がることはない。 Further, in the mask process S5, the hole 31 is formed so that the central axis of the circular hole 31 is coaxial with the central axis P of the cylindrical convex 114. That is, when the shortest distance from each point on the outer peripheral edge of the tip surface 114A to the outer peripheral edge of the hole projection region A is used as the alignment setting value, in this embodiment, the alignment setting value at each point is the same value. .
In such a case, in the overetching process of the etching step S6, the time required for etching from the hole projection region A to the outer peripheral edge of the tip surface 114A is substantially the same, so the etching time can be shortened, Contributes to improved production efficiency.
Actually, if an alignment deviation occurs during the formation of the hole portion 31, it is conceivable that the center axis of the hole portion 31 is shifted from the center axis P of the convex portion 114 by a minute dimension by an error due to the alignment deviation. However, in the overetching process of the etching step S6, the etching region does not extend beyond the side wall portion 121 due to such a small dimensional deviation.

そして、凸部１１４の突出寸法Ｈが、孔部３１の形成において発生する最大アライメント誤差の２倍以上に設定されている。このため、孔部３１にアライメント誤差が発生し、エッチングされる領域が一方向に偏った場合でも、側壁部１２１をエッチングストッパーとしてオーバーエッチング処理を規制することができる。つまり、側壁部１２１を超えて素子構成部１２０の外側領域までオーバーエッチングされて、メンブレン１２２の有効面積が増大してしまう不都合を回避できる。   The protrusion dimension H of the convex portion 114 is set to be twice or more the maximum alignment error that occurs in the formation of the hole portion 31. For this reason, even when an alignment error occurs in the hole 31 and the region to be etched is biased in one direction, the over-etching process can be restricted using the side wall 121 as an etching stopper. That is, it is possible to avoid the inconvenience that the effective area of the membrane 122 is increased due to over-etching beyond the side wall portion 121 to the outer region of the element constituent portion 120.

［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る超音波トランスデューサー（ＭＥＭＳデバイス）は、第一実施形態の超音波トランスデューサー１０と略同様の構成及び機能を有する。ここで、前述の超音波トランスデューサー１０は、側壁部１２１及びメンブレン１２２を有する素子構成部１２０が、基板１１の第一面１１Ａからが突出する構成とした。これに対して、第二実施形態の超音波トランスデューサーでは、素子構成部が基板から突出せず、基板の第一面側が平坦面となる構成を有する。この点で、本実施形態に係る超音波トランスデューサーと、前述の第一実施形態の超音波トランスデューサー１０とは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付し説明を省略する。 [Second Embodiment]
Next, 2nd embodiment which concerns on this invention is described based on drawing.
The ultrasonic transducer (MEMS device) according to the present embodiment has substantially the same configuration and function as the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment. Here, the ultrasonic transducer 10 described above has a configuration in which the element component 120 having the side wall 121 and the membrane 122 protrudes from the first surface 11 </ b> A of the substrate 11. On the other hand, the ultrasonic transducer according to the second embodiment has a configuration in which the element component does not protrude from the substrate and the first surface side of the substrate is a flat surface. In this respect, the ultrasonic transducer according to this embodiment is different from the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment described above. In the following description, parts that are the same as or substantially the same as those already described are given the same reference numerals and description thereof is omitted.

［超音波トランスデューサーの構成］
図７は、本発明に係る第二実施形態の超音波トランスデューサー１０Ａの概略構成を示す断面図である。
本実施形態の超音波トランスデューサー１０Ａは、図７に示すように、基板１１と、支持膜１３（機能膜）と、圧電体２０と、を備えている。
支持膜１３は、基板１１上で、開口部１１１を閉塞する状態に成膜されている。この支持膜１３は、ＳｉＯ２膜により形成される第一支持膜１３Ａと、ＺｒＯ２層により形成される第二支持膜１３Ｂとの２層構造により構成されている。 [Configuration of ultrasonic transducer]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an ultrasonic transducer 10A according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, the ultrasonic transducer 10 </ b> A of this embodiment includes a substrate 11, a support film 13 (functional film), and a piezoelectric body 20.
The support film 13 is formed on the substrate 11 so as to close the opening 111. The support film 13 has a two-layer structure of a first support film 13A formed of a SiO 2 film and a second support film 13B formed of a ZrO 2 layer.

そして、支持膜１３は、基板１１の開口部１１１の形成位置に対応して、素子構成部１３０を備えている。この素子構成部１３０は、第一支持膜１３Ａの一部が基板１１の第一面１１Ａから離れる方向に内周円筒状の凹溝が形成されることで構成されている。すなわち、素子構成部１３０は、凹溝の底部により構成されるメンブレン１３２と、凹溝の内周側面により構成される側壁部１３１とを備えている。
また、第一支持膜１３Ａの基板１１側とは反対側の面は平坦面であり、この平坦面上に第二支持膜１３Ｂが積層されている。これにより、第二支持膜１３Ｂの表面が平坦面となり、素子構成部１３０の第二支持膜１３Ｂ上に圧電体２０が積層形成されることで超音波トランスデューサー１０Ａが構成されている。 The support film 13 includes an element component 130 corresponding to the position where the opening 111 of the substrate 11 is formed. This element component 130 is configured by forming an inner circumferential cylindrical concave groove in a direction in which a part of the first support film 13A is separated from the first surface 11A of the substrate 11. In other words, the element constituent part 130 includes a membrane 132 constituted by the bottom part of the concave groove and a side wall part 131 constituted by the inner peripheral side surface of the concave groove.
Further, the surface of the first support film 13A opposite to the substrate 11 is a flat surface, and the second support film 13B is laminated on the flat surface. As a result, the surface of the second support film 13B becomes a flat surface, and the ultrasonic transducer 10A is configured by laminating the piezoelectric body 20 on the second support film 13B of the element constituting unit 130.

［超音波トランスデューサーの製造方法］
次に、上記のような超音波トランスデューサー１０Ａの製造方法について図面に基づいて説明する。
図８は、超音波トランスデューサー１０Ａの製造工程を示すフローチャートである。図９から図１０は、図８の各工程における状態を示す超音波トランスデューサー１０Ａの断面図である。
超音波トランスデューサー１０Ａは、図９に示すように、凸部形成工程Ｓ１、第一成膜工程Ｓ２１、膜研磨工程Ｓ２２、第二成膜工程Ｓ２３、圧電体形成工程Ｓ３、研削工程Ｓ４、マスク工程Ｓ５、及びエッチング工程Ｓ６の各工程により製造される。ここで、凸部形成工程Ｓ１，圧電体形成工程Ｓ３，研削工程Ｓ４，及びマスク工程Ｓ５は、上記第一実施形態における超音波トランスデューサー１０の製造と同様の工程である。なお、第一成膜工程Ｓ２１、膜研磨工程Ｓ２２、及び第二成膜工程Ｓ２３により、本発明の成膜工程が実施される。 [Method of manufacturing ultrasonic transducer]
Next, a method for manufacturing the ultrasonic transducer 10A as described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a flowchart showing a manufacturing process of the ultrasonic transducer 10A. 9 to 10 are cross-sectional views of the ultrasonic transducer 10A showing the state in each step of FIG.
As shown in FIG. 9, the ultrasonic transducer 10A includes a convex portion forming step S1, a first film forming step S21, a film polishing step S22, a second film forming step S23, a piezoelectric body forming step S3, a grinding step S4, and a mask. It is manufactured by each step of step S5 and etching step S6. Here, the convex portion forming step S1, the piezoelectric body forming step S3, the grinding step S4, and the mask step S5 are the same steps as the manufacturing of the ultrasonic transducer 10 in the first embodiment. In addition, the film-forming process of this invention is implemented by 1st film-forming process S21, film | membrane polishing process S22, and 2nd film-forming process S23.

