JP2009164849A

JP2009164849A - Mems transducer and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2009164849A
Application number: JP2007341426A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Suzuki; 幸俊鈴木; Tamito Suzuki; 民人鈴木
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-23
Also published as: CN101468785A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To protect an electrode of a vibration transducer without blocking mechanical functions of the vibration transducer. SOLUTION: The vibration transducer includes: a diaphragm consisting of a deposited film and having conductivity; a plate consisting of the deposited film and having conductivity; an insulation part consisting of insulating deposited film to insulate the diaphragm and the plate; an electrode film consisting of the conductive deposited film to cover a contact hole formed in the insulation part; and a protection film consisting of a deposited film restrictively formed in an area except at least a part of the surface of the electrode film and in the surroundings of the electrode film on the surface of the insulation part to cover the side of the electrode film, and by which an electric signal corresponding to electrostatic capacity formed by the diaphragm and the plate is output through the electrode film. COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）トランスデューサに関し、特にＭＥＭＳセンサとしての微小なコンデンサマイクロホンなどの振動トランスデューサ、圧力センサ、加速度センサなどに関する。 The present invention relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) transducer, and more particularly to a vibration transducer such as a minute condenser microphone as a MEMS sensor, a pressure sensor, an acceleration sensor, and the like.

従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造される微小なコンデンサマイクロホンが知られている。このようなコンデンサマイクロホンは、ＭＥＭＳマイクロホンといわれ、対向電極を構成するダイヤフラムとプレートは基板上に堆積した薄膜からなるとともに互いに離間した状態で基板上に支持されている。音波によってダイヤフラムがプレートに対して振動すると、その変位によりコンデンサの静電容量が変化し、その容量変化が電気信号に変換される。コンデンサマイクロホンなどのＭＥＭＳトランスデューサは保護膜で表面が覆われており、保護膜に形成されている通孔からは電極が露出している。保護膜は絶縁性を有し、水や酸素やナトリウムによる化学的な腐食や物理的な損傷からＭＥＭＳトランスデューサを保護するものである。 Conventionally, a minute condenser microphone manufactured by applying a semiconductor device manufacturing process is known. Such a condenser microphone is called a MEMS microphone, and a diaphragm and a plate constituting the counter electrode are formed of a thin film deposited on the substrate and are supported on the substrate in a state of being separated from each other. When the diaphragm vibrates with respect to the plate by the sound wave, the capacitance of the capacitor changes due to the displacement, and the capacitance change is converted into an electric signal. The surface of a MEMS transducer such as a condenser microphone is covered with a protective film, and electrodes are exposed from through holes formed in the protective film. The protective film is insulative and protects the MEMS transducer from chemical corrosion and physical damage caused by water, oxygen, and sodium.

電気学会ＭＳＳ−０１−３４The Institute of Electrical Engineers of Japan MSS-01-34 特開平９−５０８７７７JP 9-508777 A 米国特許第４７７６０１９号US Patent No. 4776019 特表２００４−５０６３９４Special table 2004-506394

しかし、単結晶ケイ素基板や酸化ケイ素膜の上に堆積する窒化物、窒素酸化物などからなる堆積膜には熱膨張係数の差から大きな応力が発生する。したがって窒化物、窒素酸化物などからなる堆積膜を保護膜に用いると、機械構造体であるＭＥＭＳトランスデューサに歪みが生じ、ＭＥＭＳトランスデューサの機械的な機能を阻害するという問題がある。 However, a large stress is generated in a deposited film made of nitride, nitrogen oxide or the like deposited on a single crystal silicon substrate or a silicon oxide film due to a difference in thermal expansion coefficient. Therefore, when a deposited film made of nitride, nitrogen oxide, or the like is used as a protective film, there is a problem in that the MEMS transducer which is a mechanical structure is distorted and the mechanical function of the MEMS transducer is hindered.

本発明はこの問題を解決するために創作されたものであって、ＭＥＭＳトランスデューサの機械的な機能を阻害することなくＭＥＭＳトランスデューサの電極を保護することを目的とする。 The present invention was created to solve this problem, and an object of the present invention is to protect the electrodes of the MEMS transducer without hindering the mechanical function of the MEMS transducer.

（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳトランスデューサは、導電性を有するダイヤフラムと、導電性を有するプレートと、前記ダイヤフラムと前記プレートとを絶縁している絶縁部と、導電性の堆積膜からなり前記絶縁部に形成されているコンタクトホールを覆う電極膜と、前記電極膜の表面の少なくとも一部を除く領域と前記絶縁部の表面の前記電極膜の周囲とに限定的に形成された堆積膜からなり、前記電極膜の側面を覆う保護膜と、を備え、ダイヤフラムとプレートとで形成される静電容量に対応する電気信号が電極膜を通じて出力される。
本発明によると保護膜は電極膜の周囲に限定的に形成されるものであるため、膜応力の大きな堆積膜を保護膜として用いることができる。一方、堆積膜からなる電極膜の輪郭を構成する側面は、ドライエッチングなどの加工が加えられたり塩素、フッ素などの化学種の残留が生じるために化学的な安定性が低くなる。本発明によると、電極膜の化学的な安定性が低い側面を保護膜としての性能が高い窒化物、窒素酸化物などで覆うことができるため、ＭＥＭＳトランスデューサの機械的な機能を阻害することなく電極膜を保護することができる。 (1) A MEMS transducer for achieving the above object comprises a conductive diaphragm, a conductive plate, an insulating part that insulates the diaphragm from the plate, and a conductive deposited film. An electrode film covering the contact hole formed in the insulating portion, a deposited film formed limitedly in a region excluding at least a part of the surface of the electrode film, and around the electrode film on the surface of the insulating portion And an electric signal corresponding to the capacitance formed by the diaphragm and the plate is output through the electrode film.
According to the present invention, since the protective film is formed limitedly around the electrode film, a deposited film having a large film stress can be used as the protective film. On the other hand, the chemical stability of the side surface constituting the outline of the electrode film made of the deposited film is low because processing such as dry etching is applied or chemical species such as chlorine and fluorine remain. According to the present invention, the side with low chemical stability of the electrode film can be covered with nitride, nitrogen oxide, etc. having high performance as a protective film, so that the mechanical function of the MEMS transducer is not hindered. The electrode film can be protected.

（２）本発明においては保護膜によるＭＥＭＳトランスデューサの直接的な歪みが抑制されるため、保護膜の材料として窒化ケイ素または窒素酸化ケイ素を用いることができる。 (2) In the present invention, since direct distortion of the MEMS transducer by the protective film is suppressed, silicon nitride or silicon nitride oxide can be used as the material of the protective film.

（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳトランスデューサの製造方法は、対向電極を形成するダイヤフラムとプレートとを絶縁している絶縁部にコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールを覆う電極膜の表面の少なくとも接続領域を除く領域と前記絶縁部の表面の前記電極膜の周囲とに前記電極膜の側面を覆う保護膜を限定的に形成する、ことを含む。
本発明によると、電極膜の化学的な安定性が低い側面を保護膜としての性能が高い窒化物、窒素酸化物などで覆うことができるため、ＭＥＭＳトランスデューサの機械的な機能を阻害することなく電極膜を保護することができる。 (3) According to a method of manufacturing a MEMS transducer for achieving the above object, a contact hole is formed in an insulating portion that insulates a diaphragm forming a counter electrode and a plate, and a surface of an electrode film covering the contact hole is formed. Forming a protective film covering the side surface of the electrode film at least in a region excluding the connection region and around the electrode film on the surface of the insulating portion.
According to the present invention, the side with low chemical stability of the electrode film can be covered with nitride, nitrogen oxide, etc. having high performance as a protective film, so that the mechanical function of the MEMS transducer is not hindered. The electrode film can be protected.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．構成
図１は本発明の一実施形態であるコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部であるセンサチップを示し、図２はその模式的な断面を示し、図３はその膜の積層構造を示している。図２２および図２３はその一部の詳細な断面を示している。ＭＥＭＳトランスデューサとしてのコンデンサマイクロホン１はセンサチップと、電源回路および増幅回路を備えた図示しない回路チップと、これらを収容する図示しないパッケージとから構成される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
1. Configuration FIG. 1 shows a sensor chip which is a MEMS structure part of a condenser microphone 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a schematic cross section thereof, and FIG. 3 shows a laminated structure of the film. 22 and 23 show a detailed cross section of a part thereof. A condenser microphone 1 as a MEMS transducer is composed of a sensor chip, a circuit chip (not shown) provided with a power supply circuit and an amplifier circuit, and a package (not shown) that accommodates these.

