JP2017098838A - Transducer device and manufacturing method therefor - Google Patents

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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a compact, easy-to-manufacture and wide temperature use range of a transducer device at low cost with monolithic processing, etc.SOLUTION: The device is manufactured by forming a movable electrode 18 on a silicon first substrate (first wafer) 16, and forming a stationary electrode 19 on a silicon second substrate (second wafer) 17, to secure a space 100 of a converter unit between the movable electrode 18 and the stationary electrode 19, and by bonding the first substrate 17 with the second substrate with the parallel disposition of the two electrodes. Further, a signal processing circuit 22 is disposed at a position in which the converter units (18, 19) are juxtaposed in the vertical direction. The signal processing circuit is connected to the converter unit in a wiring layer part 21. On the second substrate 17, a back chamber 30, an acoustic port 31 and an air passage 32 are integrally formed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はトランスデューサ装置及びその製造方法、特に物理量−電気間の変換を行うMEMS(Micro Electro Mechanical System)装置であり、またチップスケールでパッケージされるトランスデューサ装置の構成及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a transducer device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a micro electro mechanical system (MEMS) device that performs conversion between physical quantity and electricity, and also relates to a configuration of a transducer device packaged on a chip scale and a manufacturing method thereof.

図8に、従来のトランスデューサ装置の一例であるマイクロフォン装置の構成が示されており、この図8において、1は固定電極、2は可動電極(メンブレン)、3は固定電極1と可動電極2を有する変換部(トランスデューサ)、4は変換部3からの信号の増幅等の信号処理を行う信号処理回路、6は外付けコンデンサ7や外部端子8等を形成したプリント基板(PCB)、9はボンディングワイヤ、10は保護樹脂、11はアコースティックポート12を形成した金属蓋(シールド部材)、13はバックチャンバーである。   FIG. 8 shows a configuration of a microphone device which is an example of a conventional transducer device. In FIG. 8, 1 is a fixed electrode, 2 is a movable electrode (membrane), and 3 is a fixed electrode 1 and a movable electrode 2. A conversion unit (transducer), 4 is a signal processing circuit that performs signal processing such as amplification of a signal from the conversion unit 3, 6 is a printed circuit board (PCB) on which an external capacitor 7 and an external terminal 8 are formed, and 9 is bonding. Wires, 10 are protective resins, 11 is a metal lid (shield member) on which an acoustic port 12 is formed, and 13 is a back chamber.

このようなマイクロフォン装置では、アコースティックポート12からの音圧により可動電極2が振動すると、このときの容量変化が変換部3で捉えられ、この変換部3からの信号が信号処理回路4で増幅されることにより、音声を電気信号とし出力することができる。   In such a microphone device, when the movable electrode 2 vibrates due to the sound pressure from the acoustic port 12, the capacitance change at this time is captured by the conversion unit 3, and the signal from the conversion unit 3 is amplified by the signal processing circuit 4. Thus, sound can be output as an electrical signal.

特表2014−523815号公報Special table 2014-523815 gazette

ところで、図8に示されるマイクロフォン装置では、既存のプリント基板6の上に、MEMSとしての変換部3や信号処理回路4のチップをボンディングワイヤ9にて搭載し、またアコースティックポート12を形成した金属蓋11を被せるという構造が採用されており、このような構造では、近年の小型化に対応するには物理的な限界がある。   By the way, in the microphone device shown in FIG. 8, the metal in which the conversion unit 3 as a MEMS and the chip of the signal processing circuit 4 are mounted on the existing printed circuit board 6 by the bonding wire 9 and the acoustic port 12 is formed. A structure of covering the lid 11 is employed, and such a structure has a physical limit to cope with the recent miniaturization.

また、上記変換部3の製作では、固定電極1と可動電極2の間に犠牲層を形成することで、この固定電極1と可動電極2の間に所定の空間を形成しており、犠牲層を形成する工程があることで、製造も煩雑になる。
更に、プリント基板6を用いることで、装置としての温度使用範囲が狭くなるという不都合もある。
Further, in the manufacture of the conversion unit 3, a sacrificial layer is formed between the fixed electrode 1 and the movable electrode 2, thereby forming a predetermined space between the fixed electrode 1 and the movable electrode 2. The manufacturing process is complicated due to the step of forming.
Further, the use of the printed circuit board 6 has a disadvantage that the temperature use range as the apparatus is narrowed.