すなわち、超音波トランスデューサー１０Ａの製造では、まず凸部形成工程Ｓ１により、基板１１（Ｓｉ）の第一面１１Ａをパターニングし、図９（Ａ）に示すように、素子構成部１３０の形成位置に円柱状（直径Ｌｗ、高さＨ）の凸部１１４を形成する。
ここで、前述の超音波トランスデューサー１０の製造と同様に、凸部１１４の突出寸法（高さ）Ｈは、最大アライメント誤差の２倍である２μｍ程度に設定することが好ましい。 That is, in the manufacture of the ultrasonic transducer 10A, first, the first surface 11A of the substrate 11 (Si) is patterned by the convex portion forming step S1, and as shown in FIG. A convex portion 114 having a cylindrical shape (diameter Lw , height H) is formed.
Here, similarly to the manufacture of the ultrasonic transducer 10 described above, the protrusion dimension (height) H of the protrusion 114 is preferably set to about 2 μm, which is twice the maximum alignment error.

この後、第一成膜工程Ｓ２１により、基板１１熱酸化処理し、基板１１の第一面１１ＡにＳｉＯ２層（１３Ａ）を形成する。この時、図９（Ｂ）に示すように、第一支持膜１３Ａの膜厚寸法が凸部１１４の突出寸法よりも大きくなるように、熱酸化処理の処理時間を制御する。
次に、膜研磨工程Ｓ２２により、第一支持膜１３Ａの表面を研削して、第一支持膜１３Ａの突出部分を除去し、平坦面に加工する。ここで、上述したように、第一支持膜１３Ａの膜厚寸法は、凸部１１４の突出寸法よりも大きく形成されているため、第一支持膜１３Ａの突出部分を除去しても、凸部１１４が露出しない。
この後、第二成膜工程Ｓ２３により、図９（Ｃ）に示すように、第一支持膜１３Ａ上に第二支持膜１３Ｂを積層する。これにより、表面が平坦面となる支持膜１３が形成される。 Thereafter, in the first film forming step S21, the substrate 11 is thermally oxidized to form a SiO 2 layer (13A) on the first surface 11A of the substrate 11. At this time, as shown in FIG. 9B, the processing time of the thermal oxidation process is controlled so that the film thickness dimension of the first support film 13A is larger than the projecting dimension of the protrusion 114.
Next, by the film polishing step S22, the surface of the first support film 13A is ground to remove the protruding portion of the first support film 13A, and is processed into a flat surface. Here, as described above, since the film thickness dimension of the first support film 13A is formed larger than the projecting dimension of the convex part 114, even if the projecting part of the first support film 13A is removed, the convex part is formed. 114 is not exposed.
Thereafter, in the second film formation step S23, as shown in FIG. 9C, the second support film 13B is laminated on the first support film 13A. Thereby, the support film 13 having a flat surface is formed.

この後、上記第一実施形態と同様の工程を実施して超音波トランスデューサー１０Ａを製造する。
すなわち、圧電体形成工程Ｓ３により、図１０（Ａ）に示すように、メンブレン１３２の第二支持膜１３Ｂ上に下部電極層２１，圧電層２２，上部電極層２３の積層体である圧電体２０を形成する。そして、研削工程Ｓ４を実施することで、基板１１の第二面１１Ｂを研削し、基板１１の厚みを例えば２００μｍにする。 Thereafter, the ultrasonic transducer 10A is manufactured by performing the same process as in the first embodiment.
That is, in the piezoelectric body forming step S3, as shown in FIG. 10A, the piezoelectric body 20 that is a laminate of the lower electrode layer 21, the piezoelectric layer 22, and the upper electrode layer 23 on the second support film 13B of the membrane 132. Form. And by implementing grinding process S4, the 2nd surface 11B of the board | substrate 11 is ground and the thickness of the board | substrate 11 is 200 micrometers, for example.

そして、マスク工程Ｓ５を実施して、基板１１の第二面１１Ｂにマスク層３０を形成し、孔部３１を形成する。また、エッチング工程Ｓ６のサイクルエッチング処理を実施することで、孔部３１からメンブレン１３２までに亘って均一径寸法の内周円筒状の連通孔１１３を形成する。この後、エッチング工程Ｓ６のオーバーエッチング処理を実施することで、凸部１１４の先端面１１４Ａに沿って基板１１をエッチングさせて、先端面１１４Ａ上のＳｉ成分を確実に除去し、キャビティ形成部１１２を形成する。
以上により、超音波トランスデューサー１０Ａが製造される。 And masking process S5 is implemented, the mask layer 30 is formed in the 2nd surface 11B of the board | substrate 11, and the hole part 31 is formed. In addition, by performing the cycle etching process of the etching step S6, the inner peripheral cylindrical communication hole 113 having a uniform diameter is formed from the hole 31 to the membrane 132. Thereafter, by performing an over-etching process in the etching step S6, the substrate 11 is etched along the tip surface 114A of the convex portion 114, and the Si component on the tip surface 114A is surely removed, and the cavity forming portion 112 is etched. Form.
Thus, the ultrasonic transducer 10A is manufactured.

［第二実施形態の作用効果］
第二実施形態の超音波トランスデューサー１０Ａは、凸部形成工程Ｓ１，第一成膜工程Ｓ２１、膜研磨工程Ｓ２２、第二成膜工程Ｓ２３，圧電体形成工程Ｓ３，研削工程Ｓ４，マスク工程Ｓ５，エッチング工程Ｓ６により製造される。したがって、上記第一実施形態と同様に、エッチング工程Ｓ６のオーバーエッチング処理において、基板１１の第二面１１Ｂから支持膜１３のメンブレン１３２に亘って形成された連通孔１１３に対して更にエッチング処理を行うことで、側壁部１３１をエッチングストッパーとして、基板１１をメンブレン１３２に沿ってエッチングすることができる。これにより、メンブレン１３２に接触する基板１１をエッチングにより確実に除去することができ、当該メンブレン１３２は第一支持膜１３Ａおよび第二支持膜１３Ｂのみにより厚み寸法が決定されることとなる。したがって、圧電体２０によりメンブレン１３２を駆動させた際、安定してメンブレン１３２を振動させることができ、超音波を安定して出力させることができる。 [Operational effects of the second embodiment]
The ultrasonic transducer 10A of the second embodiment includes a convex portion forming step S1, a first film forming step S21, a film polishing step S22, a second film forming step S23, a piezoelectric body forming step S3, a grinding step S4, and a mask step S5. , Manufactured by the etching step S6. Therefore, as in the first embodiment, in the overetching process of the etching step S6, the etching process is further performed on the communication hole 113 formed from the second surface 11B of the substrate 11 to the membrane 132 of the support film 13. By doing so, the substrate 11 can be etched along the membrane 132 using the side wall 131 as an etching stopper. Thereby, the substrate 11 in contact with the membrane 132 can be reliably removed by etching, and the thickness dimension of the membrane 132 is determined only by the first support film 13A and the second support film 13B. Therefore, when the membrane 132 is driven by the piezoelectric body 20, the membrane 132 can be vibrated stably, and ultrasonic waves can be output stably.

