コンデンサマイクロホンアレイチップ
【課題】反りを軽減したコンデンサマイクロホンアレイチップを提供する。
【解決手段】厚さ方向に貫通する複数の開口が形成された基板の一方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電極層と、前記開口の外側において前記第一電極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電極層と空隙を介して対向する第二電極層と、を有する構造体と前記基板とを備え、前記基板の一方の主面上において前記開口に合わせて前記構造体が複数形成され互いに並列接続されているコンデンサマイクロホンアレイチップであって、前記構造体の平面視における外周の少なくとも橋部を除く部分に、少なくとも前記第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されており、前記橋部は、複数の前記構造体の前記第二電極層同士を接続する前記第二電極層からなる配線を含んで構成されている。
【解決手段】厚さ方向に貫通する複数の開口が形成された基板の一方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電極層と、前記開口の外側において前記第一電極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電極層と空隙を介して対向する第二電極層と、を有する構造体と前記基板とを備え、前記基板の一方の主面上において前記開口に合わせて前記構造体が複数形成され互いに並列接続されているコンデンサマイクロホンアレイチップであって、前記構造体の平面視における外周の少なくとも橋部を除く部分に、少なくとも前記第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されており、前記橋部は、複数の前記構造体の前記第二電極層同士を接続する前記第二電極層からなる配線を含んで構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）トランスデューサアレイチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のＭＥＭＳコンデンサマイクロホンを用いて一つのマイクロホンを構成する手法が知られている。特許文献１〜３には、複数のマイク構造が１つのチップに一体に形成されている構成が記載されている。また、複数のコンデンサマイクロホンを並列接続することで、ＳＮ比を改善する手法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１０２０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２４４４９号公報
【特許文献３】特開２００８−２４５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの基板上に複数のＭＥＭＳコンデンサマイクロホンの構造体を形成する場合、アレイ化によってチップ面積が大きくなると、次の理由から基板の反りが大きくなる。
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・プレートの各層の間に、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。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。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。
本発明は上記課題にかんがみてなされたもので、反りを軽減したコンデンサマイクロホンアレイチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップは、厚さ方向に貫通する複数の開口が形成された基板の一方の主面上の各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各前記開口の上に張り渡された第一電極層と、各前記開口の外側において前記第一電極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電極層と空隙を介して対向する第二電極層と、を有する構造体と前記基板とを備え、前記基板の一方の主面上において各前記開口に合わせて前記構造体が複数形成され互いに並列接続されているコンデンサマイクロホンアレイチップであって、前記構造体の平面視における外周の少なくとも橋部を除く部分に、少なくとも前記第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されており、前記橋部は、複数の前記構造体の前記第二電極層同士を接続する前記第二電極層からなる配線を含んで構成されている。
【０００６】
本発明のコンデンサマイクロホンは、音波を受けて振動する振動電極と音波を受けても振動しない静止電極の一対の対向電極を有しており、各コンデンサマイクロホンの静止電極同士が電気的に接続されるとともに各コンデンサマイクロホンの振動電極同士が電気的に接続されることによって、各対向電極が並列接続されている。第一電極層と第二電極層のうちのいずれか一方が静止電極、他方が振動電極に相当する。一対の対向電極同士をそれぞれ並列接続することにより一つのマイクロホンとして出力信号のＳＮ比を改善することができる。
【０００７】
また、アレイ化することによりチップ面積が大きくなりチップが反りやすくなるが、本発明では、各構造体の平面視における外周の少なくとも橋部を除く位置に少なくとも第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されていることにより、アレイチップの反りを軽減することができる。すなわち、コンデンサマイクロホンアレイチップの製造工程において振動電極を構成する第一電極層あるいは第二電極層の応力緩和のために行うアニール処理によって、第一絶縁層あるいは第二絶縁層の応力が増加してしまい、チップ全体に反りが生じる。しかし本発明のように、少なくとも第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されていることにより、その反りを軽減することができる。なお、溝部は少なくとも第二絶縁層の一部（表層）が除去されることにより形成された凹部であればよい。したがって、溝部は第二絶縁層と第一絶縁層の一部が除去されることにより形成された凹部であってもよい。また、もちろん第一絶縁層と第二絶縁層の両方が除去され、溝部の底部において基板の一方の主面が露出していてもよい。この場合、例えば溝部の底部に残存している第二絶縁層の一部または第一絶縁層の一部の厚さが薄いほどより基板の反りを軽減することができ、溝部の底部において基板の一方の主面が露出している場合に基板の反りを最も軽減することができる。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】
