JP2005183437A - エレクトレットコンデンサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿性に優れるエレクトレットコンデンサーを提供する。
【解決手段】シリコン基板６上に形成したエレクトレットシリコン酸化膜７を、絶縁膜９と金属膜８にて挟み込み、シリコン酸化膜７を露出させない構造とする。このとき、金属膜８をスパッタで形成する直前に、スパッタ装置の真空チャンバー内でシリコン酸化膜をプラズマを用いてエレクトレット化を行う。これにより、エレクトレットの吸湿を抑制し、信頼性の高いエレクトレットコンデンサーを提供することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は振動電極を有するエレクトレットコンデンサーに関し、特にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて形成するエレクトレットコンデンサー及びその製造方法に関する。

従来、コンデンサーマイクロホンなどの素子に応用される永久的電気分極を有する誘電体であるエレクトレット素子として、ＦＥＰ材などの有機系の高分子重合体が使用されていたが、耐熱性に劣る為、基板実装する場合のリフロー用素子としての使用が困難であるという問題があった。

近年、エレクトレットの薄膜化、小型化を達成するため、有機系の高分子重合体に代えて、特許文献１に示すような微細加工技術を利用したシリコン酸化膜を用いたエレクトレットが提案されている。

具体的には、基材表面にシリコン酸化膜を成膜し、成膜雰囲気から大気開放すること無く水分を含まない酸素を含有するガス雰囲気において、２００℃〜４００℃で熱処理し、その後に帯電処理を行うものである。
特開２００２−３３２４１号公報

しかしながら、エレクトレットは液体に触れると電荷が抜ける現象があり、たとえば、エレクトレット化したＦＥＰをエタノールに浸すと、電荷は０にならないものの、大幅に電荷が減少する。本発明者の実験によれば、３００Ｖに着電させたＦＥＰ（ステンレス基板上にＦＥＰを１２．５μｍ形成）を、エタノールに浸すと電荷は数Ｖとなった。この現象は、エタノールだけでなく、他の有機溶剤や水でも同様に発生する現象である。また、材料的にもＦＥＰ特有のものではなく、シリコン酸化膜を含むエレクトレット材料全般に発生する現象である。

本発明は、耐湿性に優れた構造を有するエレクトレット及びエレクトレットコンデンサーを提供することを目的とする。また、永久電荷を持つエレクトレットで構成したエレクトレットコンデンサーを微細加工技術により製作することにより、小型でチャージ供給回路が不要なエレクトレットコンデンサーマイクロホンを提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明のエレクトレットは、エレクトレット化された領域を有するシリコン酸化膜を備え、少なくともシリコン酸化膜のエレクトレット化された領域は絶縁膜もしくは電極膜及び絶縁膜により覆われているものである。

本発明のエレクトレットコンデンサーは、シリコン酸化膜、第１の電極及び絶縁膜からなる振動膜と、第２の電極と、振動膜と第２の電極との間に空間を設けるための接着層とを備え、シリコン酸化膜はエレクトレット化された領域を有し、絶縁膜はシリコン酸化膜の表面に形成され、電極膜はシリコン酸化膜を介して絶縁膜と反対側に形成されているものである。

本発明のエレクトレットの製造方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、シリコン酸化膜上に絶縁膜を形成する工程と、シリコン基板の裏面側からエッチングを行い、シリコン基板を部分的に除去して、シリコン酸化膜を露出させる工程と、シリコン基板の裏面側からプラズマ照射を行い、露出した前記シリコン酸化膜をエレクトレット化する工程と、露出したシリコン酸化膜をエレクトレット化した後、シリコン基板の裏面側からシリコン基板及びシリコン酸化膜上に金属膜を形成するものである。

本発明のエレクトレットコンデンサーの製造方法は、第１のシリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、シリコン酸化膜上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に金を主成分とする第１の接着層を形成する工程と、第１のシリコン基板の裏面側からエッチングを行い、第１のシリコン基板を部分的に除去して、シリコン酸化膜を露出させる工程と、第１のシリコン基板の裏面側からプラズマ照射を行い、露出した前記シリコン酸化膜をエレクトレット化する工程と、露出したシリコン酸化膜をエレクトレット化した後、第１のシリコン基板の裏面側から第１のシリコン基板及びシリコン酸化膜上に金属膜を形成する工程と、第２のシリコン基板に金を主成分とする第２の接着層を形成する工程と、第１の接着層と第２の接着層を接続させる工程とを備えるものである。

