(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＥＭＳトランスデューサの製造工程において、アニール処理によって生じる絶縁層の内部応力による基板の反りや破損を、新たに工程を増やすことなく防止する。【解決手段】第一絶縁層と第一導電層と第二絶縁層と第二導電層とが形成された後に、第一導電層に到達するコンタクトホールを形成するとともに溝部Ｈ３を形成するために、第一絶縁層と第二絶縁層とをエッチングした後、第一導電層または第二導電層の応力を緩和するためのアニール処理を施す。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通する開口が形成された基板の第一の主面上の前記開口の外側に形成された第一絶縁層と、
前記第一絶縁層の上に形成され前記開口の上に張り渡された第一導電層と、
前記開口より外側において前記第一導電層の上に形成された第二絶縁層と、
前記第二絶縁層の上に形成され前記第一導電層と空隙を介して対向する第二導電層と、
を有する構造体と前記基板とを備え、前記構造体の平面視における外周の少なくとも一部に前記基板の前記第一の主面を露出させる溝部が形成されているＭＥＭＳトランスデューサの製造方法であって、
前記基板の第一の主面上に前記第一絶縁層と前記第一導電層と前記第二絶縁層と前記第二導電層とが順に形成された後に、前記第一導電層に到達するコンタクトホールを形成するとともに前記溝部を形成するために、前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とをエッチングする絶縁層エッチング工程と、
前記絶縁層エッチング工程の後、前記第一導電層または前記第二導電層の応力を緩和するためのアニール処理を施すアニール処理工程と、
を含むＭＥＭＳトランスデューサの製造方法。
【請求項２】
前記絶縁層エッチング工程において形成する前記溝部は、前記構造体の平面視における外周を囲っている、
請求項１に記載のＭＥＭＳトランスデューサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）トランスデューサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳトランスデューサの一形態としてコンデンサマイクロホンが知られている。コンデンサマイクロホンは、ダイヤフラム（振動電極）やプレート（静止電極）に導電性の多結晶シリコンを用い、基板・ダイヤフラム・ダイヤフラムの各層の間に、絶縁材料のシリコン酸化膜を用いることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−０８２９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリコン酸化膜は低応力のプラズマＣＶＤ法により厚膜化が可能である。感度性能確保のためにダイヤフラムの応力を緩和するためのアニール処理が必要で、このアニール処理により多結晶シリコンのダイヤフラムの引っ張り応力が緩和され高感度の音響性能を得ることができる。しかし、そのアニール処理によってシリコン酸化膜の応力は強い圧縮側に変化することが分かっており、基板の反りの拡大や、堆積膜の座屈破壊につながる可能性がある。ウエハ全体が反ると、基板を搬送するときに不具合が生じる可能性がある。また、反りが生じていると、パターニングの際に露光不良の原因となり、製造工程を後工程に進められなくなる。なお、反りや座屈破壊を抑制するためにシリコン酸化膜を厚く形成しない場合、所望の音響性能が得られない。
【０００５】
特許文献１には、半導体センサの製造工程において、応力緩和のためのアニール処理工程の前に、基板をハーフダイシングすることが記載されている。しかし、ハーフダイシング工程が新たに加わるため、製造コストが増加する。
本発明は上記課題にかんがみてなされたもので、ＭＥＭＳトランスデューサの製造工程において、アニール処理によって生じる絶縁層の内部応力による基板の反りや破損を、新たに工程を増やすことなく防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳトランスデューサ（厚さ方向に貫通する開口が形成された基板の第一の主面上の前記開口の外側に形成された第一絶縁層と、前記第一絶縁層の上に形成され前記開口の上に張り渡された第一導電層と、前記開口より外側において前記第一導電層の上に形成された第二絶縁層と、前記第二絶縁層の上に形成され前記第一導電層と空隙を介して対向する第二導電層と、を有する構造体と前記基板とを備え、前記構造体の平面視における外周の少なくとも一部に前記基板の前記第一の主面を露出させる溝部が形成されているＭＥＭＳトランスデューサ）の製造方法は、前記第一絶縁層と前記第一導電層と前記第二絶縁層と前記第二導電層とが形成された後に、前記第一導電層に到達するコンタクトホールを形成するとともに前記溝部を形成するために、前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とをエッチングする絶縁層エッチング工程と、前記絶縁層エッチング工程の後、前記第一導電層または前記第二導電層の応力を緩和するためのアニール処理を施すアニール処理工程と、を含む。