また、側壁部１３１をエッチングストッパーとして基板厚み方向に直交する横方向へのエッチングを規制しているため、側壁部１３１の外側領域がエッチングされることがない。したがって、メンブレン１３２を発信周波数に応じた適切な径寸法に形成することで、超音波トランスデューサー１０Ａから当該発信周波数の超音波を精度よく出力させることができる。   Further, since the etching in the lateral direction perpendicular to the substrate thickness direction is regulated using the side wall portion 131 as an etching stopper, the outer region of the side wall portion 131 is not etched. Therefore, by forming the membrane 132 with an appropriate diameter according to the transmission frequency, it is possible to accurately output ultrasonic waves of the transmission frequency from the ultrasonic transducer 10A.

また、本実施形態では、第一実施形態のように素子構成部１３０が基板１１の第一面１１Ａから突出せず、平坦面であるため、振動や外部応力に対して強くなる。
なお、前述の超音波トランスデューサー１０では、側壁部１２１が基板１１から突出しているが、当該側壁部１２１は、突出寸法が例えば２μｍと極めて小さいため、側壁部１２１が外部応力や振動による影響により変形することはほぼない。しかしながら、素子構成部１２０が僅かに突出する構成であるため、突出部分に僅かな応力を受けることになり、安定した超音波の阻害要因になることも考えられる。これに対し、本実施形態では、第二支持膜１３Ｂの表面が平坦面となるため、上述のような外部応力を受けることなく、安定して素子構成部１３０のメンブレン１３２を駆動させることができる。 Further, in the present embodiment, since the element component 130 does not protrude from the first surface 11A of the substrate 11 and is a flat surface as in the first embodiment, it is strong against vibration and external stress.
In the ultrasonic transducer 10 described above, the side wall 121 protrudes from the substrate 11. However, the side wall 121 has an extremely small protruding dimension, for example, 2 μm, and therefore the side wall 121 is affected by external stress or vibration. There is almost no deformation. However, since the element component portion 120 is slightly protruded, the protruding portion receives a slight stress, which may be an obstructive factor for stable ultrasonic waves. On the other hand, in the present embodiment, since the surface of the second support film 13B is a flat surface, the membrane 132 of the element constituent unit 130 can be driven stably without receiving the external stress as described above. .

［第三実施形態］
次に、本発明に係る第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る超音波トランスデューサー（ＭＥＭＳデバイス）は、第一実施形態の超音波トランスデューサー１０と略同様の構成及び機能を有する。ここで、前述の超音波トランスデューサー１０の製造では、マスク工程Ｓ５において、孔部３１の中心軸が凸部１１４の中心軸Ｐと同軸となるように、当該孔部３１を形成し、キャビティ形成部１１２が素子構成部１３０の中心軸Ｐ上に沿って形成された。これに対して、第三実施形態の超音波トランスデューサーの製造では、マスク層に形成する孔部を、凸部の中心軸から偏心させて形成する。この点で、本実施形態に係る超音波トランスデューサーの製造方法と、前述の第一実施形態の超音波トランスデューサー１０の製造方法とは相違する。なお、以下の説明にでは、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付し説明を省略する。 [Third embodiment]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described based on the drawings.
The ultrasonic transducer (MEMS device) according to the present embodiment has substantially the same configuration and function as the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment. Here, in the manufacture of the ultrasonic transducer 10 described above, in the mask process S5, the hole 31 is formed so that the center axis of the hole 31 is coaxial with the center axis P of the protrusion 114, thereby forming a cavity. The part 112 was formed along the central axis P of the element constituent part 130. On the other hand, in the manufacture of the ultrasonic transducer of the third embodiment, the hole formed in the mask layer is formed decentered from the central axis of the convex portion. In this respect, the method for manufacturing the ultrasonic transducer according to this embodiment is different from the method for manufacturing the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment described above. In the following description, parts that are the same as or substantially the same as those already described are given the same reference numerals and description thereof is omitted.

図１１は、第三実施形態の超音波トランスデューサー１０Ｂのエッチング工程Ｓ６における概略構成を示す断面図である。
このような超音波トランスデューサー１０Ｂでは、マスク工程Ｓ５において、孔部３１は、当該孔部３１の中心軸Ｑが凸部１１４の中心軸Ｐから僅かに偏心するように形成されている。ここで、中心軸Ｑの偏心量をΔＬとする。また、センサー平面視において、メンブレン１２２上で孔部３１と重なる領域を孔部投影領域Ａとし、先端面１１４Ａの外周縁上の各点から、当該孔部投影領域Ａまで最短距離をアライメント設定値とし、このアライメント設定値が最小値となる点を最小アライメント点Ａ１、アライメント設定値が最大値となる孔外周点を最大アライメント点Ａ２とする。
この時、最小アライメント点Ａ１におけるアライメント設定値Ｌ１´は、Ｌ１−ΔＬとなり、最大アライメント点Ａ２におけるアライメント設定値Ｌ１´´は、Ｌ１＋ΔＬとなる。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration in the etching step S6 of the ultrasonic transducer 10B of the third embodiment.
In such an ultrasonic transducer 10 </ b> B, in the mask process S <b> 5, the hole portion 31 is formed such that the central axis Q of the hole portion 31 is slightly decentered from the central axis P of the convex portion 114. Here, the amount of eccentricity of the central axis Q is ΔL. Further, in the sensor plan view, an area overlapping the hole 31 on the membrane 122 is defined as a hole projection area A, and the shortest distance from each point on the outer peripheral edge of the tip surface 114A to the hole projection area A is set as an alignment setting value. A point where the alignment setting value is the minimum value is a minimum alignment point A1, and a hole outer peripheral point where the alignment setting value is the maximum value is a maximum alignment point A2.
At this time, the alignment setting value L 1 at the minimum alignment points A1 'is L 1 -Delta L, and the alignment setting value L 1'' at the maximum alignment point A2 becomes L 1 + [Delta] L.

ここで、エッチング工程Ｓ６では、サイクルエッチング処理により孔部３１からメンブレン１２２までに亘って基板１１の厚み方向に沿うエッチングを行った後、オーバーエッチング処理により、孔部投影領域Ａからメンブレン１２２に沿って、基板１１を横方向にエッチングする。この時、最小アライメント点Ａ１には、最大アライメント点Ａ２よりも先にエッチングガスが到達してエッチングされる。したがって、素子構成部１２０の領域内にキャビティＣを形成するためには、最大アライメント点Ａ２に到達した時点で、最小アライメント点Ａ１におけるエッチング領域が側壁部１２１を超えていないことが必要となる。
つまり、Ｌ１´´＜Ｌ１´＋Ｈの条件式を満たす必要があり、凸部１１４の突出寸法Ｈと、アライメント設定値とは、以下の式（１）を満たす必要がある。 Here, in the etching step S6, after performing etching along the thickness direction of the substrate 11 from the hole 31 to the membrane 122 by the cycle etching process, the etching is performed along the membrane 122 from the hole projection area A by the overetching process. Then, the substrate 11 is etched in the lateral direction. At this time, the etching gas reaches the minimum alignment point A1 before the maximum alignment point A2, and is etched. Therefore, in order to form the cavity C in the region of the element component 120, it is necessary that the etching region at the minimum alignment point A1 does not exceed the side wall 121 when the maximum alignment point A2 is reached.
That, L 1'' <must meet the L 1 '+ H conditional expression, the projecting dimension H of the projection 114, and the alignment setting value, it is necessary to satisfy the following equation (1).

