(57)【要約】【課題】振動トランスデューサの機械的な機能を阻害することなく振動トランスデューサの電極を保護する。【解決手段】堆積膜からなり導電性を有するダイヤフラムと、堆積膜からなり導電性を有するプレートと、絶縁性の堆積膜からなり前記ダイヤフラムと前記プレートとを絶縁している絶縁部と、導電性の堆積膜からなり前記絶縁部に形成されているコンタクトホールを覆う電極膜と、前記電極膜の表面の少なくとも一部を除く領域と前記絶縁部の表面の前記電極膜の周囲とに限定的に形成された堆積膜からなり、前記電極膜の側面を覆う保護膜と、を備え、前記ダイヤフラムと前記プレートとで形成される静電容量に対応する電気信号が前記電極膜を通じて出力される、振動トランスデューサ。【選択図】図２
2009164849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有するダイヤフラムと、
導電性を有するプレートと、
前記ダイヤフラムと前記プレートとを絶縁している絶縁部と、
導電性の堆積膜からなり前記絶縁部に形成されているコンタクトホールを覆う電極膜と、
前記電極膜の表面の少なくとも一部を除く領域と前記絶縁部の表面の前記電極膜の周囲とに限定的に形成された堆積膜からなり、前記電極膜の側面を覆う保護膜と、
を備え、
前記ダイヤフラムと前記プレートとで形成される静電容量に対応する電気信号が前記電極膜を通じて出力される、
ＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２】
前記保護膜は窒化ケイ素または窒素酸化ケイ素からなる、
請求項１に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３】
対向電極を形成するダイヤフラムとプレートとを絶縁している絶縁部にコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールを覆う電極膜の表面の少なくとも一部を除く領域と前記絶縁部の表面の前記電極膜の周囲とに前記電極膜の側面を覆う保護膜を限定的に形成する、
ことを含む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）トランスデューサに関し、特にＭＥＭＳセンサとしての微小なコンデンサマイクロホンなどの振動トランスデューサ、圧力センサ、加速度センサなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造される微小なコンデンサマイクロホンが知られている。このようなコンデンサマイクロホンは、ＭＥＭＳマイクロホンといわれ、対向電極を構成するダイヤフラムとプレートは基板上に堆積した薄膜からなるとともに互いに離間した状態で基板上に支持されている。音波によってダイヤフラムがプレートに対して振動すると、その変位によりコンデンサの静電容量が変化し、その容量変化が電気信号に変換される。コンデンサマイクロホンなどのＭＥＭＳトランスデューサは保護膜で表面が覆われており、保護膜に形成されている通孔からは電極が露出している。保護膜は絶縁性を有し、水や酸素やナトリウムによる化学的な腐食や物理的な損傷からＭＥＭＳトランスデューサを保護するものである。
【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、単結晶ケイ素基板や酸化ケイ素膜の上に堆積する窒化物、窒素酸化物などからなる堆積膜には熱膨張係数の差から大きな応力が発生する。したがって窒化物、窒素酸化物などからなる堆積膜を保護膜に用いると、機械構造体であるＭＥＭＳトランスデューサに歪みが生じ、ＭＥＭＳトランスデューサの機械的な機能を阻害するという問題がある。
【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、ＭＥＭＳトランスデューサの機械的な機能を阻害することなくＭＥＭＳトランスデューサの電極を保護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トランスデューサは、導電性を有するダイヤフラムと、導電性を有するプレートと、前記ダイヤフラムと前記プレートとを絶縁している絶縁部と、導電性の堆積膜からなり前記絶縁部に形成されているコンタクトホールを覆う電極膜と、前記電極膜の表面の少なくとも一部を除く領域と前記絶縁部の表面の前記電極膜の周囲とに限定的に形成された堆積膜からなり、前記電極膜の側面を覆う保護膜と、を備え、ダイヤフラムとプレートとで形成される静電容量に対応する電気信号が電極膜を通じて出力される。
本発明によると保護膜は電極膜の周囲に限定的に形成されるものであるため、膜応力の大きな堆積膜を保護膜として用いることができる。一方、堆積膜からなる電極膜の輪郭を構成する側面は、ドライエッチングなどの加工が加えられたり塩素、フッ素などの化学種の残留が生じるために化学的な安定性が低くなる。本発明によると、電極膜の化学的な安定性が低い側面を保護膜としての性能が高い窒化物、窒素酸化物などで覆うことができるため、ＭＥＭＳトランスデューサの機械的な機能を阻害することなく電極膜を保護することができる。
【０００７】
（２）本発明においては保護膜によるＭＥＭＳトランスデューサの直接的な歪みが抑制されるため、保護膜の材料として窒化ケイ素または窒素酸化ケイ素を用いることができる。
【０００８】
（３）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は、対向電極を形成するダイヤフラムとプレートとを絶縁している絶縁部にコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールを覆う電極膜の表面の少なくとも接続領域を除く領域と前記絶縁部の表面の前記電極膜の周囲とに前記電極膜の側面を覆う保護膜を限定的に形成する、ことを含む。
本発明によると、電極膜の化学的な安定性が低い側面を保護膜としての性能が高い窒化物、窒素酸化物などで覆うことができるため、ＭＥＭＳトランスデューサの機械的な機能を阻害することなく電極膜を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
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２２および図２３はその一部の詳細な断面を示している。ＭＥＭＳトランスデューサとしての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。
【００１０】
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などからなるチップである。なお、図１においては表層絶縁膜１７０などの表層部は図示されていない。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。
【００１１】
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、薄膜を形成するための下地基板および微細な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。
【００１２】
絶縁部１７１は、表層絶縁膜１７０と、下層導電膜１２０と上層導電膜１６０とを絶縁している上層絶縁膜１３０と、からなる。
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。下層絶縁膜１１０は円周上に等間隔に配列された複数の第三スペーサ１０２と、第三スペーサ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１００から絶縁している環状の環状部１０１とを構成している。
