(57)【要約】  シリコンマイクロホンは、アパーチャにわたって屈曲することができるダイアフラムと、当該ダイアフラムに対する電気的接続を可能にする領域と、ダイアフラムに平行であり且つ当該ダイアフラムから離間されるバックプレートであって、アパーチャにわたって延在し、固定される、バックプレート及びダイアフラムは、コンデンサーの並行平板を形成し、バックプレート及びダイアフラムは、少なくともアパーチャの境界の一部の周りで互いに取り付けられるとともに互いから絶縁される、そしてバックプレートと、アパーチャの境界の周りでバックプレートに取り付けられるバックプレート支持体であって、バックプレートと電気的接続を形成しない、バックプレート支持体とを備える。
2008517523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンマイクロホンであって、
アパーチャにわたって屈曲することができるダイアフラムと、
前記ダイアフラムに対する電気的接続を可能にする領域と、
前記ダイアフラムに平行であり且つ該ダイアフラムから離間されるバックプレートであって、前記アパーチャにわたって延在し、固定され、
前記バックプレート及び前記ダイアフラムは、コンデンサーの並行平板を形成し、
前記バックプレート及び前記ダイアフラムは、少なくとも前記アパーチャの境界の一部の周りで互いに取り付けられるとともに互いから絶縁され、
前記アパーチャの境界の周りで前記バックプレートに取り付けられるバックプレート支持体であって、該バックプレートと電気的接続を形成しない、バックプレート支持体と
を備えた、シリコンマイクロホン。
【請求項２】
前記バックプレート支持体は絶縁体から形成される、請求項１に記載のシリコンマイクロホン。
【請求項３】
前記バックプレートと前記バックプレート支持体との間に絶縁性物質の層を含む、請求項１又は２に記載のシリコンマイクロホン。
【請求項４】
シリコンマイクロホンの製造方法であって、
高濃度にドープされたシリコン層、シリコン層、及び該２つのシリコン層の間の中間酸化物層を含み、該高濃度にドープされたシリコン層の一方の表面上の第１の主要面と該シリコン層上の第２の主要面とを有する第１のウェハーを設けるステップと、
第１の主要面及び第２の主要面を有する、高濃度にドープされたシリコンの第２のウェハーを設けるステップと、
少なくとも前記第１のウェハーの前記第１の主要面上に酸化物層を形成するステップと、
少なくとも前記第２のウェハーの前記第１の主要面上に酸化物層を形成するステップと、
前記第１のウェハーの前記第１の主要面上の前記酸化物層を貫通して前記高濃度にドープされたシリコン層の中までキャビティをエッチングするステップと、
前記第１のウェハーの前記第１の主要面を前記第２のウェハーの前記第１の主要面に貼り合わせるステップと、
前記第１のウェハーをその第２の主要面から薄くするステップと、
前記第２のウェハーの前記第２の主要面にアコースティック・ホールをパターニングするとともにエッチングするステップと、
前記第１のウェハーから前記中間酸化物層をエッチングで取り除くステップと、
前記第１のウェハーの前記第２の主要面上に金属層を形成するステップと、
前記第１のウェハーの前記高濃度にドープされたシリコン層上に少なくとも１つの電極を、また前記第２のウェハー上に少なくとも１つの電極を形成するステップと
を含む、シリコンマイクロホンの製造方法。
【請求項５】
バックプレート支持体を前記第２のウェハーの前記第２の主要面に貼り合わせるステップが、該第２のウェハー内に前記アコースティック・ホールが形成された後の任意の段階で行われる、請求項４に記載のシリコンマイクロホンの製造方法。
【請求項６】
前記バックプレート支持体を前記第２のウェハーの前記第２の主要面に貼り合わせるステップは、アパーチャを含む絶縁体を該第２のウェハーの該第２の主要面に貼り合わせるとともに、前記バックプレート支持体を前記絶縁体に貼り合わせるステップを含む、請求項４又は５に記載のシリコンマイクロホンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンマイクロホン、特にバックプレート（背電極）チップを有するシリコンマイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサーマイクロホンは、通常、フレキシブル部材に取り付けられている電極と、フレキシブル部材に平行で別の電極に取り付けられているバックプレートとを含むダイアフラム（振動板）を備えている。バックプレートは、比較的硬く、バックプレートとフレキシブル部材との間を空気が流れることができるように、通常、複数の穴を備えている。バックプレート及びフレキシブル部材が、コンデンサーの並行平板を構成する。ダイアフラムに作用する音圧によりダイアフラムが動いて、コンデンサーの容量が変化する。容量の変化が電子回路で処理され、その変化に対応する電気信号が提供される。
