JP4532787B2

JP4532787B2 - Condenser microphone and pressure sensor

Info

Publication number: JP4532787B2
Application number: JP2001219465A
Authority: JP
Inventors: 利文田島; 敏行西口; 信雄斎藤
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP2003031820A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシン加工技術を用いて作成する振動膜を有するコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、受けた音波の音圧に応じてコンデンサ容量を変化させ、そのコンデンサ容量の変化を電気信号に変換するコンデンサ型マイクロホンが知られている。このようなコンデンサ型マイクロホンとして、図１に示すような構造のマイクロホンが知られ、このマイクロホンの圧力センサはマイクロマシン加工技術を用いて作成される。
【０００３】
図１に示すコンデンサ型マイクロホン（圧力センサ）１００は、振動膜２０１、振動膜支持部２０２、背面板３０１、排気穴３０２、及び支持部３０３によって構成される。振動膜２０１はミクロンオーダーの厚さの導電性平板であり、振動膜２０１と背面板３０１とは平行板電極を構成する。振動膜２０１に入射した音波は、振動膜２０１を振動させ、振動膜２０１と背面板３０１とによって構成されるコンデンサの容量を変化させる。
【０００４】
振動膜２０１は、マイクロマシン加工技術を用いて製作され、シリコン基板をエッチングすることによって削り出される。シリコン基板を用いることによって、機械強度の高い振動膜を形成することが可能である。また、各構成部を同一材質のシリコン基板から形成することによって、各構成部の熱膨張係数を同一にすることができ、異種材料を組み合わせてコンデンサ型マイクロホンを構成する場合とは異なり、温度変化による歪みが生じにくい。さらに、シリコン基板を用いることによって基板上に様々なシリコンの電子回路を形成することが可能である。
【０００５】
以下、図５を参照してコンデンサ型マイクロホン（圧力センサ）１００の従来の製作方法について説明する。
工程２０１で、図５（ｂ）に示すように、振動膜基板２１０にエッチストップ層２２０を形成する。このエッチストップ層２２０は、図５（ｄ）に示すようにコンデンサ型マイクロホン（圧力センサ）１００の振動膜２０１になる部分であり、振動膜２０１を安定的に形成するためにシリコン基板のエッチング量を制御する目的で用いられるものである（参考文献：エリン．シュタインスランドら著、「ＴＭＡＨ溶液中の硼素エッチストップ」、ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ，Ａ５４巻（１９９６），７２８−７３２頁（Elin Steinsland et al., “Boron etch-stop in TMAH”, Sensors and Actuators, A54(1996), 728-732）。
【０００６】
工程２０２で、背面板基板３１０に背面板基板酸化膜３３０、６２０を形成し、エッチストップ層２２０が形成された面と対向する振動膜基板２１０の面に振動膜基板酸化膜２３０を形成する。
工程２０３で、図５（ｃ）に示すように、エッチストップ層２２０と背面板基板酸化膜６２０とを陽極接続等の技術を用いて接続し、接合基板７００を形成する。接合基板７００を形成することによって、微細な平行板電極を高精度且つ、容易に形成できる。
【０００７】
工程２０４で、振動膜基板酸化膜２３０と背面板基板酸化膜３３０にマスク形成処理を施し、図５（ｄ）に示すように、振動膜基板酸化膜マスク２３１と背面板基板酸化膜マスク３３１とを形成する。
工程２０５で、振動膜基板酸化膜マスク２３１と背面板基板酸化膜マスク３３１とを用いてアルカリエッチング液でエッチングし、図５（ｄ）に示すように振動膜２０１と背面板３０１を形成する。
【０００８】
工程２０６で、フッ酸を用いて、振動膜基板酸化膜マスク２３１、背面板基板酸化膜マスク３３１、および背面板基板酸化膜６２０の図１に示す支持部３０３を除く部分をエッチングし、平行板電極を形成し、コンデンサ型マイクロホン（圧力センサ）１００を得る。
【０００９】
このように、従来のコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサでは、振動膜２０１になるエッチストップ層２２０を形成した振動膜基板２１０と、背面板基板３１０とを接合して接合基板７００を形成し、この接合基板７００の両面にエッチングマスク２３１、３３１を形成した後、アルカリエッチング液で接合基板７００をエッチングしてマイクロホンの振動膜２０１と、背面板３０１を形成している。
【００１０】
ここで、アルカリエッチング液に耐性のある良質なエッチングマスクを得るにはシリコン熱酸化膜を用いることが必須である。シリコン熱酸化膜は、通常、シリコン基板を酸素雰囲気中、９００℃以上の温度で熱酸化することによって形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサの製作方法では、エッチストップ層形成のためにドープする硼素の濃度はシリコン（エッチストップ層）中より酸化膜中の方が小さいため、エッチストップ層を形成した接合基板に上記の熱処理を行うと、硼素はエッチストップ層から酸化膜へ拡散してしまうことが知られている。
【００１２】
上記の事項は、
▲１▼原徹ら編集、超ＬＳＩプロセスデータハンドブック、昭和５７年、サイエンスフォーラム、２０４−２０６頁、
