JP2011259186A - Capacitance type electromechanical converter and method of manufacturing the same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance type electromechanical converter that can improve the reliability of bonding of a partition wall defining the outer periphery of an air gap and a diaphragm, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: The capacitance type electromechanical converter has a substrate 100, a partition wall 1012, and a diaphragm 121. A first electrode 1001 and a second electrode 103 are facing each other through an air gap 1011 and an insulation layer 124, and the partition wall 1012 defines the outer periphery of the air gap 1011 and supports the diaphragm 121 movably. The partition wall 1012 is formed on the substrate 100, the insulation layer 124 is formed on the diaphragm 121, and the substrate 100 and the diaphragm 121 are bonded with the insulation layer 124 as an interface.

Description

本発明は、超音波トランスデューサなどの静電容量型電気機械変換装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a capacitive electromechanical transducer such as an ultrasonic transducer and a method for manufacturing the same.

超音波トランスデューサは、電気信号から振動波（代表的には超音波）への変換、或いは超音波から電気信号の変換を行うものである。医用イメージング、非破壊検査用の探触子として用いられている。超音波トランスデューサの一形態に、容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ−Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ−Ｕｌｔｒａｓｕｏｕｎｄ−Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＣＭＵＴ）がある。ＣＭＵＴは、一般に、下部電極を備える基材と、この基材上に形成された支持部によって可動（振動可能）に支えられた振動板と、上部電極とで構成されている。１つの空隙部は、下部電極、振動板、上部電極で囲まれてセルを構成する。ＣＭＵＴは、受け取った超音波によって振動板を振動させ、下部電極と上部電極間の容量変化により超音波を検出する。また、下部電極と上部電極間の電圧を変調して振動板を振動させることで超音波を発信する。ＣＭＵＴを製造する方法として、シリコン基板上に空隙部構造を形成し、その上にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を接合させるバルクマイクロマシニングを利用した方法がある。この接合型の製造方法で形成されるＣＭＵＴは、シリコン単結晶を振動板として用いるため、振動板の機械的特性が向上する（非特許文献１参照）。ＣＭＵＴは、例えば、複数の静電容量型超音波トランスデューサを２次元に並べて構成されており、複数のセルを含むエレメントを１つのユニットとして超音波の送受信を行う。１つのエレメントは、上部電極、振動板、空隙部、隔壁部、絶縁層、下部電極で構成されている。エレメントを形成する方法の一例としては、次の工程を有する。（１）導電性Ｓｉ基板を用意する。（２）熱酸化によりＳｉ基板に隔壁層を形成する。（３）フォトリソグラフィにより隔壁層に空隙部のパターンを形成する。（４）空隙部をシリコンが露出するまでエッチングして、隔壁層に空隙部と隔壁部を形成する。（５）空隙部底面に上下電極間絶縁膜となる絶縁層を形成するため、再びＳｉ基板を熱酸化し、酸化膜を形成する。（６）空隙部上面からＳＯＩ基板を接合する。（７）導電性Ｓｉ基板に溝を設け、エレメントごとに電極を分離する。 The ultrasonic transducer performs conversion from an electric signal to a vibration wave (typically, an ultrasonic wave), or conversion from an ultrasonic wave to an electric signal. It is used as a probe for medical imaging and nondestructive inspection. One form of an ultrasonic transducer is a capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT). The CMUT is generally composed of a base material having a lower electrode, a diaphragm supported movably (vibrable) by a support portion formed on the base material, and an upper electrode. One gap portion is surrounded by a lower electrode, a diaphragm, and an upper electrode to constitute a cell. The CMUT vibrates the diaphragm with the received ultrasonic waves, and detects the ultrasonic waves by changing the capacitance between the lower electrode and the upper electrode. Moreover, an ultrasonic wave is transmitted by modulating the voltage between the lower electrode and the upper electrode to vibrate the diaphragm. As a method for manufacturing CMUT, there is a method using bulk micromachining in which a void structure is formed on a silicon substrate and an SOI (silicon-on-insulator) substrate is bonded thereon. Since the CMUT formed by this bonding type manufacturing method uses a silicon single crystal as a diaphragm, the mechanical characteristics of the diaphragm are improved (see Non-Patent Document 1). For example, the CMUT is configured by two-dimensionally arranging a plurality of capacitive ultrasonic transducers, and transmits and receives ultrasonic waves using an element including a plurality of cells as one unit. One element includes an upper electrode, a diaphragm, a gap, a partition, an insulating layer, and a lower electrode. An example of a method for forming an element includes the following steps. (1) A conductive Si substrate is prepared. (2) A partition layer is formed on the Si substrate by thermal oxidation. (3) A void pattern is formed in the partition layer by photolithography. (4) The gap is etched until silicon is exposed to form the gap and the partition in the partition layer. (5) In order to form an insulating layer to be an insulating film between the upper and lower electrodes on the bottom surface of the gap, the Si substrate is thermally oxidized again to form an oxide film. (6) The SOI substrate is bonded from the upper surface of the gap. (7) A groove is provided in the conductive Si substrate, and the electrodes are separated for each element.

Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｅｎｃｈ−ｉｓｏｌａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ−ｗａｆｅｒ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ ｗｉｔｈ ２ｄ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｒｒａｙｓ（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ １３８（２００７）ＰＰ２２１−２２９）Integration of trench-isolated through-wafer interconnects with 2d caparative micromachined ultrasonic transducer arrays1 (Sensors and Actuators2)

上記従来例のＣＭＵＴの製造方法では、エレメントを形成する際、同一の基材（導電性Ｓｉ基板）の上に、隔壁部と空隙部と上下電極間絶縁膜を形成し、そこに振動板（ＳＯＩ基板）を直接接合していた。この工程において、空隙部の厚さを一定にするため、隔壁層を熱酸化により形成し、この隔壁層をＳｉ基板に到達するまでエッチングして空隙部と隔壁部を形成した後に上下電極間絶縁膜を形成している。 In the above-described conventional CMUT manufacturing method, when forming an element, a partition wall, a gap, and an insulating film between upper and lower electrodes are formed on the same base material (conductive Si substrate), and a diaphragm ( SOI substrate) was directly bonded. In this step, in order to make the thickness of the gap portion constant, the partition wall layer is formed by thermal oxidation, and this partition wall layer is etched until it reaches the Si substrate to form the gap portion and the partition wall portion, and then the upper and lower electrodes are insulated. A film is formed.

従って、空隙部をパターニングした後の上記Ｓｉ基板上に、シリコンが露出した領域と二酸化シリコンがシリコンを覆った領域が存在する。しかし、酸化の進展が領域の表面状態によって異なることから、上下電極間絶縁膜を形成するための２度目の熱酸化時に、こうした表面状態の領域上への絶縁層の形成時に突起状構造が出現する場合がある。この突起状構造は、接合面同士の平坦性が要求される直接接合において、接合の信頼性を低下させる要因となっていた。このため、非特許文献１に記載の技術では、突起状構造をエッチングにより除去するという工程を追加して接合の信頼性を高めている。 Therefore, there are a region where silicon is exposed and a region where silicon dioxide covers silicon on the Si substrate after patterning the gap. However, since the progress of oxidation varies depending on the surface state of the region, a protrusion-like structure appears when the insulating layer is formed on the surface state region during the second thermal oxidation for forming the insulating film between the upper and lower electrodes. There is a case. This projecting structure has been a factor of reducing the reliability of bonding in direct bonding where flatness between bonding surfaces is required. For this reason, in the technique described in Non-Patent Document 1, a process of removing the protruding structure by etching is added to improve the reliability of the bonding.