【０００３】
極小マイクロホンを含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、集積回路の作成に通常使用される技法で製造される。ＭＥＭＳマイクロホンの潜在的用途には、聴力補助のためのマイクロホン、携帯電話機、及び自動車用の圧力センサーが含まれる。
【０００４】
シリコンマイクロホンは製造されると、デバイスにパッケージングされなければならない。このパッケージングプロセス中に、シリコンマイクロホンのバックプレートが変位又は変形する場合がある。パッケージング中のバックプレートのいかなる動きも、マイクロホンの感度を低下させるか、又はマイクロホンの動作を妨げる恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、パッケージング中にバックプレートが変形するリスクを低減したシリコンマイクロホンか、又は少なくとも公衆に有用な選択肢を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
広義において、一態様では、本発明は、シリコンマイクロホンであって、アパーチャ（開口部）にわたって屈曲することができるダイアフラムと、当該ダイアフラムに対する電気的接続を可能にする領域と、ダイアフラムに平行であり且つ当該ダイアフラムから離間されるバックプレートであって、アパーチャにわたって延在し、固定され、バックプレート及びダイアフラムは、コンデンサーの並行平板を形成し、バックプレート及びダイアフラムは、少なくともアパーチャの境界の一部の周りで互いに取り付けられるとともに互いから絶縁され、そしてアパーチャの境界の周りでバックプレートに取り付けられるバックプレート支持体であって、バックプレートと電気的接続を形成しない、バックプレート支持体とを備えた、シリコンマイクロホンを含む。
【０００７】
一実施の形態では、バックプレート支持体は絶縁体から形成される。別の実施の形態では、シリコンマイクロホンはバックプレートとバックプレート支持体との間に絶縁性物質の層を含む。
【０００８】
広義において、本発明は、シリコンマイクロホンの製造方法であって、
高濃度にドープされたシリコン層、シリコン層、及び２つのシリコン層の間の中間酸化物層を含み、高濃度にドープされたシリコン層の一方の表面上の第１の主要面とシリコン層上の第２の主要面とを有する第１のウェハーを設けるステップと、
第１の主要面及び第２の主要面を有する、高濃度にドープされたシリコンの第２のウェハーを設けるステップと、
少なくとも第１のウェハーの第１の主要面上に酸化物層を形成するステップと、
少なくとも第２のウェハーの第１の主要面上に酸化物層を形成するステップと、
第１のウェハーの第１の主要面上の酸化物層を貫通して高濃度にドープされたシリコン層の中までキャビティ（空洞）をエッチングするステップと、
第１のウェハーの第１の主要面を第２のウェハーの第１の主要面に貼り合わせるステップと、
第１のウェハーを第２の主要面から薄くするステップと、
第２のウェハーの第２の主要面にアコースティック・ホール（音響の穴）をパターニングするとともにエッチングするステップと、
第１のウェハーから中間酸化物層をエッチングするステップと、
第１のウェハーの第２の主要面上に金属層を形成するステップと、
第１のウェハーの高濃度にドープされたシリコン層上に少なくとも１つの電極を、また第２のウェハー上に少なくとも１つの電極を形成するステップと
を含む、シリコンマイクロホンの製造方法を含む。
【０００９】
バックプレート支持体を第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わせるステップを、アコースティック・ホールが第２のウェハーに形成された後の任意の段階で行ってもよい。
