(57)【要約】【課題】ケイ素基板に残渣のない凹部を形成し、コンデンサマイクロホンの信頼性を高める。【解決手段】エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返してケイ素基板に凹部を形成し、前記側壁保護膜を除去して前記凹部の側壁を露出させ、露出した前記側壁の表層をエッチングにより除去する、ことを含む微細凹部形成方法。【選択図】図２０
2009111642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返してケイ素基板に凹部を形成し、
前記側壁保護膜を除去して前記凹部の側壁を露出させ、
露出した前記側壁の表層をエッチングにより除去する、
ことを含む微細凹部形成方法。
【請求項２】
露出した前記側壁の表層をアルカリ性溶液を用いたエッチングにより除去する、
ことを含む請求項１に記載の微細凹部形成方法。
【請求項３】
前記側壁保護膜を除去した後に露出した前記側壁の表層を除去する前に、露出した前記側壁の表層に形成された自然酸化膜を除去し、
前記自然酸化膜が除去された前記側壁の表層をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたエッチングにより除去する、
請求項１または２に記載の微細凹部形成方法。
【請求項４】
エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返すことにより、ダイヤフラムのバックキャビティとなる通孔を、エッチングストッパとなる酸化ケイ素膜が形成されたケイ素基板に形成し、
前記側壁保護膜を除去して前記通孔の側壁を露出させ、
露出した前記側壁の表層に形成された自然酸化膜を除去し、
前記自然酸化膜が除去された前記側壁の表層をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたエッチングにより除去する、
ことを含むコンデンサマイクロホンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微細凹部形成方法およびコンデンサマイクロホンの製造方法に関し、特に単結晶ケイ素基板に微細な凹部を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＦ６等のガスによるエッチングとＣ４Ｆ８等のデポジションによる側壁保護とを繰り返すことによりケイ素基板に深い凹部を形成する技術が知られている。この技術は一般にボッシュプロセスといわれ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）のプロセス技術として広く用いられている。
【０００３】
【非特許文献１】電気学会ＭＳＳ−０１−３４
【特許文献１】特開平９−５０８７７７
【特許文献２】米国特許第４７７６０１９号
【特許文献３】特表２００４−５０６３９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ボッシュプロセスでは等法的なエッチングを繰り返すことにより凹部の側壁に微小な凹凸が形成される。プロセス条件によってはこの凹凸に不規則な髭状の部分が生じたり、凹凸の突端部が脆い形態で形成され、これらの部分が残渣として脱落するという問題がある。ケイ素基板から脱落した残渣がＭＥＭＳの可動部に混入すると、ＭＥＭＳの機能が損なわれる。特にコンデンサマイクロホンでは平行平板コンデンサを形成するダイヤフラムとプレートの間の間隙が狭く広いため、残渣の残存は信頼性を著しく低下させる。
【０００５】
本発明はこの問題を解決するために創作されたものであって、ケイ素基板に残渣のない凹部を形成し、コンデンサマイクロホンの信頼性を高め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微細凹部形成方法は、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返してケイ素基板に凹部を形成し、前記側壁保護膜を除去して前記凹部の側壁を露出させ、露出した前記側壁の表層をエッチングにより除去する、ことを含む。
ケイ素基板に凹部を形成するために用いた側壁保護膜を除去して凹部の側壁を露出させた後に、露出した側壁の表層をエッチングにより除去すると、凹部の側壁に形成された微小な凹凸の髭状の部分や微小な凹凸の脆い突端部を消滅させることができる。したがって本発明によるとケイ素基板に残渣のない凹部を形成することができる。
【０００７】
（２）上記目的を達成するための微細凹部形成方法において、露出した前記側壁の表層をアルカリ性溶液を用いたエッチングにより除去することが望ましい。
【０００８】
（３）テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液は単結晶ケイ素基板を結晶異方的にウェットエッチングするエッチャントとして好適であるが、酸化ケイ素に対するケイ素のエッチング選択比が非常に大きい。しかし、側壁保護膜が除去されたケイ素基板の凹部の側壁の表層には自然酸化膜が形成される。