また、本発明では、各構造体における対向する二つの電極層のうち第二電極層同士の接続はワイヤボンディングではなく、第二電極層からなる薄膜の配線で実現している。すなわち、第二電極層のエッチング時に配線を形成することができる。そのため、ボンディングワイヤ接続の場合よりも製造コストを低減することができる。
【０００９】
（２）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップにおいて、前記橋部は、前記配線を支持する前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とを含んで構成されていてもよい。この場合、第二電極層からなる薄膜の配線が第一絶縁層と第二絶縁層によって支持されているので、配線が断線しにくい。
【００１０】
（３）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップにおいて、前記橋部においては、前記配線と前記基板との間の前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とが除去されていてもよい。すなわち、配線と基板との間に空隙が出来ていてもよい。この場合、構造体の外周を全域にわたって囲んで溝部が形成されることとなる。そのため、アレイチップの反りをより軽減することができる。
【００１１】
（４）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップにおいて、前記基板は単結晶シリコンからなり、前記第一電極層は前記基板に導通し、前記第一電極層同士は前記基板を介して電気的に接続されていてもよい。
この場合、各構造体の第一電極層同士を接続する配線を新たに形成する必要がないため、コンデンサマイクロホンアレイチップの構造をシンプルにすることができる。例えばワイヤボンディングで接続する構成と比較すると製造コストを低減することができる。また、構造がシンプルであるため、信頼性が向上する。
【００１２】
（５）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップにおいて、前記構造体の各前記開口内の空気室は他の前記構造体の前記空気室と繋がっていてもよい。
この構成によると、空気室が他の構造体の空気室と繋がっているため、各マイクロホンで一つの大きな空気室を共有している。空気室は大きいほど、ダイヤフラムの振動を妨げにくくすることができるので、マイクロホンとしての感度を向上させることができる。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（１Ａ）は第一実施形態にかかるコンデンサマイクロホンアレイチップの上面図、（１Ｂ）〜（１Ｄ）はその断面図。
【図２】（２Ａ）は第一実施形態にかかるコンデンサマイクロホンアレイチップの一つのコンデンサマイクロホンに対応する構造体の上面図、（２Ｂ）および（２Ｃ）はその断面図。
【図３】構造体の各層の形状を示す模式図。
【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）〜（５Ｅ）は第一実施形態にかかる製造工程を示す断面図。
【図６】（６Ａ）〜（６Ｃ）は他の実施形態にかかる断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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アレイチップを示す図である。図１Ａはアレイチップの上面図、図１Ｂは図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線における断面図、図１Ｃは図１Ａの１Ｃ−１Ｃ線における断面図、図１Ｄは図１Ａの１Ｄ−１Ｄ線における断面図である。本実施形態においてアレイチップには、基板層１０の上に９つの構造体が形成されている。図２Ａはその構造体単体の上面図、図２Ｂおよび図２Ｃは、図２Ａにおける２Ｂ−２Ｂ線と２Ｃ−２Ｃ線のそれぞれ断面図である。なお、図３は単体の構造体の各層の形状を示す模式図である。なお、図１Ａ，図２Ａおよび図３において表層の絶縁層２０、パッシベーション層２２は省略されている。アレイチップは図示しない回路ＬＳＩ（インピーダンス変換回路などを備える）とともに、図示しないパッケージに収容されている。アレイチップはＭＥＭＳ製造プロセスを用いて形成される積層構造体である。
【００１７】
アレイチップに形成されている９つの構造体のそれぞれは、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構成されている。以降では主に単体の構造体１の構造について説明する。基板層１０は厚さ２００μｍ〜６００μｍの単結晶シリコンからなる。基板層１０には開口１００ａが形成されている。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。
【００１８】
第一電極層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。第一電極層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。ガード部１２７はコンタクトホール１１ｃにおいて基板層１０と接続しており、ダイヤフラム１２３はコンタクトホール１１ｂにおいて基板層１０と接続している。したがって基板層１０とガード部１２７とダイヤフラム１２３とは同電位となる。第一電極層１２には電極パッド１２３ｅが接続している。電極パッド１２３ｅおよび後述する電極パッド１６２ｅはＡｌＳｉ等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１２３ｅ，１６２ｅ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。
【００１９】
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。
【００２０】
第二電極層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。第二電極層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。プレート１６２は電極パッド１６２ｅと接続している。
【００２１】