【００１０】
バックプレート支持体を第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わせるステップは、アパーチャを含む絶縁体を第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わせるとともに、バックプレート支持体を絶縁体に貼り合わせるステップを含んでもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
シリコンマイクロホン及びシリコンマイクロホンの形成方法が、シリコンマイクロホンの１つの特定の実施形態を参照して説明される。これは本発明を限定することは意図していない。
【００１２】
（バックプレート支持体を有しない）シリコンマイクロホンの製造方法が本件出願人によるＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＳＧ２００４／０００１５２に記載及び特許請求されており、これは参照として本明細書に援用される。
【００１３】
図１Ａは、シリコンマイクロホンの製造に使用される第１のウェハーの断面図である。このウェハーは、高濃度にドープされたシリコンの第１の層１、酸化物の中間層２、及びシリコン基板の第３の層３から構成される。一実施形態では、第１の層は高濃度にドープされたｐ型（p++）シリコンであり、第３の層はｎ型基板である。代替的な実施形態では、第１の層は高濃度にドープされたｎ型（n++）シリコンであってもよく、第３の層はｐ型基板であってもよい。通常、第１の層１の厚さは４マイクロメータ程度であり、第２の層の厚さは２マイクロメータ程度である。シリコンマイクロホンで使用されるこれらの層の厚さは、マイクロホンの必要とされる特性によって決まる。基板の層は、他の２つの層よりも厚く、その厚さは、例えば、約４００〜６００マイクロメータ程度である。
【００１４】
なお、図示する断面図は、説明のためにのみ描かれているので、一定の比率では描かれていない。
【００１５】
図１Ｂは、シリコンマイクロホンの製造に使用される第２のウェハーの断面図である。このウェハーは、シリコンウェハー４からなる。ウェハーは、高濃度にドープされたシリコンであり、ｐ型シリコン又はｎ型シリコンのいずれであってもよい。好適な実施形態においては、ウェハーは、面方位＜１００＞のシリコンである。他の実施形態では、異なるシリコン表面又は構造を使用してもよい。
【００１６】
図１Ｃは、シリコンマイクロホンにバックプレート支持体を設けるために使用される第３のウェハーの断面図である。このウェハーはパイレックスガラス又はホウケイ酸ガラスであることが好ましいが、代替的に、絶縁性又は非絶縁性いずれかの任意の適した物質からなることができる。
【００１７】
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、３枚のウェハーの断面図であるが、ウェハーは、２つの主要面を有する３次元の物体である。第１のウェハーの２つの主要面は、上面及び底面である（図１Ａには示していない）。その第１の主要面、すなわち上面は高濃度にドープされたシリコンからなる。その第２の主要面、すなわち底面はシリコン基板からなる。
【００１８】
図１Ｂにおいて、主要面は、ウェハーの上部及び底部にあり、両面は高濃度にドープされたシリコンウェハーからなる。
【００１９】
図１Ｃにおいて、主要面は、ウェハーの上部及び底部にある。
【００２０】
シリコンマイクロホンを製造するとき、始めに３枚のウェハーは別々に処理され、その後貼り合わされ、それからさらに加工される。
【００２１】
図２Ａ及び図２Ｂは、ウェハーの主要面上に酸化物層５が形成された後における、第１のウェハー及び第２のウェハーを示す。酸化物は、通常、熱成長又は堆積プロセスにより両ウェハーの両面に形成される。各ウェハーの片面にしか酸化物を形成しないときに生じることがあるウェハーが歪むというリスクが、各ウェハーの両主要面上に酸化物を形成することにより軽減される。代替的な実施形態では、酸化物は、各ウェハーの主要面の一方の上にのみに形成される。図２Ａ及び図２Ｂから分かるように、酸化物層５の厚さは、シリコンウェハーの厚さよりも薄い。
【００２２】