[数１]
Ｌ１´´−Ｌ１´＜Ｈ
（又は、ΔＬ＜Ｈ／２） …（１） [Equation 1]
L 1 ″ −L 1 ′ <H
(Or ΔL <H / 2) (1)

したがって、本実施形態では、凸部形成工程Ｓ１における凸部１１４の形成時、または、マスク工程Ｓ５の孔部３１の形成時に、上記関係式を満足するように、適宜凸部１１４の突出寸法Ｈ、最大アライメント設定値及び最小アライメント設定値（又は偏心量ΔＬ）を設定する。   Therefore, in the present embodiment, when the projection 114 is formed in the projection formation step S1 or when the hole 31 is formed in the mask step S5, the protrusion dimension H of the projection 114 is appropriately set so as to satisfy the above relational expression. The maximum alignment setting value and the minimum alignment setting value (or eccentricity ΔL) are set.

上述したような第三実施形態の超音波トランスデューサー１０Ｂでは、マスク工程Ｓ５において孔部３１が中心軸Ｐから偏心して形成され、キャビティ形成部１１２が中心軸Ｐから偏心した位置に形成された場合であっても、上述の式（１）の関係式を満たすことで、第一実施形態の超音波トランスデューサー１０と同様の効果を奏することができる。
すなわち、エッチング工程Ｓ６のオーバーエッチング処理において、基板１１の第二面１１Ｂから支持膜１２のメンブレン１２２に亘って形成された連通孔１１３に対して更にエッチング処理を行うことで、側壁部１２１をエッチングストッパーとして、基板１１をメンブレン１２２に沿って横方向にエッチングすることができる。これにより、メンブレン１２２に接触する基板１１をエッチングにより確実に除去することができ、当該メンブレン１２２の厚み寸法を均一にできる。したがって、圧電体２０によりメンブレン１２２を駆動させた際、安定してメンブレン１２２を振動させることができ、超音波を安定して出力させることができる。
また、側壁部１２１をエッチングストッパーとして横方向へのエッチングを規制しているため、側壁部１２１の外側領域がエッチングされることがない。したがって、メンブレン１２２を発信周波数に応じた適切な径寸法に形成することで、超音波トランスデューサー１０Ｂから当該発信周波数の超音波を精度よく出力させることができる。 In the ultrasonic transducer 10B according to the third embodiment as described above, the hole 31 is formed eccentrically from the central axis P in the mask process S5, and the cavity forming portion 112 is formed at a position eccentric from the central axis P. Even so, by satisfying the relational expression (1) described above, it is possible to achieve the same effect as the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment.
That is, in the over-etching process in the etching step S6, the side wall 121 is etched by further performing an etching process on the communication hole 113 formed from the second surface 11B of the substrate 11 to the membrane 122 of the support film 12. As a stopper, the substrate 11 can be etched laterally along the membrane 122. Thereby, the substrate 11 in contact with the membrane 122 can be reliably removed by etching, and the thickness dimension of the membrane 122 can be made uniform. Therefore, when the membrane 122 is driven by the piezoelectric body 20, the membrane 122 can be vibrated stably, and ultrasonic waves can be output stably.
Further, since lateral etching is restricted using the side wall 121 as an etching stopper, the outer region of the side wall 121 is not etched. Therefore, by forming the membrane 122 with an appropriate diameter according to the transmission frequency, it is possible to accurately output ultrasonic waves of the transmission frequency from the ultrasonic transducer 10B.

また、マスク工程Ｓ５において、孔部３１を形成する際、アライメントずれによる誤差（アライメント誤差）が発生する。このようなアライメント誤差の最大値は、例えばシミュレーション等により予め求めることができるため、このようなアライメントずれが発生した場合を想定して、凸部１１４の突出寸法Ｈや、アライメント設定値を設定することで、当該アライメントずれの影響をなくすことができ、キャビティＣの形成領域と同一領域に均一膜厚のメンブレン１２２を備えた超音波トランスデューサー１０Ｂを製造することができる。   In the mask process S5, an error due to misalignment (alignment error) occurs when the hole 31 is formed. Since the maximum value of such an alignment error can be obtained in advance by, for example, simulation or the like, the projection dimension H of the convex portion 114 and the alignment set value are set on the assumption that such an alignment shift occurs. Thus, the influence of the misalignment can be eliminated, and the ultrasonic transducer 10B including the membrane 122 having a uniform film thickness in the same region as the formation region of the cavity C can be manufactured.

なお、本実施形態では、センサー平面視において、円形状の凸部１１４に対して、円形状の孔部３１を偏心させた場合を例示したが、例えば、メンブレン１２２の平面形状が矩形状である場合など、中心軸Ｐから外周縁までの距離が異なる場合においても、上記条件式（１）を満たすように、凸部１１４の突出寸法Ｈや、アライメント設定値を設定することで、好適に素子構成部１２０を形成することができる。
例えば、中心軸Ｐに重心が設定された矩形状のメンブレン１２２に対して、中心軸Ｐに重心が設定された矩形状の孔部３１を形成し、エッチング工程Ｓ６を実施する場合、メンブレン１２２の角部におけるアライメント設定値は、メンブレン１２２の辺の中間部に位置する点のアライメント設定値よりも大きくなる。この場合、上記（１）を満たすように、孔部３１及び凸部１１４を形成することで、メンブレン１２２の全領域に亘ってサイドエッチングが行き渡り、均一膜厚のメンブレン１２２を形成することができる。また、センサー平面視において、メンブレン１２２の形成領域とキャビティＣの形成領域とを、同一領域にすることができ、メンブレン１２２の膜性能の低下を防止できる。 In the present embodiment, the case where the circular hole portion 31 is decentered with respect to the circular convex portion 114 in the sensor plan view is exemplified. However, for example, the planar shape of the membrane 122 is rectangular. Even when the distance from the central axis P to the outer peripheral edge is different, such as the case, it is preferable to set the protrusion dimension H of the protrusion 114 and the alignment setting value so as to satisfy the conditional expression (1). The component 120 can be formed.
For example, when the rectangular hole portion 31 having the center of gravity set to the center axis P is formed on the rectangular membrane 122 having the center of gravity set to the center axis P, and the etching step S6 is performed, the membrane 122 The alignment setting value at the corner is larger than the alignment setting value at a point located in the middle of the side of the membrane 122. In this case, by forming the hole 31 and the protrusion 114 so as to satisfy the above (1), side etching is spread over the entire region of the membrane 122, and the membrane 122 having a uniform film thickness can be formed. . Further, in the sensor plan view, the formation region of the membrane 122 and the formation region of the cavity C can be made the same region, and the membrane performance of the membrane 122 can be prevented from being deteriorated.

［第四実施形態］
次に、本発明に係る第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一から第三実施形態では、ＭＥＭＳデバイスとして、超音波トランスデューサー１０，超音波トランスデューサー１０Ａ，超音波トランスデューサー１０Ｂを例示した。これに対して、本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの他の例として、圧力センサーの構成、及びその製造方法について説明する。 [Fourth embodiment]
Next, 4th embodiment which concerns on this invention is described based on drawing.
In the first to third embodiments, the ultrasonic transducer 10, the ultrasonic transducer 10A, and the ultrasonic transducer 10B are illustrated as the MEMS devices. On the other hand, in this embodiment, the structure of a pressure sensor and its manufacturing method are demonstrated as another example of a MEMS device.

［圧力センサーの構成］
図１２は、第四実施形態のＭＥＭＳデバイスである圧力センサーの概略構成を示す断面図である。
圧力センサー４０は、下部開口部４１１を有する下部基板４１と、上部基板４２と、下部開口部４１１を閉塞する下部支持膜４３と、上部支持膜４４と、下部支持膜４３上に設けられた下部電極４５と、上部支持膜４４上に設けられた上部電極４６と、を備えて構成されている。 [Configuration of pressure sensor]
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a pressure sensor that is the MEMS device according to the fourth embodiment.
The pressure sensor 40 includes a lower substrate 41 having a lower opening 411, an upper substrate 42, a lower support film 43 that closes the lower opening 411, an upper support film 44, and a lower portion provided on the lower support film 43. An electrode 45 and an upper electrode 46 provided on the upper support film 44 are provided.

