(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積構造の製造方法であって、
ステップａ）共通基板（１）に絶縁層（２）と第１多結晶シリコン層（３）をこの順で堆積するステップと、
ステップｂ）続けて第１多結晶シリコン層（３）の上方に犠牲層（７）と第２多結晶シリコン層（６）をこの順で堆積するステップと、
ステップｃ）第２多結晶シリコン層（６）をエッチングして、ＭＥＭＳマイクロフォンの振動膜（６ａ）及び圧力センサの上部電極（６ｂ）を形成するステップと、
ステップｄ）犠牲層（７）を腐食して、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの収容キャビティ（４）を形成し、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサとの間の犠牲層（７）を腐食するステップと、
ステップｅ）第１多結晶シリコン層（３）をエッチングして、ＭＥＭＳマイクロフォンの背後電極（３ａ）及び圧力センサの下部電極（３ｂ）を形成するステップと、
ステップｆ）共通基板（１）におけるＭＥＭＳマイクロフォン背後電極（３ａ）の下方に位置する部位をエッチングして、バックキャビティ（１０）を形成するステップと、
ステップｇ）背後電極（３ａ）の下方に位置する絶縁層（２）をエッチングするステップと、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記ステップｃ）は、第２多結晶シリコン層（６）をエッチングし、振動膜（６ａ）、上部電極（６ｂ）の領域に腐食材料が貫通する腐食孔（６０）を形成するステップをさらに含み、
前記ステップｄ）とステップｅ）の間には、続けて振動膜（６ａ）、上部電極（６ｂ）に多結晶シリコン膜を堆積し、腐食孔（６０）の位置に振動膜（６ａ）、上部電極（６ｂ）の下端に位置するフランジ（６１）を形成するステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
フランジ（６１）を形成した後、振動膜（６ａ）を薄くするステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ステップｄ）は、犠牲層（７）を腐食し、犠牲層（７）にそれぞれ振動膜（６ａ）と第１多結晶シリコン層（３）、上部電極（６ｂ）と第１多結晶シリコン層（３）を貫通する貫通孔（５）を形成するステップをさらに含み、第１多結晶シリコン層（３）の電気信号を導出するために、貫通孔（５）に金属部（８）を作製するステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ステップｇ）において、先ず背後電極（３ａ）及び背後電極（３ａ）の下方に位置する絶縁層（２）に気流導通孔（３０）をエッチングした後、背後電極（３ａ）の下方に位置する絶縁層（２）をエッチングする
ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積構造であって、
ＭＥＭＳマイクロフォンを構成する振動膜（６ａ）、背後電極（３ａ）、及び振動膜（６ａ）と背後電極（３ａ）との間に支持される犠牲層（７）が設置されている共通基板（１）を備えて、
前記共通基板（１）には、圧力センサを構成する上部電極（６ｂ）、下部電極（３ｂ）、及び上部電極（６ｂ）と下部電極（３ｂ）との間に支持される犠牲層（７）がさらに設置されており、
前記共通基板（１）における背後電極（３ａ）に対応する位置にはバックキャビティ（１０）が設置され、前記背後電極（３ａ）はバックキャビティ（１０）の上方で懸架されており、
前記振動膜（６ａ）における背後電極（３ａ）に隣接する側の端面には背後電極（３ａ）に伸びるフランジ（６１）が複数設置され、前記上部電極（６ｂ）における下部電極（３ｂ）に隣接する側の端面には下部電極（３ｂ）に伸びるフランジ（６１）が複数設置されている、
ことを特徴とする集積構造。
【請求項７】
前記背後電極（３ａ）、下部電極（３ｂ）が共通基板（１）に接触する位置には絶縁層（２）が設置されている
ことを特徴とする請求項６に記載の集積構造。
【請求項８】
前記ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの犠牲層（７）にはそれぞれ背後電極（３ａ）と振動膜（６ａ）、下部電極（３ｂ）と上部電極（６ｂ）を貫通する貫通孔が設置され、前記貫通孔内にはそれぞれ背後電極（３ａ）、下部電極（３ｂ）の電気信号を導出する金属部（８）が設置されている
ことを特徴とする請求項６に記載の集積構造。
【請求項９】
前記フランジ（６１）は逆立ち円錐状とされていることを特徴とする請求項６に記載の集積構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサ分野に関し、より具体的には、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積構造に関する。本発明は、さらに、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサを集積する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、科学技術の発展に伴い、携帯電話、ノートパソコンなどの電子機器の体積は縮小し続け、人々のこれらの携帯用電子機器の性能に対する要求も日々高くなり、それに付属する電子部品の体積も縮小しなければならないことが求められる。
