(57)【要約】【課題】空隙部の外周を画する隔壁部と振動板との接合の信頼性を向上させることが可能な静電容量型電気機械変換装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】静電容量型電気機械変換装置は、基材１００と隔壁部１０１２と振動板１２１を有する。第１の電極１００１と第２の電極１０３が、空隙部１０１１及び絶縁層１２４を介して対向しており、隔壁部１０１２は空隙部１０１１の外周を画して振動板１２１を可動に支持する。基材１００に隔壁部１０１２が形成され、振動板１２１に絶縁層１２４が形成され、絶縁層１２４を界面として基材１００と振動板１２１とが接合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と隔壁部と振動板とを少なくとも有する静電容量型電気機械変換装置の製造方法であって、
前記基材に前記隔壁部を形成する第１の工程と、
前記振動板に絶縁層を形成する第２の工程と、
前記絶縁層を界面として前記基材と前記振動板とを接合する第３の工程と、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、表面の少なくとも一部分に第１の電極となる導電性部分を有する前記基材の表面に、絶縁性を有する隔壁層を形成し、該隔壁層に空隙部と前記隔壁部を形成し、
前記第３の工程では、前記隔壁層と前記絶縁層とを界面として前記基材と前記振動板とを接合することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記隔壁層と前記絶縁層を、同じ物性の材料で形成することを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記基材と前記振動板をシリコンで形成し、前記隔壁層と前記絶縁層を酸化シリコンで形成することを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁層を形成した側とは反対側の前記振動板の面上に、第２の電極及び前記振動板に及ぼす応力を調整するための応力調整膜を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
第１の電極を有する基材と、絶縁層及び第２の電極を有する振動板と、を備え、
前記基材及び前記振動板の間に空隙部、隔壁部及び前記絶縁層を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は前記空隙部及び前記絶縁層を介して対向しており、前記隔壁部は前記空隙部の外周を画して前記振動板を可動に支持することを特徴とする静電容量型電気機械変換装置。
【請求項７】
前記絶縁層を形成した側とは反対側の前記振動板の面上に、前記第２の電極及び前記振動板に及ぼす応力を調整するための応力調整膜を形成したことを特徴とする請求項６に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサなどの静電容量型電気機械変換装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサは、電気信号から振動波（代表的には超音波）への変換、或いは超音波から電気信号の変換を行うものである。医用イメージング、非破壊検査用の探触子として用いられている。超音波トランスデューサの一形態に、容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ−Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ−Ｕｌｔｒａｓｕｏｕｎｄ−Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＣＭＵＴ）がある。ＣＭＵＴは、一般に、下部電極を備える基材と、この基材上に形成された支持部によって可動（振動可能）に支えられた振動板と、上部電極とで構成されている。１つの空隙部は、下部電極、振動板、上部電極で囲まれてセルを構成する。ＣＭＵＴは、受け取った超音波によって振動板を振動させ、下部電極と上部電極間の容量変化により超音波を検出する。