JP4861790B2 - Electretization method and electretization apparatus - Google Patents
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本発明は、シリコンの微細加工技術を用いて形成されたコンデンサマイクロホンにおける誘電体膜のエレクトレット化方法、および、エレクトレット化装置に関する。 The present invention relates to a method for electretizing a dielectric film in a condenser microphone formed using a silicon microfabrication technique, and an electretization apparatus.
エレクトレット・コンデンサ・マイクロホン（ＥＣＭ）は、音波によるコンデンサの容量変化を電気信号として検出すると共に、半永久的な分極をもつエレクトレット膜を利用することにより、コンデンサの直流バイアスを不要とした、小型の音響電気変換装置である。 An electret condenser microphone (ECM) is a small acoustic device that detects the change in capacitance of a condenser due to sound waves as an electrical signal and eliminates the need for a DC bias of the condenser by using an electret film with semi-permanent polarization. It is an electrical conversion device.
ＥＣＭにおけるエレクトレット膜（少なくとも一部が分極している誘電体膜）は、例えば、ＦＥＰ（フロロエチレン・プロピレン）などの有機誘電体膜からなり、この誘電体膜に電荷を注入して固定することによって形成される。誘電体膜に注入された電荷が形成する電場により、コンデンサの両極に電位差が発生する。なお、誘電体膜に電荷を注入して固定することを、エレクトレット化という。 The electret film (dielectric film at least partially polarized) in the ECM is made of, for example, an organic dielectric film such as FEP (fluoroethylene / propylene), and an electric charge is injected into the dielectric film to be fixed. Formed by. Due to the electric field formed by the electric charges injected into the dielectric film, a potential difference is generated between both electrodes of the capacitor. Injecting charges into the dielectric film and fixing it is called electretization.
誘電体膜は、ＦＥＰなどの薄膜で構成されており、この外面に、電極を構成する金、ニッケルなどの金属が蒸着等によって付着される。 The dielectric film is made of a thin film such as FEP, and a metal such as gold or nickel constituting the electrode is attached to the outer surface by vapor deposition or the like.
エレクトレット形成のための誘電体膜への電荷の注入方法としては、図９や図１０に示す方法がある（例えば、非特許文献１および特許文献１参照）。
As a method for injecting charges into the dielectric film for forming the electret, there are methods shown in FIGS. 9 and 10 (see, for example, Non-Patent
図９は、針状電極を用いてコロナ放電を生じさせて誘電体膜をエレクトレット化する装置の要部断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view of an essential part of an apparatus for generating a corona discharge by using a needle-like electrode to electret a dielectric film.
図９の装置では、接地電極５上にＦＥＰ薄膜４を載置し、針状電極６によって直流コロナ放電を生じさせ、イオンをＦＥＰ薄膜４に注入、固定することによってエレクトレット化を行う。なお、参照符号７は、高電圧源である。
In the apparatus of FIG. 9, the FEP
図１０は、ワイヤ電極を用いてコロナ放電を生じさせて誘電体膜をエレクトレット化する装置の要部断面図である。図１０において、図９の装置と共通する部分には、同じ参照符号を付すものとする。 FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part of an apparatus for generating a corona discharge using a wire electrode to electret a dielectric film. In FIG. 10, parts that are the same as those in the apparatus of FIG.
図１０の装置では、接地電極（金属トレイ）５上にＦＥＰ薄膜４を載置し、ワイヤ電極２１によって直流コロナ放電を生じさせ、イオンをＦＥＰ薄膜４に注入、固定することによってエレクトレット化を行う。この図１０の装置は、ワイヤ電極２１が２次元的な広がりをもつことから、広範囲にイオンを照射できるという利点がある。
In the apparatus of FIG. 10, the FEP
したがって、通常、ＥＣＭの製造に際し、量産性を考慮し、複数枚のＦＥＰ薄膜（誘電体膜）を、金属性のトレイに並べ、図１０の装置でコロナ放電し、一度に大量のＦＥＰをエレクトレット化している。但し、この方法では、イオンの放射を均一にすることができないことがあるため、トレイ上の位置によってエレクトレット量がばらつくことがある。これにより、マイクロホンの感度にばらつきが生じる。また、このほかにも、寄生容量、ＦＥＴ容量のばらつき等による、感度のばらつきが発生する場合もある。 Therefore, normally, in the production of ECM, considering mass productivity, a plurality of FEP thin films (dielectric films) are arranged on a metal tray, and corona discharge is performed with the apparatus of FIG. It has become. However, in this method, since the ion radiation may not be uniform, the electret amount may vary depending on the position on the tray. As a result, the microphone sensitivity varies. In addition, there may be variations in sensitivity due to variations in parasitic capacitance, FET capacitance, and the like.
以上の例では、エレクトレット化の対象である誘電体膜自体を取り出して、エレクトレット化処理を行っている。この技術は、機械的な部品を組み立てることによって構成されるＥＣＭを前提とした技術といえる。 In the above example, the dielectric film itself that is the subject of electretization is taken out and electretization processing is performed. This technology can be said to be a technology premised on ECM configured by assembling mechanical parts.
これに対し、近年、機械部品を組立てるのではなく、シリコン基板をマイクロ加工して、超小型のコンデンサマイクロホンを形成する技術が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。 On the other hand, in recent years, there has been proposed a technique for forming an ultra-small condenser microphone by micro-processing a silicon substrate instead of assembling mechanical parts (for example, Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4). reference).
いわゆるＭＥＭＳ（微小電気機械システム）素子の製造技術を用いて製造されるシリコンのコンデンサマイクロホンは、「シリコンマイクロホン（あるいは、シリコンマイク）
」と呼ばれており、小型化、薄型化が進展する携帯電話端末等に搭載するためのＥＣＭの製造技術として注目されている（例えば、特許文献２参照）。
A silicon condenser microphone manufactured using a so-called MEMS (micro electro mechanical system) element manufacturing technology is “silicon microphone (or silicon microphone)”.
It is attracting attention as an ECM manufacturing technique for mounting on mobile phone terminals and the like that are becoming smaller and thinner (see, for example, Patent Document 2).
ここで、コンデンサマイクロホンは、半導体プロセス技術を用いて、シリコン基板を加工することにより製造されるものであるため、半導体加工と関係のないエレクトレット化処理は、その製造過程に入り込むことができない（つまり、誘電体膜だけを取り出して個別にエレクトレット化することができない）。 Here, since the condenser microphone is manufactured by processing a silicon substrate using semiconductor process technology, electretization processing unrelated to semiconductor processing cannot enter the manufacturing process (that is, , It is not possible to take out only the dielectric film and individually electret it).
したがって、特許文献３に記載されるコンデンサマイクロホンは、エレクトレット膜を具備しないコンデンサマイクロホンとなっている。 Therefore, the condenser microphone described in Patent Document 3 is a condenser microphone that does not include an electret film.
ただし、コンデンサマイクロホンにおけるエレクトレット化ができないわけではなく、特許文献４に記載されるコンデンサマイクロホンでは、誘電体膜のエレクトレット化が可能となっている。
However, the condenser microphone cannot be electretized. In the condenser microphone described in
すなわち、特許文献４に記載のコンデンサマイクロホンは、半導体基板上に形成された誘電体膜を含む第１のシリコン基板（マイクロホン膜）と、この第１のシリコン基板に貼り合わされる第２のシリコン基板（マイクロホン裏板）とからなり、第１の基板の製造工程の最後に誘電体膜のエレクトレット化を行い、しかる後、第２のシリコン基板を貼り合わせている。
上記のとおり、シリコン基板を、半導体製造プロセスを用いてマイクロ加工して得られるコンデンサマイクロホンは、本質的に、誘電体膜だけを取りだしてエレクトレット化できないことからＥＣＭを製造しにくいという問題があった。 As described above, a condenser microphone obtained by micro-processing a silicon substrate using a semiconductor manufacturing process has a problem that it is difficult to manufacture an ECM because it is essentially not possible to extract only a dielectric film to make an electret. .
特許文献４に記載の技術のように、コンデンサマイクロホンを２つの基板に分けて各々を別個に製造し、最後に各基板を貼り合わせる方法では、誘電体膜のエレクトレット化は可能であるが、コンデンサマイクロホンの製造工程が複雑化する。
As in the technique described in
また、シリコン基板のマイクロ加工の際、デバイスの寸法にばらつきが生じやすく、あるいは、実装基板上に搭載されるＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の電子部品の性能のばらつきも無視できない場合があり、このため、コンデンサマイクロホンの感度にばらつきが生じる。特許文献４では、このようなコンデンサマイクロホンの感度のばらつきに関する対策については、何ら考慮されていない。
Also, when micro-processing a silicon substrate, variations in device dimensions are likely to occur, or variations in the performance of electronic components such as FETs (field effect transistors) mounted on the mounting substrate may not be ignored. Therefore, the sensitivity of the condenser microphone varies. In
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、シリコン基板をマイクロ加工して形成されるコンデンサマイクロホンの誘電体膜を、無理なくエレクトレット化することが可能であり、また、製造ばらつきや部品の特性ばらつきに起因して生じるマイクロホン感度の変動についても対策可能である、コンデンサマイクロホン用の新規なエレクトレット化技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to easily convert the dielectric film of a capacitor microphone formed by micro-processing a silicon substrate into an electret, and also manufacturing variations and components. It is an object of the present invention to provide a novel electret technology for condenser microphones that can cope with fluctuations in microphone sensitivity caused by variations in characteristics of the microphones.