【０００３】
センサは測定素子として、携帯電話、ノートパソコンなどの電子機器に一般的に適用されている。従来の工程構造において、圧力センサとＭＥＭＳマイクロフォンをそれぞれ２つの独立した別体の形式によりＰＣＢにパッケージした後、ＤＢ、ＷＢなどの一連の工程を実施するとされている。このようなパッケージ形式はサイズが大きく、民生用電子機器に適用するのに不利である。現在の課題は、各センサのパッケージ工程は比較的に成熟し、工程能力も限界に近く、システムメーカーの要求に応じてチップのサイズをさらに縮小することが難しいことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの目的は、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積構造の製造方法の新しい技術的解決手段を提供することである。
【０００５】
本発明の第１態様によれば、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積構造の製造方法であって、
ステップａ）共通基板に絶縁層と第１多結晶シリコン層をこの順で堆積するステップと、
ステップｂ）続いて第１多結晶シリコン層の上方に犠牲層と第２多結晶シリコン層をこの順で堆積するステップと、
ステップｃ）第２多結晶シリコン層をエッチングして、ＭＥＭＳマイクロフォンの振動膜及び圧力センサの上部電極を形成するステップと、
ステップｄ）犠牲層を腐食して、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの収容キャビティを形成し、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサとの間の犠牲層を腐食するステップと、
ステップｅ）第１多結晶シリコン層をエッチングして、ＭＥＭＳマイクロフォンの背後電極及び圧力センサの下部電極を形成するステップと、
ステップｆ）共通基板におけるＭＥＭＳマイクロフォンの背後電極の下方に位置する部位をエッチングして、バックキャビティを形成するステップと、
ステップｇ）背後電極の下方に位置する絶縁層をエッチングするステップと、を含む製造方法を提供する。
【０００６】
好ましくは、前記ステップｃ）は、第２多結晶シリコン層をエッチングし、振動膜、上部電極の領域に腐食材料が貫通する腐食孔を形成するステップをさらに含み、前記ステップｄ）とステップｅ）の間には、続いて振動膜、上部電極に多結晶シリコン膜を堆積し、腐食孔の位置に振動膜、上部電極の下端に位置するフランジを形成するステップをさらに含む。
【０００７】
好ましくは、フランジを形成した後、振動膜を薄くするステップをさらに含む。
【０００８】
好ましくは、前記ステップｄ）は、犠牲層を腐食し、犠牲層にそれぞれ振動膜と第１多結晶シリコン層、上部電極と第１多結晶シリコン層を貫通する貫通孔を形成するステップをさらに含み、第１多結晶シリコン層の電気信号を導出するために、貫通孔に金属部を作製するステップをさらに含む。
【０００９】
好ましくは、前記ステップｇ）において、先ず背後電極及び背後電極の下方に位置する絶縁層に気流導通孔をエッチングした後、背後電極の下方に位置する絶縁層をエッチングする。
【００１０】
本発明は、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積構造であって、ＭＥＭＳマイクロフォンを構成する振動膜、背後電極、及び振動膜と背後電極との間に支持される犠牲層が設置されている共通基板を備えて、前記共通基板には、圧力センサを構成する上部電極、下部電極、及び上部電極と下部電極との間に支持される犠牲層がさらに設置されており、前記共通基板における背後電極に対応する位置にはバックキャビティが設置され、前記背後電極はバックキャビティの上方で懸架されている集積構造を提供する。
【００１１】
好ましくは、前記背後電極、下部電極が共通基板に接触する位置には絶縁層が設置されている。
【００１２】
好ましくは、前記ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの犠牲層にはそれぞれ背後電極と振動膜、下部電極と上部電極を貫通する貫通孔が設置され、前記貫通孔内にはそれぞれ背後電極、下部電極の電気信号を導出する金属部が設置されている。
【００１３】
好ましくは、前記振動膜における背後電極に隣接する側の端面には背後電極に伸びるフランジが複数設置され、前記上部電極における下部電極に隣接する側の端面には下部電極に伸びるフランジが複数設置されている。
【００１４】
好ましくは、前記フランジは逆立ち円錐状とされている。
【００１５】
