JP5317231B2 - マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 - Google Patents

マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 Download PDF

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Description

本発明は、概してマイクロ機械加工されたデバイスに関し、より具体的には、マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよび慣性センサに関する。
マイクロ機械加工されたマイクロフォンは、通常は、薄いダイヤフラム電極および該ダイヤフラム電極と並んで配置された固定感知電極を含む。ダイヤフラム電極および固定感知電極は、コンデンサのプレートのように機能する。マイクロフォンの動作の間、電荷が、ダイヤフラム電極および固定感知電極に置かれる。音波に反応してダイヤフラム電極が振動する際に、ダイヤフラム電極と固定感知電極との間の距離の変化は、音波に対応する静電容量の変化を生む。
図１は、当該分野に公知のマイクロ機械加工されたマイクロフォンの一般的な構造を示す。とりわけ、マイクロ機械加工されたマイクロフォンは、ダイヤフラム１０２およびブリッジ１０４を含む。ダイヤフラム１０２およびブリッジ１０４は、容量性回路に対する電極として機能する。示されるように、ブリッジ１０４は、穿孔されることによって、音波がダイヤフラム１０２に到達することを可能にし得る。代替的または追加的に、音波は、他のチャネルを介してダイヤフラムに到達するようになされ得る。いずれの場合においても、音波は、ダイヤフラムを振動させ、該振動は、ダイヤフラム１０２とブリッジ１０４との間の静電容量の変化として感知され得る。マイクロ機械加工されたマイクロフォンは、通常は、ダイヤフラム１０２が自由に動くことを可能にするために、ダイヤフラム１０２の後ろに実質的な空洞１０６を含む。
通常のマイクロ機械加工されたマイクロフォンにおいて、音波は、固定感知電極における穿孔を介してダイヤフラムに到達する。穿孔の大きさおよび深さは、音響再生の品質に影響を及ぼし得る。
本発明の実施形態は、マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマイクロ機械加工されたマルチセンサ（マイクロフォンおよび慣性センサの両方を単一のチップ上に含む）を含み、これらは、非常に小型で薄くあり得る。マイクロ機械加工されたデバイスに対する特定の市場、例えば携帯電話および携帯情報端末（ＰＤＡ）は、小型で薄い構成部品に相当な価値を置いている。
本発明の一局面に従って、少なくとも１つのシリコン層を有するウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを生成する方法が提供される。該方法は、第１のシリコン層の表側に少なくとも１つの酸化物層を形成することと、少なくとも１つの酸化物層にダイヤフラムを含む複数のポリシリコンのマイクロフォン構造を形成することと、第１のシリコン層を介して形成された複数のトレンチを介して、第１のシリコン層の裏側から複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の一部を除去することとを含む。複数のトレンチは、音波が、第１のシリコン層の裏側からダイヤフラムに到達することを可能にする。例示目的のために、この例示的な実施例における音パスは、裏側からダイヤフラムに到達するように記述される。しかし、表側の音パスは、同等であり、本明細書中に記述された全ての工程および設計のバリエーションの記述において援用される。
本発明の特定の実施形態において、少なくとも１つの酸化物層は、第１のシリコン層の表側に単一の酸化物層を堆積させることによって、第１のシリコン層の表側に形成され得る。本発明の他の実施形態において、少なくとも１つの酸化物層は、第１のシリコン層を介して前記トレンチを形成することと、該第１のシリコン層の表側を覆い、該トレンチをライニングする少なくとも１つの酸化物層を堆積させることと、該第１の酸化物層に複数の犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造を形成することと、該第１の酸化物層および該犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造の上に第２の酸化物層を堆積させることと、該犠牲のポリシリコンマイクロフォン構造を除去することによって、第１のシリコン層の表側に形成され得る。本発明の特定の実施形態において、複数の犠牲のポリシリコン構造は、第１の酸化物層を覆いライニングされたトレンチを充填するポリシリコン層を堆積させることと、該ポリシリコン層をパターニングすることによって複数の犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造を形成することによって、第１の酸化物層に形成される。ＸｅＦ２が、ポリシリコンの犠牲エッチング材料および本記述に渡るエッチング工程の例示的な実施例として用いられる。しかし、他のシリコン腐食液およびエッチング工程が用いられ得、本明細書中に記述された全ての工程および設計のバリエーションの記述に援用される。
複数のポリシリコン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の部分を除去する前に、追加の酸化物層が、該少なくとも１つの酸化物層および該複数のポリシリコン構造の上に形成され得、該追加の酸化物層は、パターニングされることによって、ポリシリコン構造の一部および第１のシリコン層の一部を露出し得、金属電極が、ポリシリコン構造の露出された部分および第１のシリコン層の露出された部分に形成され得る。少なくとも１つの金属ボンドパッドもまた、同時に形成され得る。不活性化層（通常は窒化物層によって覆われる酸化物層を含む）は、金属電極の上に形成され得る。不活性化層は、パターニングされることによってダイやフラムの縁の少なくとも一部を露出し得、ペデスタルが、例えばダイヤフラムの縁の露出した部分の上に第１のフォトレジスト層を堆積させることと、フォトレジスト材料をパターニングすることによってダイヤフラムの縁の部分を再び露出させることと、ダイヤフラムの縁の部分の下の酸化物の部分を除去することと、ダイヤフラムの縁の下でペデスタルを形成する第２のフォトレジスト層を堆積させることによって、ダイヤフラムの縁の下に形成され得る。同様に、フォトレジストは、ダイヤフラムにおける穴の上にパターニングされることによって、酸化物の一部分が、ダイヤフラムの下で除去されることを可能にする。複数のこれらの位置におけるフォトレジストの第２の層は、ダイヤフラムの下に直接的に複数のペデスタルを形成する。複数のポリシリコン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の部分の除去の間、ペデスタルは、ダイヤフラムを支持する。複数のポリシリコン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の部分の除去の後に、ペデスタルは除去される。留意すべきは、ダイヤフラムの下へのペデスタルの形成、犠牲材料の除去およびペデスタルの除去のために記述された技術は、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」と題する米国特許第５，３１４，５７２号に記述された技術と同様または関連することがあり得、その全体は本明細書中に参照により援用される。
