JP2005191208A - エレクトレットコンデンサー - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿性に優れ、小型、高信頼性、高性能なシリコン酸化膜をエレクトレットとするエレクトレットコンデンサーを提供する。
【解決手段】空孔１０が形成された第１電極１１と、空孔と接続するエアギャップ１５と、第２電極１６とを備え、第１電極にシリコン酸化膜４からなるエレクトレット膜が形成され、エアギャップ１５とエレクトレット膜は第１電極と第２電極の間に形成される。エレクトレット膜は、前記シリコン酸化膜の上面及び下面に絶縁膜が形成され、前記第２電極は振動膜となることを特徴とするものである。
【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ＥＣＭ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ＥＣＭをＭＥＭＳ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ＥＣＭ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、本発明の第１の実施の形態のエレクトレットコンデンサーは、空孔が形成された第１電極と、空孔と接続するエアギャップと、シリコン酸化膜からなるエレクトレット膜が形成された第２電極とを備え、エアギャップとエレクトレット膜は第１電極と第２電極の間に形成され、エレクトレット膜は、シリコン酸化膜の上面及び下面に絶縁膜が形成され、第２電極は振動膜となることを特徴とする。

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は、空孔が形成された第１電極と、空孔と接続するエアギャップと、第２電極とを備え、第１電極にシリコン酸化膜からなるエレクトレット膜が形成され、エアギャップとエレクトレット膜は第１電極と第２電極の間に形成され、エレクトレット膜は、シリコン酸化膜の上面及び下面に絶縁膜が形成され、第２電極は振動膜となることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、信頼性の高い小型且つ高性能なマイクの実現が可能となる。さらに、それらを搭載した各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。

最初に、エレクトレットコンデンサーマイクロフォン（以下、ＥＣＭ）について説明する。

図１にＥＣＭの構成図を示す。図１（ａ）はＥＣＭの上面図を、図１（ｂ）はＥＣＭの断面図を示している。図１（ａ）において、プリント基板２０上にマイク部１７、コンデンサーなどの表面実装部品（以下、ＳＭＤと呼ぶ）１８、電界効果型トランジスタ（以下ＦＥＴと呼ぶ）１９が搭載されている。また、図１（ｂ）において、ＥＣＭのケース２１を示している。

図２は、ＥＣＭの回路ブロック図である。ＥＣＭの内部回路２２は、マイク部１７、ＳＭＤ１８、ＦＥＴ１９より構成されており、出力端子２３及び出力端子２４から、外部端子２５および外部端子２６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２７より２Ｖ程度の入力信号がなされ、端子２８に数十ｍＶの交流の信号出力がなされる。端子２６と端子２９は、ＥＣＭの内部回路２２の中のＧＮＤ端子である出力端子２４に接続される。

以下に、本発明のエレクトレットコンデンサーの実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
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及びＥＣＭについて図１〜図３を用いて説明する。

図３のリークホール６を持つフレーム膜９には、ＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つポリシリコン膜あるいはシリコン窒化膜を用いる。低抵抗のポリシリコン膜を用いるか、フレーム膜９上に導電膜１１を設けることにより導通が取れる構造とし、ボンディングパッド１４を通じて、図２中のＧＮＤ端子２４につながる構成としている。一方、半導体基板１とシリコン窒化膜３との間には、シリコン酸化膜２が形成されており、これらの露出した表面には、導電膜１６を設け、導電膜１６とＦＥＴ１９のゲートを電気的に接続する構成としている。またフレーム膜９の下部には、シリコン窒化膜３及びシリコン窒化膜５で覆われ、電荷を蓄えたシリコン酸化膜（エレクトレット膜）４が配置されている。このフレーム膜９とシリコン窒化膜５の間にはエアギャップ層１５が形成されており、シリコン基板１上のフレーム膜９とシリコン窒化膜５の間にはシリコン酸化膜７が形成されている。シリコン基板１とシリコン窒化膜３との間には、シリコン酸化膜２が形成されている。

