JP2009164851A - Mems transducer and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
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(非特許文献1、特許文献1、2、3など参照)。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 manufacturing process of a semiconductor device is known (see Non-Patent
しかし、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 the deposited film made of nitride, nitrogen oxide or the like deposited on the silicon substrate or silicon oxide film due to the difference in thermal expansion coefficient. Therefore, when nitride, nitrogen oxide, or the like is used for the 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、ダイヤフラムとプレートとの間に空隙層を挟んでダイヤフラムとプレートとを支持し、空隙層を囲む内壁を備える支持部と、支持部に形成されているコンタクトホールを覆う導電性の電極膜と、内壁より外側において支持部の上に形成され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支持部の内壁よりも外側に形成されるものであるため、保護膜の膜応力が直接的に作用することによってプレートまたはダイヤフラムが歪むことがない。したがって膜応力が大きくなる材料で保護膜を形成することができる。一方、電極膜の輪郭を構成する側面は、エッチングなどの加工によって活性化したり、塩素、フッ素などの化学種の残留が生じることにより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膜応力の大きさに関わらず保護膜としての性能が高い材料で覆うことができる。したがって本発明によると、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 supports a diaphragm and a plate with a conductive diaphragm, a conductive plate, and a gap layer sandwiched between the diaphragm and the plate. A support portion having an inner wall surrounding the support portion, a conductive electrode film covering a contact hole formed in the support portion, and a protective film formed on the support portion outside the inner wall and covering a side surface of the electrode film. An electrical 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 outside the inner wall of the support portion, the plate or the diaphragm is not distorted by the film stress of the protective film acting directly. Therefore, the protective film can be formed of a material that increases the film stress. On the other hand, the side surface constituting the contour of the electrode film is activated by processing such as etching, or chemical species such as chlorine and fluorine remain, resulting in low chemical stability. According to the present invention, the side surface of the electrode film having low chemical stability can be covered with a material having high performance as a protective film regardless of the magnitude of the film stress. Therefore, according to the present invention, the electrode film can be protected without hindering the mechanical function of the MEMS transducer.
(2)上記目的を達成するためのMEMSトランスデューサにおいて、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 MEMS transducer for achieving the above object, silicon nitride or silicon nitride oxide can be used as a material for the protective film.
(3)上記目的を達成するためのMEMSトランスデューサにおいて、支持部は、ケイ素基板と、ケイ素基板の外縁部を除く領域に接合された酸化ケイ素膜とを含む複層構造を有し、保護膜は、ケイ素基板の外縁部と酸化ケイ素膜の外縁部とにまたがる領域を覆ってもよい。
ケイ素基板の外縁部と酸化ケイ素膜の外縁部とにまたがる領域を窒化ケイ素または窒素酸化ケイ素からなる保護膜で覆うことにより、ケイ素基板と酸化ケイ素膜との接合面の端から可動イオンが進入することを防止できる。
(3) In the MEMS transducer for achieving the above object, the support portion has a multilayer structure including a silicon substrate and a silicon oxide film bonded to a region excluding the outer edge portion of the silicon substrate. The region spanning the outer edge of the silicon substrate and the outer edge of the silicon oxide film may be covered.
By covering the region spanning the outer edge of the silicon substrate and the outer edge of the silicon oxide film with a protective film made of silicon nitride or silicon nitride oxide, mobile ions enter from the edge of the joint surface between the silicon substrate and the silicon oxide film. Can be prevented.
(4)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、ダイヤフラムとプレートとの間に空隙層を挟んでダイヤフラムとプレートとを支持するとともに空隙層を囲む内壁を備える支持部にコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを覆う導電性の電極膜を形成し、電極膜の側面を覆う保護膜を支持部の内壁より外側に形成する、ことを含む。
本発明によると保護膜は支持部の内壁よりも外側に形成されるものであるため、保護膜の膜応力が直接的に作用することによってプレートまたはダイヤフラムが歪むことがない。したがって膜応力の大きな材料で保護膜を形成することができる。一方、電極膜の輪郭を構成する側面は、エッチングなどの加工によって活性化したり、塩素、フッ素などの化学種の残留が生じることにより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膜応力の大きさに関わらず保護膜としての性能が高い材料で覆うことができる。したがって本発明によると、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。
(4) In the MEMS transducer manufacturing method for achieving the above object, a contact hole is formed in a support portion having an inner wall surrounding the gap layer while supporting the diaphragm and the plate with the gap layer sandwiched between the diaphragm and the plate. Forming a conductive electrode film covering the contact hole, and forming a protective film covering the side surface of the electrode film outside the inner wall of the support portion.