▲２▼柳井久義、永田穣著、集積回路工学（１）、昭和５５年、コロナ社、７６頁、
▲３▼アール．ビー．フェアー、およびジェイ．シー．シー．ツァイ著、「ドライ、ニアドライおよびウェットでのＯ₂酸化中のＳ_iＯ₂における硼素の偏析の理論および直接計測」、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２５巻、１２号、２０５０−２０５８頁、１９７８，１２月、（R.B.Fair and J.C.C.Tsai, ”Theory and Direct Measurement of Boron Segregation in SiO₂ during Dry, Near Dry, and Wet O₂Oxidation”, J.Electrochem.Soc., 125, No.12, 2050-2058, Dec 1978）、
▲４▼ジェイ．ダブリュー．コルビー、およびエル．イー。カッツ著、「温度および面方位を関数とするＳｉ−Ｓ_iＯ₂界面での硼素の偏析」、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３巻、３号、４０９−４１２頁、１９７６，３月（J.W.Colby and L.E.Katz, ”Boron Segregation at Si- SiO₂ Interface as a Function of Temperature and Orientation”, J.Electrochem.Soc., 123, No.3, 409-412, Mar 1976）
等の文献から公知である。
【００１３】
その結果、エッチストップ層の不純物濃度が低下してエッチストップ層の内部応力が圧縮方向に転じ、振動膜は、その内部の圧縮応力によって座屈するという問題がある（参考文献：クレオパトラカブズら著、「ｐ＋シリコン中で実現されている力学的構造に関するマイクロフィジックス的な研究」、Ｊ．ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，ＶＯＬ．４，ＮＯ．３，１９９５９月（Cleopatra Cabuz et al., ”Microphysical Investigations on Mechanical Structures Realized in p+ Silicon”, J.Mircroelectromechanical Systems, VOL.4, NO.3, Sep 1995））。
【００１４】
かかる問題に対する対策の１つとして、エッチングマスク用の酸化膜を形成するための熱酸化処理を、エッチストップ層形成前に行うという方法が考えられる。しかし、初期に酸化膜を形成すると、基板接合を行うために基板の裏面に接合用の電極端子が必要となるという問題や、酸化膜形成後の工程において生じるエッチングマスクのキズの防止が製作工程上の大きな制約となるという問題がある。
【００１５】
また、平行板電極間の浮遊容量を低減し、性能向上を図る目的で、膜厚の異なる複雑なエッチングマスク構造を採用することが考えられるが、製作工程の初期にエッチストップ層を形成することは、設計、製作上、困難である等の問題がある。
このように従来の製作方法では、平行板電極の構造や搭載できる回路等に関して、設計自由度が狭められている。
【００１６】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、製作工程の制約を解消し、平行板電極の構造や搭載できる回路等の設計自由度を広げることができるコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、一方の面に硼素がドープされたシリコンで形成されたエッチストップ層を形成した振動膜基板と、一方の面に酸化シリコン膜の接合膜を形成した背面板基板と、を前記エッチストップ層および前記接合膜を介して接合した接合基板をエッチングして形成するコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサにおいて、前記接合膜は、前記エッチストップ層と同じく硼素を含み、前記接合膜中に含まれる硼素の濃度は、前記エッチストップ層中にドープされた硼素の濃度以上である構成を有している。
【００１８】
この構成により、エッチストップ層との接合膜としてエッチストップ層と同一の硼素を含む層を用いて製作されるため、エッチストップ層を形成し、基板を接合した後でも硼素の再分布を問題とすることなく約１２００℃以内で基板の高温酸化・アニール処理を行うことができる。
また、接合膜中に含まれる硼素の濃度が、エッチストップ層中にドープされた硼素の濃度以上であるため、接合膜への偏析によるエッチストップ層中の硼素の再分布を抑制することができる。
さらに、この構成により、エッチストップ層と接合膜とに硼素を不純物としてドープしたものを用いるため、エッチストップ層と背面板基板とを接合した接合基板に対して、所定のアルカリエッチング液を用いてエッチングを行うことができる。
【００２１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記エッチストップ層形成のための硼素拡散は１２００℃以下で行われ、その後の熱処理は９００℃以上、前記硼素拡散の温度以下で行われる構成を有している。
この構成により、エッチストップ層形成のための硼素拡散は１２００℃以下で行われ、その後の熱処理は９００℃以上１２００℃以下で行われるため、その後の熱処理の適切な温度範囲を確保し、エッチストップ層中の硼素の再分布を抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサについて説明する。
図２は、第１の実施の形態に係るコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサの製作工程の概略を示す図である。