コンデンサマイクロホン１のセンサチップは、基板１００と、その上に積層された下層絶縁膜１１０、下層導電膜１２０、上層絶縁膜１３０、上層導電膜１６０、表層絶縁膜１７０などからなるチップである。なお、図１においては表層絶縁膜１７０などの表層部は図示されていない。はじめにコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の膜の積層構造について説明する。 The sensor chip of the capacitor microphone 1 is a chip including the substrate 100 and the lower insulating film 110, the lower conductive film 120, the upper insulating film 130, the upper conductive film 160, the surface insulating film 170, and the like laminated thereon. In FIG. 1, the surface layer portions such as the surface insulating film 170 are not shown. First, the laminated structure of the film of the MEMS structure portion of the condenser microphone 1 will be described.

基板１００はＰ型単結晶ケイ素からなる。基板の材質はこれに限らず、薄膜を形成するための下地基板および微細な構造体を支持する支持基板としての剛性、厚さ、靱性を備えていればよい。基板１００には通孔が形成されており、その通孔の開口１００ａはバックキャビティＣ１の開口を形成している。 The substrate 100 is made of P-type single crystal silicon. The material of the substrate is not limited to this, and it is only necessary to have rigidity, thickness, and toughness as a base substrate for forming a thin film and a support substrate for supporting a fine structure. A through hole is formed in the substrate 100, and the opening 100a of the through hole forms an opening of the back cavity C1.

絶縁部１７１は、表層絶縁膜１７０と、下層導電膜１２０と上層導電膜１６０とを絶縁している上層絶縁膜１３０と、からなる。
基板１００、下層導電膜１２０および上層絶縁膜１３０に接合されている下層絶縁膜１１０は酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）からなる。下層絶縁膜１１０は円周上に等間隔に配列された複数の第三スペーサ１０２と、第三スペーサ１０２よりも内側において円周上に等間隔に配列された複数のガードスペーサ１０３と、ガードリング１２５ｃおよびガードリード１２５ｄを基板１００から絶縁している環状の環状部１０１とを構成している。 The insulating portion 171 includes a surface insulating film 170 and an upper insulating film 130 that insulates the lower conductive film 120 and the upper conductive film 160.
The lower insulating film 110 bonded to the substrate 100, the lower conductive film 120, and the upper insulating film 130 is made of silicon oxide (SiO _x ). The lower insulating film 110 includes a plurality of third spacers 102 arranged at equal intervals on the circumference, a plurality of guard spacers 103 arranged at equal intervals on the circumference inside the third spacer 102, and a guard ring. 125c and the guard lead 125d are formed with an annular portion 101 that insulates the substrate 100 from the substrate 100.

下層絶縁膜１１０および上層絶縁膜１３０に接合されている下層導電膜１２０はＰなどの不純物が全体にドーピングされた多結晶ケイ素からなる。下層導電膜１２０はガード電極１２５ａとガードコネクタ１２５ｂとガードリング１２５ｃとガードリード１２５ｄとからなるガード部１２７と、ダイヤフラム１２３とを構成している。 The lower conductive film 120 bonded to the lower insulating film 110 and the upper insulating film 130 is made of polycrystalline silicon doped with impurities such as P as a whole. The lower conductive film 120 forms a guard part 127 including a guard electrode 125a, a guard connector 125b, a guard ring 125c, and a guard lead 125d, and a diaphragm 123.

下層導電膜１２０と上層導電膜１６０と下層絶縁膜１１０とに接合されている上層絶縁膜１３０は絶縁部１７１の一部を構成する酸化ケイ素からなる。上層絶縁膜１３０は円周上に配列された複数の第一スペーサ１３１と第一スペーサ１３１の外側に位置しエッチストッパリング１６１を支持しプレートリード１６２ｄとガードリード１２５ｄとを絶縁する環状の環状部１３２とを構成している。 The upper insulating film 130 bonded to the lower conductive film 120, the upper conductive film 160, and the lower insulating film 110 is made of silicon oxide constituting a part of the insulating portion 171. The upper insulating film 130 is located on the outer circumference of the plurality of first spacers 131 and an annular annular portion that supports the etch stopper ring 161 and insulates the plate lead 162d and the guard lead 125d from each other. 132.

上層絶縁膜１３０に接合されている上層導電膜１６０はＰ等の不純物が全体にドーピングされた多結晶ケイ素からなる。上層導電膜１６０はプレート１６２と、プレートリード１６２ｄと、エッチストッパリング１６１とを構成している。 The upper conductive film 160 joined to the upper insulating film 130 is made of polycrystalline silicon doped with impurities such as P as a whole. The upper conductive film 160 constitutes a plate 162, a plate lead 162d, and an etch stopper ring 161.

上層導電膜１６０および上層絶縁膜１３０に接合されている表層絶縁膜１７０は絶縁部１７１の一部を構成する酸化ケイ素膜からなる絶縁性の膜である。 A surface insulating film 170 bonded to the upper conductive film 160 and the upper insulating film 130 is an insulating film made of a silicon oxide film constituting a part of the insulating portion 171.

コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部には４つの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂが設けられている。これらの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂは金属からなるパッド導電膜１８０と、バンプ膜２１０と、バンプ保護膜２２０とからなる。パッド導電膜１８０は例えばアルミニウムからなり、上層導電膜１６０などからパッド導電膜１８０へのケイ素の拡散を阻止するために１％程度のケイ素が含まれていてもよい。絶縁部を構成する下層絶縁膜１１０、上層導電膜１６０および表層絶縁膜１７０に形成されているコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆う複数のパッド導電膜１８０のそれぞれの表面の縁部と側面とは窒化ケイ素からなる堆積膜であるパッド保護膜１９０によって覆われている。パッド保護膜１９０は絶縁部１７１の表層を構成している表層絶縁膜１７０の表面においてパッド導電膜１８０の周囲にのみ形成されている。すなわちパッド保護膜１９０はパッド導電膜１８０の表面の一部を除く領域と絶縁部１７１の表面のパッド導電膜１８０の周囲とに限定的に形成され、パッド導電膜１８０の活性化された側面を覆っている。このようにパッド保護膜１９０はそれぞれの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂについて互いに離れて形成されており、パッド保護膜１９０がコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部を覆う範囲は限定的であり、パッド保護膜１９０が可動部を覆うことはない。したがってパッド保護膜１９０を膜応力が大きな窒化ケイ素で形成しても、コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の機械的機能を損なうことはない。パッド導電膜１８０の表面のパッド保護膜１９０に覆われていない部分にはＮｉなどの導電性のバンプ膜２１０が形成されている。すなわちパッド導電膜１８０の表面の少なくともバンプ形成領域を除いた領域にパッド保護膜１９０が形成されている。バンプ膜２１０の表面はＡｕなどの耐腐食性に優れた導電性のバンプ保護膜２２０によって覆われている。なお、パターニング時に活性化されたパッド導電膜１８０の側面は窒化ケイ素からなるパッド保護膜１９０によって十分保護される。パッド導電膜１８０にワイヤをボンディングしてもよい。尚、パッド保護膜１９０は窒素酸化ケイ素などの堆積膜で形成してもよい。 The MEMS structure portion of the condenser microphone 1 is provided with four terminals 125e, 162e, 123e, and 100b. These terminals 125e, 162e, 123e, and 100b are composed of a pad conductive film 180 made of metal, a bump film 210, and a bump protective film 220. The pad conductive film 180 is made of, for example, aluminum, and may contain about 1% silicon in order to prevent diffusion of silicon from the upper conductive film 160 or the like into the pad conductive film 180. Edges and side surfaces of respective surfaces of the plurality of pad conductive films 180 covering the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4 formed in the lower insulating film 110, the upper conductive film 160, and the surface insulating film 170 constituting the insulating part. Is covered with a pad protective film 190 which is a deposited film made of silicon nitride. The pad protective film 190 is formed only around the pad conductive film 180 on the surface of the surface insulating film 170 constituting the surface layer of the insulating portion 171. In other words, the pad protective film 190 is limitedly formed in a region excluding a part of the surface of the pad conductive film 180 and the periphery of the pad conductive film 180 on the surface of the insulating portion 171, and the activated side surface of the pad conductive film 180 is formed. Covering. As described above, the pad protective film 190 is formed so as to be separated from each other with respect to the terminals 125e, 162e, 123e, and 100b, and the range in which the pad protective film 190 covers the MEMS structure portion of the capacitor microphone 1 is limited. The film 190 does not cover the movable part. Therefore, even if the pad protective film 190 is formed of silicon nitride having a large film stress, the mechanical function of the MEMS structure portion of the capacitor microphone 1 is not impaired. A conductive bump film 210 such as Ni is formed on a portion of the surface of the pad conductive film 180 that is not covered with the pad protection film 190. In other words, the pad protection film 190 is formed at least on the surface of the pad conductive film 180 except for the bump formation region. The surface of the bump film 210 is covered with a conductive bump protection film 220 having excellent corrosion resistance such as Au. Note that the side surfaces of the pad conductive film 180 activated during patterning are sufficiently protected by a pad protective film 190 made of silicon nitride. A wire may be bonded to the pad conductive film 180. The pad protective film 190 may be formed of a deposited film such as silicon nitride oxide.