【００１３】
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。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。
【００１４】
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は絶縁部１７１の一部を構成する酸化ケイ素からなる。上層絶縁膜１３０は円周上に配列された複数の第一スペーサ１３１と第一スペーサ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】
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。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。
【００１６】
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は絶縁部１７１の一部を構成する酸化ケイ素膜からなる絶縁性の膜である。
【００１７】
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は金属からなるパッド導電膜１８０と、バンプ膜２１０と、バンプ保護膜２２０とからなる。パッド導電膜１８０は例えばアルミニウムからなり、上層導電膜１６０などからパッド導電膜１８０へのケイ素の拡散を阻止するために１％程度のケイ素が含まれていてもよい。絶縁部を構成する下層絶縁膜１１０、上層導電膜１６０および表層絶縁膜１７０に形成されているコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆う複数のパッド導電膜１８０のそれぞれの表面の縁部と側面とは窒化ケイ素からなる堆積膜であるパッド保護膜１９０によって覆われている。パッド保護膜１９０は絶縁部１７１の表層を構成している表層絶縁膜１７０の表面においてパッド導電膜１８０の周囲にのみ形成されている。すなわちパッド保護膜１９０はパッド導電膜１８０の表面の一部を除く領域と絶縁部１７１の表面のパッド導電膜１８０の周囲とに限定的に形成され、パッド導電膜１８０の活性化された側面を覆っている。このようにパッド保護膜１９０はそれぞれの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂについて互いに離れて形成されており、パッド保護膜１９０がコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部を覆う範囲は限定的であり、パッド保護膜１９０が可動部を覆うことはない。したがってパッド保護膜１９０を膜応力が大きな窒化ケイ素で形成しても、コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の機械的機能を損なうことはない。パッド導電膜１８０の表面のパッド保護膜１９０に覆われていない部分にはＮｉなどの導電性のバンプ膜２１０が形成されている。すなわちパッド導電膜１８０の表面の少なくともバンプ形成領域を除いた領域にパッド保護膜１９０が形成されている。バンプ膜２１０の表面はＡｕなどの耐腐食性に優れた導電性のバンプ保護膜２２０によって覆われている。なお、パターニング時に活性化されたパッド導電膜１８０の側面は窒化ケイ素からなるパッド保護膜１９０によって十分保護される。パッド導電膜１８０にワイヤをボンディングしてもよい。尚、パッド保護膜１９０は窒素酸化ケイ素などの堆積膜で形成してもよい。
【００１８】
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。
【００１９】
ダイヤフラム１２３は全体が導電性を有する単層の薄いケイ素膜からなり、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第三スペーサ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。第三スペーサ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。
【００２０】
複数の第三スペーサ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。それぞれの第三スペーサ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、これらの第三スペーサ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との間には第三スペーサ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、狭く、ダイヤフラム１２３の径方向の長さが長く形成されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。すなわちダイヤフラムリード１２３ｄはダイヤフラム端子１２３ｅのパッド導電膜１８０に接合されている。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が複数の第三スペーサ１０２によって支持されており、隣り合う第三スペーサ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。
【００２３】
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第一スペーサ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。
【００２４】
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第一スペーサ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。プレート孔１６２ｃは空隙Ｃ３の高さや第一スペーサ１３１の形状やエッチング速度に応じて配置されている。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。
【００２５】
第一スペーサ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（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。）。第一スペーサ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。複数の第一スペーサ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。それぞれの第一スペーサ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。
【００２６】
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と第一スペーサ１３１とによって構成される柱形の複数の第二スペーサ１２９によって基板１００上に支持されている。第二スペーサ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。ガードスペーサ１０３と第一スペーサ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。
