(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極として機能する基板と、第二の電極として機能する部分を含む振動膜と、前記基板と前記振動膜との間に間隙が形成されるように前記振動膜を支持する振動膜支持部と、から構成されるセルと、前記基板上に配された絶縁物と、該絶縁物上に該絶縁物と接して配置され前記セルより幅が小さく形成された前記セルの引き出し配線と、を有し、
前記絶縁物は前記振動膜支持部の厚さよりも厚いことを特徴とする電気機械変換装置。
【請求項２】
前記基板は第一の電極として機能するシリコン基板であり、前記振動膜は第二の電極として機能する単結晶シリコン振動膜であり、前記引き出し配線は前記単結晶シリコン振動膜と電気的に接続されている請求項１に記載の電気機械変換装置。
【請求項３】
前記絶縁物は、熱酸化物である請求項１または２に記載の電気機械変換装置。
【請求項４】
前記絶縁物の厚さは、前記振動膜支持部の厚さと前記振動膜の厚さとを合わせた厚さ以上である請求項1乃至３のいずれか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項５】
前記セルを複数含む素子の周囲のシリコン層に形成された溝により各素子間の電気的絶縁をする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【請求項６】
基板と、振動膜と、前記基板と前記振動膜との間に間隙が形成されるように前記振動膜を支持する振動膜支持部と、から構成されるセルを有する電気機械変換装置の作製方法であって、
第一のシリコン基板の一方の表面に絶縁層を形成し、前記間隙となる凹部と前記振動膜支持部となる部分を形成する工程と、
第二のシリコン基板を前記絶縁層に接合する工程と、
前記第二のシリコン基板を薄化し少なくとも前記振動膜となる部分を含むシリコン層を形成する工程と、
前記振動膜となる部分以外のシリコン層の部分の酸化を行う工程と、
前記酸化工程で生成された酸化物の上に導電層を形成し前記セルの引き出し配線を形成する工程と、を有することを特徴とする電気機械変換装置の作製方法。
【請求項７】
前記第二のシリコン基板としてＳＯＩ基板を用いる請求項６に記載の電気機械変換装置の作製方法。
【請求項８】
前記酸化工程の前に、前記シリコン層の前記振動膜となる部分を少なくとも保護する保護膜を形成する工程と、
前記酸化工程の後に、前記保護膜を除去する工程と、をさらに有し、
前記酸化工程では、前記保護膜を形成した前記振動膜となる部分以外のシリコン層の部分の熱酸化を行うことで、前記酸化物を形成する請求項６又は７に記載の電気機械変換装置の作製方法。
【請求項９】
前記保護膜として、窒化シリコン膜を形成する請求項８に記載の電気機械変換装置の作製方法。
【請求項１０】
前記第二のシリコン基板としてＳＯＩ基板を用い、前記第二のシリコン基板を薄化する際、前記ＳＯＩ基板の酸化シリコン層と表面シリコン層とを残し、
前記保護膜として、前記酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上に形成する前記窒化シリコン膜とからなる二層構造を形成する請求項９に記載の電気機械変換装置の作製方法。
【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として用いられる静電容量型の電気機械変換装置等の電気機械変換装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロマシニング技術によって製造される微小機械部材はマイクロメータオーダの加工が可能であり、これらを用いて様々な微小機能素子が実現されている。このような技術を用いたＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）等の静電容量型の電気機械変換装置は、圧電素子の代替品として研究されている。こうした静電容量型電気機械変換装置によると、振動膜の振動を用いて超音波を送信、受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性を容易に得ることができる。
【０００３】