本発明の特定の実施形態において、マイクロフォンおよび慣性センサを含むマルチセンサが、同一のウェハ上に形成され得る。ポリシリコンのマイクロフォン構造の形成の間に複数のポリシリコンの慣性センサ構造を形成し、複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の部分の除去の間に、第１のシリコン層を介する少なくとも１つのトレンチを介して、第１のシリコン層の裏側から複数のポリシリコンの慣性センサ構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の一部分を除去することによって、慣性センサは部分的に形成される。マイクロフォンと同様に、複数の犠牲のポリシリコン慣性センサ構造は、複数の犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造の形成の間に第１の酸化物層上に形成され得、第２の酸化物層は、犠牲のポリシリコンの慣性センサ構造の上に堆積され得、犠牲のポリシリコンの慣性センサ構造は、除去され得る。ポリシリコン層は、好適には、犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造の形成の間に複数の犠牲のポリシリコンの慣性センサ構造を形成するためにパターニングされる。
本発明の特定の実施形態において、ウェハは、ＳＯＩウェハであり、該ＳＯＩウェハは、第２のシリコン層と、第１のシリコン層と該第２のシリコン層との間の中間酸化物層とをさらに含む。この場合において、第１のシリコン層の裏側から複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の部分を除去することは、裏側の空洞を形成するために第２のシリコン層および中間酸化物層の下にある部分を除去することと、裏側の空洞を介して複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の部分を除去することとを含み得る。マルチセンサの場合において、裏側の空洞は、マイクロフォンおよび慣性センサの両方のために形成され得、マイクロフォンおよび慣性センサ構造の下にある酸化物の部分は、裏側の空洞を介して除去される。ガラス層は、第２のシリコン層の裏側に形成されることによって、慣性センサの裏側の空洞を覆い、密封し得るが、マイクロフォンの裏側の空洞は覆わない。
本発明の別の局面に従って、装置が提供され、該装置は、少なくとも第１のシリコン層を有するウェハを含み、第１のシリコン層を介して形成された複数のトレンチと、第１のシリコン層の表側の上に形成された、ダイヤフラムを含む複数のポリシリコンのマイクロフォン構造とを含む。第１のシリコン層の表側に少なくとも１つの酸化物層を堆積させ、少なくとも１つの酸化物層上にポリシリコンのマイクロフォン構造を形成し、複数のトレンチを介して第１のシリコン層の裏側から、複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層の一部分を実質的に除去することによって、複数のポリシリコンのマイクロフォン構造は形成される。複数のトレンチは、音波が、第１のシリコン層の裏側からダイヤフラムに到達することを可能にする。
本発明の特定の実施形態において、装置はまた、第１のシリコンウェハの表側の上に形成された複数のポリシリコンの慣性センサ構造を含み得、該複数のポリシリコンのマイクロフォン構造および複数のポリシリコンの慣性センサ構造は、実質的に同時に、実質的に同一の工程を用いて形成される。
本発明の特定の実施形態において、ウェハは、ＳＯＩウェハであり、該ＳＯＩウェハは、第２のシリコン層と、第１のシリコン層と該第２のシリコン層との間の中間酸化物層とを含み、この場合において、第２のシリコン層の下にある部分および中間酸化物層は、トレンチを露出させる裏側の空洞を形成するために除去される。トレンチは、裏側の空洞を介する第１のシリコン層を介して形成され得る。
本発明の別の局面に従って、同一のウェハ上に形成されたマイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマイクロ機械加工された慣性センサを含む装置が提供される。マイクロフォンおよび慣性センサは、ウェハの上面シリコン層の表側の上に形成されたポリシリコン構造を含む。上面シリコン層は、複数のトレンチを含み、該トレンチは、製造の間に上面シリコン層の裏側からポリシリコン構造の下にある酸化物の除去を可能にし、また、音波が、裏側からマイクロフォンダイヤフラムに到達することを可能にする。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
少なくとも第１のシリコン層を有するウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを製造する方法であって、該方法は、
該第１のシリコン層の表側に少なくとも１つの酸化物層を形成することと、
少なくとも１つの該酸化物層に、ダイヤフラムを含む複数のポリシリコンマイクロフォン構造を形成することと、
該第１のシリコン層を介して形成された複数のトレンチを介して、該第１のシリコン層の裏側から、複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある少なくとも１つの酸化物層のうちの一部分を除去することと
を包含する、方法。
（項目２）
前記第１のシリコン層の前記表側に少なくとも１つの酸化物層を形成することは、
該第１のシリコン層を介して前記トレンチを形成することと、
該第１のシリコン層の表側を覆い、該トレンチをライニングする少なくとも１つの酸化物層を堆積させることと、
該第１の酸化物層に複数の犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造を形成することと、
該第１の酸化物層および該犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造の上に第２の酸化物層を堆積させることと、
該犠牲のポリシリコンマイクロフォン構造を除去することと
を包含する、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第１の酸化物層に前記複数の犠牲のポリシリコン構造を形成することは、
該第１の酸化物層を覆い前記ライニングされたトレンチを充填するポリシリコン層を堆積させることと、
該ポリシリコン層をパターニングすることによって複数の犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造を形成することと
を包含する、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記複数のポリシリコン構造の下にある前記少なくとも１つの酸化物層の前記一部分を除去する前に、
該少なくとも１つの酸化物層および前記複数のポリシリコン構造の上に追加の酸化物層を形成することと、
該追加の酸化物層をパターニングすることによってポリシリコン構造の一部および前記第１のシリコン層の一部を露出させることと、
該ポリシリコン構造の該露出した部分および該第１のシリコン層の該露出した部分に金属電極を形成することと
を包含する、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記複数のポリシリコン構造の下にある前記少なくとも１つの酸化物層の前記一部分を除去する前に、
前記ウェハをパターニングさせることによって、前記ダイヤフラムの少なくとも一部分を露出させることと、
該ダイヤフラムの該露出した一部分の上に、該ダイヤフラムの少なくとも１つの穴の上から第１のフォトレジスト層を堆積させることと、
前記フォトレジスト材料をパターニングさせることによって、該ダイヤフラムの該一部分を再び露出させることと、
該ダイヤフラムにおける該少なくとも１つの穴の下の酸化物の一部分を除去することと、