According to the present invention, since the protective film is formed outside the inner wall of the support portion, the plate or the diaphragm is not distorted by the film stress of the protective film acting directly. Therefore, the protective film can be formed of a material having a large film stress. On the other hand, the side surface constituting the contour of the electrode film is activated by processing such as etching, or chemical species such as chlorine and fluorine remain, resulting in low chemical stability. According to the present invention, the side surface of the electrode film having low chemical stability can be covered with a material having high performance as a protective film regardless of the magnitude of the film stress. Therefore, according to the present invention, the electrode film can be protected without hindering the mechanical function of the MEMS transducer.
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)第一実施形態
1.構成
図1は本発明のMEMSトランスデューサの第一実施形態であるコンデンサマイクロホンのセンサダイ1を示している。図2はセンサダイ1の模式的な断面を示し、図1に示すAA'線に対応している。図3はセンサダイ1の積層構造を示している。尚、図1および図3において図2に示す上層導電膜160より上の層は示されていない。コンデンサマイクロホンはセンサダイ1と、電源回路および増幅回路を備えた図示しない回路ダイと、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) First embodiment Configuration FIG. 1 shows a sensor die 1 of a condenser microphone which is a first embodiment of a MEMS transducer of the present invention. FIG. 2 shows a schematic cross section of the sensor die 1 and corresponds to the line AA ′ shown in FIG. FIG. 3 shows a laminated structure of the
センサダイ1は、基板100と下層絶縁膜110と下層導電膜120と上層絶縁膜130と上層導電膜160とパッド導電膜180とバンプ膜210とバンプ保護膜220とパッド保護膜190とメッキ保護膜200とを含む積層構造を有する可動素子である。
The
基板100はP型単結晶ケイ素からなる。基板100の材質はこれに限らず、薄膜を堆積するための下地基板および薄膜からなる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。
The
下層絶縁膜110は基板100の上に形成され、酸化ケイ素(SiOx)からなる。下層絶縁膜110は、環状部101と、環状部101の内側に位置する複数のガード絶縁部103と、環状部101の内側に位置する複数のダイヤフラムスペーサ102と、を構成している。
The lower
下層導電膜120は下層絶縁膜110の上に形成され、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はガード部127とダイヤフラム123とを構成している。
The lower
上層絶縁膜130は、下層導電膜120と下層絶縁膜110との上に形成され、酸化ケイ素からなる。上層絶縁膜130は環状の環状部132と環状部132の内側に位置する複数のプレートスペーサ131とを構成している。
The upper
上層導電膜160は、上層絶縁膜130の上に形成され、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とエッチストッパリング161とを構成している。
The upper
表層絶縁膜170は、上層導電膜160および上層絶縁膜130の上に形成され、酸化ケイ素からなる。
センサダイ1の表面に露出しているメッキ保護膜200は酸化ケイ素からなる。
センサダイ1は、ダイヤフラム123と、プレート162と、複層構造を有する支持部と、4つの端子125e、162e、123e、100bとを備えている。以下、センサダイ1を構成しているこれらの要素について説明する。
The
The plating
The sensor die 1 includes a
ダイヤフラム123は複数のダイヤフラムスペーサ102によってその中央部123aがバックキャビティC1の開口100aを覆うように基板100と平行に支持されているダイヤフラム123は下層導電膜120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、ダイヤフラムリード123dとを備える。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。基板100とダイヤフラム123との間にはダイヤフラムスペーサ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。複数の腕部123cのうちの1つの先端からは、ダイヤフラムリード123dがガードリング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ダイにおいて短絡しているため、ダイヤフラム123と基板100とは同電位である。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。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。
The