図３において、ＥＣＭがアコースティックホール１０を通して音圧を受けたとき、フレーム膜９とその上部に配置された導電膜１１及び保護膜１２が振動膜１３として作用する。このアコースティックホール１０は、シリコン窒化膜３、シリコン窒化膜５、シリコン酸化膜４及び導電膜１６に形成されている。振動膜１３が音圧を受けると、その音圧に応じて機械的に振動する。図３においては、導電膜１１と導電膜１６を電極とする平行平板型のコンデンサ構造を構成しているが、振動膜１３が振動すると電極間距離の変化によりコンデンサの容量（Ｃ）が変化する。コンデンサに蓄えられる電荷（Ｑ）は一定であるため、導電膜１１と導電膜１６間の電圧（Ｖ）に変化が生じる。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）
導電膜１６はＦＥＴ１９のゲートと電気的に接続しているので、ＦＥＴ１９のゲート電位は、振動膜の振動により変化する。ＦＥＴ１９のゲートの電位変化は外部出力端子２８に電圧変化として出力されることとなる。

ＥＣＭにおけるコンデンサ構造の容量は、振動膜の振動により変化する容量成分と変化しない容量成分によって決定される。変化しない容量成分が外部環境により変化すると、ＥＣＭの性能劣化に大きく関わる。

特に本発明で採用しているシリコン酸化膜は、大気中の水分吸着等が顕著な材料であるため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜の露出はＥＣＭの経時的信頼性を低下させてしまう。本実施の形態によれば、シリコン酸化膜４の上下に耐湿性のあるシリコン窒化膜３とシリコン窒化膜５を設けているため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜４の劣化を防ぎ、ＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能となる。また、シリコン酸化膜４の上下に、ＨＦ系溶液に対して耐エッチング性のあるシリコン窒化膜３及びシリコン窒化膜５を設けているため、永久電荷を持つエレクトレットで構成したＥＣＭをＭＥＭＳ技術により製作することにより、チャージ供給回路が不要で小型高性能なＥＣＭを実現することが可能になる。

また、第１の実施の形態によれば、振動膜１３はフレーム膜９とその上部に配置された導電膜１１及び保護膜１２で構成されているので、膜厚の制御、すなわち振動膜の共振周波数の制御を容易に行うことができる。

（第２の実施の形態）
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及びＥＣＭについて図１、図２、図４を用いて説明する。

図４のアコースティックホール１０を持つフレーム膜９には、ＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つポリシリコン膜あるいはシリコン窒化膜を用いる。半導体基板１とフレーム膜９との間にはシリコン酸化膜２が形成されており、これらの露出した表面には、導電膜１６が設けられている。そして、導電膜１６とＦＥＴ１９のゲートを電気的に接続する構成としている。またフレーム膜９の上部には、シリコン窒化膜３及びシリコン窒化膜５で覆われ、電荷を蓄えたシリコン酸化膜（エレクトレット膜）４が配置されている。このフレーム膜９とシリコン窒化膜３の間にはエアギャップ層１５が形成されており、シリコン基板１上のフレーム膜９とシリコン窒化膜３の間にはシリコン酸化膜７が形成されている。シリコン窒化膜５上に導電膜１１を設けることにより導通が取れる構造とし、ボンディングパッド１４を通じて、図２中のＧＮＤ端子２４につながる構成としている。図４において、ＥＣＭが音圧を受けたとき、シリコン窒化膜３、シリコン酸化膜４及びシリコン窒化膜５とその上部に配置された導電膜１１及び保護膜１２が振動膜１３として作用する。リークホール６は、この振動膜１３に形成されている。振動膜１３が音圧を受けると、その音圧に応じて機械的に振動する。図４においては、導電膜１１と導電膜１６を電極とする平行平板型のコンデンサ構造を構成しているが、振動膜１３が振動すると電極間距離の変化によりコンデンサの容量（Ｃ）が変化する。コンデンサに蓄えられる電荷（Ｑ）は一定であるため、導電膜１１と導電膜１６間の電圧（Ｖ）に変化が生じる。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）
導電膜１６はＦＥＴ１９のゲートと電気的に接続しているので、ＦＥＴ１９のゲート電位は、振動膜の振動により変化する。ＦＥＴ１９のゲートの電位変化は外部出力端子２８に電圧変化として出力されることとなる。

ＥＣＭにおけるコンデンサ構造の容量は、振動膜の振動により変化する容量成分と変化しない容量成分によって決定される。変化しない容量成分が外部環境により変化すると、ＥＣＭの性能劣化に大きく関わる。