【０００７】
本発明の製造方法では、導電層の応力を緩和するためのアニール処理を行う前に、完成状態における一つのＭＥＭＳトランスデューサを構成する構造体の平面視における外周の少なくとも一部において絶縁層を除去して溝部を形成するため、熱処理前に当該溝部を形成しない場合と比較して、熱処理による基板の反りを軽減することができる。すなわち溝部を形成することにより、第一絶縁層や第二絶縁層の平面視における面積を小さくする、あるいは分断することができ、アニール処理によって第一絶縁層や第二絶縁層に生じる応力によって基板に変形を生じにくくさせることができる。また、溝部はコンタクトホールを形成するための絶縁層エッチング工程において行うことができるので、溝部を形成するために新たな工程（例えば先行技術文献に記載されていたようなハーフダイシング工程）を加える必要がなく、製造コストの増加を抑えることができる。なお、本明細書において「平面視」とは、基板の厚さ方向に平行な方向から見る場合を意味する。
【０００８】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳトランスデューサの製造方法において、前記絶縁層エッチング工程において形成する前記溝部は、前記構造体の平面視における外周を囲っていてもよい。
基板上に複数形成される構造体の外周を囲んで溝部が形成されるため、基板の反りを軽減することができる。
【０００９】
尚、請求項において「〜上に」というときは、技術的な阻害要因がない限りにおいて「上に中間物を介在させずに」と「〜上に中間物を介在させて」の両方を意味する。また、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（１Ａ）は第一実施形態にかかるマイクロホンダイの上面図、（１Ｂ）はその模式的な断面図。
【図２】第一実施形態にかかる各層の形状を示す模式図。
【図３】（３Ａ）〜（３Ｅ）は第一実施形態にかかる製造工程を示す断面図。
【図４】（４Ａ）〜（４Ｅ）は第一実施形態にかかる製造工程を示す断面図。
【図５】（５Ａ）は第一実施形態にかかるウエハの上面図、（５Ｂ）はその断面図、（５Ｃ）は比較対象のウエハの上面図、（５Ｄ）はその断面図。
【図６】（６Ａ）および（６Ｂ）は他の実施形態にかかる平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
【００１２】
１．第一実施形態
１−１．構成
図１は本発明の一実施形態にかかるコンデンサマイクロホンのマイクロホンダイ１を示す図である。図１Ａはマイクロホンダイ１の上面図、図１Ｂはマイクロホンダイ１の層構造を説明するための模式的な断面図、図２は各層の形状を示す模式図である。コンデンサマイクロホンはマイクロホンダイ１と図示しない回路ダイと、これらを収容する図示しないパッケージとから構成される。マイクロホンダイはＭＥＭＳ製造プロセスを用いて形成される積層構造体である。
【００１３】
マイクロホンダイ１は例えば基板層１０と次に述べる複数の層が順に積層されてなる構造体から構成されている。基板層１０は厚さ２００μｍ〜６００μｍの単結晶シリコンからなる。第一絶縁層１１は厚さ１．０〜２．０μｍのシリコン酸化膜からなる。第一絶縁層１１は、円周上に等間隔に配列された複数のダイヤフラム支持部１０２と、ダイヤフラム支持部１０２よりも内側において円周上に等間隔に配列された複数のガードスペーサ１０３と、ガードリング１２５ｃおよびガードリード１２５ｄを基板層１０から絶縁している環状の環状部１０１とを構成している。
【００１４】
第一導電層１２は厚さ０．５〜１．５μｍの層で、Ｐ等の不純物が導入された多結晶シリコンからなる。第一導電層１２はガード電極１２５ａとガードコネクタ１２５ｂとガードリング１２５ｃとガードリード１２５ｄとからなるガード部１２７と、ダイヤフラム１２３とを構成している。第二絶縁層１４は厚さ２．０〜１０μｍのシリコン酸化膜からなる。第二絶縁層１４は、円周上に配列された複数のプレートスペーサ１３１と、プレートスペーサ１３１の外側に位置しエッチストッパリング１６１を支持しプレートリード１６２ｄとガードリード１２５ｄとを絶縁する環状の環状部１３２と、を構成している。
【００１５】