該ダイヤフラムにおける該少なくとも１つの穴の下にペデスタルを形成する第２のフォトレジスト層を堆積させることであって、該ペデスタルは、該複数のポリシリコン構造の下にある該少なくとも１つの酸化物層の該一部分の除去の間に、該ダイヤフラムを支持することと、
該複数のポリシリコン構造の下にある該少なくとも１つの酸化物層の該一部分を除去した後に、該ペデスタルを除去することと
を包含する、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記ポリシリコンのマイクロフォン構造の形成の間に、複数の慣性センサ構造を形成することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記複数の犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造の形成の間に、前記第１の酸化物層上に複数の犠牲のポリシリコンの慣性センサ構造を形成することと、
該犠牲のポリシリコンの慣性センサ構造の上に前記第２の酸化物層を堆積させることと、
該犠牲のポリシリコンの慣性センサ構造を除去することと
をさらに包含する、項目２に記載の方法。
（項目８）
前記犠牲のポリシリコンのマイクロフォン構造の形成の間に、前記ポリシリコン層をパターニングさせることによって前記複数の犠牲のポリシリコンの慣性センサ構造を形成することをさらに包含する、項目３に記載の方法。
（項目９）
前記ウェハは、第２のシリコン層と、前記第１のシリコン層および該第２のシリコン層の間の中間酸化物層とをさらに含み、
該第１のシリコン層の前記裏側から前記複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある前記少なくとも１つの酸化物層の前記一部分を除去することは、
該第２のシリコン層および該中間酸化物層の下にある部分を除去することによって裏側の空洞を形成することと、
該裏側の空洞を介して該複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある該少なくとも１つの酸化物層の該一部分を除去することと
を包含する、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記ウェハは、第２のシリコン層と、前記第１のシリコン層および該第２のシリコン層の間の中間酸化物層とをさらに含み、
該第１のシリコン層の前記裏側から前記複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある前記少なくとも１つの酸化物層の前記一部分を除去することは、
該第２のシリコン層および該少なくとも１つの中間酸化物層の下にある部分を除去することによって前記マイクロフォンおよび前記慣性センサのための裏側の空洞を形成することと、
該裏側の空洞を介して該マイクロフォン構造および該慣性センサの構造の下にある少なくとも１つの中間材料の部分を除去することと
を包含する、項目６に記載の方法。
（項目１１）
前記第２のシリコン層の裏側にガラス層を形成することであって、該ガラス層は、前記慣性センサを覆い、密封しているが、前記マイクロフォンの前記裏側の空洞は覆っていない、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記複数のトレンチは、音波が、前記第１のシリコン層の前記裏側から前記ダイヤフラムに到達することを可能にする、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記第１のシリコン層は、ＳＯＩウェハのデバイス層である、項目１に記載の方法。
（項目１４）
少なくとも第１のシリコン層を有するウェハであって、該ウェハは、該第１のシリコン層を介して形成された複数のトレンチを含む、ウェハと、
複数のポリシリコンのマイクロフォン構造であって、ダイヤフラムを含み、該第１のシリコン層の表側の上に形成され、該複数のポリシリコンのマイクロフォン構造は、該第１のシリコン層の該表側上に少なくとも１つの酸化物層を堆積させることによって形成され、該少なくとも１つの酸化物層上に該ポリシリコンのマイクロフォン構造を形成し、該複数のトレンチを介して該第１のシリコン層の裏側から該複数のポリシリコンのマイクロフォン構造の下にある該少なくとも１つの酸化物層の一部分を実質的に除去する、複数のポリシリコンのマイクロフォン構造と
を備え、該複数のトレンチの設計は、該マイクロフォンの音響パフォーマンスに影響を及ぼす、装置。
（項目１５）
第１のシリコンウェハの表側の上に形成された複数のポリシリコンの慣性センサ構造をさらに備え、
前記複数のポリシリコンのマイクロフォン構造および該複数のポリシリコンの慣性センサ構造は、実質的に同一の工程を用いて、実質的に同時に形成される、項目１４に記載の装置。
（項目１６）
前記ウェハは、第２のシリコン層と、前記第１のシリコン層および該第２のシリコン層の間の中間酸化物層とをさらに含み、
該第２のシリコン層と該中間酸化物層との下にある部分は、前記トレンチを露出させる裏側の空洞を形成するように除去される、項目１４に記載の装置。
（項目１７）
前記トレンチは、前記裏側の空洞を介する前記第１のシリコン層を介して形成される、項目１６に記載の装置。
（項目１８）
前記複数のトレンチは、音波が、前記第１のシリコン層の前記裏側から前記ダイヤフラムに到達することを可能にする、項目１４に記載の装置。
（項目１９）
前記ダイヤフラムは、パターニングされたばね上で支持されている、項目１４に記載の装置。
（項目２０）
同一のダイ上にマイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマイクロ機械加工された慣性センサを備えている、装置。
（項目２１）
前記マイクロフォンおよび前記慣性センサは、前記ダイの上面シリコン層の表側の上に形成されたポリシリコン構造を含み、該上面シリコン層は、製造の間に該上面シリコン層の裏側から前記ポリシリコン構造の下にある酸化物の除去を可能にする複数のトレンチを含む、項目２０に記載の装置。
（項目２２）
前記マイクロ機械加工された慣性センサは、密閉式に密封されている、項目２０に記載の装置。
（項目２３）
前記ダイは、空洞と少なくとも１つのポートとを有するパッケージにおいて組み立てられる、項目２０に記載の装置。
（項目２４）
前記ポートは、フィルタによって広げられている、項目２３に記載の装置。
（項目２５）
前記フィルタは、機械的な支持部によって強化される、項目２４に記載の装置。
（項目２６）
少なくとも第１のシリコン層を有し、マイクロ機械加工されたマイクロフォンを備えている装置であって、
該第１のシリコン層を介して形成された複数のトレンチと、
複数のポリシリコンのマイクロフォン構造と
を有し、
該複数のポリシリコンのマイクロフォン構造は、ダイヤフラムを含み、該第１のシリコン層の表側の上に形成され、
空洞と少なくとも１つのポートとを有するパッケージにおいて組み立てられる、装置。
（項目２７）
複数の表面において前記少なくとも１つのポートをさらに備えている、項目２６に記載の装置。
（項目２８）
底部の表面においてポートを有するパッケージをさらに備えている、項目２６に記載の装置。
（項目２９）
前記ポートに音パスを提供する前記底面の表面において、複数の通路を有するパッケージをさらに備えている、項目２６に記載の装置。
（項目３０）
少なくとも第１のシリコン層を有し、マイクロ機械加工されたマイクロフォンを備えている装置であって、
該第１のシリコン層を介して形成された複数のトレンチと、
複数のポリシリコンのマイクロフォン構造と
を有し、
該複数のポリシリコンのマイクロフォン構造は、ダイヤフラムを含み、該第１のシリコン層の表側の上に形成され、
ＳＯＩウェハ上に製造される、装置。
（項目３１）
シリコンウェハ上に製造されたマイクロ機械加工されたマイクロフォンを備え、