本発明の集積構造は、ＭＥＭＳマイクロフォンのコンデンサ構造、圧力センサのコンデンサ構造を共通基板に集積することで、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積度を向上させ、パッケージ構造全体のサイズを大幅に減らすことができる。同時に、ＭＥＭＳマイクロフォンの振動膜、圧力センサの上部電極は、同じ材料と製造工程を採用することができ、ＭＥＭＳマイクロフォンの背後電極、圧力センサの下部電極は同じ材料と製造工程を採用することができ、共通基板にＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサを同時に製造することができ、生産効率の向上が図られている。
【００１６】
本発明者らは、従来技術において、各センサのパッケージ工程は比較的に成熟し、工程能力も限界に近く、システムメーカーの要求に応じてチップのサイズをさらに縮小することが難しいことを見出した。従って、本発明が実現しようとする技術的任務または解決しようとする技術的課題は、当業者が想到したことのないまたは予期したことのないものであり、それ故、本発明は新しい技術的解決手段である。
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の例示的な実施例を詳細に説明することにより、本発明のその他の特徴及び利点は明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
明細書に編入され明細書の一部を構成する図面は本発明の実施例を示し、その説明と共に本発明の原理を解釈するのに用いられる。
【図１】本発明の集積構造を模式的に示す図である。
【図２】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【図３】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【図４】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【図５】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【図６】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【図７】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【図８】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【図９】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【図１０】本発明の集積構造の製造方法の工程のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の様々な例示的な実施例を詳細に説明する。別途に具体的な説明がない限り、これらの実施例に記載された部品とステップにおける対応配置、数式と数値は本発明の範囲を限定するものではないことに注意されたい。
【００２０】
以下、少なくとも１つの例示的な実施例に対する説明は、実はあくまでも説明的なものに過ぎず、決して本発明及びその適用または使用を限定するものではない。
【００２１】
当業者の既知の技術、方法及び設備に対しては詳細に検討していないかもしれないが、適当な場合、前記技術、方法及び設備は明細書の一部と見なされるべきである。
【００２２】
ここで示され検討される全ての例において、如何なる具体的な値は限定するためのものではなく、例示的なものに過ぎないと解釈されるべきである。従って、例示的な実施例のその他の例は異なる値を有することができる。
【００２３】
類似する符号とアルファベットは以下の図面において類似する要素を示しているため、ある要素が一旦１つの図面に定義された場合、以降の図面においてさらに検討する必要がないことに注意されたい。
【００２４】
図１に示すように、パッケージ全体のサイズを小さくするために、本発明は、上端にＭＥＭＳマイクロフォンのコンデンサ構造及び圧力センサのコンデンサ構造が設置されている共通基板１を備えるＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積構造を提供する。
【００２５】
具体的には、本発明の圧力センサのコンデンサ構造は、共通基板１に設置される下部電極３ｂ、上部電極６ｂ、及び上部電極６ｂを下部電極３ｂの上方に支持する犠牲層７を含む。該犠牲層７を介して、上部電極６ｂと下部電極３ｂとの間に一定の距離を持たせ、従来のリード線を介して、圧力を電気信号に変換する部品を構成することができる。例えば、外部の圧力を受けた時、上部電極６ｂが変形し、上部電極６ｂと下部電極３ｂとの間の距離が変わり、最終的に変化した電気信号を出力するようになっている。
【００２６】