したがって、前記側壁保護膜を除去した後に露出した前記側壁の表層を除去する前に、露出した前記側壁の表層に形成された自然酸化膜を除去し、前記自然酸化膜が除去された前記側壁の表層をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたエッチングにより除去することが望ましい。
【０００９】
（４）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンの製造方法は、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返すことにより、ダイヤフラムのバックキャビティとなる通孔を、エッチングストッパとなる酸化ケイ素膜が形成されたケイ素基板に形成し、前記側壁保護膜を除去して前記通孔の側壁を露出させ、露出した前記側壁の表層に形成された自然酸化膜を除去し、前記自然酸化膜が除去された前記側壁の表層をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたエッチングにより除去する、ことを含む。
コンデンサマイクロホンにはダイヤフラムのバックキャビティが必要である。バックキャビティの容積はダイヤフラムの面積に対して十分大きいことが好ましい。そこで、本発明によると、ケイ素基板に通孔を形成し、この通孔がバックキャビティの少なくとも一部として用いられる。本発明では、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返すことによりケイ素基板に通孔を形成するとき、酸化ケイ素膜がエッチングストッパとして用いられる。側壁保護膜が除去されると凹部の側壁に自然酸化膜が形成される。本発明では、凹部の側壁に形成された微小な凹凸の髭状の部分や微小な凹凸の脆い突端部を、ＴＭＡＨ水溶液を用いて溶解し消滅させる。ＴＭＡＨ水溶液のケイ素の酸化ケイ素に対するエッチング選択比は非常に大きい。そこで本発明では、凹部の側壁の表層をＴＭＡＨ水溶液で除去する前に側壁の表層に形成されている自然酸化膜を除去する。本発明では、このような一連のプロセスを実施することによって、ダイヤフラムのバックキャビティから残渣が脱落し、脱落した残渣によって生ずる不具合を防止できる。すなわち本発明によるとコンデンサマイクロホンの信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。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。
【００１１】
１．構成
図１は本発明の一実施形態であるコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部であるセンサチップを示し、図２はその模式的な断面を示し、図３はその膜の積層構造を示している。図１８および図１９はその一部の詳細な断面を示している。コンデンサマイクロホン１はセンサチップと、電源回路および増幅回路を備えた図示しない回路チップと、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。
【００１２】
コンデンサマイクロホン１のセンサチップは、基板１００と、その上に積層された下層絶縁膜１１０、下層導電膜１２０、上層絶縁膜１３０、上層導電膜１６０、表層絶縁膜１７０などの堆積膜とからなるチップである。尚、図１において上層導電膜１６０より上の層は示されていない。はじめにコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の膜の積層構造について説明する。
【００１３】
基板１００はＰ型単結晶ケイ素からなる。基板の材質はこれに限らず、薄膜を堆積するための下地基板および薄膜からなる構造体を支持する支持基板としての剛性、厚さ、靱性を備えていればよい。基板１００には通孔が形成されており、その通孔の開口１００ａはバックキャビティＣ１の開口を形成している。
【００１４】
基板１００、下層導電膜１２０および上層絶縁膜１３０に接合されている下層絶縁膜１１０は酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）からなる堆積膜である。下層絶縁膜１１０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絶縁部１０３と、ガードリング１２５ｃおよびガードリード１２５ｄを基板１００から絶縁している環状の環状部１０１とを構成している。
【００１５】
下層絶縁膜１１０および上層絶縁膜１３０に接合されている下層導電膜１２０はＰなどの不純物が全体にドーピングされた多結晶ケイ素からなる堆積膜である。下層導電膜１２０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。
【００１６】
下層導電膜１２０と上層導電膜１６０と下層絶縁膜１１０とに接合されている上層絶縁膜１３０は酸化ケイ素からなる堆積膜である。上層絶縁膜１３０は円周上に配列された複数のプレート支持部１３１とプレート支持部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。