本発明は、シリコンウェハを微細加工することによって形成されるコンデンサマイクロホンにおいて、誘電体膜をエレクトレット化してエレクトレット膜を形成するエレクトレット化方法であって、前記シリコンウェハを加工することにより、複数の音孔を有する固定電極と、この固定電極と所定間隔を隔てて配置される導電性の振動膜と、この振動膜上に設けられる誘電体膜とを有するコンデンサマイクロホンを形成する工程と、前記シリコンウェハをダイシングラインに沿ってダイシングし、コンデンサマイクロホンを形成する工程とを含み、ダイシングに先立ち、コロナ放電を行い、そのコロナ放電によって発生するイオンを、前記固定電極に設けられた前記複数の音孔を経由して前記誘電体膜に供給し、前記誘電体膜のエレクトレット化を行うエレクトレット化工程とを含む。 The present invention relates to an electretization method for forming an electret film by electretizing a dielectric film in a condenser microphone formed by microfabrication of a silicon wafer, wherein a plurality of sound is obtained by processing the silicon wafer. Forming a condenser microphone having a fixed electrode having a hole, a conductive vibration film disposed at a predetermined interval from the fixed electrode, and a dielectric film provided on the vibration film; and the silicon wafer And dicing along a dicing line to form a condenser microphone, and prior to dicing, corona discharge is performed, and ions generated by the corona discharge are passed through the plurality of sound holes provided in the fixed electrode. To the dielectric film, and the dielectric film electret Including an electret step of performing reduction.
前述したように、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるコンデンサマイクロホンは、エレクトレット膜を個別に取り出して、エレクトレット化することができない。また、コンデンサマイクロホンを２つの部品に分けて製造する場合は、製造工程が複雑化する。そこで、本発明では、シリコン基板を加工してコンデンサマイクロホンを形成し、これをダイシングに先立ち、ウェハレベルにて、誘電体膜のエレクトレット化を行うようにする。エレクトレット化は、コンデンサマイクロホンの誘電体膜に対して、針状電極からコロナ放電をすることにより行われる。このとき、一つの針状電極からのコロナ放電を、ウェハレベルで一つのマイクロホンの誘電体に対して個別に行うようにする。あるいは、ウェハレベルで一括してエレクトレット化を行う。 As described above, the condenser microphone manufactured using the MEMS technology cannot be electretized by individually removing the electret film. In addition, when the condenser microphone is divided into two parts and manufactured, the manufacturing process becomes complicated. Therefore, in the present invention, a silicon microphone is processed to form a condenser microphone, and prior to dicing, the dielectric film is electretized at the wafer level. The electretization is performed by corona discharge from the needle-like electrode to the dielectric film of the condenser microphone. At this time, corona discharge from one needle electrode is individually performed on the dielectric of one microphone at the wafer level. Alternatively, electretization is performed collectively at the wafer level.
この方法によれば、エレクトレット化処理後のアニール工程がウェハレベルで実現可能であるため、ハンドリング回数の低減を図ることができる。したがって歩留まり向上をはかることができる。さらにまたダイシング工程に先立ちエレクトレット化処理を行っているため、ダイシング後すなわち、チップレベルでの処理が少なくてすみ、ハンドリングの容易化をはかることができる。 According to this method, since the annealing process after the electret process can be realized at the wafer level, the number of times of handling can be reduced. Therefore, the yield can be improved. Furthermore, since the electretization process is performed prior to the dicing process, processing after dicing, that is, chip level processing can be reduced, and handling can be facilitated.
さらにまた、一括でエレクトレット化する場合も、個々のコンデンサマイクロホン毎にエレクトレット化する場合も、ウェハレベルで1回の位置あわせ（アライメント）により実現可能であり、作業性よくプローブ位置精度の向上を図ることが可能となる。したがってエレクトレット化工程で通電することによりコロナ放電を生じる電極パッドとプローブの接触不良を低減し、接触の確実性の向上を図ることが可能となる。 Furthermore, both electretization and electretization for each condenser microphone can be achieved by a single alignment (alignment) at the wafer level, which improves probe position accuracy with good workability. It becomes possible. Therefore, it is possible to reduce the contact failure between the electrode pad and the probe that generate corona discharge by energizing in the electret process, and to improve the contact reliability.
針状電極のコロナ放電によれば、ワイヤ電極によるコロナ放電の場合よりも多くのイオンをマイクロホンの誘電体膜に集中して照射することができる。したがって、マイクロホンの構造上、例えば、固定電極の開口部を介して誘電体膜へのイオンの照射が行われる場合でも、適切な量のイオンの供給が可能であり、適切な誘電体膜のエレクトレット化が可能である。また、ウェハレベルでのエレクトレット化が可能であるため、取り扱いが容易である。一つの針状電極と、誘電体膜に当接する導電性膜との間でコロナ放電を行い、マイクロホンの誘電体膜のエレクトレット化を行うため、条件出しがし易く、したがって、エレクトレット化の精度を向上させる点で有利となる。 According to the corona discharge of the needle-like electrode, more ions can be concentrated and irradiated on the dielectric film of the microphone than in the case of the corona discharge by the wire electrode. Therefore, due to the structure of the microphone, for example, even when the dielectric film is irradiated with ions through the opening of the fixed electrode, an appropriate amount of ions can be supplied, and an appropriate dielectric film electret can be supplied. Is possible. Further, since it can be electretized at the wafer level, it is easy to handle. Since corona discharge is performed between one acicular electrode and a conductive film in contact with the dielectric film, and the dielectric film of the microphone is electretized, the conditions can be easily set, and therefore the accuracy of electretization is improved. This is advantageous in terms of improvement.
また、本発明のエレクトレット化方法では、前記エレクトレット化工程は、前記通電用の電極パッドを介して、前記振動膜に通電し、前記振動膜と、前記固定電極の上方に配された針状電極とによるコロナ放電を行い、前記振動膜上の前記誘電体膜に対して一括してエレクトレット化処理を行う工程を含む。 Further, in the electretization method of the present invention, the electretization step includes energizing the vibration film via the electrode pad for energization, and the needle electrode disposed above the vibration film and the fixed electrode. And performing a process of electretizing the dielectric film on the vibration film in a lump.
また、本発明のエレクトレット化方法では、前記エレクトレット化工程は、前記コンデンサマイクロホンにおける前記誘電体膜を、接地電位に設定する工程を含む。
エレクトレット化に際し、コロナ放電によるイオンは、固定電極に設けられた複数の音孔（音波を振動膜に導くための開口部）を経由して誘電体膜に到達する構造であるが、誘電体膜を所定電位例えば接地電位に固定した上で、１つの針状電極から所定条件の下でイオンの照射を行うため、多量のイオンを集中的に誘電体膜に供給することができる。したがって、マイクロホンの内部構造上、誘電体膜にイオンを当てるのに適さない状況となったとしても、誘電体膜のエレクトレット化を行うことができる。
In the electretization method of the present invention, the electretization step includes a step of setting the dielectric film in the condenser microphone to a ground potential.
During electretization, the corona discharge causes ions to reach the dielectric film via a plurality of sound holes (openings for guiding sound waves to the vibration film) provided in the fixed electrode. Is fixed at a predetermined potential, for example, a ground potential, and ions are irradiated from one needle-like electrode under predetermined conditions, so that a large amount of ions can be intensively supplied to the dielectric film. Therefore, the dielectric film can be electretized even if the internal structure of the microphone is not suitable for applying ions to the dielectric film.
本発明のエレクトレット化方法では、複数回のエレクトレット化工程を含む。 The electretization method of the present invention includes a plurality of electretization steps.
すなわち、何回かに分けてエレクトレット化処理を行うもので、この構成によれば、無理なくエレクトレット化を行うことができ、また、エレクトレット化処理の精度を高める点でも有利となる。 That is, the electretization process is performed in several steps. According to this configuration, electretization can be performed without difficulty, and it is advantageous in that the accuracy of the electretization process is improved.
また、本発明のエレクトレット化方法では、所定条件の下で、コロナ放電による前記誘電体膜の初期のエレクトレット化処理を実施する初期エレクトレット化工程と、その後、条件を再設定して再度、コロナ放電による追加のエレクトレット化処理を実施する追加エレクトレット化工程とを含む。 Further, in the electretization method of the present invention, an initial electretization step of performing an initial electretization process of the dielectric film by corona discharge under a predetermined condition, and then resetting the conditions again and corona discharge again. And an additional electret process for performing an additional electret process.
これは、例えば、初期エレクトレット化によって最低限度のエレクトレット化を達成し、次に、条件を変えて追加のエレクトレット化を行い所望のエレクトレット化を達成するようにするもので、この構成によれば、無理なくエレクトレット化を行うことができ、また、エレクトレット化処理の精度を高める点でも有利となる。 For example, the minimum electretization is achieved by the initial electretization, and then the additional electretization is performed by changing the conditions to achieve the desired electretization. According to this configuration, Electretization can be performed without difficulty, and it is advantageous in that the accuracy of electretization processing is increased.
