JP2012222828A

JP2012222828A - マイクロ電気機械システムマイクおよびその製造方法

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Publication number: JP2012222828A
Application number: JP2012090044A
Authority: JP
Inventors: Chuan-Wei Wang; 傳蔚王; Ji-Myeong Son; 志銘孫
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: US9150403B2; US8524519B2; US20120261775A1; TW201242382A; US20130313662A1; TWI484835B; JP5460770B2

Abstract

【課題】マイクロ電気機械システムマイクを提供する。
【解決手段】基板２１は第一チャンバー２１ａを有する。マイクロ電気機械システム部品エリア２２は、基板２１の上方に位置し、かつ金属層２２ａ、スルーホール層２２ｂ、絶縁材エリア２２ｃおよび第二チャンバー２２ｄを有する。遮蔽層２３は、マイクロ電気機械システム部品エリア２２の上方に位置する。第一キャップ２５は、遮蔽層２３の上方に固定され、かつ第二チャンバー２２ｄに繋がる少なくとも一つの開口部を有する。第二キャップ２６は基板２１の下方に固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクおよびその製造方法に関するものである。

図１は、特許文献１に記載のＭＥＭＳマイク装置を示す断面図である。図１に示すように、ＭＥＭＳマイク装置１０は基板１１、背面板１２、弾性振動板１３、スルーホール（through-hole）１４、背面チャンバー（backside cavity）１５および固定エリア１６を備える。弾性振動板１３は多結晶シリコン（polysilicon）から製造されてもよい。背面板１２は単結晶シリコンから製造されてもよい。背面板１２は背面チャンバー１５に繋がる複数のスルーホール１４を有する。弾性振動板１３はスプリングによって固定エリア１６に接続される。弾性振動板１３が音声信号によって振動すると容量値が変化する。変化した容量値は回路によって変換され、電子信号を生じる。

米国特許出願公開第２００８/０１７５４１８号明細書米国特許第７２２１７６７号明細書

しかしながら、上述した先行技術は、ＭＥＭＳマイク装置を完成させるには複雑なパッケージ工程に頼る必要があるだけでなく、完成品が比較的大きい場所を取るという問題が発生するため、小型化に不利である。

一方、特許文献１に類似した特許文献２に記載のＭＥＭＳマイク装置は複雑なパッケージ工程に頼る必要があるだけでなく、装置全体が比較的大きい場所を取るという問題を抱えているため、小型化に不利である。

本発明が上述した先行技術の問題に鑑みて提示したマイクロ電気機械システムマイク装置および製造方法は、ウェハー製造工程の改良、パッケージ工程の簡単化および空間の削減によって装置全体のチップサイズパッケージ（chip size package, ＣＳＰ）を実現させることである。

本発明は、マイクロ電気機械システムマイクの製造方法を提供することを主な目的とする。
本発明は、マイクロ電気機械システムマイクを提供することをもう一つの目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法は、次の通りである。まず基板を用意する。続いて基板の上方に金属層、スルーホール層および絶縁材エリアを形成する。続いて最上の金属層の上方に遮蔽層を形成する。続いて遮蔽層の一部分をエッチングして絶縁材エリアの一部分を露出する。続いて遮蔽層の上方に第一キャップを位置させて固定し、第一キャップに少なく一つの開口部を形成する。続いて基板の背面をエッチングして第一チャンバーを形成する。続いて基板の下方に第二キャップを位置させて固定する。続いて、絶縁材エリアの一部分をエッチングして第二チャンバーを形成する。そのうち、第二チャンバー、第一チャンバーおよび少なくとも一つの開口部は相互に繋がる。第二チャンバー、金属層、スルーホール層および絶縁材エリアは結合し、マイクロ電気機械システム部品エリアを構築する。
マイクロ電気機械システムマイクの製造方法は、誘導結合プラズマ技術によって第一チャンバーを形成する方式を採用できる。

マイクロ電気機械システムマイクの製造方法は、合金溶解、ガラス溶解、エポキシドまたははんだ付けによって第一キャップおよび第二キャップを固定する方式を採用できる。

マイクロ電気機械システムマイクの製造方法は、Ｓｉ貫通電極（ＴＳＶ）技術によって基板と第二キャップに少なくとも一つの導線を通すか、接点技術によって基板の側辺に沿って少なくとも一つの導線を引いて基板から第二キャップの下表面まで伸ばす方式を採用できる。

