KR20060033021A

KR20060033021A - 음향 검출 기구

Info

Publication number: KR20060033021A
Application number: KR1020067001031A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 오바야시; 마모루 야스다; 신이치 사에키; 마사쓰구 고마이; 겐이치 가가와
Original assignee: 호시덴 가부시기가이샤; 도쿄 일렉트론 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2006-04-18
Also published as: EP1648195A1; JP2005039652A; TW200509730A; US20060233400A1; SG129444A1; WO2005009077A1; EP1648195A4; US7570773B2; CN1823551A

Abstract

기판에 대해서 간단한 프로세스로 진동판 및 배전극을 만들어 낼 수 있는 응향 검출 기구를 구성한다. 기판 A의 표면 측에 관통공 Ba를 형성할 어쿠스틱 홀을 형성하고, 그 표면 측에서 어쿠스틱 홀의 부위에 대해서 제2 보호막(406)과 희생층 D(407)과 금속막(408)을 적층하고, 기판 A의 이면 측으로부터 어쿠스틱 홀에 이르는 깊이로 에칭을 행함으로써 음향 개구 E를 형성하고, 그 후, 기판 A의 이면 측으로부터 어쿠스틱 홀을 통해 에칭을 행함으로써 희생층(407)을 제거하여 금속막(408)으로 이루어지는 진동판 C와 기판 A의 사이에 공극 영역을 형성하고, 또한, 관통공 Ba를 형성하고, 에칭 후에 잔존하는 희생층(407)을 배전극 B와 진동판 C와의 거리를 유지하는 스페이서 D로 한다.

기판, 진동판, 배전극, 관통공, 어쿠스틱 홀, 보호막, 희생층, 금속막, 스페이서

Description

음향 검출 기구{SOUND DETECTION MECHANISM}

본 발명은 기판에 컨덴서를 형성하는 한 쌍의 전극을 가지고, 이 한 쌍의 전극 중 한쪽의 전극은 어쿠스틱 홀에 상당하는 관통공을 형성한 배전극이고, 다른 쪽의 전극은 진동판인 음향 검출 기구에 관한 것이다. 상세하게는, 음압신호를 계측하는 센서나 마이크로폰으로서 사용되는 음향 검출 기구에 관한 것이다.

예를 들면, 휴대 전화기에는 종래부터 컨덴서 마이크로폰이 다용도로 사용되고 있고, 그러한 컨덴서 마이크로폰의 대표적인 구조로서 도 7에 나타낸 것을 예로 들 수가 있다. 즉, 이 컨덴서 마이크로폰은, 어쿠스틱 홀에 상당하는 복수의 관통공 h를 형성한 금속제의 캡슐(100)의 내부에, 고정 전극부(300)와 진동판(500)을, 스페이서(400)를 협지하는 형태로 일정 간격을 가지고 대향 배치하는 동시에, 캡슐(100)의 후부 개구에 기판(600)을 끼워 넣는 형태로 고정하고, 이 기판(600)에 대해서 J-F ET 등으로 이루어지는 임피던스 변환 소자(700)를 구비하고 있다. 이러한 종류의 컨덴서 마이크로폰에서는 고정 전극부(300) 또는 진동판(500) 상에 형성한 유전체 재료에 고전압을 인가하고 가열하여, 전기적인 분극을 발생시켜, 표면에 전하를 잔류시킨 일렉트릿 막을 생성함으로써(동 도면에서는, 진동판(500)을 구성하는 금속이나 도전성의 막으로 이루어지는 진동체(520)에 일렉트릿 막(510)을 형 성하고 있다), 바이어스 전압을 필요로 하지 않는 구조이다. 그리고, 음에 의한 음압신호에 의해 진동판(500)이 진동한 경우에는, 진동판(500)과 고정 전극부(300) 간의 거리가 변화함으로써 정전 용량이 변화되고, 이 정전 용량의 변화를 임피던스 변환 소자(700)를 통하여 출력하는 기능을 한다.

컨덴서 마이크로폰을 소형화하는 기술로서, 예를 들면 하기 일본국 특개평 7-50899호 공보에 기재되어 있는 기술이 알려져 있다. 이 기술에서는, 실리콘 웨이퍼(1)에 대해, 산화물층(2), 다결정 실리콘층(3, 5), 질화 규소층(4), 다결정 실리콘으로 이루어지는 희생층을 형성하고, 식각 처리 등에 의해 실리콘 웨이퍼 상에 대하여 진동판에 상당하는 다이어프램(질화 규소층(4))을 형성하고 있다. 또, 동일한 실리콘 웨이퍼(1)에 대해, 어쿠스틱 홀에 상당하는 다수의 구멍((30))을 가지고, 배전극으로서 기능하는 후 플레이트(back plate)를, 다이어프램을 형성할 때와 마찬가지의 기술에 의해 실리콘 웨이퍼 상에 형성하고 있다. 그리고, 다이어프램과 후 플레이트를 중첩시키고, 공정 솔더 링, 정전 결합, 실리콘 융착 등의 기술에 의해 결합함으로써 마이크로폰으로서 기능하는 유닛을 구성하고 있다.