特に本発明で採用しているシリコン酸化膜は、大気中の水分吸着等が顕著な材料であるため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜の露出はＥＣＭの経時的信頼性を低下させてしまう。本実施の形態によれば、シリコン酸化膜４の上下に耐湿性のあるシリコン窒化膜３とシリコン窒化膜５を設けているため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜４の劣化を防ぎ、ＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能となる。また、シリコン酸化膜４の上下に、ＨＦ系溶液に対して耐エッチング性のあるシリコン窒化膜３及びシリコン窒化膜５を設けているため、永久電荷を持つエレクトレットで構成したＥＣＭをＭＥＭＳ技術により製作することにより、チャージ供給回路が不要で小型高性能なＥＣＭを実現することが可能になる。

また、第２の実施の形態によれば、シリコン酸化膜（エレクトレット膜）４をフレーム膜９及びエアギャップ層１５の上部に配置する構成として製造工程の後半に形成可能とし、工程中に受けるダメージを低減することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態のエレクトレットコンデンサー及びＥＣＭについて図１、図２、図５を用いて説明する。

図５のリークホール６を持つフレーム膜９には、ＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つポリシリコン膜あるいはシリコン窒化膜を用いる。半導体基板１とフレーム膜９との間にシリコン酸化膜２が形成されている。これらの露出した表面には導電膜１６を設けている。そして、導電膜１６とＦＥＴ１９のゲートを電気的に接続する構成としている。またフレーム膜９の上部には、シリコン窒化膜３及びシリコン窒化膜５で覆われ、電荷を蓄えたシリコン酸化膜（エレクトレット膜）４が配置されている。さらに、このフレーム膜９とシリコン窒化膜３の間にはエアギャップ層１５が形成されており、シリコン基板１上のフレーム膜９とシリコン窒化膜３の間にはシリコン酸化膜７が形成されている。そして、シリコン窒化膜５上に導電膜１１を設けることにより導通が取れる構造とし、ボンディングパッド１４を通じて図２中のＧＮＤ端子２４につながる構成としている。この導電膜１１の表面は、ボンディングパッド１４を除いて保護膜１２によって覆われている。

図５において、ＥＣＭがアコースティックホール１０を通じて音圧を受けたとき、フレーム膜９とその下部に配置された導電膜１６が振動膜１３として作用する。振動膜１３が音圧を受けると、その音圧に応じて機械的に振動する。図５においては、導電膜１１と導電膜１６を電極とする平行平板型のコンデンサ構造を構成しているが、振動膜１３が振動すると電極間距離の変化によりコンデンサの容量（Ｃ）が変化する。コンデンサに蓄えられる電荷（Ｑ）は一定であるため、導電膜１１と導電膜１６間の電圧（Ｖ）に変化が生じる。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）
導電膜１６はＦＥＴ１９のゲートと電気的に接続しているので、ＦＥＴ１９のゲート電位は、振動膜の振動により変化する。ＦＥＴ１９のゲートの電位変化は外部出力端子２８に電圧変化として出力されることとなる。

ＥＣＭにおけるコンデンサ構造の容量は、振動膜の振動により変化する容量成分と変化しない容量成分によって決定される。変化しない容量成分が外部環境により変化すると、ＥＣＭの性能劣化に大きく関わる。

特に本発明で採用しているシリコン酸化膜は、大気中の水分吸着等が顕著な材料であるため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜の露出はＥＣＭの経時的信頼性を低下させてしまう。本実施の形態によれば、シリコン酸化膜４の上下に耐湿性のあるシリコン窒化膜３とシリコン窒化膜５を設けているため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜４の劣化を防ぎ、ＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能となる。また、シリコン酸化膜４の上下に、ＨＦ系溶液に対して耐エッチング性のあるシリコン窒化膜３及びシリコン窒化膜５を設けているため、永久電荷を持つエレクトレットで構成したＥＣＭをＭＥＭＳ技術により製作することにより、チャージ供給回路が不要で小型高性能なＥＣＭを実現することが可能になる。

また、第３の実施の形態によれば、振動膜１３はフレーム膜９とその上部に配置された導電膜１１及び保護膜１２で構成されているので、膜厚の制御、すなわち振動膜の共振周波数の制御を容易に行うことができる。