【００１７】
上層絶縁膜１３０に接合されている上層導電膜１６０はＰ等の不純物が全体にドーピングされた多結晶ケイ素からなる堆積膜である。上層導電膜１６０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。
【００１８】
上層導電膜１６０および上層絶縁膜１３０に接合されている表層絶縁膜１７０は酸化ケイ素膜からなる絶縁性の堆積膜である。
【００１９】
コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部には４つの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂが設けられている。これらの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂはＡｌＳｉなどの導電性の堆積膜であるパッド導電膜１８０、Ｎｉなどの導電性の堆積膜であるバンプ膜２１０、Ａｕなどの耐腐食性に優れた導電性の堆積膜であるバンプ保護膜２２０とからなる。端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂはそれぞれＳｉＮなどの絶縁性の堆積膜であるパッド保護膜１９０と酸化ケイ素などの絶縁性の堆積膜である表層保護膜２００とによって側壁が保護されている。
【００２０】
以上、コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の膜の積層構造について説明した。次にコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の機械構造について説明する。
【００２１】
ダイヤフラム１２３は全体が導電性を有する単層の薄い堆積膜からなり、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１００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１００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。ダイヤフラム１２３は腕部１２３ｃと腕部１２３ｃとの間が切り欠かれているため、切り欠きのない形態に比べて剛性が低くなっている。さらにそれぞれの腕部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ため、腕部１２３ｃ自体の剛性も低くなっている。中央部１２３ａの近傍において、ダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃは中央部１２３ａに接近するほどダイヤフラム１２３の周方向に長くなっている。これにより腕部１２３ｃと中央部１２３ａとの境界における応力集中を緩和できる。また腕部１２３ｃと中央部１２３ａとの境界近傍において腕部１２３ｃの輪郭に屈曲部を形成しないことにより屈曲部において応力集中が起こることを防止できる。
【００２２】
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１００の上に支持されている。基板１００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、低く、ダイヤフラム１２３の径方向の長さが長く形成されている。
【００２３】
ダイヤフラム１２３の基板１００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１００に付着（スティッキング）することを防止するための突起物であり、ダイヤフラム１２３を構成する下層導電膜１２０のうねりによって形成されている。すなわちダイヤフラムバンプ１２３ｆの裏側にはディンプル（凹み）が形成されている。
【００２４】
ダイヤフラム１２３は複数の腕部１２３ｃのうちの１つの先端から伸びるダイヤフラムリード１２３ｄによってダイヤフラム端子１２３ｅに接続されている。ダイヤフラムリード１２３ｄは腕部１２３ｃより幅が狭くダイヤフラム１２３と同じ下層導電膜１２０によって構成されている。ダイヤフラムリード１２３ｄは環状のガードリング１２５ｃが分断されている領域を通ってダイヤフラム端子１２３ｅまで伸びている。ダイヤフラム端子１２３ｅと基板端子１００ｂとは図示しない回路チップにおいて短絡しているため（図４参照）、ダイヤフラム１２３と基板１００とは同電位である。
なお、ダイヤフラム１２３と基板１００の電位が異なる場合にはダイヤフラム１２３と基板１００とが寄生容量を形成するが、この場合であっても、ダイヤフラム１２３が複数のダイヤフラム支持部１０２によって支持されており、隣り合うダイヤフラム支持部１０２の間には空気層が存在するため、ダイヤフラム１２３が環状の壁構造のスペーサで支持される構造に比べると寄生容量が小さくなる。
【００２５】