또, 컨덴서 마이크로폰을 소형화하는 기술로서, 예를 들면 하기 일본국 특개 2002-95093호 공보에 기재되어 있는 기술도 알려져 있다. 이 기술에서는, 단결정 실리콘 기판(101)의 배면 측에 다이어프램을 형성하기 위한 凹부의 형성용 및 붕소의 도프용의 마스크를 형성하는 제1 공정과, 단결정 실리콘 기판의 표면 측에 백 플레이트를 형성하기 위한 붕소의 도프용의 마스크를 형성하는 제2 공정과, 단결정 실리콘 기판의 표면측 및 배면 측으로부터 소정량의 붕소 도핑을 행하는 제3 공정 과, 드라이 에칭에 의해 음향 홀을 형성하고, 알칼리 에칭에 의해 백 플레이트, 다이어프램의 사이에 간극을 형성하고, 마지막으로 전극을 형성하는 제4 공정으로 마이크로폰을 형성한다. 이 기술에서는 진동판에 상당하는 다이어프램((102))과 배전극에 상당하는 백 플레이트((103))가 기판((101))에 대해서 일체적으로 형성된다.

또, 유사한 기술로서, 예를 들면 하기 미국 특허 제6140689호 명세서에 기재되어 있는 기술도 알려져 있다. 이 기술에서는, 벌크 실리콘층(1), 절연층(2), 보디 실리콘층(3)을 적층하고, 보디 실리콘층(3)에 형성한 도프 영역((8))을 배극으로 하는 동시에, 이 도프 영역((8))에 어쿠스틱 홀에 상당하는 복수의 개구(10)를 형성하고 있다. 또, 도프 영역((8))에 대해서 스페이서층(4)(희생층)을 통하여 대향하는 위치에 형성한 멘브렌층(5)에서 이루어지는 멘브렌(7)을 진동판으로 하는 것이 존재한다. 이 기술에서는, 일본국 특개 2002-95093호 공보에 기재된 기술과 마찬가지로 마스크의 형성, 도핑, 에칭 등의 처리에 의해 보디 실리콘층(3)에 대해서 공소(9)를 형성하고, 상기 개구(10)를 형성하고, 도프 영역((8))과 멘브렌(7) 사이에 공동(6)을 형성하고 있다.

도 7에 나타낸 종래부터의 마이크로폰의 출력을 크게 하기(감도를 높이기) 위해서는, 고정 전극부(300)와 진동판(500) 사이의 정전 용량을 크게 할 필요가 있다. 그리고, 정전 용량을 크게 하려면, 고정 전극부(300)와 진동판(500)의 중첩 면적을 크게 하거나, 고정 전극부(300)와 진동판(500)의 간격을 작게 하는 것이 유효하다. 그러나, 고정 전극부(300)와 진동판(500)의 중첩 면적을 크게 하는 것은 마이크로폰 자체의 대형화를 초래하는 것이며, 전술한 바와 같이 스페이서(400)를 배치하는 구조에서는, 고정 전극부(300)와 진동판(500) 간의 거리를 작게 하는 데에도 한계가 있었다.

또, 일렉트릿 컨덴서 마이크로폰에서는, 영구적 전기 분극을 작성하는 위해 FEP(Fluoro Ethylene Propylene) 재료 등의 유기계의 고분자 중합체가 사용되는 것도 많고, 이 유기계의 고분자 중합체를 사용한 것은 내열성에 약하기 때문에, 예를 들면, 프린트 기판에 실장하는 경우에 리플로우 처리 시의 열에 견디기 어렵고, 실장할 때에 리플로우 처리를 행할 수 없는 것이었다.

그래서, 일본국 특개평 7-50899호 공보, 일본국 특개 2002-95093호 공보, 미국 특허 제6140689호 명세서에 나타낸 바와 같이 실리콘 기판에 대해서 고정 전극과 진동판을 형성함으로써, 고정 전극과 진동판과의 거리를 작게 해서 출력을 높이는 것을 생각할 수 있다. 이들 구조의 음향 검출 기구에서는, 일렉트릿 막을 형성하고 있지 않으므로, 바이어스 전원을 필요로 하는 것이지만, 리플로우 처리가 가능해진다.

그러나, 일본국 특개평 7-50899호 공보에 기재된 기술에서는, 실리콘 기판에 대해서 다이어프램을 형성하고, 같은 실리콘 기판에 대해서 후 플레이트를 형성하고, 각각을 중첩시켜, 공정 솔더 링, 정전 결합, 실리콘 융착 등의 기술에 의해 결합하는 처리를 필요로 하므로, 수율이 저하되는 점을 부정할 수 없고, 또한, 진동판과 배전극과의 간격의 정밀도가 저하하기 쉬워 신뢰성의 면에서 개선의 여지가 있다.

또, 일본국 특개 2002-95093호 공보에 기재된 기술에서는, 붕소 도핑을 행할 때의 이온 주입 시의 주입 양, 즉, 이온을 주입할 때의 에너지에 의해 배전극의 두께를 결정하지만, 이 에너지의 조절 범위 내에서만 배전극의 두께를 설정하므로, 설계 자유도가 낮아지는 문제가 있다.

또, 미국 특허 제6140689)호 명세서에 기재된 기술에서는, 배전극에 SOI층의 실리콘 기판을 사용하므로, 일본국 특개 2002-95093호 공보와 같이 배전극의 두께가 제한되는 문제가 해소되고, 배전극의 응력 제어의 과제가 해결되고, 또한, J-FET 등의 신호 처리 회로와 일체화하는 점에 있어서도 유리하게 된다. 그러나 이 미국 특허 제6140689)호 명세서에 기재된 기술에서는, 희생층에 산화막을 사용하고 있으므로, 희생층 에칭의 재료로서 HF계 에칭액을 사용하므로, 회로를 일체화하는 구조에서는 전극 패드 및 회로 보호막에 HF 내성이 있는 재료를 선정할 필요가 있다. 또, 미국 특허 제6140689호 명세서에 기재된 기술에서는 배전극에 SOI층의 실리콘 기판을 사용함으로써 배전극의 막두께 정밀도를 유지하고 있지만, 기판으로서 SOI를 사용할 필요가 있으므로 비용이 높아진다.