以上、コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の膜の積層構造について説明した。次にコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の機械構造について説明する。 In the above, the laminated structure of the film | membrane of the MEMS structure part of the capacitor | condenser microphone 1 was demonstrated. Next, the mechanical structure of the MEMS structure part of the condenser microphone 1 will be described.

ダイヤフラム１２３は全体が導電性を有する単層の薄いケイ素膜からなり、中央部１２３ａと、中央部１２３ａから外側に放射状に伸びる複数の腕部１２３ｃとを備える。ダイヤフラム１２３はその外縁近傍の複数箇所に接合されている複数の柱形の第三スペーサ１０２によってプレート１６２との間と基板１００との間とにそれぞれ空隙を挟んでプレート１６２から絶縁して支持され、基板１００と平行に張り渡されている。第三スペーサ１０２は、ダイヤフラム１２３のそれぞれの腕部１２３ｃの先端部近傍に接合されている。ダイヤフラム１２３は腕部１２３ｃと腕部１２３ｃとの間が切り欠かれているため、切り欠きのない形態に比べて剛性が低くなっている。さらにそれぞれの腕部１２３ｃには通孔であるダイヤフラム孔１２３ｂが複数形成されているため、腕部１２３ｃ自体の剛性も低くなっている。 The diaphragm 123 is made of a single thin silicon film having conductivity as a whole, and includes a central portion 123a and a plurality of arm portions 123c extending radially outward from the central portion 123a. The diaphragm 123 is supported by being insulated from the plate 162 with a gap between the plate 162 and the substrate 100 by a plurality of columnar third spacers 102 joined to a plurality of locations near the outer edge of the diaphragm 123. Are stretched parallel to the substrate 100. The third spacer 102 is joined to the vicinity of the distal end portion of each arm portion 123 c of the diaphragm 123. Since the diaphragm 123 is notched between the arm part 123c and the arm part 123c, the rigidity is lower than that of the form without the notch. Furthermore, since a plurality of diaphragm holes 123b, which are through holes, are formed in each arm portion 123c, the rigidity of the arm portion 123c itself is low.

複数の第三スペーサ１０２はバックキャビティＣ１の開口１００ａの周囲において開口１００ａの周方向に等間隔に配列されている。それぞれの第三スペーサ１０２は絶縁性の堆積膜からなり柱形である。ダイヤフラム１２３は、その中央部１２３ａがバックキャビティＣ１の開口１００ａを覆うように、これらの第三スペーサ１０２によって基板１００の上に支持されている。基板１００とダイヤフラム１２３との間には第三スペーサ１０２の厚さに相当する空隙Ｃ２が形成されている。空隙Ｃ２はバックキャビティＣ１の気圧を大気圧と平衡させるために必要である。空隙Ｃ２はダイヤフラム１２３を振動させる音波がバックキャビティの開口１００ａに至るまでの経路における最大の音響抵抗を形成するように、狭く、ダイヤフラム１２３の径方向の長さが長く形成されている。 The plurality of third spacers 102 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the opening 100a around the opening 100a of the back cavity C1. Each third spacer 102 is made of an insulating deposited film and has a column shape. The diaphragm 123 is supported on the substrate 100 by these third spacers 102 so that the central portion 123a covers the opening 100a of the back cavity C1. A gap C 2 corresponding to the thickness of the third spacer 102 is formed between the substrate 100 and the diaphragm 123. The air gap C2 is necessary to balance the atmospheric pressure of the back cavity C1 with the atmospheric pressure. The gap C2 is narrow and the length of the diaphragm 123 in the radial direction is long so that the acoustic wave that vibrates the diaphragm 123 forms the maximum acoustic resistance in the path to the opening 100a of the back cavity.

ダイヤフラム１２３の基板１００と対抗する面には複数のダイヤフラムバンプ１２３ｆが形成されている。このダイヤフラムバンプ１２３ｆはダイヤフラム１２３が基板１００に付着（スティッキング）することを防止するための突起物であり、ダイヤフラム１２３を構成する下層導電膜１２０のうねりによって形成されている。 A plurality of diaphragm bumps 123 f are formed on the surface of the diaphragm 123 that faces the substrate 100. The diaphragm bump 123f is a protrusion for preventing the diaphragm 123 from adhering (sticking) to the substrate 100, and is formed by the undulation of the lower conductive film 120 constituting the diaphragm 123.

ダイヤフラム１２３は複数の腕部１２３ｃのうちの１つの先端から伸びるダイヤフラムリード１２３ｄによってダイヤフラム端子１２３ｅに接続されている。すなわちダイヤフラムリード１２３ｄはダイヤフラム端子１２３ｅのパッド導電膜１８０に接合されている。ダイヤフラムリード１２３ｄは腕部１２３ｃより幅が狭くダイヤフラム１２３と同じ下層導電膜１２０によって構成されている。ダイヤフラムリード１２３ｄは環状のガードリング１２５ｃが分断されている領域を通ってダイヤフラム端子１２３ｅまで伸びている。ダイヤフラム端子１２３ｅと基板端子１００ｂとは図示しない回路チップにおいて短絡しているため（図４参照）、ダイヤフラム１２３と基板１００とは同電位である。
なお、ダイヤフラム１２３と基板１００の電位が異なる場合にはダイヤフラム１２３と基板１００とが寄生容量を形成するが、この場合であっても、ダイヤフラム１２３が複数の第三スペーサ１０２によって支持されており、隣り合う第三スペーサ１０２の間には空気層が存在するため、ダイヤフラム１２３が環状の壁構造のスペーサで支持される構造に比べると寄生容量が小さくなる。 The diaphragm 123 is connected to the diaphragm terminal 123e by a diaphragm lead 123d extending from one end of the plurality of arm portions 123c. That is, the diaphragm lead 123d is bonded to the pad conductive film 180 of the diaphragm terminal 123e. Diaphragm lead 123d is narrower than arm portion 123c and is formed of lower conductive film 120 that is the same as diaphragm 123. The diaphragm lead 123d extends to the diaphragm terminal 123e through a region where the annular guard ring 125c is divided. Since the diaphragm terminal 123e and the substrate terminal 100b are short-circuited in a circuit chip (not shown) (see FIG. 4), the diaphragm 123 and the substrate 100 are at the same potential.
When the potentials of the diaphragm 123 and the substrate 100 are different, the diaphragm 123 and the substrate 100 form a parasitic capacitance. Even in this case, the diaphragm 123 is supported by the plurality of third spacers 102. Since an air layer exists between the adjacent third spacers 102, the parasitic capacitance is reduced as compared with a structure in which the diaphragm 123 is supported by a spacer having an annular wall structure.