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。
【００２２】
複数のダイヤフラム支持部１０２は空気室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が空気室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は空気室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空気室の開口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。
【００２３】
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。
【００２４】
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は空気室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。
【００２５】
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を構成する第二電極層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０．１〜０．２ｍのシリコン窒化膜からなる。
【００２６】
各構造体１の間には、構造体１同士を連結する橋部Ｂを除く位置に溝部Ｈ３が形成されている。溝部Ｈ３の底面には基板層１０が露出している。すなわち溝部Ｈ３によって、第一絶縁層１１，第二絶縁層１４，絶縁層２０が分断されている。各構造体１のプレート１６２（第二電極層１８）同士は橋部Ｂを構成する第二電極層１８（配線）で接続されている。本実施形態において橋部Ｂは、基板層１０上に形成された第一絶縁層１１と第二絶縁層１４と第二電極層１８と絶縁層２０からなる。ダイヤフラム１２３（第一電極層１２）は基板層１０を介して他の構造体のダイヤフラム１２３と接続している。したがって各構造体の対向電極（プレート１６２とダイヤフラム１２３）は並列接続されている。一対の対向電極同士をそれぞれ並列接続することにより一つのマイクロホンとして出力信号のＳＮ比を改善することができる。
【００２７】
また、対向電極を平面に複数配置してアレイ化することにより、チップ面積が大きくなる。チップ面積が大きくなると、後述する製造方法の過程でチップが反り易くなる。しかし上記のように各構造体の外周に溝部Ｈ３が形成されていることにより、アレイチップの反りを軽減することができる。
【００２８】
また、橋部Ｂを構成する第二電極層１８からなる薄膜の配線によって各構造体のプレート１６２同士を接続する構成は、各プレートをワイヤボンディング接続する構成と比較すると製造コストを低減することができる。また本実施形態において橋部Ｂを構成する配線は、第一絶縁層１１および第二絶縁層１４に支持されているため、断線しにくい。また、本実施形態では、ダイヤフラム１２３同士の接続を基板層１０を介して行っているので、例えばワイヤボンディングでダイヤフラム１２３同士を接続する構成と比較すると、製造コストを低減することができる。また構造がシンプルであるため、信頼性も向上する。
【００２９】
１−２．製造方法
図４および図５を用いてアレイチップの製造方法を説明する。図４および図５において、左側の断面図は図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線の各工程における断面図を示しており、右端の断面図は図２Ａの２Ｃ−２Ｃ線の各工程における断面図を示している。まず図４Ａ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。また、図示しないマスクを用いてコンタクトホール１１ｂ，１１ｃを形成する。基板層１０と第一電極層の接触抵抗を下げるためにコンタクトホールで開口された基板層１０に不純物ドープを施してもよい。
【００３０】
続いて図４Ｂ示すように、第一絶縁層１１の表面上に第一電極層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は第一電極層１２で埋められ、ダイヤフラムバンプ１２３ｆとなる。コンタクトホール１１ｂ、１１ｃも第一電極層１２で埋められ、次のパターニングによって形成されるダイヤフラム１２３とガード部１２７とが基板層１０と接続する部分となる。なお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電極層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。
【００３１】
続いて図４Ｃに示すように、第一電極層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４Ｄ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。
【００３２】
続いて、図４Ｅに示すように、第二絶縁層１４と絶縁層１７の表面上に第二電極層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電極層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。またこのとき橋部Ｂを構成する第二電極層１８も残存させる。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。
【００３３】
続いて、図５Ａに示すように、コンタクトホールＨ１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。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電極層１２を露出させている。溝部Ｈ３は、図１Ａに示すように一つの構造体の領域の外周の橋部Ｂを除く位置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は橋部Ｂの部分を残して形成される。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。
【００３４】
このアニール処理により、第一電極層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、第一電極層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変形（反り）に影響を与える。そのため、溝部Ｈ３が形成されていない場合はウエハは大きく反る。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。また、そのウエハをダイシングして形成されるアレイチップも反りが生じた状態となる。