본 발명의 목적은 기판에 대해서 간단한 프로세스로 진동판 및 배전극을 작성하는 것이 가능하며, 배전극의 응력 제어가 용이하며, SOI와 같이 고가의 웨이퍼를 사용하지 않고 배전극을 정밀도 양호하게 형성할 수 있는 음향 검출 기구를 합리적으로 구성하는 점에 있다.

본 발명의 특징은 기판에 컨덴서를 형성하는 한 쌍의 전극을 가지고, 이 한 쌍의 전극 중 한쪽의 전극은 어쿠스틱 홀에 상당하는 관통공을 형성한 배전극이며, 다른 쪽의 전극은 진동판인 음향 검출 기구로서, 상기 진동판이 금속막 또는 적층막으로 이루어지고, 상기 금속막은 저온 프로세스에서 제작되는 스퍼터링, 진공 증착 또는 도금의 기술을 사용하여 형성되고, 상기 적층막은 유기막과 도전성 막으로 형성되고, 상기 배전극이 상기 기판에 형성되고, 상기 진동판과 상기 배전극과의 전극 간 거리를 결정하는 스페이서가 유기막인 희생층의 일부로 이루어지는 점에 있다.

이 구성에 의하면, 희생층이 유기막에 구성되어 있으므로 희생층을 에칭하는 재료로서 유기막 제거제 및 플라즈마 처리를 사용하므로 진동판 및 배전극에 손상을 주지 않고 처리할 수 있고, 회로 일체화에 적절하다. 또, 희생층에 유기막을 사용하고 있으므로 저온 프로세스에서 처리를 할 수 있어 용이하게 막두께를 바꿀 수도 있어 막두께 제어성도 양호하다. 그 결과, 제조 공정이 단순화하고, 음압신호를 고감도로 검출할 수 있는 음향 검출 기구가 구성된 것이다. 특히, 이러한 구성의 음향 검출 기구는 일렉트릿 층을 형성하지 않기 때문에, 리플로우 처리 시의 고온에도 견디는 것으로 된다.

본 발명은 상기 진동판이 상기 도금의 기술을 사용하여 형성된 Ni막 또는 Cu막에 의해 형성되고, 이 도금을 행할 때의 처리 조건의 설정에 의해 상기 진동판의 내부 응력이 설정되도록 해도 된다.

이 구성에 의하면, 도금의 기술에 의해 진동판을 형성하므로, 예를 들면, 도금액을 사용하는 정도의 간단한 처리에 의해, 비교적 두꺼운 진동판도 간단한 처리로 단시간에 형성할 수 있고, 또한, 도금을 행할 때의 처리 조건의 설정에 의해 진동판의 응력 제어를 행하므로, 내부에 응력이 잔존하는 현상을 회피할 수 있어, 음압 신호에 대하여 충분히 진동하는 진동막을 형성할 수 있다. 그 결과, 미세한 음악 진동이라도 충분히 검출할 수 있는 것으로 된다.

본 발명은 상기 스퍼터링 또는 상기 진공 증착의 기술을 사용하여 Si, A1, Ti, Ni, Mo, W, Au, Cu 중 어느 하나를 재료로서 금속막을 형성하거나, 또는 Si, A1, Ti, Ni, Mo, W, Au, Cu 중에서 선택되는 복수개를 재료로서 적층하여 금속막을 형성함으로써 상기 진동판을 형성해도 된다.

이 구성에 의하면, 필요로 하는 금속 재료를 사용하여, 스퍼터링 또는 진공 증착에 의해 진동판을 형성할 수 있다. 즉, 스퍼터링이나 진공 증착의 기술은 도금액을 개재시켜 도금의 기술에 의해 금속막을 형성하는 것과 같이 이온화 경향 등의 화학적 성질을 고려하지 않아도 금속막을 형성할 수 있으므로, Si, A1, Ti, Ni, Mo, W, Au, Cu 중 어느 하나 또는 이들 중으로부터 선택되는 복수의 재료를 필요에 따라 사용하여 진동판을 형성할 수 있다. 그 결과, 검출 대상으로 하는 음악의 진동수나 음량에 대응하는 금속 재료를 사용하여 진동판을 형성할 수 있다.

본 발명은 상기 진동판이 레지스트, 폴리이미드 수지, 폴리파라키실렌 수지 중 어느 하나의 수지를 사용한 유기막으로 이루어지는 베이스 층과 도전성 재료로 이루어지는 도전층을 적층하여 형성해도 된다.

이 구성에 의하면, 진동판이 유기층에서 이루어지는 베이스 층과 도전성 재료로 이루어지는 도전층을 적층하여 구성되므로, 수지 재료의 유연성과 도전재료의 도전성을 이용하여 진동막을 형성할 수 있다. 즉, 진동판을 형성하는 경우에는, 도전성 재료를 전극으로서 기능하게 할 뿐이므로, 금속막보다 강인한 유연성이 풍부한 수지 재료를 주체로 하여 진동판을 형성할 수 있다. 특히, 이들 수지는 막 두께를 제어한 코팅을 비교적 용이하게 행하는 것으로, 전체적으로 얇은 진동판을 형성할 수 있다. 그 결과, 금속 재료만으로 형성된 것에 비해 박막화가 용이하며, 음압신호를 충분히 검출할 수 있는 것으로 된다.