また、シリコン酸化膜（エレクトレット膜）４をフレーム膜９及びエアギャップ層１５の上部に配置する構成とすることにより、製造工程の後半に形成することができる。これにより、シリコン酸化膜（エレクトレット膜）４が工程中に受けるダメージを低減することができる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

ここでは、第１の実施の形態で説明した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。

図６〜図１１は、本発明のＥＣＭの工程断面図を示したものである。

まず、図６に示すように、半導体基板１上にシリコン酸化膜２ａ、シリコン窒化膜３、シリコン酸化膜４、シリコン窒化膜５を順次形成する。この際、シリコン酸化膜２ａは、炉を用いた熱酸化法または減圧ＣＶＤ法で形成することにより、半導体基板１の裏面にもシリコン酸化膜２ｂを形成する。裏面のシリコン酸化膜２ｂは、シリコンエッチをする際のマスクとなる。また、シリコン酸化膜４は、エレクトレット膜となる。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチにより、音圧を伝えるためのアコースティックホール１０を開口する。

次に、図７に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜７を形成した後にフォトリソグラフィーとドライエッチにより、領域８を形成する。シリコン酸化膜７は、エアギャップ領域１５を形成するための犠牲層として作用するため、ＢＰＳＧ膜などのＨＦ系溶液に対するエッチングレートの大きい材料が好ましい。

次に図８に示すように、領域８を埋め込むようにＢＰＳＧ膜７上にフレーム膜９を形成する。フレーム膜９の材料としては、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜などのＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つ膜を選択する。この際、フレーム膜９として不純物をドープした低抵抗ポリシリコン膜を選べば、コンデンサーの電極とすることができる。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチにより、ＥＣＭのエアギャップ内の気圧を調整するためのリークホール６をフレーム膜９に形成する。その後、Ａｌ合金膜などの導電膜を成膜したのちにフォトリソグラフィーとドライエッチにより、リークホール６を除いたフレーム膜９上に導電膜１１を形成する。

次に、図９に示すように、シリコン窒化膜から成る保護膜１２を形成する。そして、裏面のシリコン酸化膜２ｂをパターニングし、シリコンエッチ時のマスクを形成する。

次に、図１０に示すように、ＫＯＨなどのエッチング液に浸すことにより、半導体基板１の裏面よりシリコンをエッチングした後、ＢＨＦ液に浸すことにより半導体基板１の裏面のマスクとして用いたシリコン酸化膜２ｂ及び露出したシリコン酸化膜２ａをエッチングにより除去する。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、ボンディングパッド１４となる領域上の保護膜１２を選択的に除去すると同時に、リークホール６上の保護膜１２を選択的に除去する。この際、少なくとも導電膜１１上の保護膜１２が残るようにエッチングを行う。

次に、図１１に示すように、ＨＦ系の液に浸すことにより、シリコン酸化膜７を選択的に除去することによりエアギャップ領域１５を形成する。この際、ボンディングパッド１４領域の導電膜がＨＦ系の液に対して耐エッチング性が無い材料の場合は、ボンディングパッド領域１４を選択的にレジストで覆うことによりエッチングされるのを防止する。その後、コロナ放電またはプラズマ放電中にさらすことにより、シリコン酸化膜４に電荷を注入してエレクトレット化した後、Ａｕ膜などの導電膜１６を半導体基板１の裏面に形成する。

このように形成することにより信頼性の高いＥＣＭを形成することができる。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

ここでは、第１の実施の形態で説明した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。

図１２〜図１７は、本発明のＥＣＭの工程断面図を示したものである。

まず図１２に示すように、半導体基板１上にシリコン酸化膜２ａ、シリコン窒化膜３ａ、シリコン酸化膜４、シリコン窒化膜５を順次形成する。この際、シリコン酸化膜２ａを、炉を用いた熱酸化法または減圧ＣＶＤ法で、シリコン窒化膜３ａを減圧ＣＶＤ法で形成することにより、半導体基板１の裏面にもシリコン酸化膜２ｂとシリコン窒化膜３ｂを順次形成する。裏面のシリコン酸化膜２ｂは、シリコンエッチをする際のマスクとして作用し、裏面のシリコン窒化膜３ｂは途中工程によるシリコン酸化膜２ｂへのダメージや膜べりを防ぐ保護膜として作用する。シリコン酸化膜４とシリコン窒化膜５はプラズマＣＶＤ法で形成する。このシリコン酸化膜４はエレクトレット膜となる。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、音圧を伝えるためのアコースティックホール１０を開口する。