該ウェハが単独になる前に薄くされる、装置。
（項目３２）
ＳＯＩウェハの使用をさらに含む、項目３１に記載の装置。
（項目３３）
同一のパッケージの中に慣性センサをさらに備えている、項目３１に記載の装置。
（項目３４）
同一のダイ上に慣性センサをさらに備えている、項目３１に記載の装置。
本発明または出願ファイルは、色付きで仕上げられた少なくとも１つの図面を含む。色付きの図面を含むこの特許または特許出願の公開の複写は、申し込みおよび必要な費用の支払いの完了とともに、特許庁によって提供される。
本発明の先述部分および利点は、添付の図面に関する本発明の以下のさらなる記述から、より完全に認識される。
特に示されない限り、図面は、同縮尺では描かれていない。
図１は、当該分野に公知のマイクロ機械加工されたマイクロフォンの一般的な構造を示す。 図２Ａは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｂは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｃは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｄは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｅは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｆは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｇは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｈは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｉは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｊは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｋは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｌは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｍは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図２Ｎは、本発明の実施形態に従って、ＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程を説明する。 図３は、本発明の実施形態に従って、マイクロ機械加工されたマイクロフォンまたはマルチセンサをＩＣウェハと結合させるデバイスに対する、例示的な構成を示す。 図４は、本発明の実施形態に従った、第１の例示的な二軸（Ｘ−Ｙ）加速度計の概括的なレイアウトを示す。 図５は、本発明の実施形態に従った、第２の例示的な二軸（Ｘ−Ｙ）加速度計の概括的なレイアウトを示す。 図６は、本発明の実施形態に従った、例示的なＺ軸加速度計の概括的なレイアウトを示す。 図７Ａは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｂは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｃは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｄは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｅは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｆは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｇは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｈは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｉは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｊは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｋは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｌは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｍは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図７Ｎは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ａは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｂは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｃは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｄは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｅは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｆは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｇは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｈは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｉは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｊは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｋは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｌは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図８Ｍは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、ＳＯＩウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ａは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｂは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｃは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｄは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｅは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｆは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｇは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｈは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｉは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｊは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｋは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｌは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｍは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｎは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。 図９Ｏは、本発明の実施形態に従った、結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を、標準的なシリコンウェハから形成する例示的な工程を説明する。