본 발명은 희생층 에칭에 의해, 상기 배전극과 상기 진동판 사이에 공극 영역을 형성하기 위한 상기 희생층의 재료로서 레지스트, 폴리이미드 수지 중 어느 하나의 수지를 사용한 유기막을 가져도 된다.

이 구성에 의하면, 희생층으로서 실리콘 기판에 대해서 비교적 용이하게 임의의 막두께로 형성할 수 있는 유기막을 사용하고, 이 희생층을 배전극과 진동판 사이에 적층하는 형태로 형성하고, 희생층 에칭을 행함으로써 배전극과 진동판 사이에 공극 영역을 형성할 수 있다. 그 결과, 희생층을 사용함으로써 배전극과 진동판 사이에 필요로 하는 임의의 높이의 공간을 용이하게 형성할 수 있는 것으로 된다.

본 발명은 상기 기판이 단결정 실리콘 기판으로 이루어지고, 상기 단결정 실리콘 기판으로서 (100) 면 방위의 실리콘 기판을 사용해도 된다.

이 구성에 의하면, (100) 면 방위의 실리콘 기판 특유의 면 방위의 방향으로 선택적으로 에칭을 진행시킬 수 있으므로, 에칭 패턴에 대하여 충분히 정밀한 에칭을 가능하게 한다. 그 결과, 필요로 하는 형상의 가공을 실현할 수 있는 것으로 된다.

본 발명은 상기 희생층의 하부에 이방성 에칭에 대해서 내성이 있는 재료를 형성해도 된다.

이 구성에 의하면, 이방성 에칭 시에 내성이 있는 재료를 설치함으로써 희생층인 유기막 및 실리콘 기판으로 형성되어 있는 배전극에 손상을 주지 않고 처리를 할 수 있다. 그 결과, 배전극을 보호하면서 필요로 하는 처리를 행하는 것으로 된다. 본 발명은 상기 희생층의 막 두께가 1- 5μm 이어도 된다.

여기서, 희생층의 막 두께는 상기 진동판과 배전극과의 거리에 대응하고, 이 거리가 작으면 음향 검출 기구에 의해 감도가 향상된다. 그러나, 상기 진동판과 배전극과의 거리를 협극화하는 것에 따라 희생층 에칭 처리 시의 건조 공정에 있어서 배전극과 진동판이 부착되는 경우가 생길 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 진동판과 배전극의 공극 영역을 1- 5μm로 설정하는 것이 유효하다. 그 결과, 희생층의 막 두께의 설정에 의해 양호한 성능을 유지할 수 있는 것으로 된다.

본 발명은 상기 진동판이 상기 도금의 기술을 사용하여 형성된 도금층에 의해 형성되고, 이 도금층과 상기 기판에 형성되는 절연층 사이에, 각각의 밀착성을 높이는 밀착층을 개재시켜도 된다.

이 구성에 의하면, 진동판으로서의 도금층과 절연층 사이에 개재시킨 밀착층에 의해 도금층과 절연층의 밀착성이 향상된다.

본 발명은 상기 배전극에 어쿠스틱 홀을 개구한 후에 음향 입구에 상당하는 개구부를 이방성 에칭으로 형성해도 된다.

이 구성에 의하면, 공정 수율이 향상된다. 또, 본 발명의 공정에 의해 배전극의 막두께 제어성도 향상된다. 그 결과, 필요로 하는 막두께의 배전극을 형성하고, 공정 수율도 향상시키는 것으로 된다.

본 발명은 상기 배전극의 막 두께 제어가 음향 검출 기구 패턴과 실리콘 기판 상에 병렬되어 형성되어 있는 검사 패턴에 따라 행해도 된다.

이 구성에 의하면, 음향 검출 기구 패턴과 실리콘 기판 상에 병렬되어 형성되어 있는 검사 패턴을 검사함으로써 배전극의 두께를 제어할 수 있는 것이 가능하다. 그 결과, 배전극의 두께를 정밀도 양호하고 제어할 수 있다.

본 발명은 상기 기판에 대해서 복수의 반도체 소자를 구비하는 신호 인출 회로를 형성하고, 상기 진동판과 배전극으로 음향 검출부를 형성하고, 이 음향 검출부로부터의 신호를 신호 인출 회로에 전하는 전기 접속 수단을 구비하여도 된다.

이 구성에 의하면, 기판에 형성한 신호 인출 회로와, 진동판과 배전극으로 이루어지는 음향 검출 수단 사이에, 전기 접속 수단을 형성함으로써, 음향 검출 수단으로부터의 신호를 신호 인출 회로로 처리하는 것이 가능해진다. 그 결과, 상기 음향 검출 수단과 별개로 신호 처리 회로를 형성할 필요가 없고, 음향 검출 기구가 내장되는 기기에 있어서의 부품 종류의 저감을 실현하는 것으로 된다.

본 발명은 상기 전기 접속 수단이, 금속 세선, 또는, 반도체 제조 공정에서 상기 지지 기판 상에 형성되는 금속막으로 구성되어도 된다.

이 구성에 의하면, 금속 세선을 사용한 본딩의 기술 등에 의한 접속, 또는, 반도체 제조 공정에서 기판 상에 형성되는 금속막에 의한 접속에 의해, 신호 인출 회로와 음향 검출부를 전기적으로 접속할 수 있다. 그 결과, 와이어 종류를 핸더를 사용하여 접속하는 것에 비해 소형화가 가능하게 된다.

도 1은 컨덴서 마이크로폰의 단면도.

도 2는 컨덴서 마이크로폰의 제조 공정을 연속적으로 나타낸 도면.

도 3은 컨덴서 마이크로폰의 제조 공정을 연속적으로 나타낸 도면.

