(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極が形成された第１の半導体チップ、及び振動電極が形成された第２の半導体チップを、エアギャップを挟んで互いに接合することによって、前記固定電極、前記振動電極、及び前記エアギャップで構成されるコンデンサマイクロホンを製造する方法であって、
第１の半導体基板上に前記固定電極及び前記コンデンサマイクロホンからの信号を検出する検出回路を形成した後、前記固定電極及び前記検出回路を含む前記第１の半導体基板上に第１の層間絶縁膜を形成し、然る後、前記第１の層間絶縁膜中に、前記固定電極及び前記検出回路に電気的に接続される複数の第１のコンタクトプラグを形成するとともに、前記第１の層間絶縁膜上に、前記複数の第１のコンタクトプラグのいずれかと電気的に接続される複数の第１の金属スペーサを形成することにより、前記第１の半導体チップを形成する工程と、
第２の半導体基板上に前記振動電極を形成した後、該振動電極を含む前記第２の半導体基板上に第２の層間絶縁膜を形成し、然る後、前記第２の層間絶縁膜中に、複数の第２のコンタクトプラグを形成するとともに、前記第２の層間絶縁膜上に、前記複数の第２のコンタクトプラグのいずれかと電気的に接続される複数の第２の金属スペーサを形成することにより、前記第２の半導体チップを形成する工程と、
前記第１の半導体チップ及び前記第２の半導体チップを互いに対向させて配置した後、前記第１の金属スペーサと前記第２の金属スペーサとを互いに金属接合する工程と
を含み、
前記第１の金属スペーサと前記第２の金属スペーサとの接合領域以外が、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間の前記エアギャップを構成していることを特徴とする、コンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項２】
前記検出回路は、ＭＯＳ型トランジスタで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属スペーサと前記第２の金属スペーサとを金属接合する工程において、前記第１のコンタクトプラグ、前記接合した第１の金属スペーサと第２の金属スペーサ、及び前記第２のコンタクトプラグが、電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項４】
前記第１の金属スペーサと前記第２の金属スペーサとを金属接合する工程の後に、前記第２の半導体チップの、前記第１の半導体チップと対向していない側の前記第２の層間絶縁膜上に、複数の電極パッドを形成する工程をさらに含み、
前記固定電極及び前記検出回路は、それぞれ前記第１のコンタクトプラグ、前記接合した第１の金属スペーサと第２の金属スペーサ、及び前記第２のコンタクトプラグを介して、前記電極パッドに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項３に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項５】
前記第１の金属スペーサ及び前記第２の金属スペーサは、金またはチタンを含む材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項６】
前記第２の半導体チップを形成する工程は、前記第２の半導体基板上に、前記第２の層間絶縁膜を介して前記振動電極と重なる位置にエレクトレット層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項７】
前記振動電極は、シリコン窒化膜で挟まれたシリコン膜からなることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項８】
前記振動電極は、アルミニウム材料を有することを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項９】
前記第１の半導体基板には、複数の前記第１の半導体チップが形成され、
前記第２の半導体基板には、複数の前記第２の半導体チップが形成されており、
前記第１の金属スペーサと前記第２の金属スペーサとを金属接合する工程において、前記複数の第１の半導体チップと前記複数の第２の半導体チップとが同時に接合されることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項１０】
固定電極が形成された第１の半導体チップ、及び振動電極が形成された第２の半導体チップが、エアギャップを挟んで互いに接合された状態で、前記固定電極、前記振動電極、及び前記エアギャップで構成されてなるコンデンサマイクロホンであって、
