JP2017181118A - 圧力センサとその製造方法 - Google Patents
圧力センサとその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017181118A JP2017181118A JP2016064778A JP2016064778A JP2017181118A JP 2017181118 A JP2017181118 A JP 2017181118A JP 2016064778 A JP2016064778 A JP 2016064778A JP 2016064778 A JP2016064778 A JP 2016064778A JP 2017181118 A JP2017181118 A JP 2017181118A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- pressure sensor
- metallic glass
- sensor according
- microphone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
- B81B3/0067—Mechanical properties
- B81B3/0072—For controlling internal stress or strain in moving or flexible elements, e.g. stress compensating layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
- B81C1/0015—Cantilevers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
- G01L23/12—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by changing capacitance or inductance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
- H04R31/003—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor for diaphragms or their outer suspension
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
- H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
- H04R7/04—Plane diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/304—Beam type
- H10N30/306—Cantilevers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0257—Microphones or microspeakers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0264—Pressure sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
- B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/003—Mems transducers or their use
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
[1] 金属ガラスからなるダイヤフラムを備える、圧力センサ。
[2] ダイヤフラムの厚さが場所によって異なる、前記[1]に記載の圧力センサ。
[3] 前記ダイヤフラムと対向する電極を備え、
前記ダイヤフラムと前記電極とで静電容量を形成する、前記[1]又は[2]に記載の圧力センサ。
[4] 前記ダイヤフラムの振動信号を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路と前記ダイヤフラムが同一のダイに設けられている、前記[1]乃至[3]の何れかに記載の圧力センサ。
[5] 前記ダイヤフラムが引張応力を有する、前記[1]乃至[4]の何れかに記載の圧力センサ。
[6] 前記ダイヤフラムが0より大きく500MPa以下の引張応力を有する、前記[1]乃至[4]の何れかに記載の圧力センサ。
[7] 同一のダイの上に複数個のダイヤフラムを有する、前記[1]乃至[6]の何れかに記載の圧力センサ。
[8] 前記ダイヤフラムの数が2個以上16個以下である、前記[7]に記載の圧力センサ。
[9] 前記金属ガラスが、Zr系金属ガラス、Pd系金属ガラス、Pt系金属ガラス、Au系金属ガラス、Fe系金属ガラス、Ni系金属ガラス、Mg系金属ガラス、Co系金属ガラス、Cu系金属ガラスの何れかである、前記[1]乃至[8]の何れかに記載の圧力センサ。
[10] 前記金属ガラスがZrを主元素とする、前記[1]乃至[8]の何れかに記載の圧力センサ。
[11] 前記金属ガラスがCoを主元素とする、前記[1]乃至[8]の何れかに記載の圧力センサ。
[12] 前記金属ガラスがCuとZrを主元素とする、前記[1]乃至[8]の何れかに記載の圧力センサ。
[13] 前記[1]乃至[12]の何れかに記載の圧力センサを製造する方法であって、
対向電極となる層に複数のホールを設けるステップと、
