JPH06217396A - 集積化された容量性トランスデューサの製造方法 - Google Patents

集積化された容量性トランスデューサの製造方法

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JPH06217396A
JPH06217396A JP5276498A JP27649893A JPH06217396A JP H06217396 A JPH06217396 A JP H06217396A JP 5276498 A JP5276498 A JP 5276498A JP 27649893 A JP27649893 A JP 27649893A JP H06217396 A JPH06217396 A JP H06217396A
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ビルヘルム ベルクフィシュト ヨハン
Felix Rudolf
ルドルフ フェリックス
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Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
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C S Uu M Centre Swiss Electron E De Mikurotekuniku SA Rech E Dev
Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高信頼性及び再生可能性を具える、マイクロ
ホン等のような複数個の集積化された容量性トランスデ
ューサの製造方法を提供する。 【構成】 連結層１６を介する第１基材１０及び第２基
材１２の溶着により組み立てること、各トランスデュー
サの第２基材１２を薄化すること、トランスデューサの
固定電極の外形を画成し且つオリフィス２４のネットワ
ークを形成するために第２の薄化された基材１２を構築
すること、トランスデューサのダイヤフラム２８を形成
するために第１基材１０をエッチングすること、固定電
極からこのダイヤフラム２８を分離するためにオリフィ
ス２４のネットワーク及びダイヤフラム２８の間に位置
する連結層１６の部分を除去すること、を有して成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数個の集積化された
容量性トランスデューサ（capacitive transducers) の
製造方法に関し、特に、微細機械加工 (マイクロ・マシ
ニング）の技術による２つの半導体材料基材に基づく該
トランスデューサの製造方法及び該トランスデューサの
組立体に関する。このタイプのトランスデューサは、特
にマイクロホンとして用いられることが予定される。
【０００２】
【従来の技術】一般的に用いられるトランスデューサ又
はマイクロホンの殆どは、容量性の圧電（piezo-electr
ical) 又は電気力学のタイプから成る。それらの内で容
量性のトランスデューサは、その良好な感度、その大き
な帯域幅、その良好な安定性、その低消耗性によって区
別され、その品質のために聴取の助けに通常用いられ
る。
【０００３】これらの容量性トランスデューサは、音響
学的圧力に反応するダイヤフラム（diaphragm)又は膜
(membrane) と、剛性サポートプレート、とを慣習的に
有して成る。ダイヤフラムは、サポートプレートに対向
するように配設され、且つ僅かな寸法の空間だけそこか
ら離される。これらの２つの要素の各々は、コンデンサ
の２つの電極の一方を形成する。ダイヤフラムが音響学
的圧力に応じて移動する際に、コンデンサの容量は、変
化し、この変化は、プリアンプ（preamplifier)によっ
て検出され、その入力は、このダイヤフラム及び剛性サ
ポートプレートにそれぞれ連結される。
【０００４】これらの伝統的なトランスデューサの多様
な構造が存在し、それらは、多数の材料、好ましくは、
ダイヤフラムを構成する材料としての金属化又は金属の
フィルム、及びサポートプレートを構成する材料として
のシリコーンで製造され得る。このタイプのトランスデ
ューサ及びその製造方法は、雑誌センサ及びアクチュエ
ータ、１７（１９８９）、５０９〜５１２頁における、
A,J.Sprenkels らによる、『シリコーンに関するエレク
トレット・マイクロホンの発展』というタイトルの刊行
物に開示されている。
【０００５】この公知の方法によると、シリコーン基材
は、その上下面にＳｉＯ2 の層を形成するために酸化さ
れて用いられる。次いで、上側のＳｉＯ2 の面は、基材
の面にキャビティを形成するためにエッチングされる。
次いで、基材は、再度酸化され、その後、ＳｉＯ2 の下