下部基板４１は、例えばエッチング等により加工が容易なシリコン（Ｓｉ）などの半導体形成素材により形成される。また、下部基板４１の上部基板４２に対向する面（第一面）には、上部基板４２から離れる方向に凹状となる凹溝４１２が設けられている。また、下部基板４１の上部基板４２に対向する第一面において、凹溝４１２の外側領域は、上部基板４２に接合される接合部４１３を構成し、当該接合部４１３上に積層形成された下部支持膜４３が、上部基板４２に積層形成された上部支持膜４４に接合されることで、下部基板４１および上部基板４２が接合される。
そして、下部開口部４１１は、凹溝４１２の底部において、例えば当該下部基板４１を厚み方向からみたセンサー平面視で円形状に形成されている。この下部開口部４１１は、前述の超音波トランスデューサー１０における開口部１１１と同様の構成を有し、キャビティ形成部４１１Ａと連通孔４１１Ｂとを有している。 The lower substrate 41 is formed of a semiconductor forming material such as silicon (Si) that can be easily processed by etching or the like. Further, a concave groove 412 that is concave in a direction away from the upper substrate 42 is provided on the surface (first surface) of the lower substrate 41 that faces the upper substrate 42. Further, on the first surface of the lower substrate 41 facing the upper substrate 42, the outer region of the concave groove 412 constitutes a bonding portion 413 bonded to the upper substrate 42, and a lower portion formed on the bonding portion 413 in a stacked manner. The support film 43 is bonded to the upper support film 44 laminated on the upper substrate 42, so that the lower substrate 41 and the upper substrate 42 are bonded.
The lower opening 411 is formed in a circular shape at the bottom of the groove 412, for example, in a sensor plan view when the lower substrate 41 is viewed from the thickness direction. The lower opening 411 has the same configuration as the opening 111 in the ultrasonic transducer 10 described above, and includes a cavity forming portion 411A and a communication hole 411B.

下部支持膜４３は、下部基板４１の第一面側に、下部開口部４１１を閉塞する状態に成膜されている。この下部支持膜４３は、例えばＳｉ基板である下部基板４１の第一面を熱酸化処理することで形成される。
そして、この下部支持膜４３は、前述の超音波トランスデューサー１０における支持膜１２と略同様の構成を有し、下部基板４１の下部開口部４１１の形成位置に対応して、下部素子構成部４３０を備えている。この下部素子構成部４３０は、下部基板４１から離れる方向に突出する円筒状の下部側壁部４３１と、下部側壁部４３１の突出先端部に連続して形成され、下部側壁部４３１の突出先端部を閉塞する下部メンブレン４３２と、を備えている。
また、下部側壁部４３１の円筒内周面には、下部基板４１のキャビティ形成部４１１Ａが接続されている。これにより、下部素子構成部４３０の下部側壁部４３１、下部メンブレン４３２、及び下部基板４１のキャビティ形成部４１１Ａにより囲われる領域にキャビティＣ１が形成される。
そして、下部支持膜４３は、上部基板４２に対向する面上に、下部電極４５が積層形成されている。 The lower support film 43 is formed on the first surface side of the lower substrate 41 so as to close the lower opening 411. The lower support film 43 is formed, for example, by subjecting the first surface of the lower substrate 41, which is a Si substrate, to a thermal oxidation process.
The lower support film 43 has substantially the same configuration as the support film 12 in the ultrasonic transducer 10 described above, and corresponds to the position where the lower opening 411 of the lower substrate 41 is formed. It has. The lower element component 430 is formed continuously with a cylindrical lower side wall portion 431 protruding in a direction away from the lower substrate 41 and a protruding tip portion of the lower side wall portion 431. A lower membrane 432 for closing.
Further, a cavity forming portion 411 </ b> A of the lower substrate 41 is connected to the cylindrical inner peripheral surface of the lower side wall portion 431. As a result, a cavity C1 is formed in a region surrounded by the lower sidewall portion 431 of the lower element component 430, the lower membrane 432, and the cavity forming portion 411A of the lower substrate 41.
The lower support film 43 is formed by laminating the lower electrode 45 on the surface facing the upper substrate 42.

上部基板４２は、例えばＳｉ等により形成される。また、上部基板４２の下部基板４１に対向する面のうち、接合部４１３に対応する領域は、接合部４２３を構成し、当該接合部４２３上に積層形成された上部支持膜４４が、接合部４１３上の下部支持膜４３に接合されることで、前述のように下部基板４１および上部基板４２が接合される。   The upper substrate 42 is formed of, for example, Si. In addition, in the surface of the upper substrate 42 facing the lower substrate 41, the region corresponding to the bonding portion 413 constitutes the bonding portion 423, and the upper support film 44 formed by lamination on the bonding portion 423 includes the bonding portion 423. By bonding to the lower support film 43 on 413, the lower substrate 41 and the upper substrate 42 are bonded as described above.

上部支持膜４４は、例えば酸化膜により形成されている。そして、この上部支持膜４４は、下部基板４１の凹溝４１２に対向する部位において、下部支持膜４３との間に閉空間Ｃ２を形成する。
また、上部基板４２及び上部支持膜４４には、閉空間Ｃ２と上部基板４２の外側の空間とを連通する図示しない貫通孔が設けられている。これにより、閉空間Ｃ２と上部基板４２の外側の空間との圧力が同圧となる。
そして、上部支持膜４４の下部支持膜４３に対向する面上には、上部電極４６が積層形成されている。 The upper support film 44 is formed of an oxide film, for example. The upper support film 44 forms a closed space C2 between the upper support film 44 and the lower support film 43 at a portion facing the concave groove 412 of the lower substrate 41.
The upper substrate 42 and the upper support film 44 are provided with through holes (not shown) that connect the closed space C <b> 2 and the space outside the upper substrate 42. Thereby, the pressure in the closed space C2 and the space outside the upper substrate 42 becomes the same pressure.
An upper electrode 46 is laminated on the surface of the upper support film 44 facing the lower support film 43.

このような圧力センサー４０では、上部開口部４２１が、例えば大気圧等の基準圧力に設定された基準空間に連通され、下部開口部４１１に、圧力測定対象となる圧力媒体が導入されることで、下部メンブレン４３２が変位する。その変位量を、下部電極４５及び上部電極４６間に保持される電荷保持量の変動値を計測し、計測された変位量から圧力値を算出する。   In such a pressure sensor 40, the upper opening 421 is communicated with a reference space set to a reference pressure such as atmospheric pressure, for example, and a pressure medium to be a pressure measurement target is introduced into the lower opening 411. The lower membrane 432 is displaced. The amount of displacement is measured by measuring the fluctuation value of the amount of charge held between the lower electrode 45 and the upper electrode 46, and the pressure value is calculated from the measured amount of displacement.