本発明のエレクトレットコンデンサーマイクロホンは、基板上に、エレクトレットコンデンサー、コンデンサー及び電界効果型トランジスタを備え、エレクトレットコンデンサーはシリコン酸化膜、第１の電極及び絶縁膜からなる振動膜と、第２の電極と、振動膜と第２の電極との間に空間を設けるための接着層とを備え、シリコン酸化膜はエレクトレット化された領域を有し、絶縁膜は前記シリコン酸化膜の表面に形成され、電極膜はシリコン酸化膜を介して絶縁膜と反対側に形成されているものである。

以上のように、本発明によれば、信頼性の高い小型マイクが製作でき、それらを搭載した装置を広く社会に供給することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、最初に、本発明のエレクトレットコンデンサーマイクロホン（以下、ＥＣＭ）について図１〜図２を用いて説明する。

図１は、ＥＣＭの構成を示す図である。図２は、ＥＣＭの回路を示す図である。

図１（ａ）に示すのは、本発明のエレクトレットコンデンサーを用いたＥＣＭの上面図であり、図１（ｂ）に示すのは断面図である。プリント基板４の上に本発明のエレクトレットコンデンサー１、コンデンサーなどの表面実装部品（以下、ＳＭＤ）２及び電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴ）３が実装されている。また、図１（ａ）には、図示していないが、図１（ｂ）に示すように、プリント基板４の上面はケース５で覆われている。ここで、エレクトレットコンデンサー１の上方のケース５の部分には孔が開いている。

次に、図２に示すＥＣＭの回路について説明する。ＥＣＭの内部回路１４は、エレクトレットコンデンサー１、ＳＭＤ２、ＦＥＴ３より構成されている。そして、出力端子１５及び出力端子２０から、外部端子１６及び外部端子２１へ信号を出力する構成となっている。実際の動作としては、端子１７より２Ｖ程度の信号入力がなされ、端子１８に数十ｍＶの交流の信号出力がなされる。ここで、出力端子２０、外部端子２１及び端子２２は図のように接続されておりＧＮＤとなっている。

以下、図２に示したエレクトレットコンデンサーについて説明する。

（第１の実施の形態）
次に、図３を用いて、本発明の第１の実施の形態のエレクトレットコンデンサーについて説明する。

図３に示すように、シリコン基板６上に、永久電荷が形成されているエレクトレットとなるシリコン酸化膜７が形成されている。このシリコン基板６には、シリコン酸化膜７の一部を振動膜とするための開口部が設けてあり、シリコン酸化膜７の下面が露出している。さらにこのシリコン酸化膜７の上面は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）膜からなる絶縁膜９が形成されている。この絶縁膜９をＢＣＢで形成する利点として、以下の３点がある。（１）例えば半導体装置などの保護膜として用いられているシリコン窒化膜と比較して耐湿性に優れている。（２）ＢＣＢはスピンコート法で形成可能で、キュア温度も２１０℃程度と低温であるため、シリコン窒化膜などの無機材料で形成する場合と比べて形成プロセスが簡便である。（３）ＢＣＢ膜はシリコン酸化膜とともに振動膜として機能するが、この振動膜の張力が高いほど振動膜は振動しにくくなる（振動のしやすさはコンプライアンスと呼ばれ、コンプライアンスは振動膜の張力に逆比例する）。ＢＣＢは低温で膜を形成できるため膜応力が、例えばシリコン窒化膜と比べて１０分の１程度となるため、振動膜を構成する材料として好ましい。また、シリコン酸化膜７及びシリコン基板６の下面側には、金からなる導電膜８が形成されている。この絶縁膜９、シリコン酸化膜７及び導電膜８の積層膜は、振動膜を構成する。そして、絶縁膜９の上方には、金からなる接合層１２を介してシリコン基板１０が設置される。この接合層１２は、シリコン基板６の上方、つまり、振動膜部分を除いた領域に形成されている。また、振動膜部分の上方のシリコン基板１０には多数の貫通孔１１が設けられている。