プレート１６２は全体が導電性を有する単層の薄い堆積膜からなり、中央部１６２ｂと、中央部１６２ｂから外側に放射状に伸びる腕部１６２ａとを備える。プレート１６２はその外縁近傍の複数箇所に接合されている複数の柱形の第一スペーサ１３１に支持されている。またプレート１６２はその中心がダイヤフラム１２３の中心と重なるようにダイヤフラム１２３と平行に張り渡されている。プレート１６２の中心から外縁までの最短距離は、ダイヤフラム１２３の中心から外縁までの最短距離よりも短い。したがって振幅が小さいダイヤフラム１２３の外縁近傍領域において、プレート１６２はダイヤフラム１２３に対向しない。またプレート１６２の腕部１６２ａと腕部１６２ａとの間には切り欠きが形成されているため、ダイヤフラム１２３の外縁近傍に相当するプレート１６２の切り欠きの領域においてもプレート１６２とダイヤフラム１２３とが対向しない。そしてプレート１６２の切り欠きの領域にダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃが伸びている。このため寄生容量を増大させることなくダイヤフラム１２３の振動の両端の間の距離、すなわちダイヤフラム１２３が張り渡される距離を長くとることができる。 The plate 162 is composed of a single layer thin deposited film having conductivity as a whole, and includes a central portion 162b and arm portions 162a extending radially outward from the central portion 162b. The plate 162 is supported by a plurality of columnar first spacers 131 joined to a plurality of locations near the outer edge thereof. Further, the plate 162 is stretched in parallel with the diaphragm 123 so that the center thereof overlaps the center of the diaphragm 123. The shortest distance from the center of the plate 162 to the outer edge is shorter than the shortest distance from the center of the diaphragm 123 to the outer edge. Therefore, the plate 162 does not face the diaphragm 123 in the region near the outer edge of the diaphragm 123 having a small amplitude. In addition, since a notch is formed between the arm 162a and the arm 162a of the plate 162, the plate 162 and the diaphragm 123 face each other even in the notch region of the plate 162 corresponding to the vicinity of the outer edge of the diaphragm 123. do not do. The arm portion 123 c of the diaphragm 123 extends in the notch region of the plate 162. For this reason, the distance between both ends of the vibration of the diaphragm 123, that is, the distance over which the diaphragm 123 is stretched can be increased without increasing the parasitic capacitance.

プレート１６２には通孔であるプレート孔１６２ｃが複数形成されている。プレート孔１６２ｃはダイヤフラム１２３に音波を伝搬させる通路として機能するとともに、上層絶縁膜１３０を等方的にエッチングするためのエッチャントを通す孔としても機能する。上層絶縁膜１３０がエッチングされた後に残る部分が第一スペーサ１３１および環状部１３２となりエッチングによって除去される部分がダイヤフラム１２３とプレート１６２との間の空隙Ｃ３となる。プレート孔１６２ｃは空隙Ｃ３の高さや第一スペーサ１３１の形状やエッチング速度に応じて配置されている。隣り合うプレート孔１６２ｃの間隔を狭めるほど上層絶縁膜１３０の環状部１３２の幅を狭くしてチップの面積を狭くできる。一方、隣り合うプレート孔１６２ｃの間隔を狭めるほどプレート１６２の剛性が低くなる。 A plurality of plate holes 162 c that are through holes are formed in the plate 162. The plate hole 162c functions as a passage for propagating sound waves to the diaphragm 123, and also functions as a hole through which an etchant for isotropically etching the upper insulating film 130 is passed. The portion that remains after the upper insulating film 130 is etched becomes the first spacer 131 and the annular portion 132, and the portion that is removed by etching becomes the gap C 3 between the diaphragm 123 and the plate 162. The plate hole 162c is arranged according to the height of the gap C3, the shape of the first spacer 131, and the etching rate. As the interval between the adjacent plate holes 162c is narrowed, the width of the annular portion 132 of the upper insulating film 130 can be narrowed to reduce the chip area. On the other hand, the rigidity of the plate 162 becomes lower as the interval between the adjacent plate holes 162c is reduced.

第一スペーサ１３１はダイヤフラム１２３と同じ層に位置するガード電極１２５ａに接合されている（ガード電極１２５ａはダイヤフラム１２３と同じ下層導電膜１２０からなる。）。第一スペーサ１３１はプレート１６２に接合されている絶縁性の堆積膜である上層絶縁膜１３０からなる。複数の第一スペーサ１３１はバックキャビティＣ１の開口１００ａの周囲に等間隔に配列されている。それぞれの第一スペーサ１３１はダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃと腕部１２３ｃとの間の切り欠きの領域に位置するため、ダイヤフラム１２３の最大径よりも、プレート１６２の最大径を小さくすることができる。これによりプレート１６２の剛性が上がるとともにプレート１６２と基板１００との寄生容量が小さくなる。 The first spacer 131 is joined to a guard electrode 125a located in the same layer as the diaphragm 123 (the guard electrode 125a is made of the same lower conductive film 120 as the diaphragm 123). The first spacer 131 includes an upper insulating film 130 that is an insulating deposited film bonded to the plate 162. The plurality of first spacers 131 are arranged at equal intervals around the opening 100a of the back cavity C1. Since each first spacer 131 is located in a notch region between the arm portion 123c and the arm portion 123c of the diaphragm 123, the maximum diameter of the plate 162 can be made smaller than the maximum diameter of the diaphragm 123. This increases the rigidity of the plate 162 and reduces the parasitic capacitance between the plate 162 and the substrate 100.

プレート１６２はそれぞれがガードスペーサ１０３とガード電極１２５ａと第一スペーサ１３１とによって構成される柱形の複数の第二スペーサ１２９によって基板１００上に支持されている。第二スペーサ１２９によって、プレート１６２とダイヤフラム１２３との間には空隙Ｃ３が形成され、プレート１６２と基板１００との間には空隙Ｃ３と空隙Ｃ２とが形成されている。ガードスペーサ１０３と第一スペーサ１３１とが絶縁性を有するためプレート１６２は基板１００から絶縁されている。 The plate 162 is supported on the substrate 100 by a plurality of columnar second spacers 129 each formed by the guard spacer 103, the guard electrode 125 a, and the first spacer 131. Due to the second spacer 129, a gap C 3 is formed between the plate 162 and the diaphragm 123, and a gap C 3 and a gap C 2 are formed between the plate 162 and the substrate 100. Since the guard spacer 103 and the first spacer 131 are insulative, the plate 162 is insulated from the substrate 100.

ガード電極１２５ａがなく、プレート１６２の電位と基板１００の電位とが異なる場合、プレート１６２と基板１００とが対向している領域には寄生容量が生じ、特にこれらの間に絶縁物がある場合には寄生容量が大きくなる（図４Ａ参照）。本実施形態ではプレート１６２を基板１００上に支持するガードスペーサ１０３とガード電極１２５ａと第一スペーサ１３１とを１つの構造体としてとらえた第二スペーサ１２９が柱形であり、互いに離間した複数の構造体でプレート１６２を基板１００上に支持する構造であるため、ガード電極１２５ａがないとしても、環状の壁構造の絶縁物でプレート１６２が基板１００上に支持される構造に比べると寄生容量が小さくなる。 When the guard electrode 125a is not provided and the potential of the plate 162 and the potential of the substrate 100 are different, a parasitic capacitance is generated in a region where the plate 162 and the substrate 100 are opposed to each other, and particularly when there is an insulator between them. Increases the parasitic capacitance (see FIG. 4A). In the present embodiment, the second spacer 129 in which the guard spacer 103, the guard electrode 125a, and the first spacer 131 that support the plate 162 on the substrate 100 are regarded as one structure is columnar, and a plurality of structures separated from each other. Since the structure is such that the plate 162 is supported on the substrate 100 by a body, even if the guard electrode 125a is not provided, the parasitic capacitance is small compared to the structure in which the plate 162 is supported on the substrate 100 by an insulator having an annular wall structure. Become.