また、上記プリント基板6には、変換部3や信号処理回路4から見て外付け部品としてコンデンサ7等の各種の素子が組み込まれており、近年のプリント基板の薄板化に伴ってコストが相対的に上昇しているという問題がある。   Further, the printed circuit board 6 incorporates various elements such as a capacitor 7 as external components as viewed from the conversion unit 3 and the signal processing circuit 4. There is a problem of rising.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化、製造の容易化、モノリシック加工等による低コスト化を図ることが可能となり、温度使用範囲も広くすることができるトランスデューサ装置及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to reduce the size, facilitate manufacturing, reduce costs by monolithic processing, etc., and widen the temperature usage range. It is an object to provide a transducer device and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するために、請求項1の発明に係るトランスデューサ装置は、変換部の固定電極を形成した第1基板と、上記変換部の可動電極を形成した第2基板とを設け、上記固定電極と可動電極との間に所定の空間を確保しかつこの両電極を平行に配置しながら、上記第1基板と第2基板を接合してなることを特徴とする。
請求項2のトランスデューサ装置は、上記第1基板又は第2基板の少なくとも一方に、上記変換部からの信号を処理する信号処理回路を設けたことを特徴とする。
請求項3のトランスデューサ装置は、上記信号処理回路をシリコンからなる上記第1基板又は第2基板に形成し、この信号処理回路と上記変換部とを配線層にて接続したことを特徴とする。
請求項4のトランスデューサ装置は、上記第1基板又は第2基板のいずれか一方の基板において、その中心部に上記変換部と連通するキャビティを形成すると共に、このキャビティの周辺部に、外気への開口から上記変換部へ連通する空気通路を形成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a transducer device according to a first aspect of the present invention includes a first substrate on which a fixed electrode of a conversion unit is formed, and a second substrate on which a movable electrode of the conversion unit is formed. The first substrate and the second substrate are joined while securing a predetermined space between the electrode and the movable electrode and arranging the electrodes in parallel.
The transducer device according to claim 2 is characterized in that a signal processing circuit for processing a signal from the converter is provided on at least one of the first substrate and the second substrate.
According to a third aspect of the present invention, the signal processing circuit is formed on the first substrate or the second substrate made of silicon, and the signal processing circuit and the conversion unit are connected by a wiring layer.
In the transducer device according to claim 4, a cavity communicating with the conversion unit is formed at the center of one of the first substrate and the second substrate, and the periphery of the cavity is exposed to the outside air. An air passage communicating from the opening to the conversion unit is formed.

請求項5の発明に係るトランスデューサ装置の製造方法は、第1ウェーハに複数の変換部の固定電極を形成し、第2ウェーハに複数の上記変換部の可動電極を形成し、各々の上記固定電極と各々の上記可動電極との間に所定の空間を確保しかつこの両電極を平行に配置しながら、上記第1ウェーハと第2ウェーハを重ねて接合し、接合した第1及び第2ウェーハを個片化して製作することを特徴とする。
請求項6のトランスデューサ装置の製造方法は、上記第1ウェーハ又は第2ウェーハのいずれか一方の個々の装置単位において、装置の縦方向で上記変換部と並ぶ位置に該変換部からの信号を処理する信号処理回路を設け、この信号処理回路と上記変換部とを配線層にて接続したことを特徴とする。
請求項7のトランスデューサ装置の製造方法は、上記第1ウェーハ又は第2ウェーハのいずれか一方の基板の個々の装置単位において、その中心部に上記変換部と連通するキャビティを形成すると共に、このキャビティの周辺部に、外気への開口から上記変換部へ連通する空気通路を形成することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a transducer device, wherein a plurality of conversion unit fixed electrodes are formed on a first wafer, a plurality of conversion unit movable electrodes are formed on a second wafer, and each of the fixed electrodes is formed. The first wafer and the second wafer are overlapped and bonded while securing a predetermined space between the movable electrode and each of the movable electrodes, and the electrodes are arranged in parallel. It is characterized by being manufactured in pieces.
The method of manufacturing a transducer device according to claim 6 processes a signal from the conversion unit at a position aligned with the conversion unit in the vertical direction of the device in each device unit of either the first wafer or the second wafer. The signal processing circuit is provided, and the signal processing circuit and the converter are connected by a wiring layer.
The transducer device manufacturing method according to claim 7, wherein in each device unit of the substrate of either the first wafer or the second wafer, a cavity communicating with the conversion unit is formed at the center of the substrate, and the cavity An air passage that communicates from the opening to the outside air to the conversion unit is formed in the peripheral part.

上記の構成によれば、例えばシリコンからなる第1ウェーハ(又は第1基板)に、変換部の可動電極、信号処理回路、この信号処理回路と変換部とを接続する配線層、その他の素子、外部電極等を形成し、またシリコンからなる第2ウェーハ(又は第2基板)に、変換部の固定電極、この固定電極の前側等において素子中心に配置されるキャビティ(又はバックチャンバー)、このキャビティの外側に配置されるアコースティックポート(ホール)等を形成する。そして、変換部を構成する固定電極と可動電極とをそれらの間に所定の空間を確保しながら重ねるように配置し、第1ウェーハ(又は第1基板)と第2ウェーハ(又は第2基板)を接合し、最後に個片化すれば、多数のトランスデューサ装置が製作される。   According to the above configuration, for example, on the first wafer (or first substrate) made of silicon, the movable electrode of the conversion unit, the signal processing circuit, the wiring layer that connects the signal processing circuit and the conversion unit, other elements, An external electrode or the like is formed, and a second electrode (or second substrate) made of silicon is formed on a fixed electrode of the conversion unit, a cavity (or a back chamber) arranged at the element center on the front side of the fixed electrode, and the like. The acoustic port (hole) etc. which are arrange | positioned outside are formed. Then, the fixed electrode and the movable electrode constituting the conversion unit are arranged so as to overlap with each other while securing a predetermined space therebetween, and the first wafer (or the first substrate) and the second wafer (or the second substrate) are arranged. Are joined and finally separated into pieces, a large number of transducer devices are manufactured.