層は、一方において、上層に設けられたキャビティの１
つにその各々が開口する空気管（air conduits) を形成
するために、他方において、上面に設けられたキャビテ
ィの外周の開口部及びダイヤフラムに固着されるべき通
路を形成するために、エッチングされる。
【０００６】基材は、再度エッチングされ、登録商標マ
イラー（ＰＥＴＰ）のシートから成るダイヤフラムは、
基材の上面に配置され、これにより、それは、キャビテ
ィ及び通路を被い、且つ定着通路で粉砕されるポリマー
を用いる基材に固着される。次いで、上側の電極は、ダ
イヤフラムを構成するシートに蒸着により堆積される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法によるトランスデューサの製造は、多数の不都合を呈
する。使用される様々の材料（マイラー（登録商標）、
シリコーン、ポリマー）の特性における実質的な差異
は、そのようなトランスデューサの製造において用いら
れる半導体の微細機械加工技術の非両立性という問題に
帰着する。また、この方法によれば、異なるシリコーン
ウエハから得られる一連のトランスデューサの間の再生
可能な特徴を実現することが不可能である。また、この
方法は、ダイヤフラム内にある機械的な内部応力を克服
することを可能にしないし、トランスデューサの反応性
の確実な制御を可能にしない。
【０００８】そこで、本発明の主たる目的は、微細機械
加工技術の半導体材料と両立可能な材料を導入し、高信
頼性及び再生可能性を具えるトランスデューサを供給可
能にする複数個の集積化された容量性トランスデューサ
の製造方法を提案することにより、上記従来の不都合を
克服することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、その各
々が１つの可動電極及び１つの固定電極を有する、複数
個の集積化された容量性トランスデューサの製造方法に
おいて、半導体材料の第１基材を供給するステップと、
半導体材料の第２基材を供給するステップと、上記第１
基材及び第２基材の一方の少なくとも１つの第１の面に
絶縁材料の連結層を形成するステップと、上記第２基材
の第１面が上記第１基材に対向配置されるように、上記
連結層による上記第１基材及び上記第２基材の溶着によ
り組み立てるステップと、各トランスデューサの第２基
材を薄化するステップと、上記固定電極の外形を画成し
且つ第２基材の全厚さを横断するオリフィスのネットワ
ークを形成するために選択的なエッチングにより第２基
材を構築するステップと、上記オリフィスのネットワー
クに概ね対向するように延びるダイヤフラムを形成する
ために第１基材を選択的に異方性エッチングするステッ
プと、上記ダイヤフラム及び上記第２基材の間に空間を
形成するためにオリフィスのネットワークを有する第２
基材の部分とダイヤフラムとの間に配置される上記連結
層の部分を除去するステップと、上記第１基材及び第２
基材の各々に対する電気的コンタクトを形成するステッ
プ、とを有し、上記第２基材及びダイヤフラムは、それ
ぞれ上記固定電極及び可動電極を形成することを特徴と
する製造方法、を提供することにある。
【００１０】本発明の方法における伝統的な半導体材料
の微細機械加工技術の排他的な使用は、トランスデュー
サの幾何的及び電気的なパラメータの良好な制御を可能
にしながら、トランスデューサの最小型化を許容し且つ
方法を極めて簡単なステップの連続に限定する。本発明
の他の特徴及び利点は、非限定的な例により純粋に与え
られる本発明に係る製造方法の以下の記載の検討から現
出されよう。
【００１１】
【実施例】本発明の方法は、同一基材の上の複数個のト
ランスデューサの同時形成を可能にするが、本記載及び
図面は、簡素化のために、単一のトランスデューサのみ
を言及する。先ず、理解の容易化という実際上の理由か
らトランスデューサの寸法が小さいということを記憶さ
れたいが、本発明の製造方法は、多数のトランスデュー
サの同時製造に適用され、各トランスデューサは、図１
に示される第１の基材１０及び第２の基材１２を画成す
る２つの相補的なウエハに基づき、僅かな厚さの空間だ
け離される１つの可動電極と１つの固定電極とを有す
る、ということに留意されたい。
【００１２】更に、以下に記載される、温度、時間、用
いられる試剤等のような様々のパラメータの値は、限定
的なものではなく、用いられる装置及び材料に主として
依存する、ということに留意することが重要である。こ
れらの値は、当業者によって容易に決定され得る。集積
化された容量性トランスデューサがそれを基礎として形
成される第１及び第２基材１０，１２を画成する（図示
しない）ウエハは、最低の可能な特定の抵抗と、好まし
くは＜１００＞オリエンテーション、とを有するモノク