こうした静電容量型電気機械変換装置として、シリコン基板上に接合等により形成した単結晶シリコン振動膜を用い、複数の上部電極を接続する配線と下部電極との間の寄生容量を低減した装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、シリコン基板を下部電極として用い、単結晶シリコン振動膜上に上部電極を有する。各振動膜上の上部電極は配線によって接続されており、下部電極と配線との間の振動膜支持部が空洞を有することによって、配線と下部電極との間に発生する寄生容量を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０９８４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の如きシリコン基板上に単結晶シリコン振動膜を接合等により形成した静電容量型電気機械変換装置において、単結晶シリコン振動膜を含むシリコン層を電極として用い、さらに、シリコン基板も他方の電極として用いることができる。しかしながら、このような構成では、単結晶シリコン振動膜を有するシリコン層とシリコン基板との間に寄生容量が発生しやすい。特に、引き出し配線をシリコン層上に形成して装置の電気信号の受け渡しを行う場合、引き出し配線とシリコン基板との間に大きな寄生容量が発生しやすい。この寄生容量により、ノイズの増大、広帯域特性の劣化や感度の低下が発生することになる。
【０００６】
また、上記の如き単結晶シリコン振動膜を用いる静電容量型電気機械変換装置において、引き出し配線下に絶縁物を形成することにより寄生容量を低減できるが、振動膜を形成した後に前記絶縁物を形成すると、振動膜上に絶縁物が堆積してしまう。この絶縁物は単結晶シリコン部分と一緒に振動膜として機能するため、振動膜全体として厚みバラツキを発生する可能性がある。また、振動膜上の絶縁物を除去する場合は、除去の際に振動膜の厚みバラツキが発生することがある。これによって、単結晶シリコン振動膜のバネ定数バラツキやたわみバラツキが発生し、静電容量型電気機械変換装置の均一性が低下するため、装置の性能バラツキが大きくなることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置は、第一の電極として機能する基板と、第二の電極として機能する部分を含む振動膜と、前記基板と前記振動膜との間に間隙が形成されるように前記振動膜を支持する振動膜支持部と、から構成されるセルと、前記基板上に配された絶縁物と、該絶縁物上に該絶縁物と接して配置され前記セルより幅が小さく形成された前記セルの引き出し配線と、を有し、前記絶縁物は前記振動膜支持部の厚さよりも厚いことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題に鑑み、本発明の作製方法は、基板と、振動膜と、前記基板と前記振動膜との間に間隙が形成されるように前記振動膜を支持する振動膜支持部と、から構成されるセルを有する電気機械変換装置の作製方法であって、次の工程を有する。第一のシリコン基板の一方の表面に絶縁層を形成し、前記間隙となる凹部と前記振動膜支持部となる部分を形成する工程。第二のシリコン基板を前記絶縁層に接合する工程。前記第二のシリコン基板を薄化し少なくとも前記振動膜となる部分を含むシリコン層を形成する工程。前記振動膜となる部分以外のシリコン層の部分の酸化を行う工程。前記酸化工程で生成された酸化物の上に導電層を形成し引き出し配線を形成する工程。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の振動膜を有する電気機械変換装置では、引き出し配線下に振動膜支持部よりも厚い絶縁物を有しているため、引き出し配線と基板側の電極間の寄生容量を低減することができる。従って、ノイズの増大、帯域幅の減少や感度の低下を防止することができる。
【００１０】
また、本発明の電気機械変換装置の作製方法では、振動膜となる部分以外のシリコン層を酸化し、その酸化物上に引き出し配線を形成する。従って、熱酸化物の存在により、引き出し配線とシリコン基板側の電極間の寄生容量を低減することができるため、ノイズの増大、帯域幅の減少や感度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態及び実施例１の電気機械変換装置を説明する図。