本発明によれば、例えばシリコンを用いた2枚のウェーハ又は基板を重ね、チップスケールで接合しパッケージ化することにより、トランスデューサ装置が製作できるので、製造が容易で、小型化も可能になり、第1及び第2基板をシリコン基板とすることで、温度使用範囲が広くなり、高温での使用が可能となる。
また、変換部と信号処理回路を縦方向に並べることで、更なる装置の小型化を図ることができ、変換部と信号処理回路とを絶縁層を介した配線層にて接続することを含め、トランスデューサ装置(MEMS装置)をモノリシック製法(半導体マイクロプロセス)で製作することで、製造の更なる容易化、低コスト化を図ることが可能となり、設計の自由度も増すという利点がある。即ち、従来のプリント基板(PCB)を用いた装置では、変換部や信号処理回路から見て外付け部品として各素子が組み込まれており、近年のプリント基板の薄板化に伴ってコストが相対的に上がっているが、本発明は、シリコン基板(半導体基板)を用いたモノリシックでの加工が可能となるので、設計の自由度が増し更なるコスト低減が可能になる。
According to the present invention, for example, a transducer device can be manufactured by stacking two wafers or substrates using silicon, bonding them on a chip scale, and packaging them. Therefore, manufacturing is easy and miniaturization is possible. By using the first and second substrates as silicon substrates, the temperature use range is widened, and use at high temperatures becomes possible.
Further, by arranging the conversion unit and the signal processing circuit in the vertical direction, it is possible to further reduce the size of the device, including connecting the conversion unit and the signal processing circuit with a wiring layer through an insulating layer. By manufacturing the transducer device (MEMS device) by a monolithic manufacturing method (semiconductor microprocess), it is possible to further facilitate the manufacturing and reduce the cost, and to increase the degree of freedom of design. That is, in a conventional apparatus using a printed circuit board (PCB), each element is incorporated as an external component when viewed from the conversion unit and the signal processing circuit, and the cost is relatively increased with the recent thinning of the printed circuit board. However, according to the present invention, since monolithic processing using a silicon substrate (semiconductor substrate) is possible, the degree of freedom in design is increased and further cost reduction is possible.

更に、2枚のウェーハ又は基板を重ねることで、固定電極−可動電極間の空間が確保できるので、従来のように犠牲層を形成する必要がなく、犠牲層レスとなり、接続線を半導体基板として作り込むことで、変換部と信号処理回路をワイヤボンディングする必要もなく、ワイヤボンディングレスとすることができる。
また、トランスデューサ装置のキャビティ(例えばバックチャンバー)と外気への開口(例えばアコースティックポート)から変換部へ連通する空気通路とを、第1基板又は第2基板の1つの基板に形成することにより、実装密度が向上し、低コスト化に寄与できるという利点がある。
Furthermore, since the space between the fixed electrode and the movable electrode can be secured by stacking two wafers or substrates, there is no need to form a sacrificial layer as in the prior art, and there is no sacrificial layer, and the connection line is used as a semiconductor substrate. By making it, there is no need for wire bonding between the converter and the signal processing circuit, and wire bonding can be eliminated.
Further, mounting is performed by forming a cavity (for example, a back chamber) of the transducer device and an air passage communicating with the conversion unit from an opening to the outside air (for example, an acoustic port) on one substrate of the first substrate or the second substrate. There is an advantage that the density can be improved and the cost can be reduced.

本発明の実施例のトランスデューサ装置の構成を示す断面図(断面表示は一部のみとした)である。It is sectional drawing which shows the structure of the transducer apparatus of the Example of this invention (a cross-sectional display made only a part). 実施例のトランスデューサ装置の第1基板の製造工程(a〜c工程)を示す断面図(一部のみ断面表示)である。It is sectional drawing (only one part cross-sectional display) which shows the manufacturing process (ac process) of the 1st board | substrate of the transducer apparatus of an Example. 実施例のトランスデューサ装置の第1基板の製造工程(d〜i工程)を示す断面図(一部のみ断面表示)である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process (di process) of the 1st board | substrate of the transducer apparatus of an Example (only one part is cross-sectional display). 実施例のトランスデューサ装置の第2基板の製造工程(a〜d工程)を示す断面図(一部のみ断面表示)である。It is sectional drawing (only a part sectional view is shown) which shows the manufacturing process (ad process) of the 2nd board | substrate of the transducer apparatus of an Example. 実施例のトランスデューサ装置の第2基板の製造工程(e〜g工程)を示す断面図(一部のみ断面表示)である。It is sectional drawing (only a part sectional drawing is shown) which shows the manufacturing process (eg gg process) of the 2nd board | substrate of the transducer apparatus of an Example. 実施例のトランスデューサ装置において第1基板と第2基板を接合するときの状態を示す断面図(一部のみ断面表示)である。It is sectional drawing (only a part sectional view is shown) which shows the state when joining a 1st board | substrate and a 2nd board | substrate in the transducer apparatus of an Example. 実施例の第1基板の上面の接合部を示す平面図である。It is a top view which shows the junction part of the upper surface of the 1st board | substrate of an Example. 従来のトランスデューサ装置の構成を示す断面図(一部のみ断面表示)である。It is sectional drawing (only a part sectional view is shown) which shows the structure of the conventional transducer apparatus.