リスタル・シリコーンのような半導体材料で形成され
る。
【００１３】図１は、絶縁材料から成る連結層１６の、
その第１の面１４の上への形成の後の第１基材１０を示
す。この場合において、連結層１６は、酸化ケイ素（Ｓ
ｉＯ2 ）から形成される。記載した例において、層１６
は、数時間の酸化雰囲気の下で且つ約１１００°の炉内
で第１基材１０の熱酸化により形成された。一例によ
り、３μｍの厚さを有する層１６を得るために、この第
１の基材１０は、約１５時間、炉内に置かれる。
【００１４】第１基材１０の第２面１８は、層１６のこ
の形成段階の間に慎重に保護されず、層１６と同一の性
質及び同一の厚さを有する層２０は、この第２面１８に
形成される、ということに留意されるべきである。この
層２０は、以下の記載から現出する方法のその後の段階
のための保護層として機能する。言うまでもないが、１
つの実施例において、ＳｉＯ2 のこれらの層１６，２０
の形成は、化学的又は物理的な蒸着（vapour phase dep
osition (CVD又はPVD)により実施され得る。
【００１５】層１６，２０は、それぞれ第１基材１０の
第１面１４及び第２面１８に形成され、次の段階は、後
続の組立のために第１及び第２基材１０，１２の適当な
準備の後において、第２基材１２を位置決めすることを
含み、第１のその面２２は、層１６に対向するように配
置される。面２２及び層１６の面の準備は、例えば、１
９７０年、３１号、１８７ページ『ＲＣＡレビュー』と
いうタイトルの刊行物に記載されているようにそのよう
な面を清浄することを含む。
【００１６】２つの基材１０，１２の準備の後におい
て、この方法は、自生の溶接（autogenous welding) に
よって後者の組立を継続する。これを行うために、これ
らの２つの基材１０，１２は、窒素、酸素、又は湿気の
ある酸素雰囲気を含む約１０００°の温度の予熱炉に挿
入される。１の実施例に従い、上記溶接によって組立体
を形成するために第２基材１２の第１面２２に単一の連
結層を形成することや、連結層２０と同じような第２基
材１２の第１面２２の同じ性質の第２の連結層を形成す
ることが可能である、ということに留意されるべきであ
る。
【００１７】図２に示された次の段階は、第２基材１２
を薄化することを含む、すなわち、露出される第２基材
１２の第２面２３は、この第２基材１２が所定厚さに至
るまで、エッチングされる。これを行うために、連結層
１６によって組み立てられる２つの基材１０，１２は、
上記例において、所定厚さを得るために所定時間の間、
所定温度で、所定濃度のエッチング剤の溶液中に置かれ
る。
【００１８】第２基材１２のこの薄化の間において、第
１基材１０のエッチングを阻止するために、層２０をエ
ッチングしない選択的なエッチング剤は、例えば本場合
にＫＯＨ（水酸化カリウム）の溶液が好ましくは用いら
れる。図３は、トランスデューサの固定電極の外形を画
成するために且つこの固定電極の全厚さを貫通するオリ
フィス２４のネットワークを形成するために、薄化され
る第２基材１２の構築段階を示す。図６から理解され得
るように、第２基材１２の構築のこの第２段階の間に画
成される固定電極は、幾つかのアーム２６により第１基
材１０から剛性を有して延びるプレートのように形成さ
れる。
【００１９】これを行うために、（図示しない）感光性
樹脂の第１層は、第２基材１２の露出面に例えばコーテ
ィング装置を用いて堆積される。この感光性樹脂の層
は、（図示しない）マスクにより隔離される。感光性樹
脂の層の隔離された部分は、例えば液体を用いる伝統的
な手段により除去される。第２基材１２の被われない部
分は、オリフィス２４を形成するために第１エッチング
剤を用いて異方性エッチングが為される。これらのオリ
フィス２４の底部に配置される連結層１６の部分は、第
２のエッチング剤を用いてエッチングされ、感光性樹脂
の残りの部分は、除去される。
【００２０】第２基材１２をエッチングする工程は、例
えば塩素プラズマにより実施され、他方、連結層１６の
エッチング工程は、例えば弗化水素酸（ＨＦ）の溶液に
より実施される。感光性樹脂の層の残りの部分の除去
は、例えば適当な溶剤のような液体を用いて、又は酸素
雰囲気の下でのプラズマにより、伝統的な形式で実施さ
れる。
【００２１】図４は、オリフィス２４のネットワークに
概ね対向して延びるダイヤフラム２８を形成するため
に、第１基材１０のエッチング工程を示す。この段階
は、マスクが用いられることと次のことを除き、図３に
関して記載されたものと同様である。すなわち、第２基
材１２を攻撃するのに用いられる第１及び第２エッチン
グ剤の順序は、保護層２０を先ず除去し、次いでそれに
より露出した第１基材１０の部分を異方性エッチングす
るために、逆転され、保護層２０及び第１基材１０は、
それぞれＳｉＯ2 及びシリコーンで形成される。