プレート162は複数のプレートスペーサ131によって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と平行に支持されている。プレート162は上層導電膜160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、プレートリード162dとを備える。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、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プレートスペーサ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との間の空隙層C3となる。プレート孔162cは空隙層C3の高さやプレートスペーサ131の形状やエッチング速度に応じて配置されている。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。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。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。
The
次にダイヤフラム123とプレート162とを支持する支持部について説明する。支持部は基板100と下層絶縁膜110と上層絶縁膜130と表層絶縁膜170とメッキ保護膜200とからなる。
Next, a support portion that supports the
基板100には通孔が形成されており、その通孔の開口100aは一端が図示しないパッケージ基板に閉塞されたバックキャビティC1の開口を形成している。
下層絶縁膜110からなる複数のダイヤフラムスペーサ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。ダイヤフラムスペーサ102は、基板100との間とに空隙C2を挟んでダイヤフラム123を支持するとともにプレート162からダイヤフラム123を絶縁している。
A through hole is formed in the
A plurality of
上層絶縁膜130からなる複数のプレートスペーサ131はそれぞれ下層導電膜120からなるガード電極125aに接合されている。プレートスペーサ131はダイヤフラム123との間に空隙層C3を挟んでプレート162を支持している。それぞれのプレートスペーサ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。複数のガード電極125aはそれぞれ下層絶縁膜110からなるガード絶縁部103によって基板100上に支持されている。すなわちプレート162はガード絶縁部103とガード電極125aとプレートスペーサ131とによって基板100上に支持されている。
ダイヤフラム123とプレート162との間の空隙層C3は上層絶縁膜130の環状部132の内壁132aによって囲まれている。
The plurality of
The gap layer C3 between the
次にコンデンサマイクロホンのセンサダイ1の端子構造について説明する。センサダイ1には、4つの端子125e、162e、123e、100bが設けられている。図4A、図4B、図4C、図4Dに示すように、端子125e、162e、123e、100bは、それぞれがパッド導電膜180と、バンプ膜210と、バンプ保護膜220とからなる。
Next, the terminal structure of the sensor die 1 of the condenser microphone will be described. The sensor die 1 is provided with four
パッド導電膜180は主としてアルミニウムからなる。パッド導電膜180には、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る。図4Aに示すように、コンタクトホールCH3を覆うパッド導電膜180はガードリード125dに接合されている。図4Bに示すようにコンタクトホールCH2を覆うパッド導電膜180はプレートリード162dに接合されている。図4Cに示すように、コンタクトホールCH4を覆うパッド導電膜180は基板100に接合されている。図4Dに示すように、コンタクトホールCH1を覆うパッド導電膜180はダイヤフラムリード123dに接合されている。
The pad
パッド保護膜190は、表層絶縁膜170およびパッド導電膜180の上に形成されパッド導電膜180の側面(エッチングによって形成される端面)を覆っている。パッド保護膜190は窒化ケイ素または窒素酸化ケイ素からなる。パッド保護膜190は支持部を構成している表層絶縁膜170の表面において、図13Bに示すようにパッド導電膜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は支持部を構成する環状部132の内壁132aより外側においてパッド導電膜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の側面を覆っている。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がセンサダイ1を覆う範囲は限定的であり、パッド保護膜190がプレート162を覆っていない。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から形成しても、センサダイ1の機能を損なうことはない。これに対し、パッド保護膜190が支持部を構成する環状部132の内壁132aより内側にまで形成されている場合、パッド保護膜190とプレート162とが接合されるため、プレート162に歪みが生ずる。この場合、プレート162とダイヤフラム123との間の空隙C2の高さが変化するため、センサダイ1の機能が損なわれたり、センサダイ1の特性にばらつきが生ずることとなる。
The
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はニッケルからなる。
A
バンプ膜210の表面はバンプ保護膜220によって覆われている。バンプ保護膜220はセンサダイ1の表面に露出している。バンプ保護膜220はAuなどの耐腐食性に優れた金属からなる。
The surface of the
ガード部127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はダイヤフラム123とプレート162とによって形成される寄生容量を低減する。
The
2.作用
ダイヤフラム123には回路ダイに備わるチャージポンプによって安定したバイアス電圧が印加される。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ダイ1から出力される。この電気信号は電圧信号として回路ダイのアンプ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。なお、チャージポンプ、アンプなどをセンサダイ1に設けることも可能である。
2. Action A stable bias voltage is applied to the
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。さらに、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 method for manufacturing a condenser microphone will be described with reference to FIGS.