プレート１６２は全体が導電性を有する単層の薄い堆積膜からなり、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支持部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の中心（中央部１６２ｂの中心）から中央部１６２ｂの外縁までの距離すなわちプレート１６２の中心から外縁までの最短距離は、ダイヤフラム１２３の中心（中央部１２３ａの中心）から中央部１２３ａの外縁までの距離すなわちダイヤフラム１２３の中心から外縁までの最短距離よりも短い。したがって振幅が小さいダイヤフラム１２３の外縁近傍領域において、プレート１６２はダイヤフラム１２３に対向しない。またプレート１６２の腕部１６２ａと腕部１６２ａとの間には切り欠きが形成されているため、ダイヤフラム１２３の外縁近傍に相当するプレート１６２の切り欠きの領域においてもプレート１６２とダイヤフラム１２３とが対向しない。そしてプレート１６２の切り欠きの領域にダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃが伸びている。このため寄生容量を増大させることなくダイヤフラム１２３の振動の両端の間の距離、すなわちダイヤフラム１２３が張り渡される距離を長くとることができる。
【００２６】
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とともに、上層絶縁膜１３０を等方的にエッチングするためのエッチャントを通す孔としても機能する。上層絶縁膜１３０がエッチングされた後に残る部分がプレート支持部１３１および環状部１３２となりエッチングによって除去される部分がダイヤフラム１２３とプレート１６２との間の空隙Ｃ３となる。すなわちプレート孔１６２ｃは空隙Ｃ３とプレート支持部１３１とを同時に形成できるようにエッチャントを上層絶縁膜１３０に到達させるための通孔である。したがってプレート孔１６２ｃは空隙Ｃ３の高さやプレート支持部１３１の形状やエッチング速度に応じて配置されている。具体的にはプレート孔１６２ｃはプレート支持部１３１との接合領域とその周辺をのぞく中央部１６２ｂおよび腕部１６２ａのほぼ全域にわたってほぼ等間隔に配列されている。隣り合うプレート孔１６２ｃの間隔を狭めるほど上層絶縁膜１３０の環状部１３２の幅を狭くしてチップの面積を狭くできる。一方、隣り合うプレート孔１６２ｃの間隔を狭めるほどプレート１６２の剛性が低くなる。
【００２７】
プレート支持部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（ガード電極１２５ａはダイヤフラム１２３と同じ下層導電膜１２０からなる。）。プレート支持部１３１はプレート１６２に接合されている絶縁性の堆積膜である上層絶縁膜１３０からなる。複数のプレート支持部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支持部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ため、ダイヤフラム１２３の最大径よりも、プレート１６２の最大径を小さくすることができる。これによりプレート１６２の剛性が上がるとともにプレート１６２と基板１００との寄生容量が小さくなる。
【００２８】
プレート１６２はそれぞれがガード絶縁部１０３とガード電極１２５ａとプレート支持部１３１とによって構成される柱形の複数の構造体１２９によって基板１００上に支持されている。構造体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１００との間には空隙Ｃ３と空隙Ｃ２とが形成されている。ガード絶縁部１０３とプレート支持部１３１とが絶縁性を有するためプレート１６２は基板１００から絶縁されている。
【００２９】
ガード電極１２５ａがなく、プレート１６２の電位と基板１００の電位とが異なる場合、プレート１６２と基板１００とが対向している領域には寄生容量が生じ、特にこれらの間に絶縁物がある場合には寄生容量が大きくなる（図４Ａ参照）。本実施形態ではプレート１６２を基板１００上に支持するガード絶縁部１０３とガード電極１２５ａとプレート支持部１３１とを１つの構造体としてとらえた構造体１２９が柱形であり、互いに離間した複数の構造体でプレート１６２を基板１００上に支持する構造であるため、ガード電極１２５ａがないとしても、環状の壁構造の絶縁物でプレート１６２が基板１００上に支持される構造に比べると寄生容量が小さくなる。
【００３０】
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を構成する上層導電膜１６０に接合された窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜と、窒化ケイ素膜に接合された多結晶ケイ素膜とからなる。プレートバンプ１６２ｆはダイヤフラム１２３がプレート１６２に付着（スティッキング）することを防止する。
【００３１】