本発明のエレクトレット化方法では、前記初期エレクトレット化工程後、前記コンデンサマイクロホンの感度を測定し、その測定結果に基づいて前記追加のエレクトレット化処理の条件を決定し、決定された条件下で前記追加のエレクトレット化処理を実施するものを含む。 In the electretization method of the present invention, after the initial electretization step, the sensitivity of the condenser microphone is measured, the conditions for the additional electretization processing are determined based on the measurement results, and the additional electret processing is performed under the determined conditions. Including an electret process.
これは、コンデンサマイクロホンの製造ばらつき（膜厚ばらつき等）による感度のばらつきをなくすため、一つずつ誘電体膜を一定量エレクトレット化してエレクトレットコンデンサマイクロホンを得、次に、そのエレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定し、その測定結果に基づいて、再度のコロナ放電によるエレクトレット化の条件を決定するもので、この構成によれば、１回のエレクトレット化処理におけるエレクトレット量を、個別1素子毎（あるいは）ウェハ毎に調整することにより、マイクロホンを規定の感度に調整することができる。特に、製造ばらつき（膜厚のばらつき等）によるマイクロホンの感度のばらつきを、追加のエレクトレット化処理のエレクトレット量を調整することによって吸収することができ、さらに、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）の容量、寄生容量等に起因する感度のばらつきも、追加のエレクトレット化処理のエレクトレット量を調整することによって吸収することができる。したがって、製造ばらつきや部品の特性ばらつきに起因して生じるマイクロホン感度の変動についても対策可能となる。 This eliminates variations in sensitivity due to manufacturing variations (thickness variations, etc.) of condenser microphones, so that electret condenser microphones are obtained by electretizing dielectric films one by one, and then the sensitivity of the electret condenser microphones is increased. Measure and determine the conditions of electretization by corona discharge again based on the measurement results. According to this configuration, the electret amount in one electret process is determined for each individual element (or) wafer. By adjusting each time, the microphone can be adjusted to a specified sensitivity. In particular, variations in microphone sensitivity due to manufacturing variations (such as variations in film thickness) can be absorbed by adjusting the electret amount in the additional electret process, and further, the capacitance and parasitics of FETs (field effect transistors) Sensitivity variation due to capacity or the like can also be absorbed by adjusting the electret amount of the additional electret processing. Therefore, it is possible to take measures against fluctuations in microphone sensitivity caused by manufacturing variations and component characteristic variations.
本発明のエレクトレット化方法では、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電の印加電圧により調整するものを含む。 The electretization method of the present invention includes a method in which the charge amount of the dielectric film is adjusted by an applied voltage of corona discharge.
これは、コロナ放電の際の印加電圧により、エレクトレット化量を調整するもので、この構成により、印加電圧の調整により、エレクトレット化量を高精度に制御することができる。 This is to adjust the electretization amount by the applied voltage at the time of corona discharge. With this configuration, the electretization amount can be controlled with high accuracy by adjusting the applied voltage.
本発明のエレクトレット化方法では、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電を行う前記針状電極と前記誘電体膜との距離により調整するものを含む。 The electretization method of the present invention includes a method in which the charge amount of the dielectric film is adjusted by the distance between the needle-like electrode that performs corona discharge and the dielectric film.
これは、針状電極と誘電体膜との間の距離を調整することによって、エレクトレット化量を調整するもので、この構成により、エレクトレット化量を高精度に制御することができる。 This is to adjust the electretization amount by adjusting the distance between the needle electrode and the dielectric film. With this configuration, the electretization amount can be controlled with high accuracy.
本発明のエレクトレット化方法では、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電を行う時間により調整するものを含む。 The electretization method of the present invention includes a method in which the charge amount of the dielectric film is adjusted by the time for performing corona discharge.
これは、コロナ放電の継続時間を調整することによって、エレクトレット化量を調整するもので、この構成により、エレクトレット化量を高精度に容易に制御することができる。 This is to adjust the electretization amount by adjusting the duration of corona discharge. With this configuration, the electretization amount can be easily controlled with high accuracy.
本発明のエレクトレット化方法では、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電で発生するマイナスイオンとプラスイオンの割合により調整する。 In the electretization method of the present invention, the charge amount of the dielectric film is adjusted by the ratio of negative ions and positive ions generated by corona discharge.
ここでは、イオン発生のためのイオン発生装置に印加する正電圧および負電圧の大きさまたはデユーティ比を調整することにより印加電力を調整する。これにより、コロナ放電で発生するプラスイオンとマイナスイオンの割合を調整することができる。このように、プラスイオンとマイナスイオンの割合を調整するによって、エレクトレット化量を高精度に制御することができる。 Here, the applied power is adjusted by adjusting the magnitude or duty ratio of the positive voltage and the negative voltage applied to the ion generator for generating ions. Thereby, the ratio of positive ions and negative ions generated by corona discharge can be adjusted. Thus, the electretization amount can be controlled with high accuracy by adjusting the ratio of positive ions to negative ions.
また、本発明のエレクトレット化方法では、前記振動板を接地電位とし、前記固定電極の電位を調整することにより、誘電体膜の帯電電荷量を、調整するものを含む。
これにより、あらかじめ測定しフィードバックを行い、電位を微調整することにより、高精度の調整が可能となる。
Further, the electretization method of the present invention includes a method of adjusting the charge amount of the dielectric film by setting the diaphragm to the ground potential and adjusting the potential of the fixed electrode.
Thereby, it is possible to adjust with high accuracy by measuring in advance and performing feedback and finely adjusting the potential.
本発明のエレクトレット化方法では、前記コンデンサマイクロホンを形成する工程は、前記シリコンウェハの各コンデンサマイクロホン形成領域に、少なくとも１つの通電用の電極パッドと、前記各電極パッドを電気的に共通接続する共通接続線とを形成する工程を含み、前記エレクトレット化工程は、前記通電用の電極パッドを介して、前記振動膜に通電し、前記振動膜と、前記固定電極の上方に配された針状電極とによるコロナ放電を行い、前記振動膜上の前記誘電体膜に対して一括してエレクトレット化処理を行う工程を含む。
この構成により、ウェハ毎に一括して通電が可能で、一括してエレクトレット化を行うことが可能となる。
In the electretization method according to the present invention, the step of forming the capacitor microphone includes at least one electrode pad for energization and a common connection electrically connecting each electrode pad to each capacitor microphone forming region of the silicon wafer. A step of forming a connection line, wherein the electretization step energizes the vibrating membrane via the energizing electrode pad, and the needle-like electrode disposed above the vibrating membrane and the fixed electrode And performing a process of electretizing the dielectric film on the vibration film in a lump.
With this configuration, it is possible to energize all wafers at once, and it is possible to perform electretization collectively.
本発明のエレクトレット化方法では、前記共通接続線は、前記ダイシングライン上に形成されており、前記ダイシング工程において、切除されるように構成されたものを含む。
この構成により、不要領域に配線パターンを残しておき、エレクトレット化工程に使用した後、ダイシング工程で自ずから、配線が切除されるため、１枚のウェハから取り出す素子数（収率）の低下を招くことなく、容易にエレクトレット化を実現することが可能となる
In the electretization method of the present invention, the common connection line includes the one formed on the dicing line and configured to be removed in the dicing step.
With this configuration, a wiring pattern is left in an unnecessary region and used in the electret process, and then the wiring is naturally cut out in the dicing process, so the number of elements (yield) to be taken out from one wafer is reduced. It is possible to easily realize electretization without
また、本発明のコンデンサマイクロホンは、本発明のエレクトレット化方法によりエレクトレット化された前記誘電体膜をコンデンサの構成要素として有する。 The condenser microphone of the present invention has the dielectric film electretized by the electretization method of the present invention as a component of the capacitor.
本発明のエレクトレット化方法を用いて製造された誘電体膜をコンデンサの構成要素としてもつ、シリコン基板を微細加工して形成されるコンデンサマイクロホンである。超小型で、実用に耐える感度をもつ、エレクトレット・シリコン・コンデンサ・マイクロホン（ＥＳＣＭ）が得られる。 It is a condenser microphone formed by finely processing a silicon substrate having a dielectric film manufactured using the electretization method of the present invention as a constituent element of the condenser. An electret silicon condenser microphone (ESCM) is obtained that is ultra-compact and has the sensitivity to withstand practical use.
本発明のエレクトレット化装置は、本発明のエレクトレット化方法を実施するためのエレクトレット化装置であって、少なくとも１回のコロナ放電を、一つのコンデンサマイクロホンに対して個別に実施するための一つの針状電極と、この針状電極に高電圧を印加するための高電圧電源と、前記コンデンサマイクロホンにおけるエレクトレット化対象の膜を所望の電位とするための通電用ピンと、前記コンデンサマイクロホンが実装された実装基板を載置するためのステージと、を有する。 The electretization apparatus of the present invention is an electretization apparatus for carrying out the electretization method of the present invention, wherein one needle for individually performing at least one corona discharge on one condenser microphone. Electrode, a high voltage power supply for applying a high voltage to the needle electrode, a current-carrying pin for setting a film to be electretized in the condenser microphone to a desired potential, and a mounting in which the condenser microphone is mounted And a stage for mounting the substrate.