本発明のＭＥＭＳマイクロフォンのコンデンサ構造は、共通基板１の上方に設置される背後電極３ａ、振動膜６ａ、及び背後電極３ａと振動膜６ａとの間に支持される犠牲層７を備える。当業者にとって、本発明のＭＥＭＳマイクロフォンのコンデンサ構造は、振動膜６ａが上にあり、背後電極３ａが下にある形態を採用してもよく、振動膜６ａが下にあり、背後電極３ａが上にある形態を採用してもよい。本発明の一具体的な実施形態において、圧力センサに対応させるために、ＭＥＭＳマイクロフォンのコンデンサ構造は、振動膜６ａが上にあり、背後電極３ａが下にある構造を採用している。つまり、背後電極３ａが共通基板１に設置され、振動膜６ａが犠牲層７を介して背後電極３ａの上方に支持されることによって、振動膜６ａと背後電極３ａとの間には一定の距離を持たせ、従来のリード線を利用すれば、音響信号を電気信号に変換する部材を構成することができる。ＭＥＭＳマイクロフォンのコンデンサ構造の動作原理は、当業者の周知技術に属し、ここでその説明を省略する。
【００２７】
ＭＥＭＳマイクロフォンのコンデンサ構造が作用するように、前記共通基板１における背後電極３ａに対応する位置にはバックキャビティ１０が設置され、該背後電極３ａがバックキャビティ１０の上方で懸架されるようにしている。同時に、ＭＥＭＳマイクロフォンのフロントキャビティとリアキャビティの気流を均等にするために、前記背後電極３ａにさらに複数の気流導通孔３０が設置されている。
【００２８】
本発明において、共通基板１は単結晶シリコン材料を採用して製造してもよく、背後電極３ａ、振動膜６ａ、下部電極３ｂ、上部電極６ｂはいずれも多結晶シリコン材料を採用することができ、これは当業者にとって、従来技術に属する。ここで、絶縁のために、前記背後電極３ａ、下部電極３ｂが共通基板１に接触する部位には絶縁層２が設置され、好ましくは、該絶縁層２は二酸化ケイ素材料を採用することができる。
【００２９】
本発明の集積構造は、ＭＥＭＳマイクロフォンのコンデンサ構造、圧力センサのコンデンサ構造を共通基板に集積することで、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積度を向上させ、パッケージ構造全体のサイズを大幅に減らすことができる。同時に、ＭＥＭＳマイクロフォンの振動膜、圧力センサの上部電極は同じ材料と製造工程を採用することができ、ＭＥＭＳマイクロフォンの背後電極、圧力センサの下部電極は同じ材料と製造工程を採用することができ、共通基板にＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサを同時に製造することができ、生産効率の向上が図られている。
【００３０】
本発明の集積装置は、上述のように、従来のリード線によって振動膜と背後電極、上部電極と下部電極を接続することができる。本発明の一具体的な実施形態において、前記ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの犠牲層７にはそれぞれ背後電極３ａと振動膜６ａ、下部電極３ｂと上部電極６ｂを貫通する貫通孔が設置され、前記貫通孔内にはそれぞれ背後電極３ａと下部電極３ｂを電気的に接続する金属部８が設置され、該金属部８を介して背後電極３ａと下部電極３ｂの電気信号を導出する。
【００３１】
本発明のもう１つの実施形態において、前記振動膜６ａにおける背後電極３ａに隣接する側の端面には背後電極３ａに伸びるフランジ６１が複数設置され、前記上部電極６ｂにおける下部電極３ｂに隣接する側の端面には下部電極３ｂに伸びるフランジ６１が複数設置され、好ましくは該フランジ６１の形状は逆立ち円錐状を採用し、該フランジ６１は振動膜６ａと上部電極６ｂの表面に均一に分布されるようにしてもよい。振動膜６ａと上部電極６ｂが受けた圧力が大きく、振動膜６ａと上部電極６ｂが大きく変形した時、振動膜６ａと上部電極６ｂが背後電極３ａと下部電極３ｂに貼りつけられることを防止することができ、ＭＥＭＳマイクロフォン及び圧力センサが失効することを回避することができる。
【００３２】
本発明は、さらに、以下のステップを含むＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの集積構造の製造方法を提供するものである。
【００３３】
ａ）図２に示すように、共通基板１に絶縁層２と第１多結晶シリコン層３をこの順で堆積する。該絶縁層２は共通基板１と第１多結晶シリコン層３との間の絶縁を確保すると共に、後続のバルクシリコンエッチング工程において、上層の構造が破壊されることを回避するためのバリア層とすることもできる。
【００３４】
ｂ）図３に示すように、続けて第１多結晶シリコン層３の上表面に犠牲層７と第２多結晶シリコン層６をこの順で堆積する。
【００３５】
ｃ）図４に示すように、第２多結晶シリコン層６をエッチングし、ＭＥＭＳマイクロフォンの振動膜６ａ及び圧力センサの上部電極６ｂを形成する。このステップにおいて、ＭＥＭＳマイクロフォン及び圧力センサの動作パラメータ要求に基づいて、所定の位置に第２多結晶シリコン層６をエッチングし、ＭＥＭＳマイクロフォンの振動膜６ａ及び圧力センサの上部電極６ｂをそれぞれ形成する。
【００３６】
ｄ）図５に示すように、犠牲層７を腐食し、振動膜６ａと第１多結晶シリコン層３との間の一部の犠牲層７を腐食し、振動膜６ａがその周縁位置の犠牲層だけにより第１多結晶シリコン層３に支持されるようにする。同様に、上部電極６ｂと第１多結晶シリコン層３との間の一部の犠牲層７を腐食し、上部電極６ｂがその周縁位置の犠牲層だけにより第１多結晶シリコン層３に支持されるようにして、図４に示すようなＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの収容キャビティ４を形成する。このステップにおいて、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサとが離間されるように、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサとの間の犠牲層をエッチングする。