酸化物層の代わりに、任意の他の適した誘電性物質又は絶縁性物質、例えば窒化珪素を使用してもよいことは理解されたい。
【００２３】
第３のウェハーは中央アパーチャを含まなければならず、それによって、製造が完了するとマイクロホンは正確に動作する。第３のウェハーに中央アパーチャが設けられない場合、そのアパーチャはウェハー内に形成されてもよい。図２Ｃは、パターニングされた後で、且つエッチングされて中央アパーチャが形成される前における第３のウェハーを示す。ウェハー上のマスキング層はクロム層であってもよい。次いで、アパーチャは濃縮フッ化水素を使用して、ホウケイ酸ガラス内をエッチングして形成することができる。中央アパーチャはウェットエッチング又はドライエッチングによって形成することができる。ドライエッチングが使用される場合、それはプラズマエッチングであってもよい。代替的な実施形態では、中央アパーチャは超音波ドリル法等の機械的手段によって形成されてもよい。
【００２４】
図２Ｄは、ウェハー内にアパーチャが形成された後における、第３のウェハーの断面図である。アパーチャはウェハーを完全に貫通して延在している必要はないが、完成したシリコンマイクロホンに適した背面容積を提供しなければならない。背面容積の一般的な厚さは約２００マイクロメータであり得る。第３のウェハーは作成された後洗浄される。
【００２５】
図３は、第１のウェハーの第１の主要面にキャビティ６がパターニングされ、かつエッチングされている一実施形態を示す。このステップでは、高濃度にドープされたシリコン層の一部がエッチングで取り除かれ、高濃度にドープされた部分１の薄い領域が形成される。シリコンのウェットエッチング又はドライエッチングを使用してもよい。最終的にこの薄い領域がマイクロホンのダイアフラムを構成するので、この領域の厚さがシリコンマイクロホンの特性を決定付ける。一実施形態では、キャビティの形成に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が使用される。高濃度にドープされた部分の薄い領域の仕上がり厚さがエッチング時間によって決まるので、このエッチングは時間で行うエッチングである。
【００２６】
必要とされるシリコンマイクロホンの特性から、キャビティの所望の形状が決定される。
【００２７】
一実施形態では、基板３からドープされた部分１までウェハーの一部がエッチングされ、ドープされた部分１に後段のプロセス段階で電極を形成できるようにしてもよい。
【００２８】
図４に示すように、第１のウェハー及び第２のウェハーは貼り合わされる。貼り合わされる主要面は、第１のウェハーの第１の主要面１及び第２のウェハー４の主要面の１つである。好適な実施形態では、２枚のウェハーは、ヒュジョンボンジング（融接）を使用して貼り合わされる。図４に示すように、第２のウェハー４の酸化物層５と第１のウェハーのパターニングされた酸化物層５とが貼り合わされる。
【００２９】
図５は、露出しているこれらのウェハーの主要面から酸化物層を除去した第１のウェハー及び第２のウェハーを示す。酸化物の除去は既知であり、露出した面から酸化物を除去する任意の適した技法を使用してもよい。
【００３０】
図６は、第１のウェハーからシリコン基板が取り除かれた後における、第１のウェハー及び第２のウェハーを示す。好適な実施形態において、この薄くすることは、単一の操作の中で行われる。第１のウェハーから基板の層を取り除くには、任意の適した技法を使用してもよい。
【００３１】
第１のウェハーを薄くした後、図７に示すように第２のウェハーにアコースティック・ホールがパターニングされ、エッチングされる。アコースティック・ホールをパターニングしてエッチングするために、まず、第２のウェハー４の外側の主要面上に酸化物層７が形成される。次に、酸化物層は、レジスト層で被覆され、次にレジスト層がパターニングされる。酸化物層７及びシリコン４を貫通してアコースティック・ホールをエッチングにより形成するために、エッチングが行われる。アコースティック・ホールと第１のウェハーの高濃度にドープされたシリコン層１に形成されたキャビティとの間の経路ができるように、このエッチングにより、アコースティック・ホールの底の酸化物層５もエッチングされる。
【００３２】