また、下部電極と上部電極間の電圧を変調して振動板を振動させることで超音波を発信する。ＣＭＵＴを製造する方法として、シリコン基板上に空隙部構造を形成し、その上にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を接合させるバルクマイクロマシニングを利用した方法がある。この接合型の製造方法で形成されるＣＭＵＴは、シリコン単結晶を振動板として用いるため、振動板の機械的特性が向上する（非特許文献１参照）。ＣＭＵＴは、例えば、複数の静電容量型超音波トランスデューサを２次元に並べて構成されており、複数のセルを含むエレメントを１つのユニットとして超音波の送受信を行う。１つのエレメントは、上部電極、振動板、空隙部、隔壁部、絶縁層、下部電極で構成されている。エレメントを形成する方法の一例としては、次の工程を有する。（１）導電性Ｓｉ基板を用意する。（２）熱酸化によりＳｉ基板に隔壁層を形成する。（３）フォトリソグラフィにより隔壁層に空隙部のパターンを形成する。（４）空隙部をシリコンが露出するまでエッチングして、隔壁層に空隙部と隔壁部を形成する。（５）空隙部底面に上下電極間絶縁膜となる絶縁層を形成するため、再びＳｉ基板を熱酸化し、酸化膜を形成する。（６）空隙部上面からＳＯＩ基板を接合する。（７）導電性Ｓｉ基板に溝を設け、エレメントごとに電極を分離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒｅｎｃｈ−ｉｓｏｌａｔｅｄ  ｔｈｒｏｕｇｈ−ｗａｆｅｒ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ  ｗｉｔｈ  ２ｄ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ａｒｒａｙｓ（Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ  １３８（２００７）ＰＰ２２１−２２９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例のＣＭＵＴの製造方法では、エレメントを形成する際、同一の基材（導電性Ｓｉ基板）の上に、隔壁部と空隙部と上下電極間絶縁膜を形成し、そこに振動板（ＳＯＩ基板）を直接接合していた。この工程において、空隙部の厚さを一定にするため、隔壁層を熱酸化により形成し、この隔壁層をＳｉ基板に到達するまでエッチングして空隙部と隔壁部を形成した後に上下電極間絶縁膜を形成している。
【０００５】
従って、空隙部をパターニングした後の上記Ｓｉ基板上に、シリコンが露出した領域と二酸化シリコンがシリコンを覆った領域が存在する。しかし、酸化の進展が領域の表面状態によって異なることから、上下電極間絶縁膜を形成するための２度目の熱酸化時に、こうした表面状態の領域上への絶縁層の形成時に突起状構造が出現する場合がある。この突起状構造は、接合面同士の平坦性が要求される直接接合において、接合の信頼性を低下させる要因となっていた。このため、非特許文献１に記載の技術では、突起状構造をエッチングにより除去するという工程を追加して接合の信頼性を高めている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、基材と隔壁部と振動板とを少なくとも有する本発明の静電容量型電気機械変換装置の製造方法は、次の工程を有する。前記基材に前記隔壁部を形成する第１の工程。前記振動板に絶縁層を形成する第２の工程。前記絶縁層を界面として前記基材と前記振動板とを接合する第３の工程。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、本発明の静電容量型電気機械変換装置は、次の特徴を有する。第１の電極を有する基材と、絶縁層及び第２の電極を有する振動板を備える。振動板としてシリコンを採用する場合には、シリコンは導電性を有するため、両面に夫々絶縁層及び第２の電極を形成する。絶縁性の材料で振動板を形成する場合には、振動板の一方の面に導電性膜（例えば金属）で電極を形成し、更に絶縁層を（金属電極の場合は低温で）形成し、基材と接合する。