前記第１の半導体チップは、第１の半導体基板上に形成された前記固定電極及び前記コンデンサマイクロホンからの信号を検出する検出回路、前記固定電極及び前記検出回路を含む前記第１の半導体基板上に形成された第１の層間絶縁膜、前記第１の層間絶縁膜中に形成された前記固定電極及び前記検出回路と電気的に接続する複数の第１のコンタクトプラグ、及び前記第１の層間絶縁膜上に形成された前記複数の第１のコンタクトプラグのいずれかと電気的に接続する複数の第１の金属スペーサを備え、
前記第２の半導体チップは、第２の半導体基板上に形成された前記振動電極、該振動電極を含む前記第２の半導体基板上に形成された第２の層間絶縁膜、該第２の層間絶縁膜中に形成された複数の第２のコンタクトプラグ、及び前記第２の層間絶縁膜上に形成された前記複数の第２のコンタクトプラグのいずれかと電気的に接続する複数の第２の金属スペーサを備え、
前記第１の半導体チップ及び前記第２の半導体チップは、前記第１の金属スペーサと前記第２の金属スペーサとで金属接合されており、
前記第１の金属スペーサと前記第２の金属スペーサとの接合領域以外が、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間の前記エアギャップを構成していることを特徴とする、コンデンサマイクロホン。
【請求項１１】
前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップと対向していない側の前記第２の層間絶縁膜上に形成された複数の電極パッドを備えており、
前記固定電極及び前記検出回路は、それぞれ前記第１のコンタクトプラグ、前記接合した第１の金属スペーサと第２の金属スペーサ、及び前記第２のコンタクトプラグを介して、前記電極パッドに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１０に記載のコンデンサマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型化が可能な、信頼性の高いコンデンサマイクロホンの製造方法およびコンデンサマイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコンデンサマイクロホン（音響感応装置）は、音波検出部と検出回路部を別個の基板に形成して、絶縁スペーサ層を介して両基板をパッケージ化することで組み立てられていた（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載されたエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ；Electret Condenser Microphone）の構成を示した断面図である。
【０００４】
図５に示すように、ＥＣＭ１００は、複合層振動板チップ１０１、固定電極チップ１０２、及びケース１０３を備え、そのうち、複合層振動板チップ１０１は、振動板１０５、第１金属電極層１０８、エレクトレット層１０９、及び絶縁スペーサ１１０を備えている。また、固定電極チップ１０２は、第２金属電極層１１７、通気孔１１５、気室１１６、及びＭＯＳＦＥＴ１１２を備えている。そして、複合層振動板チップ１０１と固定電極チップ１０２が互いに対向するように配置され、絶縁スペーサ１１０を介して、ケース１０３でパッケージされている。また、コンデンサマイクロホンの第２金属電極層１１７は、ＭＯＳＦＥＴ１１２にワイヤで接続されており、振動板電極と固定電極間の容量値変化に伴う電圧変化を、ＭＯＳＦＥＴ１１２で検出している。
【０００５】
複合層振動板チップ１０１及び固定電極チップ１０２は、それぞれ、図６及び図７に示すように、別個の基板を用いて製造される。
【０００６】
複合層振動板チップ１０１は、まず、図６（ａ）に示すように、第１の基板１０４の下面にシリコン窒化膜からなる振動板１０５を、第１の基板１０４の上面に絶縁膜１０６を形成した後、溝部１０７を形成し、その後、図６（ｂ）に示すように、絶縁膜１０６及び溝部１０７の上面に第１金属電極層１０８を、振動板１０５の下面にエレクトレット層１０９をそれぞれ形成した後、エレクトレット層１０９の両端に絶縁スペーサ１１０を形成することにより、製造される。
【０００７】
また、固定電極チップ１０２は、図７（ａ）に示すように、第２の基板１１１の一端にＭＯＳＦＥＴ１１２を形成し、次に、図７（ｂ）に示すように、第２の基板１１１の上面及び下面に絶縁膜１１３を、第２の基板１１１の上面に複数の通気孔１１５をそれぞれ形成した後、図７（Ｃ）に示すように、第２の基板１１１の下面に気室１１６を、第２の基板１１１の上面に第２金属電極層１１７を形成することにより、製造される。
【０００８】
このようにして製造された複合層振動板チップ１０１と固定電極チップ１０２を、図５に示すように互いに対向するように配置し、絶縁スペーサ１１０を介して、ケース１０３でパッケージすることによって、ＥＣＭ１００が完成される。
