JP5692878B2 - Memsマイクロフォンと製造方法 - Google Patents
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Description
AU (切断部を超える)外部領域
DB (基板における)溝
FE1 下部固体電極
FE2 上部固体電極
FS 機能層
IS1〜IS4 第一の隔離層〜第四の隔離層
KL 接続孔
KO 接続部
LO 孔
M 膜
SK1 (膜における)第一の凸部
SK2 (上部固体電極における)第二の凸部
SL 切断部
SU 基板
TA 膜の接続領域
TS 積層構造の部分層
V1、V2 第二および第三の隔離層における凹部
TR 分離層
KOS 基板接続部
Claims (20)
- 小型化され、MEMS形成方法によって形成され、
ケイ素を含む基板(SU)とその上に配置され構造形成された積層構造を有し、
前記積層構造は上下に配置された機能層のための部分層を有し、
前記機能層は下部固体電極(FE1)と、その上の膜(M)と、その上の上部固体電極(FE2)とを含み、
前記膜は、外側の縁領域と、自由振動領域と、前記外側の縁領域にあるアンカー領域(AA)と、前記外側の縁領域にある接続領域とに2次元的に区分され、
前記自由振動領域は前記外側の縁領域によって完全に取り囲まれ、前記自由振動領域内では膜は主に平坦に形成され、
前記アンカー領域において膜は前記上部固体電極と前記下部固体電極によって垂直方向に固定され、
前記接続領域には膜への電気伝導が配置され、
前記膜(M)を形成する前記部分層が、前記接続領域の部分を回避しながら前記外側の縁領域の外側を通過する切断部によって、対応する前記部分層の他の表面領域から電気的に分離され、
前記基板を貫通して前記自由振動領域の全体の下部に溝(DU)が配置され、前記アンカー領域は前記溝の平面領域外部の前記基板の内部縁領域の上部に配置され、
少なくとも前記切断部によって取り囲まれた領域の外側において、前記下部固体電極と前記膜との間、および前記膜と前記上部固体電極との間に隔離層が配置されていること、
を特徴とする、マイクロフォン。 - 前記積層構造の前記部分層の全てが互いに上下に積層集積体として形成され、前記膜(M)が前記アンカー領域(AA)において原型の前記積層集積体に固定されること、
を特徴とする請求項1に記載のマイクロフォン。 - 前記膜(M)が前記アンカー領域(AA)において第一の凸部(SK1)を有し、前記第一の凸部によって前記膜が前記下部固体電極の上に支持されること、
を特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロフォン。 - 前記上部固体電極(FE2)が前記アンカー領域(AA)において第二の凸部(SK2)を有し、前記第二の凸部によって前記上部固体電極(FE2)が前記膜(M)の上に支持されること、
を特徴とする請求項3に記載のマイクロフォン。 - 前記第一の凸部(SK1)および前記第二の凸部(SK2)がそれぞれ隣接する前記積層構造の前記部分層に単にゆるやかに載置され、それゆえ前記膜(M)が前記アンカー領域(AA)において層平面内で自由運動可能で、一方で垂直方向の変位は固定されていること、
を特徴とする請求項3又は4に記載のマイクロフォン。 - a)第一の隔離層および下部固体電極の1または複数の部分層が基板上に互いに上下に蒸着される工程と、
b)前記下部固体電極の前記部分層がリソグラフィーエッチングの方法を用いて構造形成される工程と、
c)前記下部固体電極の上に第二の隔離層および膜の1または複数の部分層が蒸着される工程と、
d)前記膜の前記部分層がリソグラフィーエッチングの方法を用いて構造形成される工程であって、外側の縁領域に接続領域が形成され、前記接続領域には膜への電気伝導が配置され、前記膜(M)を形成する前記部分層が、前記接続領域の部分を回避しながら前記外側の縁領域の外側を通過する切断部によって、対応する前記部分層の他の表面領域から電気的に分離されている、工程と、
e)前記膜の上に第三の隔離層および上部固体電極の少なくとも1の部分層が蒸着される工程と、
f)前記上部固体電極の前記少なくとも1の部分層がリソグラフィーエッチングの方法を用いて構造形成される工程と、
g)前記上部固体電極の上に第四の隔離層が形成される工程と、
h)前記下部固体電極、前記膜、前記上部固体電極の電気伝導性の部分層に接続孔がエッチングされ、そこに接続部が蒸着される工程と、
i)前記膜の活性領域の下部に、前記基板を貫通する溝がエッチングされる工程であって、
前記膜に自由振動領域が形成され、前記自由振動領域は前記外側の縁領域によって完全に取り囲まれ、
前記外側の縁領域内では前記膜は主に平坦に形成され、
アンカー領域(AA)を有し、前記膜は前記上部固体電極と前記下部固体電極によって垂直方向に固定され、
前記アンカー領域は前記溝の平面領域外部の外側の縁領域に配置される、工程と、
j)前記活性領域において前記隔離層が等方的湿式エッチングによって取り除かれる工程と、