次に、図１３に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜７を形成した後にフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、領域８を形成する。シリコン酸化膜７は、エアギャップ領域１５を形成するための犠牲層として作用するため、ＢＰＳＧ膜などのＨＦ系溶液に対するエッチングレートの大きい材料が好ましい。

次に、図１４に示すように、領域８を埋め込むようにフレーム膜９を形成する。フレーム膜９の材料としては、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜などのＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つ膜を選択する。この際、フレーム膜９として不純物をドープした低抵抗ポリシリコン膜を選べば、コンデンサーの電極とすることができる。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチにより、ＥＣＭのエアギャップ内の気圧を調整するためのリークホール領域６を形成する。その後、Ａｌ合金膜などの導電膜を成膜したのちにフォトリソグラフィーとドライエッチングにより、リークホール６上を除いたフレーム膜９上に導電膜１１を選択的に形成する。

次に、図１５に示すように、シリコン窒化膜から成る保護膜１２を形成する。さらに、裏面のシリコン窒化膜３ｂをドライエッチングで除去した後、裏面のシリコン酸化膜２ｂをパターニングし、シリコンエッチングのマスクとなる領域を選択的に形成する。

次に、図１６に示すように、ＫＯＨなどのエッチング液に浸すことにより、半導体基板１の裏面よりシリコンをエッチングした後、ＢＨＦ液に浸すことによりシリコン酸化膜２ｂ及び半導体基板１に露出したシリコン酸化膜２ａを除去する。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、ボンディングパッド１４となる領域上の保護膜１２を選択的に除去すると同時に、リークホール６上の保護膜１２を選択的に除去する。この際、少なくとも導電膜１１上には保護膜１２が残るように形成する。

次に、図１７に示すように、ＨＦ系の液に浸すことにより、シリコン酸化膜７を選択的に除去することによりエアギャップ領域１５を形成する。

この際、ボンディングパッド１４の導電膜がＨＦ系の液に対して耐エッチング性が無い材料の場合は、ボンディングパッド領域１４を選択的にレジストで覆うことによりエッチングを防止する。そして、コロナ放電またはプラズマ放電中にさらすことにより、シリコン酸化膜４に電荷を注入してエレクトレット化した後、Ａｕ膜などの導電膜１６を半導体基板１の裏面に形成する。

このように形成することにより信頼性の高いＥＣＭを形成することができる。

（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

ここでは、第１の実施の形態で説明した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。

図１８〜図２３は、本発明のＥＣＭの工程断面図を示したものである。

まず、図１８に示すように、半導体基板１上にシリコン酸化膜２ａ、シリコン窒化膜３ａ、シリコン酸化膜４ａ、シリコン窒化膜５ａを形成する。この際、シリコン酸化膜２ａを、炉を用いた熱酸化法または減圧ＣＶＤ法で形成し、シリコン窒化膜３ａ、シリコン酸化膜４ａ及びシリコン窒化膜５ａを減圧ＣＶＤ法で形成して、半導体基板１の裏面にもシリコン酸化膜２ｂ、シリコン窒化膜３ｂ、シリコン酸化膜４ｂ及びシリコン窒化膜５ｂを形成する。裏面のシリコン酸化膜２ｂは、半導体基板１シリコンエッチングをする際のマスクとして作用し、裏面のシリコン窒化膜３ｂ、シリコン酸化膜４ｂ及びシリコン窒化膜５ｂは途中工程によるシリコン酸化膜２ｂのダメージや膜べりを防ぐ保護膜として作用する。このシリコン酸化膜４ａはエレクトレット膜として作用する。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、音圧を伝えるためのアコースティックホール１０を開口する。

次に、図１９に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜７を形成した後にフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、領域８を形成する。シリコン酸化膜７は、エアギャップ領域１５を形成するための犠牲層として作用するため、ＢＰＳＧ膜などのＨＦ系溶液に対するエッチングレートの大きい材料が好ましい。