【図２】本発明の実施例２の電気機械変換装置を説明する。
【図３】本発明の実施形態及び実施例３の電気機械変換装置の作製方法の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の趣旨は、シリコン基板などの基板上のセルの引き出し配線が配置される部分に、振動膜支持部より厚い絶縁物を設けて、引き出し配線と基板側の電極間の寄生容量を低減することにある。
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態の静電容量型の電気機械変換装置の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。本実施形態は、セル１と引き出し配線１２を有する。ここで、セルとは、シリコン基板と、振動膜と、シリコン基板と振動膜との間に空隙などの間隙を形成するように振動膜を支持する振動膜支持部と、から構成されるメンブレン構造体の一つ一つをいう。図１の構成では、それぞれセル１を含む４つの変換素子（エレメント）から構成されるアレイ形状であるが、素子の数は幾つでも構わない。また、各素子は、９個のセル１から構成されているが、その個数は幾つであっても構わない。
【００１４】
本実施形態のセル１は、単結晶シリコン振動膜４、間隙５、単結晶シリコン振動膜４を支持する振動膜支持部６、およびシリコン基板７で構成されている。単結晶シリコン振動膜４は、積層成膜した振動膜（例えば、窒化シリコン膜）と比較して、残留応力が殆どなく、厚みバラツキも小さく、振動膜のバネ定数のバラツキが小さい。従って、複数の素子間、あるいはセル間の性能バラツキが小さい。振動膜支持部６は、絶縁体が望ましく、酸化シリコン、窒化シリコン等である。絶縁体でない場合は、シリコン基板７と単結晶シリコン振動膜４との絶縁を行うため、シリコン基板７上に絶縁層を形成する必要がある。後述するように、シリコン基板７は、複数の素子間の共通電極として用いるので、オーミックをとり易くするため、低抵抗基板が望ましく、抵抗は０．１Ωｃｍ以下がよい。オーミックとは、電流の方向と電圧の大きさによらず抵抗値が一定であることである。
【００１５】
引き出し配線１２下部は、シリコン基板７の表面から引き出し配線下部まで絶縁物１１で形成されており、引き出し配線下部の絶縁物１１の厚さ１３は支持部６の厚さ８より厚い構成となっている。絶縁物１１は、熱酸化膜であることが望ましい。複数の素子から構成されるトランスデューサアレイの場合、この絶縁物１１は、各素子の周囲にも配置することによって、各素子間の電気的分離も行うことができる。図１では、絶縁物１１の厚さ１３は、支持部６の厚さ８と振動膜４（後述のアルミ薄膜１０を含む）の厚さとを合わせた厚さとほぼ同じに描いているが、絶縁物の厚さを、振動膜支持部の厚さと振動膜の厚さとを合わせた厚さ以上とすることもできる。
【００１６】
本構成によって、貫通配線を形成せずに、引き出し配線を通してトランスデューサアレイの電気信号の受け渡しをすることができる。また、引き出し配線１２と共通電極（第一の電極）として機能するシリコン基板７との距離を離すことができるので、寄生容量を低減することができる。従って、寄生容量によるノイズの増大、感度の低下や帯域の減少を防止できる。特に、アレイ形状の場合、各素子の引き出し配線の長さが異なることがある。その場合、素子ごとに寄生容量、抵抗が異なるため、素子ごとに感度、帯域、ノイズ量が異なることになる。本実施形態の静電容量型電気機械変換装置では、引き出し配線１２と共通電極となるシリコン基板７との距離を離すことができるので、アレイ形状であっても、ノイズの増大、感度の低下や帯域の減少を防止することができる。
【００１７】