図1に、実施例のトランスデューサ装置(マイクロフォン装置等)の構成が示されており、この図1において、16はシリコンからなる第1基板、17はシリコンからなる第2基板、18は第1基板16に設けられた可動電極(メンブレン)、19は第2基板17に設けられた固定電極(バックプレート)であり、この固定電極19と可動電極18で変換部(トランスデューサ)が構成される。この第1基板16には、可動電極18に配線層部21(この配線層部21に形成された図示しない配線)によって接続された信号処理回路22、抵抗23、容量24、スルーホールビア(貫通電極)26、外部端子27等が形成される。   FIG. 1 shows a configuration of a transducer device (microphone device or the like) of the embodiment. In FIG. 1, 16 is a first substrate made of silicon, 17 is a second substrate made of silicon, and 18 is a first substrate. Reference numeral 16 denotes a movable electrode (membrane), 19 is a fixed electrode (back plate) provided on the second substrate 17, and the fixed electrode 19 and the movable electrode 18 constitute a conversion unit (transducer). The first substrate 16 has a signal processing circuit 22 connected to the movable electrode 18 by a wiring layer portion 21 (wiring not shown formed in the wiring layer portion 21), a resistor 23, a capacitor 24, and a through-hole via (through hole). Electrode) 26, external terminals 27, and the like.

上記第2基板17には、トランスデューサ装置のバックチャンバー30、アコースティックポート(入口)31、このアコースティックポート31から可動電極18へ連通する空気通路(孔)32が形成される。なお、空気通路32から可動電極18へ図示しない空気通路(孔)が形成されている。   In the second substrate 17, a back chamber 30 of the transducer device, an acoustic port (inlet) 31, and an air passage (hole) 32 communicating from the acoustic port 31 to the movable electrode 18 are formed. An air passage (hole) (not shown) is formed from the air passage 32 to the movable electrode 18.

そして、上記第1基板16と第2基板17は、内側の接合部34aと外側の接合部34bにて接合されることにより、シリコン基板によりパッケージされたトランスデューサ装置が製作され、上記固定電極19と可動電極18は平行配置されると共に、これらの間に所定の空間100が形成・確保される。   The first substrate 16 and the second substrate 17 are bonded to each other by an inner bonding portion 34a and an outer bonding portion 34b, whereby a transducer device packaged by a silicon substrate is manufactured. The movable electrodes 18 are arranged in parallel, and a predetermined space 100 is formed and secured between them.

図2、図3には、実施例の第1基板の製造工程、図4、図5には、第2基板の製造工程が示されており、実施例では、シリコンの第1ウェーハに上述した第1基板16を複数個形成し、シリコンの第2ウェーハに上述の第2基板17を複数個形成し、この第1ウェーハと第2ウェーハを重ねて接合し、個片化することで、多数の装置(パッケージ)を製作するが、各図では装置単位の構成を示すものとする。   FIGS. 2 and 3 show the manufacturing process of the first substrate of the embodiment, and FIGS. 4 and 5 show the manufacturing process of the second substrate. A plurality of first substrates 16 are formed, a plurality of second substrates 17 described above are formed on a second silicon wafer, and the first and second wafers are overlapped and joined to form a single piece. The device (package) is manufactured. In each figure, the configuration of the device unit is shown.

図2(a)に示されるように、シリコンからなる第1基板16に、通常の半導体装置の製造プロセスにより、信号処理回路22、抵抗23、容量24が形成されると共に、配線パターン21a,21bを含む配線層部21が形成される。また、図3(g)で説明する接合部34bの第1基板側部分25も形成される。この配線層部21では、配線パターン21a,21bが図示しない別の配線により信号処理回路22等に接続され、また図3(d),(e)で後述するが、変換部に接続される。
次に、図2(b)に示されるように、第1基板16の上面にレジスト36を形成し、RIE(反応性イオンエッチング)法によりスルーホールビアのための開口溝26cを形成する。ここで、開口溝26cの深さは、最終的な基板仕上げ厚より少し深めにしておく。
図2(c)は、開口溝26cの埋込み工程(スルーホールビア形成工程)を示しており、この埋込みはメッキ埋込み法やDoped Poly-Silicon埋込み法によって行われる。この段階では、ブラインドビアとなっている。
As shown in FIG. 2A, a signal processing circuit 22, a resistor 23, and a capacitor 24 are formed on a first substrate 16 made of silicon by an ordinary semiconductor device manufacturing process, and wiring patterns 21a and 21b are formed. A wiring layer portion 21 including is formed. Further, the first substrate side portion 25 of the bonding portion 34b described with reference to FIG. In the wiring layer portion 21, the wiring patterns 21a and 21b are connected to the signal processing circuit 22 and the like by another wiring (not shown), and are connected to the conversion portion as will be described later with reference to FIGS. 3 (d) and 3 (e).
Next, as shown in FIG. 2B, a resist 36 is formed on the upper surface of the first substrate 16, and an opening groove 26c for a through-hole via is formed by RIE (reactive ion etching). Here, the depth of the opening groove 26c is set slightly deeper than the final substrate finish thickness.
FIG. 2C shows an embedding process (through-hole via forming process) of the opening groove 26c. This embedding is performed by a plating embedding method or a Doped Poly-Silicon embedding method. At this stage, it is a blind via.