そして、前記基材及び前記振動板の間に空隙部、隔壁部及び前記絶縁層を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は前記空隙部及び前記絶縁層を介して対向しており、前記隔壁部は前記空隙部の外周を画して前記振動板を可動に支持する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基材と振動板上に夫々隔壁部と絶縁層を形成するため、良好な表面状態で絶縁膜を形成することができる。このため、作製工程において、接合面に荒れを発生させる恐れがある突起状構造物を接合界面に生成する過程がなく、接合の信頼性を向上させることが可能である。よって、振動板と隔壁部との接合の信頼性が上がることから、超音波トランスデューサなどの静電容量型電気機械変換装置の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の静電容量型電気機械変換装置の製造手順に関する工程図。
【図２】実施例１の製造手順に関するフローチャート。
【図３】本発明の実施例２の静電容量型電気機械変換装置を説明する図。
【図４】本発明の実施例３の静電容量型電気機械変換装置及びその製造手順の図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の特徴は、接合界面に突起状構造物を生成する恐れのある過程を無くして接合の信頼性を向上できる様に、基材上に隔壁層を形成する過程を経て隔壁部を形成し、振動板の少なくとも空隙部と接する部分に絶縁層を形成することである。この考え方に基づいて、以下に説明する具体的な実施例を構成することができる。
【００１１】
以下、図面を参照して、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１は、基材と隔壁部と振動板とを少なくとも有する静電容量型電気機械変換装置及びその製造方法である。本実施例は、基材に隔壁部を形成する第１の工程と、振動板に絶縁層を成膜する第２の工程と、絶縁層を界面として基材と振動板とを接合する第３の工程とを有する。製造手順に関する工程図である図１と製造手順に関するフローチャートである図２を用いて、本実施例のプロセスフローを説明する。
【００１２】
始めに、表面の少なくとも一部分に第１の電極となる導電性部分を有する基材として使用するＳｉ基板１００を用意する。ここでは、Ｓｉ基板１００は、後に、第１の電極である下部電極及び貫通配線として使用するため、低抵抗率のものを用いることが好ましい。本実施例では、厚さ５２５μｍ、比抵抗０．０２Ω・ｃｍ未満のＳｉ基板を用いる。次に、絶縁性を有する隔壁層を成膜するため、Ｓｉ基板１００表面をパイロジェニック酸化し、１μｍの厚さの酸化膜１０１を形成する（図２のＳ１０１）。次に、酸化膜１０１に、リソグラフィにより空隙部及び隔壁部のパターンを形成する。そして、リソグラフィ済みの酸化膜１０１を、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によりＳｉが露出するまでエッチングし、空隙部１０１１及び隔壁部１０１２を形成する（Ｓ１０２）。図１（Ａ）は、空隙部１０１１を形成後のウェハの断面図である。酸化膜１０１はＳｉ基板１００までエッチングされ、空隙部１０１１と隔壁部１０１２がＳｉ基板１００上に形成されている。
【００１３】
次に、ＳＯＩ基板上１２０を用意する。ＳＯＩ基板１２０は、厚さ１．５μｍのデバイス層１２１、厚さ０．４μｍの埋め込み酸化膜層１２２、厚さ５００μｍの支持基板層１２３で構成されている。このうち、デバイス層１２１を振動板として使用する。ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁層を製造するため、ＳＯＩ基板１２０をパイロジェニック酸化し、厚さ１５００Åの酸化膜１２４を形成する（Ｓ１０３）。図１（Ｂ）は、酸化膜（絶縁層）１２４を形成後のＳＯＩウェハ１２０の断面図である。
【００１４】