本実施形態の駆動原理を説明する。各素子は、共通のシリコン基板７上に形成されており、これを共通の電極（第一の電極）として用いることができる。また、単結晶シリコン振動膜は素子毎の電極（第二の電極）として機能する。単結晶シリコン振動膜と引き出し配線１２とが電気的に接続されていることで、素子毎の電気信号は引き出し配線１２を通して引き出すことができる。静電容量型電気機械変換装置で超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、直流電圧（例えば、１００Ｖ以下の直流電圧）をシリコン基板７に印加しておく。超音波を受信すると、単結晶シリコン振動膜４が変形するため、振動膜４とシリコン基板７との間の間隙５の距離が変わり、静電容量が変化する。この静電容量変化によって、引き出し配線１２に電流が流れる。この電流を、図示しない電流−電圧変換素子によって、電圧として検出し超音波を受信することができる。また、シリコン基板７あるいは単結晶シリコン振動膜４に直流電圧と交流電圧を印加し、静電気力によって、単結晶シリコン振動膜４を振動させることができる。これによって、超音波を送信することができる。
【００１８】
本実施形態は、上述した様に、引き出し配線１２の下のシリコン層を絶縁物１１にしているため、引き出し配線１２とシリコン基板７との間に発生する寄生容量を低減できる。よって、寄生容量により発生するノイズの増大、感度の低下や帯域の減少を防止することができる。また、積層して作製する振動膜、例えば窒化シリコン膜を振動膜として用いた装置と比較して、単結晶シリコン振動膜を用いることにより、膜厚制御が容易になり、残留応力が少なくなる。また、単結晶シリコン振動膜上に、残留応力の大きな材料が堆積せず、振動膜の主材料が残留応力の少ない単結晶シリコンである。従って、振動膜のバネ定数のバラツキ、振動膜のたわみバラツキを低減できるので、セル間、素子間の性能バラツキが非常に小さく、送信、受信特性を安定にすることができる。
【００１９】
また、第一の基板に振動膜支持部、間隙を作製し、ここへの第二の基板の接合によって作製することができるため、単結晶シリコン振動膜とシリコン基板との距離バラツキを低減することができる。従って、セル間、素子間の受信、送信感度バラツキを低減することができる。また、絶縁物は、熱酸化物であることが望ましい。熱酸化物は、シリコンも消費されて熱酸化膜を形成するため、例えば、１μｍのシリコン層を熱酸化すると、約２μｍの熱酸化物を形成することができる。従って、引き出し配線１２とシリコン基板７との間の寄生容量を一層低減することができる。
【００２０】
さらに、セルを複数含む素子の周囲のシリコン層に溝を形成し、複数の素子間の電気的分離を行う構造とすることもできる。引き出し配線下部となるシリコン層の部分を熱酸化等により酸化物にする際に応力が発生するが、この素子分離構造によって、その応力によるシリコン振動膜４のたわみを抑制することができる。
【００２１】
図３を用いて、本実施形態の作製方法の一例を説明する。図３は、静電容量型電気機械変換装置の断面図であり、図１の構成とほぼ同様の構成である。図３（ａ）に示すように、第一のシリコン基板５０上に絶縁層５１を形成し、間隙５２となる凹部及び振動膜支持部となる部分を形成する。第一のシリコン基板５０の抵抗率は、０．１Ω・ｃｍ以下程度が望ましい。絶縁層５１は、本工程の後工程において、単結晶シリコン振動膜を形成するための第二のシリコン基板５３との直接接合を実施する場合、熱酸化による酸化シリコン膜が望ましい。直接接合では、接合される基板の高い平坦性、低い表面粗さなどが必要であり、熱酸化による酸化シリコン膜は平坦性が高く、基板の表面粗さを増大させない材料であり、直接接合が容易なためである。間隙５２は、フォトリソグラフィ、エッチングにより形成する。
【００２２】
次に、図３（ｂ）に示すように、単結晶シリコン振動膜を形成するための第二のシリコン基板５３を直接接合により接合する。直接接合では、基板表面を活性化させて接合する方法や、水分子を介して接合し、その後加熱することによって、接合強度を向上する方法等がある。図３（ｂ）に図示するように、本工程で、単結晶シリコン振動膜を形成する第二のシリコン基板５３として、ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）基板を用いることもできる。ＳＯＩ基板は、シリコン基板（ハンドル層）５６と表面シリコン層（活性層）５４の間に酸化シリコン層（ＢＯＸ層）５５を挿入した構造の基板である。ＳＯＩ基板を用いた場合は、ＳＯＩ基板の活性層５４を、単結晶シリコン振動膜を含むシリコン層として用いることができるため、活性層側を接合する。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、第二のシリコン基板５３を薄化し、単結晶シリコン振動膜を有するシリコン層上に保護膜５８を形成する。単結晶シリコン振動膜を形成するシリコン層は、数μｍ以下が望ましいため、第二のシリコン基板５３に対してエッチングあるいはグラインディング、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（ＣＭＰ）を行って、薄化を行う。