図１１は、穿孔したシリコン層及びバックプレート支持体１３を示す。シリコンマイクロホンにバックプレート支持体を設けることの利点は、バックプレート支持体が、シリコンマイクロホンがパッケージングされるときにバックプレートの動きを低減又は防止し、それによってより頑強なシリコンマイクロホンを提供することである。バックプレート支持体はバックプレートに強度を与える。絶縁性物質のバックプレート支持体を使用することの利点は、バックプレート４及びダイアフラムが分離され寄生容量が低減される設計を可能にすることを含む。バックプレート支持体１３はまた、第２のウェハー内の穴によって形成されるシリコンマイクロホンの背面容積も増加させる。図１１は、アコースティック・ホールを形成するシリコン４の輪郭を示す。図１１から分かるように、この実施形態では、シリコン４内にチャネルが形成され、それによってシリコンのアコースティック・ホールを含む領域が一つの角においてシリコンマイクロホンに固定される。アコースティック・ホールを含むシリコン層４を安定化させることは、シリコンマイクロホン内におけるシリコン層４の望ましくない動きを防止するために必要である。この安定化はバックプレート支持体１３によって与えられる。
【００３３】
シリコンウェハーのアコースティック・ホール又はアパーチャは、円形であってもよく、その円の中心がシリコンウェハースタックの中心となるが、その長さ及び幅はウェハースタックよりも小さくなるようにして、長方形状のシリコンウェハーに収まるように配置されてもよい。アパーチャの形状及び配置は、適切なアコースティック性能が、マイクロホンから提供されるように選択される。
【００３４】
図７から分かるように、第１のウェハーのキャビティは、第２のウェハーのアコースティック・ホールで画定される面積よりも広い。第１のウェハーのダイアフラム１についてキャビティ６をより広くすることで、アコースティック・ホールの位置決めに必要とされる精度が低くなる。
【００３５】
また、図７に示すように、アコースティック・ホールのエッチングの間、シリコンマイクロホンの周縁の周りの狭い領域又はギャップがエッチングされてもよい。好適な実施形態では、このエッチングは、反応性イオンエッチングのエッチング遅れ（ＲＩＥ−ｌａｇ）により行われる。ＲＩＥ−ｌａｇとは、この場合、レジストマスクで相対的に小さくサイズが設定されている周縁ギャップが相対的に大きくサイズが設定されているアコースティック・ホールに比べてより浅くエッチングされるという現象である。ＲＩＥ−ｌａｇにより、シリコンマイクロホンの周縁部のあたりのギャップでは、シリコン層４全体が完全にエッチングされることはない。このギャップは、図７〜図１０Ａの断面図に段として示されている。この不完全にエッチングされた周縁部により、応力が加わると、すなわち、ローラによる圧力を受けると、貼り合わされたウェハーが割れる、線状の弱い部分ができる。この不完全なエッチングを構成することにより、研削材又は湿式プロセスを使用することなく個別のマイクロホンチップへのウェハーの切り分けができるようになる。したがって、割れやすいダイアフラムにダメージを与える可能性を低減できる。この部分エッチングは、ウェハーの切り分けの際に容易に割れる程度に十分深くなければならないが、切り分けの前は、割らずにウェハーを容易に取り扱える程度に十分に浅くなければならない。
【００３６】
図８は、貼り合わされたウェハーに対するさらなるパターニングステップ及びエッチングステップの結果を示す。これらのステップでは、酸化物層２が、高濃度にドープされたシリコン層１の孤立領域を画定するようにパターニングされ、次に、その領域がエッチングされる。次に、酸化物層２は、高濃度にドープされたシリコン層１からエッチングにより取り除かれる。ダイアフラムの孤立領域の周りの酸化物層５がエッチングにより取り除かれ、第２のウェハー４の通常内側にある主要面の一部が露出する。アコースティック・ホール内部の酸化物層５は、エッチングにより取り除かれる。ＲＩＥを使用する場合は、貼り合わされたシリコンウェハーの反対側の面は、別個のステップでエッチングされる。これらのエッチングステップの後、孤立領域によって画定されているので、高濃度にドープされたシリコン層１の残る部分は、第２のウェハーのシリコン４の広い部分の長さよりも短い（シリコンマイクロホンの周縁部で部分的にエッチングされたシリコンを除く）。
【００３７】