上記課題に鑑み、基材と隔壁部と振動板とを少なくとも有する本発明の静電容量型電気機械変換装置の製造方法は、次の工程を有する。前記基材に前記隔壁部を形成する第１の工程。前記振動板に絶縁層を形成する第２の工程。前記絶縁層を界面として前記基材と前記振動板とを接合する第３の工程。 In view of the above problems, a method for manufacturing a capacitive electromechanical transducer of the present invention having at least a base material, a partition wall, and a diaphragm includes the following steps. 1st process of forming the said partition part in the said base material. A second step of forming an insulating layer on the diaphragm; A third step of joining the substrate and the diaphragm with the insulating layer as an interface;

また、上記課題に鑑み、本発明の静電容量型電気機械変換装置は、次の特徴を有する。第１の電極を有する基材と、絶縁層及び第２の電極を有する振動板を備える。振動板としてシリコンを採用する場合には、シリコンは導電性を有するため、両面に夫々絶縁層及び第２の電極を形成する。絶縁性の材料で振動板を形成する場合には、振動板の一方の面に導電性膜（例えば金属）で電極を形成し、更に絶縁層を（金属電極の場合は低温で）形成し、基材と接合する。そして、前記基材及び前記振動板の間に空隙部、隔壁部及び前記絶縁層を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は前記空隙部及び前記絶縁層を介して対向しており、前記隔壁部は前記空隙部の外周を画して前記振動板を可動に支持する。 Moreover, in view of the said subject, the electrostatic capacitance type electromechanical transducer of this invention has the following characteristics. A substrate having a first electrode and a diaphragm having an insulating layer and a second electrode are provided. When silicon is employed as the diaphragm, since silicon has conductivity, an insulating layer and a second electrode are formed on both sides. When forming a diaphragm with an insulating material, an electrode is formed with a conductive film (for example, metal) on one surface of the diaphragm, and an insulating layer is formed (at a low temperature in the case of a metal electrode), Join the substrate. In addition, a gap portion, a partition wall portion, and the insulating layer are provided between the base material and the diaphragm, and the first electrode and the second electrode are opposed to each other through the gap portion and the insulating layer, The partition wall defines the outer periphery of the gap and supports the diaphragm movably.

本発明によれば、基材と振動板上に夫々隔壁部と絶縁層を形成するため、良好な表面状態で絶縁膜を形成することができる。このため、作製工程において、接合面に荒れを発生させる恐れがある突起状構造物を接合界面に生成する過程がなく、接合の信頼性を向上させることが可能である。よって、振動板と隔壁部との接合の信頼性が上がることから、超音波トランスデューサなどの静電容量型電気機械変換装置の耐久性が向上する。 According to the present invention, since the partition wall and the insulating layer are formed on the base material and the diaphragm, respectively, the insulating film can be formed in a good surface state. For this reason, in the manufacturing process, there is no process of generating a protrusion-like structure that may cause roughness on the bonding surface at the bonding interface, and it is possible to improve bonding reliability. Therefore, since the reliability of joining of the diaphragm and the partition wall is improved, the durability of the capacitive electromechanical transducer such as an ultrasonic transducer is improved.

本発明の実施例１の静電容量型電気機械変換装置の製造手順に関する工程図。The process figure regarding the manufacture procedure of the electrostatic capacitance type electromechanical transducer of Example 1 of this invention. 実施例１の製造手順に関するフローチャート。2 is a flowchart relating to the manufacturing procedure of the first embodiment. 本発明の実施例２の静電容量型電気機械変換装置を説明する図。The figure explaining the electrostatic capacity type electromechanical transducer of Example 2 of this invention. 本発明の実施例３の静電容量型電気機械変換装置及びその製造手順の図。The figure of the electrostatic capacitance type electromechanical transducer of Example 3 of this invention, and its manufacture procedure.

本発明の特徴は、接合界面に突起状構造物を生成する恐れのある過程を無くして接合の信頼性を向上できる様に、基材上に隔壁層を形成する過程を経て隔壁部を形成し、振動板の少なくとも空隙部と接する部分に絶縁層を形成することである。この考え方に基づいて、以下に説明する具体的な実施例を構成することができる。 The feature of the present invention is that the partition wall portion is formed through the process of forming the partition wall layer on the base material so that the reliability of the bonding can be improved by eliminating the process that may generate the protruding structure at the bonding interface. In other words, an insulating layer is formed on at least a portion in contact with the gap of the diaphragm. Based on this concept, specific embodiments described below can be configured.

以下、図面を参照して、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１は、基材と隔壁部と振動板とを少なくとも有する静電容量型電気機械変換装置及びその製造方法である。本実施例は、基材に隔壁部を形成する第１の工程と、振動板に絶縁層を成膜する第２の工程と、絶縁層を界面として基材と振動板とを接合する第３の工程とを有する。製造手順に関する工程図である図１と製造手順に関するフローチャートである図２を用いて、本実施例のプロセスフローを説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
Example 1
Example 1 is a capacitive electromechanical transducer having at least a base material, a partition wall, and a diaphragm, and a method for manufacturing the same. In this embodiment, a first step of forming a partition wall portion on the base material, a second step of forming an insulating layer on the diaphragm, and a third step of joining the base material and the diaphragm with the insulating layer as an interface. It has these processes. The process flow of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 which is a process chart relating to the manufacturing procedure and FIG. 2 which is a flowchart relating to the manufacturing procedure.

始めに、表面の少なくとも一部分に第１の電極となる導電性部分を有する基材として使用するＳｉ基板１００を用意する。ここでは、Ｓｉ基板１００は、後に、第１の電極である下部電極及び貫通配線として使用するため、低抵抗率のものを用いることが好ましい。本実施例では、厚さ５２５μｍ、比抵抗０．０２Ω・ｃｍ未満のＳｉ基板を用いる。次に、絶縁性を有する隔壁層を成膜するため、Ｓｉ基板１００表面をパイロジェニック酸化し、１μｍの厚さの酸化膜１０１を形成する（図２のＳ１０１）。次に、酸化膜１０１に、リソグラフィにより空隙部及び隔壁部のパターンを形成する。そして、リソグラフィ済みの酸化膜１０１を、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によりＳｉが露出するまでエッチングし、空隙部１０１１及び隔壁部１０１２を形成する（Ｓ１０２）。図１（Ａ）は、空隙部１０１１を形成後のウェハの断面図である。酸化膜１０１はＳｉ基板１００までエッチングされ、空隙部１０１１と隔壁部１０１２がＳｉ基板１００上に形成されている。 First, an Si substrate 100 is prepared which is used as a base material having a conductive portion to be a first electrode on at least a part of the surface. Here, since the Si substrate 100 is used later as the lower electrode and the through wiring which are the first electrodes, it is preferable to use a substrate having a low resistivity. In this embodiment, a Si substrate having a thickness of 525 μm and a specific resistance of less than 0.02 Ω · cm is used. Next, in order to form an insulating partition layer, the surface of the Si substrate 100 is pyrogenic oxidized to form an oxide film 101 having a thickness of 1 μm (S101 in FIG. 2). Next, a pattern of voids and partition walls is formed on the oxide film 101 by lithography. Then, the oxide film 101 that has been subjected to lithography is etched with buffered hydrofluoric acid (BHF) until Si is exposed, thereby forming a void portion 1011 and a partition wall portion 1012 (S102). FIG. 1A is a cross-sectional view of the wafer after the gap 1011 is formed. The oxide film 101 is etched up to the Si substrate 100, and a gap portion 1011 and a partition wall portion 1012 are formed on the Si substrate 100.

