JP2022548625A - Memsマイクロフォンとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
シリコン表面を有するシリコン基板を提供するステップと、
シリコン基板に密閉されたキャビティを形成するステップと、
シリコン基板に複数の離間した音響孔を形成するステップであって、それぞれの音響孔がキャビティとシリコン基板のシリコン表面の両方に開いているステップと、
キャビティを充填する第1の充填部分、音響孔を充填する第2の充填部分、及びシリコン基板のシリコン表面を遮蔽する遮蔽部分を含む犠牲層を、シリコン基板上に形成するステップと、
遮蔽部分のシリコン表面から離れた側にポリシリコン層を形成するステップと、
シリコン表面から離れた側のシリコン基板に凹部を形成するステップと、
犠牲層の第1の充填部分、第2の充填部分、及び遮蔽部分の一部を除去して、凹部をキャビティと連通させ、後部チャンバを形成し、ポリシリコン層、遮蔽部分の残部、及びシリコン基板が一緒に中空チャンバを画定するステップであって、音響孔はキャビティから離れた側で中空チャンバに開いており、MEMSマイクロフォンを完成するステップとを含む。
1)このMEMSマイクロフォンの製造方法では、シリコン基板にキャビティと複数の音響孔を形成することにより、シリコン基板がベースプレートを提供することができる。シリコン基板上に形成された犠牲層は、キャビティと音響孔を充填し、シリコン表面を遮蔽する。また、音響孔は犠牲層の一部で充填されているため、シリコン表面に形成された犠牲層には一定のパターンがある。その結果、犠牲層上に形成されたポリシリコン層も特定のパターンを有し、したがってダイヤフラムとして機能することができる。最後に、シリコン基板に凹部が形成され、犠牲層が部分的に除去される。これにより、凹部がキャビティと連通し、それによって後部チャンバが形成される。更に、音響孔が排気され、ポリシリコン層、遮蔽部分の残部、及びシリコン基板が一緒に中空チャンバを画定し、したがってマイクロフォンが完成する。このMEMSマイクロフォンの製造方法では、シリコン基板に密閉されたキャビティと複数の音響孔を形成することにより、シリコン基板の一部がベースプレートとして機能することが可能になり、犠牲層とポリシリコン層がシリコン基板上にスタックされる。第1のポリシリコン層、犠牲層、及び別の第1のポリシリコン層をシリコン基板上に連続的にスタックされることを含む従来の製造と比較して、シリコン基板上のこのスタックは厚さが薄く、第1のポリシリコン層が1つしかないため、マイクロフォンの製造が容易になる。
Claims (20)
- シリコン表面を有するシリコン基板を提供するステップと、
前記シリコン基板に密閉されたキャビティを形成するステップと、
前記シリコン基板内に複数の離間した音響孔を形成するステップであって、前記複数の音響孔のそれぞれは2つの開口部を有し、その一方が前記キャビティと連通し、他方が前記シリコン基板の前記シリコン表面に位置するステップと、
前記キャビティを充填する第1の充填部分、前記複数の音響孔を充填する第2の充填部分、及び前記シリコン基板の前記シリコン表面を遮蔽する遮蔽部分を含む犠牲層を、前記シリコン基板上に形成するステップと、
前記遮蔽部分の前記シリコン表面から離れた側にポリシリコン層を形成するステップと、
前記シリコン表面から離れた側の前記シリコン基板に凹部を形成するステップと、
前記犠牲層の前記第1の充填部分、前記第2の充填部分、及び前記遮蔽部分の一部を除去して、前記凹部を前記キャビティと連通させ、後部チャンバを形成し、前記ポリシリコン層、前記遮蔽部分の残部、及び前記シリコン基板が一緒に中空チャンバを画定するステップであって、前記中空チャンバは、前記キャビティから離れた前記複数の音響孔の前記開口部と連通して、MEMSマイクロフォンを完成するステップとを含む、微小電気機械システム(MEMS)マイクロフォンの製造方法。 - 前記シリコン基板内の前記密閉されたキャビティの形成は、
前記シリコン表面に近い側の前記シリコン基板に深溝エッチングプロセスを実行することにより、前記シリコン基板に複数の離間した溝を形成するステップと、
前記シリコン基板を、少なくとも1000℃の高温で水素中でアニールすることにより、前記複数の溝を、前記シリコン基板からのシリコン原子によって充填して、前記シリコン基板に前記キャビティを形成するステップとを含む、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。 - 前記複数の溝のそれぞれは、幅が0.1μmから1.0μmであり、深さが1μmから10μmであり、前記複数の溝は、0.1μmから1.0μmの間隔で形成される、請求項2に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記シリコン表面に近い側の前記シリコン基板上で実行される前記深溝エッチングプロセスは、前記シリコン表面にマスク層を堆積させるステップと、前記マスク層をエッチングしパターン化するステップと、前記マスク層の側で前記シリコン基板をエッチングして、前記シリコン基板に前記複数の離間した溝を形成するステップと、前記マスク層を剥ぎ取るステップとを含む、請求項2に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記複数の溝はすべて前記シリコン表面に開いている、請求項2に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記高温の範囲は1000℃から1200℃である、請求項2に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記シリコン基板の前記シリコン表面は、前記キャビティから1μmから2μmの距離だけ離間する、