マイクロ電気機械システムマイクの製造方法は、フッ化水素気相エッチング技法によって絶縁材エリアの一部分を除去し、第二チャンバーを形成する方式を採用できる。

上述の目的を達成するために、本発明によるマイクロ電気機械システムマイクは、基板、マイクロ電気機械システム部品エリア、遮蔽層、第一キャップおよび第二キャップを備える。基板は第一チャンバーを有する。マイクロ電気機械システム部品エリアは基板の上方に位置し、かつ金属層、スルーホール層、絶縁材エリアおよび第二チャンバーを有する。遮蔽層はマイクロ電気機械システム部品エリアの上方に位置する。第一キャップは遮蔽層の上方に固定され、かつ第二チャンバーに繋がる少なくとも一つの開口部を有する。第二チャンバーは基板の下方に固定される。

マイクロ電気機械システムマイクは、さらに接着層を備える。接着層は第一キャップとマイクロ電気機械システム部品エリアとの間に位置する。
マイクロ電気機械システムマイクにおいて、第一キャップおよび第二キャップはシリコンウェハーから構成されてもよい。

マイクロ電気機械システムマイクは、さらに少なくとも一つの導線を備える。導線は基板および第二キャップを貫通するか、基板の側辺に沿って基板を通って第二キャップの下表面まで伸びることができる。

従来のＭＥＭＳマイクを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクの製造方法のプロセスを示す断面図である。本発明の第２実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクを示す断面図である。本発明の第３実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクを示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクおよびその製造方法を図面に基づいて説明する。そのうちの図面は製造工程、および層と層との上下順序関係を表示する。図面に示した形、厚さおよび幅は一定の比率で製造されるものではない。

（第１実施形態）
図２は本発明の第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクを示す断面図である。マイクロ電気機械システムマイク２０は、基板２１、マイクロ電気機械システム部品エリア２２、遮蔽層２３、接着層２４、第一キャップ２５、第二キャップ２６および導線２７を備える。基板２１は第一チャンバー２１ａを有する。第一チャンバー２１ａは形が図に示されたとおりであるが、これに限らない。マイクロ電気機械システム部品エリア２２は基板２１の上方に位置し、かつ金属層２２ａ、スルーホール層２２ｂ、絶縁材エリア２２ｃおよびその間に形成された第二チャンバー２２ｄを有する。金属層２２ａおよびスルーホール層２２ｂは数が奇数または偶数である。金属層２２ａはアルミニウムから構成されるが、これに限らない。スルーホール層２２ｂはタングステンから構成されるが、これに限らない。絶縁材エリア２２ｃはシリカから構成されるが、これに限らない。第二チャンバー２２ｄ、第一キャップ２５の開口部および第一チャンバー２１ａは相互に繋がるため、マイクロ電気機械システム部品エリア２２は音圧に反応を起こすことができる。遮蔽層２３はマイクロ電気機械システム部品エリア２２の上方に位置する。第一キャップ２５は遮蔽層２３の上方に固定され、かつ第二チャンバー２２ｄおよび第一チャンバー２１ａに繋がる少なくとも一つの開口部を有する。第一キャップ２５はシリコンウェハーから構成されるが、これに限らない。接着層２４は第一キャップ２５と遮蔽層２３との間に配置され、第一キャップ２５の固定に用いられる。一方、別の技法によって第一キャップ２５を固定する場合、接着層２４は必ずしも必要なものではない。第二キャップ２６は基板２１の下方に位置し、かつシリコンウェハーから構成されるが、これに限らない。導線２７は基板２１および第二キャップ２６を貫通し、マイクロ電気機械システム部品エリア２２の信号をマイクロ電気機械システムマイク２０の外部へ伝導する。