次に、ＳＯＩ基板上１２０を用意する。ＳＯＩ基板１２０は、厚さ１．５μｍのデバイス層１２１、厚さ０．４μｍの埋め込み酸化膜層１２２、厚さ５００μｍの支持基板層１２３で構成されている。このうち、デバイス層１２１を振動板として使用する。ＣＭＵＴの上下電極間の絶縁層を製造するため、ＳＯＩ基板１２０をパイロジェニック酸化し、厚さ１５００Åの酸化膜１２４を形成する（Ｓ１０３）。図１（Ｂ）は、酸化膜（絶縁層）１２４を形成後のＳＯＩウェハ１２０の断面図である。 Next, an SOI substrate 120 is prepared. The SOI substrate 120 includes a device layer 121 having a thickness of 1.5 μm, a buried oxide film layer 122 having a thickness of 0.4 μm, and a supporting substrate layer 123 having a thickness of 500 μm. Among these, the device layer 121 is used as a diaphragm. In order to manufacture an insulating layer between the upper and lower electrodes of the CMUT, the SOI substrate 120 is pyrogenic oxidized to form an oxide film 124 having a thickness of 1500 mm (S103). FIG. 1B is a cross-sectional view of the SOI wafer 120 after the oxide film (insulating layer) 124 is formed.

次に、Ｓｉ基板１００とＳＯＩ基板１２０を酸化膜（隔壁層）１０１及び酸化膜（絶縁層）１２４を界面として接合する（Ｓ１０４）。２枚の基板を接合するため、酸化膜１０１及び酸化膜１２４の表面をＮ_２プラズマ処理する。そして、オリフラの突合せによりＳｉ基板１００及びＳＯＩ基板１２０の位置合わせを行う。更に、温度３００℃、５００Ｎの荷重条件にて接合を行う。図１（Ｃ）は、Ｓｉ基板１００とＳＯＩ基板１２０との接合後の両基板の断面図である。 Next, the Si substrate 100 and the SOI substrate 120 are joined using the oxide film (partition layer) 101 and the oxide film (insulating layer) 124 as an interface (S104). In order to bond the two substrates, the surfaces of the oxide film 101 and the oxide film 124 are subjected to N ₂ plasma treatment. Then, the alignment of the Si substrate 100 and the SOI substrate 120 is performed by orientation flat alignment. Further, bonding is performed under a load condition of a temperature of 300 ° C. and 500 N. FIG. 1C is a cross-sectional view of both substrates after bonding the Si substrate 100 and the SOI substrate 120.

次に、ＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３及び埋め込み酸化膜層１２２をエッチングにより除去する（Ｓ１０５）。ＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３はＤｅｅｐＲＩＥにより、埋め込み酸化膜層１２２はＢＨＦにより、その他の層とは選択的に除去する。これにより、デバイス層１２１のみがＳｉ基板１００上に残る。以後、デバイス層１２１を振動板１２１とも呼ぶ。このとき、Ｓｉ基板１００の裏面にある熱酸化膜及びＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３裏側にある熱酸化膜も共にＢＨＦで除去する。図１（Ｄ）は、ＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３及び埋め込み酸化膜層１２２を除去した後のＳｉ基板１００の断面図である。 Next, the support substrate layer 123 and the buried oxide film layer 122 of the SOI substrate 120 are removed by etching (S105). The support substrate layer 123 of the SOI substrate 120 is selectively removed from the other layers by DeepRIE, and the buried oxide film layer 122 is selectively removed by BHF. As a result, only the device layer 121 remains on the Si substrate 100. Hereinafter, the device layer 121 is also referred to as a diaphragm 121. At this time, the thermal oxide film on the back surface of the Si substrate 100 and the thermal oxide film on the back side of the support substrate layer 123 of the SOI substrate 120 are both removed by BHF. FIG. 1D is a cross-sectional view of the Si substrate 100 after the support substrate layer 123 and the buried oxide film layer 122 of the SOI substrate 120 are removed.

次に、上部電極引出し孔を作製する（Ｓ１０６）。図１（Ｄ）で作製した基板の振動板１２１側にフォトリソグラフィにより上部電極引出し電極のレジストパターンを作製する。レジストパターンをマスクとして、振動板１２１をＳｉ−ＤｅｅｐＲＩＥにより酸化膜１２４までエッチングし、貫通エッチング孔を作成する。更に、レジストパターンをマスクとして、酸化膜１２４及び酸化膜１０１にＣＦ_４によるドライエッチングを行い、Ｓｉ基板１００まで貫通させる。こうして上部電極引出し孔１０２を作製する。図１（Ｅ）は振動板１２１側からＳｉ基板１００まで上部電極引出し孔を形成した後の断面図である。 Next, an upper electrode lead hole is formed (S106). A resist pattern of the upper electrode lead-out electrode is produced by photolithography on the vibration plate 121 side of the substrate produced in FIG. Using the resist pattern as a mask, the vibration plate 121 is etched to the oxide film 124 by Si-Deep RIE to form a through-etching hole. Further, using the resist pattern as a mask, the oxide film 124 and the oxide film 101 are dry-etched with CF ₄ to penetrate to the Si substrate 100. In this way, the upper electrode lead hole 102 is produced. FIG. 1E is a cross-sectional view after the upper electrode lead hole is formed from the diaphragm 121 side to the Si substrate 100.

次に、第２の電極である上部電極及び上部電極引出し電極を作製する（Ｓ１０７）。図１（Ｅ）で作製した基板の振動板１２１側から蒸着によりＡｌ層を形成する。この時、上部電極引出し孔１０２にもＡｌ層が形成され、Ｓｉ基板１００との導通が取れる。更に、Ａｌ層にフォトリソグラフィを行い、上部電極のレジストパターンを作製する。レジストパターンをマスクとしてＡｌ層をウェットエッチングし、上部電極１０３を作製する。図１（Ｆ）は上部電極１０３を作製した後の断面図である。 Next, an upper electrode and an upper electrode lead electrode which are second electrodes are produced (S107). An Al layer is formed by vapor deposition from the vibration plate 121 side of the substrate manufactured in FIG. At this time, an Al layer is also formed in the upper electrode lead hole 102, and electrical connection with the Si substrate 100 can be obtained. Further, photolithography is performed on the Al layer to form a resist pattern for the upper electrode. Using the resist pattern as a mask, the Al layer is wet etched to form the upper electrode 103. FIG. 1F is a cross-sectional view after the upper electrode 103 is manufactured.

次に、構造保持用の水晶基板の貼り付けを行う（Ｓ１０８）。水晶基板１４０を用意し、図１（Ｆ）で作製した基板の上部電極１０３にドライレジストフィルム１４１を用いて水晶基板１４０を貼り付ける。図１（Ｇ）は、水晶基板１４０を貼り付けた後の断面図である。 Next, a crystal substrate for holding the structure is attached (S108). A quartz substrate 140 is prepared, and the quartz substrate 140 is attached to the upper electrode 103 of the substrate manufactured in FIG. FIG. 1G is a cross-sectional view after the quartz substrate 140 is attached.