ここで、バンプ１３は、特に絶縁膜９とシリコン基板１０との間の距離が数μｍ程度の極狭ギャップの場合、絶縁膜９とシリコン基板１０とが吸着することを防止するために設けるものであり、吸着が生じない場合は形成する必要はないものである。

また、シリコン酸化膜７の下面に形成された導電膜８は、エレクトレットコンデンサーの振動電極となり、低抵抗のシリコン基板１０はエレクトレットコンデンサーの固定電極となるものである。このシリコン基板１０上に導電膜を形成し、この導電膜とシリコン酸化膜７を固定電極とすることもできる。

ここで、ＥＣＭの動作原理を、図２及び図３を用いて説明する。

固定電極である低抵抗のシリコン基板１０は、ＧＮＤである端子２０に接続されている。一方、シリコン基板の下面には、導電膜８が形成され、導電膜８はＦＥＴ３と電気的に接続されている。図３に示したエレクトレットコンデンサーでは、音圧をシリコン基板１０上から受けたとき、音圧は貫通孔１１を通して、絶縁膜９、シリコン酸化膜７及び導電膜８の積層膜である振動膜を振動させる。

例えば、この振動膜が図面の下方へ撓んだ場合、コンデンサー（平行平板型のコンデンサー）の容量（Ｃ）が変化する。これは、振動電極である振動膜と固定電極であるシリコン基板１０との間の電荷（Ｑ）は一定であるが、電極間距離が変動し容量が変化するため、振動電極と固定電極間との電位（Ｖ）が変化する。この理由は、物理的に、以下の式（１）の条件を満足する必要があるためである。

Ｑ＝Ｃ・Ｖ ・・・・（１）
振動電極は、ＦＥＴ３のゲートと電気的に接続された構成となっているので、ＦＥＴ３のゲートの電位は、振動膜の撓みに呼応して変化する。ＦＥＴ３のゲートの電位変化は、結果として外部出力端子１８に電圧変化として出力されることとなる。

エレクトレットコンデンサーにおいて、コンデンサーを形成する振動膜の振動電極と固定電極との間の容量は、振動膜の撓みにより変化する容量と、振動電極と固定電極との間に形成されたエレクトレットの容量によって決定される。本発明は、大気中の水分吸着等が顕著な材料であるシリコン酸化膜の上下に、導電膜と有機膜を形成することにより、エレクトレット化しているシリコン酸化膜の劣化を防ぐことができる。これにより、外部環境にかかわらず、ＥＣＭの経時的信頼性を向上させることができる。

次に、図４から図６を用いて、本発明の第１の実施の形態のエレクトレットコンデンサーの製造方法について説明する。

本発明のエレクトレットコンデンサーは、固定電極部と振動電極部を形成した後に、接合するものである。図４は、固定電極部を形成する工程断面図である。図５は、振動電極部を形成する工程断面図である。図６は、固定電極部を形成する工程断面図である。

まず、エレクトレットコンデンサーの固定電極の形成方法について説明する。

図４（ａ）に示すように、シリコン基板１０表面に、金からなる接合層１２とバンプ１３を電解メッキ法を用いて形成する。具体的には、シリコン基板１０にスパッタ法により金属膜を形成したのち、この金属膜表面にレジスト膜を形成する。そして、レジスト膜において、メッキにより金属を成長させる部分を開口し、メッキ浴で電解メッキを実施し、メッキ膜を成長させる。その後、レジスト膜を除去し、最初につけたスパッタ膜を除去する。この金属膜の除去は、ウェットエッチングにより行い、接合層１２とバンプ１３を形成する。接合層１２とバンプ１３を金で形成するのは、固定電極部と振動電極部を接合することが容易な材質であるからである。

次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１０に貫通孔１１を形成する。シリコン基板１０上にシリコン基板を加工するためのレジストからなるマスク２４を形成する。貫通孔１１は、ウェットエッチングまたはドライエッチングで製作する。ドライエッチングの場合は、プラズマ密度１．０×１０¹²ｃｍ^-3程度となる高密度プラズマ源を搭載したドライエッチング装置を使用すると工程にかかる時間を短縮することができる。逆に、ドライエッチング装置のプラズマ密度が低いと、シリコン基板の貫通加工が実施できない。そして、この貫通孔１１を形成後、図４（ｃ）に示すようにマスク２４を除去する。