プレート１６２のダイヤフラム１２３と対向する面には複数の突起（プレートバンプ）１６２ｆが設けられている。プレートバンプ１６２ｆはプレート１６２を構成する上層導電膜１６０に接合された窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜と、窒化ケイ素膜に接合された多結晶ケイ素膜とからなる。プレートバンプ１６２ｆはダイヤフラム１２３がプレート１６２に付着（スティッキング）することを防止する。 A plurality of protrusions (plate bumps) 162 f are provided on the surface of the plate 162 that faces the diaphragm 123. The plate bump 162f includes a silicon nitride (SiN) film bonded to the upper conductive film 160 constituting the plate 162, and a polycrystalline silicon film bonded to the silicon nitride film. The plate bump 162f prevents the diaphragm 123 from sticking (sticking) to the plate 162.

プレート１６２の腕部１６２ａの先端からは腕部１６２ａより細いプレートリード１６２ｄがプレート端子１６２ｅまで伸びている。すなわちプレートリード１６２ｄはプレート端子１６２ｅのパッド導電膜１８０に接合されている。プレートリード１６２ｄはプレート１６２と同じ上層導電膜１６０からなる。プレートリード１６２ｄの配線経路はガードリード１２５ｄの配線経路と重なっている。このためプレートリード１６２ｄと基板１００との寄生容量が低減される。
以上、コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の機械構造について説明した。 A plate lead 162d thinner than the arm 162a extends from the tip of the arm 162a of the plate 162 to the plate terminal 162e. That is, the plate lead 162d is bonded to the pad conductive film 180 of the plate terminal 162e. The plate lead 162 d is made of the same upper conductive film 160 as the plate 162. The wiring path of the plate lead 162d overlaps the wiring path of the guard lead 125d. For this reason, the parasitic capacitance between the plate lead 162d and the substrate 100 is reduced.
The mechanical structure of the MEMS structure part of the condenser microphone 1 has been described above.

２．作用
図４は回路チップとセンサチップとが接続されることにより構成される回路を示している。ダイヤフラム１２３には回路チップに備わるチャージポンプＣＰによって安定したバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧が高いほど感度が高くなるがダイヤフラム１２３とプレート１６２とのスティクションが起きやすくなるためプレート１６２の剛性は重要である。 2. FIG. 4 shows a circuit configured by connecting a circuit chip and a sensor chip. A stable bias voltage is applied to the diaphragm 123 by a charge pump CP provided in the circuit chip. The higher the bias voltage, the higher the sensitivity, but the stiffness of the plate 162 is important because stiction between the diaphragm 123 and the plate 162 tends to occur.

図示しないパッケージの通孔から伝わる音波はプレート孔１６２ｃとプレート１６２の腕部間の切り欠き領域とを通ってダイヤフラム１２３に伝わる。プレート１６２には両面から同位相の音波が伝わるためプレート１６２は実質的に振動しない。ダイヤフラム１２３に伝わった音波はプレート１６２に対してダイヤフラム１２３を振動させる。ダイヤフラム１２３が振動するとプレート１６２とダイヤフラム１２３とを対向電極とする平行平板コンデンサの静電容量が変動する。プレート１６２とダイヤフラム１２３とで形成されるこの静電容量に対応する電気信号はダイヤフラム端子１２３ｅとプレート端子１６２ｅとの電位差としてセンサチップから出力される。この電気信号は電圧信号として回路チップのアンプＡに入力されて増幅される。すなわちプレート１６２とダイヤフラム１２３とで形成される静電容量に対応する電気信号はダイヤフラム端子１２３ｅとプレート端子１６２ｅとを構成するパッド導電膜１８０を通じて出力される。センサチップの出力はハイインピーダンスであるためアンプＡがパッケージ内に必要である。 A sound wave transmitted from a through hole of the package (not shown) is transmitted to the diaphragm 123 through the plate hole 162c and a notch region between the arms of the plate 162. Since the sound wave having the same phase is transmitted from both surfaces to the plate 162, the plate 162 does not substantially vibrate. The sound waves transmitted to the diaphragm 123 cause the diaphragm 123 to vibrate with respect to the plate 162. When the diaphragm 123 vibrates, the capacitance of the parallel plate capacitor having the plate 162 and the diaphragm 123 as the counter electrodes changes. An electric signal corresponding to this capacitance formed by the plate 162 and the diaphragm 123 is output from the sensor chip as a potential difference between the diaphragm terminal 123e and the plate terminal 162e. This electric signal is input as a voltage signal to the amplifier A of the circuit chip and amplified. That is, an electrical signal corresponding to the electrostatic capacitance formed by the plate 162 and the diaphragm 123 is output through the pad conductive film 180 that constitutes the diaphragm terminal 123e and the plate terminal 162e. Since the output of the sensor chip is high impedance, an amplifier A is required in the package.

なお、チャージポンプＣＰ、アンプＡなどの回路チップに備わる要素をセンサチップ内に設け、１チップ構造のコンデンサマイクロホン１を構成することも可能である。 Note that it is also possible to configure the one-chip capacitor microphone 1 by providing elements provided in the circuit chip such as the charge pump CP and the amplifier A in the sensor chip.

３．製造方法
次に図５から図２１に基づいてコンデンサマイクロホン１の製造方法を説明する。
図５に示す工程では、まず基板１００の表面全体に酸化ケイ素の堆積膜である下層絶縁膜１１０を形成する。次に、ダイヤフラムバンプ１２３ｆを形成するためのディンプル１１０ａをフォトレジストマスクを用いたエッチングにより下層絶縁膜１１０に形成する。次に、下層絶縁膜１１０の表面上にＣＶＤ法などを用いて多結晶ケイ素の堆積膜である下層導電膜１２０を形成する。すると、ディンプル１１０ａの上にダイヤフラムバンプ１２３ｆが形成される。最後に、フォトレジストマスクを用いて下層導電膜１２０をエッチングすることにより、下層導電膜１２０からなるダイヤフラム１２３およびガード部１２７を形成する。 3. Manufacturing Method Next, a manufacturing method of the condenser microphone 1 will be described with reference to FIGS.
In the step shown in FIG. 5, first, a lower insulating film 110 that is a silicon oxide deposition film is formed on the entire surface of the substrate 100. Next, dimples 110a for forming the diaphragm bumps 123f are formed on the lower insulating film 110 by etching using a photoresist mask. Next, a lower conductive film 120 that is a deposited film of polycrystalline silicon is formed on the surface of the lower insulating film 110 using a CVD method or the like. Then, the diaphragm bump 123f is formed on the dimple 110a. Finally, the lower layer conductive film 120 is etched using a photoresist mask to form the diaphragm 123 and the guard portion 127 made of the lower layer conductive film 120.

続いて図６に示す工程では、下層絶縁膜１１０と下層導電膜１２０の表面全体に酸化ケイ素の堆積膜である上層絶縁膜１３０を形成する。次に、プレートバンプ１６２ｆを形成するためのディンプル１３０ａを、フォトレジストマスクを用いたエッチングにより上層絶縁膜１３０に形成する。 Subsequently, in the step shown in FIG. 6, an upper insulating film 130 that is a deposited film of silicon oxide is formed on the entire surface of the lower insulating film 110 and the lower conductive film 120. Next, a dimple 130a for forming the plate bump 162f is formed on the upper insulating film 130 by etching using a photoresist mask.