これは、一つのコンデンサマイクロホンに対してコロナ放電によるイオン照射を行うための構成（エレクトレット化対象の膜を接地するための接地用ピンを含む）と、ウェハをセットするためのステージ（載置台）をもつエレクトレット化装置であり、このエレクトレット化装置によって、実装状態のコンデンサマイクロホンについてエレクトレット化処理を行うことが可能となる。また、通常の半導体検査装置を用いてエレクトレット化処理、あるいは感度測定を実現することができる。
また、前記所望の電位は接地電位であるのが望ましい。
This consists of a structure for performing ion irradiation by corona discharge to one condenser microphone (including a grounding pin for grounding the film to be electretized) and a stage for placing a wafer (mounting table). It is possible to perform electretization on the mounted condenser microphone by this electretization apparatus. Moreover, electretization processing or sensitivity measurement can be realized using a normal semiconductor inspection apparatus.
The desired potential is preferably a ground potential.
本発明のエレクトレット化装置は、さらに、前記コンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定部を有するものを含む。 The electretization apparatus of the present invention further includes a device having a sensitivity measurement unit that measures the sensitivity of the condenser microphone.
これは、エレクトレット化装置に、エレクトレット化されたシリコンコンデンサマイクロホンの感度測定部を併設するものであり、この構成により、エレクトレット化処理後に、マイクロホンの感度を測定し、その測定結果に基づいて次のエレクトレット化処理の条件を設定することが可能となる。 This is because the electretization device is provided with a sensitivity measuring unit for the electretized silicon condenser microphone. With this configuration, after the electretization, the sensitivity of the microphone is measured, and the following is based on the measurement result. It is possible to set conditions for electret processing.
また、本発明のエレクトレット化装置では、コロナ放電の印加電圧、コロナ放電を行う電極と前記誘電体部との距離、コロナ放電を行う時間、およびコロナ放電で発生するマイナスイオンとプラスイオンの割合、の少なくとも一つを調整可能である。 Further, in the electretization apparatus of the present invention, the applied voltage of corona discharge, the distance between the electrode for performing corona discharge and the dielectric part, the time for performing corona discharge, and the ratio of negative ions and positive ions generated by corona discharge, At least one of them can be adjusted.
これは、１回のエレクトレット化処理のエレクトレット量を調整するために、コロナ放電の印加電圧、誘電体膜との距離、放電時間、放電イオンの極性の少なくとも一つを調整することが可能な調整手段を設けるものであって、この構成により、エレクトレット量の微調整が可能となる。特に、２度目のエレクトレット量を調整することによって、規定のマイクロホン感度を得ることができ、これにより、製造ばらつきや電子部品の特性ばらつきをもつマイクロホンであっても、規定の感度に調整することが可能となる。 This is an adjustment that can adjust at least one of the applied voltage of corona discharge, the distance from the dielectric film, the discharge time, and the polarity of the discharge ions in order to adjust the electret amount in one electret process. Means are provided, and this configuration enables fine adjustment of the electret amount. In particular, by adjusting the amount of electrets for the second time, a specified microphone sensitivity can be obtained, so that even microphones with manufacturing variations and electronic component characteristic variations can be adjusted to the specified sensitivity. It becomes possible.
本発明によれば、シリコン基板をマイクロ加工して得られるコンデンサマイクロホンに関し、ウェハレベルで、誘電体膜を規定値にエレクトレット化することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to electretize a dielectric film to a specified value at a wafer level with respect to a condenser microphone obtained by micro-processing a silicon substrate.
すなわち、従来、コンデンサマイクロホン（シリコンマイク）は、誘電体膜だけを取り出してエレクトレット化することができないことからエレクトレット方式を採用するのが困難とされていたが、本発明により、現実的な手法を用いて、エレクトレット方式のコンデンサマイクロホンの製造が可能となる。 That is, conventionally, it has been difficult to adopt an electret method because a condenser microphone (silicon microphone) cannot be made into an electret by taking out only a dielectric film. It is possible to manufacture an electret condenser microphone.
この方法によれば、エレクトレット化処理後のアニール工程がウェハレベルで実現可能であるため、ハンドリングの回数の低減を図ることができる。したがって歩留まり向上をはかることができる。さらにまたダイシング工程に先立ちエレクトレット化処理を行っているため、ダイシング後すなわち、チップレベルでの処理が少なくてすみ、ハンドリングの容易化をはかることができる。 According to this method, since the annealing process after the electret process can be realized at the wafer level, the number of handlings can be reduced. Therefore, the yield can be improved. Furthermore, since the electretization process is performed prior to the dicing process, processing after dicing, that is, chip level processing can be reduced, and handling can be facilitated.
さらにまた1回の位置あわせ（アライメント）によりプローブ位置精度の向上を図ることが可能となる。したがってエレクトレット化工程で通電することによりコロナ放電を生じる電極パッドとプローブの接触不良を低減し、接触の確実性の向上を図ることが可能となる。 Furthermore, it is possible to improve the probe position accuracy by one alignment. Therefore, it is possible to reduce the contact failure between the electrode pad and the probe that generate corona discharge by energizing in the electret process, and to improve the contact reliability.
また、膜厚等のばらつき（デバイスの製造ばらつき）に起因するマイクロホンの感度のばらつきも、エレクトレット化量を調整することによって補償することができる。 Also, variations in microphone sensitivity due to variations in film thickness and the like (device manufacturing variations) can be compensated by adjusting the electretization amount.
さらに、エレクトレット量や寄生容量、ＦＥＴ容量のばらつき等に起因するマイクロホン感度のばらつきも、本発明によって、補償することが可能となる。 Furthermore, variations in microphone sensitivity due to variations in electret amount, parasitic capacitance, FET capacitance, and the like can be compensated by the present invention.
本発明によれば、シリコン・コンデンサ・マイクロホンを、ウェハレベルで、エレクトレット化を行い、かつ、そのエレクトレット化量を個別あるいはウェハ毎に調整してマイクロホンの感度を調整することができるため、規格（規定）外の感度の不良品が少なくなり、マイクロホン製造の歩留まりが飛躍的に向上する。したがって、エレクトレット方式のコンデンサマイクロホンの量産化が可能となる。 According to the present invention, the silicon condenser microphone is electretized at the wafer level, and the sensitivity of the microphone can be adjusted by adjusting the electretization amount individually or for each wafer. Regulations) The number of defective products with external sensitivity is reduced, and the yield of microphone production is dramatically improved. Therefore, mass production of electret condenser microphones becomes possible.
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
図１は、シリコンウェハをマイクロ加工して製造されるコンデンサマイクロホンのウェハレベルでのエレクトレット化工程を示す説明図であり、図１（ａ）はシリコンウェハを示す図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、１個のコンデンサマイクロホンを示す。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing an electretization process at a wafer level of a condenser microphone manufactured by micro-processing a silicon wafer, FIG. 1 (a) is a diagram showing a silicon wafer, and FIG. It is AA sectional drawing of Fig.1 (a), and shows one condenser microphone.