次に、エレクトレットコンデンサーの振動電極の形成方法について説明する。

図５（ａ）に示すように、シリコン基板６の両面に、シリコン酸化膜７ａ及び７ｂを形成する。シリコン酸化膜７ａ及び７ｂは、シリコン基板６を炉の中で１０００℃程度に加熱することで形成された、シリコン熱酸化膜である。このシリコン酸化膜７ａは、後工程を経て、エレクトレットとして機能するものである。シリコン熱酸化膜をエレクトレット材料として用いる理由は、他のシリコン酸化膜では得ることができない利点が存在するためである。本発明者の実験によると、他のシリコン酸化膜であるＬＰ−ＴＥＯＳやＰ−ＴＥＯＳが１０００ｎｍを超える膜厚を有しないとエレクトレット化のための着電が実施できなかった。これに対して、シリコン熱酸化膜（ｔｈ−ＳｉＯ₂）は、５００ｎｍの膜厚においても、エレクトレット化が実現できる。本発明では、エレクトレット膜は振動板として機能する。このエレクトレット膜を薄くすることで振動板を薄くすることができ、エレクトレットコンデンサーの機能を向上させることができる。これは、振動板が薄ければ薄いほど、振動板に音による圧力が加わった際、振動板に大きな撓みが生じるため、より大きな出力を得ることが可能になるためである。従って、エレクトレット膜を薄くできるシリコン熱酸化膜（ｔｈ−ＳｉＯ₂）を使用すれば、エレクトレットコンデンサーの性能が向上する。また、シリコン熱酸化膜はシリコン基板の裏面にも成膜されるので、後工程のＳｉエッチングの際のマスクを同時に形成することができる。

また、このシリコン酸化膜７ａを形成する他の形成方法として、ＣＶＤ法やスパッタ法があり、これらの場合は、裏面にもシリコン酸化膜７ｂを形成する必要がある。次に、図５（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜７ａを形成した後、シリコン基板６の裏面からエッチングを行う。このとき、シリコン酸化膜７ｂをパターニングしてエッチング時のマスクにする。このシリコン基板のエッチングでは、ＫＯＨやＴＭＡＨなどを用いたシリコン異方性エッチングやＳＦ₆ガスを用いたドライエッチングを適用する。この場合、プラズマ密度１．０×１０¹²ｃｍ^-3程度となる高密度プラズマ源を搭載したドライエッチング装置を使用すると工程にかかる時間を短縮することができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜７ａ上にＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）からなる絶縁膜９を形成する。ＢＣＢ膜の形成は、スピンコートとキュアで形成する。そして、シリコン酸化膜７ａ上に、金属からなる接合層１２ｂを形成する。この接合層１２ｂは、スパッタ装置を用いて、絶縁膜９上にチタン（Ｔｉ）形成した後、メッキ法により金（Ａｕ）を形成する。そして、金の上にレジストパターンを形成し、ウェットエッチングで不要な箇所のチタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）をエッチングし、レジストパターンを除去し、Ａｕ／Ｔｉを積層させた接合層１２ｂを形成する。その後、裏面から露出したシリコン酸化膜７ａに対してコロナ放電２６を行いシリコン酸化膜７ａをエレクトレット化する。シリコン酸化膜７ａに電荷を着電させて、エレクトレット化する方法として、コロナ放電やプラズマ放電を用いて実施することができる。

次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板６の裏面に導電膜８を形成する。これによりシリコン酸化膜７ａは、絶縁膜９と導電膜８により挟まれる構造となる。シリコン酸化膜は、湿度に敏感であり、水分の吸着はエレクトレットの電荷の消失を招くが、本発明ではシリコン酸化膜７ａが露出しない構造のため、シリコン酸化膜７ａに蓄えられた電荷が消失することはない。また、導電膜８の形成にスパッタを用いると、シリコン酸化膜７ａをエレクトレット化する着電工程と、導電膜８を形成する工程が、ひとつの真空容器内で連続して処理することが可能である。具体的には、シリコン酸化膜７ａをスパッタ装置の真空容器内で、導電膜８の形成前に、逆スパッタ（金属ターゲットではなく、試料側に高周波印加）を実施することにより、シリコン酸化膜７ａをエレクトレット化することができる。逆スパッタによるエレクトレット化についての詳細は後述する。次工程として、金属膜のスパッタリングを行えば、真空を破ることなくシリコン酸化膜をエレクトレット化することができるので、大気中の水分にシリコン酸化膜を触れさせることなくエレクトレットを形成できる。このため、信頼性の高いシリコン酸化膜のエレクトレット膜を形成することができる。