図８Ａは、第３のウェハー、すなわちバックプレート支持体１３が第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わされた後における、図８のシリコンマイクロホンを示す。好適な実施形態では、第３のウェハーは第２のウェハーに陽極接合される。第３のウェハーは、第２のウェハーにアコースティック・ホールがエッチングされた後の、いずれの段階で第２のウェハーに貼り合わせてもよい。第３のウェハーが非絶縁性物質からなる場合、絶縁層が第２のウェハーに貼り合わされ、第３のウェハーはその絶縁層に貼り合わされる。
【００３８】
図９は、第１のウェハーの高濃度にドープされたシリコン層及び第２のウェハーの露出したシリコンの上に金属層が形成された一実施形態を示す。図９に示すように、金属層は、全体にスパッタ蒸着される。次に、金属層がエッチングされて、図１０に示すように、少なくとも２つの電極１０、１１が形成される。少なくとも１つの電極１１が高濃度にドープされたシリコン層上に形成され、少なくとも１つの電極１０が第２のウェハーのシリコン４の内側の露出した第１の主要面上に形成される。
【００３９】
別の実施形態では、電極１０、１１は、シャドウマスクを使用して、必要とするパターンに金属を直接堆積させることにより形成される。
【００４０】
図９Ａは、第３のウェハーが第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わされた後における、図９のシリコンマイクロホンを示す。好適な実施形態では、第３のウェハーは第２のウェハーに陽極接合される。第３のウェハーは、第１のウェハーの高濃度にドープされたシリコン層及び第２のウェハーの露出したシリコン上に金属層を形成するステップの前又は後のいずれかにおいて、第２のウェハーに貼り合わせてもよい。第３のウェハーが非絶縁性物質からなる場合、絶縁層が第２のウェハーに貼り合わされ、第３のウェハーはその絶縁層に貼り合わされる。
【００４１】
図１０から分かるように、電極１１が第１のウェハーの高濃度にドープされた層１と接続し、電極１０が第２のウェハーのシリコン層４と接続している。これにより、マイクロホンの片側のみと接続することにより、マイクロホンを別の装置に接続することができる。
【００４２】
図１０Ａは、第３のウェハーが第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わされた後における、図１０のシリコンマイクロホンを示す。好適な実施形態では、第３のウェハーは第２のウェハーに陽極接合される。第３のウェハーは、第１のウェハー及び第２のウェハーの露出したシリコン上に電極が形成される前又は形成された後において第２のウェハーに貼り合わせてもよい。第３のウェハーが非絶縁性物質からなる場合、絶縁層が第２のウェハーに貼り合わされ、第３のウェハーはその絶縁層に貼り合わされる。
【００４３】
シリコンマイクロホンの片側に２つの電極を設けることにより、例えば、マイクロホンがキャリアー又は他のシステムに取り付けられる前にシリコンマイクロホンを試験することが容易になる。シリコンマイクロホンの試験は、マイクロホンの両側を探針（針状プローブ）で測定する代わりに、マイクロホンの片側のみを針状プローブで測定することにより行うことができる。
【００４４】
代替的な実施形態では、２枚のウェハーが貼り合わされた後では、シリコン基板３が薄くされない。この実施形態では、キャビティの周り及び電極が形成されることになる任意の領域の周りで、基板３が選択的に薄くされる。この実施形態の利点は、得られるシリコンマイクロホンの機械的強度が向上することである。さらなる利点は、ダイアフラムをエッチングする（基板３のエッチング）前にシリコンマイクロホンに第３のウェハーを貼り合わせる場合、基板３が既にエッチングされている場合よりもウェハーが厚く且つ割れにくくなることである。この実施形態では、基板４のバックプレートのエッチングとシリコンウェハーのアパーチャのエッチングとの順序は重要ではない。図１２は、基板３の一部がエッチングされて電極用の場所が形成された後における、このシリコンマイクロホンの断面図を示す。このエッチングは、基板３でのダイアフラムのエッチングと同時に行ってもよい。電極位置から酸化物を取り除いた後、電極用の金属がシャドウマスクを使用してシリコンマイクロホン上に堆積される。図１３は、電極が形成された後における、シリコンマイクロホンの完成図を示す。