도 4는 다른 실시예 1의 도금액 중의 인 함량과 진동판의 응력과의 관계를 그래프화한 도면.

도 5는 다른 실시예 2의 컨덴서 마이크로폰을 나타낸 도면.

도 6은 신호 인출 회로를 형성한 컨덴서 마이크로폰을 나타낸 도면.

도 7은 종래의 컨덴서 마이크로폰의 단면도.

* 부호의 설명

407 희생층

408 금속막

420 베이스 층

A 기판

B 배전극

Ba 관통공

C 진동판

D 스페이서

F 공극영역

H 전기접속수단

G 신호인출회로

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 음향 검출 기구의 일례로서의 실리콘 컨덴서 마이크로폰(이하, 마이크로폰으로 약칭한다)의 단면을 나타내고 있다. 이 마이크로폰은 단결정 실리콘 기판 A의 일부의 영역에 배전극 B를 형성하고, 이 배전극 B와 대향하는 위치에 금속 박막으로 이루어지는 진동판 C를 배치하고, 이 배전극 B와 진동판 C 사이에 대하여 희생층을 스페이서 D로서 배치한 구조를 가지고 있다. 이 마이크로폰은 진동판 C와 배전극 B를 컨덴서로서 기능하게 하는 것이며, 음압신호에 의해 진동판 C가 진동할 때의 컨덴서의 정전 용량의 변화를 전기적으로 인출하는 형태로 사용된다.

이 마이크로폰에 있어서의 기판 A의 크기는 한 변이 5.5mm의 정방형으로 두께가 600μm 정도로 형성되어 있다. 진동판 C의 크기는 한 변이 2mm의 정방형으로 두께가 2μm로 형성되어 있다. 배전극 B는 두께가 10μm이며, 한 변이 20μm 정도의 정방형의 어쿠스틱 홀에 상당하는 복수의 관통공 Ba가 형성되어 있다.

구체적으로는, (100) 면 방위의 단결정 실리콘(401)의 표면측(도 1에 있어서 아래쪽)의 일부에 에칭을 행함으로써 배전극 B에 어쿠스틱 홀(최종적으로는 관통공 Ba로 된다)을 형성하고, 어쿠스틱 홀의 부위에 대해서 음향 입구에 상당하는 음향 개구 E를 단결정 실리콘(401)의 배면 측(도 1에 있어서 위쪽)으로부터 형성한다. 또, 단결정 실리콘(401)의 표면측(도 1에 있어서 아래쪽)에 보호막(406)(제2 보호막)과 유기막으로 이루어지는 희생층(407)과, 금속막(408)을 적층하여 형성하고, 상기 배전극 B에 대응하는 부위의 에칭을 행함으로써, 배전극 B와 진동판 C 사이에 공극 영역 F를 형성하고, 또한, 금속막(408)에서 진동판 C를 형성하고, 또한, 진동판 C의 외주 부위에 잔류하는 희생층(407)에서 스페이서 D를 형성한 구조를 구비한 것이며, 이하, 마이크로폰의 제조 공정을 도 2 및 도 3에 따라 설명한다.

공정(a): 단결정 실리콘 기판(401)의 배면 측(동 도면에 있어서 위쪽)에 마스크 재료로서 SiN으로 이루어지는 제1 보호막(402)을 성막한다.

공정(b): 상기 SiN으로 이루어지는 제1 보호막(402)에 대해서 포토리소그래피 기술에 의해 개구(403)를 형성한다. 도면에는 나타나 있지 않은 이러한 개구(403)를 형성할 때는, 제1 보호막(402)의 막면에 대해서 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로서 RIE(Reactive Ion Etching)의 기술에 의한 에칭을 행함으로써 제1 보호막(402)을 없애 개구(403)가 형성된다. 이 처리 후, 불필요해진 레지스트 패턴은 애싱에 의해 제거된다.

공정(c): 다음에, 표면 측에 전극 재료로서 Au막을 저온 프로세스에서 성막 가능한 스퍼터링에 의해 형성하고, 또한, 이 Au막의 막면에 포토리소그래피 기술에 의해 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭함으로써 배전극 B에 도통하는 상태에서 상기 Au막의 일부에서 전극 패드(404)가 형성된다. 이 처리 후, 불필요해진 레지스트 패턴은 애싱에 의해 제거된다. 또한, 이 공정에 서 표면 측으로부터 음향 개구 E에 연결되는 복수의 어쿠스틱 홀(405)(이 공정에서는 구멍 형상이 아니고 틀 형상이다)를 포토리소그래피 기술에 의해 형성한다. 도면에는 나타내고 있지 않은, 이 어쿠스틱 홀(405)을 형성할 때는, 단결정 실리콘 기판(401)의 표면 측에 포토리소그래피 기술에 의해 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로서 필요로 하는 깊이를 얻도록, 단결정 실리콘 기판(401)을 에칭하는 처리가 행해지고, 이 처리 후, 불필요해진 레지스트 패턴은 애싱에 의해 제거된다. 그리고, 이와 같이 어쿠스틱 홀(405)을 형성함으로써, 후술하는 공정(f)에 있어서의 이방성 에칭으로 음향 개구 E를 형성한 후에는, 복수의 어쿠스틱 홀(405)은 음향 개구 E와 연통하는 관통공 Ba로 된다.