【００２４】
図３（ｃ）に図示するように、第二のシリコン基板として、ＳＯＩ基板を用いる場合、ＳＯＩ基板の薄化は、ハンドル層５６、ＢＯＸ層５５を除去することによって行う。ハンドル層５６の除去は、グラインディング、ＣＭＰ、エッチングで行うことができる。また、ＢＯＸ層５５の除去は、酸化膜のエッチング（ドライエッチングやフッ酸）により、実施することができる。フッ酸のようなウェットエッチングは、シリコンがエッチングされることを防止できるので、エッチングによる単結晶シリコン振動膜５７の厚みバラツキを低減できるため、より望ましい。単結晶シリコン振動膜を形成するＳＯＩ基板の活性層は、低い厚みバラツキで作製できるため、単結晶シリコン振動膜５７の厚みバラツキを低減することができる。従って、静電容量型電気機械変換装置の振動膜のバネ定数バラツキを低減することができるので、送信、受信時の周波数バラツキを低減することができる。また、単結晶シリコン振動膜を形成する第二のシリコン基板として、ＳＯＩ基板を用いない場合、バックグラインディング、ＣＭＰによって、２μｍ程度まで削ることが可能である。
【００２５】
保護膜５８は、本工程の後工程で実施する引き出し配線の下に絶縁物を形成する工程において、単結晶シリコン振動膜上に、その絶縁物が直接接触しないようにするためである。絶縁物として、熱酸化による酸化シリコン膜を用いる場合、単結晶シリコン振動膜は酸化されてしまい、厚みバラツキが発生する。熱酸化によって形成される酸化シリコン膜は、シリコン表面が所望の成膜量の５０％程度酸化されることによって形成される。従って、保護膜としては、熱酸化されない材料である窒化シリコン膜等がよい。
【００２６】
図３（ｃ）に図示するように、保護膜は、ＳＯＩ基板のＢＯＸ層５５を除去せずに残して利用するとともに、ＢＯＸ層５５と、その上に形成した窒化シリコン膜５８とから構成される二層構造にすることができる。ＳＯＩ基板を用いない場合、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）により、酸化膜を形成し、その上に形成した窒化シリコン膜から構成される二層構造にすることができる。単結晶シリコン振動膜上に形成された膜を除去するときに、単結晶シリコン振動膜がエッチングされると、厚みバラツキが発生するので、振動膜のバネ定数バラツキや、振動膜のたわみバラツキが発生する。従って、単結晶シリコン振動膜がエッチングされないフッ酸等のウェットエッチングにより保護膜を除去するのか望ましいので、酸化シリコン膜を単結晶シリコン振動膜直上に形成し、その上に窒化シリコン膜等を形成しておくことが望ましい。これによって、単結晶シリコン振動膜５７の厚みバラツキを発生させずに、振動膜を形成することができる。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示すように、酸化するシリコン層の箇所の保護膜を除去し、図３（ｅ）に図示するように、シリコン層の一方の表面から他方の表面まで熱酸化を行い、絶縁物５９を形成する。次に、図３（ｆ）に示すように、シリコン振動膜上の保護膜５８を除去し、絶縁物５９上に引き出し配線５０を形成する。振動膜５７上にアルミ薄膜５１等を成膜してもよい。
【００２８】
この作製方法では、単結晶シリコン振動膜の厚みバラツキやバネ定数のバラツキを低減し、性能バラツキの小さな静電容量型電気機械変換装置を容易に作製することができる。また、引き出し配線５０と共通電極であるシリコン基板５０との間の寄生容量を低減することができるので、寄生容量による感度の低下、帯域の減少やノイズの増大を防止することができる。上記バルクマイクロマシニングの作製方法は、図１に示す様な構成の装置を作製するのに好ましい方法であるが、勿論、こうした装置は他の作製方法（犠牲層エッチングを用いるサーフェイスマイクロマシニングの作製方法など）で作製することもできる。ただし、振動膜を保護膜で保護して、引き出し配線下の部分となる絶縁物を含む絶縁物を形成した後に、必要としない絶縁物と保護膜を除去する工程を適切に行う必要がある。