【００２３】
コンデンサ型マイクロホン（圧力センサ）１００は、シリコン基板等の半導体基板を用いて形成され、音波検出には検出感度を向上させるために薄い振動膜が要求される。以下では、説明の便宜上、半導体基板をシリコン基板に限定する。通常、この薄い振動膜２０１を形成するのにエッチング技術を用い、エッチング量を制御するために振動膜基板２１０に厚さ数ミクロンのエッチストップ層２２０を形成する。
【００２４】
工程１０１で、図２（ｂ）に示すように、振動膜基板２１０にエッチストップ層２２０を形成する。エッチストップ層２２０の形成は固体拡散法によって行われ、シリコン基板上に不純物を高濃度に熱拡散する方法によって行われる。不純物の熱拡散は、高濃度不純物層を得るために高温で熱処理するが、シリコンウェハに熱変形が生じないようにするために１２００℃以下の温度で熱処理する。なお、第１の実施の形態では固体拡散法を用いてエッチストップ層を形成する場合について説明するが、イオン注入法、塗布法等の他の形成法によって行うのでも良い。
【００２５】
工程１０２で、図２（ａ）に示すように、背面板基板３１０に接合膜３２０を形成し、その接合膜３２０は、粉体酸化シリコンを塗布する方法またはＣＶＤ法等によって堆積する方法等によって形成される。ここで用いる粉体酸化シリコンやＣＶＤ法等によって形成される酸化膜は、エッチストップ層２２０の形成のためにドープしたのと同じ不純物を高濃度に含むものである。そして、接合膜３２０中の不純物濃度は、エッチストップ層２２０中の不純物濃度より高いものとする。
【００２６】
工程１０３で、図２（ｃ）に示すように、エッチストップ層２２０と接合膜３２０とを介して振動膜基板２１０と背面板基板３１０とを接合し、接合基板４００を作成する。その接合は、加熱溶着、陽極接合、直接接合等の接合技術を用いて行うことができる。
工程１０４で、接合基板４００の背面板基板３１０側を研磨して所望の背面板の厚さにする。
【００２７】
工程１０５で、接合基板４００を酸素雰囲気中で熱処理することによって、接合基板４００の両面にエッチングマスク用の酸化膜２３０、３３０を形成する。エッチングマスク用の酸化膜２３０、３３０は、振動膜基板２１０のシリコンエッチング深さから４０００Å前後の厚さとなるように形成する。
【００２８】
酸化膜２３０、３３０を形成するための熱処理は、エッチストップ層２２０中の不純物の再拡散を防ぐために、エッチストップ層形成温度以下で行う。第１の実施の形態では、酸化膜２３０、３３０を形成するための熱処理温度を９００℃以上とする。このような熱処理温度としたのは、酸化膜２３０、３３０の成長に適切な速度を確保することと、低温処理では振動板基板２１０と接合酸化膜３２０との間の界面電荷が増加すること（参考文献：原徹ら編集、超ＬＳＩプロセスデータハンドブック、昭和５７年、サイエンスフォーラム、１４２−１４３頁、）、を回避するためである。
【００２９】
工程１０６で、ホトリソ技術を用いて酸化膜２３０、３３０を加工し、図２（ｄ）に示すように振動膜エッチングマスク２３１と背面板エッチングマスク３３１を形成する。
工程１０７で、振動膜エッチングマスク２３１と背面板エッチングマスク３３１とを用いて接合基板４００をエッチングし、図２（ｄ）に示すように振動膜２０１と背面板３０１を形成する。その際、ＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）等の所定のアルカリエッチング液を用いてエッチングを行うことができる。
【００３０】
工程１０８で、振動膜エッチングマスク２３１、背面板エッチングマスク３３１、および接合膜３２０の図１に示す支持部２０３を除く部分をエッチングし、平行板電極を形成する。以上の処理工程をもって、一体構造のコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサが得られる。
【００３１】
図３は、上記のように接合基板に酸化膜６０００Åを形成したときの、接合酸化膜とエッチストップ層との界面からシリコン基板方向への不純物プロファイルを示す図である。図３に示すグラフにおいて、縦軸は対数表示の不純物濃度であり、横紬は界面からシリコン基板方向への距離である。図３から、界面（０μｍ位置）付近で不純物濃度の顕著な低下は見られず、また不純物プロファイルは熱酸化処理前とほぼ同じであった。
【００３２】
図４は、上記のように接合基板に酸化膜６０００Åを形成した後に製作した振動膜の表面変位を、レーザ変位計を用いて計測して得られたプロファイルである。図４に示すグラフにおいて、縦軸は振動膜の表面変位であり、横軸は振動膜の面内の距離である。図４から、振動膜内のプロファイルはほぼ平坦であり、座屈は生じていないことがわかる。
【００３３】
以上説明したように、第１の実施の形態に係るコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサは、エッチストップ層との接合膜としてエッチストップ層中の不純物濃度よりも高濃度の不純物を有する層を塗布または堆積して得られた接合基板を用いて製作されるため、薄い振動膜を製作するために欠くことのできないエッチストップ層を形成し、基板を接合した後でも約１２００℃以内で基板の高温酸化・アニール処理が行うことができる。
【００３４】
また、アニール処理が可能であるため、接合した基板の研削・研磨、クリーニングなどの加工が可能となる。