공정(d): 다음에, 음향 개구 E를 형성할 때의 에칭액의 TMAH(테트라 메틸 암모늄 하이드로 옥사이드)의 수용액을 사용한 이방성 에칭에 대해서 내성이 있는 재료로서의 제2 보호막(406)을 기판 A의 표면 측에 대해 형성하고, 이 제2 보호막(406)의 표면에 대해서 적층하는 형태(제2 보호막(406)을 기초로 하는 형태)로 포토레지스트(레지스트의 일례), 폴리이미드 수지 중 어느 하나의 수지를 사용한 희생층(407)을 1- 5μm의 막 두께로 형성한다.

공정(e): 다음에, 표면 측에, 진동판 C를 형성하기 위해 금속막(408)으로서 예를 들면, Ni막을 2μm의 두께로 되도록 희생층(407)의 상면에 대해서 스퍼터링에 의해 형성하고, 이 후, 이 금속막(408)의 막면에 포토리소그래피 기술에 의해 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭을 행함으로써 불필요한 금속막(408)을 제거한다. 또한, 이 처리 후, 불필요해진 레지스트 패턴은 애싱 에 의해 제거된다. 다음에, 진동판 C의 사이즈로 형성된 금속막(408)을 마스크로서 희생층(407) 및 제2 보호막(406)을 에칭함으로써, 이 금속막(408)과 실리콘 기판(401) 사이에 존재하는 희생층(407)과 제2 보호막(406)을 남기고(스페이서부 D와 공극 영역 F가 형성되는 영역), 이 부위 이외의 희생층(407)과 제2 보호막(406)이 제거된다.

이 공정(e)에서는, Ni재료를 이용하고 스퍼터링에 의해 금속막(408)을 형성하지만, 금속막(408)을 형성하는 기술로서, 진공 증착의 기술이나 도금의 기술을 사용함으로써 금속막(408)을 형성하는 것이 가능하다. 특히, 스퍼터링이나 진공 증착에서는 금속 재료로서 Si, A1, Ti, Ni, Mo, W, Au, Cu 중 어느 하나를 사용하는 것과, 이들 금속 재료 중 복수개를 적층한 적층막으로 하는 형태로 사용해도 된다.

또한, 이 공정(e)으로 금속막(408)을 형성할 때 희생층(407)의 상면에 대해서 밀착층으로서 Cr나 Ti를 진공 증착의 기술에 의해 형성하고, 이 밀착층의 상면에 대해서 전술한 공정과 마찬가지로 Ni재료 등을 이용하여 스퍼터링에 의해 금속막(408)을 형성하는 것이나, 희생층(407)(절연층의 일례)의 상면에 대해서 도금에 사용하는 재료와 같은 금속 재료로 시드 층을 형성하고, 이 시드 층의 상면에 대해서 도금의 기술에 의해 금속막(408)(도금층)을 형성하도록, 이들 공정을 설정할 수도 있다.

공정(f): 다음에, 공정(b)에 의해 개구(403)를 형성한 제1 보호막(402)을 마스크로 해서 에칭액의 TMAH의 수용액을 사용하여 이방성 에칭을 행함으로써 음향 입구에 상당하는 음향 개구 E를 형성한다. 그리고, 본 공정에 있어서는 표면 측에 이방성 에칭에 내성이 있는 보호막을 사용할 필요가 있고, 표면 측에 있어서 기판 A를 포함하는 재료가 에칭액에 의해 에칭되지 않도록 미리 처리를 행하여 둘 필요가 있다(도시하지 않음). 그리고, 이방성 에칭 처리 후, 본 보호막은 불필요해지므로 전용의 박리액으로 제거된다.

공정(g): 다음에, 배면 측으로부터 RIE 처리를 행하고, 제1 보호막(402) 및 제2 보호막(406)의 일부를 제거한다.

공정(h): 다음에, 배면 측으로부터 복수의 어쿠스틱 홀(405)에 상당하는 관통공 Ba를 통하여 희생층 제거제 및 플라즈마 처리로 희생층(407)에 에칭 처리가 행해지고, 배전극 B와 진동판 C와의 외주 부분에 스페이서 D로서 희생층(407)을 일부 잔존시킨 상태에서, 또한, 배전극 B와 진동판 C 사이에 공극 영역 F가 형성되어 마이크로폰을 완성하는 것이다.

이와 같이 완성된 마이크로폰은, 도 1에 나타낸 구조에 따라 프린트 기판 등에 고정하여 사용하는 것이 가능하고, 프린트 기판에 고정한 경우에는, 상기 전극부(404), 및, 진동판 C에 도통하는 금속막 부분과, 기판에 형성된 단자 사이에 와이어 본딩 등에 의해 배선을 한다.

또, 전술한 공정에서 제조되는 마이크로폰에서는, 마이크로폰의 제조 공정에 있어서의 SiN막의 성막 공정과, 집적회로 형성 공정을 동시 또는 평행하게 행하므로, 도 6에 나타낸 바와 같이, 기판 A 상에 대하여 마이크로폰과는 별개로 음향 검출부로서의 J-FET 등의 반도체 소자를 구비한 신호 인출 회로로서 집적회로 G를 형 성해 두고, 이 집적회로 G의 단자와, 배전극 B에 도통하는 전극부(도시하지 않음)와 금속막(408) 사이에 전기 접속 수단으로서 금속막으로 이루어지는 배선 H를 형성하고, 음압신호를 전기 신호로서 직접적으로 변환하여 출력할 수 있는 기능을 구비한 마이크로폰을 얻는 것도 가능하다. 이 배선 H는 Au, Cu, A1 등의 금속 재료를 이용하고 도금의 기술이나 진공 증착의 기술로 금속막을 형성하고, 이 금속막을 에칭에 의해 불필요한 부분을 제거함으로써 형성한 것이지만, 이 금속막으로 이루어지는 배선 H에 대신하여 본딩 와이어로 전기 접속 수단을 구성하는 것도 가능하다. 그리고, 이와 같이 동일한 기판 A에 대해서 집적회로 G를 형성하는 경우에는, 마이크로폰의 소형화가 가능해진다. 또한, 제조 공정의 전반에 있어서만 마이크로폰 및 집적회로의 형성과정에서 필요한 고온에서의 열처리를 행하도록 공정을 설정하고, 제조 공정의 후반에 있어서 저온으로 처리할 수 있는 집적회로 및 마이크로폰을 형성하도록 형성 공정을 설정함으로써, 집적회로에 대한 열처리의 영향을 배제해 집적회로에 대한 열의 영향을 해소할 수 있는 것이 되고, 또한, 진동막 C에 대한 열이력에 의한 응력 변화도 해소할 수 있는 것이다