次に、Ｓｉ基板１００において下部電極の分離を行う（Ｓ１０９）。Ｓｉ基板１００に対して、裏側からＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行い、厚さを５２５μｍから１００μｍまで薄くする。Ｓｉ基板１００は下部電極であると同時にＳｉ基板裏面への貫通配線としての役割を担い、薄膜化により配線抵抗を小さくできる。更に、Ｓｉ基板１００の裏側からフォトリソグラフィを行い、下部電極のレジストパターンを作製する。レジストパターンをマスクとしてＳｉ基板１００をＤｅｅｐＲＩＥにより深堀加工し、下部電極１００１及び上部電極引出し配線１００２を夫々独立電極として分離するための溝１００３を形成する。溝１００３は、隣り合うエレメント（複数のセルを含む）の間に設けられ、Ｓｉ基板１００を貫通し、酸化膜１０１に到達する。これにより、隣り合うエレメント同士の電気的絶縁を実現できる。溝１００３を形成後、エッチングマスクに用いたレジストを、アセトン及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で洗浄して除去する。図１（Ｈ）は、下部電極１００１の分離を行った後の断面図である。 Next, the lower electrode is separated from the Si substrate 100 (S109). CMP (Chemical-Mechanical-Polishing) is performed on the Si substrate 100 from the back side to reduce the thickness from 525 μm to 100 μm. The Si substrate 100 is a lower electrode and at the same time serves as a through wiring to the back surface of the Si substrate, and the wiring resistance can be reduced by reducing the thickness. Further, photolithography is performed from the back side of the Si substrate 100 to form a resist pattern for the lower electrode. Using the resist pattern as a mask, the Si substrate 100 is deeply etched by deep RIE to form a groove 1003 for separating the lower electrode 1001 and the upper electrode lead-out wiring 1002 as independent electrodes. The groove 1003 is provided between adjacent elements (including a plurality of cells), penetrates the Si substrate 100, and reaches the oxide film 101. Thereby, electrical insulation between adjacent elements can be realized. After forming the groove 1003, the resist used for the etching mask is removed by washing with acetone and isopropyl alcohol (IPA). FIG. 1H is a cross-sectional view after the lower electrode 1001 is separated.

次に、下部電極１００１及び上部電極引出し配線１００２の夫々にＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ−Ｂｕｍｐ−Ｍｅｔａｌ）層を形成する（Ｓ１１０）。ＵＢＭ層はＴｉ、Ｎｉ、Ａｕの３層からなり、蒸着により作製される。ここで、下部電極パッド１０４、上部電極パッド１０５とする。上下電極間のショートを防止するため、下部電極間の溝に金属が入らない様に、溝１００３の中心軸に対して４５度の角度からＴｉ／Ｃｕ／Ａｕを蒸着する。図１（Ｉ）は、下部電極パッド１０４を作製した後の断面図である。 Next, an UBM (Under-Bump-Metal) layer is formed on each of the lower electrode 1001 and the upper electrode lead-out wiring 1002 (S110). The UBM layer consists of three layers of Ti, Ni, and Au, and is produced by vapor deposition. Here, the lower electrode pad 104 and the upper electrode pad 105 are used. In order to prevent a short circuit between the upper and lower electrodes, Ti / Cu / Au is deposited from an angle of 45 degrees with respect to the central axis of the groove 1003 so that no metal enters the groove between the lower electrodes. FIG. 1I is a cross-sectional view after the lower electrode pad 104 is manufactured.

次に、ガラス製配線基板との接合を行う（Ｓ１１１）。ガラス基板１６０上には下部電極用パターン１６１、上部電極用パターン１６２及び配線（不図示）が形成されている。ボールマウンタを使用して半田ボールを下部電極用パターン１６１、上部電極用パターン１６２に搭載し、リフローを行うことで半田バンプ１６４を作製する。このガラス基板１６０上の電極パターンと図１（Ｉ）で作製したウェハの下部電極パッド１０４、上部電極パッド１０５との位置合わせを行い、リフローによって接合を行う。図１（Ｊ）は、ガラス基板１６０とデバイスとを接合した後の断面図である。次に、構造保持用の水晶基板１４０を剥離する（Ｓ１１２）。図１（Ｊ）で作製した基板をアセトンに浸漬し、ドライレジストフィルム１４１を溶解させて水晶基板１４０を分離する。図１（Ｋ）は、水晶基板１４０を分離した後の断面図である。以上の工程により、基材及び振動板の間に空隙部、隔壁部及び絶縁層を備え、上下電極が空隙部及び絶縁層を介して対向し、隔壁部が空隙部の外周を画して振動板を可動に支持する静電容量型電気機械変換装置が作製される。 Next, it joins with a glass wiring board (S111). On the glass substrate 160, a lower electrode pattern 161, an upper electrode pattern 162, and wiring (not shown) are formed. Solder balls are mounted on the lower electrode pattern 161 and the upper electrode pattern 162 using a ball mounter, and solder bumps 164 are produced by performing reflow. The electrode pattern on the glass substrate 160 is aligned with the lower electrode pad 104 and the upper electrode pad 105 of the wafer manufactured in FIG. 1I, and bonding is performed by reflow. FIG. 1J is a cross-sectional view after bonding the glass substrate 160 and the device. Next, the crystal substrate 140 for holding the structure is peeled off (S112). The substrate manufactured in FIG. 1J is immersed in acetone, the dry resist film 141 is dissolved, and the quartz substrate 140 is separated. FIG. 1K is a cross-sectional view after the quartz substrate 140 is separated. Through the above process, the gap portion, the partition wall portion, and the insulating layer are provided between the base material and the diaphragm, the upper and lower electrodes are opposed to each other through the gap portion and the insulating layer, and the partition wall portion defines the outer periphery of the gap portion to form the diaphragm. A capacitive electromechanical transducer that is movably supported is produced.

以上に説明した様に、本実施例では、隔壁層を構成する酸化膜１０１を基材となるＳｉ基板１００上に形成し、絶縁層を構成する酸化膜１２４を、振動板となるＳＯＩ基板のデバイス層１２１上に形成した。このため、接合界面に突起状構造物を生成する過程がなく、均一な表面状態で絶縁層を形成でき、接合の信頼性を向上できる。また、二酸化シリコンによる熱酸化膜を隔壁層及び絶縁層に使用したため、膜厚の制御性が良く、空隙部及び絶縁層の厚さを所望の値に構成し易い。また、膜の緻密性が高いため、絶縁層を薄くすることが可能であり、高感度化が期待できる。更に本実施例によれば、空隙部及び隔壁部を構成する隔壁層と、下部電極（エッチングにより溝を構成し電気的分離を行う）とが、同一のウェハ内にあることから、作製時に空隙部と電極分離部とのアライメント精度を高くできる。隔壁層が基材と別のウェハ上に形成される場合、空隙部と下部電極のアライメントのために、接合前と接合後に２回の両面アライメントが必要となり、アライメント精度を下げる原因となる。このため、デバイス作製時の回転方向の位置合わせズレ等によるデバイスの不良を防止するための設計余裕を小さくすることが可能になる。このことから、一エレメント中で空隙部を配置できる範囲が拡大できるため、デバイスの有効面積が向上し、高感度なデバイスを構成できる。 As described above, in this embodiment, the oxide film 101 constituting the partition layer is formed on the Si substrate 100 serving as the base material, and the oxide film 124 constituting the insulating layer is formed on the SOI substrate serving as the vibration plate. It was formed on the device layer 121. For this reason, there is no process of generating a protruding structure at the bonding interface, the insulating layer can be formed in a uniform surface state, and the bonding reliability can be improved. Further, since a thermal oxide film made of silicon dioxide is used for the partition wall layer and the insulating layer, the controllability of the film thickness is good, and the thickness of the gap and the insulating layer can be easily set to desired values. In addition, since the denseness of the film is high, the insulating layer can be thinned and high sensitivity can be expected. Furthermore, according to the present embodiment, the partition wall layer constituting the cavity and the partition wall and the lower electrode (which forms a groove by etching and performs electrical separation) are in the same wafer. The alignment accuracy between the part and the electrode separation part can be increased. When the partition layer is formed on a wafer different from the base material, two-sided double-side alignment is required before and after bonding for alignment of the gap and the lower electrode, which causes a decrease in alignment accuracy. For this reason, it is possible to reduce a design margin for preventing a defect of the device due to a misalignment in the rotation direction during device fabrication. From this, since the range in which the void portion can be arranged in one element can be expanded, the effective area of the device is improved and a highly sensitive device can be configured.