本発明の実施形態において、マイクロ機械加工されたマイクロフォンは、シリコンウェハまたはシリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）ウェハから形成される。当該分野に公知なように、ＳＯＩウェハは、通常は、デバイス層と呼ばれる上面シリコン層、中間絶縁体（酸化物）層、および通常は上面シリコン層よりもはるかに厚い（約６５０ミクロン）底面シリコン層を含む。本発明において、シリコンウェハまたはＳＯＩウェハのいずれかで形成された上面層は、本発明の一部の実施形態において約１０ミクロンの厚さであり得、他の実施形態において、さらに厚く、約５０ミクロンの厚さであり得る。本発明の実施形態において、固定感知電極（本明細書中において「バックプレート」とも呼ばれる）は、ウェハの上面シリコン層から形成され、ダイヤフラムは、上面シリコン層より上に吊るされるように形成される。穿孔が、固定感知電極において形成されることによって、音波が、ウェハの底面側からダイヤフラムに到達することを可能にする。上面シリコン層の裏側にある酸化物層は、ＳＯＩウェハの固有酸化物層またはシリコンウェハ上に堆積した酸化物層であり得、エッチ停止層として用いられることによって、固定感知電極の機械加工を制御する。本発明の特定の実施形態において、慣性センサ、例えばマイクロ機械加工された加速度計またはジャイロスコープは、マイクロフォンとして同一のウェハ上に形成される。簡素化のために、そのような配列は、下文において「マルチセンサ」と参照され得、それは、該センサが、単一のチップ上に複数のマイクロ機械加工されたセンサ要素を含むからである。マイクロフォンのダイヤフラムは、外気に触れるように開いているが、慣性センサは、密閉式に密封されるように提供される。
本発明の実施形態に従ってＳＯＩウェハからマイクロ機械加工されたマイクロフォンを形成する第１の例示的な工程は、図２Ａ〜図２Ｎを参照して記述される。
図２Ａにおいて、トレンチは、ブランクのＳＯＩウェハの上面シリコン層２０２を介して中間酸化物層２０４にエッチングされ、随意的に底面シリコン層２０６までエッチングされる。トレンチには、次いで酸化物材料２０８でライニングされる。次いで、ポリシリコン材料２１０が、ライニングされたトレンチをふさぎ、上面シリコンを覆うように堆積される。
図２Ｂにおいて、ポリシリコン材料は、パターニングおよびエッチングされることによって、後に除去される様々な犠牲構造２１２を形成する。
図２Ｃにおいて、追加の酸化物材料２１４が堆積される。以下に記述される将来的な酸化物ペデスタル２１６の位置が、ハイライトされる。
図２Ｄにおいて、マイクロフォンのダイヤフラム２１８およびサスペンションばね２２０を含む特徴が、堆積され、ポリシリコン材料からパターニングされる。ダイヤフラムは、本発明の必要条件ではないが、通常は円形である。ダイヤフラムは、隙間がないものであり得、または穿孔され得る。ダイヤフラムと周囲のポリシリコンとの間のギャップは、好適には非常に小さく、その結果として、音波は、実質的にダイヤフラムの片側のみに作用する。
図２Ｅにおいて、酸化物２２２は、堆積され、穴２２４は、エッチングされる。穴は、以下に記述されるように、ダイヤフラムおよびバックプレートへの電気的接続を作る電極のために用いられる。
図２Ｆにおいて、ダイヤフラムに電気的な電荷を配置する電極２２６、バックプレートに電気的な電荷を配置する電極２２８、および複数のボンドパッド２３０を形成するために、金属が堆積され、パターニングされる。ボンドパッド２３０と電極２２６および２２８との間には、電気的な接続（不図示）があり得る。
図２Ｇにおいて、不活性化層２３２が堆積される。不活性化層は、通常は窒化物層によって覆われる酸化物層を含み、集積回路に用いられる標準的な不活性化層である。不活性化層２３２は、２３４においてエッチングされることによって、ボンドパッド２３０を露出する。
図２Ｈにおいて、不活性化層２３２は、エッチングされることによって、ダイヤフラム２１８を露出させる。
図２Ｉにおいて、フォトレジスト材料２３６が、堆積され、次いで将来的なペデスタル区域２３８を露出させるためにパターニングされる。将来的なペデスタル区域における酸化物は、次いでエッチングによって除去される。
図２Ｊにおいて、残留するフォトレジスト材料が除去され、底面シリコン層２０６は、随意的に、エッチング、グライディングおよび研磨を含むいくつかの方法のいずれかによって、約６５０ミクロンから約３５０ミクロンに薄くされる。
図２Ｋにおいて、フォトレジスト材料２４０は、ウェハの表側に堆積されることによって、フォトレジストペデスタル２４２を形成する。フォトレジスト材料２４４も、ウェハの裏側に堆積され、裏側の空洞２４６の輪郭を描くためにパターニングされる。裏側の空洞２４６は、底面シリコン層２０６の一部分を中間酸化物層２０４までエッチングすることによって形成される。例示的な実施形態において、パッケージング後の裏側の空洞２４６は、約１立方ミリメートルの体積である。
図２Ｌにおいて、空洞２４６内の中間酸化物層の一部分は、犠牲ポリシリコン構造を露出させるために除去される。
図２Ｍにおいて、好適には、裏側の空洞２４６を介してポリシリコンをＸｅＦ２ガスまたは別の適切なシリコン腐食液に露出させることによって、犠牲ポリシリコン構造は除去される。留意すべきは、ＸｅＦ２ガスは、一般的に望まれないことであるが、露出された底面シリコン層の一部を除去し得ることである。
図２Ｎにおいて、ダイヤフラム２１８の後ろの酸化物は、好適には適当な液体の中に置くことによって除去される。次いで、表側のフォトレジスト材料２４０（ペデスタルを含む）は、好適にはドライエッチング（液体ではないもの）において除去される。これは、本質的にはダイヤフラムおよび関連した構造を解放する。留意すべきは、ペデスタルは、解放の間に壊れやすいマイクロフォン構造を支持するために用いられ、全ての実施形態においては要求され得ず、特に酸化物の除去に液体の代わりに蒸気ＨＦが用いられる場合に要求され得ないことである。
本発明の特定の実施形態において、マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよび慣性センサ（例えば、ジャイロスコープまたは加速度計）は、同一のウェハ上に形成され、単一のチップに一体化され得る。マイクロフォンは、一般的には音波がマイクロフォンのダイヤフラムに到達することを可能にするために外気に触れるように開いているが、慣性センサは、ウェハ上で密閉式に密封され得る。
図４は、本発明の実施形態に従った、第１の例示的な二軸（Ｘ−Ｙ）加速度計の概括的なレイアウトを示す。加速度計は、フレーム４０２および質量４０４を含み、該質量は、多数のサスペンションばね４０６によってフレームから吊り下げられている。質量は、多数の固定感知フィンガと交互嵌合する多くのフィンガ構造を含む。この実施例において、Ｘ軸におけるフレーム４０２に対する質量４０４の動きを感知するための２組の固定感知フィンガ４０８および４１０があり、かつＹ軸におけるフレーム４０２に対する質量４０４の動きを感知するための２組の固定感知フィンガ４１２および４１４がある。図４に示される実施例において、固定感知フィンガは、中心からずれており（すなわち、隣接する質量フィンガよりも１つの質量フィンガにより近い）、微分キャパシタンス計測を可能にする。