続く図７に示す工程では、上層絶縁膜１３０の表面上に多結晶ケイ素膜１３５と窒化ケイ素膜１３６とからなるプレートバンプ１６２ｆを形成する。多結晶ケイ素膜１３５を周知の方法でパターニングした後に窒化ケイ素膜１３６が形成されるため、ディンプル１３０ａを形成する多結晶ケイ素膜１３５の露出面全体が窒化ケイ素膜１３６で覆われる。窒化ケイ素膜１３６はスティッキング時にダイヤフラム１２３とプレート１６２とが短絡することを防止する絶縁膜である。 In the subsequent step shown in FIG. 7, a plate bump 162 f made of a polycrystalline silicon film 135 and a silicon nitride film 136 is formed on the surface of the upper insulating film 130. Since the silicon nitride film 136 is formed after patterning the polycrystalline silicon film 135 by a known method, the entire exposed surface of the polycrystalline silicon film 135 forming the dimple 130a is covered with the silicon nitride film 136. The silicon nitride film 136 is an insulating film that prevents the diaphragm 123 and the plate 162 from being short-circuited during sticking.

続いて図８に示す工程では、上層絶縁膜１３０の露出面と窒化ケイ素膜１３６の表面にＣＶＤ法などを用いて多結晶ケイ素の堆積膜である上層導電膜１６０を形成する。次にフォトレジストマスクを用いて上層導電膜１６０をエッチングすることによりプレート１６２とプレートリード１６２ｄとエッチストッパリング１６１とを形成する。なおこの工程ではプレート孔１６２ｃは形成されない。 Subsequently, in the step shown in FIG. 8, an upper conductive film 160, which is a polycrystalline silicon deposited film, is formed on the exposed surface of the upper insulating film 130 and the surface of the silicon nitride film 136 using a CVD method or the like. Next, the plate 162, the plate lead 162d, and the etch stopper ring 161 are formed by etching the upper conductive film 160 using a photoresist mask. In this step, the plate hole 162c is not formed.

続いて図９に示す工程では、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ４を形成するための通孔Ｈ１、Ｈ３、Ｈ４がフォトレジストマスクを用いた異方性エッチングにより下層絶縁膜１１０と上層絶縁膜１３０とに形成される。
続いて図１０に示す工程では、酸化ケイ素からなる表層絶縁膜１７０がプラズマＣＶＤ法によって表面全体に形成される。さらにフォトレジストマスクを用いたエッチングにより、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４が表層絶縁膜１７０に形成される。 Subsequently, in the process shown in FIG. 9, the through holes H1, H3, and H4 for forming the contact holes CH1, CH3, and CH4 are formed in the lower insulating film 110 and the upper insulating film 130 by anisotropic etching using a photoresist mask. Formed.
Subsequently, in the step shown in FIG. 10, a surface insulating film 170 made of silicon oxide is formed on the entire surface by plasma CVD. Further, contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4 are formed in the surface insulating film 170 by etching using a photoresist mask.

続いて図１１に示すようにコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４のそれぞれを覆うＡｌＳｉからなる堆積膜を表面全体にスパッタ法により形成する。さらにコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆う部分を残してＡｌＳｉの堆積膜を部分的に除去するためにフォトレジストマスクを用いたエッチングを施すと、ＡｌＳｉの堆積膜からなるパッド導電膜１８０が形成される。このとき、ＡｌＳｉの堆積膜がコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４に対応する領域に分断されるとともにパッド導電膜１８０の輪郭を構成するパッド導電膜１８０の側面が形成される。ＡｌＳｉの堆積膜をウェットエッチングによりパターニングする場合には、例えば混酸（例えばリン酸と硝酸と水の混酸）をエッチャントとして用い、６０〜７５℃（好ましくは６５℃）、３０〜１２０秒（好ましくは６０秒）、６００〜１０００回転（好ましくは８００回転）の条件を設定したスピンプロセッサで実施する。ウェットエッチングにより形成されるパッド導電膜１８０の側面はエッチングによって活性化された側壁が露出するため腐食しやすい。ドライエッチングにより形成されるパッド導電膜１８０の側面はエッチングに用いる塩素ガスなどにされされておりエッチングによる加工がなされているため腐食しやすい。 Subsequently, as shown in FIG. 11, a deposited film made of AlSi covering each of the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4 is formed on the entire surface by sputtering. Further, when etching using a photoresist mask is performed to partially remove the AlSi deposited film while leaving the portions covering the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4, the pad conductive film 180 made of the AlSi deposited film is formed. It is formed. At this time, the deposited film of AlSi is divided into regions corresponding to the contact holes CH 1, CH 2, CH 3, and CH 4, and the side surfaces of the pad conductive film 180 that form the outline of the pad conductive film 180 are formed. When patterning a deposited film of AlSi by wet etching, for example, a mixed acid (for example, a mixed acid of phosphoric acid, nitric acid, and water) is used as an etchant, and is 60 to 75 ° C. (preferably 65 ° C.), 30 to 120 seconds (preferably 60 seconds) and a spin processor in which conditions of 600 to 1000 rotations (preferably 800 rotations) are set. The side surface of the pad conductive film 180 formed by wet etching is easily corroded because the side wall activated by etching is exposed. The side surface of the pad conductive film 180 formed by dry etching is made of chlorine gas used for etching and is easily corroded because it is processed by etching.

そこで続いて図１２に示すように、パッド導電膜１８０の側面を保護するための窒化ケイ素の堆積膜がプラズマＣＶＤ法により表面全体に形成される。たとえば、温度：４００℃、圧力：２．５Ｔｏｒｒ、ＳｉＨ_４流量：０．３ＳＬＭ、ＮＨ_３流量：１．７５ＳＬＭ、バイアス電力（ＲＦＨ／Ｆ）：０．４４ｋＷ／０．３５１ｋＷの条件で低応力プラズマＣＶＤ法により厚さ１．６μｍの窒化ケイ素の堆積膜を形成する。
続いて図１３および図２４に示すように、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４にそれぞれ形成されているパッド導電膜１８０の表面中央部のみを除く領域と表層絶縁膜１７０の表面のパッド導電膜１８０の周囲とだけを残して窒化ケイ素の堆積膜をフォトレジストマスクを用いたドライエッチングにより部分的に除去する。その結果、パッド導電膜１８０の側面の保護膜として優れた窒化ケイ素の堆積膜からなるパッド保護膜１９０が形成される。パッド保護膜１９０のパターニング方法は、例えばＣＦ_４＋Ｏ_２の混合ガス流量：１５０ＳＣＣＭ、圧力：０．８〜１．２Ｔｏｒｒ（好ましくは１．０Ｔｏｒｒ）、バイアス電力２５０Ｗ、加熱：８０℃・１３０秒の条件で平行平板型プラズマエッチャーを用いたドライエッチングとする。低応力プラズマＣＶＤ法により形成された厚さ１．６μｍの窒化ケイ素膜のアニール処理後の応力は一般に１００ＭＰａ〜１ＧＰａ程度になる。しかし本実施形態では、パッド保護膜１９０がパッド導電膜１８０の周囲にのみ局所的に残存するようにパターニングされるため、応力が大きな窒化ケイ素からなるパッド保護膜１９０によるセンサダイ１の歪みが抑制される。 Then, as shown in FIG. 12, subsequently, a silicon nitride deposited film for protecting the side surface of the pad conductive film 180 is formed on the entire surface by plasma CVD. For example, low stress under conditions of temperature: 400 ° C., pressure: 2.5 Torr, SiH ₄ flow rate: 0.3 SLM, NH ₃ flow rate: 1.75 SLM, bias power (RF H / F): 0.44 kW / 0.351 kW A deposited film of silicon nitride having a thickness of 1.6 μm is formed by plasma CVD.
Subsequently, as shown in FIGS. 13 and 24, the pad conductive film on the surface of the surface insulating film 170 and the region excluding only the central portion of the surface of the pad conductive film 180 formed in each of the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4. The silicon nitride deposited film is partially removed by dry etching using a photoresist mask, leaving only the periphery of 180. As a result, a pad protective film 190 made of a silicon nitride deposited film excellent as a protective film on the side surface of the pad conductive film 180 is formed. The patterning method of the pad protection film 190 is, for example, CF ₄ + O ₂ mixed gas flow rate: 150 SCCM, pressure: 0.8 to 1.2 Torr (preferably 1.0 Torr), bias power 250 W, heating: 80 ° C./130 seconds. Dry etching using a parallel plate type plasma etcher is performed under certain conditions. The stress after annealing of a 1.6 μm thick silicon nitride film formed by the low stress plasma CVD method is generally about 100 MPa to 1 GPa. However, in the present embodiment, since the pad protection film 190 is patterned so as to remain locally only around the pad conductive film 180, distortion of the sensor die 1 due to the pad protection film 190 made of silicon nitride having a large stress is suppressed. The