本実施の形態では、図１に示すように、シリコンウェハ１を加工することにより、コンデンサマイクロホン４３を形成し、ダイシングに先立ち、ウェハレベルでエレクトレット化を行うようにしたことを特徴とする。すなわち、本実施の形態では、まず、シリコンウェハ１をＭＥＭＳ技術を用いて加工し、複数の音孔３５を有する固定電極３１と、この固定電極３１と所定間隔を隔てて配置される導電性の無機膜からなる振動膜３３、この振動膜３３上に設けられる誘電体膜３２とを有するコンデンサマイクロホンを形成する。そしてこのシリコンウェハをダイシングラインＤＬに沿ってダイシングするに先立ち、コロナ放電を行い、そのコロナ放電によって発生するイオンを、固定電極３１に設けられた前記複数の音孔３５を経由して前記誘電体膜３２に供給し、誘電体膜３２のエレクトレット化を行う。ここで誘電体膜３２を所望の電位とするために振動膜３３に設けられた通電ピンを介して電圧供給を行っている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
このコンデンサマイクロホン４３は、シリコンウェハ１をダイシングして得られたシリコン基板３４上に形成されており、コンデンサの一極として機能する振動膜３３と、エレクトレット化対象の膜としての誘電体膜３２と、スペーサ部３７と、コンデンサの他極として機能する固定電極３１とを有する。固定電極３１には、複数の音孔（音波を振動膜３３に導くための開口部）３５が設けられている。なお、参照符号３６はエアギャップを示す。
The
そしてエレクトレット化の終了した、コンデンサマイクロホン４３は、実装基板４２上に実装される。コンデンサの一極をなす振動膜３３ならびにコンデンサの他極をなす固定電極３１は各々、ボンディングワイヤ４４ａ，４４ｂを介して、実装基板上の配線パターン６０ａ，６０ｂに電気的に接続されている。また、各配線パターン６０ａ，６０ｂは各々、実装基板の内部の配線Ｌ１，Ｌ２を介して、実装基板４２の裏面に設けられたグランドパターン４６およびマイク信号出力パターン４７と電気的に接続されている。
Then, the
マイクロホンを構成する振動膜３３、固定電極３１、誘電膜３２は、シリコンの微細加工技術と、ＣＭＯＳ（相補型電界効果トランジスタ）の製造プロセス技術とを利用して製造される。
The
すなわち、シリコン基板３４を用意し、この上に、振動膜３３となるボロンやリンが高濃度にドープされた高濃度不純物領域、同じく誘電体膜３２としてのシリコン酸化膜（誘電体膜であり、四フッ化エチレン樹脂等も使用することができる）を積層形成し、その上にシリコン層を、選択エピタキシャル技術等を用いて形成する。そのシリコン層の犠牲層（エッチングにより除去される部分）となる領域３６に、リンやボロン等の不純物を高濃度に注入、拡散し、そのシリコン層上に固定電極となるシリコン層３１を形成し、パターニングして開口部（音孔）３５を設ける。そして、その開口部３５を介してエッチング液を浸透させ、不純物が高濃度に導入されたシリコン層とノンドープの層とのエッチングレートの差を利用して、犠牲層３６の部分を除去する。これによって、犠牲層の部分はエアギャップ３６となり、同時に、スペーサ部３７が形成される。また、シリコン基板３４の裏面を、ＫＯＨ等のアルカリエッチング液にてエッチングして深い溝３８を形成する。このようにして、図１（ｂ）に示すようなコンデンサマイクロホン４３が得られる。
That is, a
先に説明したように、コンデンサマイクロホンは、従来のＥＣＭのように、誘電体膜だけを取り出してエレクトレット化することができない。そこで、本発明では、マイクロホンが作りこまれたシリコンウェハをダイシングするに先立ち、ウェハ状態で、コロナ放電を利用して誘電体膜３２のエレクトレット化を行う。
As described above, the condenser microphone cannot be formed into an electret by taking out only the dielectric film, unlike the conventional ECM. Therefore, in the present invention, prior to dicing the silicon wafer in which the microphone is formed, the
但し、図１のコンデンサマイクロホン４３では、無機誘電体３２がシリコン基板３４上の固定電極３１と振動膜（電極）３３の間に位置しており、コロナ放電により発生するイオンは、固定電極３１に設けられた開口部（音孔）３５を経由して誘電体膜３２に到達することになる。また、この誘電体膜３２は、振動膜電極３３に接続された通電ピン（図示せず）を介して所望の電位に接続されるようになっている。このように、誘電体膜３２の電位を調整することにより、エレクトレット化工程において注入される電荷量を制御することができる。本来このＭＥＭＳ技術を用いたコンデンサマイクロホンは、誘電体膜３２に、コロナ放電によるイオンが到達しにくい構造となっており、誘電体膜３２のエレクトレット化には工夫が必要であったが、この方法を用いることにより、容易に所望のエレクトレット膜を得ることができる。
However, in the
また、コンデンサマイクロホン４３の製造に際しては、シリコン酸化膜を積層することで振動膜電極３３、誘電体膜３２、固定電極３１、エアギャップ３６となるための犠牲層を形成し、拡散工程の終了の後、犠牲層をエッチングすることで、この部分がエアギャップ３６となる。この製造工程において、量産時のシリコン層の膜厚（この膜厚がエアギャップ３６の値を決める）のばらつきは、１０％程度、生じる。そのため、振動膜電極３３と固定電極３１の電極間距離も１０％程度ばらつくことになる。ＥＣＭにおいて、マイクロホンの感度は、電極間距離に反比例する。したがって、電極間距離にばらつきが生じると、マイクロホンの感度にばらつきが発生してしまう。
In manufacturing the
本発明では、この点も考慮し、誘電体膜３２を無理なくエレクトレット化すると共に、さらに、デバイスの製造ばらつき、あるいは、電子部品の特性ばらつき等に起因するマイクロホンの感度のばらつきを、エレクトレット量を調整することにより吸収することができる。特に、製造ばらつき（膜厚のばらつき等）によるマイクロホンの感度のばらつきを、追加のエレクトレット化処理のエレクトレット量を調整することによって吸収することができ、さらに、ＦＥＴの容量、寄生容量等に起因する感度のばらつきも、追加のエレクトレット化処理のエレクトレット量を調整することによって吸収することができる。したがって、製造ばらつきや部品の特性ばらつきに起因して生じるマイクロホン感度の変動についても対策可能となる。
In the present invention, in consideration of this point, the
調整方法としては、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電の際の印加電圧により、エレクトレット化量を調整する方法がある。 As an adjustment method, there is a method of adjusting the electretization amount of the charged charge amount of the dielectric film by an applied voltage at the time of corona discharge.
また、針状電極と誘電体膜との間の距離を調整することによって、エレクトレット化量を調整する。 Further, the electretization amount is adjusted by adjusting the distance between the needle-like electrode and the dielectric film.
あるいはまた、コロナ放電の継続時間を調整することによって、エレクトレット化量を調整するようにしてもよい。 Alternatively, the electretization amount may be adjusted by adjusting the duration of corona discharge.
また、コロナ放電で発生するマイナスイオンとプラスイオンの割合により、エレクトレット化量を調整するようにしてもよい。 Further, the electretization amount may be adjusted by the ratio of negative ions and positive ions generated by corona discharge.
図２は、シリコン基板を用いたエレクトレットマイクロホンの実装構造（ケース封入後の構造）を示す断面図である。図２において、図１と共通する部分には同じ参照符号を付してある。また、図２において、コンデンサマイクロホン４３は、簡略化して描いている（実際の構造は、図１（ｂ）に示すとおりである）。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an electret microphone mounting structure (structure after case sealing) using a silicon substrate. In FIG. 2, the same reference numerals are given to the portions common to FIG. In FIG. 2, the
図２に示されるように、プラスチックまたはセラミックの実装基板４２上に、コンデンサマイクロホン４３とその他の素子（ＦＥＴ、抵抗素子等）４５が実装されている。
As shown in FIG. 2, a
実装基板４２の裏面には、グランドパターン４６と、マイク信号出力パターン４７が配置されている。図１で示したように、コンデンサマイクロホン（半導体デバイス）４３の固定電極３１および振動膜電極３３は、ワイヤ４４ａ，４４ｂを介して実装基板４２上の配線パターン６０ａ，６０ｂに接続されている。なお、図２では、ワイヤ４４ａと配線パターン６０ａのみを記載してある。
A
本実施の形態では、エレクトレット化処理が済んだ後に、ダイシングを行い、個々のチップに分断し、実装基板４２上に搭載した後、シールドケース４１は、実装基板４２上に取り付けられる。このシールドケース４１には、音波を導くための広い開口部４９が設けられている。
In the present embodiment, after the electretization process is completed, dicing is performed, the chips are divided into individual chips, and mounted on the mounting
以下、本発明のエレクトレット化方法（ならびに本発明のエレクトレット化装置）について、図３〜図６を用いて具体的に説明する。 Hereinafter, the electretization method of the present invention (and the electretization device of the present invention) will be specifically described with reference to FIGS.
図３は、本発明のエレクトレット化装置の要部構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a main configuration of the electretization apparatus of the present invention.