［圧力センサーの製造方法］
次に、上述のような圧力センサー４０の製造方法について、図面に基づいて説明する。
図１３は、圧力センサー４０の製造工程を示すフローチャートである。図１４及び図１５は、下部形成工程の各工程の状態を示す断面図であり、図１６は、上部形成工程の各工程の状態を示す断面図である。
圧力センサー４０は、図１３に示すように、下部形成工程（Ｓ３１〜３６）、上部形成工程（Ｓ３７〜Ｓ３９）、及び接合工程Ｓ４０の各工程により製造される。 [Method of manufacturing pressure sensor]
Next, the manufacturing method of the above pressure sensors 40 is demonstrated based on drawing.
FIG. 13 is a flowchart showing the manufacturing process of the pressure sensor 40. 14 and 15 are cross-sectional views showing the state of each step in the lower portion forming step, and FIG. 16 is a cross-sectional view showing the state of each step in the upper portion forming step.
As shown in FIG. 13, the pressure sensor 40 is manufactured by a lower formation process (S31 to 36), an upper formation process (S37 to S39), and a bonding process S40.

下部形成工程は、下部基板形成工程Ｓ３１（凸部形成工程）、下部支持膜形成工程Ｓ３２（成膜工程）、下部電極形成工程Ｓ３３、下部研削工程Ｓ３４、マスク工程Ｓ３５、エッチング工程Ｓ３６を実施する。
下部基板形成工程Ｓ３１は、例えば５００μｍのＳｉ基板である下部基板４１の一面側をエッチングし、図１４（Ａ）に示すように、凹溝４１２及び凸部４１４を形成する。
下部支持膜形成工程Ｓ３２は、第一実施形態の成膜工程Ｓ２と同様、下部基板４１の前記一面側を熱酸化処理し、図１４（Ｂ）に示すように、下部基板４１の表面に均一厚みの下部支持膜４３を形成する。
下部電極形成工程Ｓ３３は、下部支持膜４３の下部メンブレン４３２上に、下部電極４５を形成するための導電層を成膜し、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして、図１４（Ｃ）に示すように、下部電極４５を形成する。 The lower portion forming step includes a lower substrate forming step S31 (projection portion forming step), a lower support film forming step S32 (film forming step), a lower electrode forming step S33, a lower grinding step S34, a mask step S35, and an etching step S36. .
In the lower substrate forming step S31, for example, one surface side of the lower substrate 41, which is a 500 μm Si substrate, is etched to form the concave grooves 412 and the convex portions 414 as shown in FIG.
In the lower support film forming step S32, as in the film forming step S2 of the first embodiment, the one surface side of the lower substrate 41 is thermally oxidized, and the surface of the lower substrate 41 is uniformly formed as shown in FIG. A lower support film 43 having a thickness is formed.
In the lower electrode forming step S33, a conductive layer for forming the lower electrode 45 is formed on the lower membrane 432 of the lower support film 43, and is patterned by using, for example, a photolithography method, and the process shown in FIG. As shown, a lower electrode 45 is formed.

下部研削工程Ｓ３４、マスク工程Ｓ３５、及びエッチング工程Ｓ３６は、第一実施形態の研削工程Ｓ４、マスク工程Ｓ５、及びエッチング工程Ｓ６と同様の処理を実施する。すなわち、下部研削工程Ｓ３４は、図１５（Ａ）に示すように、下部基板４１を研削し、例えば２００μｍ程度の厚み寸法に形成する。マスク工程Ｓ３５は、図１５（Ｂ）に示すように、下部基板４１の上部基板４２に接合される面とは反対側の面に孔部３１を有するマスク層３０を形成する。エッチング工程Ｓ３６は、下部基板４１に対して、孔部３１からサイクルエッチング処理、及びオーバーエッチング処理を実施して、図１６（Ｃ）に示すように、均一厚み寸法の下部メンブレン４３２を形成する。   In the lower grinding step S34, the mask step S35, and the etching step S36, the same processes as the grinding step S4, the mask step S5, and the etching step S6 of the first embodiment are performed. That is, in the lower grinding step S34, as shown in FIG. 15A, the lower substrate 41 is ground to have a thickness of about 200 μm, for example. In the mask process S35, as shown in FIG. 15B, the mask layer 30 having the hole 31 is formed on the surface of the lower substrate 41 opposite to the surface bonded to the upper substrate 42. In the etching step S36, the lower substrate 41 is subjected to a cycle etching process and an over-etching process from the hole 31 to form a lower membrane 432 having a uniform thickness as shown in FIG.

上部形成工程は、例えば５００μｍのＳｉ基板である上部基板４２に、上部支持膜形成工程Ｓ３７、上部電極形成工程Ｓ３８、及び上部研削工程Ｓ３９の各工程により処理を実施する。
上部支持膜形成工程Ｓ３７は、第一実施形態の成膜工程Ｓ２と同様、上部基板４２の下部基板５１に接合される一面側を熱酸化処理し、図１６（Ａ）に示すように、上部基板４２の表面に均一厚みの上部支持膜４４を形成する。
上部電極形成工程Ｓ３８は、上部支持膜４４上に上部電極４６を形成するための導電層を成膜し、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして、図１６（Ｂ）に示すように、上部電極４６を形成する。
上部研削工程Ｓ３９は、第一実施形態の研削工程Ｓ４と同様の処理であり、図１６（Ｃ）に示すように、上部基板４１を研削して、例えば２００μｍ程度の厚み寸法に形成する。 In the upper formation process, processing is performed on the upper substrate 42 which is, for example, a 500 μm Si substrate by the upper support film formation process S37, the upper electrode formation process S38, and the upper grinding process S39.
In the upper support film forming step S37, as in the film forming step S2 of the first embodiment, one surface side of the upper substrate 42 bonded to the lower substrate 51 is thermally oxidized, and as shown in FIG. An upper support film 44 having a uniform thickness is formed on the surface of the substrate 42.
In the upper electrode formation step S38, a conductive layer for forming the upper electrode 46 is formed on the upper support film 44, and is patterned by using, for example, a photolithography method. As shown in FIG. An electrode 46 is formed.
The upper grinding step S39 is the same processing as the grinding step S4 of the first embodiment, and as shown in FIG. 16C, the upper substrate 41 is ground to have a thickness of about 200 μm, for example.

接合工程Ｓ４０は、下部支持膜４３及び上部支持膜４４を介して、下部基板４１及び上部基板４２を接合する。ここで、接合工程Ｓ４０における接合方法としては、例えば接着材や樹脂等による接着接合や陽極接合等、各種接合方法を用いることができる。以上により、図１２に示すような圧力センサー４０が製造される。   In the bonding step S <b> 40, the lower substrate 41 and the upper substrate 42 are bonded via the lower support film 43 and the upper support film 44. Here, as a joining method in joining process S40, various joining methods, such as adhesive joining by an adhesive material, resin, etc., and anodic joining, for example can be used. Thus, the pressure sensor 40 as shown in FIG. 12 is manufactured.

以上説明したような圧力センサー４０においても、上記第一実施形態の超音波トランスデューサー１０と同様の効果を得ることができる。
すなわち、圧力センサー４０は、Ｓ３１〜Ｓ４０の各工程により製造される。したがって、エッチング工程Ｓ３６において、サイクルエッチング処理により、下部基板４１の上部基板４２とは反対側の面から、下部支持膜４３の下部メンブレン４３２に亘って開口部を形成し、オーバーエッチング処理により、更に、下部側壁部４３１をエッチングストッパーとして、下部基板４１を下部メンブレン４３２に沿って横方向へエッチングすることができる。これにより、下部メンブレン４３２に接触する下部基板４１をエッチングにより確実に除去することができ、当該下部メンブレン４３２の厚み寸法を均一に形成することができる。また、下部側壁部４３１をエッチングストッパーとして横方向へのエッチングを規制しているため、下部側壁部４３１の外側領域がエッチングされることがなく、下部メンブレン４３２を所望の面積に形成することができる。 In the pressure sensor 40 as described above, the same effect as that of the ultrasonic transducer 10 of the first embodiment can be obtained.
That is, the pressure sensor 40 is manufactured by each process of S31-S40. Therefore, in the etching step S36, an opening is formed across the lower membrane 432 of the lower support film 43 from the surface opposite to the upper substrate 42 of the lower substrate 41 by a cycle etching process, and further by an over-etching process. The lower substrate 41 can be etched laterally along the lower membrane 432 using the lower side wall portion 431 as an etching stopper. Thereby, the lower substrate 41 in contact with the lower membrane 432 can be reliably removed by etching, and the thickness dimension of the lower membrane 432 can be formed uniformly. Further, since the etching in the lateral direction is restricted using the lower side wall portion 431 as an etching stopper, the outer region of the lower side wall portion 431 is not etched, and the lower membrane 432 can be formed in a desired area. .