本実施例では、隔壁層と絶縁層を同一絶縁材質で形成することにより、更に信頼性を高めることが可能である。本実施例では一例として、基材と振動板をシリコンで形成し、隔壁層と絶縁層を酸化シリコンで形成している。より詳細には、単結晶シリコンの基材及び振動板に熱酸化で夫々二酸化シリコンを形成しているが、これだけに限定されない。例えば、気相堆積法により作製した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜をＮ_２雰囲気中で熱処理により改質することで形成される緻密な絶縁膜でもよい。何れの製法の絶縁膜を選択する場合でも、基材及び振動板上に同一の材料で隔壁層及び絶縁層を形成し接合することで、同じ物性の材料同士での基材と振動板との貼り合わせとなり、信頼性の高い接合が実現できる。つまり、接合強度が高まり、剥離が発生し難くなる。また、接合面の荒れが起きにくく、接合の信頼性を向上させることができる。また、振動板としては、工程の容易さも考慮してＳＯＩ基板のデバイス層（シリコン：導電材料）を用いたが、振動板の材料としては絶縁材料を用いることもできる。この場合には、振動板の一方の面に導電性膜（例えば金属）で電極を形成し、更に絶縁層を（前記電極が金属である場合は低温で）形成し、基材と接合する方法を採用することができる。 In this embodiment, it is possible to further improve the reliability by forming the partition layer and the insulating layer with the same insulating material. In this embodiment, as an example, the base material and the diaphragm are formed of silicon, and the partition layer and the insulating layer are formed of silicon oxide. More specifically, silicon dioxide is formed on the single crystal silicon substrate and the diaphragm by thermal oxidation, but the present invention is not limited to this. For example, a dense insulating film formed by modifying a silicon oxide film or a silicon nitride film manufactured by a vapor deposition method by heat treatment in an N ₂ atmosphere may be used. Regardless of the method used to select the insulating film, by forming and bonding the partition layer and the insulating layer with the same material on the base material and the diaphragm, the base material and the diaphragm with the same physical properties can be used. Bonding can be performed to achieve highly reliable bonding. That is, the bonding strength is increased and peeling is less likely to occur. Further, the roughness of the joint surface hardly occurs, and the reliability of the joint can be improved. In addition, the device layer (silicon: conductive material) of the SOI substrate is used as the diaphragm in consideration of the ease of the process, but an insulating material can also be used as the material of the diaphragm. In this case, a method of forming an electrode with a conductive film (for example, metal) on one surface of the diaphragm, and further forming an insulating layer (at a low temperature when the electrode is a metal), and joining the substrate Can be adopted.

なお、本実施例では、工程（Ｓ１０５）と同時にＳＯＩ基板１２０の支持基板層１２３の裏面に成膜された酸化膜をＢＨＦにて除去する製造方法を説明している。しかし、これに限らず、支持基板層１２３の裏面に成膜された酸化膜がＵＢＭ層を形成する工程（Ｓ１１０）前までに除去されていれば、工程上差し支えない。熱酸化で成膜された二酸化シリコン層の応力により発生するＳＯＩ基板の撓みを抑止する効果があることから、ＳＯＩ両面に熱酸化膜を成膜した状態で、振動板を接合する工程を行うと、接合の信頼性が向上する。 In this embodiment, a manufacturing method is described in which the oxide film formed on the back surface of the support substrate layer 123 of the SOI substrate 120 is removed with BHF simultaneously with the step (S105). However, the present invention is not limited to this, and there is no problem in the process as long as the oxide film formed on the back surface of the support substrate layer 123 is removed before the process of forming the UBM layer (S110). Since there is an effect of suppressing the bending of the SOI substrate caused by the stress of the silicon dioxide layer formed by thermal oxidation, the step of joining the diaphragm with the thermal oxide film formed on both sides of the SOI is performed. , Bonding reliability is improved.

（実施例２）
実施例２を説明する。本実施例に係る静電容量型電気機械変換装置では、振動板より小さな線膨張係数を有する材料からなる絶縁層を、振動板の空隙部側に備える。静電容量型電気機械変換装置では、隔壁部では下部電極と上部電極が離間しており、逆に空隙部では上部電極が下部電極に近いことが望ましい。隔壁部上に固定された振動板と下部電極を有する基材との間の静電容量（無効容量）はセンサとしては機能せず、後段の処理回路でのノイズの発生要因となる。隔壁部を厚く構成することで、無効容量を小さくすることができる。これに対し、空隙部に形成された振動板はセンサとして機能している。振動板上に設けられた上部電極と下部電極が接近している方が静電容量（有効容量）は大きく、振動板の同じ変位量に対して大きな静電容量変化が発生する。すなわち、高感度のセンサを構成できる。 (Example 2)
A second embodiment will be described. In the capacitance type electromechanical transducer according to the present embodiment, an insulating layer made of a material having a smaller linear expansion coefficient than that of the diaphragm is provided on the gap portion side of the diaphragm. In the capacitance type electromechanical transducer, it is desirable that the lower electrode and the upper electrode are separated from each other in the partition wall, and conversely, the upper electrode is closer to the lower electrode in the gap. The electrostatic capacity (invalid capacity) between the diaphragm fixed on the partition wall and the base material having the lower electrode does not function as a sensor, and becomes a cause of noise generation in a subsequent processing circuit. By configuring the partition wall to be thick, the reactive capacity can be reduced. On the other hand, the diaphragm formed in the gap functions as a sensor. The closer the upper electrode and the lower electrode provided on the diaphragm are, the larger the electrostatic capacity (effective capacity) is, and a large electrostatic capacity change occurs with respect to the same displacement amount of the diaphragm. That is, a highly sensitive sensor can be configured.

このことから、静電容量型電気機械変換装置では、無効容量を小さくしつつ、有効容量を大きくすることが望ましい。一般的に静電容量型電気機械変換装置の空隙部内は低圧に保たれ、大気圧により振動板は空隙部側に撓んでいる。更に、感度を向上させるため静電容量型電気機械変換装置では上部電極と下部電極の間に高い電圧をかけ、振動板を下部電極に向けて引っ張ることで無効容量を小さくしつつ、有効容量を大きくする構成が知られている。 For this reason, in the electrostatic capacity type electromechanical transducer, it is desirable to increase the effective capacity while reducing the ineffective capacity. In general, the inside of the gap portion of the capacitive electromechanical transducer is kept at a low pressure, and the diaphragm is bent toward the gap portion by the atmospheric pressure. Furthermore, in order to improve the sensitivity, the capacitive electromechanical transducer applies a high voltage between the upper electrode and the lower electrode, and pulls the diaphragm toward the lower electrode, thereby reducing the effective capacitance and reducing the effective capacitance. A configuration for increasing the size is known.