【００３５】
そこで本実施形態では、アニール処理の前にコンタクトホールＨ１を形成する同工程において溝部Ｈ３も形成する。その結果、図１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と比較すると、ウエハの反りを少なくすることができる。なお、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。
【００３６】
続いて、第二絶縁層１４および第二電極層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の底部にも絶縁層２０が堆積する。続いて図５Ｂ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電極層１８が露出している。
【００３７】
続いて、図５Ｃに示すように、コンタクトホールＨ１，Ｈ４にパッド導電層２１からなる電極パッド１２３ｅ、１６２ｅを形成した後、パッシベーション層２２を形成し、絶縁層２０および第二電極層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。
【００３８】
続いて図５Ｄに示すように、絶縁層２０に開口２０ａを形成して第二電極層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５Ｅ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、アレイチップごとに溝部Ｈ３においてダイシングし、各アレイチップに分割する。
【００３９】
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。
【００４０】
上記実施形態で説明したアレイチップは、基板層１０の第二の主面側がパッケージの底部３０などに接着層２９を介して接合されるわけであるが、例えば図６Ａに示すように、各マイクロホンの構造体の空気室Ｃ１が互いに繋がっていてもよい。すなわち、アレイチップの内側に位置する基板層１０の厚さを、アレイチップの外周を構成する基板層１０より薄くし、外周を構成する基板層１０の底面（第二の主面）を接着層２９を介してパッケージの底部３０に接合する。このようにして、大きな空気室を共有することにより、マイクロホンとしての感度を向上させることができる。
【００４１】
なお、図６Ａに示すように、各構造体の第一電極層１２同士は基板層１０を介して接続されていなくても、例えば橋部Ｂを構成する層の一つとしての第一電極層１２で直接に接続されていてもよい。この場合、図４Ａの工程でコンタクトホール１１ｂを形成せず、図４Ｂの工程で例えばガード部１２７とダイヤフラム１２３とが分離されないようにパターニングする。また、寄生容量を低減するために、基板層１０とダイヤフラム１２３およびガード部１２７とは同電位とするため、第一電極層１２と接続する電極パッド１２３ｅとは別に、基板層１０に接続する電極パッドを設け、それらの電極パッドを同電位とするようにする。なお、プレートがダイヤフラムより基板層１０に近い構成である場合は、寄生容量低減のためにプレートと基板層１０を同電位にする。なお、各構造体のダイヤフラム１２３同士は、図６Ｂに示すように電極パッド１２３ｅを構成するパッド導電層２１と基板層１０とを介して接続されていてもよい。
【００４２】
また、図６Ｃに示すように、橋部Ｂにおいては第一絶縁層１１と第二絶縁層１４とをエッチングにより除去し、橋部Ｂの第二電極層１８と基板層１０との間を空洞にしてもよい。そうすると、構造体の外周を全域にわたって囲んで溝部Ｈ３が形成されることとなる。そのため、アレイチップの反りをより緩和することができる。
なお、上記実施形態では、溝部Ｈ３においては第一絶縁層１１および第二絶縁層１４が除去され底部に基板の第一の主面が露出している構成を示したが、溝部Ｈ３の底部には第一絶縁層１１が一部残存していてもよいし、第二絶縁層１４が一部残存していてもよい。上述した図５Ａに示す工程において例えばエッチング時間を調整することによって溝部Ｈ３の深さを調節することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：構造体、１０：基板層、１１：第一絶縁層、１１ａ：ディンプル、１１ｂ：コンタクトホール、１１ｃ：コンタクトホール、１２ 第一電極層、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：第二電極層、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、２９：接着層、３０：底部、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，１６２ｅ：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、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、Ｂ：橋部、Ｃ１：空気室、Ｃ２，Ｃ３：空隙、Ｈ１，Ｈ４：コンタクトホール、Ｈ３：溝部、Ｈ５：開口、Ｒ：マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）トランスデューサアレイチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のＭＥＭＳコンデンサマイクロホンを用いて一つのマイクロホンを構成する手法が知られている。特許文献１〜３には、複数のマイク構造が１つのチップに一体に形成されている構成が記載されている。また、複数のコンデンサマイクロホンを並列接続することで、ＳＮ比を改善する手法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１０２０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２４４４９号公報
【特許文献３】特開２００８−２４５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの基板上に複数のＭＥＭＳコンデンサマイクロホンの構造体を形成する場合、アレイ化によってチップ面積が大きくなると、次の理由から基板の反りが大きくなる。
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・プレートの各層の間に、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。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。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。