前記ホールを埋めると共に前記対向電極層上に犠牲層を設けるステップと、
前記対向電極層の一部及び犠牲層上に金属ガラスを層状に設けるステップと、
前記対向電極、犠牲層、金属ガラス層を、基板の裏面エッチングによって基板からリリースするステップと、
前記犠牲層を取り除くステップと、
を備える、圧力センサの製造方法。
[14] 前記金属ガラスがスパッタリング法により設けられる、前記[13]に記載の圧力センサの製造方法。
[15] 前記犠牲層が樹脂からなる、前記[13]又は[14]に記載の圧力センサの製造方法。
図1は、本発明の実施形態に係る圧力センサとしてのマイクロフォンの構成を示す図である。本発明の実施形態に係るマイクロフォン10は、図1に示すように、円筒形の支持枠11に、金属ガラスからなるダイヤフラム12と、対向電極13とを備える。支持枠11はキャビティ11aを備え、対向電極13は複数のパーフォレーションホール13aを備える。図1に示す形態では、ダイヤフラム12と対向電極13とが対向しており、ダイヤフラム12の音圧による変位を静電容量として計測し、図示しない読み取り回路により電圧に変換する。
そのとき生じる電圧VACは式5で記述される。マイクロフォン10の出力電流はインピーダンスZIとすると、式6の電流IACで示される。
Step1として、対向電極となる層(「対向電極層」と呼ぶ。)31cを有する基板31を用意する。具体的には、図3Aに示すように、Si基板31a上にSiO2層31bを有しさらにSiO2層31b上にSi半導体層31cを有するSOI基板31を用意する。
Step2として、対向電極層31cに複数のホール(パーフォレーションホール)32を設ける。具体的には、図3Bに示すように、SOI基板31の表面のSi半導体層31cに複数のホール(パーフォレーションホール)32をエッチングによって設ける。また、Si半導体層31c各隅の部分を矩形状にエッチングし、SiO2層31bを露出させている。
Step3として、ホール32を埋めると共に対向電極層31c上に犠牲層33を設ける。具体的には、図3Cに示すように、ホール32を埋めると共にSi半導体層31c上に樹脂(フォトレジスト)の犠牲層33を設ける。必要に応じて、リフローによって樹脂の表面を平坦化する。
Step4として、対向電極層31cの一部及び犠牲層33上に金属ガラスを層状に設ける。具体的には、図3Dに示すように、Si半導体層31cの一部及び犠牲層33上に金属ガラス層34を設ける。ここで、金属ガラスはスパッタ法で成膜できる。金属ガラス層の一部はSiO2層34上に設けられて支持部34aとなる。ダイヤフラムの厚さを場所によって変える場合には、既設の金属ガラス上にフォトレジストをパターニングし、その上に金属ガラスをスパッタ法で成膜してリフトオフする。
次に、対向電極、犠牲層33、金属ガラス層24を、基板の裏面エッチングによって基板31からリリースする。
具体的には、Step5として、図3Eに示すように、SOI基板21の裏側のSi基板31aの一部をエッチングによって取り除き、キャビティの一部35aを構成する。
Step6として、図3Fに示すように、金属ガラス層34の裏面側まで基板31を取り除き、キャビティ35を形成する。
Step7として、図3Gに示すように、犠牲層33を酸素アッシング、有機溶媒によるエッチング、あるいは原子状水素エッチングによって取り除き、ダイヤフラム36をリリースする。
Zr系金属ガラスとして、Zr53Ti5Cu20Ni12Al10、Zr55Cu30Al10Ni5、Zr75Cu19Al6などがあり、
Pd系金属ガラスとして、Pd40Ni10Cu30P20、Pd78Cu6Si16などがあり、
Pt系金属ガラスとして、Pt58Cu15Ni5P23などがあり、
Au系金属ガラスとして、Au49Ag6Pd2Cu27Si16などがあり、
Fe系金属ガラスとして、Fe76Si9B10P5などがあり、
Ni系金属ガラスとして、Ni60Nb15Ti20Zr5などがあり、
Mg系金属ガラスとして、Mg57Cu34Nd9、Mg64Ni21Nd15などがあり、
Co系金属ガラスとして、Co56Ta9B35などがあり、
Cu系金属ガラスとして、Cu50Zr50、Cu50Zr45Al5などがある。
これらの金属ガラスはスパッタリング法で膜状に作製できる。
図4は、本発明の実施形態に係る圧力センサとしてのマイクロフォンの構成を示す図である。本発明の具体的な圧力センサとしてのマイクロフォン40は、パッケージのベース41の上に、ダイ42を搭載して構成されている。ダイ42は、対向電極43と、MEMS構造を有し金属ガラスで構成したダイヤフラム44とを備える。ダイ42は読み出し回路45を備える。ダイ42上のダイヤフラム44は読み出し回路45に接続され、読み出し回路45は、ワイヤボンディングなどの配線46により接続されている。
以下、実施例によりさらに具体的に説明する。
Step2として、加熱してフォトレジスト62をリフローした。
Step3として、金属ガラス膜63を堆積し、基板裏面にマスク64をパターニングした。ダイヤフラムの厚さを場所によって変化させる場合、この上にパターニングされた金属ガラス膜をフォトレジストを用いたリフトオフ法によって形成する。
Step4として、基板61のSiをエッチングし、キャビティ65を構成した。
Step5として、酸素アッシング又はアセトンにより、犠牲層としてのフォトレジスト62及びマスク64を除去した。
Step1として、図9Aに示すように、Si基板71の両面を酸化してSiO2層72,73とし、一方の面のSiO2層72をパターニングした。
Step2として、図9Bに示すように、SiO2層72を設けた側のホールにフォトレジスト74を設けるようパターニングし、リフローした。