また、基板接合後に基板の加工ができることで、所望する厚さで基板やその上に形成される各層を形成すること、および膜厚の異なる複雑なエッチングマスク形成が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、エッチストップ層との接合膜としてエッチストップ層中の不純物濃度よりも高濃度の不純物を有する層を塗布または堆積して形成することによって、コンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサの製作工程上の制約を解消して、浮遊容量低減等を可能とし性能を向上させる平行板電極構造と搭載回路の設計自由度を広げることが可能なコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサの製作工程の概略を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る接合基板に酸化膜６０００Åを形成したときの、接合酸化膜とエッチストップ層との界面からシリコン基板方向への不純物プロファイルを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る接合基板に酸化膜６０００Åを形成した後に製作した振動膜の表面変位を、レーザ変位計を用いて計測して得られたプロファイルを示す図である。
【図５】従来のコンデンサ型マイクロホンまたは圧力センサの製作工程の概略を示す図である。
【符号の説明】
１００コンデンサ型マイクロホン（圧力センサ）
２０１振動膜
２０２振動膜支持部（基板）
２１０振動膜基板
２２０エッチストップ層
２３０振動膜基板酸化膜
２３１振動膜エッチングマスク
３０１背面板
３０２排気穴
３０３支持部
３１０背面板基板
３２０エッチストップ層と同じ不純物を含む酸化膜
３３０、６２０背面板基板酸化膜
３３１背面板エッチングマスク
４００、７００接合基板
５００エッチストップ層と酸化膜が形成された基板
６００酸化膜が形成された基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a condenser-type microphone or pressure sensor having a vibration film created using a micromachining technique.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a capacitor type microphone that changes a capacitor capacity according to the sound pressure of a received sound wave and converts the change in the capacitor capacity into an electric signal is known. As such a condenser-type microphone, a microphone having a structure as shown in FIG. 1 is known, and a pressure sensor of the microphone is manufactured by using a micromachining technique.
[0003]
A condenser microphone (pressure sensor) 100 shown in FIG. 1 includes a vibration film 201, a vibration film support part 202, a back plate 301, an exhaust hole 302, and a support part 303. The vibration film 201 is a conductive flat plate having a thickness on the order of microns, and the vibration film 201 and the back plate 301 constitute parallel plate electrodes. The sound wave incident on the vibration film 201 vibrates the vibration film 201 and changes the capacitance of the capacitor formed by the vibration film 201 and the back plate 301.
[0004]
The vibration film 201 is manufactured using a micromachining technique and is cut out by etching a silicon substrate. By using a silicon substrate, it is possible to form a vibration film with high mechanical strength. In addition, by forming each component from a silicon substrate of the same material, the thermal expansion coefficient of each component can be made the same, and unlike the case where a condenser microphone is configured by combining different materials, the temperature change It is difficult to cause distortion. Further, by using a silicon substrate, various silicon electronic circuits can be formed on the substrate.