図3(d)は、可動電極18の形成の準備工程が示されており、ここでは、アルミニウム(Al)からなる仮台座38、酸化膜39を形成する。次に、PAD40を開口し、配線パターン21a,21bの一部を露出させる。
図3(e)は、可動電極18の形成工程であり、既に信号処理回路22の形成完了後であるため高温プロセスはできないので、可動電極18として、基本的にはアルミニウム、チタン等の金属膜やプラズマ系の不純物を添加したアモルファスシリコン膜等が形成される。この可動電極18は、上記PAD40を介して配線層部21の配線パターン21aに接続され、この配線層部21から信号処理回路22等に接続される。
図3(f)は、第2基板17側との絶縁分離に必要な絶縁分離酸化膜リングの形成工程であり、第2基板17と接合する際に上記固定電極19と可動電極18とを絶縁分離するために絶縁膜リング42(図7参照)が形成される。
FIG. 3D shows a preparation process for forming the movable electrode 18. Here, a temporary base 38 and an oxide film 39 made of aluminum (Al) are formed. Next, the PAD 40 is opened, and part of the wiring patterns 21a and 21b is exposed.
FIG. 3 (e) shows the step of forming the movable electrode 18. Since the high-temperature process cannot be performed since the formation of the signal processing circuit 22 has already been completed, a metal film such as aluminum or titanium is basically used as the movable electrode 18. And an amorphous silicon film to which plasma impurities are added. The movable electrode 18 is connected to the wiring pattern 21a of the wiring layer portion 21 through the PAD 40, and is connected to the signal processing circuit 22 and the like from the wiring layer portion 21.
FIG. 3F shows an insulating isolation oxide film ring forming step necessary for isolation from the second substrate 17, and insulates the fixed electrode 19 and the movable electrode 18 when bonded to the second substrate 17. An insulating film ring 42 (see FIG. 7) is formed for separation.

図3(g),(h)は、外部端子27を形成するための準備工程で、まず図3(g)では、フォトレジスト43を塗布した後、チップ周辺のパッシベーション膜をエッチングし、接合部34bの第1基板側部分25を露出させた後、第1基板16のバックグラインドを行うことで、スルーホールビア26を形成する。そして、図3(h)では、フォトレジスト43と仮台座38を除去した後、第1基板16の裏面に酸化膜(又は永久レジスト膜)45を形成し、この酸化膜45にて外部端子27と基板との分離を行う。
図3(i)は、外部端子形成工程であり、ここでは、メッキ材(ソルダー材)を使って金属の外部端子27がスルーホールビア26の下部に形成される。
FIGS. 3G and 3H are preparation steps for forming the external terminal 27. First, in FIG. 3G, after applying the photoresist 43, the passivation film around the chip is etched, and the bonding portion is formed. After the first substrate side portion 25 of 34b is exposed, the through hole via 26 is formed by performing back grinding of the first substrate 16. In FIG. 3H, after the photoresist 43 and the temporary base 38 are removed, an oxide film (or permanent resist film) 45 is formed on the back surface of the first substrate 16, and the external terminal 27 is formed on the oxide film 45. And the substrate are separated.
FIG. 3I shows an external terminal formation step, in which a metal external terminal 27 is formed below the through-hole via 26 using a plating material (solder material).

次に、図4及び図5により第2基板17の製作を説明する。
図4(a)は、1回のドライエッチングで段差のあるエッチ形状を形成するための準備工程であり、エッチング前の断面形状を示している。この工程では、シリコンからなる第2基板17に対し酸化を行い、レジストパターニングによって所望の位置に酸化膜46を残すと共に、チップエッジ部(周端部)の縁に沿ってレジストパターン47を形成する。RIE法によるエッチングでは、上記酸化膜46の存在によりシリコンエッチの開始を遅らせることができ、この酸化膜46はエッチングの進行と共に消滅する。そこで、この酸化膜46の高さにより、図4(b)に示すシリコン突起部49が所望の高さになるように調節する。
Next, the production of the second substrate 17 will be described with reference to FIGS.
FIG. 4A shows a cross-sectional shape before etching, which is a preparatory process for forming an etched shape with a step by one dry etching. In this step, the second substrate 17 made of silicon is oxidized to leave an oxide film 46 at a desired position by resist patterning, and a resist pattern 47 is formed along the edge of the chip edge portion (peripheral end portion). . In the etching by the RIE method, the start of silicon etching can be delayed due to the presence of the oxide film 46, and the oxide film 46 disappears as the etching progresses. Therefore, the height of the oxide film 46 is adjusted so that the silicon protrusion 49 shown in FIG. 4B has a desired height.

図4(b)は、シリコンエッチング後の構成であり、第2基板17の下面には、図4(a)のレジストパターン47によりエッジ部17eを残した所定の深さの溝が形成され、このチップエッジ部17eは元々のウェーハ表面となる。通常、半導体プロセスでは加工面を上にして断面を表現するが、実施例では、加工面を下にした状態で表現している。なお、この下面側が第1基板16との接合面となる。シリコン突起部49は、両基板接合時に上記図3の絶縁膜リング42に当接するように設計される。また、酸化膜48は、後述する固定電極19とシリコン第2基板17との絶縁をとる役目をする。   FIG. 4B shows a configuration after the silicon etching. On the lower surface of the second substrate 17, a groove having a predetermined depth is formed by leaving the edge portion 17e by the resist pattern 47 of FIG. This chip edge portion 17e becomes the original wafer surface. Usually, in the semiconductor process, the cross section is expressed with the processing surface up, but in the embodiment, it is expressed with the processing surface down. Note that the lower surface side is a bonding surface with the first substrate 16. The silicon protrusion 49 is designed to contact the insulating film ring 42 of FIG. 3 when the two substrates are bonded. The oxide film 48 serves to insulate the fixed electrode 19 and the silicon second substrate 17 described later.