第二導電層１８は厚さ１．０〜３．０μｍの層でありＰ等の不純物が導入された多結晶シリコンからなる。第二導電層１８は、プレート１６２と、プレートリード１６２ｄと、エッチストッパリング１６１とを構成している。絶縁層２０は厚さ０．１〜０．５μｍのシリコン酸化膜からなり、エッチストッパリング１６１の外側に形成されている。マイクロホンダイ１には、４つの電極パッド１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｅが設けられている。これらの電極パッド１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｅは、ＡｌＳｉなどの導電性の堆積膜であるパッド導電層２１からなる。電極パッド１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｅの側壁を保護するパッシベーション層２２は厚さ１．０〜２．０μｍのシリコン窒化膜からなる。
【００１６】
ダイヤフラム１２３は、中央部１２３ａと、中央部１２３ａから外側に放射状に伸びる複数の腕部１２３ｃとを備える。ダイヤフラム１２３はその外縁近傍の複数箇所に接合されている複数の柱形のダイヤフラム支持部１０２によってプレート１６２との間と基板層１０との間とにそれぞれ空隙を挟んでプレート１６２から絶縁して支持され、基板層１０と平行に張り渡されている。ダイヤフラム支持部１０２は、ダイヤフラム１２３のそれぞれの腕部１２３ｃの先端部近傍に接合されている。それぞれの腕部１２３ｃには通孔であるダイヤフラム孔１２３ｂが複数形成されている。
【００１７】
複数のダイヤフラム支持部１０２はバックキャビティＣ１の開口１００ａの周囲において開口１００ａの周方向に等間隔に配列されている。それぞれのダイヤフラム支持部１０２は絶縁性の堆積膜からなり柱形である。ダイヤフラム１２３は、その中央部１２３ａがバックキャビティＣ１の開口１００ａを覆うように、これらのダイヤフラム支持部１０２によって基板層１０の上に支持されている。基板層１０とダイヤフラム１２３との間にはダイヤフラム支持部１０２の厚さに相当する空隙Ｃ２が形成されている。空隙Ｃ２はバックキャビティＣ１の気圧を大気圧と平衡させるために必要である。空隙Ｃ２はダイヤフラム１２３を振動させる音波がバックキャビティの開口１００ａに至るまでの経路における最大の音響抵抗を形成するように、ダイヤフラム１２３の径方向の長さが長く形成されている。ダイヤフラム１２３の基板層１０と対抗する面には複数のダイヤフラムバンプ１２３ｆが形成されている。このダイヤフラムバンプ１２３ｆはダイヤフラム１２３が基板層１０に吸着（スティッキング）することを防止するための突起物である。
【００１８】
プレート１６２は、中央部１６２ｂと、中央部１６２ｂから外側に放射状に伸びる腕部１６２ａとを備える。プレート１６２はその外縁近傍の複数箇所に接合されている複数の柱形のプレートスペーサ１３１に支持されている。またプレート１６２はその中心がダイヤフラム１２３の中心と重なるようにダイヤフラム１２３と平行に張り渡されている。プレート１６２には通孔であるプレート孔１６２ｃが複数形成されている。プレート孔１６２ｃはダイヤフラム１２３に音波を伝搬させる通路として機能する。
【００１９】
プレートスペーサ１３１はダイヤフラム１２３と同じ層に位置するガード電極１２５ａに接合されている。複数のプレートスペーサ１３１はバックキャビティＣ１の開口１００ａの周囲に等間隔に配列されている。それぞれのプレートスペーサ１３１はダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃと腕部１２３ｃとの間の切り欠きの領域に位置する。プレート１６２はそれぞれがガードスペーサ１０３とガード電極１２５ａとプレートスペーサ１３１とによって構成される柱形の複数のプレート支持部１２９によって基板層１０上に支持されている。すなわち本実施形態においてプレート支持部１２９は複層の堆積膜からなる構造である。プレート支持部１２９によって、プレート１６２とダイヤフラム１２３との間には空隙Ｃ３が形成され、プレート１６２と基板層１０との間には空隙Ｃ３と空隙Ｃ２とが形成されている。ガードスペーサ１０３とプレートスペーサ１３１とが絶縁性を有するためプレート１６２は基板層１０から絶縁されている。
【００２０】
プレート１６２のダイヤフラム１２３と対向する面には複数の突起（プレートバンプ）１６２ｆが設けられている。プレートバンプ１６２ｆはプレート１６２を構成する第二導電層１８に接合された絶縁層１７と、絶縁層１７に接合された導電層１５とからなる。プレートバンプ１６２ｆはダイヤフラム１２３がプレート１６２に吸着（スティッキング）することを防止する。導電層１５は厚さ０．５〜２．０μｍの多結晶シリコンからなる。絶縁層１７は厚さ０．１〜０．２μｍのシリコン窒化膜からなる。
【００２１】