【特許文献１】特開２００３−１６３９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図５に示したＥＣＭ１００は、複合層振動板チップ１０１及び固定電極チップ１０２を組み合わせることによって形成されるので、小型化に適しているが、２チップを絶縁スペーサ１１０を介してパッケージ化しているため、複合層振動板チップ１０１と固定電極チップ１０２の付着力が弱く、振動に弱いという問題がある。
【００１０】
また、コンデンサマイクロホンの出力信号は、ＭＯＳＦＥＴ１１２までワイヤで配線されているので、寄生容量による出力信号の減衰が起こる。そのため、信頼性よく高出力信号を得ることが難しくなるという問題がある。さらに、ワイヤ配線をする必要があるため、携帯電話などの小型電子機器に要求される薄型化に対応することが難しい。
【００１１】
本発明は、本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、信頼性に優れ、小型で高出力なコンデンサマイクロホンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係わるコンデンサマイクロホンの製造方法は、固定電極が形成された第１の半導体チップ、及び振動電極が形成された第２の半導体チップを、エアギャップを挟んで互いに接合することによって、固定電極、振動電極、及びエアギャップで構成されるコンデンサマイクロホンの製造方法であって、第１の半導体基板上に固定電極を形成した後、該固定電極を含む第１の半導体基板上に第１の層間絶縁膜を形成し、該第１の層間絶縁膜上に複数の第１の金属スペーサを形成することにより、第１の半導体チップを形成する工程と、第２の半導体基板上に振動電極を形成した後、該振動電極を含む第２の半導体基板上に第２の層間絶縁膜を形成し、該第２の層間絶縁膜上に複数の第２の金属スペーサを形成することにより、第２の半導体チップを形成する工程と、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップを互いに対向させて配置した後、第１の金属スペーサと第２の金属スペーサとを互いに金属接合する工程とを含み、第１の金属スペーサと第２の金属スペーサとの接合領域以外が、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間のエアギャップを構成していることを特徴とする。
【００１３】
このような方法により、固定電極が形成された第１の半導体チップと振動電極が形成された第２の半導体チップとを金属スペーサで金属接合することによって、耐震性に優れ、かつ寄生容量の低減されたコンデンサマイクロホンを形成することができる。これにより、信頼性に優れ、小型で高出力なコンデンサマイクロホンが実現できる。
【００１４】
ある好適な実施形態において、上記第１の半導体チップを形成する工程は、第１の半導体基板に、コンデンサマイクロホンからの信号を検出する検出回路を形成する工程をさらに含む。また、検出回路は、ＭＯＳ型トランジスタで構成されており、固定電極は、ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極と同時に形成されることが好ましい。
【００１５】
ある好適な実施形態において、上記第１の半導体チップを形成する工程は、第１の層間絶縁膜中に、複数の第１のコンタクトプラグを形成する工程をさらに含み、上記第２の半導体チップを形成する工程は、第２の層間絶縁膜中に、複数の第２のコンタクトプラグを形成する工程と、第２の層間絶縁膜上に複数の電極パッドを形成する工程とをさらに含み、第１の金属スペーサと第２の金属スペーサとを金属接合する工程において、固定電極は、第１のコンタクトプラグ、接合した第１の金属スペーサと第２の金属スペーサ、及び第２のコンタクトプラグを介して、電極パッドに電気的に接続される。
【００１６】
ある好適な実施形態において、上記検出回路は、第１のコンタクトプラグ、接合した第１の金属スペーサと第２の金属スペーサ、及び第２のコンタクトプラグを介して、電極パッドに電気的に接続されている。
【００１７】
上記第１の金属スペーサ及び第２の金属スペーサは、金またはチタンを含む材料からなることが好ましい。
【００１８】
ある好適な実施形態において、上記第２の半導体チップを形成する工程は、第２の半導体基板上に、第２の層間絶縁膜を介して振動電極と重なる位置にエレクトレット層を形成する工程をさらに含むことが好ましい。また、上記振動電極は、シリコン窒化膜で挟まれたシリコン膜からなることが好ましい。また、上記振動電極は、アルミニウム材料を有することが好ましい。
【００１９】