図５は、本発明の実施形態に従った、第２の例示的な二軸（Ｘ−Ｙ）加速度計の概括的なレイアウトを示す。加速度計は、フレーム５０２および質量５０４を含み、該質量は、多数のサスペンションばね５０６によってフレームから吊り下げられている。この実施例において、Ｘ軸におけるフレーム５０２に対する質量５０４の動きを感知するための２組の電極５０８および５１０があり、かつＹ軸におけるフレーム５０２に対する質量５０４の動きを感知するための２組の電極５１２および５１４がある。
図６は、本発明の実施形態に従った、例示的なＺ軸加速度計の概括的なレイアウトを示す。加速度計は、フレーム６０２および質量６０４を含み、該質量は、多数のサスペンションばね６０６によってフレームから吊り下げられている。この実施例において、質量６０４は、ｚ軸の加速の下で、ばね６０６の周囲を旋回または「上下動」するように設計されることによって、フレーム／質量の平面の外への質量の変位がある。電極（不図示）は、質量６０４のその様な平面から外れた動きを検出するように配置される。
結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計をＳＯＩウェハから形成する例示的な工程は、図７Ａ〜図７Ｎを参照して記述される。各ステップにおいてマイクロフォンの領域と加速度計の領域との両方を示すために、マイクロフォンの領域は、加速度計の領域の上に示されるが、両領域は、実質的にはウェハ上で互いに並んでいることを認識されたい。留意すべきは、本工程は、図２Ａ〜図２Ｎを参照した上述の工程の変形であり、これらの工程は、マイクロ機械加工されたマイクロフォンのみ、またはその点に関しては、加速度計のみを生成するために用いられ得る。
図７Ａにおいて、トレンチは、マイクロフォン領域および加速度計領域の両方においてＳＯＩウェハの上面シリコン層を介してエッチングされる。トレンチの下の中間酸化物層の部分は除去される。
図７Ｂにおいて、熱酸化物材料が、発達する。これは、トレンチと中間酸化物層における空洞とをライニングし、ウェハの表面も覆う。
図７Ｃにおいて、ポリシリコン材料が、パターニングされ、後に除去される様々な犠牲構造を形成するためにエッチングされる。
図７Ｄにおいて、追加の酸化物材料が、堆積される。以下に記述される将来的な酸化物ペデスタルの位置が、ハイライトされる。
図７Ｅにおいて、マイクロフォンダイヤフラム、マイクロフォンサスペンションばね、および加速度計電極を含む特徴が、ポリシリコン材料から堆積され、パターニングされる。ダイヤフラムは、本発明の必要条件ではないが、通常は円形である。ダイヤフラムは、隙間がないものであり得、または穿孔され得る。ダイヤフラムと周囲のポリシリコンとの間のギャップは、好適には非常に小さく、その結果として、音波は、実質的にダイヤフラムの片側のみに作用する。
図７Ｆにおいて、酸化物が堆積され、穴がエッチングされる。穴は、マイクロフォンダイヤフラムおよびバックプレートへの電極ならびに加速度計電極および中間酸化物層への電極のために用いられ、以下に記述される。
図７Ｇにおいて、マイクロフォンダイヤフラムおよびバックプレートに電荷を配置するため、ならびに加速度計電極および中間酸化物層に電極を配置するためのボンドパッドおよび電極を形成するために、金属が堆積され、パターニングされる。ボンドパッドと１つ以上の電極との間に、電気的な接続（不図示）があり得る。
図７Ｈにおいて、フォトレジスト材料が、堆積およびパターニングされる。トレンチは、次いで犠牲ポリシリコンを露出させるためにエッチングされる。犠牲ポリシリコンが、除去され、フォトレジスト材料が、除去される。
図７Ｉにおいて、不活性化層が、堆積される。不活性化層は、通常は窒化物層によって覆われた酸化物層を含み、これは、集積回路網に対して用いられる標準的な不活性化層である。不活性化層は、ボンドパッドおよびマイクロフォンダイヤフラムを露出させるためにエッチングされる。
図７Ｊにおいて、フォトレジスト材料は、マイクロフォン領域の周りに堆積され、次いで将来的なペデスタル区域を露出させるためにパターニングされる。将来的なペデスタル区域における酸化物は、次いでエッチングによって除去される。
図７Ｋにおいて、残留するフォトレジスト材料は除去され、底面シリコン層は、随意的にエッチング、グライディングおよび研磨を含むいくつかの方法のいずれかによって、約６５０ミクロンから約３５０ミクロンに薄くされる。
図７Ｌにおいて、フォトレジスト材料は、ウェハの表側に堆積されることによって、フォトレジストペデスタルを形成する。フォトレジスト材料はまた、ウェハの裏面側に堆積され、マイクロフォンのための裏側の空洞の輪郭を描くためにパターニングされる。裏側の空洞は、底面シリコン層の一部分を中間酸化物層までエッチングすることによって形成される。
図７Ｍにおいて、空洞内の中間酸化物層の一部分は、トレンチをライニングしマイクロフォン構造の下にある酸化物を露出させるために除去される。ダイヤフラムの後ろの酸化物は、次いで好適には水性ＨＦ浴などの適当な腐食液に入れることによって、除去される。
図７Ｎにおいて、表側のフォトレジスト材料（ペデスタルを含む）は、好適には（液体ではない）ドライエッチにおいて除去される。これは、本質的にダイヤフラムおよび関連する構造を解放する。留意すべきは、ペデスタルは、解放の間に壊れやすいマイクロフォン構造を支持するために用いられ、全ての実施形態においては要求され得ず、特に酸化物の除去に液体の代わりに蒸気ＨＦが用いられる場合に要求され得ないことである。
結合したマイクロフォンおよび二軸加速度計をＳＯＩウェハから形成する例示的な工程は、図８Ａ〜図８Ｎを参照して記述される。各ステップにおいてマイクロフォンの領域と加速度計の領域との両方を示すために、マイクロフォンの領域は、加速度計の領域の上に示されるが、両領域は、実質的にはウェハ上で互いに並んでいることを認識されたい。留意すべきは、本工程は、図７Ａ〜図７Ｎを参照した上述の工程の変形であり、これらの工程は、マイクロ機械加工されたマイクロフォンのみ、またはその点に関しては、加速度計のみを生成するために用いられ得る。
図８Ａにおいて、ＳＯＩウェハの上面シリコン層を介してエッチングされたトレンチは、窒化物でライニングされ、ポリシリコンを充填される。
図８Ｂにおいて、酸化物材料の層を堆積させ、アンカー位置をエッチングし、窒化物を堆積させることによって、キャップアンカーが加速度計領域に形成される。
図８Ｃにおいて、ポリシリコン材料が、様々なマイクロフォン構造、例えばダイヤフラムおよび加速度計のためのキャップを形成するために、パターニングおよびエッチングされる。
図８Ｄにおいて、酸化物が堆積され、穴がエッチングされる。穴は、マイクロフォンダイヤフラムおよびバックプレートへの電極ならびに加速度計キャップおよび上面シリコン層への電極のために用いられ、以下に記述される。
図８Ｅにおいて、マイクロフォンダイヤフラムおよびバックプレートに電荷を配置するため、ならびに加速度計キャップおよび上面シリコン層に電極を配置するためのボンドパッドおよび電極を形成するために、金属が堆積され、パターニングされる。ボンドパッドと１つ以上の電極との間に、電気的な接続（不図示）があり得る。
図８Ｆにおいて、不活性化層が、堆積される。不活性化層は、通常は窒化物層によって覆われた酸化物層を含み、これは、集積回路に対して用いられる標準的な不活性化層である。不活性化層は、ボンドパッドを露出させるためにエッチングされる。
図８Ｇにおいて、マイクロフォン構造の上の不活性化層の一部分は除去され、ポリシリコン構造の上および部分的に下にある酸化物は、レジストペデスタル区域を形成するために除去される。