[0005]
Hereinafter, a conventional manufacturing method of the condenser microphone (pressure sensor) 100 will be described with reference to FIG.
In step 201, an etch stop layer 220 is formed on the vibration film substrate 210 as shown in FIG. The etch stop layer 220 is a portion that becomes the vibration film 201 of the capacitor type microphone (pressure sensor) 100 as shown in FIG. 5D, and an etching amount of the silicon substrate for stably forming the vibration film 201. (Reference: Erin Steinsland et al., “Boron etch stop in TMAH solution”, Sensors and Actuators, A54 (1996), 728-732 (Elin Steinsland et al. ., “Boron etch-stop in TMAH”, Sensors and Actuators, A54 (1996), 728-732).
[0006]
In step 202, the back plate substrate oxide films 330 and 620 are formed on the back plate substrate 310, and the vibration film substrate oxide film 230 is formed on the surface of the vibration film substrate 210 opposite to the surface on which the etch stop layer 220 is formed.
In step 203, as shown in FIG. 5C, the etch stop layer 220 and the back plate substrate oxide film 620 are connected using a technique such as anodic connection to form the bonded substrate 700. By forming the bonding substrate 700, a fine parallel plate electrode can be easily formed with high accuracy.
[0007]
In step 204, the vibration film substrate oxide film 230 and the back plate substrate oxide film 330 are subjected to mask formation processing, and as shown in FIG. 5D, the vibration film substrate oxide film mask 231 and the back plate substrate oxide film mask 331 are formed. Form.
In step 205, the diaphragm 201 and the back plate 301 are formed by etching with an alkaline etchant using the diaphragm substrate oxide mask 231 and the back plate substrate oxide mask 331 as shown in FIG.
[0008]
In step 206, hydrofluoric acid is used to etch portions of the vibration film substrate oxide film mask 231, the back plate substrate oxide film mask 331, and the back plate substrate oxide film 620 except for the support portion 303 shown in FIG. Electrodes are formed to obtain a condenser microphone (pressure sensor) 100.
[0009]
As described above, in the conventional condenser microphone or pressure sensor, the vibration film substrate 210 on which the etch stop layer 220 to be the vibration film 201 is formed and the back plate substrate 310 are bonded to form the bonded substrate 700, and this bonding is performed. After the etching masks 231 and 331 are formed on both surfaces of the substrate 700, the bonding substrate 700 is etched with an alkaline etching solution to form the microphone vibration film 201 and the back plate 301.
[0010]
Here, it is essential to use a silicon thermal oxide film in order to obtain a high-quality etching mask resistant to an alkaline etching solution. The silicon thermal oxide film is usually formed by thermally oxidizing a silicon substrate at a temperature of 900 ° C. or higher in an oxygen atmosphere.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method of manufacturing a condenser microphone or pressure sensor, the concentration of boron doped for forming the etch stop layer is lower in the oxide film than in the silicon (etch stop layer), so the etch stop layer is formed. It is known that when the above heat treatment is performed on the bonded substrate, boron diffuses from the etch stop layer to the oxide film.
[0012]
The above matters
(1) Edited by Toru Hara, VLSI process data handbook, 1982, Science Forum, pages 204-206,
(2) Hisai Yanai, Atsushi Nagata, Integrated Circuit Engineering (1), 1980, Corona, page 76,
(3) Earl. Bee. Fair and Jay. Sea. Sea. Tsai, “Theory and direct measurement of boron segregation in S _i O ₂ during dry, near dry and wet O ₂ oxidation”, J. Electrochem. Soc. 125, No. 12, pp. 2050-2058, 1978, December (RBFair and JCCTsai, “Theory and Direct Measurement of Boron Segregation in SiO ₂ during Dry, Near Dry, and Wet O ₂ Oxidation”, J. Electrochem. Soc. ., 125, No. 12, 2050-2058, Dec 1978),
(4) Jay. W. Colby and L. Yeah. Katz, “Segregation of boron at the Si—S _i O ₂ interface as a function of temperature and orientation”, J. Electrochem. Soc. Vol. 123, No. 3, pp. 409-412, 1976, March (JW Colby and LEKatz, “Boron Segregation at Si-SiO ₂ Interface as a Function of Temperature and Orientation”, J. Electrochem. Soc., 123, No. 3 , 409-412, Mar 1976)
Etc. are known from the literature.