ある好適な実施形態において、上記第１の半導体基板には、複数の前記第１の半導体チップが形成され、第２の半導体基板には、複数の前記第２の半導体チップが形成されており、第１の金属スペーサと第２の金属スペーサとを金属接合する工程において、複数の第１の半導体チップと複数の第２の半導体チップとが同時に接合される。
【００２０】
本発明に係わるコンデンサマイクロホンは、固定電極が形成された第１の半導体チップ、及び振動電極が形成された第２の半導体チップが、エアギャップを挟んで互いに接合された状態で、固定電極、振動電極、及びエアギャップで構成されてなるコンデンサマイクロホンであって、第１の半導体チップは、第１の半導体基板上に形成された固定電極、該固定電極を含む第１の半導体基板上に形成された第１の層間絶縁膜、及び該第１の層間絶縁膜上に形成された複数の第１の金属スペーサを備え、第２の半導体チップは、第２の半導体基板上に形成された振動電極、該振動電極を含む第２の半導体基板上に形成された第２の層間絶縁膜、及び該第２の層間絶縁膜上に形成された複数の第２の金属スペーサを備え、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップは、第１の金属スペーサと第２の金属スペーサとで金属接合されており、第１の金属スペーサと第２の金属スペーサとの接合領域以外が、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間のエアギャップを構成していることを特徴とする。
【００２１】
このような構成により、固定電極が形成された第１の半導体チップと振動電極が形成された第２の半導体チップとが金属スペーサで金属接合されることによって、コンデンサマイクロホンの耐震性が向上されるとともに、寄生容量を低減することができる。これにより、信頼性に優れ、小型で高出力なコンデンサマイクロホンが実現できる。
【００２２】
ある好適な実施形態において、上記第１の半導体チップは、第１の半導体基板に形成された、コンデンサマイクロホンからの信号を検出する検出回路をさらに備えている。
【００２３】
ある好適な実施形態において、上記第１の半導体チップは、第１の層間絶縁膜中に形成された複数の第１のコンタクトプラグを備え、第２の半導体チップは、第２の層間絶縁膜中に形成された複数の第２のコンタクトプラグ、及び第２の層間絶縁膜上に形成された複数の電極パッドを備えており、固定電極は、第１のコンタクトプラグ、接合した第１の金属スペーサと第２の金属スペーサ、及び第２のコンタクトプラグを介して、電極パッドに電気的に接続されている。
【００２４】
ある好適な実施形態において、上記検出回路は、第１のコンタクトプラグ、接合した第１の金属スペーサと第２の金属スペーサ、及び第２のコンタクトプラグを介して、電極パッドに電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係わるコンデンサマイクロホン及びその製造方法によれば、固定電極が形成された第１の半導体チップと振動電極が形成された第２の半導体チップとを金属スペーサで金属接合することによって、コンデンサマイクロホンの耐震性を向上させ、さらに、寄生容量を低減することができる。これにより、信頼性に優れ、小型で高出力なコンデンサマイクロフォンが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２７】
図１は、本実施形態におけるコンデンサマイクロホン（音響感応装置）１の構成を模式的に示した断面図である。本実施形態におけるコンデンサマイクロホン１は、コンデンサ領域１１および検出回路領域１２を含み、コンデンサ領域１１と検出回路領域１２は、配線（不図示）で接続されている。
【００２８】
図１に示すように、コンデンサマイクロホン１は、固定電極（下部電極）１３が形成された第１の半導体チップ３２、及び振動電極（上部電極）１４が形成された第２の半導体チップ３３が、エアギャップ１５を挟んで互いに接合された状態で、下部電極１３、上部電極１４、及びエアギャップ１５で構成されている。
【００２９】
第１の半導体チップ３２は、第１の半導体基板１０上に形成された下部電極１３、下部電極１３を含む第１の半導体基板１０上に形成された第１の層間絶縁膜１８、及び第１の層間絶縁膜１８上に形成された複数の第１の金属スペーサ１７を備えている。また、第２の半導体チップ３３は、第２の半導体基板（不図示）上に形成された上部電極１４、上部電極１４を含む第２の半導体基板上に形成された第２の層間絶縁膜１９、及び第２の層間絶縁膜１９上に形成された複数の第２の金属スペーサ２８を備えている。
【００３０】
そして、第１の半導体チップ３２及び第２の半導体チップ３３は、第１の金属スペーサ１７と第２の金属スペーサ２８とで金属接合されており、第１の金属スペーサ１７と第２の金属スペーサ２８との接合領域以外が、第１の半導体チップ３２と第２の半導体チップ３３との間のエアギャップ１５を構成している。