【００２９】
以下、より具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
（実施例１）
実施例１の静電容量型電気機械変換装置の構成を図１を用いて説明する。本実施例の静電容量型電気機械変換装置は、セル１と引き出し配線１２を有する変換素子を複数有するアレイ形状である。図１では、４つの素子のみ記載しているが、素子の数は幾つでも構わない。
【００３０】
セル１は、厚さ１μｍの単結晶シリコン振動膜４、間隙５、抵抗率が０．０１Ωｃｍの単結晶シリコン振動膜４を支持する振動膜支持部６、およびシリコン基板７で構成されている。シリコン基板７は、厚さが３００μｍで、抵抗率が０．０１Ωｃｍである。本実施例のセル１は、円形であるが、形状は四角形、六角形等でも構わない。単結晶シリコン振動膜４は単結晶シリコンが主材料であり、単結晶シリコン振動膜４上に残留応力の大きな層が形成されていないので、各素子間の均一性が高く、送受信性能のバラツキを低減できる。単結晶シリコン振動膜の導電特性を向上するため、２００ｎｍ程度のアルミ薄膜１０等を成膜することもできる。アルミ薄膜を単結晶シリコン振動膜上に形成する場合、セル１間のシリコン層を絶縁物にすることもできる。本構成により、電極間の寄生容量を低減することができる。本構成では、セル１の直径が３０μｍの円形であり、振動膜支持部６は酸化シリコンであり、支持部高さは３００ｎｍであり、間隙５のギャップは２００ｎｍである。
【００３１】
引き出し配線１２は、絶縁物１１上に形成される。引き出し配線１２下部の絶縁物の厚さ１３は、単結晶シリコン振動膜４を支持する振動膜支持部６の厚さ８より厚い構成である。引き出し配線１２はアルミであり、その幅は１０μｍ、高さは０．２μｍである。絶縁物１１は熱酸化物であり、シリコン層９の一方の表面から他方の表面まで全て熱酸化されてできた酸化物の厚みは約２μｍである。従って、シリコン層が熱酸化されていない場合と比較して、引き出し配線１２と共通電極であるシリコン基板７との間の距離を広げることができる。シリコン層が熱酸化されていない場合、引き出し配線とシリコン基板間の寄生容量は約１０ｐＦであるが、絶縁体１１を引き出し配線１２の下部に設けることにより、約１ｐＦに低減することができる。本構成により、引き出し配線下部のシリコン層を熱酸化しない場合と比較して、感度を４％、帯域を１３％増加でき、ノイズを３５％低減できる。このように、寄生容量を小さくすることができるため、感度の低下、帯域幅の減少やノイズの増大を防止することができる。
【００３２】
本実施例の駆動原理は上記実施形態のところで説明した通りである。液中と同程度の音響インピーダンスを持つ材料の中で本実施例を用いる場合、中心周波数が７ＭＨｚ程度であり、３ｄＢ周波数帯域は、２．５ＭＨｚから１１．５ＭＨｚ程度であり、広帯域特性を有する。本実施例の電気機械変換装置は、引き出し配線の下のシリコン層の一方の表面から他方の表面までが熱酸化されているため、引き出し配線と共通電極であるシリコン基板との間の寄生容量を低減できる。従って、本構成によって、寄生容量によるノイズの増大、感度の低下や帯域幅の減少を防止することができる。
【００３３】
（実施例２）
実施例２の静電容量型電気機械変換装置の構成を図２を用いて説明する。図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。実施例２の静電容量型電気機械変換装置の構成は、実施例１とほぼ同様である。実施例２では、複数のセル２１を有する各素子の周囲のシリコン層２９に溝を形成し、分離構造３１を形成することによって、各素子間の電気的絶縁を行う。さらに、引き出し配線２２の下のシリコン層を熱酸化することによって、引き出し配線２１と共通電極となるシリコン基板２７との間の寄生容量を低減している。セル２１では、振動膜支持部２６により支持された振動膜２４下に間隙２５が形成されている。振動膜２４上には、アルミ薄膜３０等を成膜することもできる。
【００３４】