【００２７】
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スペーサ１０３とガード電極１２５ａと第一スペーサ１３１とを１つの構造体としてとらえた第二スペーサ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。すなわちプレートリード１６２ｄはプレート端子１６２ｅのパッド導電膜１８０に接合されている。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。プレート１６２とダイヤフラム１２３とで形成されるこの静電容量に対応する電気信号はダイヤフラム端子１２３ｅとプレート端子１６２ｅとの電位差としてセンサチップから出力される。この電気信号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。すなわちプレート１６２とダイヤフラム１２３とで形成される静電容量に対応する電気信号はダイヤフラム端子１２３ｅとプレート端子１６２ｅとを構成するパッド導電膜１８０を通じて出力される。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。
【００３２】
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。
【００３３】
３．製造方法
次に図５から図２１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。
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の堆積膜である下層絶縁膜１１０を形成する。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の堆積膜である下層導電膜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。
【００３４】
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の堆積膜である上層絶縁膜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。
【００３５】
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を形成する多結晶ケイ素膜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。
【００３６】
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の堆積膜である上層導電膜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。
【００３７】
続いて図９に示す工程では、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ４を形成するための通孔Ｈ１、Ｈ３、Ｈ４が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下層絶縁膜１１０と上層絶縁膜１３０とに形成される。
続いて図１０に示す工程では、酸化ケイ素からなる表層絶縁膜１７０がプラズマＣＶＤ法によって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、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４が表層絶縁膜１７０に形成される。
【００３８】
続いて図１１に示すようにコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４のそれぞれを覆うＡｌＳｉからなる堆積膜を表面全体にスパッタ法により形成する。さらにコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆う部分を残してＡｌＳｉの堆積膜を部分的に除去するためにフォトレジストマスクを用いたエッチングを施すと、ＡｌＳｉの堆積膜からなるパッド導電膜１８０が形成される。このとき、ＡｌＳｉの堆積膜がコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４に対応する領域に分断されるとともにパッド導電膜１８０の輪郭を構成するパッド導電膜１８０の側面が形成される。ＡｌＳｉの堆積膜をウェットエッチングによりパターニングする場合には、例えば混酸（例えばリン酸と硝酸と水の混酸）をエッチャントとして用い、６０〜７５℃（好ましくは６５℃）、３０〜１２０秒（好ましくは６０秒）、６００〜１０００回転（好ましくは８００回転）の条件を設定したスピンプロセッサで実施する。ウェットエッチングにより形成されるパッド導電膜１８０の側面はエッチングによって活性化された側壁が露出するため腐食しやすい。ドライエッチングにより形成されるパッド導電膜１８０の側面はエッチングに用いる塩素ガスなどにされされておりエッチングによる加工がなされているため腐食しやすい。
【００３９】
そこで続いて図１２に示すように、パッド導電膜１８０の側面を保護するための窒化ケイ素の堆積膜がプラズマＣＶＤ法により表面全体に形成される。たとえば、温度：４００℃、圧力：２．５Ｔｏｒｒ、ＳｉＨ４流量：０．３ＳＬＭ、ＮＨ３流量：１．７５ＳＬＭ、バイアス電力（ＲＦ  Ｈ／Ｆ）：０．４４ｋＷ／０．３５１ｋＷの条件で低応力プラズマＣＶＤ法により厚さ１．６μｍの窒化ケイ素の堆積膜を形成する。
続いて図１３および図２４に示すように、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の表面中央部のみを除く領域と表層絶縁膜１７０の表面のパッド導電膜１８０の周囲とだけを残して窒化ケイ素の堆積膜をフォトレジストマスクを用いたドライエッチングにより部分的に除去する。その結果、パッド導電膜１８０の側面の保護膜として優れた窒化ケイ素の堆積膜からなるパッド保護膜１９０が形成される。パッド保護膜１９０のパターニング方法は、例えばＣＦ４＋Ｏ２の混合ガス流量：１５０ＳＣＣＭ、圧力：０．８〜１．２Ｔｏｒｒ（好ましくは１．０Ｔｏｒｒ）、バイアス電力２５０Ｗ、加熱：８０℃・１３０秒の条件で平行平板型プラズマエッチャーを用いたドライエッチングとする。低応力プラズマＣＶＤ法により形成された厚さ１．６μｍの窒化ケイ素膜のアニール処理後の応力は一般に１００ＭＰａ〜１ＧＰａ程度になる。しかし本実施形態では、パッド保護膜１９０がパッド導電膜１８０の周囲にのみ局所的に残存するようにパターニングされるため、応力が大きな窒化ケイ素からなるパッド保護膜１９０によるセンサダイ１の歪みが抑制される。
【００４０】
続いて図１４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のエッチング用マスクとして機能する。
【００４１】
続いて図１５に示す工程では、酸化ケイ素からなるメッキ保護膜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とをメッキ保護膜２００によって埋める。またフォトレジストマスクを用いたエッチングによりメッキ保護膜２００をパターニングし、各コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆うパッド導電膜１８０の表面中央部を露出させる。
【００４２】