[0013]
As a result, the impurity concentration of the etch stop layer decreases, the internal stress of the etch stop layer shifts in the compression direction, and the vibration membrane is buckled by the internal compressive stress (reference: Cleopatra Cubs et al., "Microphysical study on the mechanical structure realized in p + silicon", J. Microelectromechanical Systems, VOL.4, NO.3, 1995 September (Cleopatra Cabuz et al., "Microphysical Investigations on Mechanical Structures Realized in p + Silicon ”, J. Mircroelectromechanical Systems, VOL.4, NO.3, Sep 1995)).
[0014]
As one of countermeasures against such a problem, a method of performing a thermal oxidation process for forming an oxide film for an etching mask before forming an etch stop layer is conceivable. However, when an oxide film is formed in the initial stage, it is necessary to provide a bonding electrode terminal on the back surface of the substrate in order to bond the substrates, and to prevent scratches on the etching mask that occur in the process after the oxide film is formed. There is a problem that this is a major limitation.
[0015]
In order to reduce stray capacitance between parallel plate electrodes and improve performance, it is conceivable to adopt a complicated etching mask structure with different film thicknesses. However, an etch stop layer should be formed at the beginning of the manufacturing process. However, there are problems such as difficulty in design and production.
As described above, in the conventional manufacturing method, the degree of freedom in design is narrowed with respect to the structure of the parallel plate electrode and the circuit that can be mounted.
[0016]
The present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to eliminate restrictions on the manufacturing process, and to expand the degree of freedom in designing the structure of parallel plate electrodes and circuits that can be mounted. It is to provide a microphone or pressure sensor.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above points, the invention according to claim 1 is the junction of the vibration film substrate having an etch stop layer formed of silicon doped with boron on one surface and the silicon oxide film on one surface. In a condenser microphone or a pressure sensor formed by etching a bonding substrate bonded via the etch stop layer and the bonding film, the bonding film is the same as the etch stop layer. The boron is contained, and the concentration of boron contained in the bonding film is higher than the concentration of boron doped in the etch stop layer.
[0018]
With this configuration, since the same boron- containing layer as the etch stop layer is used as a bonding film with the etch stop layer, boron redistribution becomes a problem even after the etch stop layer is formed and the substrate is bonded. Without this, the substrate can be subjected to high-temperature oxidation / annealing at about 1200 ° C. or less.
Further, since the concentration of boron contained in the bonding film is equal to or higher than the concentration of boron doped in the etch stop layer, redistribution of boron in the etch stop layer due to segregation in the bonding film can be suppressed. .
In addition, with this configuration, since the etch stop layer and the bonding film doped with boron as an impurity are used, a predetermined alkaline etching solution is used for the bonded substrate obtained by bonding the etch stop layer and the back plate substrate. Etching can be performed.
[0021]
The invention according to claim 2, Oite to claim 1, wherein the boron diffusion for etch stop layer formed is carried out at 1200 ° C. or less, followed by heat treatment 900 ° C. or higher, at a temperature below the boron diffusion It has a configuration to be performed.
With this configuration, boron diffusion for forming the etch stop layer is performed at 1200 ° C. or less, and the subsequent heat treatment is performed at 900 ° C. or more and 1200 ° C. or less, so that an appropriate temperature range for the subsequent heat treatment is ensured and the etch stop is performed. The redistribution of boron in the layer can be suppressed.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a condenser microphone or a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a manufacturing process of the condenser microphone or the pressure sensor according to the first embodiment.
[0023]
The condenser microphone (pressure sensor) 100 is formed using a semiconductor substrate such as a silicon substrate, and a thin vibrating membrane is required for sound wave detection in order to improve detection sensitivity. Hereinafter, for convenience of explanation, the semiconductor substrate is limited to a silicon substrate. Usually, an etching technique is used to form the thin vibration film 201, and an etch stop layer 220 having a thickness of several microns is formed on the vibration film substrate 210 in order to control the etching amount.
[0024]
In step 101, an etch stop layer 220 is formed on the vibration film substrate 210 as shown in FIG. The etch stop layer 220 is formed by a solid diffusion method, and a method of thermally diffusing impurities on the silicon substrate to a high concentration. In the thermal diffusion of impurities, heat treatment is performed at a high temperature in order to obtain a high-concentration impurity layer, but heat treatment is performed at a temperature of 1200 ° C. or less in order to prevent thermal deformation of the silicon wafer. In the first embodiment, the case where the etch stop layer is formed using the solid diffusion method will be described. However, other formation methods such as an ion implantation method and a coating method may be used.