Step3として、図9Cに示すように、スパッタリング法によって金属ガラス膜75を堆積した。
Step4として、図9Dに示すように、バックサイド側のSiO2層73をパターニングした。
Step5として、図9Eに示すように、Si基板71の一部を、KOHによりエッチングし、キャビティ76を形成し、フォトレジスト74を除去した。
図示したダイヤフラムは、バックプレート(対向電極)の後ろ側に配置されているが、ダイヤフラムと対向電極の上下の位置関係は逆でも良い。
ダイヤフラムの枠体への固定は、一か所でも複数箇所でもよく、ダイヤフラムの周縁部を周状に固定してもよい。
ダイヤフラムは、一様な厚みであっても、図2に示すように部分的に厚い部位を設けてもよい。さらには、図11に示すように、ダイヤフラム60,70,80にスリット61,71,81を設けて、ダイヤフラムを2分割、3分割、4分割又はそれ以上に分割してもよい。その場合、ダイヤフラムは片持ち式で保持される。また、ダイヤフラムは、平面視で、円形、矩形等の各種形状を有するようにしてもよい。
11:支持枠
12:ダイヤフラム
13:対向電極
13a:パーフォレーションホール
20:マイクロフォン
21:ダイヤフラム
22:MEMSダイ
23:キャビティ
24:基板
25:パートレーションホール
26:対向電極
21a:厚い部分
21b:薄い部分
30:マイクロフォン
31:基板(SOI基板)
31a:基板
31b:SiO2層
31c:対向電極層(半導体層)
32:ホール(パーフォレーションホール)
33:犠牲層
34:金属ガラス層
34a:支持部
35:キャビティ
35a:キャビティの一部
36:ダイヤフラム
40:マイクロフォン
41:パッケージのベース
42:ダイ
43:対向電極
44:ダイヤフラム
45:読み出し回路
46:配線
50:マイクロフォン
51:パッケージのベース
51a:サウンドホール
51b:配線
52:ダイ
53:対向電極
54:ダイヤフラム
55:読み出し回路
56:バンプ
57:封止材(樹脂)
60,70,80:ダイヤフラム
61,71,81:スリット
[1] キャビティを有するシリコン基板と、
金属ガラスからなるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムと絶縁され、複数のホールを有する対向電極と、
を備え、
前記ダイヤフラムと前記対向電極とが隙間を有して対向するように前記シリコン基板上に設けられ、前記ダイヤフラム及び前記対向電極が前記キャビティにより前記シリコン基板からリリースされている、圧力センサ。
[2] 前記ダイヤフラムが複数に分割されており、各分割されたダイヤフラムのそれぞれが片持ちで保持されている、前記[1]に記載の圧力センサ。
[3] 前記ダイヤフラムの共振周波数が可聴域より高い、前記[1]又は[2]に記載の圧力センサ。
[4] 前記ダイヤフラムの厚さが場所によって異なる、前記[1]乃至[3]の何れかに記載の圧力センサ。
[5] 前記ダイヤフラムの振動信号を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路と前記ダイヤフラムが同一のダイに設けられている、前記[1]乃至[4]の何れかに記載の圧力センサ。
[6] 前記ダイヤフラムが0より大きく500MPa以下の引張応力を有する、前記[1]乃至[5]の何れかに記載の圧力センサ。
[7] 同一のダイの上に2個以上16個以下のダイヤフラムを有する、前記[1]乃至[6]の何れかに記載の圧力センサ。
[8] 前記金属ガラスが、Zr系金属ガラス、Pd系金属ガラス、Pt系金属ガラス、Au系金属ガラス、Fe系金属ガラス、Ni系金属ガラス、Mg系金属ガラス、Co系金属ガラス、Cu系金属ガラスの何れかである、前記[1]乃至[7]の何れかに記載の圧力センサ。
[9] 前記金属ガラスが、Zr、Co、CuZrの何れかを主成分とする、前記[1]乃至[8]の何れかに記載の圧力センサ。
[10] 前記[1]乃至[9]の何れかに記載の圧力センサを製造する方法であり、
対向電極となる層に複数の前記ホールを設けるステップと、
前記ホールを埋めると共に前記対向電極となる層上に犠牲層を設けるステップと、
前記対向電極となる層の一部及び犠牲層上に金属ガラスを層状に設けるステップと、
前記対向電極、犠牲層、金属ガラス層を、基板の裏面エッチングによって基板からリリースするステップと、
前記犠牲層を取り除くステップと、
を備える、圧力センサの製造方法。
[11] 前記金属ガラスがスパッタリング法により設けられる、前記[10]に記載の圧力センサの製造方法。
[12] 前記犠牲層が樹脂からなる、前記[10]又は[11]に記載の圧力センサの製造方法。
ただし、xpはダイヤフラム12の中心(r=0)での変位(最大変位)である。
Step1として、対向電極となる層(「対向電極層」と呼ぶ。)31cを有する基板31を用意する。具体的には、図3Aに示すように、Si基板31a上にSiO2層31bを有しさらにSiO2層31b上にSi半導体層31cを有するSOI基板31を用意する。
Step2として、対向電極層31cに複数のホール(パーフォレーションホール)32を設ける。具体的には、図3Bに示すように、SOI基板31の表面のSi半導体層31cに複数のホール(パーフォレーションホール)32をエッチングによって設ける。また、Si半導体層31c各隅の部分を矩形状にエッチングし、SiO2層31bを露出させている。
Step3として、ホール32を埋めると共に対向電極層31c上に犠牲層33を設ける。具体的には、図3Cに示すように、ホール32を埋めると共にSi半導体層31c上に樹脂(フォトレジスト)の犠牲層33を設ける。必要に応じて、リフローによって樹脂の表面を平坦化する。