続いて図１６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、メッキ保護膜２００の通孔から露出しているパッド導電膜１８０の表面にＮｉからなるバンプ膜２１０を無電解メッキ法にて形成し、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の厚さを完成寸法にする。
【００４３】
続いて図１７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、メッキ保護膜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。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。
【００４４】
図１８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。
【００４５】
続いて図１９に示す工程では、基板深掘りエッチング（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）により基板１００に通孔を形成する。このとき下層絶縁膜１１０がエッチングストッパとなる。
【００４６】
続いて図２０に示す工程では、フォトレジストマスクＲ１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壁面１００ｃの不要堆積物を除去する。
【００４７】
続いて図２１に示す工程では、フォトレジストマスクＲ２とＢＨＦ（希フッ酸）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の上にあるメッキ保護膜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、第一スペーサ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スペーサ１０３、第三スペーサ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および第一スペーサ１３１が形成される。図２２に示すように環状部１３２および第一スペーサ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、セルフアラインによりガードスペーサ１０３および第三スペーサ１０２が形成される。ガードスペーサ１０３と第一スペーサ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２２、図２３参照）。なおこの工程においてガードスペーサ１０３と第一スペーサ１３１とが形成されるため、プレート１６２を基板１００の上に支持する第二スペーサ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。
【００４８】
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センサチップの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂと回路チップの図示しない端子とを電気的に接続し、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。
【００４９】
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を構成し、そのチップの端子のいずれか１つ以上を、上記実施形態の端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂと同様に構成してもよい。またパッド保護膜１９０は、電極膜としてのパッド導電膜１８０の側面を覆う限りにおいてなるべく狭い領域に形成することが望ましいが、円や多角形の環状でもよいし、隣り合う端子１２３ｅ、１００ｂまたは隣り合う端子１２５ｅ、１６２ｅのパッド保護膜１９０を一体化してもよいし、端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂをより狭い領域に集中させるとともに端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂのパッド保護膜１９０を一体化してもよい。
【００５０】
また例えば、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。例えば、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。
さらに本発明を例えば超音波センサなどのコンデンサマイクロホン１以外の振動トランスデューサや圧力センサや加速度センサに適用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【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。
【図２２】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図２３】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図２４】本発明の実施形態にかかる平面図。
【符号の説明】
【００５２】
１：コンデンサマイクロホン、１００：基板、１００ａ：開口、１００ｂ：基板端子、１０１：環状部、１０２：第三スペーサ、１０３：ガードスペーサ、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：第二スペーサ、１３０：上層絶縁膜（絶縁部）、１３０ａ：ディンプル、１３１：第一スペーサ、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（絶縁部）、１７１：絶縁部、１８０：パッド導電膜（電極膜）、１９０：パッド保護膜（保護膜）、２００：メッキ保護膜、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】
2009164849.tif 000003
【図２】
2009164849.tif 000004
【図３】
2009164849.tif 000005
【図４】
2009164849.tif 000006
【図５】
2009164849.tif 000007
【図６】
2009164849.tif 000008
【図７】
2009164849.tif 000009
【図８】
2009164849.tif 000010
【図９】
2009164849.tif 000011
【図１０】
2009164849.tif 000012
【図１１】
2009164849.tif 000013
【図１２】
2009164849.tif 000014
【図１３】
2009164849.tif 000015
【図１４】
2009164849.tif 000016
【図１５】
2009164849.tif 000017
【図１６】
2009164849.tif 000018
【図１７】
2009164849.tif 000019
【図１８】
2009164849.tif 000020
【図１９】
2009164849.tif 000021
【図２０】
2009164849.tif 000022
【図２１】
2009164849.tif 000023
【図２２】
2009164849.tif 000024
【図２３】
2009164849.tif 000025
【図２４】
2009164849.tif 000026