プレート１６２の腕部１６２ａの先端からは腕部１６２ａより細いプレートリード１６２ｄがプレート端子１６２ｅまで伸びている。プレートリード１６２ｄはプレート１６２と同じ上層導電膜１６０からなる。プレートリード１６２ｄの配線経路はガードリード１２５ｄの配線経路と重なっている。このためプレートリード１６２ｄと基板１００との寄生容量が低減される。
以上、コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の機械構造について説明した。
【００３２】
２．作用
図４は回路チップとセンサチップとが接続されることにより構成される回路を示している。ダイヤフラム１２３には回路チップに備わるチャージポンプＣＰによって安定したバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧が高いほど感度が高くなるがダイヤフラム１２３とプレート１６２とのスティクションが起きやすくなるためプレート１６２の剛性は重要である。
【００３３】
図示しないパッケージの通孔から伝わる音波はプレート孔１６２ｃとプレート１６２の腕部間の切り欠き領域とを通ってダイヤフラム１２３に伝わる。プレート１６２には両面から同位相の音波が伝わるためプレート１６２は実質的に振動しない。ダイヤフラム１２３に伝わった音波はプレート１６２に対してダイヤフラム１２３を振動させる。ダイヤフラム１２３が振動するとプレート１６２とダイヤフラム１２３とを対向電極とする平行平板コンデンサの静電容量が変動する。この静電容量の変動は電圧信号として回路チップのアンプＡに入力されて増幅される。センサチップの出力はハイインピーダンスであるためアンプＡがパッケージ内に必要である。
【００３４】
基板１００とダイヤフラム１２３とが短絡されているため、図３Ａに示すようにガード部１２７のガード電極１２５ａが存在しなければ相対的に振動しないプレート１６２と基板１００とによって寄生容量が形成される。図３Ｂに示すようにアンプＡの出力端をガード部１２７に接続し、アンプＡによってボルテージフォロア回路を構成することによりプレート１６２と基板１００とによって寄生容量が形成されないようになる。すなわちプレート１６２の腕部１６２ａと基板１００とが対向する領域において腕部１６２ａと基板１００との間にガード電極１２５ａを設けることにより、プレート１６２の腕部１６２ａと基板１００とが対向する領域における寄生容量を低減できる。さらに、プレート１６２から伸びるプレートリード１６２ｄと対向する領域には、ガード電極同士を接続するガードリング１２５ｃからガード端子１２５ｅに伸びるガードリード１２５ｄが配線されているため、プレートリード１６２ｄと基板１００とによっても寄生容量が形成されない。環状のガードリング１２５ｃはダイヤフラム１２３の周囲においてほぼ最短経路で複数のガード電極１２５ａを接続している。またプレート１６２の周方向においてガード電極１２５ａをプレート１６２の腕部１６２ａより長く形成することによりさらに寄生容量が低減される。
【００３５】
なお、チャージポンプＣＰ、アンプＡなどの回路チップに備わる要素をセンサチップ内に設け、１チップ構造のコンデンサマイクロホン１を構成することも可能である。
【００３６】
３．製造方法
次に図５から図１７に基づいてコンデンサマイクロホン１の製造方法を説明する。
【００３７】
図５に示す工程では、まず基板１００の表面全体に酸化ケイ素からなる下層絶縁膜１１０を形成する。下層絶縁膜１１０は、基板１００に通孔を形成する工程におけるエッチングストッパとして機能し、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空隙Ｃ２（図２参照）の高さに相当し、ダイヤフラムバンプ１２３ｆを形成するための犠牲層としても機能する。したがって下層絶縁膜１１０の厚さはこれらの機能を勘案して設定され、例えば１〜１．５μｍとする。次に、ダイヤフラムバンプ１２３ｆを形成するためのディンプル１１０ａをフォトレジストマスクを用いたエッチングにより下層絶縁膜１１０に形成する。次に、下層絶縁膜１１０の表面上にＣＶＤ法などを用いて多結晶ケイ素からなる下層導電膜１２０を形成する。すると、ディンプル１１０ａの上にダイヤフラムバンプ１２３ｆが形成される。最後に、フォトレジストマスクを用いて下層導電膜１２０をエッチングすることにより、下層導電膜１２０からなるダイヤフラム１２３およびガード部１２７を形成する。
【００３８】
続いて図６に示す工程では、下層絶縁膜１１０と下層導電膜１２０の表面全体に酸化ケイ素からなる上層絶縁膜１３０を形成する。次に、プレートバンプ１６２ｆを形成するためのディンプル１３０ａを、フォトレジストマスクを用いたエッチングにより上層絶縁膜１３０に形成する。
【００３９】
続く図７に示す工程では、上層絶縁膜１３０の表面上に多結晶ケイ素膜１３５と窒化ケイ素膜１３６とからなるプレートバンプ１６２ｆを形成する。多結晶ケイ素膜１３５を周知の方法でパターニングした後に窒化ケイ素膜１３６が形成されるため、ディンプル１３０ａから突出している多結晶ケイ素膜１３５の露出面全体が窒化ケイ素膜１３６で覆われる。窒化ケイ素膜１３６はスティッキング時にダイヤフラム１２３とプレート１６２とが短絡することを防止する絶縁膜である。