次に、図２０に示すように、領域８に埋め込むようにフレーム膜９を形成する。フレーム膜９の材料としては、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜などのＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つ膜を選択する。この際、フレーム膜９として不純物をドープした低抵抗ポリシリコン膜を選べば、コンデンサーの電極とすることができる。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、ＥＣＭのエアギャップ内の気圧を調整するためのリークホール６を選択的に形成する。その後、Ａｌ合金膜などの導電膜を成膜したのちにフォトリソグラフィーとドライエッチングにより、リークホール６を除いて、フレーム膜９上に導電膜１１を選択的に形成する。

次に、図２１に示すように、シリコン窒化膜から成る保護膜１２を形成する。さらに、裏面のシリコン窒化膜５ｂ、シリコン酸化膜４ｂ及びシリコン窒化膜３ｂをドライエッチングで除去した後、裏面のシリコン酸化膜２ｂをパターニングし、シリコンエッチング時のマスクを形成する。

次に、図２２に示すように、ＫＯＨなどのエッチング液に浸すことにより、半導体基板１の裏面よりシリコンをエッチングした後、ＢＨＦ液に浸すことによりマスクとして用いたシリコン酸化膜２ｂ及び露出したシリコン酸化膜２ａを除去する。その後、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、ボンディングパッド１４となる領域上の保護膜１２を選択的に除去すると同時に、リークホール６上の保護膜１２を選択的に除去する。この際、少なくとも導電膜１１上の保護膜１２が残るように形成する。

次に、図２３に示すように、ＨＦ系の液に浸すことにより、シリコン酸化膜７を選択的に除去することによりエアギャップ領域１５を形成する。この際、ボンディングパッド１４領域の導電膜がＨＦ系の液に対して耐エッチング性が無い材料の場合は、ボンディングパッド領域１４を選択的にレジストで覆うことによりエッチングを防止する。そして、コロナ放電またはプラズマ放電中にさらすことにより、シリコン酸化膜４に電荷を注入してエレクトレット化した後、Ａｕ膜などの導電膜１６をシリコン基板１の裏面に形成する。

このように形成することにより信頼性の高いＥＣＭを形成することができる。

（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

ここでは、第２の実施の形態で説明した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。

図２４〜図２９は、本発明のＥＣＭの工程断面図を示したものである。

まず、図２４に示すように、半導体基板１上にシリコン酸化膜２ａ、フレーム膜９ａを形成する。この際、シリコン酸化膜２ａは、炉を用いた熱酸化法または減圧ＣＶＤ法で形成する。裏面のシリコン酸化膜２ｂは、シリコンエッチングをする際のマスクとして作用する。フレーム膜９ａの材料としては、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜などのＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つ膜を選択し、炉を用いた減圧ＣＶＤ法で形成する。裏面のフレーム膜９ｂは途中工程によるシリコン酸化膜２ｂの膜べりやダメージを防ぐ保護膜として作用する。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチにより、音圧を伝えるためのアコースティックホール１０をフレーム膜９に形成する。

次に、図２５に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜７を形成した後にフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、フレーム膜９ａと振動膜を繋ぐ領域８を形成する。その後、裏面のフレーム膜９ｂを除去する。シリコン酸化膜７は、エアギャップ領域１５を形成するための犠牲層として作用するため、ＢＰＳＧ膜などのＨＦ系溶液に対するエッチングレートの大きい材料が好ましい。

次に、図２６に示すように、ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜３、シリコン酸化膜４及びシリコン窒化膜５を順次形成する。このシリコン酸化膜４はエレクトレット膜として作用する。また、シリコン窒化膜３とシリコン窒化膜５は途中工程によるシリコン酸化膜４へのダメージや膜べりを防ぐ保護膜として作用する。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、ＥＣＭのエアギャップ内の気圧を調整するためのリークホール６を選択的に形成する。その後。Ａｌ合金膜などの導電膜を成膜したのちにフォトリソグラフィーとドライエッチングにより、リークホール６を除くシリコン窒化膜５上に導電膜１１を選択的に形成する。