図4(c)は、固定電極及びバックチャンバーの形成準備工程であり、図示されるように、第2基板17の下側の段差面に、例えばアルミニウムをスパッタリングしてレジストパターニングした後にウェットエッチングにてアルミニウムと酸化膜48をパターニングすることで、アコースティック孔50を備えた固定電極19形成する。なお、実施例の本工程では、上記シリコン突起部49の表面とエッジ部17eの表面にもアルミニウム膜が形成される。これは、シールド膜として機能させるためである。また、第2基板17の上面に、酸化膜を成膜してレジストパターニングし、エッチングすることで、酸化膜52aを形成し、続いてもう一度酸化膜を成膜し、上記酸化膜52aの上に更に酸化膜52bを形成する。この酸化膜52bは、時間差を付けてエッチング量をコントロールするために形成する。なお、この第2基板17の上面のエッジ部は、シリコン基板の元々の表面に位置し、RIE法にて加工されないようにレジスト53で保護する。   FIG. 4C is a process for preparing a fixed electrode and a back chamber. As shown in the figure, for example, aluminum is sputtered on the stepped surface on the lower side of the second substrate 17 and resist patterning is performed, and then wet etching is performed. Then, the fixed electrode 19 having the acoustic hole 50 is formed by patterning the aluminum and the oxide film 48. In this step of the embodiment, an aluminum film is also formed on the surface of the silicon protrusion 49 and the surface of the edge portion 17e. This is for functioning as a shield film. In addition, an oxide film is formed on the upper surface of the second substrate 17, resist patterning is performed, and etching is performed to form an oxide film 52a. Subsequently, another oxide film is formed, and the oxide film 52a is formed on the oxide film 52a. Further, an oxide film 52b is formed. The oxide film 52b is formed to control the etching amount with a time difference. The edge portion on the upper surface of the second substrate 17 is located on the original surface of the silicon substrate, and is protected by a resist 53 so as not to be processed by the RIE method.

図4(d)は、RIE法による加工工程であり、ここでは、円柱形空間のバックチャンバー(キャビティ)30、音圧の通り道となる空気通路(孔)32を形成しており、この空気通路32の直径は、例えば50〜100ミクロン程度とされ、バックチャンバー30の周囲に、その縁に沿って複数本が設けられる。また、図4(c)の酸化膜52a,52bを形成することにより、図4(d)に示されるように、シリコン突起部49を支持するように第2基板17の一部を残すことができる。   FIG. 4D shows a processing step by the RIE method. Here, a back chamber (cavity) 30 of a cylindrical space and an air passage (hole) 32 that serves as a passage for sound pressure are formed. The diameter of 32 is, for example, about 50 to 100 microns, and a plurality of pieces are provided around the back chamber 30 along the edge thereof. Further, by forming the oxide films 52a and 52b of FIG. 4C, a part of the second substrate 17 is left so as to support the silicon protrusion 49 as shown in FIG. 4D. it can.

次に、図5(e)では、図4(d)の第2基板17の下面側エッジ部17eの端面にハンドルウェーハ55を取り付ける。
図5(f)では、図4(d)で形成した空気通路32の入口であるアコースティックポート(音圧入口)31となる穴31aが加工されたシリコン蓋56を取り付ける。このシリコン蓋56の穴31aは、空気通路32の位置に一致するように設計される。
図5(g)では、上記シリコン蓋56の上部をバックグラインドにて切削し、アコースティックポート31となる穴31aを貫通しない程度に削り出し、その後ドライエッチングにて丁度貫通する程度にまでエッチングを行うことで、アコースティックポート31を形成する。
Next, in FIG.5 (e), the handle wafer 55 is attached to the end surface of the lower surface side edge part 17e of the 2nd board | substrate 17 of FIG.4 (d).
In FIG. 5 (f), a silicon lid 56 in which a hole 31a serving as an acoustic port (sound pressure inlet) 31 which is an inlet of the air passage 32 formed in FIG. 4 (d) is processed is attached. The hole 31 a of the silicon lid 56 is designed to coincide with the position of the air passage 32.
In FIG. 5G, the upper portion of the silicon lid 56 is cut by back grinding, is cut to such an extent that it does not penetrate the hole 31a serving as the acoustic port 31, and is then etched to the extent that it just penetrates by dry etching. Thus, the acoustic port 31 is formed.

図6は、第1基板16と第2基板17を接合するときの状態であり、図7は、第1基板16の接合部分の位置を示したものであり、上述のように、第1基板16には、基板周縁に沿って接合部34bの第1基板側部分25が形成され、可動電極18の周縁に沿って絶縁膜リング42が形成される。   FIG. 6 shows a state when the first substrate 16 and the second substrate 17 are bonded, and FIG. 7 shows the position of the bonding portion of the first substrate 16, and as described above, the first substrate 16 16, the first substrate side portion 25 of the bonding portion 34 b is formed along the peripheral edge of the substrate, and the insulating film ring 42 is formed along the peripheral edge of the movable electrode 18.