본 발명에 의하면, 기판 A를 에칭하고 임의의 깊이가 어쿠스틱 홀에 상당하고, 배면 측으로부터 이방성 에칭에 의해 어쿠스틱 홀(405)을 관통공 Ba로서 형성할 수 있으므로 비교적 간단한 처리로 배전극 B를 형성할 수 있는 것으로 되고, 또한, 두께의 컨트롤이 필요한 진동판 C를 스퍼터링, 진공 증착, 도금의 기술에 의해 형성하므로, 비교적 간단한 처리에 의해 진동판 C의 두께를 진동에 최적인 두께로 간단하게 설정할 수 있고, 음압신호를 감도 좋게 검출할 수 있는 것으로 하고 있 다. 또, 음향 검출 기구를 제조하는 공정에 있어서는, 희생층(407)의 에칭에 의해 배전극 B와 진동판 C 사이에 공극 영역 F를 형성하므로, 이 희생층(407)의 두께를 컨트롤함으로써, 배전극 B와 진동판 C와의 거리를 필요한 값으로 설정할 수 있는 것으로 되고, 또한, 에칭 후에 희생층(407)의 일부를 남겨, 배전극 B와 진동판 C와의 거리를 유지하는 스페이서 D로서 사용하는 것을 실현하고 있다. 특히, 기판 A에 대해서 음향 검출부로서의 집적회로를 형성함으로써, 이 음향 검출 기구의 외부에 음향 검출용의 회로를 특별히 형성할 필요가 없고, 장치에 내장한 경우에는 장치 전체의 부품수를 저감할 수 있게 되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 구성의 음향 검출 기구는, 미세 가공 기술을 사용하여 기판에 대해서 배전극 B와 진동판 C를 형성한 구조를 채용하므로, 음향 검출 기구 전체를 극히 소형으로 구성하는 것이 가능해져, 휴대 전화기와 같은 소형의 기기에 대해서 용이하게 조립이 가능하게 될 뿐만 아니라, 프린트 기판에 실장하는 경우에도, 고온에서의 리플로우 처리에 견딜 수 있으므로, 장치의 조립을 용이하게 하는 것으로 된다.

[다른 실시예〕

본 발명은 상기 실시예 이외에, 예를 들면, 다음과 같이 구성하여 실시할 수도 있다(이 다른 실시예에서 상기 실시예와 같은 기능을 가지는 것은, 실시예와 공통의 번호, 부호를 부여하고 있다).

(1) 금속막(408)을 형성하는 수단으로서 도금의 기술을 사용하여 Ni막이나 Cu막을 형성하는 것도 가능하다. 구체적인 일례로서, 전극 단자(404)의 형성 후 에, 도금 재료와 같은 재료로 이루어지는 시드 층을 스퍼터링에 의해 형성하고, 이 후, 도금액을 사용하여 전체 면에 Ni막 또는 Cu막을 금속막(408)으로서 형성한다. 이와 같이 형성된 금속막(408)(도금층)은 이방성 에칭 등의 처리 후에 불필요한 영역을 제거함으로써 진동판 C로서 기능한다. 또한, 이와 같은 도금을 행할 때는, Cr나 Ti 등의 금속막을 진공 증착 등의 기술에 의해 밀착층으로서 형성함으로써, 진동판 C를 형성하는 금속막(408)과 희생층(407)(절연층의 일례)인 유기막과의 밀착성을 향상시킬 수도 있다

특히 도금을 행할 때는, 도금액에 불순물 등의 첨가 및 pH 값을 제어함으로써 진동판의 응력 제어를 용이하게 할 수 있다. 구체적으로는 도 4에 있어서 그래프화해서 나타낸 바와 같이, 도금액 중의 인의 양(인 함량/wt%)과 도금에 의해 형성되는 금속막의 내부 응력 사이에는 동 도면에 그래프로서 나타낸 관계가 존재하고, 동 도면으로부터 명백한 바와 같이 도금액 중의 인의 양을 10~12wt% 인 함량으로 설정한 무전해 Ni 도금액을 사용하고, 액체의 온도 91℃에서 처리함으로써 내부 응력이 극히 작은 진동판 C를 얻을 수 있다. 이와 같이 진동판 C의 내부 응력을 극히 작은 값으로 설정한 것에서는, 음압 신호에 대하여 진동판 C가 충분히 진동하여 양호한 감도를 얻는 것으로 된다.