Step4として、対向電極層31cの一部及び犠牲層33上に金属ガラスを層状に設ける。具体的には、図3Dに示すように、Si半導体層31cの一部及び犠牲層33上に金属ガラス層34を設ける。ここで、金属ガラスはスパッタ法で成膜できる。金属ガラス層34の一部はSiO2層31b上に設けられて支持部34aとなる。ダイヤフラムの厚さを場所によって変える場合には、既設の金属ガラス上にフォトレジストをパターニングし、その上に金属ガラスをスパッタ法で成膜してリフトオフする。
次に、対向電極、犠牲層33、金属ガラス層24を、基板31の裏面エッチングによって基板31からリリースする。
具体的には、Step5として、図3Eに示すように、SOI基板31の裏側のSi基板31aの一部をエッチングによって取り除き、キャビティの一部35aを構成する。
Step6として、図3Fに示すように、Si半導体層31cの裏面側まで基板31を取り除き、キャビティ35を形成する。
Step7として、図3Gに示すように、犠牲層33を酸素アッシング、有機溶媒によるエッチング、あるいは原子状水素エッチングによって取り除き、ダイヤフラム36をリリースする。
Zr系金属ガラスとして、Zr53Ti 5 Cu20Ni12Al10、Zr55Cu3
0Al10Ni5、Zr75Cu19 Al 6 などがあり、
Pd系金属ガラスとして、Pd40Ni10Cu30P20、Pd78Cu6Si16
などがあり、
Pt系金属ガラスとして、Pt58Cu15Ni5P23などがあり、
Au系金属ガラスとして、Au49Ag6Pd2Cu27Si16などがあり、
Fe系金属ガラスとして、Fe76Si9B10P5などがあり、
Ni系金属ガラスとして、Ni60Nb15Ti20Zr5などがあり、
Mg系金属ガラスとして、Mg57Cu34Nd9、Mg64Ni21Nd15などが
あり、
Co系金属ガラスとして、Co56Ta9B35などがあり、
Cu系金属ガラスとして、Cu50Zr50、Cu50Zr45Al5などがある。
これらの金属ガラスはスパッタリング法で膜状に作製できる。
図4は、本発明の実施形態に係る圧力センサとしてのマイクロフォンの構成を示す図である。本発明の具体的な圧力センサとしてのマイクロフォン40は、パッケージのベース41の上に、ダイ42を搭載して構成されている。ダイ42は、対向電極43と、MEMS構造を有し金属ガラスで構成したダイヤフラム44とを備える。ダイ42は読み出し回路45を備える。ダイ42上のダイヤフラム44は読み出し回路45に接続され、読み出し回路45は、ワイヤボンディングなどの配線46によりベース41に接続されている。
.2nm程度であり、十分平滑な金属ガラス薄膜が形成されていることが分かった。
Step1として、Si基板71の両面を酸化してSiO2層72,73とし、一方の面のSiO2層72をパターニングした。
Step2として、SiO2層72を設けた側のホールにフォトレジスト74を設けるようパターニングし、リフローした。
Step3として、スパッタリング法によって金属ガラス膜75を堆積した。
Step4として、バックサイド側のSiO2層73をパターニングした。
Step5として、Si基板71の一部を、KOHによりエッチングし、キャビティ76を形成し、フォトレジスト74を除去した。
11:支持枠
12:ダイヤフラム
13:対向電極
13a:パーフォレーションホール
20:マイクロフォン
21:ダイヤフラム
22:MEMSダイ
23:キャビティ
24:基板
25:パーフォレーションホール
26:対向電極
21a:厚い部分
21b:薄い部分
30:マイクロフォン
31:基板(SOI基板)
31a:基板
31b:SiO2層
31c:対向電極層(半導体層)
32:ホール(パーフォレーションホール)
33:犠牲層
34:金属ガラス層
34a:支持部
35:キャビティ
35a:キャビティの一部
36:ダイヤフラム
40:マイクロフォン
41:パッケージのベース
42:ダイ
43:対向電極
44:ダイヤフラム
45:読み出し回路
46:配線
50:マイクロフォン
51:パッケージのベース
51a:サウンドホール
51b:配線
52:ダイ
53:対向電極
54:ダイヤフラム
55:読み出し回路
56:バンプ
57:封止材(樹脂)
60,70,80:ダイヤフラム
61,71,81:スリット
[1] キャビティを有するシリコン基板と、
金属ガラスからなり、可聴域より共振周波数が高くなる範囲の引張応力を有するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムと絶縁され、複数のホールを有する対向電極と、
を備え、
前記ダイヤフラムと前記対向電極とが隙間を有して対向するように前記シリコン基板上に設けられ、前記ダイヤフラム及び前記対向電極が前記キャビティにより前記シリコン基板からリリースされている、圧力センサ。
[2] 前記ダイヤフラムが複数に分割されており、各分割されたダイヤフラムのそれぞれが片持ちで保持されている、前記[1]に記載の圧力センサ。
[3] 前記ダイヤフラムの厚さが場所によって異なる、前記[1]又は[2]に記載の圧力センサ。
[4] 前記ダイヤフラムが、蜂巣状、格子状若しくは放射状、又はそれらの組み合わせ形状で厚い部分と当該厚い部分を囲む薄い部分とからなる、前記[3]に記載の圧力センサ。
[5] 前記ダイヤフラムの振動信号を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路と前記ダイヤフラムが同一のダイに設けられている、前記[1]乃至[4]の何れかに記載の圧力センサ。