図８Ｈにおいて、底面シリコン層は、随意的に、エッチング、グライディングおよび研磨を含むいくつかの方法のいずれかによって、約６５０ミクロンから約３５０ミクロンに薄められ、酸化物の層が堆積される。
図８Ｉにおいて、フォトレジスト材料は、ウェハの表側に堆積され、ウェハの裏面側の酸化物は、パターニングされる。
図８Ｊにおいて、フォトレジスト材料は、ウェハの裏側に堆積およびパターニングされ、トレンチは、ウェハの底面シリコン層および中間酸化物層を介してエッチングされる。
図８Ｋにおいて、トレンチは、ウェハの上面シリコン層を介してマイクロフォン領域のレジストペデスタル区域に、および加速度計領域のキャップの下にある酸化物に及んでエッチングされる。フォトレジスト材料は、次いで表側および裏側の両方から除去され、フォトレジスト材料の新たな層が、保護のために表側に堆積される。空洞が、次いで、現存する酸化物をハードマスクとして用いてウェハの裏側にエッチングされる。
図８Ｌにおいて、空洞を介して露出された酸化物は、好適にはＨＦガスに露出することによって除去される。
図８Ｍにおいて、ホウケイ酸ガラスが、整列され、ウェハの裏側に陽極結合される。マイクロフォンの穴は、結合に先立って、ガラスにおいて好適には超音波で切断される。残留するフォトレジスト材料は、ウェハの表面から除去され、それによってマイクロフォン構造を解放する。
結合したマイクロフォンおよび三軸加速度計を標準的なシリコンウェハから形成する例示的な方法は、図９Ａ〜図９Ｏを参照して記述される。各ステップにおいてマイクロフォンの領域と加速度計の領域との両方を示すために、マイクロフォンの領域は、加速度計の領域の上に示されるが、両領域は、実質的にはウェハ上で互いに並んでいることを認識されたい。留意すべきは、本工程は、図８Ａ〜図８Ｍを参照した上述の工程の変形であり、これらの工程は、マイクロ機械加工されたマイクロフォンのみ、またはその点に関しては、加速度計のみを生成するために用いられ得る。
図９Ａにおいて、酸化物層が、シリコンウェハ上に堆積される。フォトレジスト材料は、次いで堆積およびパターニングされる。トレンチは、次いで加速度計電極に対するシリコンにエッチングされる。残留するフォトレジストおよび酸化物のハードマスクは、次いで除去される。留意すべきは、この工程は、マイクロフォンのみの製品に対しては必要ではないことである。
図９Ｂにおいて、酸化物層は、約１．６ミクロンまでウェハの表側および裏側の両方で発達する。並べられたトレンチは、次いでポリシリコン材料で充填される。留意すべきは、このステップは、マイクロフォンのみの製品に対しては必要ではないことである。
図９Ｃにおいて、残留する酸化物は、例えばＨＦガスに露出させることによって剥がされる。窒化物アンカーパッドが、次いで加速度計領域上に堆積およびパターニングされる。ノベラス（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ）酸化物の層が、次いで犠牲層として堆積される。留意すべきは、このステップは、マイクロフォンのみの製品に対しては必要ではないことである。
図９Ｄにおいて、酸化物層は、窒化物パッドを露出させるためにエッチングされる。次いで、ポリシリコン材料が、様々なマイクロフォン構造、例えばダイヤフラムおよび加速度計のためのキャップを形成するためにパターニングおよびエッチングされる。
図９Ｅにおいて、酸化物層が堆積され、穴がエッチングされる。穴は、マイクロフォンダイヤフラムおよびバックプレートへの電極ならびに加速度計キャップおよびシリコン層への電極のために用いられ、以下に記述される。
図９Ｆにおいて、マイクロフォンダイヤフラムおよびバックプレートに電荷を配置するため、ならびに加速度計キャップおよびシリコン層に電極を配置するためのボンドパッドおよび電極を形成するために、金属が堆積され、パターニングされる。ボンドパッドと１つ以上の電極との間に、電気的な接続（不図示）があり得る。
図９Ｇにおいて、不活性化層が堆積される。不活性化層は、通常は窒化物層によって覆われた酸化物層を含み、これは、集積回路に対して用いられる標準的な不活性化層である。不活性化層は、ボンドパッドを露出させるためにエッチングされる。
図９Ｈにおいて、マイクロフォン構造の上の不活性化層の一部分は除去され、ポリシリコン構造の上および部分的に下の酸化物は、レジストペデスタル区域を形成するために除去される。
図９Ｉにおいて、シリコンウェハは、随意的に、エッチング、グライディングおよび研磨を含むいくつかの方法のいずれかによって、約６５０ミクロンから約３５０ミクロンに薄められ、酸化物の層が堆積される。
図９Ｊにおいて、フォトレジスト材料が、ウェハの表側に堆積され、ウェハの裏側の酸化物は、パターニングされる。
図９Ｋにおいて、フォトレジスト材料は、ウェハの裏側に堆積およびパターニングされ、トレンチは、シリコンウェハにエッチングされる。
図９Ｌにおいて、フォトレジスト材料は、表側および裏側の両方から除去され、フォトレジスト材料の新たな層が、保護のために表側に堆積される。空洞は、現存する酸化物をハードマスクとして用いて、ウェハの裏側にエッチングされる。トレンチは、次いでさらに、シリコン層を介してマイクロフォン領域のペデスタル区域および加速度計領域のキャップの下にある酸化物にエッチングされる。
図９Ｍにおいて、空洞を介して露出された酸化物は、好適にはＨＦガスに露出させることによって除去される。
図９Ｎにおいて、残留するフォトレジスト材料は、ウェハの表側から除去され、それによって、マイクロフォン構造を解放する。
図９Ｏにおいて、ホウケイ酸ガラスが、整列され、ウェハの裏側に陽極結合される。マイクロフォンの穴は、結合に先立って、ガラスにおいて好適には超音波で切断される。
マイクロ機械加工されたマイクロフォンまたはマルチセンサは、単一のパッケージにおける集積回路（ＩＣ）ダイとともに組み立てられ得る。図３は、本発明の実施形態に従って、マイクロ機械加工されたマイクロフォンまたはマルチセンサを予め成形された可塑性のパッケージにおけるＩＣダイと結合させるデバイスに対する、例示的な構成を示す。パッケージは、機械加工されたマイクロフォンを含むＭＥＭＳ（微小電気機械システム）ダイ３１２およびＭＥＭＳダイ３１２によって生成される信号などの信号を処理する様々な電子部品を含む集積回路（ＩＣ）ダイ３１４を含む。ＭＥＭＳダイ３１２およびＩＣダイ３１４は、パッケージリードフレーム３１６に装着されたダイである。ワイヤ結合の後に、パッケージは、蓋３０２およびパッケージ本体３０３を含めて密封される。図示される実施形態における基板上に取り付けられるときに、音波は、リードフレーム３１６と基板３０４との間の空間を含む音パス３１８に沿って下向きに面している音ポート３０６を介してマイクロフォンダイヤフラムに到達する。これらの空間は、はんだパッドの高さによって、および随意的にリードフレーム３１６の底面にエッチングされた通路によって形成される。フォトレジストベースの工程において適当なパターンを用いることによって、または他の適切なパターニング方法によってリードフレーム３１６が金属フォイルからエッチングされるときに、そのような通路は、通常は形成される。多孔性の疎水性フィルタ３０８または他のフィルタが、例えばマイクロフォンダイヤフラムおよび他の露出した特徴を湿気、微粒子または他の要素から保護するために含まれ得る。フィルタ３０８は、サポートファブリックにラミネート加工されることによって、生産性および耐久性を向上させ得る。代替的な一実施形態において、基板３０４は、穴を含むことによって、音波がマイクロフォンダイヤフラムに到達することを可能にし得る。別の代替的な実施形態において、蓋３０２は、穴を含むことによって、音波が、パッケージの上面を介してマイクロフォンダイヤフラムに到達することを可能にし得る。別の代替的な実施形態において、パッケージの可塑性の側壁３０３は、複数のスロットを有することによって、音波がマイクロフォンダイヤフラムに到達することを可能にし得る。別の代替的な実施形態において、蓋３０２は、下向きに面している音ポート３０６および基板３０４は、穴を含むことによって、音波が、異なる位置からマイクロフォンダイヤフラムに到達することを可能にする。別の代替的な実施形態において、マイクロ機械加工されたマイクロフォンを含むＭＥＭＳダイ３１２およびＭＥＭＳダイ３１２によって生成された信号などの信号を処理する様々な電子部品を含む集積回路（ＩＣ）ダイ３１４、および少なくとも１つの密封された慣性センサを含むＭＥＭＳダイは、パッケージにおいて組み立てられる。