次に、Ｓｉ基板１００とＳＯＩ基板１２０を酸化膜（隔壁層）１０１及び酸化膜（絶縁層）１２４を界面として接合する（Ｓ１０４）。２枚の基板を接合するため、酸化膜１０１及び酸化膜１２４の表面をＮ２プラズマ処理する。そして、オリフラの突合せによりＳｉ基板１００及びＳＯＩ基板１２０の位置合わせを行う。更に、温度３００℃、５００Ｎの荷重条件にて接合を行う。図１（Ｃ）は、Ｓｉ基板１００とＳＯＩ基板１２０との接合後の両基板の断面図である。
【００１５】
次に、ＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３及び埋め込み酸化膜層１２２をエッチングにより除去する（Ｓ１０５）。ＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３はＤｅｅｐＲＩＥにより、埋め込み酸化膜層１２２はＢＨＦにより、その他の層とは選択的に除去する。これにより、デバイス層１２１のみがＳｉ基板１００上に残る。以後、デバイス層１２１を振動板１２１とも呼ぶ。このとき、Ｓｉ基板１００の裏面にある熱酸化膜及びＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３裏側にある熱酸化膜も共にＢＨＦで除去する。図１（Ｄ）は、ＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３及び埋め込み酸化膜層１２２を除去した後のＳｉ基板１００の断面図である。
【００１６】
次に、上部電極引出し孔を作製する（Ｓ１０６）。図１（Ｄ）で作製した基板の振動板１２１側にフォトリソグラフィにより上部電極引出し電極のレジストパターンを作製する。レジストパターンをマスクとして、振動板１２１をＳｉ−ＤｅｅｐＲＩＥにより酸化膜１２４までエッチングし、貫通エッチング孔を作成する。更に、レジストパターンをマスクとして、酸化膜１２４及び酸化膜１０１にＣＦ４によるドライエッチングを行い、Ｓｉ基板１００まで貫通させる。こうして上部電極引出し孔１０２を作製する。図１（Ｅ）は振動板１２１側からＳｉ基板１００まで上部電極引出し孔を形成した後の断面図である。
【００１７】
次に、第２の電極である上部電極及び上部電極引出し電極を作製する（Ｓ１０７）。図１（Ｅ）で作製した基板の振動板１２１側から蒸着によりＡｌ層を形成する。この時、上部電極引出し孔１０２にもＡｌ層が形成され、Ｓｉ基板１００との導通が取れる。更に、Ａｌ層にフォトリソグラフィを行い、上部電極のレジストパターンを作製する。レジストパターンをマスクとしてＡｌ層をウェットエッチングし、上部電極１０３を作製する。図１（Ｆ）は上部電極１０３を作製した後の断面図である。
【００１８】
次に、構造保持用の水晶基板の貼り付けを行う（Ｓ１０８）。水晶基板１４０を用意し、図１（Ｆ）で作製した基板の上部電極１０３にドライレジストフィルム１４１を用いて水晶基板１４０を貼り付ける。図１（Ｇ）は、水晶基板１４０を貼り付けた後の断面図である。
【００１９】
次に、Ｓｉ基板１００において下部電極の分離を行う（Ｓ１０９）。Ｓｉ基板１００に対して、裏側からＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行い、厚さを５２５μｍから１００μｍまで薄くする。Ｓｉ基板１００は下部電極であると同時にＳｉ基板裏面への貫通配線としての役割を担い、薄膜化により配線抵抗を小さくできる。更に、Ｓｉ基板１００の裏側からフォトリソグラフィを行い、下部電極のレジストパターンを作製する。レジストパターンをマスクとしてＳｉ基板１００をＤｅｅｐＲＩＥにより深堀加工し、下部電極１００１及び上部電極引出し配線１００２を夫々独立電極として分離するための溝１００３を形成する。溝１００３は、隣り合うエレメント（複数のセルを含む）の間に設けられ、Ｓｉ基板１００を貫通し、酸化膜１０１に到達する。これにより、隣り合うエレメント同士の電気的絶縁を実現できる。溝１００３を形成後、エッチングマスクに用いたレジストを、アセトン及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で洗浄して除去する。図１（Ｈ）は、下部電極１００１の分離を行った後の断面図である。
【００２０】