[6] 前記ダイヤフラムが0より大きく500MPa以下の引張応力を有する、前記[1]乃至[5]の何れかに記載の圧力センサ。
[7] 同一のダイの上に2個以上16個以下のダイヤフラムを有する、前記[1]乃至[6]の何れかに記載の圧力センサ。
[8] 前記金属ガラスが、Zr系金属ガラス、Pd系金属ガラス、Pt系金属ガラス、Au系金属ガラス、Fe系金属ガラス、Ni系金属ガラス、Mg系金属ガラス、Co系金属ガラス、Cu系金属ガラスの何れかである、前記[1]乃至[7]の何れかに記載の圧力センサ。
[9] 前記金属ガラスが、Zr、Co、CuZrの何れかを主成分とする、前記[1]乃至[8]の何れかに記載の圧力センサ。
[10] 前記[1]乃至[9]の何れかに記載の圧力センサを製造する方法であり、
対向電極となる層に複数の前記ホールを設けるステップと、
前記ホールを埋めると共に前記対向電極となる層上に犠牲層を設けるステップと、
前記対向電極となる層の一部及び犠牲層上に金属ガラスを層状に設けるステップと、
前記対向電極、犠牲層、金属ガラス層を、基板の裏面エッチングによって基板からリリースするステップと、
前記犠牲層を取り除くステップと、
を備える、圧力センサの製造方法。
[11] 前記金属ガラスがスパッタリング法により設けられる、前記[10]に記載の圧力センサの製造方法。
[12] 前記犠牲層が樹脂からなる、前記[10]又は[11]に記載の圧力センサの製造方法。
Claims (15)
- 金属ガラスからなるダイヤフラムを備える、圧力センサ。
- ダイヤフラムの厚さが場所によって異なる、請求項1に記載の圧力センサ。
- 前記ダイヤフラムと対向する電極を備え、
前記ダイヤフラムと前記電極とで静電容量を形成する、請求項1又は2に記載の圧力センサ。 - 前記ダイヤフラムの振動信号を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路と前記ダイヤフラムが同一のダイに設けられている、請求項1乃至3の何れかに記載の圧力センサ。 - 前記ダイヤフラムが引張応力を有する、請求項1乃至4の何れかに記載の圧力センサ。
- 前記ダイヤフラムが0より大きく500MPa以下の引張応力を有する、請求項1乃至4の何れかに記載の圧力センサ。
- 同一のダイの上に複数のダイヤフラムを有する、請求項1乃至6の何れかに記載の圧力センサ。
- 同一のダイの上に2個以上16個以下のダイヤフラムを有する、請求項7に記載の圧力センサ。
- 前記金属ガラスが、Zr系金属ガラス、Pd系金属ガラス、Pt系金属ガラス、Au系金属ガラス、Fe系金属ガラス、Ni系金属ガラス、Mg系金属ガラス、Cо系金属ガラス、Cu系金属ガラスの何れかである、請求項1乃至8の何れかに記載の圧力センサ。
- 前記金属ガラスがZrを主元素とする、請求項1乃至8の何れかに記載の圧力センサ。
- 前記金属ガラスがCoを主元素とする、請求項1乃至8の何れかに記載の圧力センサ。
- 前記金属ガラスがCuとZrを主元素とする、請求項1乃至8の何れかに記載の圧力センサ。
- 請求項1乃至12の何れかに記載の圧力センサを製造する方法であり、
対向電極となる層に複数のホールを設けるステップと、
前記ホールを埋めると共に前記対向電極層上に犠牲層を設けるステップと、
前記対向電極層の一部及び犠牲層上に金属ガラスを層状に設けるステップと、
前記対向電極、犠牲層、金属ガラス層を、基板の裏面エッチングによって基板からリリースするステップと、
前記犠牲層を取り除くステップと、
を備える、圧力センサの製造方法。 - 前記金属ガラスがスパッタリング法により設けられる、請求項13に記載の圧力センサの製造方法。
- 前記犠牲層が樹脂からなる、請求項13又は14に記載の圧力センサの製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016064778A JP6132047B1 (ja) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | 圧力センサとその製造方法 |
US16/337,029 US10900854B2 (en) | 2016-03-28 | 2017-03-27 | Pressure sensor and method of producing the same |
PCT/JP2017/012492 WO2017170456A1 (ja) | 2016-03-28 | 2017-03-27 | 圧力センサとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016064778A JP6132047B1 (ja) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | 圧力センサとその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6132047B1 JP6132047B1 (ja) | 2017-05-24 |
JP2017181118A true JP2017181118A (ja) | 2017-10-05 |
Family
ID=58745770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016064778A Active JP6132047B1 (ja) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | 圧力センサとその製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10900854B2 (ja) |