続いて図１４に示す工程では、フォトレジストマスクを用いた異方性エッチングにより、プレート孔１６２ｃに対応する通孔１７０ａが表層絶縁膜１７０に形成され、上層導電膜１６０にはプレート孔１６２ｃが形成される。この工程は連続的に実施され、通孔１７０ａが形成された表層絶縁膜１７０は上層導電膜１６０のエッチング用マスクとして機能する。 Subsequently, in the process shown in FIG. 14, through holes 170a corresponding to the plate holes 162c are formed in the surface insulating film 170 by anisotropic etching using a photoresist mask, and the plate holes 162c are formed in the upper conductive film 160. Is done. This process is performed continuously, and the surface insulating film 170 in which the through holes 170a are formed functions as an etching mask for the upper conductive film 160.

続いて図１５に示す工程では、酸化ケイ素からなるメッキ保護膜２００が表層絶縁膜１７０とパッド保護膜１９０の表面に形成される。このとき表層絶縁膜１７０の通孔１７０ａとプレート孔１６２ｃとをメッキ保護膜２００によって埋める。またフォトレジストマスクを用いたエッチングによりメッキ保護膜２００をパターニングし、各コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆うパッド導電膜１８０の表面中央部を露出させる。 Subsequently, in the step shown in FIG. 15, a plating protective film 200 made of silicon oxide is formed on the surface of the surface insulating film 170 and the pad protective film 190. At this time, the through hole 170 a and the plate hole 162 c of the surface insulating film 170 are filled with the plating protective film 200. Further, the plating protective film 200 is patterned by etching using a photoresist mask to expose the center portion of the surface of the pad conductive film 180 covering the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4.

続いて図１６に示す工程では、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４にそれぞれ形成され、メッキ保護膜２００の通孔から露出しているパッド導電膜１８０の表面にＮｉからなるバンプ膜２１０を無電解メッキ法にて形成し、バンプ膜２１０の表面にＡｕからなるバンプ保護膜２２０を形成する。さらにこの段階で基板１００の裏面を研削し、基板１００の厚さを完成寸法にする。 Subsequently, in the step shown in FIG. 16, the bump film 210 made of Ni is not formed on the surface of the pad conductive film 180 formed in each of the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4 and exposed from the through hole of the plating protective film 200. A bump protection film 220 made of Au is formed on the surface of the bump film 210 by electrolytic plating. Further, at this stage, the back surface of the substrate 100 is ground, and the thickness of the substrate 100 is adjusted to a completed dimension.

続いて図１７に示す工程では、フォトレジストマスクを用いたエッチングにより、メッキ保護膜２００と表層絶縁膜１７０とにエッチストッパリング１６１が露出する通孔Ｈ５を形成する。以上の工程で基板１００の表面側の成膜プロセスはすべて終了している。 Subsequently, in a step shown in FIG. 17, a through hole H5 in which the etch stopper ring 161 is exposed is formed in the plating protective film 200 and the surface insulating film 170 by etching using a photoresist mask. The film formation process on the surface side of the substrate 100 is completed through the above steps.

図１８に示す工程ではバックキャビティＣ１に対応する通孔を基板１００に形成するための通孔Ｈ６を有するフォトレジストマスクＲ１を基板１００の裏面に形成する。 In the step shown in FIG. 18, a photoresist mask R 1 having a through hole H 6 for forming a through hole corresponding to the back cavity C 1 in the substrate 100 is formed on the back surface of the substrate 100.

続いて図１９に示す工程では、基板深掘りエッチング（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）により基板１００に通孔を形成する。このとき下層絶縁膜１１０がエッチングストッパとなる。 Subsequently, in the process shown in FIG. 19, through holes are formed in the substrate 100 by deep substrate etching (Deep-RIE). At this time, the lower insulating film 110 serves as an etching stopper.

続いて図２０に示す工程では、フォトレジストマスクＲ１を除去し、基板深掘りエッチングにより基板１００に荒く形成された通孔の壁面１００ｃの不要堆積物を除去する。 Subsequently, in the step shown in FIG. 20, the photoresist mask R1 is removed, and unnecessary deposits on the wall surfaces 100c of the through holes formed roughly in the substrate 100 are removed by deep substrate etching.

続いて図２１に示す工程では、フォトレジストマスクＲ２とＢＨＦ（希フッ酸）を用いた等方性エッチングにより、プレート１６２およびプレートリード１６２ｄの上にあるメッキ保護膜２００および表層絶縁膜１７０を除去し、さらに上層絶縁膜１３０の一部を除去して環状部１３２、第一スペーサ１３１および空隙Ｃ３を形成し、下層絶縁膜１１０の一部を除去してガードスペーサ１０３、第三スペーサ１０２、環状部１０１および空隙Ｃ２を形成する。このときエッチャントであるＢＨＦはフォトレジストマスクＲ２の通孔Ｈ６と基板１００の開口１００ａのそれぞれから進入する。上層絶縁膜１３０の輪郭はプレート１６２およびプレートリード１６２ｄによって規定される。すなわちプレート１６２およびプレートリード１６２ｄに対するセルフアラインによって環状部１３２および第一スペーサ１３１が形成される。図２２に示すように環状部１３２および第一スペーサ１３１の端面には等方性エッチングによりアンダーカットが形成される。また下層絶縁膜１１０の輪郭は基板１００の開口１００ａとダイヤフラム１２３とダイヤフラムリード１２３ｄとガード電極１２５ａとガードコネクタ１２５ｂとガードリング１２５ｃとによって規定され、セルフアラインによりガードスペーサ１０３および第三スペーサ１０２が形成される。ガードスペーサ１０３と第一スペーサ１３１の端面には等方性エッチングによりアンダーカットが形成される（図２２、図２３参照）。なおこの工程においてガードスペーサ１０３と第一スペーサ１３１とが形成されるため、プレート１６２を基板１００の上に支持する第二スペーサ１２９のガード電極１２５ａを除く部分がこの工程で形成されている。 Subsequently, in the step shown in FIG. 21, the plating protective film 200 and the surface insulating film 170 on the plate 162 and the plate lead 162d are removed by isotropic etching using the photoresist mask R2 and BHF (dilute hydrofluoric acid). Further, a part of the upper insulating film 130 is removed to form the annular portion 132, the first spacer 131 and the gap C3, and a part of the lower insulating film 110 is removed to remove the guard spacer 103, the third spacer 102, and the annular shape. The part 101 and the gap C2 are formed. At this time, the etchant BHF enters from each of the through hole H6 of the photoresist mask R2 and the opening 100a of the substrate 100. The contour of the upper insulating film 130 is defined by the plate 162 and the plate lead 162d. That is, the annular portion 132 and the first spacer 131 are formed by self-alignment with the plate 162 and the plate lead 162d. As shown in FIG. 22, an undercut is formed on the end surfaces of the annular portion 132 and the first spacer 131 by isotropic etching. The contour of the lower insulating film 110 is defined by the opening 100a of the substrate 100, the diaphragm 123, the diaphragm lead 123d, the guard electrode 125a, the guard connector 125b, and the guard ring 125c, and the guard spacer 103 and the third spacer 102 are formed by self-alignment. Is done. Undercuts are formed on the end surfaces of the guard spacer 103 and the first spacer 131 by isotropic etching (see FIGS. 22 and 23). Since the guard spacer 103 and the first spacer 131 are formed in this step, the portion excluding the guard electrode 125a of the second spacer 129 that supports the plate 162 on the substrate 100 is formed in this step.