マイクロホンダイ１の外周には、段差（Ｈ３）が形成されている。段差（Ｈ３）の底面には基板層１０が露出している。すなわちマイクロホンダイ１の外周においては、第一絶縁層１１，第二絶縁層１４，絶縁層２０が除去されている。
【００２２】
１−２．製造方法
次にマイクロホンダイ１の製造方法を説明する。図３Ａに示すように、単結晶シリコンからなるウエハ（基板層１０）の第一の主面上に第一絶縁層１１としてシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、その後、フォトレジストからなる図示しないマスクを用いて第一絶縁層１１の表面にディンプル１１ａを形成する。
【００２３】
続いて図３Ｂ示すように、第一絶縁層１１の表面上に第一導電層１２として多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法などにより形成する。ディンプル１１ａは第一導電層１２で埋められ、ダイヤフラムバンプ１２３ｆとなる。またこのとき同時に基板層１０の第二の主面上にも導電層１３が形成される。そして、図示しないマスクを用いて第一導電層１２をパターニングし、ダイヤフラム１２３、ダイヤフラム孔１２３ｂ、ガード部１２７を形成する。
【００２４】
続いて図３Ｃに示すように、第一導電層１２および第一絶縁層１１の表面上に第二絶縁層１４としてシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、図示しないマスクを用いて第二絶縁層１４上にディンプル１４ａを形成する。
続いて図３Ｄに示すように、ディンプル１４ａにプレートバンプ１６２ｆを形成する。具体的には、第二絶縁層１４の表面上に導電層１５として多結晶シリコン膜を形成する。このとき同時に導電層１３の表面上にも導電層１６が形成される。そしてディンプル１４ａの部分を残して導電層１５を除去し、第二絶縁層１４およびプレートバンプ１６２ｆの表面上に、絶縁層１７としてのシリコン窒化膜を減圧ＣＶＤ法によって成膜し、ディンプル１４ａの部分に残存している導電層１５と接する部分を除いて絶縁層１７を除去する。
【００２５】
続いて、図３Ｅに示すように、第二絶縁層１４と絶縁層１７の表面上に第二導電層１８として多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法により成膜する。このとき導電層１６の表面上にも導電層１９（多結晶シリコン）が形成される。そして図示しないマスクを用いて第二導電層１８をエッチングすることによりプレート１６２とプレートリード１６２ｄとエッチストッパリング１６１とを形成する。その後、基板層１０の第二の主面上に堆積している導電層１３、導電層１６、導電層１９を除去する。
【００２６】
続いて、図４Ａに示すように、コンタクトホールＨ１，Ｈ２を形成するとともに溝部Ｈ３を、図示しないマスクを用いて第一絶縁層１１や第二絶縁層１４をエッチングすることにより形成する（絶縁層エッチング工程）。コンタクトホールＨ１は、第二絶縁層１４に開口を形成することによって開口の底部において第一導電層１２を露出させている。コンタクトホールＨ２は、第二絶縁層１４および第一絶縁層１１に開口を形成することによって開口の底部において基板層１０を露出させている。溝部Ｈ３は、図１Ａに示すように一つのマイクロホンダイの構造体の外周に形成される溝であり、第一絶縁層１１および第二絶縁層１４に開口を形成することにより開口の底部において基板層１０を露出させている。溝部Ｈ３を形成した後、ウエハを８００℃〜１０００℃でアニール処理を施す（アニール処理工程）。
【００２７】
アニール処理により、第一導電層１２の成膜時に生じた引っ張り応力を緩和することができる。そのため、第一導電層１２で構成されるダイヤフラム１２３が、音波を受けたときに振動しやすくなり、すなわちマイクロホンとしての感度を向上させることができる。一方、このアニール処理によりシリコン酸化膜からなる第一絶縁層１１および第二絶縁層１４においては圧縮応力が大きくなってしまう。基板層１０についでシリコン酸化膜の厚さは厚く、また第一の主面に占める面積も大きいため、シリコン酸化膜の応力はウエハ全体の反りに影響を与える。そのため、図５Ａのような溝部Ｈ３が形成されていない場合、図５Ｃに示すようにウエハは大きく反り、最悪の場合、堆積膜の座屈破壊につながる。また、座屈破壊までに至らなくてもウエハの反りが大きいと、その後の工程において不具合が生じやすくなる。例えばフォトレジストマスクの露光不良等である。また、ウエハの搬送時にウエハが破損しやすい。
【００２８】
本実施形態では、アニール処理の前にコンタクトホールＨ１，Ｈ２を形成する際に同工程において溝部Ｈ３も形成する。図５Ａに示すように、溝部Ｈ３によって基板層１０上のシリコン酸化膜が分割される。その結果、溝部Ｈ３を形成しない状態でアニール処理を行う場合（図５Ｃ・５Ｄ）と比較すると、図５Ｂに示すようにウエハの反りを少なくすることができる。溝部Ｈ３はコンタクトホールを形成する工程において形成できるので、溝部Ｈ３を形成するための新たな工程が追加されるわけではないので、製造コストの増加を抑えることができる。