【００２２】にもかかわらず、このエッチング中に、第
２基材１２並びに連結層１６は、例えば機械的に第２エ
ッチング剤との接触を阻止される、ということが明確に
されるべきである。図５に示される次の段階は、オリフ
ィス２４のネットワークを含む第２基材１２の部分とダ
イヤフラム２８との間に位置する連結層１６の部分を除
去することによりダイヤフラム２８を解除すること、及
び、第１基材１０及び第２基材１２に対するそれぞれの
電気的な接触パッド３０，３２を形成することを含む。
【００２３】連結層１６のこの部分の除去は、ダイヤフ
ラム２８と第２基材１２との間の空間を形成する。連結
層１６のこの部分の除去は、例えば弗化水素酸（ＨＦ）
の溶液を用いる化学的エッチングにより実施される。こ
れに関連して、オリフィス２４の間の平均的な空間は極
めて小さいということに留意されるべきであり、その結
果、そのようなオリフィス２４の連結層１６のエッチン
グは、サスペンションアーム２６の結合を弱めることの
ないように充分速く、サスペンションアーム２６は、第
１基材１０と第２基材１２との間のトランスデューサの
外周で延び、連結層１６の残りの部分によって形成され
る。
【００２４】接触パッド３０，３２は、マスク（図示せ
ず）を介して、例えばアルミニウムのような金属の真空
蒸発（vacuum evaporation) により形成される。これら
の接触パッド３０，３２は、勿論、カソードスパッタ−
法により形成され得る。その可動電極及び固定電極がダ
イヤフラム２８及び基材１２によりそれぞれ形成される
ような容量性トランスデューサは、同時形成される別の
トランスデューサから分離され且つこの目的のために設
けられる、図示しないハウジング内に収容される。
【００２５】図面は、相互に様々の要素の実際の相対的
寸法を示さず、それらの寸法は、より良い理解のために
誇張される、ということに留意されるべきである。本発
明の方法を用いて得られるトランスデューサは、２．８
×２．８×１．０mm3 の一般的寸法を有する、というこ
とに留意されるべきである。ダイヤフラムの面は、約
２．０×２．０mm2 であり、ダイヤフラムの厚さは、約
３．５×１０ -6ｍであり、固定電極の厚さは、約１０×
１０-6であり、空気が入る固定電極及びダイヤフラムの
間の空間の厚さは、約３×１０-6ｍである。固定電極に
穿設されるオリフィスは、概ね３０×１０-6ｍの直径を
有する。１mm2 当たり約４００ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の製造方法の第１の段階を示
す、集積化された容量性トランスデューサの、図６のVI
−VI線に沿う断面図である。
【図２】図２は、本発明の製造方法の第２の段階を示
す、集積化された容量性トランスデューサの、図６のVI
−VI線に沿う断面図である。
【図３】図３は、本発明の製造方法の第３の段階を示
す、集積化された容量性トランスデューサの、図６のVI
−VI線に沿う断面図である。
【図４】図４は、本発明の製造方法の第４の段階を示
す、集積化された容量性トランスデューサの、図６のVI
−VI線に沿う断面図である。
【図５】図５は、本発明の製造方法の第５の段階を示
す、集積化された容量性トランスデューサの、図６のVI
−VI線に沿う断面図である。
【図６】図６は、本発明の方法によって得られるトラン
スデューサの、要部破断平面図である。
【符号の説明】
１０…第１基材 １２…第２基材 １６…連結層 ２０…保護層 ２２…第１面 ２３…第２面 ２４…オリフィス ２８…ダイヤフラム ３０，３２…接触パッド

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その各々が１つの可動電極及び１つの固
    定電極を有する、複数個の集積化された容量性トランス
    デューサの製造方法において、 半導体材料の第１基材（１０）を供給するステップと、 半導体材料の第２基材（１２）を供給するステップと、 上記第１基材（１０）及び第２基材（１２）の一方の少
    なくとも１つの第１の面（１４）に絶縁材料の連結層
    （１６）を形成するステップと、 上記第２基材（１２）の第１面（２２）が上記第１基材
    （１０）に対向配置されるように、上記連結層（１６）
    による上記第１基材（１０）及び上記第２基材（１２）
    の溶着により組み立てるステップと、 各トランスデューサの第２基材（１２）を薄化するステ
    ップと、 上記固定電極の外形を画成し且つ第２基材（１２）の全
    厚さを横断するオリフィス（２４）のネットワークを形
    成するために選択的なエッチングにより第２基材（１
    ２）を構築するステップと、 上記オリフィス（２４）のネットワークに概ね対向する
    ように延びるダイヤフラム（２８）を形成するために第