本発明は上記課題にかんがみてなされたもので、反りを軽減したコンデンサマイクロホンアレイチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップは、厚さ方向に貫通する複数の開口が形成された基板の一方の主面上の各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各前記開口の上に張り渡された第一電極層と、各前記開口の外側において前記第一電極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電極層と空隙を介して対向する第二電極層と、を有する構造体と前記基板とを備え、前記基板の一方の主面上において各前記開口に合わせて前記構造体が複数形成され互いに並列接続されているコンデンサマイクロホンアレイチップであって、前記構造体の平面視における外周の少なくとも橋部を除く部分に、少なくとも前記第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されており、前記橋部は、複数の前記構造体の前記第二電極層同士を接続する前記第二電極層からなる配線を含んで構成されている。
【０００６】
本発明のコンデンサマイクロホンは、音波を受けて振動する振動電極と音波を受けても振動しない静止電極の一対の対向電極を有しており、各コンデンサマイクロホンの静止電極同士が電気的に接続されるとともに各コンデンサマイクロホンの振動電極同士が電気的に接続されることによって、各対向電極が並列接続されている。第一電極層と第二電極層のうちのいずれか一方が静止電極、他方が振動電極に相当する。一対の対向電極同士をそれぞれ並列接続することにより一つのマイクロホンとして出力信号のＳＮ比を改善することができる。
【０００７】
また、アレイ化することによりチップ面積が大きくなりチップが反りやすくなるが、本発明では、各構造体の平面視における外周の少なくとも橋部を除く位置に少なくとも第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されていることにより、アレイチップの反りを軽減することができる。すなわち、コンデンサマイクロホンアレイチップの製造工程において振動電極を構成する第一電極層あるいは第二電極層の応力緩和のために行うアニール処理によって、第一絶縁層あるいは第二絶縁層の応力が増加してしまい、チップ全体に反りが生じる。しかし本発明のように、少なくとも第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されていることにより、その反りを軽減することができる。なお、溝部は少なくとも第二絶縁層の一部（表層）が除去されることにより形成された凹部であればよい。したがって、溝部は第二絶縁層と第一絶縁層の一部が除去されることにより形成された凹部であってもよい。また、もちろん第一絶縁層と第二絶縁層の両方が除去され、溝部の底部において基板の一方の主面が露出していてもよい。この場合、例えば溝部の底部に残存している第二絶縁層の一部または第一絶縁層の一部の厚さが薄いほどより基板の反りを軽減することができ、溝部の底部において基板の一方の主面が露出している場合に基板の反りを最も軽減することができる。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】
また、本発明では、各構造体における対向する二つの電極層のうち第二電極層同士の接続はワイヤボンディングではなく、第二電極層からなる薄膜の配線で実現している。すなわち、第二電極層のエッチング時に配線を形成することができる。そのため、ボンディングワイヤ接続の場合よりも製造コストを低減することができる。
【０００９】
（２）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップにおいて、前記橋部は、前記配線を支持する前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とを含んで構成されていてもよい。この場合、第二電極層からなる薄膜の配線が第一絶縁層と第二絶縁層によって支持されているので、配線が断線しにくい。
【００１０】
（３）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップにおいて、前記橋部においては、前記配線と前記基板との間の前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とが除去されていてもよい。すなわち、配線と基板との間に空隙が出来ていてもよい。この場合、構造体の外周を全域にわたって囲んで溝部が形成されることとなる。そのため、アレイチップの反りをより軽減することができる。
【００１１】
（４）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップにおいて、前記基板は単結晶シリコンからなり、前記第一電極層は前記基板に導通し、前記第一電極層同士は前記基板を介して電気的に接続されていてもよい。
この場合、各構造体の第一電極層同士を接続する配線を新たに形成する必要がないため、コンデンサマイクロホンアレイチップの構造をシンプルにすることができる。例えばワイヤボンディングで接続する構成と比較すると製造コストを低減することができる。また、構造がシンプルであるため、信頼性が向上する。
【００１２】
（５）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンアレイチップにおいて、前記構造体の各前記開口内の空気室は他の前記構造体の前記空気室と繋がっていてもよい。
この構成によると、空気室が他の構造体の空気室と繋がっているため、各マイクロホンで一つの大きな空気室を共有している。空気室は大きいほど、ダイヤフラムの振動を妨げにくくすることができるので、マイクロホンとしての感度を向上させることができる。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（１Ａ）は第一実施形態にかかるコンデンサマイクロホンアレイチップの上面図、（１Ｂ）〜（１Ｄ）はその断面図。
【図２】（２Ａ）は第一実施形態にかかるコンデンサマイクロホンアレイチップの一つのコンデンサマイクロホンに対応する構造体の上面図、（２Ｂ）および（２Ｃ）はその断面図。
【図３】構造体の各層の形状を示す模式図。
【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）〜（５Ｅ）は第一実施形態にかかる製造工程を示す断面図。
