[发明专利]微机电系统器件及其制造方法

说明书

技术领域

本公开内容涉及一种利用微机电系统(Micro Electro MechanicalSystems)技术制成的传感器等器件及其制造方法，例如涉及一种具有检测到压力变动而振动的膜片且将该振动转换成电信号的声波传感器及其制造方法。

背景技术

近年来，利用在硅等半导体LSI(大规模集成电路)制造领域所利用的微细加工技术，被称为微机电系统的技术正在发展。利用该微机电系统技术，从而提出加速度传感器、压力传感器、声波传感器等各种微细部件，进而开始成为商品。伴随于此，要求将微机电系统应用于携带机器，或者要求为降低成本而将微机电系统芯片小型化。

上列利用微机电系统技术制成的传感器所具有的结构如下：在具有通孔的硅基板上形成有成为进行振动的部位的膜片，以检测加速度的变动或压力的变动(以下，称这种结构为膜片结构)。

作为在硅基板中形成通孔以实现膜片结构的方法，一般利用下述方法，即：用KOH等碱性蚀刻剂对以(100)面为主表面的硅基板进行各向异性蚀刻。在利用该方法后，在硅基板中形成了以是倾斜面的硅(111)晶面作内壁面的通孔。然而，若形成这种具有倾斜的内壁的通孔，微机电系统传感器芯片就会大型化。也就是说，若形成以硅(111)晶面作内壁面的通孔，这就会成为妨碍微机电系统传感器芯片小型化的主要原因。

作为用来解决上述情况的技术措施，专利文献1中公开了下述方法，该方法是：降低硅(111)晶面即倾斜面在微机电系统传感器芯片面积中所占的比率，来将微机电系统传感器芯片小型化。

图27(a)和图27(b)是专利文献1中所公开的现有膜片结构的俯视图和剖视图。如图27(a)及图27(b)所示，在现有的膜片结构11中，在以(100)晶面作主表面的硅基板12上夹着支撑部18形成有元件薄膜(膜片)13。在硅基板12中形成有从该硅基板12的表面贯通到该基板12的背面的通孔14，该通孔14是通过从该硅基板12的背面侧进行湿蚀刻而形成的。通孔14在硅基板12的主表面上的形状为矩形，该矩形的纵向及横向上的各条边在是(100)晶面的主表面上沿<110>方位延伸。还有，通孔14的内壁由分别形成在硅基板12的表面侧及背面侧的(111)晶面或与该(111)晶面等效的晶面所构成的倾斜面15及17、以及使倾斜面15及倾斜面17连接起来的垂直面16构成。也就是说，通孔14的剖面形状为分别在硅基板12的表面侧及背面侧带斜度(taper)的形状。

专利文献1：日本公开特许公报特开2008-98524号公报

发明内容

-发明要解决的技术问题-

专利文献1中有记载的膜片结构11，作为即使在将微机电系统传感器芯片小型化后也能够确保较大的膜片的方法很有效。

然而，例如在当使用膜片结构11作为声波传感器时谋求芯片小型化的情况下，因为通孔14的剖面形状是分别在硅基板12的表面侧及背面侧带斜度的形状，所以会出现下述问题，即：在倾斜面15及17上发生声波的反射，或者，因为从膜片13来看从硅基板12的背面侧射来的声波的路径在中途变窄，所以灵敏度下降。补充说明一下，因为倾斜面15及17是(111)晶面或与该(111)晶面等效的晶面，所以与是主表面的(100)晶面大约成35.3度(正确地说，为arctan(2^0.5/2))的角度。换句话说，倾斜面15及17与垂直面16大约成54.7度的角度。

还有，伴随于芯片小型化，倾斜面15及17在通孔14的配置面积中的占有面积的比例逐渐变大，这会招致从硅基板12的背面侧入射到通孔14内的声波在倾斜面15及17上反射的反射量增大，声波(空气振动)通过通孔14时的阻力增大。因此，不能够向膜片13充分地传递振动，其结果是会出现作为声波传感器的灵敏度进一步下降的问题。

本公开内容正是鉴于上述各点而完成的。其目的在于：提供一种利用廉价的湿蚀刻法在硅基板中形成具有与基板主面垂直的内壁的通孔而构成的膜片结构、利用该膜片结构制成的微机电系统器件、以及该膜片结构及该微机电系统器件的制造方法。

-用以解决技术问题的技术方案-

为达成所述目的，本申请发明者们进行了各种研究。其结果是发现，在用掩模膜在硅基板的背面形成开口图案，并且用碱性蚀刻剂到硅基板的表面为止进行各向异性蚀刻，由此形成通孔的方法中，通过用具有实质上呈菱形的开口图案的掩模膜对主表面为(110)晶面的硅基板进行蚀刻，则能够在硅基板中形成内壁大致垂直的通孔。