    １基材を選択的に異方性エッチングするステップと、 上記ダイヤフラム（２８）及び上記第２基材（１２）の
    間に空間を形成するためにオリフィス（２４）のネット
    ワークを有する第２基材（１２）の部分とダイヤフラム
    （２８）との間に配置される上記連結層（１６）の部分
    を除去するステップと、 上記第１基材（１０）及び第２基材（１２）の各々に対
    する電気的コンタクト（３０，３２）を形成するステッ
    プ、とを有し、 上記第２基材（１２）及びダイヤフラム（２８）は、そ
    れぞれ上記固定電極及び可動電極を形成することを特徴
    とする製造方法。
  2. 【請求項２】 上記連結層（１６）は、上記第１基材
    （１０）の第１面（１４）に形成され、第２の連結層
    は、上記２つの基材（１０，１２）の溶着による組立の
    前に、上記第２基材（１２）の上記第１面（２２）の上
    に、絶縁材料で形成されることを特徴とする請求項１に
    記載の製造方法。
  3. 【請求項３】 上記薄化するステップは、所定厚さまで
    の上記第２基材（１２）の露出面（２３）の均一なエッ
    チングを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の
    製造方法。
  4. 【請求項４】 上記第１基材（１０）の第２面（１８）
    の保護層（２０）を形成するステップを更に有すること
    を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  5. 【請求項５】 上記第２基材（１２）を構築するステッ
    プは、 上記第２基材（１２）の露出面の表面に感光性樹脂の第
    １の層を付着させるステップと、 第１のマスクを用いて感光性樹脂の第１層を絶縁するス
    テップと、 上記第２基材（１２）の上記露出面の局所領域を被覆し
    ないために上記第１感光性層の絶縁された部分を現像す
    るステップと、 上記オリフィス（２４）のネットワークを形成するため
    に上記第２基材（１２）の上記被覆されない局所領域を
    エッチングするステップと、 上記感光性樹脂の層の残りの部分を除去するステップ、
    という連続的なステップを有することを特徴とする請求
    項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 【請求項６】 上記第１基材（１０）の選択的な異方性
    エッチングのステップは、 上記保護層（２０）に感光性樹脂の第２の層を付着させ
    るステップと、 第２のマスクを用いて感光性樹脂の第２層を絶縁するス
    テップと、 上記オリフィス（２４）のネットワークに概ね対向配置
    される上記保護層（２０）の一部を被覆しないために上
    記第１感光性層の絶縁された部分を現像するステップ
    と、 上記第１基材（１０）の上記第２面（１８）の一部を被
    覆しないためにエッチングにより上記保護層（２０）の
    上記被覆されない部分を除去するステップと、 上記ダイヤフラム（２８）を形成するために上記第１基
    材（１０）の上記被覆されない部分をエッチングするス
    テップと、 上記感光性樹脂の第１層の残りの部分を除去するステッ
    プ、 という連続的なステップを有することを特徴とする請求
    項４に記載の製造方法。
  7. 【請求項７】 上記第１基材（１０）のエッチング及び
    保護層（２０）の被覆されない部分の除去のステップの
    間に、第２基材（１２）は、エッチング剤との接触に対
    して保護されることを特徴とする請求項６に記載の製造
    方法。
  8. 【請求項８】 上記第２基材（１２）は、機械的に保護
    されることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
  9. 【請求項９】 上記連結層（１６）の除去ステップは、
    液体を用いて為されることを特徴とする請求項１から８
    のいずれか１項に記載の製造方法。
  10. 【請求項１０】 上記連結層（１６）の形成及び上記保
    護層（２０）の形成のステップは、熱的成長のために、
    第１基材（１０）及び第２基材（１２）の半導体材料の
    酸化物をそれぞれ生じさせることを特徴とする請求項１
    から９のいずれか１項に記載の製造方法。
  11. 【請求項１１】 上記コンタクトの形成ステップは、真
    空蒸発による金属化を含むことを特徴とする請求項１か
    ら１０のいずれか１項に記載の製造方法。
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