【００３１】
以下、図１を参照しながら、本実施形態におけるコンデンサマイクロホン１の構成を詳細に説明する。
【００３２】
検出回路領域１２には、シリコン基板（第１の半導体基板）１０表面に、ＭＯＳ型トランジスタ２１のソース領域２１ｓ、ドレイン領域２１ｄが形成され、シリコン基板１０上にゲート絶縁膜を介してゲート電極２１ｇが形成されている。ゲート絶縁膜は、膜厚が１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜である。トランジスタ２１の周辺部には、素子分離２０が形成されている。なお、検出回路領域１２を構成する回路素子として、ＭＯＳ型トランジスタ２１の代わりに、バイポーラ型トランジスタを用いてもよい。
【００３３】
一方、コンデンサ領域１１には、下部電極１３がシリコン基板１０上のゲート絶縁膜を介して形成されている。ここで、下部電極１３を、ゲート電極２１ｇと同時に形成することによって、製造工程を簡単にすることができる。そして、トランジスタ２１及び下部電極１３を覆うようにシリコン基板１０の上には、シリコン酸化膜（第１の層間絶縁膜）１８が形成されている。
【００３４】
下部電極１３の上方のシリコン酸化膜１８上には、１μｍ程度のエアギャップ部１５が形成されている。また、エアギャップ部１５の上には、シリコン酸化膜（第２の層間絶縁膜）１９、及びエレクトレット層１６が形成されている。さらに、エレクトレット層１６上には、シリコン酸化膜１９を介して、上部電極１４がシリコン窒化膜２５、２６で挟まれて形成されている。振動電極である上部電極１４はポリシリコンからなり、膜厚は５００ｎｍ程度である。シリコン窒化膜２５、２６は、引っ張り強度が強くシリコンプロセスに相性がよいため、エアギャップ部１５を形成する際に振動膜の垂れ下がりを防止することができる。なお、ポリシリコンの代わりに、柔らかいアルミ材料を用いれば、音波による振幅が大きくなり高出力の信号を得ることができる。上部電極１４にアルミ材料を用いるときは、シリコン窒化膜２６は形成されない。
【００３５】
上部電極１４と下部電極１３との間には、シリコン酸化膜１８、１９を介してチタンのアロイ化材料からなる複数の第１の金属スペーサ１７及び第２の金属スペーサ２８が形成されている。第１及び第２の金属スペーサ１７、２８は互いに金属接合されており、これにより、下部電極１３及びトランジスタ２１が形成された第１の半導体チップ３２と、上部電極１４が形成された第２の半導体チップ３３とが固定されている。それと同時に、第１及び第２の金属スペーサ１７、２８が、第１の半導体チップ３２と第２の半導体チップ３３との間を支えることで、コンデンサのエアギャップ部１５が形成されている。これにより、エアギャップ部１５が数μｍの高容量のキャパシタマイクロホンが形成でき、小型なコンデンサマイクロホン（音響感応装置）を実現することができる。
【００３６】
シリコン酸化膜（第１の層間絶縁膜）１８中には、複数の第１のコンタクトプラグ２２が形成されており、また、シリコン酸化膜（第２の層間絶縁膜）１９中にも、複数の第２のコンタクトプラグ２３が形成され、さらに、シリコン酸化膜１９上には、複数の電極パッド２４が形成されている。
【００３７】
下部電極１３は、第１のコンタクトプラグ２２、接合した第１の金属スペーサ１７と第２の金属スペーサ２８、及び第２のコンタクトプラグ２３を介して、電極パッド２４に電気的に接続されている。また、同様に、検出回路（ソース領域２１ｓ、ドレイン領域２１ｄ、及びゲート電極２１ｇ）も、第１のコンタクトプラグ２２、接合した第１の金属スペーサ１７と第２の金属スペーサ２８、及び第２のコンタクトプラグ２３を介して、電極パッド２４に電気的に接続されている。これにより、コンデンサの下部電極１３、上部電極１４、及び検出回路の全て電位を、コンデンサマイクロホン１の一面（シリコン酸化膜１９の表面）から取り出すことができる。
【００３８】
なお、下部電極１３（もしくは上部電極１４）をトランジスタのゲート電極２１ｇに接続しておくことによって、上部電極１４と下部電極１３間の容量変化に伴う電圧変化は、トランジスタの出力端子に出力される。
【００３９】
次に、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン（音響感応装置）１の製造方法について、図２〜４に示した工程断面図を参照しながら説明する。
【００４０】
先ず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板（第１の半導体基板）１０に、ＣＶＤ法でシリコン酸化膜を選択的に形成して素子分離２０を形成する。続いて、ゲート絶縁膜及びポリシリコン膜を堆積させ、ドライエッチングにより、ポリシリコン膜からなるゲート電極２１ｇおよび下部電極（固定電極）１３を選択的に形成する。続いて、ゲート電極２１ｇ（必要であれば、サイドウォールを形成して）をマスクに、イオン注入により、ソース領域２１ｓ及びドレイン領域２１ｄを形成する。