を有することを特徴とする、MEMS形成方法よるマイクロフォンの製造方法。 - 前記c)の工程において、前記膜の前記蒸着前に前記第二の隔離層の表面が平坦化され、
前記第二の隔離層の前記活性領域の外側に第一の孔が形成され、
その後前記膜の前記部分層が縁を覆うように蒸着されるため、前記第一の孔の部分において前記第二の隔離層の表面形状が反映され、そこに凸部が形成され、
前記第三の隔離層が縁を覆うように形成されるため、前記第一の孔の部分において前記膜の平面形状が反映され、
前記第三の隔離層の前記活性領域の外側に第二の孔が形成され、
前記上部固体電極の前記少なくとも1の部分層が縁を覆うように蒸着されるため、前記第二の孔の部分において前記第三の隔離層の表面形状が反映され、そこに第二の凸部が形成されること、
を特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記部分層と前記隔離層がLPCVD法を用いて蒸着されること、
を特徴とする請求項6又は7に記載の方法。 - 前記a)の工程において、前記隔離層としてSiO2層が、前記下部固体電極の前記部分層として窒化ケイ素層及び多結晶シリコン層が蒸着されること、
を特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載の方法。 - 前記c)の工程において、前記膜の前記部分層として窒化ケイ素層が、その上に多結晶シリコン層が、その上にさらなる窒化ケイ素層が蒸着されること、
を特徴とする請求項6乃至9のいずれか一項に記載の方法。 - 前記構造形成の工程において非等方的エッチング法が用いられ、前記活性領域全体において前記機能層の全てが重なるように前記部分層が構造形成され、
前記活性領域の内部において、前記下部固体電極および前記上部固体電極の前記部分層に、貫通する孔が前記構造形成時に形成され、
前記d)の工程において前記膜の前記部分層の全てにおいて切断部が形成され、接続領域を例外として前記膜の縁領域を取り囲み、これによって前記膜の前記活性領域が区分され、前記膜の他の層領域からの電気的な分離が行われること、
を特徴とする請求項6乃至10のいずれか一項に記載の方法。 - 前記j)の工程において、フッ化水素を含む蒸気を用いてVHF法によるエッチングが行われ、
前記膜の少なくとも自由振動領域において、前記膜と前記下部固体電極との間および前記膜と前記上部固体電極との間において前記隔離層が除去され、
前記膜は、前記膜の前記縁領域内のアンカー領域において、前記下部固体電極と前記上部固体電極との間、又は前記第二の隔離層と前記第三の隔離層との間において固定されていること、
を特徴とする請求項6乃至11のいずれか一項に記載の方法。 - 前記j)の工程において、前記膜において、前記切断部によって取り囲まれ、前記縁領域を含み前記接続領域を含まない平面内で、隣接する前記隔離層の完全な自由エッチングが行われ、このため前記膜の側面が層平面内で自由運動可能となること、
を特徴とする請求項11又は12に記載の方法。 - 前記j)の工程において、前記膜が前記切断部の内部で前記自由エッチングの程度が限定的であるために、前記外側の縁領域において前記膜が完全に原型の前記積層集積体に保持され、これによって前記膜の前記外側の縁領域が前記積層集積体に固定されること、
を特徴とする請求項11又は12に記載の方法。 - 前記第二の隔離層及び前記第三の隔離層が前記蒸着後に構造形成されるため、前記隔離層のそれぞれが少なくとも部分的に、前記切断部の外部に配置された部分において除去され、この部分で前記部分層の全てが上下に直接に積層されること、
を特徴とする請求項6乃至14のいずれか一項に記載の方法。 - 前記外部において、前記隔離層のそれぞれが、前記切断部に沿ってある距離を保ちながら広がる平面部分において取り除かれること、
を特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記j)の工程の後に、前記表面がフッ素を含む反応性の化合物によって加工され、これによって反応性の表面にフッ素を含む不活性層が形成されること、
を特徴とする請求項6乃至16のいずれか一項に記載の方法。 - 前記層の前記蒸着が、前記部分層の少なくとも1つにおいて、前記基板の背面上においても相当する部分層が蒸着されるような方法において行われること、
を特徴とする請求項6乃至17のいずれか一項に記載の方法。 - 前記b)、前記d)、前記f)および前記h)の工程における前記エッチングが反応性イオンエッチングであること、
を特徴とする請求項6乃至18のいずれか一項に記載の方法。 - 前記接続部の形成においてまず金属基底が完全に平坦に蒸着され、
前記金属基底が前記接続孔外部においてリソグラフィーエッチング法を用いて除去され、
前記金属基底上に電気的または対流のない方法によって伝導層が蒸着され、
さらなる金属層の上に接合およびはんだ付け可能な被覆層が積層されること、
を特徴とする請求項6乃至19のいずれか一項に記載の方法。
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