一方、上述のように、第2基板17のシリコン突起部49の先端アルミニウム膜に接合材(例えば金:Au)58が付設され、周縁のエッジ部17eの先端アルミニウム膜に接合材(例えば金)59が付けられており、接合材58を介して絶縁膜リング42とシリコン突起部49(の先端アルミニウム膜)を接合し(接合部34a)、接合材59を介して第1基板側部分25とエッジ部17e(の先端アルミニウム膜)を接合する(接合部34b)ことにより、第1基板16と第2基板17とを貼り合わせて接合する。この接合は、金(Au)等の金属ではなく、樹脂系のフィルムを用いて実施することも可能である。   On the other hand, as described above, the bonding material (for example, gold: Au) 58 is attached to the tip aluminum film of the silicon protrusion portion 49 of the second substrate 17, and the bonding material (for example, gold) is attached to the tip aluminum film of the peripheral edge portion 17e. 59, and the insulating film ring 42 and the silicon protrusion 49 (the tip aluminum film thereof) are bonded via the bonding material 58 (bonding portion 34a), and the first substrate side portion 25 is bonded via the bonding material 59. By joining the edge portion 17e (the tip aluminum film thereof) (joining portion 34b), the first substrate 16 and the second substrate 17 are bonded and joined. This bonding can be performed using a resin film instead of a metal such as gold (Au).

このようにして、第1基板16と第2基板17が接合されると、図1に示されるように、変換部の可動電極18と固定電極19が平行配置され、かつこれら電極の間には所定の空間100が形成されることになり、装置においては、音圧により可動電極18が変動し、空間100を介した容量変化が電気信号として捉えられる。そして、この変換部からの信号は、信号処理回路22にて増幅等の処理が施される。   In this way, when the first substrate 16 and the second substrate 17 are joined, as shown in FIG. 1, the movable electrode 18 and the fixed electrode 19 of the conversion unit are arranged in parallel, and between these electrodes. The predetermined space 100 is formed, and in the apparatus, the movable electrode 18 fluctuates due to the sound pressure, and the capacitance change through the space 100 is captured as an electric signal. The signal from this conversion unit is subjected to processing such as amplification in the signal processing circuit 22.

上記のトランスデューサ装置の製造は、ウェーハレベルでの接合となり、図6で示される第1基板16の複数を形成したウェーハと、第2基板17の複数を形成したウェーハとをアライメントをしながら貼り合わせ、接合した後に個片化することにより、多数のトランスデューサ装置(パッケージ)が得られる。   The transducer device described above is bonded at the wafer level, and the wafer formed with a plurality of first substrates 16 and the wafer formed with a plurality of second substrates 17 shown in FIG. 6 are bonded together while being aligned. A large number of transducer devices (packages) can be obtained by dividing into individual pieces after joining.

上記実施例では、第1基板16に可動電極18、第2基板17に固定電極19を設けたが、これとは逆に、第1基板16に固定電極19、第2基板17に可動電極18を設けるようにしてもよく、また信号処理回路22やバックチャンバー30、アコースティックポート31等についても、実施例とは反対側の基板に配置してもよく、これらの構成要素は各種の配置に設計することが可能である。   In the above embodiment, the movable electrode 18 is provided on the first substrate 16 and the fixed electrode 19 is provided on the second substrate 17. On the contrary, the fixed electrode 19 is provided on the first substrate 16 and the movable electrode 18 is provided on the second substrate 17. The signal processing circuit 22, the back chamber 30, the acoustic port 31, and the like may be arranged on the substrate opposite to the embodiment, and these components are designed in various arrangements. Is possible.

以上のように、実施例では、シリコンを用いた2枚のウェーハ又は基板(16,17)を重ね、チップスケールでの接合によりパッケージ化し、更には変換部(18,19)と信号処理回路22を縦方向に並べて配置するので、製造の容易化、小型化を図ることでき、温度使用範囲も広くなる。
また、変換部(18,19)と信号処理回路22とを配線層部21を介して接続することで、ボンディングワイヤレスとなり、第1基板16と第2基板17を貼り合わせて変換部の空間100形成するので、犠牲層レスとなる。
更に、バックチャンバー30、アコースティックポート31及び空気通路32をまとめて第2基板17に形成するので、実装密度向上、低コスト化を促進できるという利点がある。
As described above, in the embodiment, two wafers or substrates (16, 17) using silicon are stacked and packaged by bonding on a chip scale, and further, the conversion unit (18, 19) and the signal processing circuit 22 are packaged. Are arranged side by side in the vertical direction, facilitating manufacturing and downsizing, and widening the temperature usage range.
In addition, by connecting the conversion units (18, 19) and the signal processing circuit 22 via the wiring layer unit 21, bonding wireless is achieved, and the first substrate 16 and the second substrate 17 are bonded together to convert the space 100 of the conversion unit. Since it is formed, the sacrificial layer is eliminated.
Further, since the back chamber 30, the acoustic port 31, and the air passage 32 are collectively formed on the second substrate 17, there is an advantage that improvement in mounting density and cost reduction can be promoted.

1,19…固定電極、 2,18…可動電極、
3…変換部、 4,22…信号処理回路、
13…バックチャンバー、
16…第1基板、 17…第2基板、
17e…エッジ部、 21…配線層部、
25…接合部34bの第1基板側部分、
26…スルーホールビア、 27…外部端子、
30…バックチャンバー(キャビティ)、
31…アコースティックポート、 32…空気通路、
34a,34b…接合部、 42…絶縁膜リング、
49…シリコン突起部、 100…空間。
1, 19 ... fixed electrode, 2, 18 ... movable electrode,
3 ... Conversion unit 4,22 ... Signal processing circuit,
13 ... Back chamber,
16 ... 1st board | substrate, 17 ... 2nd board | substrate,
17e ... edge part, 21 ... wiring layer part,
25 ... the first substrate side portion of the joint 34b,
26 ... through-hole via, 27 ... external terminal,
30: Back chamber (cavity),
31 ... Acoustic port, 32 ... Air passage,
34a, 34b ... junction, 42 ... insulating film ring,
49 ... Silicon protrusion, 100 ... Space.