【００４５】
図１２Ａは、第３のウェハーが第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わされた後における、図１２のシリコンマイクロホンを示す。好適な実施形態では、第３のウェハーは第２のウェハーに陽極接合される。第３のウェハーは、ダイアフラムがエッチングされる前又はエッチングされた後において第２のウェハーに貼り合わせてもよい。第３のウェハーが非絶縁性物質からなる場合、絶縁層が第２のウェハーに貼り合わされ、第３のウェハーはその絶縁層に貼り合わされる。
【００４６】
図１３Ａは、第３のウェハーが第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わされた後における、図１３のシリコンマイクロホンを示す。好適な実施形態では、第３のウェハーは第２のウェハーに陽極接合される。第３のウェハーは、第１のウェハー上に電極が形成される前又は形成された後において第２のウェハーに貼り合わせてもよい。第３のウェハーが非絶縁性物質からなる場合、絶縁層が第２のウェハーに貼り合わされ、第３のウェハーはその絶縁層に貼り合わされる。
【００４７】
別の代替的な実施形態では、図４に示すようにウェハーを貼り合わせる前に、基板３は、酸化物層２又は高濃度にドープされたシリコン層１まで薄くされる。
【００４８】
さらに別の代替的な実施形態では、ウェハーを貼り合わせる前又は後のいずれかにおいて、所定の厚さまで基板３が薄くされる。次に、基板３が選択的にパターニングされ、エッチングされることができる。
【００４９】
さらに別の代替的な実施形態では、ウェハーの処理の前に、ウェハーの一方又は両方が仕上がりウェハー厚さであってもよい。
【００５０】
これらの実施形態のいずれにおいても、第３のウェハーは、アコースティック・ホールがバックプレート内に形成された後のいずれの段階においても第２のウェハーと貼り合わせることができる。
【００５１】
図１４は、本発明のシリコンマイクロホンの代替的な実施形態を示す。この実施形態では、シリコンマイクロホンのダイアフラムが過剰にエッチングされ、ダイアフラムに一連のコルゲーションが形成される。コルゲーションの利点は、シリコンマイクロホンの強度を向上させることである。なお、図１４のシリコンマイクロホンは完成したものではなく、電極を一切図示していないことに留意すべきである。ダイアフラムにコルゲーションを形成することは、本発明のシリコンマイクロホンの任意の他の実施形態と組み合わせることができる。例えば、このコルゲーションを図１１又は図１３のマイクロホンと組み合わせてもよい。
【００５２】
図１４Ａは、第３のウェハーが第２のウェハーの第２の主要面に貼り合わされた後における、図１４のシリコンマイクロホンを示す。好適な実施形態では、第３のウェハーは第２のウェハーに陽極接合される。第３のウェハーは、ダイアフラムにコルゲーションが形成された後に第２のウェハーに貼り合わせてもよい。第３のウェハーが非絶縁性物質からなる場合、絶縁層が第２のウェハーに貼り合わされ、第３のウェハーはその絶縁層に貼り合わされる。
【００５３】
本発明の実施形態を、以下の実施例についてさらに説明する。
【実施例】
【００５４】
３枚のウェハーが提供される。第１のウェハーは、厚さ４マイクロメータの高濃度にドープされたｐ型（p++）シリコン層と、厚さ２マイクロメータの酸化物層と、ｎ型（ｎ++）の基板とからなる。第２のウェハーは、ｐ型シリコンからなる。第３のウェハーは、ホウケイ酸ガラスからなる。
【００５５】
厚さ約１マイクロメータの酸化物層が、熱成長により、２枚のウェハーの各主要面上に成長する。第１のウェハーの一部分から酸化物層がエッチングで取り除かれ、その下の高濃度にドープされたｐ型（p++）シリコン層の部分もエッチングされて、高濃度にドープされたｐ型（p++）シリコン層の中に約２マイクロメータのキャビティが設けられる。このエッチングは、乾式反応性イオンエッチングである。
【００５６】
次に、第１のウェハーのキャビティ側が第２のウェハーの酸化物で被覆された面にフュージョン・ボンディングされ、各ウェハーの外側の酸化物層が取り除かれる。第１のウェハーのシリコン基板も、例えば、ラッピング、研磨又はエッチング等の適した引き剥がし技法を使用して、取り除かれる。