JP (1) | JP6132047B1 (ja) |
WO (1) | WO2017170456A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017223869B4 (de) * | 2017-12-29 | 2021-09-02 | Infineon Technologies Ag | MEMS-Bauelement und mobiles Gerät mit dem MEMS-Bauelement |
JP6961639B2 (ja) | 2019-03-19 | 2021-11-05 | 株式会社東芝 | 圧力センサ |
JP7157019B2 (ja) | 2019-08-07 | 2022-10-19 | 株式会社東芝 | 圧力センサ |
US20210214212A1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-07-15 | Texas Instruments Incorporated | Microelectromechanical system (mems) device with backside pinhole release and re-seal |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004045048A (ja) * | 2002-07-08 | 2004-02-12 | Nagano Keiki Co Ltd | 物理量検出器 |
JP2008155333A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Japan Science & Technology Agency | 金属ガラスを用いたマイクロマシン及びそれを用いたセンサ並びにその製造方法 |
JP4770605B2 (ja) * | 2006-06-26 | 2011-09-14 | ヤマハ株式会社 | 平衡出力マイクロホンおよび平衡出力マイクロホンの製造方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62233999A (ja) | 1986-04-03 | 1987-10-14 | Tdk Corp | 電気音響変換器 |
US5870482A (en) | 1997-02-25 | 1999-02-09 | Knowles Electronics, Inc. | Miniature silicon condenser microphone |
US7863714B2 (en) | 2006-06-05 | 2011-01-04 | Akustica, Inc. | Monolithic MEMS and integrated circuit device having a barrier and method of fabricating the same |
US8121315B2 (en) * | 2007-03-21 | 2012-02-21 | Goer Tek Inc. | Condenser microphone chip |
KR101606780B1 (ko) | 2008-06-30 | 2016-03-28 | 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시건 | 압전 mems 마이크로폰 |
EP2692153B1 (en) | 2011-03-31 | 2016-12-28 | Vesper Technologies Inc. | Acoustic transducer with gap-controlling geometry and method of manufacturing an acoustic transducer |
US20120328132A1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-12-27 | Yunlong Wang | Perforated Miniature Silicon Microphone |
US9487386B2 (en) | 2013-01-16 | 2016-11-08 | Infineon Technologies Ag | Comb MEMS device and method of making a comb MEMS device |
US9728653B2 (en) | 2013-07-22 | 2017-08-08 | Infineon Technologies Ag | MEMS device |
CN105721997B (zh) * | 2015-04-08 | 2019-04-05 | 华景科技无锡有限公司 | 一种mems硅麦克风及其制备方法 |
-
2016
- 2016-03-28 JP JP2016064778A patent/JP6132047B1/ja active Active
-
2017
- 2017-03-27 WO PCT/JP2017/012492 patent/WO2017170456A1/ja active Application Filing
- 2017-03-27 US US16/337,029 patent/US10900854B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004045048A (ja) * | 2002-07-08 | 2004-02-12 | Nagano Keiki Co Ltd | 物理量検出器 |