次に、図２７に示すように、シリコン窒化膜から成る保護膜１２を形成する。さらに、裏面のシリコン酸化膜２ｂをパターニングし、シリコンエッチング時のマスクを形成する。

次に、図２８に示すように、ＫＯＨなどのエッチング液に浸すことにより、半導体基板１の裏面よりシリコンをエッチングした後、ＢＨＦ液に浸すことによりマスクとして用いたシリコン酸化膜２ｂ及び露出したシリコン酸化膜２ａを除去する。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチにより、ボンディングパッド１４となる領域上の保護膜１２を選択的に除去すると同時に、リークホール６上の保護膜１２を選択的に除去する。この際、少なくとも導電膜１１上の保護膜１２が残るように形成する。

次に、図２９に示すように、ＨＦ系の液に浸すことにより、シリコン酸化膜７を選択的に除去することによりエアギャップ領域１５を形成する。この際、ボンディングパッド１４領域の導電膜がＨＦ系の液に対して耐エッチング性が無い材料の場合は、ボンディングパッド領域１４を選択的にレジストで覆うことによりエッチングを防止する。そして、コロナ放電またはプラズマ放電中にさらすことにより、シリコン酸化膜４に電荷を注入してエレクトレット化した後、Ａｕ膜などの導電膜１６をシリコン基板１の裏面に形成する。

このように形成することにより信頼性の高いＥＣＭを形成することができる。

（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

ここでは、第３の実施の形態で説明した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。

図３０〜図３５は、本発明のＥＣＭの工程断面図を示したものである。

まず、図３０に示すように、半導体基板１上にシリコン酸化膜２ａ、フレーム膜９ａを形成する。この際、シリコン酸化膜２ａは、炉を用いた熱酸化法または減圧ＣＶＤ法で形成する。裏面のシリコン酸化膜２ｂは、シリコンエッチングをする際のマスクとする。フレーム膜９ａの材料としては、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜などのＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つ膜を選択し、炉を用いた減圧ＣＶＤ法で形成する。裏面のフレーム膜９ｂは途中工程によるシリコン酸化膜２ｂへのダメージや膜べりを防ぐ保護膜として作用する。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチにより、リークホール６を開口する。

次に、図３１に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜７を形成した後にフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、フレーム膜９ａと振動膜を繋ぐ領域８を選択的に形成した後に裏面のフレーム膜９ｂを除去する。シリコン酸化膜７は、エアギャップ領域１５を形成するための犠牲層として作用するため、ＢＰＳＧ膜などのＨＦ系溶液に対するエッチングレートの大きい材料が好ましい。

次に、図３２に示すように、ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜３、シリコン酸化膜４及びシリコン窒化膜５を形成する。シリコン酸化膜４はエレクトレット膜として作用する。また、シリコン窒化膜３とシリコン窒化膜５は途中工程によるシリコン酸化膜４の膜べりやダメージを防ぐ保護膜として作用する。フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、音圧を伝えるためのアコースティックホール１０を開口する。そして、Ａｌ合金膜などの導電膜を成膜したのちにフォトリソグラフィーとドライエッチングにより、アコースティックホール１０を除くシリコン窒化膜５上に導電膜１１を選択的に形成する。

次に、図３３に示すように、シリコン窒化膜から成る保護膜１２を形成する。さらに、裏面のシリコン酸化膜２ｂをパターニングし、シリコンエッチングのマスクとなる領域を選択的に形成する。

次に、図３４に示すように、ＫＯＨなどのエッチング液に浸すことにより、半導体基板１の裏面よりシリコンをエッチングした後、ＢＨＦ液に浸すことによりシリコン酸化膜２ｂ及び露出したシリコン酸化膜２ａを除去する。そして、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、ボンディングパッド１４となる領域上の保護膜１２を選択的に除去すると同時に、リークホール６上の保護膜１２を選択的に除去する。この際、少なくとも導電膜１１上の保護膜１２が残るように形成する。

次に、図３５に示すように、ＨＦ系の液に浸すことにより、シリコン酸化膜７を選択的に除去することによりエアギャップ領域１５を形成する。この際、ボンディングパッド１４領域の導電膜がＨＦ系の液に対して耐エッチング性が無い材料の場合は、ボンディングパッド領域１４を選択的にレジストで覆うことによりエッチングを防止する。そして、コロナ放電またはプラズマ放電中にさらすことにより、シリコン酸化膜４に電荷を注入してエレクトレット化した後、Ａｕ膜などの導電膜１６をシリコン基板１の裏面に形成する。