【図６】（６Ａ）〜（６Ｃ）は他の実施形態にかかる断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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アレイチップを示す図である。図１Ａはアレイチップの上面図、図１Ｂは図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線における断面図、図１Ｃは図１Ａの１Ｃ−１Ｃ線における断面図、図１Ｄは図１Ａの１Ｄ−１Ｄ線における断面図である。本実施形態においてアレイチップには、基板層１０の上に９つの構造体が形成されている。図２Ａはその構造体単体の上面図、図２Ｂおよび図２Ｃは、図２Ａにおける２Ｂ−２Ｂ線と２Ｃ−２Ｃ線のそれぞれ断面図である。なお、図３は単体の構造体の各層の形状を示す模式図である。なお、図１Ａ，図２Ａおよび図３において表層の絶縁層２０、パッシベーション層２２は省略されている。アレイチップは図示しない回路ＬＳＩ（インピーダンス変換回路などを備える）とともに、図示しないパッケージに収容されている。アレイチップはＭＥＭＳ製造プロセスを用いて形成される積層構造体である。
【００１７】
アレイチップに形成されている９つの構造体のそれぞれは、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構成されている。以降では主に単体の構造体１の構造について説明する。基板層１０は厚さ２００μｍ〜６００μｍの単結晶シリコンからなる。基板層１０には開口１００ａが形成されている。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。
【００１８】
第一電極層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。第一電極層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。ガード部１２７はコンタクトホール１１ｃにおいて基板層１０と接続しており、ダイヤフラム１２３はコンタクトホール１１ｂにおいて基板層１０と接続している。したがって基板層１０とガード部１２７とダイヤフラム１２３とは同電位となる。第一電極層１２には電極パッド１２３ｅが接続している。電極パッド１２３ｅおよび後述する電極パッド１６２ｅはＡｌＳｉ等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１２３ｅ，１６２ｅ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。
【００１９】
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。
【００２０】
第二電極層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。第二電極層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。プレート１６２は電極パッド１６２ｅと接続している。
【００２１】
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。
【００２２】
複数のダイヤフラム支持部１０２は空気室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が空気室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は空気室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空気室の開口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。
【００２３】
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。
【００２４】
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は空気室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。
【００２５】
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を構成する第二電極層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０．１〜０．２ｍのシリコン窒化膜からなる。
【００２６】
各構造体１の間には、構造体１同士を連結する橋部Ｂを除く位置に溝部Ｈ３が形成されている。溝部Ｈ３の底面には基板層１０が露出している。すなわち溝部Ｈ３によって、第一絶縁層１１，第二絶縁層１４，絶縁層２０が分断されている。各構造体１のプレート１６２（第二電極層１８）同士は橋部Ｂを構成する第二電極層１８（配線）で接続されている。本実施形態において橋部Ｂは、基板層１０上に形成された第一絶縁層１１と第二絶縁層１４と第二電極層１８と絶縁層２０からなる。ダイヤフラム１２３（第一電極層１２）は基板層１０を介して他の構造体のダイヤフラム１２３と接続している。したがって各構造体の対向電極（プレート１６２とダイヤフラム１２３）は並列接続されている。一対の対向電極同士をそれぞれ並列接続することにより一つのマイクロホンとして出力信号のＳＮ比を改善することができる。
【００２７】
また、対向電極を平面に複数配置してアレイ化することにより、チップ面積が大きくなる。チップ面積が大きくなると、後述する製造方法の過程でチップが反り易くなる。しかし上記のように各構造体の外周に溝部Ｈ３が形成されていることにより、アレイチップの反りを軽減することができる。
【００２８】
また、橋部Ｂを構成する第二電極層１８からなる薄膜の配線によって各構造体のプレート１６２同士を接続する構成は、各プレートをワイヤボンディング接続する構成と比較すると製造コストを低減することができる。また本実施形態において橋部Ｂを構成する配線は、第一絶縁層１１および第二絶縁層１４に支持されているため、断線しにくい。また、本実施形態では、ダイヤフラム１２３同士の接続を基板層１０を介して行っているので、例えばワイヤボンディングでダイヤフラム１２３同士を接続する構成と比較すると、製造コストを低減することができる。また構造がシンプルであるため、信頼性も向上する。
【００２９】
１−２．製造方法