本構成により、引き出し配線２２とシリコン基板７との間の寄生容量を低減して、寄生容量によるノイズの増大、感度の低下や帯域幅の減少を防止することができる。また、熱酸化する箇所を引き出し配線２２の下部のシリコン層のみにして、素子周囲のシリコン層２９を除去し分離構造３１を形成している。従って、引き出し配線２２の下部のシリコン層を酸化する場合に発生する応力の影響が各素子に及ばない構成となっている。本実施例では、各素子の周囲のシリコン層を除去しているが、配線２２周囲のシリコン層を除去しても構わない。このような構成とすることによって、各素子には、シリコン層の酸化により発生する応力によるシリコン振動膜の変形等が発生しないため、セル間、素子間のバラツキを抑制することができる。
【００３５】
（実施例３）
実施例３の静電容量型電気機械変換装置の作製方法を図３を用いて説明する。図３（ａ）に示すように、厚さ３００μｍの第一のシリコン基板５０上に熱酸化によって酸化シリコンの絶縁層５１を形成し、フォトリソグラフィ、エッチングにより、間隙５２を形成する。第一のシリコン基板５０の抵抗率は、０．０１Ω・ｃｍ程度である。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、第二のシリコン基板５３を接合し、薄化を行う。ここで、第二のシリコン基板５３はＳＯＩ基板である。ＳＯＩ基板の活性層５４の厚みは１μｍであり、ＢＯＸ層５５の厚みは０．４μｍ、ハンドル層５６の厚みは５２５μｍである。ＳＯＩ基板の活性層５４の抵抗率は、０．１Ωｃｍである。厚みバラツキが±５％以下の活性層５４を用い、活性層側を直接接合する。ＳＯＩ基板５３の活性層は、厚みバラツキが小さいため、単結晶シリコン振動膜の厚みバラツキを低減することができる。従って、静電容量型電気機械変換装置の振動膜のバネ定数バラツキを低減することができる。ＳＯＩ基板の薄化は、ハンドル層５６を除去することによって行う。ハンドル層の除去は、バックグラインディングおよびアルカリエッチングで行う。
【００３７】
次に、図３（ｃ）に示すように、振動膜５７となる活性層５４上に保護膜５８を形成する。保護膜５８は、窒化シリコン膜である。本実施例では、保護膜は、ＳＯＩ基板のＢＯＸ層５５を利用するとともに、その上に形成した窒化シリコン膜から構成される。本工程の後工程で実施するシリコン層の熱酸化工程において、保護膜は、単結晶シリコン振動膜５７上が熱酸化されないようにするためである。
【００３８】
次に、図３（ｄ）に示すように、各素子の上に保護膜５８を残すため、保護膜のフォトリソグラフィ、エッチングを行い、図３（ｅ）に図示するように、保護膜で覆われていない箇所（振動膜となる部分以外のシリコン層の部分）を酸化する。ここでは、熱酸化する。保護膜５８は、熱酸化されない窒化シリコン膜であるため、保護膜で保護している振動膜５７を含むシリコン層は熱酸化されない。
【００３９】
次に、図３（ｆ）に示すように、保護膜を除去し、生成された熱酸化物５９上にＡｌ配線５０を形成する。保護膜の除去は、ドライエッチングにより窒化シリコン膜を除去し、フッ化水素を含むウェットエッチングによりＢＯＸ層５５を除去する。シリコン層をエッチングしないウェットエッチングによりＢＯＸ層５５を除去し、単結晶シリコン振動膜を露出させるため、振動膜の厚みバラツキなど機械特性の変化を発生させない。Ａｌ配線５０の形成では、Ａｌのスパッタリング、蒸着を行って導電層を形成し、フォトリソグラフィ、エッチングを行う。これによって、各素子との電気信号のやり取りが可能となる。
【００４０】
この作製方法では、単結晶シリコン振動膜の厚みバラツキやバネ定数のバラツキを低減し、性能バラツキの小さな静電容量型電気機械変換装置を容易に作製することができる。さらに、引き出し配線と共通電極であるシリコン基板との間の寄生容量を低減できるので、寄生容量による感度の低下、帯域の低下やノイズの増大を防止することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…セル、４…単結晶シリコン振動膜、５…間隙、６…振動膜支持部、７…シリコン基板（基板）、８…振動膜支持部の厚さ、９…シリコン振動膜を含むシリコン層、１０…アルミ薄膜、１１…絶縁物、１２…引き出し配線、１３…絶縁物の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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