振動板上に絶縁層を備えるデバイスにおいて、異なる材質の膜（振動板と絶縁層）間では応力が作用する。この応力を調整することにより、振動板を下側に撓ませれば、上部電極と下部電極の間にかける電圧を小さくしつつ、高感度なデバイスを構成できる。この構成を実現するため、本実施例に係るデバイスでは、振動板より線膨張係数の小さい材質で構成される絶縁層を、振動板の空隙部側に形成する。本実施例に係るデバイスでも、下部電極を有する基材と、上部電極を有する振動板と、前記基材及び前記振動板の間に空隙部、絶縁層、隔壁部とを備える。また、下部電極と上部電極は空隙部及び絶縁層を介して対向しており、隔壁部は空隙部の外周を構成し振動板を支持している。更に、振動板は空隙部側に熱酸化膜による絶縁層を有している。 In a device having an insulating layer on a diaphragm, stress acts between films of different materials (the diaphragm and the insulating layer). By adjusting this stress, if the diaphragm is bent downward, a highly sensitive device can be configured while reducing the voltage applied between the upper electrode and the lower electrode. In order to realize this configuration, in the device according to the present embodiment, an insulating layer made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the diaphragm is formed on the gap portion side of the diaphragm. The device according to this example also includes a base material having a lower electrode, a diaphragm having an upper electrode, and a gap, an insulating layer, and a partition wall between the base material and the diaphragm. Further, the lower electrode and the upper electrode are opposed to each other through the gap and the insulating layer, and the partition wall constitutes the outer periphery of the gap and supports the diaphragm. Furthermore, the diaphragm has an insulating layer made of a thermal oxide film on the gap side.

図３（Ａ）、（Ｂ）は夫々、本実施例に係る静電容量型電気機械変換装置の断面図と上面図である。図３（Ｂ）は上面図であるが、分かり易くするため図３（Ａ）に対応するハッチングを用いた。また、図３（Ｃ）は、上下電極及び空隙部を有するセルを複数含むエレメントを拡大した断面図である。図３では、図１を用いた製造手順の説明において既出の構成要素ついては、同番号を付す。図３（Ａ）では２エレメント分の断面図を示しているが、これ以外のエレメント数のデバイスも同様に製造可能である。 FIGS. 3A and 3B are a cross-sectional view and a top view, respectively, of the capacitive electromechanical transducer according to this embodiment. Although FIG. 3B is a top view, hatching corresponding to FIG. 3A is used for easy understanding. FIG. 3C is an enlarged cross-sectional view of an element including a plurality of cells having upper and lower electrodes and gaps. In FIG. 3, the same reference numerals are given to the components already described in the description of the manufacturing procedure using FIG. Although FIG. 3A shows a cross-sectional view of two elements, devices with other numbers of elements can be similarly manufactured.

本実施例の静電容量型電気機械変換装置は、ガラス基板１６０と、下部電極１００１を兼ねるＳｉ基板と、振動板１２１で構成されている。振動板１２１のＳｉ基板側には、熱酸化により形成された酸化膜層１２４が形成され、Ｓｉ基板と逆側にはＡｌ電極１０３が形成されている。Ｓｉ基板は、下部電極１００１と上部電極引出し電極１００２となっており、１つのエレメントごとに分離用の溝で分割されている。下部電極１００１上には、熱酸化膜で構成された隔壁層に隔壁部１０１２と空隙部１０１１が形成されている。ガラス基板１６０は、信号処理回路と、夫々下部電極パッド１０４及び上部電極パッド１０５とのインターフェースとなる下部電極用パターン１６１及び上部電極用パターン１６２と、信号処理回路と電極パッドを結ぶ配線（不図示）とで構成されている。上部電極１０３は上部電極引出し配線１００２に接続されている。上部電極引出し配線１００２は上部電極パッド１０５を通じてガラス基板上の上部電極用パターン１６２に接続される。ここでは、上部電極は全てのエレメントで繋がっており、複数の上部電極をまとめて１つの上部電極引出し電極１００２に接続している。ガラス基板上の回路は上部電極用パターン１６２にＤＣ電圧を印加する。これに対し、下部電極１００１は夫々のエレメントで独立している。下部電極１００１は下部電極パッド１０４を通じてガラス基板１６０上の下部電極用パターン１６１に接続される。下部電極用パターンは複数あり、電流検出回路に夫々接続される。 The capacitance type electromechanical transducer of this embodiment is composed of a glass substrate 160, a Si substrate that also serves as the lower electrode 1001, and a diaphragm 121. An oxide film layer 124 formed by thermal oxidation is formed on the Si substrate side of the vibration plate 121, and an Al electrode 103 is formed on the opposite side of the Si substrate. The Si substrate is composed of a lower electrode 1001 and an upper electrode lead electrode 1002, and each element is divided by a separation groove. On the lower electrode 1001, a partition wall portion 1012 and a gap portion 1011 are formed in a partition wall layer made of a thermal oxide film. The glass substrate 160 is connected to a signal processing circuit and a lower electrode pattern 161 and an upper electrode pattern 162 that serve as an interface between the lower electrode pad 104 and the upper electrode pad 105, respectively, and wiring (not shown) that connects the signal processing circuit and the electrode pad. ) And. The upper electrode 103 is connected to the upper electrode lead wiring 1002. The upper electrode lead-out wiring 1002 is connected to the upper electrode pattern 162 on the glass substrate through the upper electrode pad 105. Here, the upper electrode is connected by all elements, and a plurality of upper electrodes are collectively connected to one upper electrode extraction electrode 1002. The circuit on the glass substrate applies a DC voltage to the upper electrode pattern 162. In contrast, the lower electrode 1001 is independent for each element. The lower electrode 1001 is connected to the lower electrode pattern 161 on the glass substrate 160 through the lower electrode pad 104. There are a plurality of lower electrode patterns, which are respectively connected to the current detection circuit.

図３（Ｂ）を用いてより詳しく説明する。１つの空隙部１０１１に対応するセルを複数含む１つのエレメントは振動板１２１、絶縁膜１２４、空隙部１０１１の周囲を囲む隔壁部１０１２、上部電極１０３、下部電極１００１、下部電極パッド１０５からなる。空隙部１０１１を挟んで振動板１２１とＳｉ基板の下部電極１００１が対向する構造で、１つのエレメントは複数の空隙部１０１１を備える。上部電極と下部電極との間の空隙部は、複数の隔壁部１０１２で画成される構造となっている。夫々の材質は、振動板１２１が単結晶Ｓｉ、絶縁膜１２４が二酸化シリコン、隔壁部１０１２が二酸化シリコン、上部電極１０３がＡｌ、下部電極１００１がＳｉ、下部電極パッド１０４が積層構造のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕである。Ｓｉ基板１００とガラス基板１６０との間は、半田バンプ１６４により接合されている。 This will be described in more detail with reference to FIG. One element including a plurality of cells corresponding to one gap portion 1011 includes a diaphragm 121, an insulating film 124, a partition wall portion 1012 surrounding the periphery of the gap portion 1011, an upper electrode 103, a lower electrode 1001, and a lower electrode pad 105. In the structure in which the diaphragm 121 and the lower electrode 1001 of the Si substrate face each other with the gap 1011 in between, one element includes a plurality of gaps 1011. A gap between the upper electrode and the lower electrode has a structure defined by a plurality of partition walls 1012. The vibration material 121 is single crystal Si, the insulating film 124 is silicon dioxide, the partition wall 1012 is silicon dioxide, the upper electrode 103 is Al, the lower electrode 1001 is Si, and the lower electrode pad 104 is a laminated Ti / Ni. / Au. The Si substrate 100 and the glass substrate 160 are joined by solder bumps 164.