図４および図５を用いてアレイチップの製造方法を説明する。図４および図５において、左側の断面図は図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線の各工程における断面図を示しており、右端の断面図は図２Ａの２Ｃ−２Ｃ線の各工程における断面図を示している。まず図４Ａ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。また、図示しないマスクを用いてコンタクトホール１１ｂ，１１ｃを形成する。基板層１０と第一電極層の接触抵抗を下げるためにコンタクトホールで開口された基板層１０に不純物ドープを施してもよい。
【００３０】
続いて図４Ｂ示すように、第一絶縁層１１の表面上に第一電極層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は第一電極層１２で埋められ、ダイヤフラムバンプ１２３ｆとなる。コンタクトホール１１ｂ、１１ｃも第一電極層１２で埋められ、次のパターニングによって形成されるダイヤフラム１２３とガード部１２７とが基板層１０と接続する部分となる。なお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電極層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。
【００３１】
続いて図４Ｃに示すように、第一電極層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４Ｄ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。
【００３２】
続いて、図４Ｅに示すように、第二絶縁層１４と絶縁層１７の表面上に第二電極層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電極層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。またこのとき橋部Ｂを構成する第二電極層１８も残存させる。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。
【００３３】
続いて、図５Ａに示すように、コンタクトホールＨ１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。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電極層１２を露出させている。溝部Ｈ３は、図１Ａに示すように一つの構造体の領域の外周の橋部Ｂを除く位置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は橋部Ｂの部分を残して形成される。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。
【００３４】
このアニール処理により、第一電極層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、第一電極層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変形（反り）に影響を与える。そのため、溝部Ｈ３が形成されていない場合はウエハは大きく反る。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。また、そのウエハをダイシングして形成されるアレイチップも反りが生じた状態となる。
【００３５】
そこで本実施形態では、アニール処理の前にコンタクトホールＨ１を形成する同工程において溝部Ｈ３も形成する。その結果、図１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と比較すると、ウエハの反りを少なくすることができる。なお、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。
【００３６】
続いて、第二絶縁層１４および第二電極層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の底部にも絶縁層２０が堆積する。続いて図５Ｂ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電極層１８が露出している。
【００３７】
続いて、図５Ｃに示すように、コンタクトホールＨ１，Ｈ４にパッド導電層２１からなる電極パッド１２３ｅ、１６２ｅを形成した後、パッシベーション層２２を形成し、絶縁層２０および第二電極層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。
【００３８】
続いて図５Ｄに示すように、絶縁層２０に開口２０ａを形成して第二電極層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５Ｅ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、アレイチップごとに溝部Ｈ３においてダイシングし、各アレイチップに分割する。
【００３９】
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。
【００４０】
上記実施形態で説明したアレイチップは、基板層１０の第二の主面側がパッケージの底部３０などに接着層２９を介して接合されるわけであるが、例えば図６Ａに示すように、各マイクロホンの構造体の空気室Ｃ１が互いに繋がっていてもよい。すなわち、アレイチップの内側に位置する基板層１０の厚さを、アレイチップの外周を構成する基板層１０より薄くし、外周を構成する基板層１０の底面（第二の主面）を接着層２９を介してパッケージの底部３０に接合する。このようにして、大きな空気室を共有することにより、マイクロホンとしての感度を向上させることができる。
【００４１】
なお、図６Ａに示すように、各構造体の第一電極層１２同士は基板層１０を介して接続されていなくても、例えば橋部Ｂを構成する層の一つとしての第一電極層１２で直接に接続されていてもよい。この場合、図４Ａの工程でコンタクトホール１１ｂを形成せず、図４Ｂの工程で例えばガード部１２７とダイヤフラム１２３とが分離されないようにパターニングする。また、寄生容量を低減するために、基板層１０とダイヤフラム１２３およびガード部１２７とは同電位とするため、第一電極層１２と接続する電極パッド１２３ｅとは別に、基板層１０に接続する電極パッドを設け、それらの電極パッドを同電位とするようにする。なお、プレートがダイヤフラムより基板層１０に近い構成である場合は、寄生容量低減のためにプレートと基板層１０を同電位にする。なお、各構造体のダイヤフラム１２３同士は、図６Ｂに示すように電極パッド１２３ｅを構成するパッド導電層２１と基板層１０とを介して接続されていてもよい。
【００４２】