【００５７】
シリコンにアコースティック・ホールをエッチングするために、反応性イオンエッチングが行われる。レジストが与えるエッチング用の表面領域はアコースティック・ホール用のものよりも小さいので、反応性イオンエッチングの遅れにより、エッチングを行うシリコンマイクロホンェハーの周縁部ではより低速でエッチングが行われ、したがってより浅くエッチングされる。
【００５８】
これに続いて、アコースティック・ホールから酸化物がエッチングで取り除かれ、第１のウェハーの外側の酸化物層もエッチングで取り除かれる。このステップの後において、高濃度にドープされたｐ型（p++）シリコン層及び２枚のウェハーの間の酸化物層が、ウェハーの周縁部のあたりでエッチングされて、第２のウェハーのシリコン層の前面、いまや内部の表面の部分が露出する。
【００５９】
第３のウェハーが超音波穿孔され、ウェハー内にアパーチャが形成される。次いで、第３のウェハーは第１のウェハー及び第２のウェハーと位置合わせされ、それによって第３のウェハーのアパーチャが第２のウェハーのアコースティック・ホールを覆う。次いで、第３のウェハーは第２のウェハーに陽極接合される。
【００６０】
金属層が、高濃度にドープされたｐ型（p++）シリコン層及び第２のウェハーのシリコン層の露出した部分にスパッタ蒸着される。金属層は、パターニング及びエッチングされて、２つの電極が形成される。
【００６１】
以上、好適な形態を含めて本発明を説明してきた。当業者に自明な変形及び修正は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
添付の図面を参照して、シリコンマイクロホンの製造方法をさらに説明するが、これは例示に過ぎず、限定は意図していない。
【００６３】
【図１】Ａは、製造前における第１のウェハーの断面図である。Ｂは、製造前における第２のウェハーの断面図である。Ｃは、製造前における第３のウェハーの断面図である。
【図２】Ａは、酸化物の堆積又は成長後における、第１のウェハーの断面図である。Ｂは、酸化物の堆積又は成長後における、第２のウェハーの断面図である。Ｃは、マスキングした後における、第３のウェハーの断面図である。Ｄは、穿孔又はエッチングした後における、第３のウェハーの断面図である。
【図３】キャビティがパターニング及びエッチングされた後における第１のウェハーの断面図である。
【図４】貼り合わされた２枚のウェハーの断面図である。
【図５】酸化物層が除去された後における２枚のウェハーの断面図である。
【図６】第１のウェハーが薄くされた後における２枚のウェハーの断面図である。
【図７】第２のウェハー上に金属層が形成され、第２のウェハーにアコースティック・ホールが形成された後における、２枚のウェハーの断面図である。
【図８】２枚のウェハーの間の結合部の酸化物をエッチングした後における、２枚のウェハーの断面図である。Ａは、第３のウェハーを追加した後における、図８のデバイスの断面図である。
【図９】第１のウェハーの高濃度にドープされた層の上に金属層を形成した後における、２枚のウェハーの断面図である。Ａは、第３のウェハーを追加した後における、図９のデバイスの断面図である。
【図１０】電極が形成された後における、２枚のウェハーの断面図である。Ａは、第３のウェハーを追加した後における、図１０のデバイスの断面図である。
【図１１】完成したシリコンマイクロホンの底面図である。
【図１２】電極がないシリコンマイクロホンの第２の実施形態の断面図である。Ａは、第３のウェハーを追加した後における、図１２のデバイスの断面図である。
【図１３】電極を有する図１２のマイクロホンの断面図である。Ａは、第３のウェハーを追加した図１３のマイクロホンの断面図である。
【図１４】ダイアフラムにコルゲーション（波付け加工）を施したシリコンマイクロホンの断面図である。Ａは、第３のウェハーを追加した図１４のシリコンマイクロホンの断面図である。
【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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【国際調査報告】
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