【００３７】
ｅ）図７に示すように、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサとの間の第１多結晶シリコン層３をエッチングすることにより、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの信号を独立させ、ＭＥＭＳマイクロフォンの背後電極３ａ及び圧力センサの下部電極３ｂを形成する。
【００３８】
ｆ）図９に示すように、共通基板１におけるＭＥＭＳマイクロフォン背後電極３ａの下方に位置する部位をエッチングし、バックキャビティ１０を形成する。
【００３９】
ｇ）背後電極３ａの下方に位置する絶縁層２をエッチングし、背後電極３ａがバックキャビティ１０の上方で懸架されるようにする。
【００４０】
上述のように、犠牲層７を腐食することにより振動膜６ａ、上部電極６ｂを開放する技術は、当業者の周知技術に属する。本発明の一好ましい実施形態において、図４に示すように、前記ステップｃ）は、振動膜６ａ、上部電極６ｂの領域に腐食孔６０を形成するために、第２多結晶シリコン層６をエッチングするステップをさらに含む。該腐食孔６０を介して、腐食材料をスムーズに犠牲層７に入らせ、犠牲層７を腐食することができる。
【００４１】
この場合、図６に示すように、前記ステップｄ）とステップｅ）の間は、続けて振動膜６ａ、上部電極６ｂに多結晶シリコン膜を堆積するステップをさらに含み、多結晶シリコン膜は腐食孔６０に入り、腐食孔６０の位置に、振動膜６ａ、上部電極６ｂの下端に位置するフランジ６１を形成する。該フランジ６１を介して、振動膜６ａと上部電極６ｂが背後電極３ａと下部電極３ｂに貼りつけられ、ＭＥＭＳマイクロフォン及び圧力センサが失効することを回避することができる。
【００４２】
本発明の製造方法において、ＭＥＭＳマイクロフォンの振動膜６ａと圧力センサの上部電極６ｂは同じ材料を採用している。それぞれの動作パラメータを実現するために、ステップｃ）において第２多結晶シリコン層６をエッチングする時、上部電極６ｂが大きい寸法面積を有するように選択し、振動膜６ａが小さい寸法面積を有するように選択することができる。本発明の一好ましい実施形態において、フランジ６１を形成した後、振動膜６ａの上表面を薄くするステップをさらに含む。それぞれの感知構造膜層の厚さによって、ＭＥＭＳマイクロフォンと圧力センサの動作パラメータの要求を実現する。
【００４３】
上記のように、背後電極３ａと振動膜６ａとの間、下部電極３ｂと上部電極６ｂとの間は従来のリード線を採用して接続することができる。本発明の製造方法において、前記ステップｄ）は、さらに、犠牲層７にそれぞれ振動膜６ａと第１多結晶シリコン層３、上部電極６ｂと第１多結晶シリコン層３を貫通する貫通孔５を形成するように犠牲層７を腐食し、図８に示すように、第１多結晶シリコン層３における背後電極３ａと下部電極３ｂを形成するための位置の信号を導出するように、該貫通孔５に例えば堆積の方式によって金属部８を作製し、その後、第１多結晶シリコン層３をエッチングすることにより、互いに独立する背後電極３ａと下部電極３ｂを形成し、それぞれの信号が互いに独立するようにするステップを含む。当業者にとって、金属部８と振動膜６ａ、上部電極６ｂの間には絶縁層を設置して、金属部８と振動膜６ａ、上部電極６ｂが導通することを防止する必要があり、同時に、それぞれの信号を有利に導出するように、振動膜６ａ、上部電極６ｂにはさらに金属電極が設置されていることは言うまでもない。
【００４４】
本発明の製造方法のステップｇ）において、先ず背後電極３ａ及び背後電極３ａの下方に位置する絶縁層２に気流導通孔３０をエッチングした後、背後電極３ａの下方に位置する絶縁層２をエッチングすることにより、エッチング過程において背後電極３ａを損傷することを回避することができる。
【００４５】
本発明の製造方法は、共通基板にＭＥＭＳマイクロフォン及び圧力センサのコンデンサ構造を同時に製造することができ、製造の効率を向上させると共に、製造のコストを節約している。
【００４６】
例を挙げて本発明の幾つかの特定の実施例を詳細に説明したが、当業者であれば、以上の例は説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するためのものではないことを理解すべきである。当業者であれば、本発明の趣旨と範囲を逸脱しない限り、上記実施例を変更することができることを理解すべきである。本発明の範囲は添付の請求項により限定されたものである。
【図１】
0006484343.tif 000002
【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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