(2) 진동판 C로서 도 5에 나타낸 바와 같이, 폴리이미드 수지, 폴리파라킬실렌 수지(파릴렌 수지; 상품명), 또는, 에칭에 사용되는 포토레지스트 막 중 어느 하나의 수지를 사용한 유기막으로 이루어지는 베이스 층(420)과 도전층으로서 금속막(408)과 협지한 적층 구조의 진동판 C를 형성한다. 구체적인 일례를 들면, 희생 층(407)의 외면에 Ni 등의 금속막(408)을 스퍼터링에 의해 형성하고, 폴리이미드 수지를 도포하고, 베이크 후에, 다시 Ni 등의 금속막(408)을 스퍼터링에 의해 형성한다. 이방성 에칭 후에 불필요한 영역의 금속막 및 폴리이미드 수지로 구성되어 있는 적층막을 제거하고, 유기 박리제에 의해 희생층(407)을 제거함으로써, 베이스 층(420)과 도전층(금속막(408))을 적층한 구조의 진동판 C를 얻을 수 있다. Ni막은 이방성 에칭에 내성이 있으므로 이방성 에칭 때의 보호막으로서 기능하는 뿐만이 아니라, 폴리이미드 수지와 Ni막에서 형성된 적층막의 막두께가 진동판 C의 두께로 되므로 정밀도가 양호한 진동판 C를 형성할 수 있다. 또한, 진동판 C를 형성하기 위한 베이스 층(420)으로서 레지스트나 폴리파라킬실렌 수지를 사용하는 것도 가능하다.

(3) 배전극 B의 막두께 제어가 음향 검출 기구 패턴과 실리콘 기판 상에 병렬되어 형성되어 있는 검사 패턴에 따라 행할 수 있다. 구체적으로는, 배전극의 직경보다 작은 개구 직경의 패턴을 검사 영역에 설치해 둠으로써, 에칭의 마이크로로딕 효과에 의해, 어쿠스틱 홀 개구 공정에서 원하는 막두께보다 얕은 깊이 밖에 에칭되지 않는다. 이와 같은 깊이가 다른 패턴을 배열해 둠으로써, 이방성 에칭 시에 깊이가 다른 패턴이 시간의 경과와 함께 관통하는 현상을 이용한 배전극의 막두께 제어가 가능해지는 것이다.

본 발명의 음향 검출 기구는 컨덴서 마이크로폰으로서 사용하는 것 외에, 공기 진동이나 공기의 압력 변화에 감응하는 센서로서 이용하는 것도 가능하다.

Claims

기판에 컨덴서를 형성하는 한 쌍의 전극을 가지고, 상기 한 쌍의 전극 중 한쪽의 전극은 어쿠스틱 홀에 상당하는 관통공을 형성한 배전극이며, 다른 쪽의 전극은 진동판인, 음향 검출 기구에 있어서,

상기 진동판이 금속막 또는 적층막으로 이루어지고, 상기 금속막은 저온 프로세스에서 제작되는 스퍼터링, 진공 증착 또는 도금의 기술을 사용하여 형성되고, 상기 적층막은 유기막과 도전성 막으로 형성되며,

상기 배전극이 상기 기판에 형성되고,

상기 진동판과 상기 배전극과의 전극 간 거리를 결정하는 스페이서가 유기막인 희생층의 일부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 진동판이, 상기 도금의 기술을 사용하여 형성된 Ni막 또는 Cu막에 의해 형성되고, 상기 도금을 행할 때의 처리 조건의 설정에 의해 상기 진동판의 응력 제어를 행하고 있는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 스퍼터링 또는 상기 진공 증착의 기술을 사용하고, Si, Al, Ti, Ni, Mo, W, Au, Cu 중 어느 하나를 재료로 해서 금속막을 형성하거나, 또는 Si, Al, Ti, Ni, Mo, W, Au, Cu 중에서 선택되는 복수개를 재료로 해서 적층하여 금속막을 형성함으로써 상기 진동판을 형성한 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 진동판이, 레지스트, 폴리이미드 수지, 폴리파라키실렌 수지 중 어느 하나의 수지를 사용한 유기막으로 이루어지는 베이스 층과, 도전성 재료로 이루어지는 도전층을 적층하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

희생층 에칭에 의해, 상기 배전극과 상기 진동판 사이에 공극 영역을 형성하기 위한 상기 희생층의 재료로서 레지스트, 폴리이미드 수지 중 어느 하나의 수지를 사용한 유기막을 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판이 단결정 실리콘 기판으로 이루어지고, 상기 단결정 실리콘 기판으로서 (100) 면 방위의 실리콘 기판을 사용하고 있는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 희생층의 하부에 이방성 에칭에 대해서 내성이 있는 재료를 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 희생층의 막두께가 1 - 5μm 인 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1, 2, 5 또는 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동판이, 상기 도금의 기술을 사용하여 형성된 도금층에 의해 형성되고, 상기 도금층과 상기 기판에 형성되는 절연층 사이에, 각각의 밀착성을 높이는 밀착층을 개재시킨 것을 특징으로 하는 기재된 음향 검출 기구.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배전극에 어쿠스틱 홀을 개구한 후에 음향 입구에 상당하는 개구부를 이방성 에칭으로 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배전극의 막두께 제어가 음향 검출 기구 패턴과 실리콘 기판 상에 병렬되어 형성되어 있는 검사 패턴에 따라 행해지는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판에 대해서 복수의 반도체 소자를 구비하는 신호 인출 회로를 형성하고, 상기 진동판과 배전극으로 음향 검출부를 형성하고, 상기 음향 검출부로부터의 신호를 신호 인출 회로에 전하는 전기 접속 수단을 구비하고 있는 것을 음향 검출 기구.
제12항에 있어서,

상기 전기 접속 수단이, 금속 세선, 또는, 반도체 제조 공정에서 상기 지지 기판 상에 형성되는 금속막으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.