本実施例において、絶縁膜１２４は振動板１２１の一部を熱酸化することにより形成された二酸化シリコンである。熱酸化では、１０００℃を超える温度で二酸化シリコンを形成する。これが常温に戻ると、熱膨張率が比較的低い二酸化シリコンに対して、熱膨張率の比較的高いシリコンは大きく熱収縮する。シリコンの振動板上に形成された絶縁層は二酸化シリコンから力を受け、シリコン（振動板）を内側として反りが発生する。本実施例では、振動板１２１と絶縁膜１２４は、空隙部１０１１側に凸の形状を示すこととなる。熱酸化による二酸化シリコン層を有するシリコン製振動板１２１は空隙部１０１１側への撓みが大きくなる。よって、隔壁部１０１２上での下部電極１００１からの距離と、空隙部１０１１での下部電極１００１からの距離との比は、背景技術のシリコン薄膜のみで構成された振動板と比べて大きくなる。通常の構成では上部電極と下部電極との間に高い電圧をかけて振動板の撓みを大きくする構成となっているが、撓みを持った振動板を利用する構成では、低電圧で大きな撓みを実現できる。このことから、高感度なデバイスを製造可能となる。 In this embodiment, the insulating film 124 is silicon dioxide formed by thermally oxidizing a part of the diaphragm 121. In thermal oxidation, silicon dioxide is formed at a temperature exceeding 1000 ° C. When this returns to room temperature, silicon having a relatively high coefficient of thermal expansion undergoes large thermal contraction with respect to silicon dioxide having a relatively low coefficient of thermal expansion. The insulating layer formed on the silicon diaphragm receives a force from silicon dioxide, and warps with silicon (vibration board) as an inner side. In this embodiment, the diaphragm 121 and the insulating film 124 have a convex shape on the gap 1011 side. The silicon diaphragm 121 having a silicon dioxide layer formed by thermal oxidation is greatly bent toward the gap 1011 side. Therefore, the ratio of the distance from the lower electrode 1001 on the partition wall portion 1012 to the distance from the lower electrode 1001 in the gap portion 1011 is larger than that of the diaphragm constituted only by the silicon thin film of the background art. In a normal configuration, a high voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode to increase the deflection of the diaphragm. However, in a configuration using a diaphragm having a deflection, a large deflection is applied at a low voltage. realizable. This makes it possible to manufacture a highly sensitive device.

次に、各部の寸法について説明する。エレメントは１辺が２５０μｍの正方形形状であり、振動板１２１は厚さ１．５μｍである。空隙部１０１１は、直径５０μｍ、深さ１μｍである。溝１００３は、幅５０μｍ、深さ１００μｍである。上部電極引出し配線１００２は幅１００μｍである。下部電極１００１の幅は２５０μｍ、厚さは１００μｍで溝１００３の深さと等しい。下部電極パッド１０４は２５０μｍ×２５０μｍ、厚さは３３０ｎｍである。ただし、これらの値は一例であり、他の値をとることも可能である。 Next, the dimension of each part is demonstrated. The element has a square shape with a side of 250 μm, and the diaphragm 121 has a thickness of 1.5 μm. The gap 1011 has a diameter of 50 μm and a depth of 1 μm. The groove 1003 has a width of 50 μm and a depth of 100 μm. The upper electrode lead-out wiring 1002 has a width of 100 μm. The width of the lower electrode 1001 is 250 μm and the thickness is 100 μm, which is equal to the depth of the groove 1003. The lower electrode pad 104 is 250 μm × 250 μm and the thickness is 330 nm. However, these values are examples, and other values can be taken.

以上に説明した様に、本実施例では、振動板より小さな線膨張係数を有する材料を高温条件下で成膜した絶縁層を振動板の空隙部側に備えるため、振動板は大気圧のみによる撓みより大きく下側（空隙部側）に凸の形状となる。これにより、有効容量を大きくすることができ、寄生容量を小さくできるため、高感度化を図ることが可能になる。 As described above, in this embodiment, since the insulating layer formed by depositing a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the diaphragm under a high temperature condition is provided on the gap side of the diaphragm, the diaphragm is based only on atmospheric pressure. It becomes a convex shape on the lower side (gap portion side) larger than the deflection. As a result, the effective capacitance can be increased and the parasitic capacitance can be reduced, so that high sensitivity can be achieved.

本実施例では、空隙部側に熱酸化膜を有する単結晶シリコン振動板を備える静電容量型電気機械変換装置について説明したが、これだけに限らない。高温条件下での気相堆積法により形成した酸化膜を用いても、同様に該酸化膜を有する振動板は下側（空隙部側）に凸の形状となる。また、振動板より大きな圧縮応力を有する絶縁膜を振動板の空隙部側に形成することでも同様の効果が得られる。ここで圧縮応力とは、膜が面内で圧縮される方向の力に対抗する（すなわち、広がる方向に作用する）力であり、逆に引張応力とは、膜が面内で引っ張られる方向の力に対抗する（すなわち、圧縮される方向に作用する）力である。こうした変形例としては、絶縁膜１２４がＴＥＯＳ（テトラエトシキシラン）酸化膜であるものがある。この変形例では、絶縁膜はＴＥＯＳ膜であり、成膜時のＴＥＯＳソースの流量を調整することにより、圧縮応力を持つ膜を構成する。この場合、振動板の下に、振動板より大きな圧縮応力を有する膜が形成されているため、振動板は下側に凸の形状を示す。 In the present embodiment, the electrostatic capacity type electromechanical transducer provided with the single crystal silicon diaphragm having the thermal oxide film on the gap portion side has been described. However, the present invention is not limited to this. Even when an oxide film formed by a vapor deposition method under high temperature conditions is used, the diaphragm having the oxide film similarly has a convex shape on the lower side (gap portion side). The same effect can be obtained by forming an insulating film having a compressive stress larger than that of the diaphragm on the gap side of the diaphragm. Here, the compressive stress is the force that opposes the force in the direction in which the film is compressed in the plane (that is, acts in the spreading direction), and conversely, the tensile stress is the direction in which the film is pulled in the plane. A force that opposes the force (ie, acts in the direction of compression). As such a modification, there is one in which the insulating film 124 is a TEOS (tetraethoxysilane) oxide film. In this modification, the insulating film is a TEOS film, and a film having a compressive stress is formed by adjusting the flow rate of the TEOS source at the time of film formation. In this case, since a film having a compressive stress larger than that of the diaphragm is formed under the diaphragm, the diaphragm has a convex shape on the lower side.

（実施例３）
実施例３は、絶縁層と反対側に、振動板に応力を及ぼす応力調整膜が成膜されていることを特徴とする。すなわち、その製造方法は、絶縁層を形成した側とは反対側の振動板の面上に、第２の電極である上部電極及び振動板に及ぼす応力を調整するための応力調整膜を形成する工程を有する。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施例のデバイスの断面図と上面図である。図４（Ｂ）は上面図であるが、分かり易くするため図４（Ａ）に対応するハッチングを用いた。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の１つのエレメントを拡大して示す断面図である。 (Example 3)
The third embodiment is characterized in that a stress adjusting film that applies stress to the diaphragm is formed on the side opposite to the insulating layer. That is, the manufacturing method forms a stress adjusting film for adjusting the stress exerted on the upper electrode as the second electrode and the diaphragm on the surface of the diaphragm opposite to the side on which the insulating layer is formed. Process. 4A and 4B are a cross-sectional view and a top view of the device of this example. Although FIG. 4B is a top view, hatching corresponding to FIG. 4A is used for easy understanding. FIG. 4C is an enlarged cross-sectional view of one element of FIG.