図６は、図４と図５を用いて形成した固定電極側の基板と振動電極側の基板を接合する工程を示している。

図６（ａ）は、２つの部品を接合する前の状態を表し、図６（ｂ）は接合後の状態を表している。図６（ａ）において、接合層１２ａ及び接合層１２ｂの表面をプラズマにより洗浄すると、たとえばＡｕ−Ａｕの接合が、通常は３００℃程度の接合温度が必要であるのに対し、１５０℃程度の低温で接合することができ、デバイス製作上都合が良い。低温での接合が可能となる理由は、Ａｕの表面に付着した炭素元素（Ｃ）などの接合を妨げる物質が除去できるためである。

接合はＡｕ−Ａｕの直接接合に限定するものではなく、異方性導電樹脂を介在させても可能である。また、半導体装置の実装に用いられるＡｕ−Ｓｎ（スズ）を主成分とするプリフォーム材を使用し、接合することも可能である。

ここで、シリコン基板の薄膜化について説明する。本発明の実施の形態のエレクトレットコンデンサーでは、固定電極側と振動電極側を２枚のシリコン基板で形成する。このため、シリコン基板の膜厚が厚い場合は、薄板化を行っている。一般に、８インチシリコン基板の厚みは７２５μｍ程度、６インチシリコン基板の厚みは６２５μｍ程度である。図５（ｃ）で示すシリコン基板をエッチングでは、非常に時間を要する。そこで、あらかじめシリコン基板を研磨もしくはエッチングで薄板化すると、エッチングの際の処理時間を短縮できる。研磨ではなくエッチングを用いると、研磨によるシリコン基板の加工ダメージを防止することができる。このエッチングでは、ＫＯＨやＴＭＡＨなどを用いたウェットエッチングでも可能であるが、ＳＦ₆ガスを用いたドライエッチングを行うと、ウェットエッチングの際に課題となる薬液の廃棄処理が必要なくなる。また、ＳＦ₆ガスは、シリコン基板のドライエッチングにおいて、速いエッチングレート（１０μｍ／分以上）を示すので、ＳＦ₆ガスを用いたドライエッチングは、シリコン基板を薄板化する手法として優れている。

以下、プラズマ放電によるエレクトレット膜への電荷の供給方法について、説明する。

図７は、プラズマ放電を用いてシリコン酸化膜に着電させてエレクトレット化するための機構を示している。図７に示したプラズマ着電機構は、半導体装置の製造に用いられるドライエッチング装置の一種である反応性イオンエッチング装置を示している。図７において、エレクトレット化させる試料１０１（図５（ｃ）と同じものが形成された基板）を真空チャンバー１０２のステージとなる下部電極１０３上に設置する。下部電極１０３は高周波電源１０４に電気的に接続されている。また、下部電極１０３に対向して設置されている上部電極１０５は、アース１０６（以下ＧＮＤと記す）に電気的に接続されている。また、真空チャンバー１０２には、ガスを導入するためのガス導入機構１０７及びガスを排気するためのガス排気機構１０８が設置されている。

真空チャンバー１０２の真空度は、ガス導入機構１０７とガス排気機構１０８を制御することにより所望の圧力となっている。上記のような状態で、高周波電源１０４を印加させると、真空チャンバー内の上部電極１０５と下部電極１０３の間でプラズマが生成される。プラズマ中には電子が生成されており、電子は上部電極１０５と下部電極１０３間で移動可能となる。このときの電子の移動１０９の状態を矢印で模式的に示す。このときの上部電極１０５と下部電極１０３の電位は、図７中のグラフ１１０に示した電位状態をとる。グラフ１１０は、縦軸に上部電極１０５と下部電極１０３との間の距離を、横軸に電位を示している。すなわち電荷状態は、上部電極１０５はＧＮＤであるので電位は０Ｖであるが、下部電極１０３に向かって一時的にプラスの電位となり、さらに下部電極１０３に近づくと電位は反転し、下部電極１０３においては、マイナスの電位となる。この現象は、下部電極１０３付近にプラズマ中で発生するイオンが集中的に存在する（イオンシースと呼ばれる）状況が発生するために生じるものである。また一般的に、下部電極の電圧降下値は、Ｖｄｃと呼ばれる。図７で示した真空チャンバー１０２内に試料１０１を設置すると、試料１０１内に電子が供給されるため、試料１０１に着電することが可能となる。本発明者の実験によると、図７に示すような反応性イオンエッチング装置を用いて、Ａｒガス：１４０ｓｃｃｍ、真空度：３Ｐａ、高周波（１３．５６ＭＨｚ）印加：１００Ｗのとき、エレクトレット膜に３０Ｖの電荷が蓄えることを確認できた。