次に、下部電極１００１及び上部電極引出し配線１００２の夫々にＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ−Ｂｕｍｐ−Ｍｅｔａｌ）層を形成する（Ｓ１１０）。ＵＢＭ層はＴｉ、Ｎｉ、Ａｕの３層からなり、蒸着により作製される。ここで、下部電極パッド１０４、上部電極パッド１０５とする。上下電極間のショートを防止するため、下部電極間の溝に金属が入らない様に、溝１００３の中心軸に対して４５度の角度からＴｉ／Ｃｕ／Ａｕを蒸着する。図１（Ｉ）は、下部電極パッド１０４を作製した後の断面図である。
【００２１】
次に、ガラス製配線基板との接合を行う（Ｓ１１１）。ガラス基板１６０上には下部電極用パターン１６１、上部電極用パターン１６２及び配線（不図示）が形成されている。ボールマウンタを使用して半田ボールを下部電極用パターン１６１、上部電極用パターン１６２に搭載し、リフローを行うことで半田バンプ１６４を作製する。このガラス基板１６０上の電極パターンと図１（Ｉ）で作製したウェハの下部電極パッド１０４、上部電極パッド１０５との位置合わせを行い、リフローによって接合を行う。図１（Ｊ）は、ガラス基板１６０とデバイスとを接合した後の断面図である。次に、構造保持用の水晶基板１４０を剥離する（Ｓ１１２）。図１（Ｊ）で作製した基板をアセトンに浸漬し、ドライレジストフィルム１４１を溶解させて水晶基板１４０を分離する。図１（Ｋ）は、水晶基板１４０を分離した後の断面図である。以上の工程により、基材及び振動板の間に空隙部、隔壁部及び絶縁層を備え、上下電極が空隙部及び絶縁層を介して対向し、隔壁部が空隙部の外周を画して振動板を可動に支持する静電容量型電気機械変換装置が作製される。
【００２２】
以上に説明した様に、本実施例では、隔壁層を構成する酸化膜１０１を基材となるＳｉ基板１００上に形成し、絶縁層を構成する酸化膜１２４を、振動板となるＳＯＩ基板のデバイス層１２１上に形成した。このため、接合界面に突起状構造物を生成する過程がなく、均一な表面状態で絶縁層を形成でき、接合の信頼性を向上できる。また、二酸化シリコンによる熱酸化膜を隔壁層及び絶縁層に使用したため、膜厚の制御性が良く、空隙部及び絶縁層の厚さを所望の値に構成し易い。また、膜の緻密性が高いため、絶縁層を薄くすることが可能であり、高感度化が期待できる。更に本実施例によれば、空隙部及び隔壁部を構成する隔壁層と、下部電極（エッチングにより溝を構成し電気的分離を行う）とが、同一のウェハ内にあることから、作製時に空隙部と電極分離部とのアライメント精度を高くできる。隔壁層が基材と別のウェハ上に形成される場合、空隙部と下部電極のアライメントのために、接合前と接合後に２回の両面アライメントが必要となり、アライメント精度を下げる原因となる。このため、デバイス作製時の回転方向の位置合わせズレ等によるデバイスの不良を防止するための設計余裕を小さくすることが可能になる。このことから、一エレメント中で空隙部を配置できる範囲が拡大できるため、デバイスの有効面積が向上し、高感度なデバイスを構成できる。
【００２３】
本実施例では、隔壁層と絶縁層を同一絶縁材質で形成することにより、更に信頼性を高めることが可能である。本実施例では一例として、基材と振動板をシリコンで形成し、隔壁層と絶縁層を酸化シリコンで形成している。より詳細には、単結晶シリコンの基材及び振動板に熱酸化で夫々二酸化シリコンを形成しているが、これだけに限定されない。例えば、気相堆積法により作製した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜をＮ２雰囲気中で熱処理により改質することで形成される緻密な絶縁膜でもよい。何れの製法の絶縁膜を選択する場合でも、基材及び振動板上に同一の材料で隔壁層及び絶縁層を形成し接合することで、同じ物性の材料同士での基材と振動板との貼り合わせとなり、信頼性の高い接合が実現できる。つまり、接合強度が高まり、剥離が発生し難くなる。また、接合面の荒れが起きにくく、接合の信頼性を向上させることができる。また、振動板としては、工程の容易さも考慮してＳＯＩ基板のデバイス層（シリコン：導電材料）を用いたが、振動板の材料としては絶縁材料を用いることもできる。この場合には、振動板の一方の面に導電性膜（例えば金属）で電極を形成し、更に絶縁層を（前記電極が金属である場合は低温で）形成し、基材と接合する方法を採用することができる。