[0025]
In step 102, as shown in FIG. 2A, a bonding film 320 is formed on the back plate substrate 310, and the bonding film 320 is formed by a method of applying powder silicon oxide or a method of depositing by a CVD method or the like. It is formed. The oxide film formed by powder silicon oxide, CVD method, or the like used here contains the same impurity as that doped for forming the etch stop layer 220 at a high concentration. The impurity concentration in the bonding film 320 is higher than the impurity concentration in the etch stop layer 220.
[0026]
In step 103, as shown in FIG. 2C, the vibration film substrate 210 and the back plate substrate 310 are bonded to each other through the etch stop layer 220 and the bonding film 320 to form the bonded substrate 400. The bonding can be performed using a bonding technique such as heat welding, anodic bonding, or direct bonding.
In step 104, the back substrate 310 side of the bonding substrate 400 is polished to a desired back plate thickness.
[0027]
In step 105, the bonding substrate 400 is heat-treated in an oxygen atmosphere, thereby forming oxide films 230 and 330 for an etching mask on both surfaces of the bonding substrate 400. The oxide films 230 and 330 for the etching mask are formed so as to have a thickness of about 4000 mm from the silicon etching depth of the vibration film substrate 210.
[0028]
The heat treatment for forming the oxide films 230 and 330 is performed at a temperature equal to or lower than the etch stop layer formation temperature in order to prevent re-diffusion of impurities in the etch stop layer 220. In the first embodiment, the heat treatment temperature for forming the oxide films 230 and 330 is set to 900 ° C. or higher. This heat treatment temperature is set to ensure an appropriate speed for the growth of the oxide films 230 and 330 and to increase the interface charge between the vibration plate substrate 210 and the bonding oxide film 320 in the low temperature treatment ( Reference: edited by Toru Hara et al., VLSI process data handbook, 1982, Science Forum, pages 142-143).
[0029]
In step 106, the oxide films 230 and 330 are processed using a photolithography technique to form a vibration film etching mask 231 and a back plate etching mask 331 as shown in FIG.
In step 107, the bonding substrate 400 is etched using the vibration film etching mask 231 and the back plate etching mask 331 to form the vibration film 201 and the back plate 301 as shown in FIG. At that time, etching can be performed using a predetermined alkaline etching solution such as TMAH (Tetramethyl ammonium hydroxide).
[0030]
In step 108, portions of the vibration film etching mask 231, the back plate etching mask 331, and the bonding film 320 other than the support portion 203 shown in FIG. 1 are etched to form parallel plate electrodes. With the above processing steps, a monolithic condenser microphone or pressure sensor is obtained.
[0031]
FIG. 3 is a diagram showing an impurity profile from the interface between the bonding oxide film and the etch stop layer toward the silicon substrate when the oxide film 6000 膜 is formed on the bonding substrate as described above. In the graph shown in FIG. 3, the vertical axis represents the logarithmic impurity concentration, and the horizontal axis represents the distance from the interface toward the silicon substrate. From FIG. 3, no significant decrease in impurity concentration was observed near the interface (0 μm position), and the impurity profile was almost the same as that before the thermal oxidation treatment.
[0032]
FIG. 4 is a profile obtained by measuring the surface displacement of the vibration film manufactured after forming the oxide film 6000 mm on the bonding substrate as described above using a laser displacement meter. In the graph shown in FIG. 4, the vertical axis represents the surface displacement of the diaphragm, and the horizontal axis represents the in-plane distance of the diaphragm. FIG. 4 shows that the profile in the diaphragm is almost flat and no buckling has occurred.
[0033]
As described above, the condenser microphone or pressure sensor according to the first embodiment applies or deposits a layer having an impurity concentration higher than the impurity concentration in the etch stop layer as a bonding film with the etch stop layer. Therefore, it is necessary to form an etch stop layer, which is indispensable for manufacturing a thin vibration film, and to oxidize the substrate at a high temperature within about 1200 ° C. even after the substrates are bonded. An annealing treatment can be performed.
[0034]
In addition, since annealing can be performed, the bonded substrates can be processed such as grinding, polishing, and cleaning.