図３のエレクトレット化装置は、シリコンウェハ１上に形成された多数個のコンデンサマイクロホンに対して、一つの針状電極のコロナ放電によるイオンを照射してエレクトレット化を行う、いわゆる枚葉式の処理装置である。ここでは、シリコンウェハ上に設けられた複数個のデバイスを一度に処理するバッチ式ではなく、一つ一つのデバイスを個別に処理するようにしているが、複数のデバイスを一度に処理するようにしてもよい。
The electretization apparatus shown in FIG. 3 performs so-called single wafer processing, in which a large number of condenser microphones formed on the
図３に示すように、エレクトレット化処理に際しては、固定電極３１に電源供給用端子５４を介して調整用電圧供給電源５５から所望の電圧を印加し、針状電極５１を用いたコロナ放電を利用する。コンデンサマイクロホン（半導体デバイス）４３の上方に針状電極５１を位置させる。針状電極５１はコロナ放電を生じさせるための高電圧源５３が接続されている。
As shown in FIG. 3, in electretization, a desired voltage is applied to the fixed
この状態で、コンデンサマイクロホン４３の内部の誘電体膜３２（図１参照）に対して、針状電極５１によるコロナ放電のイオンを照射する。これにより、コンデンサマイクロホン４３の誘電体膜３２（図１参照）を無理なくエレクトレット化することができる。
In this state, the dielectric film 32 (see FIG. 1) inside the
すなわち、針状電極５１のコロナ放電によれば、図９に示されるワイヤ電極によるコロナ放電の場合よりも多くのイオンを、コンデンサマイクロホン４３の誘電体膜３２に集中して照射することができる。
That is, according to the corona discharge of the needle-
したがって、図１に示されるように、マイクロホンの構造上、固定電極３１の開口部３５を介して誘電体膜３２へのイオンの照射が行われる場合でも、適切な量のイオンの供給が可能であり、したがって、誘電体膜３２のエレクトレット化が可能である。また、一つの針状電極５１で一つのコンデンサマイクロホン４３の誘電体膜３２のエレクトレット化を行うため、条件出しがし易く、したがって、エレクトレット化の精度を向上させる点で有利となる。
Therefore, as shown in FIG. 1, due to the structure of the microphone, even when ions are irradiated to the
また、誘電体膜３２を接地電位に固定した上で、１つの針状電極５１から所定条件の下でイオンの照射を行うため、多量のイオンを集中的に誘電体膜３２に当てることができる。したがって、マイクロホンの内部構造上、誘電体膜３２にイオンを当てるのに適さない状況であったとしても、誘電体膜３２のエレクトレット化を無理なく行うことができる。
In addition, since the
エレクトレット化処理後、実装基板４２にコンデンサマイクロホンが実装される。接地用ピン（着電装置ピン）５２が、実装基板４２の裏面のグランドパターン４６に接続されている。先に説明したように、コンデンサマイクロホンの振動膜電極３３（図１参照）はワイヤ４４ａ、基板４２上の配線パターン６０ａ、内部配線Ｌ１を経由して実装基板４２の裏面に設けられたグランドパターン４６に電気的に接続される。エレクトレット化に際しては、接地用ピン（着電装置ピン）５２、電圧供給用端子５４のいずれかが、パッドを介してシリコンウェハ上の固定電極に相当する領域に接続される。５５は調整用電圧供給電源である。この電圧は、誘電体膜３２の膜厚のばらつきなどに応じて決定される。また接地用ピン５２に接続して応じて、振動膜電極３３を、接地電位とした状態で安定にエレクトレット化することも可能である。
After the electret process, a condenser microphone is mounted on the mounting
次に、本発明のエレクトレット化方法の具体例について説明する。 Next, a specific example of the electretization method of the present invention will be described.
図５は、本発明のエレクトレット化方法の主要な工程を示す工程フロー図である。 FIG. 5 is a process flow diagram showing the main steps of the electretization method of the present invention.
図示されるように、図６のエレクトレット化方法は、複数回のコロナ放電によって誘電体膜をエレクトレット化する。 6, the electretization method of FIG. 6 electretizes the dielectric film by a plurality of corona discharges.
すなわち、まず、半導体プロセスを用いてシリコンウェハ１上にコンデンサマイクロホンを加工し、コンデンサマイクロホンを形成する（ステップＳ１００）。すなわち、コンデンサマイクロホン４３を形成する。すなわち、図４に示すように多数個のコンデンサマイクロホン４３の作りこまれたシリコンウェハ１を得る。
That is, first, a condenser microphone is processed on the
次に、図３のエレクトレット化装置を用いて、針状電極５１のコロナ放電によって、シリコンウェハ1上のコンデンサマイクロホン４３内の誘電体膜３２を一定量、エレクトレット化する（ステップＳ１０１）。これによって、図５に示すようにエレクトレット方式のコンデンサマイクロホンの搭載されたシリコンウェハ１が得られる。
Next, the
次に、そのコンデンサマイクロホン４３の感度を実測する（ステップＳ１０２）。
Next, the sensitivity of the
図５に戻り、次に、コンデンサマイクロホン４３の感度の測定結果に基づき、次のエレクトレット化処理（追加のエレクトレット化処理）において必要な、エレクトレット化量を決定する（ステップＳ１０３）。 Returning to FIG. 5, the electret amount required in the next electretization process (additional electretization process) is determined based on the sensitivity measurement result of the condenser microphone 43 (step S103).
すなわち、通常、１回のエレクトレット化では所望のマイク感度は得られない。したがって、所望の感度を得るために必要なエレクトレット化量を、現在の測定感度と、予め求められているエレクトレット化量とマイク感度との関係を示す特性情報に従って求めるものである。 That is, normally, a desired microphone sensitivity cannot be obtained by one electretization. Therefore, the electretization amount necessary for obtaining the desired sensitivity is obtained in accordance with the current measurement sensitivity and the characteristic information indicating the relationship between the electretization amount and the microphone sensitivity obtained in advance.
２回目のエレクトレット化処理におけるエレクトレット化量が決定されると、次に、その決定されたとおりの量のエレクトレット化を行うために、図３のエレクトレット化装置（着電装置）における条件設定を行う（ステップ１０４：この工程の詳細は後述する）。 When the electretization amount in the second electretization process is determined, in order to perform electretization of the determined amount, conditions are set in the electretization apparatus (charging apparatus) in FIG. (Step 104: Details of this step will be described later).
そして、追加のエレクトレット化処理を実施し（ステップＳ１０５）、所望のコンデンサマイクロホンを形成する。次に、個々のチップに分断する（ダイシングステップＳ１０６）図２に示すように、シールドケース４１を装着し（ステップＳ１０７）、これによって、図２に示されるコンデンサマイクロホンが完成する（ステップＳ１０８）。
Then, an additional electret process is performed (step S105), and a desired condenser microphone is formed. Next, the chip is divided into individual chips (dicing step S106). As shown in FIG. 2, the
次に、図５における、ステップＳ１０４（エレクトレット化装置における条件設定）について説明する。 Next, step S104 (condition setting in the electretizing apparatus) in FIG. 5 will be described.
エレクトレット化装置（図３）における条件設定の要素として、４つの要素が考えられる。すなわち、電圧、イオンの極性、距離、時間である。このうちの１つ、もしくは複数
を組み合わせることで、誘電体膜３２に対して、目標とするエレクトレット量の、正確なエレクトレット化を行うことができる。
There are four possible elements for setting conditions in the electretization apparatus (FIG. 3). That is, voltage, ion polarity, distance, and time. By combining one or more of these, the target electret amount can be accurately electretized with respect to the
上記のとおり、エレクトレット化量は、コロナ放電電圧を調整することにより調整可能である。コロナ放電電圧の調整は、図３のエレクトレット化装置における高電圧源５３の電源電圧の電圧値を変更することによって実現される。
As described above, the electretization amount can be adjusted by adjusting the corona discharge voltage. The adjustment of the corona discharge voltage is realized by changing the voltage value of the power supply voltage of the
放電電圧を高くするほど、より多くのイオンが発生するため、より高い着電量（エレクトレット化量）となる。このとき、一定以下の電圧であると、コロナ放電が起こらない。また、ある一定値以上の電圧になると、放電によりエレクトレット材料が損傷する。したがって、上限値と下限値との間で、適切な放電電圧を設定する必要がある。 As the discharge voltage is increased, more ions are generated, and therefore, a higher charge amount (electretization amount) is obtained. At this time, if the voltage is below a certain level, corona discharge does not occur. Further, when the voltage exceeds a certain value, the electret material is damaged by the discharge. Therefore, it is necessary to set an appropriate discharge voltage between the upper limit value and the lower limit value.
また、上記のとおり、エレクトレット化量は、高電圧源５３の電源電圧の極性を時間によって変えることで、放電イオンのプラスイオンとマイナスイオンの割合を調整することによっても調整可能である。
Further, as described above, the electretization amount can also be adjusted by adjusting the ratio of positive ions to negative ions of the discharge ions by changing the polarity of the power supply voltage of the
また、上記のとおり、エレクトレット化量は、誘電体膜３２と針状電極５１の距離ａ（図３参照）を変化させることによっても調整可能である。距離ａが短いほど、着電量が増大する。
Further, as described above, the electretization amount can also be adjusted by changing the distance a (see FIG. 3) between the
また、上記のとおり、エレクトレット化量は、コロナ放電時間を変化させることによっても調整可能である。放電時間が長いほど、着電量が増大する。 Further, as described above, the electretization amount can also be adjusted by changing the corona discharge time. The longer the discharge time, the greater the amount of charge.
このように、何回かに分けてエレクトレット化処理を行うこと（例えば、初期エレクトレット化によって最低限度のエレクトレット化を達成し、次に、条件を変えて追加のエレクトレット化を行い所望のエレクトレット化を達成すること）によって、無理なくエレクトレット化を行うことができ、また、エレクトレット化処理の精度を高めることもできる。 In this way, electretization processing is performed in several steps (for example, the minimum electretization is achieved by initial electretization, and then additional electretization is performed by changing the conditions to achieve the desired electretization. To achieve) electretization can be performed without difficulty, and the accuracy of electretization processing can be increased.
また、１回目のエレクトレット化の後、マイクロホンの感度を実測し、その実測結果から次のエレクトレット化量を決めることにより、マイクロホンを規定（規格）の感度に調整することができる。 In addition, after the first electretization, the microphone sensitivity can be measured, and the next electretization amount can be determined from the actual measurement result, whereby the microphone can be adjusted to the specified (standard) sensitivity.
特に、製造ばらつき（膜厚のばらつき等）によるマイクロホンの感度のばらつきを、追加のエレクトレット化処理のエレクトレット量を調整することによって吸収することができ、さらに、ＦＥＴの容量、寄生容量等に起因する感度のばらつきも、追加のエレクトレット化処理のエレクトレット量を調整することによって吸収することができる。 In particular, variations in sensitivity of microphones due to manufacturing variations (film thickness variations, etc.) can be absorbed by adjusting the electret amount of the additional electret processing, and further due to FET capacitance, parasitic capacitance, etc. Sensitivity variations can also be absorbed by adjusting the electret amount of the additional electret process.
したがって、本発明によれば、製造ばらつきや部品の特性ばらつきに起因して生じるマイクロホン感度の変動についても対策可能となる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to take measures against fluctuations in microphone sensitivity caused by manufacturing variations and component characteristic variations.
以上のようなエレクトレット化処理を含む工程を経て製造された、本発明のコンデンサマイクロホンは、シリコン基板を微細加工して形成され、誘電体膜をコンデンサの構成要素としてもつ超小型のコンデンサマイクロホンである。したがって、本発明によって、超小型で、実用に耐える感度をもつ、非常に優れた特性をもつうエレクトレット・シリコン・コンデンサ・マイクロホン（ＥＳＣＭ）が得られる。 The condenser microphone of the present invention manufactured through the steps including the electret process as described above is an ultra-small condenser microphone formed by finely processing a silicon substrate and having a dielectric film as a component of the capacitor. . Therefore, according to the present invention, an electret silicon condenser microphone (ESCM) that is ultra-compact, has a sensitivity that can withstand practical use, and has excellent characteristics can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば、シリコン基板をマイクロ加工して得られるコンデンサマイクロホンに関し、ダイシングに先立ちウェハ状態のまま、誘電体膜を規定の量にエレクトレット化することが可能となる。 As described above, according to the present invention, with respect to a condenser microphone obtained by micro-processing a silicon substrate, it is possible to electret a dielectric film to a specified amount in a wafer state prior to dicing.
すなわち、従来、コンデンサマイクロホンは、誘電体膜だけを取り出してエレクトレット化することができないことからエレクトレット方式を採用するのが困難とされていたが、本発明により、現実的な手法を用いて、エレクトレット方式のコンデンサマイクロホンの製造が可能となる。 That is, conventionally, it has been difficult to adopt an electret method because a condenser microphone cannot be made into an electret by taking out only a dielectric film. However, according to the present invention, an electret method is used. This makes it possible to manufacture a condenser microphone of the type.
また、膜厚等のばらつき（デバイスの製造ばらつき）に起因するマイクロホンの感度のばらつきも、エレクトレット化量を調整することによって補償することができる。 Also, variations in microphone sensitivity due to variations in film thickness and the like (device manufacturing variations) can be compensated by adjusting the electretization amount.
さらに、エレクトレット量や寄生容量、ＦＥＴ容量のばらつき等に起因するマイクロホン感度のばらつきも、本発明によって、補償することが可能となる。 Furthermore, variations in microphone sensitivity due to variations in electret amount, parasitic capacitance, FET capacitance, and the like can be compensated by the present invention.
本発明によれば、シリコン・コンデンサ・マイクロホンが完成した状態（実装基板に実装された状態）において、エレクトレット化を行い、かつ、そのエレクトレット化量を個別に調整してマイクロホンの感度を調整することができるため、規格（規定）外の感度の不良品が少なくなり、マイクロホン製造の歩留まりが飛躍的に向上する。 According to the present invention, when the silicon condenser microphone is completed (mounted on the mounting board), electretization is performed, and the electretization amount is individually adjusted to adjust the microphone sensitivity. Therefore, the number of defective products with a sensitivity outside the standard (regulation) is reduced, and the yield of microphone manufacturing is dramatically improved.
したがって、エレクトレット方式のコンデンサマイクロホンの量産化が可能となる。 Therefore, mass production of electret condenser microphones becomes possible.
なお、コンデンサマイクロホンの感度の測定に際しては、以下のような装置が用いられる。図６は、図３のエレクトレット化装置に併設される、コンデンサマイクロホンの感度を測定するための構成を示す図である。この図では、コンデンサマイクロホンチップの感度を測定するものについて説明しているがシリコンウェハを用いた場合にも同様である。図６において、前述の図面と共通する部分には同じ参照符号を付してある。図６において、参照符号７１はスピーカであり、参照符号７２はスピーカアンプであり、参照符号７３は感度測定装置である。また、参照符号７６は、感度測定用のシールドケースである。このシールドケース７６は、感度測定時においてのみ使用されるもの（つまり、図２のシールドケース４１の代わりをするもの）である。シールドケース７６には、音波を通過させるための開口部７７が設けられている。図６の装置において、ウェハレベルで感度を測定する場合には、スピーカ７１からシリコンウェハＳＷ上のコンデンサマイクロホン４３に向けて、一定圧の音を発出する。このとき、図４に示すシリコンウェハＳＷ上の共通接続線８１に接続されたグランドパターンならびにマイク信号出力パターンに対して、パッド８０を介して、測定用ピン７４、７５が接続される。この測定用ピンはマイクロホンの出力信号を測定する装置７３に接続している。スピーカ７１から発出された音はシリコンウェハＳＷ上の各コンデンサマイクロホン４３の振動膜３３に到達し、これによって振動膜３３が振動する。これに応じてコンデンサの容量が変化し、その容量の変化が電気信号として取り出され、その電気信号は、測定用ピン７４，７５を介して感度測定装置７３に送られる。これによって、一定量のエレクトレット化処理がなされたコンデンサマイクロホン４３の感度が一括して測定される。しかしながらこの情報は全てのコンデンサマイクロホンからの出力が合成された状態で出力されるため、この情報を感度情報として調整に用いることはできない。
なお、コンデンサマイクロホン４３の１つ１つについて測定する場合には、実装基板上にウェハレベルで、コンデンサマイクロホン４３の作りこまれたシリコンウェハを実装し、測定後、個々のコンデンサマイクロホン４３に分断するようにすればよい。
In measuring the sensitivity of the condenser microphone, the following apparatus is used. FIG. 6 is a diagram showing a configuration for measuring the sensitivity of the condenser microphone provided in the electretization apparatus of FIG. In this figure, the measurement of the sensitivity of the condenser microphone chip is described, but the same applies to the case where a silicon wafer is used. In FIG. 6, parts that are the same as those in the above-described drawings are given the same reference numerals. In FIG. 6,
When measuring each of the
（実施の形態２）
前記実施の形態では、ウェハ上で個別にエレクトレット化したが、シリコンウェハ１上にコンデンサマイクロホンを形成するに際し、図７に示すように、個々のコンデンサマイクロホンのパッド８０（振動膜電極用パッド８０ａ、固定電極用パッド８０ｂ）に接続するようにダイシングラインＤＬに相当する領域に共通接続線８１を形成しておき、この共通接続線に所望の電圧を印加することにより、一括でエレクトレット化処理するものである。
そして最後にこのダイシングラインＤＬに沿って、ダイシングし、個々のチップに分断する。このとき共通接続線８１は切除される。
説明は省略するが、この方法によっても同様に図１及び２に示したようなコンデンサマイクロホンが形成される。
一括処理によりエレクトレット化が可能となるため、ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ ｔｉｍｅ）のさらなる短縮化をはかることができる。
なお、これら振動膜電極用パッド８０ａ、固定電極用パッド８０ｂに電源供給を行うに際し、共通接続線８１の配置については、図８（ａ）に示すように、それぞれの配線を絶縁層を挟んで多層構造で形成することができる。また、図８（ｂ）に示すことにより、単層構造で、配置することも可能である。
(Embodiment 2)
In the above-described embodiment, the electrets are individually formed on the wafer. However, when the condenser microphone is formed on the
Finally, the wafer is diced along the dicing line DL and divided into individual chips. At this time, the
Although description is omitted, a condenser microphone as shown in FIGS. 1 and 2 is also formed by this method.
Since electretization is possible by batch processing, TAT (Turn Around Time) can be further shortened.
When power is supplied to the
本発明は、シリコン基板を微細加工して形成される半導体チップを用いたコンデンサマイクロホン（シリコンマイク）において、無理なく、精度の高い誘電体膜のエレクトレット化を実現するという効果を奏し、移動体通信機に搭載される超小型のコンデンサマイクロホン、そのエレクトレット化方法、ならびに、その製造に使用されるエレクトレット化装置として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has the effect of realizing a highly accurate electret dielectric film in a capacitor microphone (silicon microphone) using a semiconductor chip formed by microfabrication of a silicon substrate. The present invention is useful as an ultra-small condenser microphone mounted on a machine, an electretization method thereof, and an electretization apparatus used for manufacturing the same.