【００２４】
なお、本実施例では、工程（Ｓ１０５）と同時にＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３の裏面に成膜された酸化膜をＢＨＦにて除去する製造方法を説明している。しかし、これに限らず、支持基板層１２３の裏面に成膜された酸化膜がＵＢＭ層を形成する工程（Ｓ１１０）前までに除去されていれば、工程上差し支えない。熱酸化で成膜された二酸化シリコン層の応力により発生するＳＯＩ基板の撓みを抑止する効果があることから、ＳＯＩ両面に熱酸化膜を成膜した状態で、振動板を接合する工程を行うと、接合の信頼性が向上する。
【００２５】
（実施例２）
実施例２を説明する。本実施例に係る静電容量型電気機械変換装置では、振動板より小さな線膨張係数を有する材料からなる絶縁層を、振動板の空隙部側に備える。静電容量型電気機械変換装置では、隔壁部では下部電極と上部電極が離間しており、逆に空隙部では上部電極が下部電極に近いことが望ましい。隔壁部上に固定された振動板と下部電極を有する基材との間の静電容量（無効容量）はセンサとしては機能せず、後段の処理回路でのノイズの発生要因となる。隔壁部を厚く構成することで、無効容量を小さくすることができる。これに対し、空隙部に形成された振動板はセンサとして機能している。振動板上に設けられた上部電極と下部電極が接近している方が静電容量（有効容量）は大きく、振動板の同じ変位量に対して大きな静電容量変化が発生する。すなわち、高感度のセンサを構成できる。
【００２６】
このことから、静電容量型電気機械変換装置では、無効容量を小さくしつつ、有効容量を大きくすることが望ましい。一般的に静電容量型電気機械変換装置の空隙部内は低圧に保たれ、大気圧により振動板は空隙部側に撓んでいる。更に、感度を向上させるため静電容量型電気機械変換装置では上部電極と下部電極の間に高い電圧をかけ、振動板を下部電極に向けて引っ張ることで無効容量を小さくしつつ、有効容量を大きくする構成が知られている。
【００２７】
振動板上に絶縁層を備えるデバイスにおいて、異なる材質の膜（振動板と絶縁層）間では応力が作用する。この応力を調整することにより、振動板を下側に撓ませれば、上部電極と下部電極の間にかける電圧を小さくしつつ、高感度なデバイスを構成できる。この構成を実現するため、本実施例に係るデバイスでは、振動板より線膨張係数の小さい材質で構成される絶縁層を、振動板の空隙部側に形成する。本実施例に係るデバイスでも、下部電極を有する基材と、上部電極を有する振動板と、前記基材及び前記振動板の間に空隙部、絶縁層、隔壁部とを備える。また、下部電極と上部電極は空隙部及び絶縁層を介して対向しており、隔壁部は空隙部の外周を構成し振動板を支持している。更に、振動板は空隙部側に熱酸化膜による絶縁層を有している。
【００２８】
図３（Ａ）、（Ｂ）は夫々、本実施例に係る静電容量型電気機械変換装置の断面図と上面図である。図３（Ｂ）は上面図であるが、分かり易くするため図３（Ａ）に対応するハッチングを用いた。また、図３（Ｃ）は、上下電極及び空隙部を有するセルを複数含むエレメントを拡大した断面図である。図３では、図１を用いた製造手順の説明において既出の構成要素ついては、同番号を付す。図３（Ａ）では２エレメント分の断面図を示しているが、これ以外のエレメント数のデバイスも同様に製造可能である。
【００２９】