［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 [Modification]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

例えば、ＭＥＭＳデバイスとして、超音波発信用の超音波トランスデューサー１０，超音波トランスデューサー１０Ａ，超音波トランスデューサー１０Ｂ、及び圧力センサー４０を例示したが、これに限定されない。超音波トランスデューサーとしては、超音波受信用の超音波トランスデューサーや、超音波送信及び受信の双方を実施可能な超音波トランスデューサーに本発明を適用してもよい。また、このような超音波トランスデューサーや圧力センサーに限られず、ダイアフラム形状の主膜部を有するいかなるＭＥＭＳデバイスにも適用することができる。   For example, as the MEMS device, the ultrasonic transducer 10 for transmitting ultrasonic waves, the ultrasonic transducer 10A, the ultrasonic transducer 10B, and the pressure sensor 40 are illustrated, but the MEMS device is not limited thereto. As the ultrasonic transducer, the present invention may be applied to an ultrasonic transducer for ultrasonic reception or an ultrasonic transducer capable of performing both ultrasonic transmission and reception. Further, the present invention is not limited to such ultrasonic transducers and pressure sensors, and can be applied to any MEMS device having a diaphragm-shaped main film portion.

また、上記各実施形態では、側壁部１２１，１３１，４３１が基板１１，４１に対して直交する方向に立ち上がり、当該側壁部１２１，１３１，４３１の立ち上がり方向がメンブレン１２２，１３２，４３２に対して直交する構成を例示したが、これに限定されない。
側壁部１２１，１３１，４３１は、エッチング工程において、オーバーエッチング処理のエッチングストッパーとして機能すれば、メンブレン１２２，１３２，４３２に対して交差する角度に形成されていてもよい。特に、側壁部１２１，１３１，４３１と、メンブレン１２２，１３２，４３２との間の角度が鋭角である場合、オーバーエッチング処理において、側壁部１２１，１３１，４３１に沿うエッチングの進行速度が低下する。したがって側壁部１２１，１３１，４３１を超えてエッチングされる不都合をより確実に防止することができる。 In each of the above embodiments, the side walls 121, 131, 431 rise in a direction orthogonal to the substrates 11, 41, and the rising direction of the side walls 121, 131, 431 is relative to the membranes 122, 132, 432. Although an orthogonal configuration is illustrated, the present invention is not limited to this.
The side wall portions 121, 131, and 431 may be formed at an angle that intersects the membranes 122, 132, and 432 as long as they function as etching stoppers for the overetching process in the etching process. In particular, when the angle between the side wall portions 121, 131, and 431 and the membrane 122, 132, and 432 is an acute angle, the etching progress rate along the side wall portions 121, 131, and 431 decreases in the overetching process. Therefore, the inconvenience of being etched beyond the side walls 121, 131, 431 can be prevented more reliably.

以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形および改良を加えることができるものである。   Although the best configuration for carrying out the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to this. That is, the present invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments described above without departing from the scope of the technical idea and object of the present invention. Various modifications and improvements can be made by a trader.

１０，１０Ａ，１０Ｂ…超音波トランスデューサー（ＭＥＭＳデバイス）、１１…基板、１１１…開口部、１１２，４１１Ａ…キャビティ形成部、１１３，４１１Ｂ…連通孔、１１４，４１４…凸部、１１４Ａ…先端面、１１４Ｂ…側面部、１１Ａ…第一面、１１Ｂ…第二面、１２，１３…支持膜（機能膜）、１２１，１３１，４３１…側壁部、１２２，１３２，４３２…メンブレン（主膜部）、２０…圧電体、２１…下部電極層、２２…圧電層、２３…上部電極層、３０…マスク層、３１…孔部、４１…下部基板（基板）、４１１Ａ…キャビティ形成部、Ｃ，Ｃ１…キャビティ、Ｓ１…凸部形成工程、Ｓ２…成膜工程、Ｓ５，Ｓ３５…マスク工程、Ｓ６，Ｓ３６…エッチング工程、Ｓ２１…第一成膜工程（成膜工程）、Ｓ２２…膜研磨工程（成膜工程）、Ｓ２３…第二成膜工程（成膜工程）、Ｓ３１…下部基板形成工程（凸部形成工程）、Ｓ３２…下部支持膜形成工程（成膜工程）。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A, 10B ... Ultrasonic transducer (MEMS device), 11 ... Board | substrate, 111 ... Opening part, 112, 411A ... Cavity formation part, 113, 411B ... Communication hole, 114, 414 ... Convex part, 114A ... Tip surface , 114B ... side face part, 11A ... first face, 11B ... second face, 12, 13 ... support film (functional film), 121, 131, 431 ... side wall part, 122, 132, 432 ... membrane (main film part) 20 ... piezoelectric body, 21 ... lower electrode layer, 22 ... piezoelectric layer, 23 ... upper electrode layer, 30 ... mask layer, 31 ... hole, 41 ... lower substrate (substrate), 411A ... cavity forming portion, C, C1 ... cavity, S1 ... convex forming process, S2 ... film forming process, S5, S35 ... mask process, S6, S36 ... etching process, S21 ... first film forming process (film forming process), S22 ... film polishing process Film-forming step), S23 ... second film process (film formation step), S31 ... lower substrate formation step (convex forming step), S32 ... lower supporting film forming step (deposition step).

Claims (8)