【００４０】
続いて図８に示す工程では、上層絶縁膜１３０の露出面と窒化ケイ素膜１３６の表面にＣＶＤ法などを用いて多結晶ケイ素からなる上層導電膜１６０を形成する。次にフォトレジストマスクを用いて上層導電膜１６０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。なおこの工程ではプレート孔１６２ｃは形成されない。
【００４１】
続いて図９に示す工程では、上層絶縁膜１３０にコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ４が形成され、続いて酸化ケイ素からなる表層絶縁膜１７０が表面全体に形成される。さらにフォトレジストマスクを用いたエッチングにより、表層絶縁膜１７０にコンタクトホールＣＨ２を形成すると同時に表層絶縁膜１７０のコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ４の底部に形成されている部分を除去する。次にコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４のそれぞれを埋めるＡｌＳｉからなるパッド導電膜１８０が形成され、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆う部分を残して周知の方法でパターニングされる。さらに窒化ケイ素からなるパッド保護膜１９０が表層絶縁膜１７０およびパッド導電膜１８０の上にＣＶＤ法により形成されパット導電膜１８０の周囲にのみを残るようにパッド導電膜１９０が周知の方法によりパターニングされる。
【００４２】
続いて図１０に示す工程では、フォトレジストマスクを用いた異方性エッチングにより、プレート孔１６２ｃに対応する通孔１７０ａが表層絶縁膜１７０に形成され、上層導電膜１６０にはプレート孔１６２ｃが形成される。この工程は連続的に実施され、通孔１７０ａが形成された表層絶縁膜１７０は上層導電膜１６０のレジストマスクとして機能する。
【００４３】
続いて図１１に示す工程では、酸化ケイ素からなる表層保護膜２００が表層絶縁膜１７０とパッド保護膜１９０の表面に形成される。このとき表層絶縁膜１７０の通孔１７０ａとプレート孔１６２ｃとは表層保護膜２００によって埋められる。
【００４４】
続いて図１２に示す工程では、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４にそれぞれ形成されているパッド導電膜１８０の表面にＮｉからなるバンプ膜２１０を形成し、バンプ膜２１０の表面にＡｕからなるバンプ保護膜２２０を形成する。さらにこの段階で基板１００の裏面を研削し、基板１００の厚さを完成寸法である５２５μｍにする。
【００４５】
続いて図１３に示す工程では、フォトレジストマスクを用いたエッチングにより、表層保護膜２００と表層絶縁膜１７０とにエッチストッパリング１６１が露出する通孔Ｈ５を形成する。
【００４６】
以上の工程で基板１００の表面側の成膜プロセスはすべて終了している。基板１００の表面側の成膜プロセスがすべて終了した状態において、図１４に示す工程ではバックキャビティＣ１に対応する通孔を基板１００に形成するための通孔Ｈ６を有するフォトレジストマスクＲ１を基板１００の裏面に形成する。
【００４７】
続いて図１５に示す工程では、バックキャビティＣ１を形成する貫通長５２５μｍの通孔を基板深掘りエッチング（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）により基板１００に形成する。すなわち、この工程では、単結晶ケイ素からなる基板１００をエッチングするためのＳＦ６ガスなどのフッ素含有ガスと、エッチングによって形成される凹部の側壁を保護するための側壁保護膜Ｒｓ（図２０Ａ参照）を形成するためのＣｘＦｙガスとを交互に供給することでエッチングとデポジションを小刻みに繰り返し、基板１００の表面（フォトレジストマスクＲ１との界面である面方位１００の面）に対してほぼ垂直な側壁１００ｃが形成される。より具体的には例えば、流量２００〜５００ｓｃｃｍ、圧力２〜１０Ｐａ、ステージ温度１０℃、基板１００の表面温度７０〜８０℃の条件でＳＦ６ガスとＣｘＦｙガスとを１０秒以下、好ましくは２〜３秒の間隔で切り替えながらチャンバ内に供給し、例えば直径６００μｍの通孔を形成する。この工程では、酸化ケイ素からなる下層絶縁膜１１０がエッチングストッパとなる。
図１５に示す工程では、図２０Ａに示すように、通孔の側壁１００ｃにおよそ規則的な微小な凹凸が形成される。また通孔の側壁１００ｃには、髭状の部分１００ｄや凹凸の脆い突端部１００ｅが不規則に発生したり、このような部分が基板１００から脱落した残渣１００ｆが発生する。特にフォトレジストマスクＲ１との界面近傍と下層絶縁膜１１０との界面近傍とにおいては、このような残渣１００ｆを発生させる側壁の荒れが生じやすい。尚、上記例示の条件で基板深掘りエッチングを実施した場合、エッチングストッパである下層絶縁膜１１０も、図２０Ａに示すように０．５μｍ程度エッチングされる。