Claims (7)

変換部の固定電極を形成した第1基板と、上記変換部の可動電極を形成した第2基板とを設け、
上記固定電極と可動電極との間に所定の空間を確保しかつこの両電極を平行に配置しながら、上記第1基板と第2基板を接合してなるトランスデューサ装置。
A first substrate on which the fixed electrode of the conversion unit is formed, and a second substrate on which the movable electrode of the conversion unit is formed;
A transducer device formed by joining the first substrate and the second substrate while securing a predetermined space between the fixed electrode and the movable electrode and arranging the electrodes in parallel.
上記第1基板又は第2基板の少なくとも一方に、上記変換部からの信号を処理する信号処理回路を設けたことを特徴とする請求項1記載のトランスデューサ装置。   The transducer device according to claim 1, wherein a signal processing circuit for processing a signal from the conversion unit is provided on at least one of the first substrate and the second substrate. 上記信号処理回路をシリコンからなる上記第1基板又は第2基板に形成し、この信号処理回路と上記変換部とを配線層にて接続したことを特徴とする請求項2記載のトランスデューサ装置。   3. The transducer device according to claim 2, wherein the signal processing circuit is formed on the first substrate or the second substrate made of silicon, and the signal processing circuit and the converter are connected by a wiring layer. 上記第1基板又は第2基板のいずれか一方の基板において、その中心部に上記変換部と連通するキャビティを形成すると共に、このキャビティの周辺部に、外気への開口から上記変換部へ連通する空気通路を形成することを特徴とする請求項1乃至3記載のトランスデューサ装置。   In either one of the first substrate and the second substrate, a cavity that communicates with the conversion unit is formed at the center of the substrate, and the periphery of the cavity communicates with the conversion unit through an opening to the outside air. 4. The transducer device according to claim 1, wherein an air passage is formed. 第1ウェーハに複数の変換部の固定電極を形成し、
第2ウェーハに複数の上記変換部の可動電極を形成し、
各々の上記固定電極と各々の上記可動電極との間に所定の空間を確保しかつこの両電極を平行に配置しながら、上記第1ウェーハと第2ウェーハを重ねて接合し、
接合した第1及び第2ウェーハを個片化して製作するトランスデューサ装置の製造方法。
Forming fixed electrodes of a plurality of converters on the first wafer;
Forming a plurality of movable electrodes of the converter on the second wafer;
While securing a predetermined space between each of the fixed electrodes and each of the movable electrodes and arranging the electrodes in parallel, the first wafer and the second wafer are overlapped and bonded,
A method for manufacturing a transducer device, wherein the bonded first and second wafers are manufactured as individual pieces.
上記第1ウェーハ又は第2ウェーハのいずれか一方の個々の装置単位において、装置の縦方向で上記変換部と並ぶ位置に該変換部からの信号を処理する信号処理回路を設け、この信号処理回路と上記変換部とを配線層にて接続したことを特徴とする請求項5記載のトランスデューサ装置の製造方法。   A signal processing circuit for processing a signal from the conversion unit is provided at a position aligned with the conversion unit in the vertical direction of the apparatus in each device unit of either the first wafer or the second wafer, and the signal processing circuit 6. The method of manufacturing a transducer device according to claim 5, wherein the converter and the converter are connected by a wiring layer. 上記第1ウェーハ又は第2ウェーハのいずれか一方の基板の個々の装置単位において、その中心部に上記変換部と連通するキャビティを形成すると共に、このキャビティの周辺部に、外気への開口から上記変換部へ連通する空気通路を形成することを特徴とする請求項5又は6記載のトランスデューサ装置の製造方法。   In each device unit of the substrate of either the first wafer or the second wafer, a cavity communicating with the conversion unit is formed at the center, and the opening to the outside air is formed at the periphery of the cavity. 7. The method of manufacturing a transducer device according to claim 5, wherein an air passage communicating with the conversion unit is formed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020049814A1 (en) * 2018-09-04 2020-03-12 株式会社村田製作所 Manufacturing method for mems device, and mems device
CN115134695A (en) * 2021-03-24 2022-09-30 华为技术有限公司 Pickup structure for microphone and electronic terminal device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020049814A1 (en) * 2018-09-04 2020-03-12 株式会社村田製作所 Manufacturing method for mems device, and mems device
CN112567500A (en) * 2018-09-04 2021-03-26 株式会社村田制作所 Method for manufacturing MEMS device and MEMS device
JPWO2020049814A1 (en) * 2018-09-04 2021-08-12 株式会社村田製作所 Manufacturing method of MEMS device and MEMS device
JP7047922B2 (en) 2018-09-04 2022-04-05 株式会社村田製作所 Manufacturing method of MEMS device and MEMS device
US11597648B2 (en) 2018-09-04 2023-03-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. MEMS device manufacturing method and mems device
CN115134695A (en) * 2021-03-24 2022-09-30 华为技术有限公司 Pickup structure for microphone and electronic terminal device

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