本実施例の静電容量型電気機械変換装置は、ガラス基板１６０と、下部電極１００１を兼ねるＳｉ基板と、振動板１２１で構成されている。振動板１２１のＳｉ基板側には、熱酸化により形成された酸化膜層１２４が形成され、Ｓｉ基板と逆側にはＡｌ電極１０３が形成されている。Ｓｉ基板は、下部電極１００１と上部電極引出し電極１００２となっており、１つのエレメントごとに分離用の溝で分割されている。下部電極１００１上には、熱酸化膜で構成された隔壁層に隔壁部１０１２と空隙部１０１１が形成されている。ガラス基板１６０は、信号処理回路と、夫々下部電極パッド１０４及び上部電極パッド１０５とのインターフェースとなる下部電極用パターン１６１及び上部電極用パターン１６２と、信号処理回路と電極パッドを結ぶ配線（不図示）とで構成されている。上部電極１０３は上部電極引出し配線１００２に接続されている。上部電極引出し配線１００２は上部電極パッド１０５を通じてガラス基板上の上部電極用パターン１６２に接続される。ここでは、上部電極は全てのエレメントで繋がっており、複数の上部電極をまとめて１つの上部電極引出し電極１００２に接続している。ガラス基板上の回路は上部電極用パターン１６２にＤＣ電圧を印加する。これに対し、下部電極１００１は夫々のエレメントで独立している。下部電極１００１は下部電極パッド１０４を通じてガラス基板１６０上の下部電極用パターン１６１に接続される。下部電極用パターンは複数あり、電流検出回路に夫々接続される。
【００３０】
図３（Ｂ）を用いてより詳しく説明する。１つの空隙部１０１１に対応するセルを複数含む１つのエレメントは振動板１２１、絶縁膜１２４、空隙部１０１１の周囲を囲む隔壁部１０１２、上部電極１０３、下部電極１００１、下部電極パッド１０５からなる。空隙部１０１１を挟んで振動板１２１とＳｉ基板の下部電極１００１が対向する構造で、１つのエレメントは複数の空隙部１０１１を備える。上部電極と下部電極との間の空隙部は、複数の隔壁部１０１２で画成される構造となっている。夫々の材質は、振動板１２１が単結晶Ｓｉ、絶縁膜１２４が二酸化シリコン、隔壁部１０１２が二酸化シリコン、上部電極１０３がＡｌ、下部電極１００１がＳｉ、下部電極パッド１０４が積層構造のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕである。Ｓｉ基板１００とガラス基板１６０との間は、半田バンプ１６４により接合されている。
【００３１】
本実施例において、絶縁膜１２４は振動板１２１の一部を熱酸化することにより形成された二酸化シリコンである。熱酸化では、１０００℃を超える温度で二酸化シリコンを形成する。これが常温に戻ると、熱膨張率が比較的低い二酸化シリコンに対して、熱膨張率の比較的高いシリコンは大きく熱収縮する。シリコンの振動板上に形成された絶縁層は二酸化シリコンから力を受け、シリコン（振動板）を内側として反りが発生する。本実施例では、振動板１２１と絶縁膜１２４は、空隙部１０１１側に凸の形状を示すこととなる。熱酸化による二酸化シリコン層を有するシリコン製振動板１２１は空隙部１０１１側への撓みが大きくなる。よって、隔壁部１０１２上での下部電極１００１からの距離と、空隙部１０１１での下部電極１００１からの距離との比は、背景技術のシリコン薄膜のみで構成された振動板と比べて大きくなる。通常の構成では上部電極と下部電極との間に高い電圧をかけて振動板の撓みを大きくする構成となっているが、撓みを持った振動板を利用する構成では、低電圧で大きな撓みを実現できる。このことから、高感度なデバイスを製造可能となる。
【００３２】
次に、各部の寸法について説明する。エレメントは１辺が２５０μｍの正方形形状であり、振動板１２１は厚さ１．５μｍである。空隙部１０１１は、直径５０μｍ、深さ１μｍである。溝１００３は、幅５０μｍ、深さ１００μｍである。上部電極引出し配線１００２は幅１００μｍである。下部電極１００１の幅は２５０μｍ、厚さは１００μｍで溝１００３の深さと等しい。下部電極パッド１０４は２５０μｍ×２５０μｍ、厚さは３３０ｎｍである。ただし、これらの値は一例であり、他の値をとることも可能である。
【００３３】
以上に説明した様に、本実施例では、振動板より小さな線膨張係数を有する材料を高温条件下で成膜した絶縁層を振動板の空隙部側に備えるため、振動板は大気圧のみによる撓みより大きく下側（空隙部側）に凸の形状となる。これにより、有効容量を大きくすることができ、寄生容量を小さくできるため、高感度化を図ることが可能になる。
【００３４】