図２０Ａに示すように通孔の側壁１００ｃが荒れた状態で側壁１００ｃを完成させると、図２１に示すように基板１００の通孔の側壁１００ｃから髭状の部分１００ｄや凹凸の脆い突端部１００ｅが脱落することによって新たな残渣を生じさせる。
【００４８】
そこで、続いて図１６に示す工程において、フォトレジストマスクＲ１および側壁保護膜Ｒｓを除去し、基板深掘りエッチングにより基板１００に荒く形成された通孔の側壁１００ｃを平滑化する。
【００４９】
すなわち、はじめに図２０Ａに示すフォトレジストマスクＲ１および側壁保護膜Ｒｓを酸素プラズマ、有機剥離液などによって除去するアッシングを行う。次に、基板１００上にすでに形成されている下層絶縁膜１１０以外の堆積膜を保護するため、基板１００の表側の全面（表層保護膜２００が形成されている面の全体。）にレジスト膜Ｒｂ（図１６参照）を形成する。次に、側壁保護膜Ｒｓが除去されたことによって露出した基板１００の凹部の側壁１００ｃの表層に形成された自然酸化膜を希フッ酸（ＢＨＦ）、フッ酸等をエッチャントとして用いて除去する。このとき、自然酸化膜を完全に除去できるとともに、下層絶縁膜１１０がエッチングストッパとして機能する範囲でエッチングの終点を制御する。すなわち下層導電膜１２０が露出しないようにエッチングの終点を制御する。具体的には例えば、下層絶縁膜１１０が１〜１．５μｍである場合、２３℃の１１００ＢＨＦに６０秒間浸漬し、５〜２０ｎｍ程度基板１００の表層を除去することによって自然酸化膜を除去する。"希フッ酸またはフッ酸によるエッチング深さ＜下層絶縁膜の膜厚−（基板深掘りエッチングによる下層絶縁膜のエッチング深さ＋ダイヤフラムバンプの高さ）"の範囲でエッチングの終点を制御すると、下層導電膜１２０からなるダイヤフラムバンプ１２３ｆが基板１００の通孔に極めて近い位置にあったとしても、下層導電膜１２０が露出することはない。次に純水を用いてエッチャントを洗浄する。
【００５０】
次に基板１００の露出面全体の表層をアルカリ溶液を用いた結晶異方性ウェットエッチングにより除去する。ＴＭＡＨ水溶液の濃度や温度は適宜最適化すればよいが、例えば濃度２．３８％のＴＭＡＨ水溶液であるＮＭＤ−３に基板１００を１５分間から３０分間浸漬し、基板１００の露出面全体の表層を除去する。ＮＭＤ−３の温度は例えば２３℃とする。基板１００の表層を除去する深さは髭状の部分１００の太さに応じて設定すればよいが、例えば２μｍの深さまで基板１００を除去する。すると、基板１００から脱落した残渣１００ｆは消滅し、髭状の部分１００ｄや凹凸の脆い突端部１００ｅが消滅する。その結果、図２０Ｂに示すように、通孔の側壁１００ｃから脆い部分がなくなり、基板１００の残渣も消滅する。このような一連の平滑化工程の実施によって、製造時に生じた基板１００の残渣や製造後に生ずる残渣による不具合が防止され、コンデンサマイクロホン１の信頼性が向上する。
【００５１】
続いて図１７に示す工程では、フォトレジストマスクＲ２とＢＨＦを用いた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の上にある表層保護膜２００および表層絶縁膜１７０を除去し、さらに上層絶縁膜１３０の一部を除去して環状部１３２、プレート支持部１３１および空隙Ｃ３を形成し、下層絶縁膜１１０の一部を除去してガード絶縁部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であるＢＨＦはフォトレジストマスクＲ２の通孔Ｈ６と基板１００の開口１００ａのそれぞれから進入する。上層絶縁膜１３０の輪郭はプレート１６２およびプレートリード１６２ｄによって規定される。すなわちプレート１６２およびプレートリード１６２ｄに対するセルフアラインによって環状部１３２およびプレート支持部１３１が形成される。図１８に示すように環状部１３２およびプレート支持部１３１の端面には等方性エッチングによりアンダーカットが形成される。また下層絶縁膜１１０の輪郭は基板１００の開口１００ａとダイヤフラム１２３とダイヤフラムリード１２３ｄとガード電極１２５ａとガードコネクタ１２５ｂとガードリング１２５ｃとによって規定される。すなわちダイヤフラム１２３に対するセルフアラインによりガード絶縁部１０３およびダイヤフラム支持部１０２が形成される。ガード絶縁部１０３とプレート支持部１３１の端面には等方性エッチングによりアンダーカットが形成される（図１８、図１９参照）。なおこの工程においてガード絶縁部１０３とプレート支持部１３１とが形成されるため、プレート１６２を基板１００の上に支持する構造体１２９のガード電極１２５ａを除く部分がこの工程で形成されている。
【００５２】
最後にフォトレジストマスクＲ２を除去し、基板１００をダイシングすると図１に示すコンデンサマイクロホン１のセンサチップが完成する。センサチップと回路チップとを図示しないパッケージ基板に接着し、ワイヤボンディングによって各端子間を接続し、図示しないパッケージカバーをパッケージ基板にかぶせると、コンデンサマイクロホン１が完成する。センサチップがパッケージ基板に接着されることにより、基板１００の裏面側においてバックキャビティＣ１が気密に閉塞される。