基板の第一面に、平坦な先端面と側面部とを有する凸部を形成する凸部形成工程と、
前記第一面に、少なくとも前記凸部を覆う機能膜を形成する成膜工程と、
前記基板の前記第一面とは反対側の第二面にマスク層を形成し、当該マスク層に孔部を形成するマスク工程と、
前記孔部を介し前記機能膜をエッチングストッパーとして前記基板をエッチングするエッチング工程と、を備え、
前記成膜工程は、前記凸部の前記先端面に接する主膜部と、前記凸部の前記側面部に接する側壁部と、を有する前記機能膜を形成し、
前記マスク工程は、前記基板を基板厚み方向から見た平面視において、前記先端面と重なる位置に、前記先端面の面積よりも小さい面積の前記孔部を形成し、
前記エッチング工程は、前記基板の前記第二面側から前記機能膜の前記主膜部までを、前記基板の厚み方向にエッチングした後、前記主膜部の表面に沿って前記側壁部までをサイドエッチングすることで、前記主膜部、前記側壁部により囲われる領域を含む開口空間を形成する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。 A convex portion forming step of forming a convex portion having a flat front end surface and a side surface portion on the first surface of the substrate,
Forming a functional film covering at least the convex portion on the first surface; and
Forming a mask layer on the second surface opposite to the first surface of the substrate, and forming a hole in the mask layer; and
An etching step of etching the substrate using the functional film as an etching stopper through the hole, and
The film forming step forms the functional film having a main film portion that contacts the tip end surface of the convex portion, and a side wall portion that contacts the side surface portion of the convex portion,
In the mask process, in the plan view of the substrate viewed from the substrate thickness direction, the hole portion having an area smaller than the area of the tip surface is formed at a position overlapping the tip surface;
In the etching step, after etching from the second surface side of the substrate to the main film portion of the functional film in the thickness direction of the substrate, the side wall portion along the surface of the main film portion is sided. Etching forms an opening space including a region surrounded by the main film part and the side wall part. A method for manufacturing a MEMS device, comprising: 請求項１のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記孔部を前記先端面に投影した領域を孔部投影領域とし、前記先端面の外周縁上に位置する点から前記孔部投影領域の外周縁までの最短距離をアライメント設定値とした場合、
前記マスク工程は、アライメント設定値の最大値及び最小値の差分値が、前記凸部の高さ寸法よりも小さくなるように、前記孔部を形成する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 1,
When the area where the hole is projected on the tip surface is a hole projection region, and the shortest distance from the point located on the outer periphery of the tip surface to the outer periphery of the hole projection region is an alignment setting value,
In the mask process, the hole is formed so that a difference value between a maximum value and a minimum value of alignment setting values is smaller than a height dimension of the convex portion. 請求項１または請求項２のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記孔部を前記先端面に投影した領域を孔部投影領域とし、前記先端面の外周縁上に位置する点から前記孔部投影領域の外周縁までの最短距離をアライメント設定値とした場合、
前記凸部形成工程は、前記凸部の突出寸法が、前記アライメント設定値の最大値及び最小値の差分値よりも大きくなるように、前記凸部を形成する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 1 or Claim 2,
When the area where the hole is projected on the tip surface is a hole projection region, and the shortest distance from the point located on the outer periphery of the tip surface to the outer periphery of the hole projection region is an alignment setting value,
The convex part forming step forms the convex part so that a protruding dimension of the convex part is larger than a difference value between a maximum value and a minimum value of the alignment setting value. Method. 請求項２または請求項３に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記先端面の外周縁上の各点における前記アライメント設定値は、同一値である
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 2 or Claim 3,
The method for manufacturing a MEMS device, wherein the alignment setting values at each point on the outer peripheral edge of the tip surface are the same value. 基板と、前記基板の第一面に設けられた機能膜とを備えたＭＥＭＳデバイスであって、
前記機能膜は、平面状の主膜部と、前記主膜部の外周縁から当該主膜部に対して交差する方向に延設された側壁部と、を有し、
前記基板は、
前記側壁部に接し、前記主膜部及び前記側壁部とともにキャビティを形成するキャビティ形成部と、
当該基板の前記第一面とは反対側の第二面から前記キャビティ形成部に向かって設けられ、前記キャビティと前記第二面の外側の空間とを連通させる連通孔と、を有する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。 A MEMS device comprising a substrate and a functional film provided on the first surface of the substrate,
The functional film has a planar main film part and a side wall part extending in a direction intersecting the main film part from an outer peripheral edge of the main film part,
The substrate is
A cavity forming part that is in contact with the side wall part and forms a cavity together with the main film part and the side wall part;
A communication hole that is provided from the second surface opposite to the first surface of the substrate toward the cavity forming portion and communicates the cavity and a space outside the second surface. MEMS device. 請求項５に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記キャビティ形成部は、前記連通孔側から前記主膜部に向かう方向に開口面積が増大する内壁面を有する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。 The MEMS device according to claim 5, wherein
The said cavity formation part has an inner wall surface from which the opening area increases in the direction which goes to the said main film part from the said communicating hole side. The MEMS device characterized by the above-mentioned. 基板と、前記基板の第一面に設けられた機能膜と、前記機能膜上に設けられた圧電体とを備えた超音波トランスデューサーであって、
前記機能膜は、平面状の主膜部と、前記主膜部の外周縁から当該主膜部に対して交差する方向に延設された側壁部と、を有し、
前記基板は、
前記側壁部に接し、前記主膜部及び前記側壁部とともにキャビティを形成するキャビティ形成部と、
当該基板の前記第一面とは反対側の第二面から前記キャビティ形成部に向かって設けられ、前記キャビティと前記第二面の外側の空間とを連通させる連通孔と、
を有し、
前記圧電体は、前記主膜部の前記キャビティ形成部が設けられる側の面とは反対側の面に下部電極層、圧電層、及び上部電極層を順に積層して構成された
ことを特徴とした超音波トランスデューサー。 An ultrasonic transducer comprising a substrate, a functional film provided on the first surface of the substrate, and a piezoelectric body provided on the functional film,
The functional film has a planar main film part and a side wall part extending in a direction intersecting the main film part from an outer peripheral edge of the main film part,
The substrate is
A cavity forming part that is in contact with the side wall part and forms a cavity together with the main film part and the side wall part;
A communication hole provided from the second surface opposite to the first surface of the substrate toward the cavity forming portion, and communicating the cavity and a space outside the second surface;
Have
The piezoelectric body is configured by sequentially laminating a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer on a surface opposite to a surface of the main film portion on which the cavity forming portion is provided. Ultrasonic transducer. 基板と、前記基板の第一面に設けられた機能膜と、前記機能膜上に設けられた第１電極と、前記第１電極と空間を介して対向する位置に支持されている第２電極と、を備えた圧力センサーであって、  A substrate, a functional film provided on the first surface of the substrate, a first electrode provided on the functional film, and a second electrode supported at a position facing the first electrode through a space A pressure sensor comprising:
前記機能膜は、平面状の主膜部と、前記主膜部の外周縁から当該主膜部に対して交差する方向に延設された側壁部と、を有し、  The functional film has a planar main film part and a side wall part extending in a direction intersecting the main film part from an outer peripheral edge of the main film part,
前記基板は、  The substrate is
前記側壁部に接し、前記主膜部及び前記側壁部とともにキャビティを形成するキャビティ形成部と、  A cavity forming part that is in contact with the side wall part and forms a cavity together with the main film part and the side wall part;
当該基板の前記第一面とは反対側の第二面から前記キャビティ形成部に向かって設けられ、前記キャビティと前記第二面の外側の空間とを連通させる連通孔と、  A communication hole provided from the second surface opposite to the first surface of the substrate toward the cavity forming portion, and communicating the cavity and a space outside the second surface;
を有し、  Have
前記第１電極は、前記主膜部の前記キャビティ形成部が設けられる側の面とは反対側の面に設けられた  The first electrode is provided on a surface of the main film portion opposite to the surface on which the cavity forming portion is provided.
ことを特徴とした圧力センサー。  A pressure sensor characterized by that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2019100791A (en) * 2017-11-30 2019-06-24 セイコーエプソン株式会社 Liquid level sensor and liquid level detection method
CN115210891A (en) * 2020-02-26 2022-10-18 株式会社村田制作所 Piezoelectric device
WO2021251159A1 (en) * 2020-06-11 2021-12-16 株式会社村田製作所 Piezoelectric device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3984689B2 (en) * 1996-11-11 2007-10-03 キヤノン株式会社 Inkjet head manufacturing method
JP4586239B2 (en) * 2000-01-11 2010-11-24 富士電機ホールディングス株式会社 Capacitive semiconductor sensor and method for manufacturing the same
JP2010056379A (en) * 2008-08-29 2010-03-11 Canon Inc Silicon processing method and silicon substrate with etching mask
JP5417835B2 (en) * 2008-12-17 2014-02-19 セイコーエプソン株式会社 Ultrasonic sensor and method for manufacturing ultrasonic sensor

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