図３Ａから図３Ｈは、第１実施形態によるマイクロ電気機械システムマイク２０の製造方法のプロセスを示す断面図である。図３Ａに示すように、まず基板２１を用意し、そののち基板２１の上方に金属層２２ａ、スルーホール層２２ｂ、絶縁材エリア２２ｃおよび遮蔽層２３を形成する。図３Ｂに示すように、続いて遮蔽層２３の一部分および絶縁材エリア２２ｃの表面を除去する。図３Ｃに示すように、続いて第一キャップ２５を遮蔽層２３の上方に固定し、第一キャップ２５の下表面に遮断層２５ａを配置し、第一キャップ２５と遮蔽層２３との間に接着層２４を配置する。このステップは合金溶解、ガラス溶解、エポキシドまたははんだ付けを採用するが、これに限らない。図３Ｄに示すように、続いて基板２１の背面をエッチングして第一チャンバー２１ａを形成する。このステップは誘導結合プラズマ（inductively coupled plasma、ＩＣＰ）を採用するが、これに限らない。図３Ｅに示すように、続いて第二キャップ２６を基板２１の下方に固定する。このステップは合金溶解、ガラス溶解、エポキシドまたははんだ付けを採用するが、これに限らない。図３Ｆに示すように、続いてシリコン貫通電極技術（Through-Silicon Via、ＴＳＶ）に基づいて導線２７を基板２１および第二キャップ２６に通すことによってマイクロ電気機械システム部品エリア２２の信号をマイクロ電気機械システムマイク２０の外部へ伝導する。図３Ｇに示すように、続いて、第一キャップ２５をエッチングして開口部を形成する。このステップは誘導結合プラズマ（inductively coupled plasma、ＩＣＰ）を採用するが、これに限らない。図３Ｈに示すように、続いて絶縁材エリア２２ｃの一部分および遮断層２５ａをエッチングして第二チャンバー２２ｄを形成する。このステップは、フッ化水素気相エッチング（HF vapor etching）技法を採用するが、これに限らない。そのうち、第二チャンバー２２ｄと第一チャンバー２１ａとは第一キャップ２５の少なくとも一つの開口部に繋がる。第二チャンバー２２ｄ、金属層２２ａ、スルーホール層２２ｂおよび絶縁材エリア２２ｃは結合し、マイクロ電気機械システム部品エリア２２を構築する。

図３Ｉに示すように、マイクロ電気機械システムマイクの製造方法は、予め第一キャップ２５をエッチングして開口部を形成し、そののちそれを接着層２４に接着し（即ちエッチングと接着の順を入れ替え）、続いて基板２１の一部分またはあらゆる工程が完成した後、接着層２４に接着された第一キャップ２５を遮蔽層２３の上方に固定する方式を採用できる。つまり、第一キャップ２５にかかわる製造工程と基板２１にかかわる一部分のまたはあらゆる製造工程を同時に進行させ、そののち両者を整合することができる。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクを示す断面図である。マイクロ電気機械システムマイク３０は、基板３１、マイクロ電気機械システム部品エリア３２、遮蔽層３３、接着層３４、第一キャップ３５、第二キャップ３６、導線３７および絶縁層３８を備える。絶縁層３８は第二キャップ３６の下表面に位置付けられることで導線３７と第二キャップ３６との接触を遮断する。第２実施形態は絶縁層３８を増設するが、全体の機能および製造工程は第１実施形態とはあまり変わらないため、詳しい説明を省略する。

（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態によるマイクロ電気機械システムマイクを示す断面図である。マイクロ電気機械システムマイク４０は、基板４１、マイクロ電気機械システム部品エリア４２、遮蔽層４３、接着層４４、第一キャップ４５、第二キャップ４６および導線４７を備える。基板４１は第一チャンバー４１ａを有する。第一チャンバー４１ａは形が図に示されたとおりであるが、これに限らない。第１実施形態との違いは次の通りである。第３実施形態は接点技術（T-contact）に基づいてマイクロ電気機械システム部品エリア４２の信号をマイクロ電気機械システムマイク４０の外部へ伝導する。詳しく言えば、導線４７は基板４１の側辺に沿って基板４１を通って第二キャップ４６の下表面まで伸びる。第３実施形態と第１実施形態とは導線の接続方式が異なるが、そのほかの部分はほぼ同じであるため、説明を省略する。また第３実施形態は単独で第一キャップ４５を製造し、そして第一キャップ４５にかかわる製造工程と基板４１にかかわる一部分のまたはあらゆる製造工程を別々に進行させ、そののち両者を整合することができる。

以上、本発明を説明するための比較的好ましい実施形態を示した。上述した内容は本発明の請求範囲を限定するものでなく、この技術を熟知する人に本発明の内容を容易に理解させるための説明である。この技術を熟知した人ならば本発明の発明思想に基づいて効果が同等な変化を加えることは本発明の請求範囲に属するべきである。例えば本発明において、金属層およびスルーホース層の数は実施形態に限定されず、別の数字であってもよい。開口部およびチャンバーの数と形は実施形態に限定されず、任意にしてもよい。導線は断面図に示された形に限定されず、任意の形を採用してもよい。マイクロ電気機械システムマイクの製造過程は実施形態により提示された順に限定されず、部品の特徴に影響を与えない範囲において任意の調整を行うことができる。これらは本発明の請求範囲に属するべきである。