プラズマ放電の代わりにコロナ放電によりエレクトレット化を行う場合は、コロナ放電を起こすワイヤーが大気に曝されているため、ワイヤーにごみの付着（大気中のごみを引き寄せてしまう）が発生するので、コロナ放電の長期的な繰り返し安定度が低く、比較的頻繁にワイヤーの交換を実施しなければならない。これに対し、図７に示すようなプラズマ着電機構を用いると、半導体装置の製造工程と同様に、繰り返し安定度が高いため、量産安定性の優れたエレクトレット膜を供給することが可能となる。

また、ドライエッチング装置を基とするエレクトレット化以外にも、スパッタ装置を用いたエレクトレット化も可能である。

スパッタ装置もドライエッチング装置と同様にプラズマを利用した加工方法であるため、エレクトレット化の手法として有効となる。図８は、本発明の実施の形態を示すスパッタ装置である。図８において、エレクトレット化させる試料１０１（図５（ｃ）と同じもの）を真空チャンバー１０２のステージとなる上部電極１０５表面に下向きに設置する。上部電極１０５は、アース１０６（以下ＧＮＤと記す）に電気的に接続されている。また、上部電極１０５に対向して設置されている下部電極１０３は、高周波電源１０４に電気的に接続されている。また、真空チャンバー１０２には、ガスを導入するためのガス導入機構１０７及びガスを排気するためのガス排気機構１０８が設置されている。また、下部電極１０３内に成膜を行うためのターゲット１１２が配置されていることであり、高周波電源１０４およびＧＮＤの前には、それぞれスイッチ１１３と１１４が配置されている。

通常、スパッタリングによる成膜は、スイッチ１１３が高周波電源１０４に、スイッチ１１４がＧＮＤに電気的に接続し実施されるが、一般のスパッタリング成膜の前には、主として成膜する基板の洗浄を目的として、逆スパッタ、すなわちスイッチ１１３をＧＮＤに、スイッチ１１４を高周波電源１０４に電気的に接続し上部電極１０５に高周波印加を行う。このとき試料１０１を上部電極１０５に設置する本発明は、ドライエッチング装置を用いてエレクトレット化する機構と同様な構成となるため、スパッタ装置を用いてエレクトレット化することが可能となる。本発明によれば、試料１０１をエレクトレット化した後、真空を破ることなく金属膜の形成をすることができる。これにより、エレクトレット膜の製造工程が簡便になるばかりでなく、エレクトレット膜を大気中の水分に触れさせずに形成することができる。これにより、信頼性の高いエレクトレット膜を形成することができる。

なお、本実施の形態では、絶縁膜９を、ＢＣＢで形成したが、スパッタ法やＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜で形成することができる。

なお、本実施の形態では、メッキ法により接合層１２とバンプ１３とを形成したが、メッキ法以外の方法として、ワイヤーボンディング法を応用したスタッドバンプ法でも同様な接合層とバンプを形成できる。このスタッドバンプ法について、図９を用いて説明する。

図６（ａ）で示した接合層１２ａおよび接合層１２ｂをメッキ法で形成した金膜の代わりに、図９（ａ）に示すように、金からなるスタッドバンプ３０と異方性導電樹脂３１を用いて固定電極側の基板と振動電極側の基板を、図９（ｂ）に示すように接合するものである。このスタッドバンプ３０及び異方性導電樹脂３１からなる接続部は一定間隔で形成するので、貴金属である金の使用量を削減することができ、低コスト化することができる。