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記シリコン基板に前記密閉されたキャビティを形成した後かつ前記シリコン基板に前記複数の音響孔を形成する前に、エピタキシャル堆積によって前記シリコン表面上にエピタキシャル層を形成するステップと、前記シリコン基板内の前記複数の離間した音響孔の形成中に、それぞれが前記複数の音響孔のそれぞれの1つと連通している複数の貫通孔を前記エピタキシャル層に形成するステップとを更に含む、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記シリコン基板内の前記複数の離間した音響孔の形成は、前記シリコン基板の前記シリコン表面にマスク層を堆積させるステップと、前記マスク層をエッチングしパターン化するステップと、前記マスク層の側の前記シリコン基板を更にエッチングして、前記シリコン基板に前記複数の離間した音響孔を形成するステップとを含む、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記シリコン表面から離れた前記遮蔽部分の側に前記ポリシリコン層を形成した後、かつ前記シリコン表面から離れた側に前記シリコン基板に前記凹部を形成する前に、
前記シリコン表面が部分的に露出するように、前記犠牲層の前記ポリシリコン層及び前記遮蔽部分をエッチングするステップと、
前記シリコン表面及び前記ポリシリコン層上に導電層を形成し、前記導電層をパターン化することにより、前記シリコン表面及び前記ポリシリコン層上にそれぞれ第1の電気接続部品及び第2の電気接続部品を形成するステップとを更に含む、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。 - 前記導電層は、フォトリソグラフィー又はウェットエッチングによってパターン化される、請求項10に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記導電層はアルミニウム又は金で製造される、請求項10に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記シリコン基板上の前記犠牲層の形成は、熱酸化と蒸着の少なくとも1つによって達成される、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記遮蔽部分の厚さは1μmから4μmである、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記ポリシリコン層の厚さは0.2μmから1.0μmである、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記シリコン表面から離れた側の前記シリコン基板内の前記凹部の形成は、前記シリコン表面から離れた側から前記シリコン基板を研削するステップと、フォトリソグラフィー又はエッチングによって前記シリコン基板に前記凹部を形成するステップとを含む、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- 前記犠牲層の前記第1の充填部分、前記第2の充填部分、及び前記遮蔽部分の一部の除去は、緩衝エッチング溶液を使用して前記シリコン基板上で実行されるエッチングプロセスによって達成される、請求項1に記載のMEMSマイクロフォンの製造方法。
- シリコン基板、支持部材、及びポリシリコン層を含む微小電気機械システム(MEMS)マイクロフォンであって、前記シリコン基板はシリコン表面を有し、前記シリコン基板の内部に、後部チャンバ及び複数の離間した音響孔が形成され、前記複数の離間した音響孔のそれぞれには2つの開口部があり、その一方が前記シリコン基板の前記シリコン表面に位置し、他方が前記後部チャンバと連通し、前記支持部材は前記シリコン表面に配置され、前記ポリシリコン層は、前記シリコン基板から離間するように前記支持部材上に配置されることにより、前記シリコン基板、前記支持部材及び前記ポリシリコン層が一緒に中空チャンバを画定し、前記中空チャンバは、前記後部チャンバから離れた前記複数の音響孔の前記開口部と連通している、MEMSマイクロフォン。
- 前記シリコン表面及び前記ポリシリコン層上にそれぞれ第1の電気接続部品及び第2の電気接続部品を更に含む、請求項18に記載のMEMSマイクロフォン。
- 前記シリコン表面を有する前記シリコン基板を提供するステップと、
前記シリコン基板に密閉されたキャビティを形成するステップと、
前記シリコン基板内に前記複数の離間した音響孔を形成するステップであって、前記複数の音響孔のそれぞれは2つの開口部を有し、その一方が前記キャビティと連通し、他方が前記シリコン基板の前記シリコン表面に位置するステップと、
前記キャビティを充填する第1の充填部分、前記複数の音響孔を充填する第2の充填部分、及び前記シリコン基板の前記シリコン表面を遮蔽する遮蔽部分を含む犠牲層を、前記シリコン基板上に形成するステップと、
前記遮蔽部分の前記シリコン表面から離れた側に前記ポリシリコン層を形成するステップと、
前記シリコン表面から離れた側の前記シリコン基板に凹部を形成するステップと、
前記犠牲層の前記第1の充填部分、前記第2の充填部分、及び前記遮蔽部分の一部を除去して、前記支持部材を形成し、前記凹部を前記キャビティと連通させ、前記後部チャンバを形成し、前記ポリシリコン層、前記遮蔽部分の残部、及び前記シリコン基板が一緒に前記中空チャンバを画定するステップであって、前記中空チャンバは、前記キャビティから離れた前記複数の音響孔の前記開口部と連通して、前記MEMSマイクロフォンを完成するステップとを含む方法によって製造される、請求項18に記載のMEMSマイクロフォン。
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