In the step shown in FIG. 5, first, a lower insulating
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。さらに、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
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。窒化ケイ素膜136はダイヤフラム123とプレート162とが接触により短絡することを防止する。
In the subsequent step shown in FIG. 7, a
続いて図8に示す工程では、上層絶縁膜130の表面と窒化ケイ素膜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
続いて図9に示す工程では、コンタクトホールCH1、CH3、CH4に対応しダイヤフラム123、ガード部127、基板100をそれぞれ露出させる通孔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。
Subsequently, in the step shown in FIG. 9, the through holes H1, H3, and H4 that expose the
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。その結果、ダイヤフラム123、プレート162、ガード部127および基板100が露出する。
Subsequently, in the step shown in FIG. 10, a
続いて図11に示すようにコンタクトホールCH1、CH2、CH3、CH4のそれぞれを覆うとともにダイヤフラム123、プレート162、ガード部127および基板100に接合される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化学的安定性が低く腐食しやすい。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らされるため化学的安定性が低く腐食しやすい。
Subsequently, as shown in FIG. 11, a deposited film made of AlSi that covers each of the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4 and is bonded to the
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であるパッド保護膜190が低応力プラズマCVD法により表層絶縁膜170の表面とパッド導電膜180の表面とに形成される。たとえば、温度:400℃、圧力:2.5Torr、SiH4流量:0.3SLM、NH3流量:1.75SLM、バイアス電力(RF H/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の窒化ケイ素からなるパッド保護膜190を形成する。
Then, subsequently, as shown in FIG. 12, a pad
続いて図13Aおよび図13Bに示すように、それぞれのパッド導電膜180の縁部上の領域とそれぞれのパッド導電膜180の周囲の領域とだけを残してパッド保護膜190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、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がコンタクトホールCH1、CH2、CH3、CH4毎に離れた形で形成される。パッド保護膜190のパターニング方法は、例えばCF4+O2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。窒化ケイ素からなるパッド保護膜190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、窒化ケイ素膜からなるパッド保護膜190が局所的にのみ残存するようにパターニングされるため、パッド保護膜190の応力によるセンサダイ1の歪みが抑制される。
Subsequently, as shown in FIGS. 13A and 13B, 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 corresponding to the plate holes 162c are formed in the
続いて図15に示す工程では、表層絶縁膜170の表面とパッド導電膜180の表面とパッド保護膜190の表面とに酸化ケイ素からなるメッキ保護膜200を形成する。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
続いて図16に示す工程では、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の表面にニッケルからなるバンプ膜210を無電解メッキ法にて形成する。さらにバンプ膜210の表面に金からなるバンプ保護膜220を形成する。さらに基板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, a
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が露出する環状の通孔H5を形成する。
Subsequently, in the step shown in FIG. 17, an annular through hole H5 in which the
続いて図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。
Subsequently, in a process shown in FIG. 18, a photoresist mask R <b> 1 having a through hole H <b> 6 for forming a through hole corresponding to the back cavity C <b> 1 in the
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にバックキャビティC1に対応する通孔を形成する。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 a process shown in FIG. 19, a through hole corresponding to the back cavity C1 is formed in the
続いて図20および図21に示すように、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、フォトレジストマスクR2の通孔H6から露出しているメッキ保護膜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、プレートスペーサ131および空隙層C3を形成し、さらにバックキャビティC1から下層絶縁膜110の一部を除去してガード絶縁部103、ダイヤフラムスペーサ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によって規定される。すなわちプレート162に対するセルフアラインによって環状部132およびプレートスペーサ131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絶縁部103およびダイヤフラムスペーサ102が形成される。
Subsequently, as shown in FIGS. 20 and 21, the plating
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2に示すコンデンサマイクロホンのセンサダイ1が完成する。センサダイ1と図示しない回路ダイ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ダイ1の端子125e、162e、123e、100bと回路ダイ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が完成する。センサダイ1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が閉塞される。
(2)第二実施形態
図22は本発明のMEMSトランスデューサの第二実施形態であるコンデンサマイクロホンのセンサダイ2を示す模式的な断面図である。図22に示すようにパッド保護膜190によって基板100の外縁部と表層絶縁膜170の外縁部とにまたがる領域を覆ってもよい。基板100の外縁部と表層絶縁膜170の外縁部とにまたがる領域をパッド保護膜190で覆うと、単結晶ケイ素からなる基板100と酸化ケイ素からなる表層絶縁膜170との接合面の端が酸化ケイ素からなるメッキ保護膜200よりも防御機能が高い窒化ケイ素または窒素酸化ケイ素からなるパッド保護膜190で覆われる。これにより、単結晶ケイ素からなる基板100と酸化ケイ素からなる表層絶縁膜170との接合面の端から可動イオンが進入することをより確実に防止できる。
Finally, the photoresist mask R2 is removed, and the
(2) Second Embodiment FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a
(3)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、図22から図25に示すように隣り合う端子123e、100bまたは隣り合う端子125e、162eの組み合わせでパッド保護膜190を一体化してもよい。また、すべての端子125e、162e、123e、100bのパッド保護膜190を一体化してもよい。また図23に示すようにパッド保護膜190をエッチストッパリング161の上またはその近傍にまで広げ、支持部を構成する環状部132の内壁132aの外側のほぼ全体にパッド保護膜190を形成しても良い。またパッド保護膜190は、円形でもよいし多角形の環状に形成してもよい。
(3) Other Embodiments The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. . For example, the
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。さらに本発明は、例えば超音波センサなどのコンデンサマイクロホン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。 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, the present invention can be applied to vibration transducers other than condenser microphones such as ultrasonic sensors, pressure sensors, and acceleration sensors.