１０、２０、３０、４０・・・マイクロ電気機械システムマイク、
１１、２１、３１、４１・・・基板、
１３・・・弾性振動板、
１４・・・スルーホール、
１５・・・背面チャンバー、
１６・・・固定エリア、
２１ａ、３１ａ、４１ａ・・・第一チャンバー、
２２、３２、４２・・・マイクロ電気機械システム部品エリア、
２２ａ、３２ａ、４２ａ・・・金属層、
２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ・・・スルーホール層、
２２ｃ、３２ｃ、４２ｃ・・・絶縁材エリア、
２２ｄ、３２ｄ、４２ｄ・・・第二チャンバー、
２３、３３、４３・・・遮蔽層、
２４、３４、４４・・・接着層、
２５、３５、４５・・・第一キャップ、
２５ａ、３５ａ・・・遮断層、
２６、３６、３６・・・第二キャップ、
２７、３７、４７・・・導線。

Claims

基板を用意するステップと、
前記基板の上方に金属層、スルーホール層および絶縁材エリアを形成するステップと、
最上の前記金属層の上方に遮蔽層を形成するステップと、
前記遮蔽層の一部分をエッチングして絶縁材エリアの一部分を露出するステップと、
前記遮蔽層の上方に第一キャップを位置させて固定し、前記第一キャップに少なくとも一つの開口部を形成するステップと、
前記基板の背面をエッチングして第一チャンバーを形成するステップと、
前記基板の下方に第二キャップを位置させて固定するステップと、
前記絶縁材エリアの一部分をエッチングして第二チャンバーを形成するステップと、を含み、
前記第二チャンバー、前記第一チャンバーおよび少前記開口部は相互に繋がり、前記第二チャンバー、前記金属層、前記スルーホール層および前記絶縁材エリアは結合し、マイクロ電気機械システム部品エリアを構成することを特徴とするマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
さらに前記第一キャップと前記遮蔽層との間に接着層を配置することによって前記第一キャップを固定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
前記基板の背面をエッチングして第一チャンバーを形成するステップは、
誘導結合プラズマ技術によって前記第一チャンバーを形成する方式を採用することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
前記第一キャップに少なく一つの開口部を形成するステップは、
さらに前記第一キャップの下表面に遮断層を形成することと、前記第一キャップをエッチングして少なくとも一つの開口部を形成することを含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
さらにフッ化水素気相エッチング技法によって前記遮断層を除去するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
前記遮蔽層の上方に第一キャップを位置させて固定するステップは、
合金溶解、ガラス溶解、エポキシドまたははんだ付けによって行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
前記基板の下方に第二キャップを位置させて固定するステップは、
合金溶解、ガラス溶解、エポキシドまたははんだ付けによって行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
さらに少なくとも一つの導線を配置することによって前記マイクロ電気機械システム部品エリアの信号を外部へ伝導するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
前記少なくとも一つの導線を配置することによってマイクロ電気機械システム部品エリアの信号を外部へ伝導するステップは、
シリコン貫通電極技術または接点技術によって前記基板および前記第二キャップに少なくとも一つの導線を通すことを含むことを特徴とする請求項８に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
前記絶縁材エリアの一部分を除去し第二チャンバーを形成するステップは、
フッ化水素気相エッチング技法によってエッチングを行う方法を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システムマイクの製造方法。
第一チャンバーを有する基板と、
前記基板の上方に位置し、かつ金属層、スルーホール層、絶縁材エリアおよび第二チャンバーを有するマイクロ電気機械システム部品エリアと、
前記マイクロ電気機械システム部品エリアの上方に位置する遮蔽層と、
前記遮蔽層の上方に固定され、かつ前記第二チャンバーに繋がる少なくとも一つの開口部を有する第一キャップと、
前記基板の下方に固定される第二キャップと、
を備えることを特徴とするマイクロ電気機械システムマイク。
さらに接着層を備え、
前記接着層は、前記第一キャップと前記マイクロ電気機械システム部品エリアとの間に位置することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロ電気機械システムマイク。
前記第一キャップは、シリコンウェハーから構成されることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロ電気機械システムマイク。
前記第二キャップは、シリコンウェハーから構成されることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロ電気機械システムマイク。
さらに少なくとも一つの導線を備え、
前記導線は前記マイクロ電気機械システム部品エリアの信号を外部へ伝導可能であることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロ電気機械システムマイク。
前記導線は、前記基板および前記第二キャップを貫通することを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ電気機械システムマイク。
前記導線は、前記基板の側辺に沿って前記基板を通って前記第二キャップの下表面まで伸びることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ電気機械システムマイク。