【００２９】
続いて、第二絶縁層１４および第二導電層１８の表面上に絶縁層２０としてシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法によって成膜する。このとき溝部Ｈ３の底部やコンタクトホールＨ１，Ｈ２の底部にも絶縁層２０が堆積する。続いて図４Ｂに示すように、図示しないマスクを用いて絶縁層２０をエッチングすることにより、コンタクトホールＨ１，Ｈ２の底部や溝部Ｈ３の底部の絶縁層２０を除去するとともに、コンタクトホールＨ４を形成する。コンタクトホールＨ４の底部においては第二導電層１８が露出している。
【００３０】
続いて、図４Ｃに示すように、コンタクトホールＨ１，Ｈ２，Ｈ４にパッド導電層２１からなる電極パッド１２３ｅ、１６２ｅ、１２５ｅ、１００ｅを形成した後、パッシベーション層２２を形成し、絶縁層２０および第二導電層１８にプレート孔１６２ｃを形成する。その後、Ｎ２アニール処理を行いメタル−シリコン界面を合金化する。続いて、基板層１０の第二の主面を研削し、基板層１０を２００〜６００μｍ程度の厚さにする。
【００３１】
続いて図４Ｄに示すように、開口２０ａを形成して第二導電層１８を露出させ、その後、基板層１０に開口１００ａを形成する。続いて図４Ｅに示すように、開口２０ａで囲まれている部分の外側の部分をフォトレジストからなるマスクＲで覆い、等方性エッチングにより、プレート１６２およびプレートリード１６２ｄの上にある余分な絶縁層２０を除去し、さらに第二絶縁層１４の一部を除去して環状部１３２、プレートスペーサ１３１および空隙Ｃ３を形成し、第一絶縁層１１の一部を除去してガードスペーサ１０３、ダイヤフラム支持部１０２、環状部１０１および空隙Ｃ２を形成する。このときエッチャントはマスクＲの開口Ｈ５と基板層１０の開口１００ａそれぞれから進入する。エッチングが終了した後、マスクＲを除去する。そして、溝部Ｈ３においてダイシングし、各マイクロホンダイ１に分割される。そのためマイクロホンダイ１の外周には段差（Ｈ３）が残った状態となる。
【００３２】
２．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。また、コンデンサマイクロホンを構成しうる物性を持つ膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。
【００３３】
上記実施形態では、溝部Ｈ３が各マイクロホンダイ１が形成される領域の外周を完全に囲っている構成を説明したが、図６Ａや図６Ｂに示すように一部にシリコン酸化膜が残存していてもよい。図６Ａは、複数個のマイクロホンの構造体ごとにその領域の外周に溝部Ｈ３が形成されている形態を示している。
また、第一絶縁層１１や第二絶縁層１４は、シリコン酸化膜の他、シリコン窒化膜、不純物を導入していないシリコン等であってもよい。
また、上記実施形態では、ＭＥＭＳトランスデューサとしてコンデンサマイクロホンを例にして説明したが、本発明は、スピーカーや圧力センサなど、様々なトランスデューサに適用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１：マイクロホンダイ、１０：基板層、１１：第一絶縁層、１１ａ：ディンプル、１２：第一導電層、１３：導電層、１４：第二絶縁層、１４ａ：ディンプル、１５：導電層、１６：導電層、１７：絶縁層、１８：第二導電層、１９：導電層、２０：絶縁層、２０ａ：開口、２１：パッド導電層、２２：パッシベーション層、１００ａ：開口、１０１：環状部、１０２：ダイヤフラム支持部、１０３：ガードスペーサ、１２３：ダイヤフラム、１２３ａ：中央部、１２３ｂ：ダイヤフラム孔、１２３ｃ：腕部、１２３ｅ：電極パッド、１２３ｆ：ダイヤフラムバンプ、１２５ａ：ガード電極、１２５ｂ：ガードコネクタ、１２５ｃ：ガードリング、１２５ｄ：ガードリード、１２５ｅ：電極パッド、１２７：ガード部、１２９：プレート支持部、１３１：プレートスペーサ、１３２：環状部、１６１：エッチストッパリング、１６２：プレート、１６２ａ：腕部、１６２ｂ：中央部、１６２ｃ：プレート孔、１６２ｄ：プレートリード、１６２ｆ：プレートバンプ、Ｃ１：バックキャビティ、Ｃ２：空隙、Ｃ３：空隙、Ｈ１〜Ｈ２：コンタクトホール、Ｈ３：溝部、Ｈ４：コンタクトホール、Ｈ５：開口、Ｒ：マスク
【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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