【００４１】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜（第１の層間絶縁膜）１８を全面にわたって堆積させ、ドライエッチング法またはＣＭＰ法を用いてシリコン酸化膜１８を平坦化する。その後、シリコン酸化膜１８中に、タングステン等の導電体が充填された第１のコンタクトプラグ２２を形成する。続いて、スパッタリング法を用いてチタンを堆積させ、さらにＥＢ蒸着を用いて、別チップとの接合材料である金を堆積させて、パターニングを行い、複数の第１の金属スペーサ１７を形成する。チタンは、シリコン酸化膜１８との密着性が優れており、振動等で剥離するのを防ぐ役目をもつ。このようにして、第１の半導体基板１０上にコンデンサ領域１１の固定電極１３と検出回路領域１２とからなる第１の半導体チップ３２が形成される。
【００４２】
ここで、チタン及び金の膜厚は、典型的には、１０〜１００ｎｍ、及び２００〜６００ｎｍ程度である。また、金の他に、アルミニウム、チタンとアルミの積層構造、チタン単体、又は金と錫の共晶材料も、接合材料となりうる。
【００４３】
次に、図３（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、別のシリコン基板（第２の半導体基板）３１上に、シリコン酸化膜（第２の層間絶縁膜）２７を形成する。続いて、シリコン窒化膜２５、上部電極１４、シリコン窒化膜２６を順次堆積して、ドライエッチングにより、振動電極を選択的に形成する。ここで、上部電極１４はポリシリコンで形成しているが、アルミニウム材料を用いるとやわらかい特性を有するため、音波により非常に撓みやすく、大きな容量変化量となり高出力が得られる。なお、上部電極１４にアルミニウムを用いた場合は、シリコン窒化膜２６は形成しない。シリコン窒化膜は、５００℃以上の条件下の低圧ＣＶＤ法により形成しているため、アルミニウムが溶解するからである。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板３１の全面にシリコン酸化膜（第２の層間絶縁膜）１９を堆積させて、ＣＭＰ法で表面を平坦化する。続いて、シリコン酸化膜１９中に、タングステン等の導電体が充填された第２のコンタクトプラグ２３を形成する。その後、シリコン酸化膜１９の一部に０．１〜１μｍ程度の窪みを形成し、この窪みに電荷蓄積材料を埋め込み、エレクトレット層１６を形成する。埋め込みは、電荷蓄積材料をスパッタリングにより全面に堆積した後、エッチバックにより行う。ここで、電荷蓄積材料として、電荷保持時間が長いシリコン酸化膜を用いる。また、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）材料やフッ素系高分子材料を用いれば、スピンコート法でも形成することができる。この場合、エレクトレット層１６上にはシリコン酸化膜を形成することが好ましい。
【００４５】
続いて、スパッタリング法を用いて、チタンを１０〜１００ｎｍ堆積させ、さらにＥＢ蒸着で金を２００〜６００ｎｍ堆積させた後、ドライエッチングにより、複数の第２の金属スペーサ２８を選択的に形成する。なお、エレクトレット層１６としてＢＣＢ材料またはフッ素系高分子材料を用いた場合には、第２の金属スペーサ２８は、エレクトレット層１６上に直接形成してもよい。このようにして、第２の半導体基板３１上にコンデンサ領域１１の振動電極１４が形成された第２の半導体チップ３３が形成される。
【００４６】
なお、エレクトレット層１６の電荷の蓄積は、シリコン基板３１を１００℃程度まで加熱して、表面に蓄積された電荷を除去した後、コロナ放電により電荷蓄積材料に電荷を蓄積し、再度１００℃程度まで加熱して、電荷蓄積材料以外に蓄積された電荷を除去することにより行われる。
【００４７】
第１及び第２の金属スペーサ１７、２８のパターン面積は、チップ面積の２０〜５０％程度を確保しており、コンデンサ領域１１では、その外周部に第１及び第２の金属スペーサ１７、２８を形成している。コンデンサのエアギャップ部１５は、第１及び第２の金属スペーサ１７、２８の厚みで変えることができるが、典型的には１μｍ程度であり、これにより、高容量キャパシタを形成できて、高出力信号を得ることができる。
【００４８】
次に、図４（ａ）に示すように、第１の半導体チップ３２と第２の半導体チップ３３とを互いに対向させて配置した後、第１及び第２の金属スペーサ１７、２８同士を金属接合する。接合は、数Ｔｏｒｒの真空状態を１５０〜３００℃程度に加熱された雰囲気中で、第１及び第２の金属スペーサ１７、２８を接触させ、６００Ｎの圧力で１５〜２０分程度加圧して行う。接着後は、自然冷却で常温まで温度を下げる。なお、接合面積は、典型的には、チップ面積の１５〜３０％程度である。