In addition, since the substrate can be processed after bonding the substrates, it is possible to form the substrate and each layer formed thereon with a desired thickness, and to form a complicated etching mask having different film thicknesses.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the capacitor microphone or pressure is formed by applying or depositing a layer having an impurity concentration higher than the impurity concentration in the etch stop layer as a bonding film with the etch stop layer. To realize a condenser microphone or pressure sensor that can eliminate restrictions on the manufacturing process of the sensor, and reduce the stray capacitance, etc., and improve the performance by improving the parallel plate electrode structure and the design flexibility of the mounted circuit. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a condenser microphone or a pressure sensor.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a manufacturing process of the condenser microphone or the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an impurity profile from the interface between the bonding oxide film and the etch stop layer toward the silicon substrate when an oxide film 6000Å is formed on the bonding substrate according to the first embodiment of the present invention. .
FIG. 4 is a view showing a profile obtained by measuring the surface displacement of a vibration film manufactured after forming an oxide film of 6000 mm on the bonding substrate according to the first embodiment of the present invention using a laser displacement meter; It is.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of a manufacturing process of a conventional condenser microphone or pressure sensor.
[Explanation of symbols]
100 condenser microphone (pressure sensor)
201 Vibration membrane 202 Vibration membrane support (substrate)
210 Oscillating film substrate 220 Etch stop layer 230 Oscillating film substrate oxide film 231 Oscillating film etching mask 301 Back plate 302 Exhaust hole 303 Support part 310 Back plate substrate 320 Oxide film 330, 620 containing the same impurities as the etch stop layer Film 331 Back plate etching mask 400, 700 Bonded substrate 500 Substrate on which etch stop layer and oxide film are formed 600 Substrate on which oxide film is formed

Claims

一方の面に硼素がドープされたシリコンで形成されたエッチストップ層を形成した振動膜基板と、一方の面に酸化シリコン膜の接合膜を形成した背面板基板と、を前記エッチストップ層および前記接合膜を介して接合した接合基板をエッチングして形成するコンデンサ型マイクロホンにおいて、
前記接合膜は、前記エッチストップ層と同じく硼素を含み、
前記接合膜中に含まれる硼素の濃度は、前記エッチストップ層中にドープされた硼素の濃度以上であることを特徴とするコンデンサ型マイクロホン。 A vibration film substrate having an etch stop layer formed of silicon doped with boron on one surface, and a back plate substrate having a bonding film of a silicon oxide film formed on one surface, the etch stop layer and the Oite a bonded substrate which is bonded via the bonding film condenser microphones be formed by etching,
The bonding film includes boron as in the etch stop layer,
The concentration of boron contained in the bonding film, condenser microphones, characterized in that said at least a concentration of doped boron etch stop layer.

一方の面に硼素がドープされたシリコンで形成されたエッチストップ層を形成した振動膜基板と、一方の面に酸化シリコン膜の接合膜を形成した背面板基板と、を前記エッチストップ層および前記接合膜を介して接合した接合基板をエッチングして形成する圧力センサにおいて、A vibration film substrate having an etch stop layer formed of silicon doped with boron on one surface, and a back plate substrate having a bonding film of a silicon oxide film formed on one surface, the etch stop layer and the In a pressure sensor formed by etching a bonded substrate bonded via a bonding film,
前記接合膜は、前記エッチストップ層と同じく硼素を含み、The bonding film includes boron as in the etch stop layer,
前記接合膜中に含まれる硼素の濃度は、前記エッチストップ層中にドープされた硼素の濃度以上であることを特徴とする圧力センサ。The pressure sensor according to claim 1, wherein a concentration of boron contained in the bonding film is equal to or higher than a concentration of boron doped in the etch stop layer.

前記エッチストップ層形成のための硼素拡散は１２００℃以下で行われ、その後の熱処理は９００℃以上、前記硼素拡散の温度以下で行われることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ型マイクロホン。2. The condenser microphone according to claim 1, wherein boron diffusion for forming the etch stop layer is performed at 1200 [deg.] C. or lower, and subsequent heat treatment is performed at 900 [deg.] C. or higher and below the boron diffusion temperature.

前記エッチストップ層形成のための硼素拡散は１２００℃以下で行われ、その後の熱処理は９００℃以上、前記硼素拡散の温度以下で行われることを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。3. The pressure sensor according to claim 2, wherein boron diffusion for forming the etch stop layer is performed at 1200 ° C. or lower, and the subsequent heat treatment is performed at 900 ° C. or higher and below the boron diffusion temperature.