JP4770605B2 (ja) * | 2006-06-26 | 2011-09-14 | ヤマハ株式会社 | 平衡出力マイクロホンおよび平衡出力マイクロホンの製造方法 |
JP2008155333A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Japan Science & Technology Agency | 金属ガラスを用いたマイクロマシン及びそれを用いたセンサ並びにその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2017170456A1 (ja) | 2017-10-05 |
US20190301956A1 (en) | 2019-10-03 |
JP6132047B1 (ja) | 2017-05-24 |
US10900854B2 (en) | 2021-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9809444B2 (en) | System and method for a differential comb drive MEMS | |
CN107285273B (zh) | 用于梳状驱动mems装置的系统和方法 | |
JP6132047B1 (ja) | 圧力センサとその製造方法 | |
US8934648B2 (en) | Support apparatus for microphone diaphragm | |
US9266716B2 (en) | MEMS acoustic transducer with silicon nitride backplate and silicon sacrificial layer | |
US7885423B2 (en) | Support apparatus for microphone diaphragm | |
US8509462B2 (en) | Piezoelectric micro speaker including annular ring-shaped vibrating membranes and method of manufacturing the piezoelectric micro speaker | |
JPWO2010079574A1 (ja) | Memsデバイス | |
GB2452877A (en) | Fabrication of MEMS capacitive microphone | |
TW201526666A (zh) | 整合cmos/meme麥克風晶片 | |
TW201123927A (en) | Capacitive sensor and manufacturing method thereof | |
Kim et al. | Bi-directional electrostatic microspeaker with two large-deflection flexible membranes actuated by single/dual electrodes | |
CN105704622A (zh) | 用于电容式传声器隔膜的支撑设备 | |
US7239712B1 (en) | Inductor-based MEMS microphone | |
US8710601B2 (en) | MEMS structure and method for making the same | |
JP6650154B2 (ja) | 圧力センサ | |
US20210314718A1 (en) | Process of fabricating lateral mode capacitive microphone including a capacitor plate with sandwich structure | |
CN114702002A (zh) | 电子器件及其制造方法 | |
Chang et al. | Novel in-plane gap closing CMOS-MEMS microphone with no back-plate | |
KR20210022491A (ko) | 듀얼 백플레이트 트랜스듀서들에 대한 멤브레인 지지 | |
TWI498272B (zh) | Microelectromechanical system device and manufacturing method thereof | |
US11878905B2 (en) | Micro-electromechanical system device and method of forming the same | |
Huang et al. | Design and implementation of a novel CMOS mems condenser microphone with corrugated diaphragm |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170228 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170321 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170403 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6132047 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |