(57)【要約】ＭＥＭＳマイクロホンは、基板（１１０）と、下側電極層（１２０）と、犠牲層（１３０）と、応力層（１４０）と、上側電極層（１５０）とを備える。基板（１１０）は第１の開口部（１１１）を設けられ、下側電極層（１２０）は基板（１１０）にまたがって延びている。第２の開口部（１６０）は犠牲槽（１３０）および応力層（１４０）上に設けられている。第２の開口部（１６０）は第１の開口部（１１１）と対応する。応力層（１４０）の応力方向は、基板（１１０）の歪み方向と反対である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、下側電極層と、犠牲層と、応力層と、上側電極層とを備えるＭＥＭＳマイクロホンであって、前記基板はその中央部に第１の開口部を画定し、前記下側電極層は前記基板にまたがり、前記犠牲層、前記応力層および前記上側電極層は、前記下側電極層上に順次積層され、前記犠牲層および前記応力層は、前記第１の開口部に対応する第２の開口部を画定し、前記応力層の応力方向は、前記基板の歪み方向と反対である、ＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項２】
前記応力層が、窒化シリコン層である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項３】
前記応力層が、前記上側電極層または前記下側電極層の振動活性領域の周辺に位置し、前記振動活性領域は、前記第２の開口部に対応する位置である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項４】
前記上側電極層が、ダイヤフラムとして働く可撓性膜であり、前記下側電極層は、バックプレートとして働く剛性膜である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項５】
前記上側電極層が、バックプレートとして働く剛性膜であり、前記下側電極層が、ダイヤフラムとして働く可撓性膜である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項６】
前記バックプレートには、複数の音響孔が設けられている、請求項４または５に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項７】
前記上側電極層および前記下側電極層の両方が、ポリシリコンで作製される、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項８】
前記上側電極層および前記下側電極層の両方が、ポリシリコンを含む複合層である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項９】
前記犠牲層には、前記犠牲層の下方に前記下側電極層を露出するように構成された切欠部がさらに設けられる、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項１０】
前記ＭＥＭＳマイクロホンが、第１パッドおよび第２パッドをさらに備え、
前記第１のパッドが前記上側電極層の側部上に配設され、前記第２のパッドが前記露出された下側電極上に配設される、請求項９に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項１１】
絶縁層が前記基板上にさらに設けられ、前記下側電極層は、前記基板および前記下側電極層が互いから絶縁されるように、前記絶縁層にまたがって前記絶縁層に連結される、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項１２】
ＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法であって、
基板上に下側電極層、犠牲層、および応力層を順次堆積するステップであって、前記応力層の応力方向は、前記基板の歪み方向とは反対である、ステップと、
前記応力層上に上側電極層の振動活性領域を形成するステップと、
前記応力層上に上側電極層を堆積するステップと、
前記基板上に第１の開口部を画定するステップと、
前記振動活性領域に対応する前記犠牲層上に第２の開口部を画定するステップであって、前記第２の開口部は前記第１の開口部に対応する、ステップとを含む、方法。
【請求項１３】
前記上側電極層が可撓性膜であり、前記下側電極層が剛性膜であり、前記方法は、前記下側電極層上に複数の音響孔を形成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記上側電極層が剛性膜であり、前記下側電極層が可撓性膜であり、前記方法は、前記上側電極層上に複数の音響孔を形成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記上側電極層上に第１のパッドを形成し、前記下側電極層上に第２のパッドを形成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
ＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法であって、
基板上に下側電極層、犠牲層、および応力層を順次堆積するステップであって、前記応力層の応力方向は、前記基板の歪み方向とは反対である、ステップと、
前記応力層上に前記下側電極層の振動活性領域を形成するステップと、
前記応力層上に上側電極層を堆積するステップと、
前記基板上に第１の開口部を画定するステップと、
前記振動活性領域に対応する前記犠牲層上に第２の開口部を画定するステップであって、前記第２の開口部は前記第１の開口部に対応する、ステップとを含む、方法。
【請求項１７】
前記上側電極層が可撓性膜であり、前記下側電極層が剛性膜であり、前記方法は、前記下側電極層上に複数の音響孔を形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記上側電極が可撓性膜であり、前記下側電極層が剛性膜であり、前記方法は前記上側電極層上に複数の音響孔を形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記上側電極層上に第１のパッドを、前記下側電極層上に第２のパッドを形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス技術に関し、詳細には、ＭＥＭＳマイクロホンおよびこれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリカベースのマイクロホンを含むマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスは、通常、集積回路製造技術によって製造される。シリカベースのマイクロホンは、補聴器および移動通信デバイスなどの分野で幅広い用途の可能性がある。ＭＥＭＳマイクロホンチップは、２０年以上にわたって研究されてきた。この期間中、ピエゾ抵抗、圧電、および容量性を含む多くのタイプのマイクロホンチップが開発されており、その中でも容量性ＭＥＭＳマイクロホンが最も広く使用されている。容量性ＭＥＭＳマイクロホンには、小型、高感度、良好な周波数特性、および低ノイズなどの利点がある。
【０００３】
ＭＥＭＳマイクロホンの製造プロセスでは、プロセスは通常、半導体基板の一方の側でのみ実施され（例えば、膜堆積、エッチングなど）、他方側では、プロセスは実施されない。通常、酸化シリコンの非常に厚い層が、ダイヤフラムまたはバックプレート上に形成され、典型的には３から５μｍの厚さを有して犠牲層として働く。次に、バックプレートまたはダイヤフラムが犠牲層上に形成され、最後に、犠牲層は、エッチングされて除去され、バックプレートとダイヤフラムとの間に空洞を形成する。この非常に厚い犠牲層は、ＭＥＭＳマイクロホン半導体基板のひどい歪曲を引き起こす可能性がある。フォトリソグラフィプロセスなどの半導体製造プロセスにおける半導体基板の変形に対して厳密な要求事項が存在するため、半導体基板がひどく変形した場合、その後のプロセスを実施することができず、その結果、ＭＥＭＳマイクロホンの製造を続けることができなくなる。
【０００４】
半導体基板の反り問題に対処するために、通常、半導体基板の他の側にも膜層が堆積されるか、またはエッチングプロセスが実施される。しかし、これにより、ＭＥＭＳマイクロホンデバイスの半導体基板の片面が半導体デバイスに接触し、それにより、ＭＥＭＳマイクロホンデバイスに傷や汚れが生じ、それによってＭＥＭＳマイクロホンの歩留まりに影響を与え、製造コストも増加する。さらに、製造プロセス上の制約により、裏面膜層は、半導体基板の裏面に常に維持できるとは限らない。裏面の膜が除去されると、半導体基板は再び変形する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、基板の変形を低減するか、または解消し、高い歩留まりを有することができるＭＥＭＳマイクロホンおよびその製造方法を提供することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ＭＥＭＳマイクロホンは、基板と、下側電極層と、犠牲層と、応力層と、上側電極層とを含み、基板はその中央部に第１の開口部を画定し、下側電極層は基板にまたがり、犠牲層、応力層および上側電極層は、下側電極層上に順次積層され、犠牲層および応力層は、前記第１の開口部に対応する第２の開口部を画定し、応力層の応力方向は、基板の歪み方向と反対である。
【０００７】
さらに、ＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法であって、
【０００８】
基板上に下側電極層、犠牲層、および応力層を順次堆積するステップであって、応力層の応力方向は、基板の歪み方向とは反対である、ステップと、
【０００９】
応力層上に上側電極層の振動活性領域を形成するステップと、
【００１０】
応力層上に上側電極層を堆積するプロセスと、
【００１１】
基板上に第１の開口部を画定するステップと、
【００１２】
振動活性領域に対応する犠牲層上に第２の開口部を画定するステップであって、第２の開口部は第１の開口部に対応する、ステップとを含む方法も提供される。
【００１３】
さらに、ＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法であって、
【００１４】
基板上に下側電極層、犠牲層、および応力層を順次堆積するステップであって、応力層の応力方向は、基板の歪み方向とは反対である、ステップと、
【００１５】
応力層上に下側電極層の振動活性領域を形成するステップと、
【００１６】
応力層上に上側電極層を堆積するプロセスと、
【００１７】
基板上に第１の開口部を画定するステップと、
【００１８】
振動活性領域に対応する犠牲層上に第２の開口部を画定するステップであって、第２の開口部は第１の開口部に対応する、ステップとを含む方法も提供される。
【００１９】
上記のＭＥＭＳマイクロホンは、基板と、下側電極層と、犠牲層と、応力層と、上側電極層とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本開示の実施形態によるまたは先行技術における技術的解決策をより明確に示すために、実施形態または従来技術を説明するための添付の図を以下に簡単に紹介する。明らかなことに、以下の説明における添付の図は、本開示の一部の実施形態にすぎず、当業者は創造的な努力なしに添付の図から他の図を導出することができる。
【００２１】
【図１】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの上面図である。
【００２２】
【図２】図１の線Ａ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００２３】
【図３】別の実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの断面図である。
【００２４】
【図４】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法のフローチャートである。
【００２５】
【図５】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造するプロセスを示す断面図である。
【図６】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造するプロセスを示す断面図である。
【図７】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造するプロセスを示す断面図である。
【図８】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造するプロセスを示す断面図である。
【図９】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造するプロセスを示す断面図である。
【図１０】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造するプロセスを示す断面図である。
【図１１】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造するプロセスを示す断面図である。
【図１２】一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンを製造するプロセスを示す断面図である。
【００２６】
【図１３】別の実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの製造プロセスを示す断面図である。
【図１４】別の実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの製造プロセスを示す断面図である。
【図１５】別の実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの製造プロセスを示す断面図である。
【図１６】別の実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの製造プロセスを示す断面図である。
【図１７】別の実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの製造プロセスを示す断面図である。
【図１８】別の実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの製造プロセスを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本開示の実施形態は、添付の図を参照して以下でより包括的に説明される。好ましい実施形態が図に示される。しかし、本開示の様々な実施形態は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。そうではなく、これらの実施形態は、本開示が完全かつ完璧であり、開示の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。
【００２８】
図１は、一実施形態におけるＭＥＭＳマイクロホンの上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００２９】
ＭＥＭＳマイクロホンは、基板１１０と、下側電極層１２０と、犠牲層１３０と、応力層１４０と、上側電極層１５０とを含む。
【００３０】
図示する実施形態では、基板１１０はＳｉから作製されているが、基板１１０は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４の１つなどの他の半導体または半導体化合物から作製されてもよい。ベースプレート１１０の中央部には、第１の開口部１１１が設けられる。第１の開口部１１１は、バックキャビティとも呼ばれる。基板１１０には、絶縁層１１３が設けられてもよい。絶縁層１１３は、酸化シリコン層である。絶縁層１１３は、バックキャビティ１１１を同時にエッチングするための停止層として働く。下側電極層１２０は、絶縁層１１３にまたがってこれに連結される。絶縁層１１３は、基板１１０および下側電極層１２０を互いから絶縁する働きをする。
【００３１】
下側電極層１２０は、基板１１０にまたがっている。下側電極層１２０上には、犠牲層１３０、応力層１４０、および上側電極層１５０が順次積層される。第２の開口部１６０は、犠牲層１３０および応力層１４０上に画定される。第２の開口部１６０は、第１の開口部１１１に対応する。ここで、応力層１４０の応力方向は、基板１１０の歪み方向と反対である。図２の矢印Ａの方向は、応力層１４０の力の方向を示し、図２の矢印Ｂの方向は、ウエハの歪みを引き起こす膜層の力の方向、すなわち、基板１１０の反りの力の方向を示す。
【００３２】
応力層１４０の厚さは、基板１１０の反りと合致する。反りまたは歪みは、空間における平面の曲がりの度合いを説明するために使用され、数値的に、歪み面の最も遠い２点間の高さ方向の距離として定義される。絶対面の反りは０である。上側電極層１５０および下側電極層１２０は、互いに絶縁されている。
【００３３】
応力層１４０が基板の反りを引き起こす膜層（基板１１０）の応力と合致すると、基板１１０の反りを低減するか、または解消することができる。応力層１４０の応力σに厚さｔを乗じたものは、応力層１４０がウエハ上に発生させる力の大きさを大まかに示すことができ、これはσ×ｔで表される。それに応じて、他の層の応力も大まかに計算することができる。応力層１４０の応力および厚さを調整することにより、基板１１０の反りを低減するか、または解消することができる。
【００３４】
図１および図２を参照すると、下側電極層１２０はダイヤフラムとして働く可撓性膜であり、上側電極層１５０はバックプレートとして働く剛性膜である。下側電極層（ダイヤフラム）１２０は、引っ張り応力を有し、導電性を有する可撓性膜である。周囲空気が振動すると、ダイヤフラムがある程度変形して、プレートコンデンサの電極としての上側電極層（バックプレート）１５０と一緒に平板コンデンサを形成することができる。上側電極層（バックプレート）１５０は、導電性の剛性膜であり、上側電極層（バックプレート）１５０上には、所定の大きさの複数の音響孔１７０が形成されている。音響孔１７０を介して下側電極層（ダイヤフラム）１２０に音を伝えることができる。音響孔１７０は、上側電極層（バックプレート）１５０上に均一に分散される。当然ながら、音響孔１７０は、不均一に分散されてもよい。例えば、音響孔１７０は、上側電極層（バックプレート）１５０の中央領域において比較的稠密であってもよい。
【００３５】
下側電極層１２０および上側電極層１５０は、いずれも導電層である。図示する実施形態では、下側電極層１２０および上側電極層１５０は、いずれもポリシリコン層である。ポリシリコンを堆積し、ポリシリコン層を形成する間、ポリシリコンの堆積のプロセスパラメータ、その厚さ、不純物のドーピング量などを変更して、可撓性または剛性である下側電極層１２０および上側電極層１５０を形成することができる。他の実施形態では、電極プレート１２０および上側電極層１５０は、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、またはＡｌ、Ｗ、Ｔｉ、またはＡｌ、Ｗ、Ｔｉの窒化物の１つを含む導電層を含む複合層構造であってもよい。
【００３６】
別の実施形態では、図３を参照すると、下側電極層１２０はバックプレートとして機能する剛性膜であり、上側電極層１５０はダイヤフラムとして働く可撓性膜である。これに対応して、下側電極層１２０上には、所定の大きさの複数の音響孔１７０が形成されている。音響孔１７０を介して上側電極層（ダイヤフラム）１５０に音を伝えることができる。音響孔１７０は、下側電極層（バックプレート）１２０上に均一に分散される。当然ながら、音響孔１７０は、不均一に分散されてもよい。例えば、音響孔１７０は、下側電極層１２０の中央領域において比較的稠密であってもよい。
【００３７】
下側電極層１２０上には、犠牲層１３０、応力層１４０、および上側電極層１５０が順次積層される。第２の開口部１６０は、犠牲層１３０および応力層１４０上に画定され、それにより、下側電極層１２０、犠牲層１３０、応力層１４０、および上側電極層１５０は、封止されて空洞を形成する。空洞は、実際には犠牲層１３０から剥離される。剥離中、犠牲層１３０はエッチングされて除去されて空洞を形成する。
【００３８】
ＭＥＭＳマイクロホンの犠牲層の厚さは通常３から５μｍの範囲であるので、そのような厚さの犠牲層１３０は、ＭＥＭＳマイクロホン半導体基板１１０をひどく変形させ得る。応力層１４０の応力の大きさまたは応力層１４０の膜厚は、基板１１０の歪みまたは変形の実際の程度に応じて制御することができ、それによって応力層１４０の厚さは基板１１０の反りと合致する。換言すれば、応力層１４０の厚さおよび応力値を変更することによって、基板１１０の変形方向とは反対の力を基板１１０に加えて、基板１１０の変形を低減するか、または解消することができる。図示する実施形態では、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層の応力方向が基板１１０を歪ませる応力と反対であるため、応力層１４０は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層である。
【００３９】
応力層１４０は、典型的には、上側電極層１５０または下側電極層１２０の振動活性領域の周辺に位置し、それによってダイヤフラムまたはバックプレートの応力レベルに影響を与えないようにする。上側電極層１５０または下側電極層１２０の振動活性領域とは、第２の開口部１６０に対応する位置を指す。
【００４０】
犠牲層１３０はポリシリコン層であり、犠牲層１３０には、犠牲層１３０の下方に下側電極層１２０を露出させるための切欠部１３１が設けられる。この実施形態では、切欠部１３１は貫通孔構造である。
【００４１】
ＭＥＭＳマイクロホンはまた、上側電極層１５０の側部に配設される第１のパッド１８１と、露出された下側電極１２０上に配設される第２のパッド１８３とを含む。第１のパッド１８１および第２のパッド１８３は共に金属で作製され、第１のパッド１８１および第２のパッド１８３は下側電極層１２０および上側電極層１５０を連結するために使用され、その一方で、第１のパッド１８１および第２のパッド１８３は、その後の容量性シリカベースのマイクロホンパッケージ配線にも使用することができる。図１から図４は、ＭＥＭＳマイクロホンのいくつかの主要な構造の単純な例を示すにすぎず、デバイスの全体構造を表すものではないことを理解されたい。
【００４２】
図４は、ＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法のフローチャートである。具体的なプロセスフローを図５〜図１２を参照して以下に説明する。ＭＥＭＳマイクロホンを製造する前述の方法は、以下を含む。
【００４３】
ステップＳ４１０において、下側電極層、犠牲層、および応力層が基板上に順次堆積される。
【００４４】
図５から図７を参照すると、図示する実施形態では、基板１１０はＳｉから作製される。他の実施形態では、基板１１０は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、またはＳｉ３Ｎ４の１つなどの他の半導体または半導体化合物から作成されてもよい。基板１１０の表面（第１の主面）には、熱成長により酸化シリコン絶縁層１１３が形成され、酸化シリコン絶縁層１１３の厚さは０．５μｍから１μｍの間である。次に、酸化シリコン絶縁層１１３の表面にポリシリコンが堆積されて、下側電極層１２０を形成する。このとき、下側電極層１２０は可撓性膜であり、下側電極層１２０はＭＥＭＳマイクロホンのダイヤフラムとして働く。他の実施形態では、下側電極層１２０は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、またはＡｌ、Ｗ、Ｔｉ、またはＡｌ、Ｗ、Ｔｉの窒化物を含む複合導電層であってもよい。
【００４５】
次に、フォトリソグラフィおよびエッチングステップが実行されて、下側電極層（ダイヤフラム）１２０の所望のパターンを形成する。下側電極層１２０上に犠牲層１３０として働く酸化物層が堆積され、窒化物の層が応力層１４０として働くように犠牲層１３０上に堆積される。ＭＥＭＳマイクロホンの犠牲層の厚さは通常３から５μｍの範囲であるので、そのような厚さの犠牲層１３０は、ＭＥＭＳマイクロホン半導体基板１１０のひどい変形を引き起こす。準備プロセスでは、基板１１０の反りまたは変形に応じて、応力層１４０の押圧または応力層１４０の膜厚を制御することができる。換言すれば、応力層１４０の厚さおよび応力を変更することによって、基板の変形方向とは反対の力を基板に加えて、基板の変形を低減するか、または解消することができる。応力層１４０は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層であり、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層の応力方向は基板１１０を歪ませる応力とは反対である。応力層１４０の応力は、堆積中の温度、圧力、ガス体積（総反応ガス体積および反応ガス成分の比）、高周波電力および周波数などの堆積プロセスパラメータを調整することによって調整してもよい。
【００４６】
ステップＳ４２０において、下側電極層の振動活性領域が応力層内に形成される。
【００４７】
図８を参照すると、フォトリソグラフィおよびエッチングステップにより、応力層１４０上に下側電極層（ダイヤフラム）１２０の振動活性領域１４１が形成され、エッチングによって第１の貫通孔１４３が形成される。振動活性領域とは、ＭＥＭＳマイクロホン内のダイヤフラムとして働く下側電極層１２０を周囲空気が振動する際にある程度変形させることを可能にするための空間と解釈することができる。
【００４８】
ステップＳ４３０において、上側電極層が応力層上に堆積される。
【００４９】
図９から図１１を参照すると、応力調整層１４０上にポリシリコンが堆積されて、導電特性を有する剛性膜を形成し、すなわち上側電極層１５０はＭＥＭＳマイクロホンのバックプレートとして働く。
【００５０】
フォトリソグラフィおよびエッチングが上側電極層１５０上で実施されて音響孔１７０および第２の貫通孔１５１を形成する。音響孔１７０は、上側電極層１５０上に均一に分散される。当然ながら、音響孔１７０は、不均一に分散されてもよい。例えば、音響孔１７０は、上側電極層１５０の中央領域において比較的稠密であってもよい。応力層１４０は、典型的には、上側電極層１５０または下側電極層１２０の振動活性領域の周囲に位置し、それによってダイヤフラムまたはバックプレートの応力レベルに影響を与えないようにする。
【００５１】
また、フォトリソグラフィおよびエッチングが上側電極層１５０上で実施されて、第３の貫通孔１３１が、第２の貫通孔に対応する犠牲層１３０上に形成される。第１のパッド１８１が上側電極層（バックプレート）１５０の側部に形成され、第２のパッド１８３が第３の貫通孔に対応する下側電極層（ダイヤフラム）１２０上に形成される。第１のパッド１８１および第２のパッド１８３は、下側電極層（ダイヤフラム）１２０および上側電極層（バックプレート）１５０を連結するために使用され、第１のパッド１８１および第２のパッド１８３はまた、後の容量性シリカベースのマイクロホンパッケージ配線にも使用することができる。
【００５２】
ステップＳ４４０において、第１の開口部が基板上に画定される。
【００５３】
図１２を参照すると、基板１１０の下側電極層１２０（第２の主面）から外方を向く基板１１０の表面は、基板１１０の厚さを所望の厚さに低減するように研磨され、第１の開口部１１１が、第２の主面上にフォトリソグラフィおよびエッチングなどのプロセスによって画定される。第１の開口部１１１は、バックキャビティとも呼ばれる。絶縁層１１３は、バックキャビティ１１１をエッチングするための停止層として働く。
【００５４】
ステップＳ４５０において、第２の開口部が振動活性領域に対応する犠牲層上に画定される。
【００５５】
図２を参照すると、振動活性領域に対応する犠牲層は、第２の開口部１６０を画定するための剥離プロセスを経て、それにより、下側電極層１２０、犠牲層１３０、応力層１４０および上側電極層１５０が封入されてキャビティを形成する。この剥離とは、犠牲層１３０がエッチングプロセスによって特有の領域（ダイヤフラムの下側電極層または下側モータ層の振動活性領域に対応する位置）でエッチングされて除去され、最終的にＭＥＭＳマイクロホンデバイスが形成されることを意味する。
【００５６】
別の実施形態では、ＭＥＭＳマイクロホンの準備プロセスの流れは、以下のとおりであり、これについては、図１３から図１８を参照して説明する。
【００５７】
ステップＳ４１０において、下側電極層、犠牲層、および応力層が基板上に順次堆積される。
【００５８】
図１３を参照すると、基板１１０が設けられている。基板１１０は、Ｓｉから作製される。基板１１０は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４のうちの１つなどの他の半導体または半導体化合物から作製されてもよい。基板１１０の表面（第１の主面）には、熱成長により酸化シリコン絶縁層１１３が形成され、酸化シリコン絶縁層１１３の厚さは０．５μｍから１μｍの間である。次いで、酸化シリコン絶縁層１１３の表面上にポリシリコンが堆積されて下側電極層１２０を形成する。次に、酸化シリコン絶縁層１１３の表面上にポリシリコンが堆積されて、下側電極層１２０を形成する。このとき、下側電極層１２０は剛性膜であり、下側電極層１２０はＭＥＭＳマイクロホンのバックプレートとして働く。他の実施形態では、下側電極層１２０は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、またはＡｌ、Ｗ、Ｔｉ、またはＡｌ、Ｗ、Ｔｉの窒化物を含む複合導電層であってもよい。
【００５９】
図１４および図１５を参照すると、フォトリソグラフィおよびエッチングが下側電極層１２０上で実施されて音響孔１７０を形成する。音響孔１７０は、下側電極層１２０上に均一に分散される。当然ながら、音響孔１７０は、不均一に分散されてもよい。例えば、音響孔１７０は、下側電極層１２０の中央領域において比較的稠密であってもよい。次いで、下側電極層１２０上に犠牲層１３０として働く酸化物層が堆積され、応力層１４０として働く窒化シリコンの層が犠牲層１３０上に堆積される。ＭＥＭＳマイクロホンの犠牲層の厚さは通常３から５μｍの範囲であるので、そのような厚さの犠牲層１３０はＭＥＭＳマイクロホン半導体基板１１０をひどく変形させる。準備プロセスでは、基板１１０の反りまたは変形に応じて、応力層１４０の押圧または応力層１４０の膜厚を制御することができる。換言すれば、応力層１４０の厚さおよび応力を変更することによって、基板の変形方向とは反対の力を基板に加えて、基板の変形を低減するか、または解消することができる。応力層１４０は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層であり、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層の応力方向は基板１１０を歪ませる応力とは反対である。応力層１４０の応力は、堆積中の温度、圧力、ガス体積（総反応ガス体積および反応ガス成分の比）、高周波電力および周波数などの堆積プロセスパラメータを調整することによって調整することができる。
【００６０】
ステップＳ４２０において、上側電極層の振動活性領域が応力層内に形成される。
【００６１】
次に、図１５を参照すると、フォトリソグラフィおよびエッチングステップにより、応力層１４０上に上側電極層（ダイヤフラム）１５０の振動活性領域１４１が形成され、エッチングによって第１の貫通孔１４３が形成される。振動活性領域とは、ＭＥＭＳマイクロホン内のダイヤフラムとして働く上側電極層１５０が、周囲空気が振動する際にある程度変形することができる空間を有することを意味すると理解することができる。
【００６２】
ステップＳ４３０において、上側電極層が応力層上に堆積される。
【００６３】
図１６を参照すると、応力層１４０上にポリシリコンが堆積されて、導電特性を有する可撓性の薄膜、すなわちＭＥＭＳマイクロホンのダイヤフラムとして働く上側電極層１５０を形成する。応力層１４０は、典型的には、上側電極層１５０または下側電極層１２０の振動活性領域の周囲に位置し、それによってダイヤフラムまたはバックプレートの応力レベルに影響を与えないようにする。次いで、フォトリソグラフィ、エッチング、および他のプロセスが実施されて所望のパターンおよび第２の貫通孔１５１を形成する。次に、第３の貫通孔１３１が、フォトリソグラフィおよびエッチングプロセスによって犠牲層１３０上の第２の貫通孔１５１内に形成される。図１７を参照すると、第１のパッド１８１が上側電極層（ダイヤフラム）１５０の側部に形成され、第２のパッド１８３が、第３の貫通孔に対応する下側電極層（バックプレート）１２０上に形成される。第１のパッド１８１および第２のパッド１８３は、下側電極層（ダイヤフラム）１２０および上側電極層（バックプレート）１５０を連結するために使用され、第１のパッド１８１および第２のパッド１８３はまた、後の容量性シリカベースのマイクロホンパッケージ配線にも使用することができる。
【００６４】
ステップＳ４４０において、第１の開口部が基板上に画定される。
【００６５】
図１８を参照すると、下側電極層１２０（第２の主面）から外方を向く基板１１０の表面は、基板１１０の厚さを所望の厚さに低減するように研磨され、第１の開口部１１１が、第２の主面上にフォトリソグラフィおよびエッチングなどのプロセスによって画定される。第１の開口部１１１は、バックキャビティとも呼ばれる。絶縁層１１３は、バックキャビティ１１１をエッチングするための停止層として働く。
【００６６】
ステップＳ４５０において、振動活性領域に対応する犠牲層上に第２の開口部が画定され、第２の開口部は第１の開口部に対応する。
【００６７】
図３を参照すると、振動活性領域に対応する犠牲層は、第２の開口部１６０を画定するために剥離プロセスを経て、それにより、下側電極層１２０、犠牲層１３０、応力層１４０および上側電極層１５０が封入されてキャビティを形成する。この剥離とは、犠牲層１３０がエッチングプロセスによって特有の領域（ダイヤフラムの下側電極層または下側モータ層の振動活性領域に対応する位置）でエッチングされて除去され、最終的にＭＥＭＳマイクロホンデバイスが形成されることを意味する。
【００６８】
最後に、基板１００は、支持体をもたらす支持構造体を表し、基板１００が別個の構成要素であることを必ずしも示さないことに留意されたい。基板１００は、多層構造体として表されてもよく、その多層構造体は、エピタキシ、堆積、またはボンディングなどのプロセスによって形成されてもよい。
【００６９】
上記のＭＥＭＳマイクロホンは、基板と、下側電極層と、犠牲層と、応力層と、上側電極層とを含む。応力層の応力または厚さは、応力層の厚さおよび応力を変更することによって基板の歪み度に合致され、基板の変形方向とは反対の力を基板に加えて、基板の変形を低減するか、または解消することができる。同時に、ＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法は、ＭＥＭＳマイクロホンの既存の製造プロセスに完全に適合させることができ、それによって製造を容易にし、特別な要求基板を購入する必要がなく、低コストとなる。それと同時に、ＭＥＭＳマイクロホン基板の表面の傷および汚染のリスクを効果的に低減することができ、製品の歩留まりは高くなる。
【００７０】
上記の実施形態の異なる技術的特徴は、簡潔さのために記載されていない様々な組み合わせを有することができる。それにもかかわらず、異なる技術的特徴の組み合わせがお互いに矛盾しない範囲で、そのような組み合わせはすべて本開示の範囲内にあるとみなされなければならない。
【００７１】
前述の実装形態は、本開示の特定の実施形態にすぎず、本開示の保護範囲を限定するように意図するものではない。本開示に開示する技術的範囲内で当業者によって容易に理解される任意の変形または置換はすべて本開示の保護範囲に入ることに留意されたい。したがって、本開示の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月23日(2019.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、下側電極層と、犠牲層と、応力層と、上側電極層とを備えるＭＥＭＳマイクロホンであって、前記基板はその中央部に第１の開口部を画定し、前記下側電極層は前記基板にまたがり、前記犠牲層、前記応力層および前記上側電極層は、前記下側電極層上に順次積層され、前記犠牲層および前記応力層は、前記第１の開口部に対応する第２の開口部を画定し、前記応力層の応力方向は、前記基板の歪み方向と反対である、ＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項２】
前記応力層が、窒化シリコン層である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項３】
前記応力層が、前記上側電極層または前記下側電極層の振動活性領域の周辺に位置し、前記振動活性領域は、前記第２の開口部に対応する位置である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項４】
前記上側電極層が、ダイヤフラムとして働く可撓性膜であり、前記下側電極層は、バックプレートとして働く剛性膜である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項５】
前記上側電極層が、バックプレートとして働く剛性膜であり、前記下側電極層が、ダイヤフラムとして働く可撓性膜である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項６】
前記バックプレートには、複数の音響孔が設けられている、請求項４または５に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項７】
前記上側電極層および前記下側電極層の両方が、ポリシリコンで作製される、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項８】
前記上側電極層および前記下側電極層の両方が、ポリシリコンを含む複合層である、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項９】
前記犠牲層には、前記犠牲層の下方に前記下側電極層を露出するように構成された切欠部がさらに設けられる、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項１０】
前記ＭＥＭＳマイクロホンが、第１パッドおよび第２パッドをさらに備え、
前記第１のパッドが前記上側電極層の側部上に配設され、前記第２のパッドが前記露出された下側電極上に配設される、請求項９に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項１１】
絶縁層が前記基板上にさらに設けられ、前記下側電極層は、前記基板および前記下側電極層が互いから絶縁されるように、前記絶縁層にまたがって前記絶縁層に連結される、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロホン。
【請求項１２】
ＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法であって、
基板上に下側電極層、犠牲層、および応力層を順次堆積するステップであって、前記応力層の応力方向は、前記基板の歪み方向とは反対である、ステップと、
前記応力層上に上側電極層の振動活性領域を形成するステップと、
前記応力層上に上側電極層を堆積するステップと、
前記基板上に第１の開口部を画定するステップと、
前記振動活性領域に対応する前記犠牲層上に第２の開口部を画定するステップであって、前記第２の開口部は前記第１の開口部に対応する、ステップとを含む、方法。
【請求項１３】
ＭＥＭＳマイクロホンを製造する方法であって、
基板上に下側電極層、犠牲層、および応力層を順次堆積するステップであって、前記応力層の応力方向は、前記基板の歪み方向とは反対である、ステップと、
前記応力層上に前記下側電極層の振動活性領域を形成するステップと、
前記応力層上に上側電極層を堆積するステップと、
前記基板上に第１の開口部を画定するステップと、
前記振動活性領域に対応する前記犠牲層上に第２の開口部を画定するステップであって、前記第２の開口部は前記第１の開口部に対応する、ステップとを含む、方法。
【請求項１４】
前記上側電極層が可撓性膜であり、前記下側電極層が剛性膜であり、前記方法は、前記下側電極層上に複数の音響孔を形成するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記上側電極が可撓性膜であり、前記下側電極層が剛性膜であり、前記方法は前記上側電極層上に複数の音響孔を形成するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
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