【００５３】
４．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、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、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。
【００５４】
具体的には、図１６に示す工程において、ＴＭＡＨ水溶液に代えてＫＯＨ水溶液、塩化コリン［（ＣＨ３）３ＮＣ２Ｈ４Ｃｌ］水溶液などの他のアルカリ性溶液を用いた結晶異方性ウェットエッチングによって通孔の側壁１００ｃの表層を除去してもよい。またアルカリ性溶液を用いた結晶異方性ウェットエッチングに代えて等方性のドライエッチングまたはウェットエッチングによって通孔の側壁１００ｃの表層を除去してもよい。
【００５５】
また磁気センサ、加速度センサ、姿勢センサ、圧力センサなどのコンデンサマイクロホン以外のＭＥＭＳの製造に本発明を適用することもできるし、ＭＥＭＳ以外の半導体デバイスの製造に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図２】本発明の実施形態にかかる模式的な断面図。
【図３】本発明の実施形態にかかる分解斜視図。
【図４】本発明の実施形態にかかる回路図。
【図５】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図６】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図７】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図８】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図９】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１０】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１１】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１２】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１３】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１４】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１５】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１６】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１７】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１８】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図１９】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図２０】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図２１】本発明の実施形態にかかる断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１：コンデンサマイクロホン、１００：基板（ケイ素基板）、１００ａ：開口、１００ｂ：基板端子、１００ｃ：側壁、１０１：環状部、１０２：ダイヤフラム支持部、１０３：ガード絶縁部、１１０：下層絶縁膜、１１０ａ：ディンプル、１２０：下層導電膜、１２３：ダイヤフラム、１２３ａ：中央部、１２３ｂ：ダイヤフラム孔、１２３ｃ：腕部、１２３ｄ：ダイヤフラムリード、１２３ｅ：ダイヤフラム端子、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：ガード端子、１２７：ガード部、１２９：構造体、１３０：上層絶縁膜、１３０ａ：ディンプル、１３１：プレート支持部、１３２：環状部、１６０：上層導電膜、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、１６２ｅ：プレート端子、１６２ｆ：プレートバンプ、１７０：表層絶縁膜、１８０：パッド導電膜、１９０：パッド保護膜、２００：表層保護膜、２１０：バンプ膜、２２０：バンプ保護膜、Ａ：アンプ、Ｃ１：バックキャビティ、Ｃ２：空隙、Ｃ３：空隙、ＣＰ：チャージポンプ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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