１ シリコンウェハ
３１ 固定電極
３２ 誘電体膜（誘電体膜）
３３ 振動膜電極（振動膜）
３４ シリコン基板（シリコンダイヤフラム）
３５ 固定電極に設けられる音孔（開口部）
３６ 犠牲層のエッチングにより形成されるエアギャップ
４１ シールドケース
４２ プラスチックまたはセラミックからなる実装基板
４３ シリコン基板を用いた半導体チップ（コンデンサマイクロホンチップ）
４４（４４ａ，４４ｂ） ボンディングワイヤ
４５（４５ａ，４５ｂ） 電子部品（ＦＥＴ、抵抗、アンプ等）
４６ 接地パターン
４７ マイク信号出力パターン
４９ マイクパッケージの音孔（開口部）
５１ 針状電極
５２ 接地用ピン（着電装置ピン）
５３ 高電圧電源
５４ 電源供給用端子
５５ 調整用電圧供給電源
７１ スピーカ
７２ スピーカアンプ
７３ 感度測定装置
７４ 感度測定装置用ピン（接地パターン用）
７５ 感度測定装置用ピン（マイク信号パターン用）
７６ 感度測定装置用シールドケース（接地パターン用）
Ｌ１，Ｌ２ 実装基板内の配線
８０ パッド
８１ 共通接続線
ＤＬ ダイシングライン
1
33 Vibration membrane electrode (vibration membrane)
34 Silicon substrate (silicon diaphragm)
35 Sound hole (opening) provided in fixed electrode
36 Air gap formed by etching
44 (44a, 44b) Bonding wire 45 (45a, 45b) Electronic component (FET, resistor, amplifier, etc.)
46
51 Needle-shaped
53 High
75 Pin for sensitivity measuring device (for microphone signal pattern)
76 Shield case for sensitivity measuring device (for grounding pattern)
L1, L2 Wiring in mounting
Claims (18)
前記シリコンウェハを加工することにより、複数の音孔を有する固定電極と、この固定電極と所定間隔を隔てて配置される導電性の振動膜と、この振動膜上に設けられる誘電体膜とを有するコンデンサマイクロホンを形成する工程と、
前記シリコンウェハをダイシングラインに沿ってダイシングし、複数のコンデンサマイクロホンを形成する工程とを含み、
ダイシングに先立ち、コロナ放電を行い、そのコロナ放電によって発生するイオンを、前記固定電極に設けられた前記複数の音孔を経由して前記誘電体膜に供給し、前記誘電体膜のエレクトレット化を行うエレクトレット化工程とを含むエレクトレット化方法。 In a condenser microphone formed by finely processing a silicon wafer, an electretization method for forming an electret film by electretizing a dielectric film,
By processing the silicon wafer, a fixed electrode having a plurality of sound holes, a conductive vibration film disposed at a predetermined interval from the fixed electrode, and a dielectric film provided on the vibration film Forming a condenser microphone having;
Dicing the silicon wafer along a dicing line to form a plurality of condenser microphones,
Prior to dicing, corona discharge is performed, and ions generated by the corona discharge are supplied to the dielectric film via the plurality of sound holes provided in the fixed electrode, and the dielectric film is electretized. The electretization method including the electretization process to perform.
前記エレクトレット化工程は、前記誘電体膜を、前記振動膜を介して所定の電位に設定し、
前記誘電体膜と、前記固定電極の上方に配された針状電極とによるコロナ放電を行う工程を含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method of Claim 1, Comprising:
In the electretization step, the dielectric film is set to a predetermined potential via the vibration film,
An electretization method including a step of performing corona discharge by the dielectric film and a needle-like electrode disposed above the fixed electrode.
前記エレクトレット化工程は、
前記コンデンサマイクロホンにおける前記誘電体膜を、接地電位に設定する工程を含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method of Claim 2, Comprising:
The electretization step includes
An electretization method including a step of setting the dielectric film in the condenser microphone to a ground potential.
前記エレクトレット化工程は、複数回のエレクトレット化工程を含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method in any one of Claims 1 thru | or 3, Comprising:
The electretization step is an electretization method including a plurality of electretization steps.
前記エレクトレット化工程は、所定条件の下で、初期のエレクトレット化処理を実施する初期エレクトレット化工程と、
その後、条件を再設定して、追加のエレクトレット化処理を実施する追加エレクトレット化工程とを含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method of Claim 4, Comprising:
The electretization step is an initial electretization step of performing an initial electretization process under a predetermined condition;
Then, the electretization method including the additional electretization process which resets conditions and implements an additional electretization process.
前記初期エレクトレット化工程後、前記コンデンサマイクロホンの感度を測定する測定工程を含み、
前記追加エレクトレット化工程は、前記測定工程の測定結果に基づいて前記追加エレクトレット化処理工程の処理条件を決定し、決定された条件下で前記追加のエレクトレット化処理を実施する工程を含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method of Claim 5, Comprising:
After the initial electret step, including a measurement step of measuring the sensitivity of the condenser microphone,
The additional electretization step includes a step of determining a processing condition of the additional electret processing step based on a measurement result of the measurement step and performing the additional electret processing under the determined condition. .
前記エレクトレット化工程は、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電の印加電圧により調整する工程を含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method in any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising:
The electretization method is an electretization method including a step of adjusting a charge amount of the dielectric film by an applied voltage of corona discharge.
前記エレクトレット化工程は、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電を行う前記針状電極と前記誘電体膜との距離により調整する工程を含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method in any one of Claim 2 thru | or 6, Comprising:
The electretization step is an electretization method including a step of adjusting a charged charge amount of the dielectric film according to a distance between the needle-like electrode that performs corona discharge and the dielectric film.
前記エレクトレット化工程は、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電を行う時間により調整するエレクトレット化方法。 It is the electretization method in any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising:
The electretization step is an electretization method in which the charge amount of the dielectric film is adjusted by the time for performing corona discharge.
前記エレクトレット化工程は、前記誘電体膜の帯電電荷量を、コロナ放電で発生するマイナスイオンとプラスイオンの割合により調整する工程を含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method in any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising:
The electretization method is an electretization method including a step of adjusting a charge amount of the dielectric film by a ratio of negative ions and positive ions generated by corona discharge.
前記エレクトレット化工程は、前記振動板を接地電位とし、前記固定電極の電位を調整することにより、誘電体膜の帯電電荷量を、調整するエレクトレット化方法。 It is the electretization method in any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising:
The electretization step is an electretization method in which the charge amount of the dielectric film is adjusted by adjusting the potential of the fixed electrode by setting the diaphragm to a ground potential.
前記コンデンサマイクロホンを形成する工程は、各コンデンサマイクロホン形成領域ごとに少なくとも１つの通電用の電極パッドと、前記各電極パッドを電気的に共通接続する共通接続線とを形成する工程を含み、
前記エレクトレット化工程は、前記通電用の電極パッドを介して、前記振動膜に通電し、前記振動膜と、前記固定電極の上方に配された針状電極とによるコロナ放電を行い、前記振動膜上の前記誘電体膜に対して一括してエレクトレット化処理を行う工程を含むエレクトレット化方法。 It is the electretization method in any one of Claim 1 thru | or 10, Comprising:
The step of forming the capacitor microphone includes a step of forming at least one energizing electrode pad for each capacitor microphone forming region and a common connection line for electrically connecting the electrode pads in common.
In the electretization step, the vibrating membrane is energized through the energizing electrode pad, and corona discharge is performed by the vibrating membrane and a needle-like electrode disposed above the fixed electrode. The electretization method including the process of performing electretization process with respect to the said dielectric material film collectively.
前記共通接続線は、前記ダイシングライン上に形成されており、
前記ダイシング工程において、切除されるように構成されたエレクトレット化方法。 It is the electretization method of Claim 12, Comprising:
The common connection line is formed on the dicing line,
The electretization method comprised so that it might be excised in the said dicing process.
少なくとも１回のコロナ放電を、一つのコンデンサマイクロホンに対して個別に実施するための一つの針状電極と、この針状電極に高電圧を印加するための高電圧電源と、前記コンデンサマイクロホンにおけるエレクトレット化対象の膜を所望の電位とするための通電ピンと、前記コンデンサマイクロホンを搭載した半導体ウェハを載置するためのステージと、を有するエレクトレット化装置。 An electretizing apparatus for carrying out the electretizing method according to any one of claims 1 to 14,
One acicular electrode for individually performing at least one corona discharge on one condenser microphone, a high voltage power source for applying a high voltage to the acicular electrode, and an electret in the condenser microphone An electretization apparatus comprising: an energization pin for setting a film to be converted to a desired potential; and a stage for mounting a semiconductor wafer on which the condenser microphone is mounted.
前記所望の電位は接地電位であるエレクトレット化装置。 The electretization apparatus according to claim 15,
An electretizing apparatus wherein the desired potential is a ground potential.
さらに、前記コンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定部を有するエレクトレット化装置。 The electretization apparatus according to claim 15,
Furthermore, the electretization apparatus which has a sensitivity measurement part which measures the sensitivity of the said condenser microphone.
コロナ放電の印加電圧、コロナ放電を行う電極と前記誘電体膜との距離、コロナ放電を行う時間、およびコロナ放電で発生するマイナスイオンとプラスイオンの割合、の少なくとも一つが調整可能であるエレクトレット化装置。 The electretization apparatus according to any one of claims 15 to 17,
Electretization in which at least one of the applied voltage of corona discharge, the distance between the electrode for performing corona discharge and the dielectric film, the time for performing corona discharge, and the ratio of negative ions and positive ions generated by corona discharge can be adjusted apparatus.
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