留意されるべきは、マイクロフォンおよび上面シリコン層の表面の上から吊り下げられた慣性センサ構造を形成するために記述された技術は、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ ａ ＭＥＭＳ Ｄｅｖｉｃｅ」と題する、Ｔｈｏｍａｓ Ｋｉｅｒａｎ ＮｕｎａｎおよびＴｉｍｏｔｈｙ Ｊ． Ｂｒｏｓｎｉｈａｎの名で２００５年１月３日に出願の米国特許出願第１１／０２８，２４９号に記述された技術に類似または関連することがあり得、この出願は、その全体を本明細書中で参照により援用する。
さらに留意すべきは、本発明は、マイクロフォンダイヤフラムの、特定の任意の形状または構成に限定されないことである。マイクロフォンは、例えば円形または正方形であり、隙間がないかまたは１つ以上の穴で穿孔しており、および／または、平面または波形であり得る。異なるダイヤフラムの構成は、これら記述されたものとは別の、異なるかまたは追加の工程を要求し得る。例えば、追加の工程は、ダイヤフラムに穴または波形を形成するために要求され得る。
さらに留意すべきは、記述された工程は、例示的なだけということである。任意の特定の実装に対して、より少ない、追加的、または異なるステップまたは工程が要求され得る。一部の場合において、記述されたものとは異なる材料が、特定のステップまたは工程に対して適切であり得る。本発明の様々な実施形態に利用される材料および工程の、全ての組み合わせおよび順序を記述することは実質的に不可能であり得る。従って、本発明は、記述された材料および工程の適切な変化を含む、そのような全ての材料および工程を含むように意図される。
本発明は、本発明の真の範囲から逸脱することなく、他の特定の形状に包含され得る。記述された実施形態は、全ての点において例示的であるのみで、限定的ではないことを考慮されたい。

Claims (16)

  1. マイクロフォンを形成する方法であって、該方法は、
    少なくとも１つのトレンチを基板にエッチングすることと、少なくとも１つのトレンチを少なくとも１つの犠牲材料で少なくとも部分的に充填することとによって、バックプレートを形成することと、
    液体エッチ除去可能層の少なくとも一部の上に可撓性のダイヤフラムを形成することと、
    フォトレジストの層を追加することであって、該フォトレジストの一部分は、該ダイヤフラムを支持するために、該ダイヤフラムと該バックプレートとの間にペダスタルを形成する、ことと、
    該フォトレジストを除去する前に、該少なくとも１つのトレンチを介して、該基板の裏側から、該液体エッチ除去可能材料を除去することと、
    該液体エッチ除去可能材料の少なくとも一部を除去した後、該ペダスタルを除去することと
    を包含する、方法。
  2. 前記ダイヤフラムを解放することをさらに包含し、解放することは、前記液体エッチ除去可能材料を除去することと、前記ペダスタルを除去することとを包含する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ダイヤフラムを通る穴をパターニングすることと、
    前記液体エッチ除去可能材料を介して、ペダスタル区域を形成することと、
    該液体エッチ除去可能材料が除去されている間に、前記フォトレジストが該ダイヤフラムを実質的に支持することと
    をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
  4. 前記バックプレートは、シリコンオンインシュレーターウェハの一部である、請求項１に記載の方法。
  5. 前記犠牲材料はポリシリコンまたは酸化物である、請求項１に記載の方法。
  6. 前記ダイヤフラムを通る第１の穴をパターニングすることと、
    前記液体エッチ除去可能材料、該ダイヤフラムおよび前記バックプレートを介してペダスタル区域を形成し、前記フォトレジストが該ダイヤフラムを支持することと
    をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
  7. ＭＥＭＳマイクロフォンを形成する方法であって、該方法は、
    上面層を有するＳＯＩウェハを提供することと、
    該ＳＯＩウェハの該上面層上に液体エッチ除去可能材料を形成することと、
    該液体エッチ除去可能材料上にダイヤフラムを形成することと、
    該ダイヤフラムを通る穴をパターニングすることと、
    該液体エッチ除去可能材料を介してペダスタル区域を形成することと、
    該ペダスタル区域にペダスタルを形成するために、フォトレジストを追加することと、
    該フォトレジストを除去する前に、裏側の空洞を介して、該液体エッチ除去可能材料の少なくとも一部を除去することと
    を包含する、方法。
  8. 前記ダイヤフラムを解放することをさらに包含する、請求項７に記載の方法。
  9. 前記液体エッチ除去可能材料の少なくとも一部を除去した後、前記フォトレジストを除去することをさらに包含する、請求項７に記載の方法。
  10. 前記ＳＯＩウェハはまた、底面層と、前記上面層と該底面層との間の中間層とを有し、前記方法は、裏側の空洞を形成するために、該底面層と該中間層との一部分を除去することをさらに包含する、請求項７に記載の方法。
  11. 前記ＳＯＩウェハの前記上面層を介して、バックプレートトレンチを形成することをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
  12. ＭＥＭＳマイクロフォンを形成する方法であって、該方法は、
    酸化物層の上にダイヤフラム層を提供することであって、該酸化物層は該ダイヤフラム層と基板との間に存在する、ことと、
    該基板と該ダイヤフラムとの間に、フォトレジスト材料を形成することと、
    裏側の空洞を形成することと、
    該酸化物層の少なくとも一部を除去するために、該裏側の空洞を介して、該酸化物層に液体エッチ材料を適用することであって、該フォトレジスト材料の少なくとも一部は、該液体エッチ材料が適用された後、該ダイヤフラム層を支持する、ことと、
    該ダイヤフラム層を解放するために、該酸化物層の少なくとも一部を除去した後、該フォトレジスト材料の実質的に全てを除去することと
    を包含する、方法。
  13. 提供することは、前記ダイヤフラムを形成するために、前記酸化物層上に材料を堆積することを包含する、請求項１２に記載の方法。
  14. バックプレートを形成することは、犠牲酸化物を含む犠牲材料で少なくとも１つのトレンチを充填することを包含する、請求項１に記載の方法。
  15. バックプレートを形成することは、犠牲ポリシリコンを含む犠牲材料で少なくとも１つのトレンチを充填することを包含する、請求項１に記載の方法。
  16. バックプレートを形成することは、酸化物を含む材料および犠牲ポリシリコンを含む犠牲材料で少なくとも１つのトレンチを充填することを包含する、請求項１に記載の方法。
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