1:センサダイ、2:センサダイ、3:センサダイ、4:センサダイ、5:センサダイ、100:基板、100a:開口、100b:基板端子、101:環状部、102:ダイヤフラムスペーサ、103:ガード絶縁部、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:端子、127:ガード部、130:上層絶縁膜、130a:ディンプル、131:プレートスペーサ、132:環状部、132a:内壁、135:多結晶ケイ素膜、136:窒化ケイ素膜、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、171:絶縁部、180:パッド導電膜、190:パッド保護膜、200:メッキ保護膜、210:バンプ膜、220:バンプ保護膜、C2:空隙、C3:空隙層、CH1:コンタクトホール、CH2:コンタクトホール、CH3:コンタクトホール、CH4:コンタクトホール、H1:通孔、H5:通孔、H6:通孔、R1:フォトレジストマスク、R2:フォトレジストマスク 1: sensor die, 2: sensor die, 3: sensor die, 4: sensor die, 5: sensor die, 100: substrate, 100a: opening, 100b: substrate terminal, 101: annular portion, 102: diaphragm spacer, 103: guard insulating portion, 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: terminal, 127: guard part, 130: upper insulating film, 130a: dimple, 131: plate spacer, 132: annular part, 132a: Inner wall, 135 Polycrystalline silicon film, 136: silicon nitride film, 160: upper layer conductive film, 161: etch stopper ring, 162: plate, 162a: arm part, 162b: center part, 162c: plate hole, 162d: plate lead, 162e: plate Terminal: 162f: Plate bump, 170: Surface insulating film, 171: Insulating part, 180: Pad conductive film, 190: Pad protective film, 200: Plating protective film, 210: Bump film, 220: Bump protective film, C2: Gap C3: void layer, CH1: contact hole, CH2: contact hole, CH3: contact hole, CH4: contact hole, H1: through hole, H5: through hole, H6: through hole, R1: photoresist mask, R2: photo Resist mask
Claims (4)
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の間に空隙層を挟んで前記ダイヤフラムと前記プレートとを支持し、前記空隙層を囲む内壁を備える支持部と、
前記支持部に形成されているコンタクトホールを覆う導電性の電極膜と、
前記内壁より外側において前記支持部の上に形成され前記電極膜の側面を覆う保護膜と、
を備え、
前記ダイヤフラムと前記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前記電極膜を通じて出力される、
MEMSトランスデューサ。 A conductive diaphragm;
A conductive plate;
A support part including an inner wall surrounding the gap layer, supporting the diaphragm and the plate with a gap layer interposed between the diaphragm and the plate;
A conductive electrode film covering a contact hole formed in the support;
A protective film that is formed on the support portion outside the inner wall and covers a side surface of the electrode film;
With
An electrical signal corresponding to the capacitance formed by the diaphragm and the plate is output through the electrode film.
MEMS transducer.
請求項1に記載のMEMSトランスデューサ。 The protective film is made of silicon nitride or nitrogen silicon oxide,
The MEMS transducer according to claim 1.
前記保護膜は、前記ケイ素基板の外縁部と前記酸化ケイ素膜の外縁部とにまたがる領域を覆う、
請求項2に記載のMEMSトランスデューサ。 The support portion has a multilayer structure including a silicon substrate and a silicon oxide film bonded to a region excluding an outer edge portion of the silicon substrate,
The protective film covers a region spanning the outer edge of the silicon substrate and the outer edge of the silicon oxide film,
The MEMS transducer according to claim 2.
前記コンタクトホールを覆う導電性の電極膜を形成し、
前記電極膜の側面を覆う保護膜を前記支持部の前記内壁より外側に形成する、
ことを含むMEMSトランスデューサの製造方法。 A contact hole is formed in a support portion including an inner wall surrounding the gap layer while supporting the diaphragm and the plate with a gap layer interposed between the diaphragm and the plate,
Forming a conductive electrode film covering the contact hole;
Forming a protective film covering a side surface of the electrode film outside the inner wall of the support;
A method of manufacturing a MEMS transducer.
Priority Applications (2)
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-
2007
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