また、図６Ｃに示すように、橋部Ｂにおいては第一絶縁層１１と第二絶縁層１４とをエッチングにより除去し、橋部Ｂの第二電極層１８と基板層１０との間を空洞にしてもよい。そうすると、構造体の外周を全域にわたって囲んで溝部Ｈ３が形成されることとなる。そのため、アレイチップの反りをより緩和することができる。
なお、上記実施形態では、溝部Ｈ３においては第一絶縁層１１および第二絶縁層１４が除去され底部に基板の第一の主面が露出している構成を示したが、溝部Ｈ３の底部には第一絶縁層１１が一部残存していてもよいし、第二絶縁層１４が一部残存していてもよい。上述した図５Ａに示す工程において例えばエッチング時間を調整することによって溝部Ｈ３の深さを調節することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：構造体、１０：基板層、１１：第一絶縁層、１１ａ：ディンプル、１１ｂ：コンタクトホール、１１ｃ：コンタクトホール、１２ 第一電極層、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：第二電極層、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、２９：接着層、３０：底部、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，１６２ｅ：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、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、Ｂ：橋部、Ｃ１：空気室、Ｃ２，Ｃ３：空隙、Ｈ１，Ｈ４：コンタクトホール、Ｈ３：溝部、Ｈ５：開口、Ｒ：マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通する複数の開口が形成された基板の一方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電極層と、
前記開口の外側において前記第一電極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電極層と空隙を介して対向する第二電極層と、
を有する構造体と前記基板とを備え、前記基板の一方の主面上において前記開口に合わせて前記構造体が複数形成され互いに並列接続されているコンデンサマイクロホンアレイチップであって、
前記構造体の平面視における外周の少なくとも橋部を除く部分に、少なくとも前記第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されており、
前記橋部は、複数の前記構造体の前記第二電極層同士を接続する前記第二電極層からなる配線を含んで構成されている、
コンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項２】
前記橋部は、前記配線を支持する前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とを含んで構成されている、
請求項１に記載のコンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項３】
前記橋部においては、前記配線と前記基板との間の前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とが除去されている、
請求項１に記載のコンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項４】
前記基板は単結晶シリコンからなり、
前記第一電極層は前記基板に導通し、前記第一電極層同士は前記基板を介して電気的に接続されている、
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項５】
前記構造体の前記開口内の空気室は他の前記構造体の前記空気室と繋がっている、
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項１】
厚さ方向に貫通する複数の開口が形成された基板の一方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電極層と、
前記開口の外側において前記第一電極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電極層と空隙を介して対向する第二電極層と、
を有する構造体と前記基板とを備え、前記基板の一方の主面上において前記開口に合わせて前記構造体が複数形成され互いに並列接続されているコンデンサマイクロホンアレイチップであって、
前記構造体の平面視における外周の少なくとも橋部を除く部分に、少なくとも前記第二絶縁層の一部が除去されている溝部が形成されており、
前記橋部は、複数の前記構造体の前記第二電極層同士を接続する前記第二電極層からなる配線を含んで構成されている、
コンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項２】
前記橋部は、前記配線を支持する前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とを含んで構成されている、
請求項１に記載のコンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項３】
前記橋部においては、前記配線と前記基板との間の前記第一絶縁層と前記第二絶縁層とが除去されている、
請求項１に記載のコンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項４】
前記基板は単結晶シリコンからなり、
前記第一電極層は前記基板に導通し、前記第一電極層同士は前記基板を介して電気的に接続されている、
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンアレイチップ。
【請求項５】
前記構造体の前記開口内の空気室は他の前記構造体の前記空気室と繋がっている、
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンアレイチップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−８０１６５（Ｐ２０１２−８０１６５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０５７５（Ｐ２０１０−２２０５７５）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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