本実施例では、空隙部側に熱酸化膜を有する単結晶シリコン振動板を備える静電容量型電気機械変換装置について説明したが、これだけに限らない。高温条件下での気相堆積法により形成した酸化膜を用いても、同様に該酸化膜を有する振動板は下側（空隙部側）に凸の形状となる。また、振動板より大きな圧縮応力を有する絶縁膜を振動板の空隙部側に形成することでも同様の効果が得られる。ここで圧縮応力とは、膜が面内で圧縮される方向の力に対抗する（すなわち、広がる方向に作用する）力であり、逆に引張応力とは、膜が面内で引っ張られる方向の力に対抗する（すなわち、圧縮される方向に作用する）力である。こうした変形例としては、絶縁膜１２４がＴＥＯＳ（テトラエトシキシラン）酸化膜であるものがある。この変形例では、絶縁膜はＴＥＯＳ膜であり、成膜時のＴＥＯＳソースの流量を調整することにより、圧縮応力を持つ膜を構成する。この場合、振動板の下に、振動板より大きな圧縮応力を有する膜が形成されているため、振動板は下側に凸の形状を示す。
【００３５】
（実施例３）
実施例３は、絶縁層と反対側に、振動板に応力を及ぼす応力調整膜が成膜されていることを特徴とする。すなわち、その製造方法は、絶縁層を形成した側とは反対側の振動板の面上に、第２の電極である上部電極及び振動板に及ぼす応力を調整するための応力調整膜を形成する工程を有する。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施例のデバイスの断面図と上面図である。図４（Ｂ）は上面図であるが、分かり易くするため図４（Ａ）に対応するハッチングを用いた。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の１つのエレメントを拡大して示す断面図である。
【００３６】
本実施例は、応力調整膜１０６として、Ｓｉの振動板１２１に引張応力を作用させるＴＥＯＳ酸化膜が振動板上に形成されている点が実施例２と異なる。振動板１２１上にはパターニングされたＡｌ電極１０３があり、その上から応力調整膜１０６が形成される。これにより、振動板１２１には引張応力が作用し、空隙部１０１１側に撓む。実施例２で述べた様に、無効容量を小さくしつつ有効容量を大きくするためには、隔壁部１０１２と空隙部１０１１とでの上下電極間距離の差を大きくすることが有効である。本実施例によれば、絶縁層１２４の応力のみならず、応力調整膜１０６の応力も利用して振動板１２１の撓みを大きくすることが可能になるため、実施例２のデバイスより低電圧で駆動可能なデバイスを提供できる。
【００３７】
図４（Ｄ）は、本実施例の静電容量型電気機械変換装置の製造方法に関するフローチャートである。上部電極を形成した（Ｓ１０７）後に、引張応力を持つ様に応力調整膜を成膜する工程（Ｓ２０１）を備える点が実施例２と異なる。その他は、実施例２と同じである。
【００３８】
本実施例では、振動板に引張方向の応力を及ぼす応力調整膜を振動板上に備えるが、高温の条件下で成膜され振動板より大きな線膨張係数を有する材料からなる応力調整膜を備えてもよい。この場合も、振動板は下側に凸に変形する力を受けることになるため、本実施例と同様の効果が発揮される。また、本実施例では、振動板に引張方向の応力を及ぼす応力調整膜を形成したが、逆に圧縮方向の応力を及ぼす応力調整膜を形成してもよい。実施例１の様にＳＯＩ基板を用いず、振動板のみを隔壁層１０１に接合する場合、振動板につけた絶縁層１２４の膜応力により、接合前に振動板が撓むことが懸念される。振動板に絶縁層に加えて応力調整膜を成膜することにより、接合前の振動板の撓みを抑制し、良好な接合結果を得ることが期待できる。こうした変形例によれば、絶縁層１２４からの応力による振動板の撓みを制御し、デバイス作製時に発生する振動板形状の変化を抑え、所望形状の静電容量型電気機械変換装置を構成することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１００…基材（Ｓｉ基板）、１０１…隔壁層、１０３…第２の電極（上部電極）、１０６…応力調整膜、１２１…振動板（デバイス層）、１２４…絶縁層（酸化膜）、１００１…第１の電極（下部電極）、１０１１…空隙部、１０１２…隔壁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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