最後にフォトレジストマスクＲ２を除去し、基板１００をダイシングすると図１に示すコンデンサマイクロホン１のセンサチップが完成する。センサチップと回路チップとを図示しないパッケージ基板に接着し、ワイヤボンディングによってセンサチップの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂと回路チップの図示しない端子とを電気的に接続し、図示しないパッケージカバーをパッケージ基板にかぶせると、コンデンサマイクロホン１が完成する。センサチップがパッケージ基板に接着されることにより、基板１００の裏面側においてバックキャビティＣ１が気密に閉塞される。 Finally, the photoresist mask R2 is removed and the substrate 100 is diced to complete the sensor chip of the condenser microphone 1 shown in FIG. The sensor chip and the circuit chip are bonded to a package substrate (not shown), the terminals 125e, 162e, 123e, 100b of the sensor chip and the terminals (not shown) of the circuit chip are electrically connected by wire bonding, and a package cover (not shown) is packaged. When placed on the substrate, the condenser microphone 1 is completed. By bonding the sensor chip to the package substrate, the back cavity C1 is hermetically closed on the back side of the substrate 100.

４．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えばチャージポンプＣＰ、アンプＡなどの回路チップに備わる要素をセンサチップ内に設け、１チップ構造のコンデンサマイクロホン１を構成し、そのチップの端子のいずれか１つ以上を、上記実施形態の端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂと同様に構成してもよい。またパッド保護膜１９０は、電極膜としてのパッド導電膜１８０の側面を覆う限りにおいてなるべく狭い領域に形成することが望ましいが、円や多角形の環状でもよいし、隣り合う端子１２３ｅ、１００ｂまたは隣り合う端子１２５ｅ、１６２ｅのパッド保護膜１９０を一体化してもよいし、端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂをより狭い領域に集中させるとともに端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂのパッド保護膜１９０を一体化してもよい。 4). Other Embodiments The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the elements provided in the circuit chip such as the charge pump CP and the amplifier A are provided in the sensor chip to constitute the one-chip capacitor microphone 1, and any one or more of the terminals of the chip are connected to the terminal 125 e of the above embodiment. , 162e, 123e, and 100b. Further, the pad protective film 190 is preferably formed in a region as narrow as possible as long as it covers the side surface of the pad conductive film 180 as an electrode film. However, the pad protective film 190 may be circular or polygonal, or may be adjacent terminals 123e, 100b or adjacent. The pad protective film 190 of the matching terminals 125e and 162e may be integrated, or the terminals 125e, 162e, 123e, and 100b are concentrated in a narrower region, and the pad protective film 190 of the terminals 125e, 162e, 123e, and 100b is integrated. May be.

また例えば、上記実施形態で示した材質や寸法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、コンデンサマイクロホンを構成しうる物性を持つ膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。
さらに本発明を例えば超音波センサなどのコンデンサマイクロホン１以外の振動トランスデューサや圧力センサや加速度センサに適用することができることはいうまでもない。 Further, for example, the materials and dimensions shown in the above embodiment are merely examples, and descriptions of addition and deletion of processes and replacement of the process order that are obvious to those skilled in the art are omitted. For example, in the above-described manufacturing process, the film composition, film forming method, film contour forming method, process sequence, etc. are combinations of film materials having physical properties that can constitute a condenser microphone, film thickness, and required contour. It is appropriately selected according to the shape accuracy and the like and is not particularly limited.
Furthermore, it goes without saying that the present invention can be applied to vibration transducers, pressure sensors, and acceleration sensors other than the condenser microphone 1 such as an ultrasonic sensor.

本発明の実施形態にかかる平面図。The top view concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる模式的な断面図。The typical sectional view concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる分解斜視図。The disassembled perspective view concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる回路図。The circuit diagram concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる平面図。The top view concerning embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１：コンデンサマイクロホン、１００：基板、１００ａ：開口、１００ｂ：基板端子、１０１：環状部、１０２：第三スペーサ、１０３：ガードスペーサ、１１０：下層絶縁膜、１１０ａ：ディンプル、１２０：下層導電膜、１２３：ダイヤフラム、１２３ａ：中央部、１２３ｂ：ダイヤフラム孔、１２３ｃ：腕部、１２３ｄ：ダイヤフラムリード、１２３ｅ：ダイヤフラム端子、１２３ｆ：ダイヤフラムバンプ、１２５ａ：ガード電極、１２５ｂ：ガードコネクタ、１２５ｃ：ガードリング、１２５ｄ：ガードリード、１２５ｅ：ガード端子、１２７：ガード部、１２９：第二スペーサ、１３０：上層絶縁膜（絶縁部）、１３０ａ：ディンプル、１３１：第一スペーサ、１３２：環状部、１６０：上層導電膜、１６１：エッチストッパリング、１６２：プレート、１６２ａ：腕部、１６２ｂ：中央部、１６２ｃ：プレート孔、１６２ｄ：プレートリード、１６２ｅ：プレート端子、１６２ｆ：プレートバンプ、１７０：表層絶縁膜（絶縁部）、１７１：絶縁部、１８０：パッド導電膜（電極膜）、１９０：パッド保護膜（保護膜）、２００：メッキ保護膜、２１０：バンプ膜、２２０：バンプ保護膜、Ａ：アンプ、Ｃ１：バックキャビティ、Ｃ２：空隙、Ｃ３：空隙、ＣＰ：チャージポンプ 1: condenser microphone, 100: substrate, 100a: opening, 100b: substrate terminal, 101: annular portion, 102: third spacer, 103: guard spacer, 110: lower insulating film, 110a: dimple, 120: lower conductive film, 123: Diaphragm, 123a: Center part, 123b: Diaphragm hole, 123c: Arm part, 123d: Diaphragm lead, 123e: Diaphragm terminal, 123f: Diaphragm bump, 125a: Guard electrode, 125b: Guard connector, 125c: Guard ring, 125d : Guard lead, 125e: guard terminal, 127: guard part, 129: second spacer, 130: upper layer insulating film (insulating part), 130a: dimple, 131: first spacer, 132: annular part, 160: upper layer conductive film 161: Etch stopperlin 162: plate, 162a: arm portion, 162b: center portion, 162c: plate hole, 162d: plate lead, 162e: plate terminal, 162f: plate bump, 170: surface insulating film (insulating portion), 171: insulating portion, 180: pad conductive film (electrode film), 190: pad protective film (protective film), 200: plating protective film, 210: bump film, 220: bump protective film, A: amplifier, C1: back cavity, C2: air gap, C3: Air gap, CP: Charge pump

Claims

A conductive diaphragm;
A conductive plate;
An insulating part that insulates the diaphragm and the plate;
An electrode film covering a contact hole formed of a conductive deposited film and formed in the insulating portion;
A protective film that is formed of a deposited film limitedly formed in a region excluding at least a part of the surface of the electrode film and the periphery of the electrode film on the surface of the insulating portion;
With
An electrical signal corresponding to the capacitance formed by the diaphragm and the plate is output through the electrode film.
MEMS transducer.

The protective film is made of silicon nitride or nitrogen silicon oxide,
The MEMS transducer according to claim 1.

A contact hole is formed in the insulating portion that insulates the diaphragm and the plate forming the counter electrode,
Forming a protective film that covers the side surface of the electrode film in a region excluding at least a part of the surface of the electrode film covering the contact hole and the periphery of the electrode film on the surface of the insulating portion;
A method of manufacturing a MEMS transducer.