このように形成することにより信頼性の高いＥＣＭを形成することができる。

ここで、ＥＣＭにおけるコンデンサ構造の容量は、振動膜の振動により変化する容量成分と変化しない容量成分によって決定される。変化しない容量成分が外部環境により変化すると、ＥＣＭの性能劣化に大きく関わる。特に本発明で採用しているシリコン酸化膜は、大気中の水分吸着等が顕著な材料であるため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜の露出はＥＣＭの経時的信頼性を低下させてしまう。本発明の第１の実施の形態〜第８の実施の形態によれば、シリコン酸化膜４の上下に耐湿性のあるシリコン窒化膜３、シリコン窒化膜５を設けているため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜４の劣化を防ぎ、ＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能となる。また、シリコン酸化膜４の上下に、ＨＦ系溶液に対して耐エッチング性のあるシリコン窒化膜３及びシリコン窒化膜５を設けているため、永久電荷を持つエレクトレットで構成したＥＣＭをＭＥＭＳ技術により製作することにより、チャージ供給回路が不要で小型高性能なＥＣＭを実現することが可能になる。

以上説明したように、本発明のエレクトレットコンデンサーは、耐熱性と耐湿性を持ち、信頼性に優れた高性能で小型のＥＣＭの実現に有用である。

本発明のエレクトレットコンデンサーマイクロフォンの構成図 本発明のエレクトレットコンデンサーマイクロフォンの回路ブロック図 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 本発明の第３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４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４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４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４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４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４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５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５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５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５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５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５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６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６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６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６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６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６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７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７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７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７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７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７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８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８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８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８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８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８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

符号の説明

１ 半導体基板
２ シリコン酸化膜
２ａ シリコン酸化膜
２ｂ シリコン酸化膜
３ シリコン窒化膜
３ａ シリコン窒化膜
３ｂ シリコン窒化膜
４ シリコン酸化膜
４ａ シリコン酸化膜
４ｂ シリコン酸化膜
５ シリコン窒化膜
５ａ シリコン窒化膜
５ｂ シリコン窒化膜
６ リークホール
７ シリコン酸化膜
８ 領域
９ フレーム膜
９ａ フレーム膜
９ｂ フレーム膜
１０ アコースティックホール
１１ 導電膜
１２ 保護膜
１３ 振動膜
１４ ボンディングパッド
１５ エアギャップ層
１６ 導電膜
１７ マイク部
１８ 表面実装部品
１９ 電界効果型トランジスタ
２０ プリント基板
２１ ＥＣＭのケース ２２ ＥＣＭの内部回路
２３ 出力端子
２４ 出力端子
２５ 外部端子
２６ 外部端子
２７ 外部信号入力端子
２８ 外部信号出力端子
２９ 外部端子

Claims (7)

1. 空孔が形成された第１電極と、
   前記空孔と接続するエアギャップと、
   シリコン酸化膜からなるエレクトレット膜が形成された第２電極とを備え、
   前記エアギャップと前記エレクトレット膜は前記第１電極と前記第２電極の間に形成され、
   前記エレクトレット膜は、前記シリコン酸化膜の上面及び下面に絶縁膜が形成され、
   前記第２電極は振動膜となることを特徴とするエレクトレットコンデンサー。
2. 空孔が形成された第１電極と、
   前記空孔と接続するエアギャップと、
   第２電極とを備え、
   前記第１電極にシリコン酸化膜からなるエレクトレット膜が形成され、
   前記エアギャップと前記エレクトレット膜は前記第１電極と前記第２電極の間に形成され、
   前記エレクトレット膜は、前記シリコン酸化膜の上面及び下面に絶縁膜が形成され、
   前記第２電極は振動膜となることを特徴とするエレクトレットコンデンサー。
3. 前記空孔が形成された領域の表面は半導体基板に囲まれてい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コンデンサー。
4. 前記絶縁膜は、耐湿性を有す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コンデンサー。
5. 前記絶縁膜は、シリコン窒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コンデンサー。
6. 前記第１電極はアルミまたはアルミ合金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コンデンサー。
7. 前記第２電極は金または高融点金属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コンデンサー。

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