（第２の実施の形態）
ここでは、図１０を用いて、本発明の第２の実施の形態のエレクトレットコンデンサーについて説明する。

図１０に示すように、シリコン基板６上に、絶縁膜２３が形成されている。このシリコン基板６には、絶縁膜２３の一部を振動膜とするための開口部が設けてあり、絶縁膜２３の下面が露出している。また、絶縁膜２３及びシリコン基板６の下面側には、金からなる導電膜８が形成されている。この絶縁膜２３及び導電膜８の積層膜は、振動膜を構成する。そして、絶縁膜２３の上方には、金からなる接合層１２を介してＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）膜からなる絶縁膜９が設置される。この接合層１２は、シリコン基板６の上方、つまり、振動膜部分を除いた領域に形成されている。さらに、この絶縁膜９の上層には永久電荷が形成されているエレクトレットとなるシリコン酸化膜７、シリコン基板１０が形成されている。そして、振動膜部分の上方の絶縁膜９、シリコン酸化膜７及びシリコン基板１０からなる積層膜には多数の貫通孔１１が設けられている。

ここで、バンプ１３は、特に絶縁膜９と絶縁膜２３との間の距離が数μｍ程度の極狭ギャップの場合、絶縁膜９と絶縁膜２３とが吸着することを防止するために設けるものであり、吸着が生じない場合は形成する必要はないものである。

また、絶縁膜２３の下面に形成された導電膜８は、エレクトレットコンデンサーの振動電極となり、低抵抗のシリコン基板１０はエレクトレットコンデンサーの固定電極となるものである。このシリコン基板１０上に導電膜を形成し、この導電膜とシリコン酸化膜７を固定電極とすることもできる。

なお、本実施の形態では、絶縁膜９を、ＢＣＢで形成しているが、シリコン窒化膜を形成してもよい。

本発明にかかるエレクトレット、エレクトレットコンデンサー及びエレクトレットコンデンサーマイクロホンは、耐湿性に優れ、エレクトレットを用いたデバイス、特にＥＣＭとして有用である。

本発明のエレクトレットコンデンサーを用いたマイクロホンの構成図 本発明のエレクトレットコンデンサーを用いたマイクロホンの回路構成図 本発明の第１の実施の形態のエレクトレットコンデンサーの断面図 本発明の第１の実施の形態のエレクトレットコンデンサーの工程断面図 本発明の第１の実施の形態のエレクトレットコンデンサーの工程断面図 本発明の第１の実施の形態のエレクトレットコンデンサーの工程断面図 プラズマ放電を用いたＳｉＯ₂のエレクトレット化のための構成を示す断面図 プラズマ放電を用いたＳｉＯ₂のエレクトレット化のための構成を示す断面図 本発明の第１の実施の形態のエレクトレットコンデンサーの工程断面図 本発明の第２の実施の形態のエレクトレットコンデンサーの断面図

符号の説明

１ エレクトレットコンデンサー
２ ＳＭＤ
３ ＦＥＴ
４ プリント基板
５ ケース
６ シリコン基板
７ａ シリコン酸化膜
７ｂ シリコン酸化膜
８ 導電膜
９ 絶縁膜
１０ シリコン基板
１１ 貫通孔
１２ 接合層
１２ａ 接合層
１２ｂ 接合層
１３ バンプ
１４ 内部回路
１５ 出力端子
１６ 外部端子
１７ 端子
１８ 外部出力端子
２０ 出力端子
２１ 外部端子
２２ 端子
２３ 絶縁膜
２４ マスク
３０ スタッドバンプ
３１ 異方性導電樹脂
１０１ 試料
１０２ 真空チャンバー
１０３ 下部電極
１０４ 高周波電源
１０５ 上部電極
１０６ アース
１０７ ガス導入機構
１０８ ガス排気機構
１０９ 電子の移動
１１０ グラフ
１１３ スイッチ
１１４ スイッチ

Claims (16)