【００４９】
最後に、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の裏面にワックスまたはレジスト（不図示）で覆ってから、シリコン基板３１を３フッ化塩素のガスでエッチングにより除去する。その後、スパッタリング法を用いてアルミニウム膜を形成して、ドライエッチングにより複数の電極パッド２４を選択的に形成して、コンデンサマイクロホンを完成させる。
【００５０】
以上説明したように、本発明に係わるコンデンサマイクロホン（音響感応装置）は、固定電極が形成された第１の半導体チップと振動電極が形成された第２の半導体チップとが金属スペーサで金属接合されることによって、コンデンサマイクロホンの耐震性を向上させ、さらに、寄生容量を低減することができる。これにより、信頼性に優れ、小型で高出力なコンデンサマイクロフォンが実現できる。
【００５１】
また、コンデンサの構成を、電荷保持材料であるエレクトレット層を有する中空キャパシタ構造にすることによって、コンデンサへのチャージ供給回路が不要となり、コンデンサマイクロホンのより小型化、低コスト化が可能となる。さらに、金属スペーサの厚みを変えることによって、容易にキャパシタ部のエアギャップ部を変更することができ、高容量のコンデンサが実現できる。
【００５２】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、第１及び第２の半導体基板１０、３１に、それぞれ複数の第１及び第２の半導体チップ３２、３３を形成してもよい。この場合、第１及び第２の金属スペーサを相互に金属接合することによって、複数の第１及び第２の半導体チップ３２、３３を同時に接合することができるので、複数のコンデンサマイクロホンを同時に製造することができ、これにより生産性を大幅に向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、信頼性に優れ、小型で高出力なコンデンサマイクロホンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示した断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造方法を示した工程断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造方法を示した工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造方法を示した工程断面図である。
【図５】従来のコンデンサマイクロホンの構成を示した断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｂ）は、従来のコンデンサマイクロホンの製造方法を示した工程断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、従来のコンデンサマイクロホンの製造方法を示した工程断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１      コンデンサマイクロホン
１０    第１の半導体基板（シリコン基板）
１１    コンデンサ領域
１２    検出回路領域
１３    固定電極（下部電極）
１４    振動電極（上部電極）
１５    エアギャップ部
１６    エレクトレット層
１７    第１の金属スペーサ
１８    第１の層間絶縁膜（シリコン酸化膜）
１９    第２の層間絶縁膜（シリコン酸化膜）
２０    素子分離
２１    ＭＯＳ型トランジスタ
２１ｄ  ドレイン領域
２１ｇ  ゲート電極
２１ｓ  ソース領域
２２    第１のコンタクトプラグ
２３    第２のコンタクトプラグ
２４    電極パッド
２５、２６  シリコン窒化膜
２８    第２の金属スペーサ
３１    第２の半導体基板（シリコン基板）
３２    第１の半導体チップ
３３    第２の半導体チップ
１００  ＥＣＭ
１０１  複合層振動板チップ
１０２  固定電極チップ
１０３  ケース
１０４  第１の基板
１０５  振動板
１０６  絶縁膜
１０７  溝部
１０８  第１金属電極層
１０９  エレクトレット層
１１０  絶縁スペーサ
１１１  第２の基板
１１２  ＭＯＳＦＥＴ
１１３  絶縁膜
１１５  通気孔
１１６  気室
１１７  第２金属電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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