本実施例は、応力調整膜１０６として、Ｓｉの振動板１２１に引張応力を作用させるＴＥＯＳ酸化膜が振動板上に形成されている点が実施例２と異なる。振動板１２１上にはパターニングされたＡｌ電極１０３があり、その上から応力調整膜１０６が形成される。これにより、振動板１２１には引張応力が作用し、空隙部１０１１側に撓む。実施例２で述べた様に、無効容量を小さくしつつ有効容量を大きくするためには、隔壁部１０１２と空隙部１０１１とでの上下電極間距離の差を大きくすることが有効である。本実施例によれば、絶縁層１２４の応力のみならず、応力調整膜１０６の応力も利用して振動板１２１の撓みを大きくすることが可能になるため、実施例２のデバイスより低電圧で駆動可能なデバイスを提供できる。 This embodiment is different from the second embodiment in that a TEOS oxide film that applies tensile stress to the Si diaphragm 121 is formed on the diaphragm as the stress adjustment film 106. On the diaphragm 121, there is a patterned Al electrode 103, and a stress adjusting film 106 is formed thereon. As a result, a tensile stress acts on the diaphragm 121 and bends toward the gap 1011 side. As described in the second embodiment, in order to increase the effective capacity while reducing the ineffective capacity, it is effective to increase the difference in the distance between the upper and lower electrodes between the partition wall portion 1012 and the gap portion 1011. According to the present embodiment, it is possible to increase the flexure of the diaphragm 121 by using not only the stress of the insulating layer 124 but also the stress of the stress adjustment film 106, so that the voltage is lower than the device of the second embodiment. A drivable device can be provided.

図４（Ｄ）は、本実施例の静電容量型電気機械変換装置の製造方法に関するフローチャートである。上部電極を形成した（Ｓ１０７）後に、引張応力を持つ様に応力調整膜を成膜する工程（Ｓ２０１）を備える点が実施例２と異なる。その他は、実施例２と同じである。 FIG. 4D is a flowchart relating to a method for manufacturing the capacitance type electromechanical transducer of the present embodiment. The second embodiment is different from the second embodiment in that it includes a step (S201) of forming a stress adjusting film so as to have a tensile stress after forming the upper electrode (S107). Others are the same as in the second embodiment.

本実施例では、振動板に引張方向の応力を及ぼす応力調整膜を振動板上に備えるが、高温の条件下で成膜され振動板より大きな線膨張係数を有する材料からなる応力調整膜を備えてもよい。この場合も、振動板は下側に凸に変形する力を受けることになるため、本実施例と同様の効果が発揮される。また、本実施例では、振動板に引張方向の応力を及ぼす応力調整膜を形成したが、逆に圧縮方向の応力を及ぼす応力調整膜を形成してもよい。実施例１の様にＳＯＩ基板を用いず、振動板のみを隔壁層１０１に接合する場合、振動板につけた絶縁層１２４の膜応力により、接合前に振動板が撓むことが懸念される。振動板に絶縁層に加えて応力調整膜を成膜することにより、接合前の振動板の撓みを抑制し、良好な接合結果を得ることが期待できる。こうした変形例によれば、絶縁層１２４からの応力による振動板の撓みを制御し、デバイス作製時に発生する振動板形状の変化を抑え、所望形状の静電容量型電気機械変換装置を構成することが可能である。 In this embodiment, a stress adjusting film that applies a tensile stress to the diaphragm is provided on the diaphragm, but a stress adjusting film made of a material that is formed under a high temperature condition and has a larger linear expansion coefficient than the diaphragm is provided. May be. Also in this case, since the diaphragm receives a force that deforms downwardly, the same effect as in the present embodiment is exhibited. In this embodiment, the stress adjusting film that applies the stress in the tensile direction is formed on the diaphragm, but a stress adjusting film that applies the stress in the compressing direction may be formed. When only the diaphragm is joined to the partition wall layer 101 without using the SOI substrate as in the first embodiment, there is a concern that the diaphragm may be bent before joining due to the film stress of the insulating layer 124 attached to the diaphragm. By forming a stress adjusting film in addition to the insulating layer on the diaphragm, it can be expected to suppress the bending of the diaphragm before joining and obtain a good joining result. According to such a modification, the deformation of the diaphragm due to the stress from the insulating layer 124 is controlled, the change in the diaphragm shape that occurs during device fabrication is suppressed, and a capacitance-type electromechanical transducer having a desired shape is configured. Is possible.

１００…基材（Ｓｉ基板）、１０１…隔壁層、１０３…第２の電極（上部電極）、１０６…応力調整膜、１２１…振動板（デバイス層）、１２４…絶縁層（酸化膜）、１００１…第１の電極（下部電極）、１０１１…空隙部、１０１２…隔壁部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Base material (Si substrate), 101 ... Partition wall layer, 103 ... Second electrode (upper electrode), 106 ... Stress adjustment film, 121 ... Vibration plate (device layer), 124 ... Insulating layer (oxide film), 1001 ... 1st electrode (lower electrode), 1011 ... Gap part, 1012 ... Partition part

Claims (7)

基材と隔壁部と振動板とを少なくとも有する静電容量型電気機械変換装置の製造方法であって、
前記基材に前記隔壁部を形成する第１の工程と、
前記振動板に絶縁層を形成する第２の工程と、
前記絶縁層を界面として前記基材と前記振動板とを接合する第３の工程と、
を有することを特徴とする製造方法。 A method of manufacturing a capacitive electromechanical transducer having at least a base material, a partition wall, and a diaphragm,
A first step of forming the partition wall on the substrate;
A second step of forming an insulating layer on the diaphragm;
A third step of joining the base material and the diaphragm with the insulating layer as an interface;
The manufacturing method characterized by having. 前記第１の工程では、表面の少なくとも一部分に第１の電極となる導電性部分を有する前記基材の表面に、絶縁性を有する隔壁層を形成し、該隔壁層に空隙部と前記隔壁部を形成し、
前記第３の工程では、前記隔壁層と前記絶縁層とを界面として前記基材と前記振動板とを接合することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 In the first step, an insulating partition layer is formed on the surface of the base material having a conductive portion serving as a first electrode on at least a part of the surface, and a void portion and the partition portion are formed in the partition layer. Form the
2. The manufacturing method according to claim 1, wherein, in the third step, the base material and the diaphragm are bonded to each other with the partition wall layer and the insulating layer serving as an interface. 前記隔壁層と前記絶縁層を、同じ物性の材料で形成することを特徴とする請求項２に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 2, wherein the partition layer and the insulating layer are formed of materials having the same physical properties. 前記基材と前記振動板をシリコンで形成し、前記隔壁層と前記絶縁層を酸化シリコンで形成することを特徴とする請求項３に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 3, wherein the base material and the diaphragm are formed of silicon, and the partition layer and the insulating layer are formed of silicon oxide. 前記絶縁層を形成した側とは反対側の前記振動板の面上に、第２の電極及び前記振動板に及ぼす応力を調整するための応力調整膜を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の製造方法。 The method further comprises a step of forming a stress adjustment film for adjusting a stress exerted on the second electrode and the diaphragm on the surface of the diaphragm opposite to the side on which the insulating layer is formed. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4. 第１の電極を有する基材と、絶縁層及び第２の電極を有する振動板と、を備え、
前記基材及び前記振動板の間に空隙部、隔壁部及び前記絶縁層を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は前記空隙部及び前記絶縁層を介して対向しており、前記隔壁部は前記空隙部の外周を画して前記振動板を可動に支持することを特徴とする静電容量型電気機械変換装置。 A substrate having a first electrode; and a diaphragm having an insulating layer and a second electrode;
A gap, a partition wall and the insulating layer are provided between the base material and the diaphragm,
The first electrode and the second electrode are opposed to each other with the gap and the insulating layer interposed therebetween, and the partition wall defines the outer periphery of the gap and movably supports the diaphragm. Capacitance type electromechanical transducer characterized. 前記絶縁層を形成した側とは反対側の前記振動板の面上に、前記第２の電極及び前記振動板に及ぼす応力を調整するための応力調整膜を形成したことを特徴とする請求項６に記載の静電容量型電気機械変換装置。 The stress adjusting film for adjusting the stress exerted on the second electrode and the diaphragm is formed on the surface of the diaphragm opposite to the side on which the insulating layer is formed. 6. The capacitance type electromechanical transducer according to item 6.

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