1. エレクトレット化された領域を有するシリコン酸化膜を備え、
   少なくとも前記シリコン酸化膜のエレクトレット化された前記領域は絶縁膜もしくは電極膜及び絶縁膜により覆われていることを特徴とするエレクトレット。
2. 前記電極膜は、金からなり、
   前記絶縁膜は、シリコン窒化膜またはベンゾシクロブテンであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット。
3. 前記シリコン酸化膜はシリコン熱酸化膜であることを特徴とする請求項１及び２に記載のエレクトレット。
4. 前記電極膜は、シリコン基板からなり、
   前記絶縁膜は、シリコン窒化膜またはベンゾシクロブテンであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット。
5. シリコン酸化膜、第１の電極及び絶縁膜からなる振動膜と、
   第２の電極と、
   前記振動膜と前記第２の電極との間に空間を設けるための接着層とを備え、
   前記シリコン酸化膜はエレクトレット化された領域を有し、
   前記絶縁膜は前記シリコン酸化膜の表面に形成され、
   前記電極膜は前記シリコン酸化膜を介して前記絶縁膜と反対側に形成されていることを特徴とするエレクトレットコンデンサー。
6. 前記電極膜は、シリコン基板または金からなり、
   前記絶縁膜は、シリコン窒化膜またはベンゾシクロブテンであることを特徴とする請求項５に記載のエレクトレットコンデンサー。
7. 前記接着層がスタッドバンプ形状であることを特徴とする請求項５に記載のエレクトレットコンデンサー。
8. シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
   前記シリコン酸化膜上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記シリコン基板の裏面側からエッチングを行い、前記シリコン基板を部分的に除去して、前記シリコン酸化膜を露出させる工程と、
   前記シリコン基板の裏面側からプラズマ照射を行い、露出した前記シリコン酸化膜をエレクトレット化する工程と、
   露出した前記シリコン酸化膜をエレクトレット化した後、前記シリコン基板の裏面側から前記シリコン基板及び前記シリコン酸化膜上に金属膜を形成することを特徴とするエレクトレットの製造方法。
9. 前記シリコン酸化膜は、前記シリコン基板を熱酸化することにより形成することを特徴とする請求項８に記載のエレクトレットの製造方法。
10. 前記プラズマ照射を行う工程と、前記金属膜を形成する工程は、連続して同一の真空容器内にて行われることを特徴とする請求項８に記載のエレクトレットの製造方法。
11. 第１のシリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
    前記シリコン酸化膜上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜上に金を主成分とする第１の接着層を形成する工程と、
    前記第１のシリコン基板の裏面側からエッチングを行い、前記第１のシリコン基板を部分的に除去して、前記シリコン酸化膜を露出させる工程と、
    前記第１のシリコン基板の裏面側からプラズマ照射を行い、露出した前記シリコン酸化膜をエレクトレット化する工程と、
    露出した前記シリコン酸化膜をエレクトレット化した後、前記第１のシリコン基板の裏面側から前記第１のシリコン基板及び前記シリコン酸化膜上に金属膜を形成する工程と、
    第２のシリコン基板に金を主成分とする第２の接着層を形成する工程と、
    前記第１の接着層と前記第２の接着層を接続させる工程とを備えることを特徴とするエレクトレットコンデンサーの製造方法。
12. 前記シリコン酸化膜は、前記シリコン基板を熱酸化することにより形成することを特徴とする請求項１１に記載のエレクトレットコンデンサーの製造方法。
13. 前記プラズマ照射を行う工程と、前記金属膜を形成する工程は、連続して同一の真空容器内にて行われることを特徴とする請求項１１に記載のエレクトレットコンデンサーの製造方法。
14. 前記第１の接着層と前記第２の接着層を接続させる工程において
    プラズマを用いて接合することを特徴とする請求項１１に記載のエレクトレットコンデンサーの製造方法。
15. 第１のシリコン基板及び第２のシリコン基板は、予め研磨またはエッチングにより薄板化することを特徴とする請求項１１に記載のエレクトレットコンデンサーの製造方法。
16. 基板上に、エレクトレットコンデンサー、コンデンサー及び電界効果型トランジスタを備え、
    前記エレクトレットコンデンサーは
    シリコン酸化膜、第１の電極及び絶縁膜からなる振動膜と、
    第２の電極と、
    前記振動膜と前記第２の電極との間に空間を設けるための接着層とを備え、
    前記シリコン酸化膜はエレクトレット化された領域を有し、
    前記絶縁膜は前記シリコン酸化膜の表面に形成され、
    前記電極膜は前記シリコン酸化膜を介して前記絶縁膜と反対側に形成されていることを特徴とするエレクトレットコンデンサーマイクロホン。

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