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特許5676511テーパー面を備えた膜支持部を有する微小機械音響トランスデューサ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5676511
(24)【登録日】2015年1月9日
(45)【発行日】2015年2月25日
(54)【発明の名称】テーパー面を備えた膜支持部を有する微小機械音響トランスデューサ
(51)【国際特許分類】
H04R 31/00 20060101AFI20150205BHJP
H04R 19/02 20060101ALI20150205BHJP
H04R 19/04 20060101ALI20150205BHJP
H01L 29/84 20060101ALI20150205BHJP
B81C 1/00 20060101ALI20150205BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20150205BHJP
【ＦＩ】
H04R31/00 C
H04R19/02
H04R19/04
H04R31/00 A
H01L29/84 Z
B81C1/00
B81B3/00
【請求項の数】22
【外国語出願】
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2012-75529(P2012-75529)
(22)【出願日】2012年3月29日
(65)【公開番号】特開2012-217162(P2012-217162A)
(43)【公開日】2012年11月8日
【審査請求日】2012年7月12日
(31)【優先権主張番号】13/077,642
(32)【優先日】2011年3月31日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】501209070
【氏名又は名称】インフィネオン テクノロジーズ アーゲー
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＦＩＮＥＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＡＧ
(74)【代理人】
【識別番号】100109726
【弁理士】
【氏名又は名称】園田 吉隆
(74)【代理人】
【識別番号】100101199
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 義教
(72)【発明者】
【氏名】バーツン， シュテファン
(72)【発明者】
【氏名】チェン， シュー
(72)【発明者】
【氏名】デヘ， アルフォンス
(72)【発明者】
【氏名】フリザ， ヴォルフガング
(72)【発明者】
【氏名】クライン， ヴォルフガング
(72)【発明者】
【氏名】ナワズ， モーシン
(72)【発明者】
【氏名】ザイデル， ウヴェ
【審査官】
大野 弘
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−１９９３５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００９−５０５１６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２０３８１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−２９５２８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−２７５１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−１８０８２１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｒ ３１／００
Ｂ８１Ｂ ３／００
Ｂ８１Ｃ １／００
Ｈ０１Ｌ ２９／８４
Ｈ０４Ｒ １９／０２
Ｈ０４Ｒ １９／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
微小機械音響トランスデューサの製造方法であって、
基板構成の第１主面上に第１の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第１の膜支持材料が、特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度を有するステップと、
前記第１の膜支持材料層の主面上に第２の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第２の膜支持材料が、前記特定のエッチング剤に関して前記第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度を有するステップと、
前記第２の膜支持材料層の主面上に膜材料層を堆積させるステップと、
少なくともキャビティが前記第１の膜支持材料層へ延長するまで、前記第１の膜支持材料層の反対側にある基板構成の側から、前記基板構成内に当該キャビティを形成するステップと、
前記キャビティを通して前記特定のエッチング剤を適用することにより前記第１の膜支持材料層および前記第２の膜支持材料層をエッチングするステップであって、前記エッチングは前記基板構成の前記第１主面とほぼ直交する方向に沿った前記キャビティの延長部分に位置する少なくとも１個の第１の領域内で生じ、且つ前記第１の領域を囲む第２の領域内で生じ、前記エッチングにより前記第２の領域の前記第２の膜支持材料層の上にテーパー面が形成されるステップと、
前記第２の膜支持材料層が前記第１の領域内で除去されて前記膜材料層が露出するまで前記エッチングを続けるステップとを含み、
前記第２の膜支持材料層を堆積させるステップと前記膜材料層を堆積させるステップとの間に、
前記第２の膜支持材料層の主面上に第３の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第３の膜支持材料が、前記特定のエッチング剤に関して第３のエッチング速度を有するステップと、
前記第３の膜支持材料層の第１主面上に補助材料層を堆積させるステップであって、補助材料が、前記特定のエッチング剤に関して前記第３のエッチング速度より速い第４のエッチング速度を有するステップと、
前記補助材料層が前記少なくとも１個の第１の領域内で露出し、前記少なくとも１個の第１の領域外でマスクされるように、前記補助材料層の主面を部分的にマスキングするステップと、
前記特定のエッチング剤を適用することにより、前記少なくとも１個の第１の領域内および前記第２の領域内で前記補助材料層および前記第３の膜支持材料層をエッチングするステップであって、前記エッチングにより前記第２の領域内に前記第３の膜支持材料層のテーパー面が形成されるステップと、
少なくとも前記第３の膜支持材料層が前記少なくとも１個の第１の領域内で除去されて前記少なくとも１個の第１の領域で前記第２の膜支持材料層が露出するまで前記エッチングを続けるステップと、
補助材料と、前記補助材料層の主面をマスキングする間に形成されたマスクとを除去するステップとを更に含み、
膜材料は、前記第３の膜支持材料層が前記第２の膜支持材料層を覆っているところで前記第３の膜支持材料層に堆積される、方法。
基板構成の第１主面上に第１の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第１の膜支持材料が、特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度を有するステップと、
前記第１の膜支持材料層の主面上に第２の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第２の膜支持材料が、前記特定のエッチング剤に関して前記第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度を有するステップと、
前記第２の膜支持材料層の主面上に膜材料層を堆積させるステップと、
少なくともキャビティが前記第１の膜支持材料層へ延長するまで、前記第１の膜支持材料層の反対側にある基板構成の側から、前記基板構成内に当該キャビティを形成するステップと、
前記キャビティを通して前記特定のエッチング剤を適用することにより前記第１の膜支持材料層および前記第２の膜支持材料層をエッチングするステップであって、前記エッチングは前記基板構成の前記第１主面とほぼ直交する方向に沿った前記キャビティの延長部分に位置する少なくとも１個の第１の領域内で生じ、且つ前記第１の領域を囲む第２の領域内で生じ、前記エッチングにより前記第２の領域の前記第２の膜支持材料層の上にテーパー面が形成されるステップと、
前記第２の膜支持材料層が前記第１の領域内で除去されて前記膜材料層が露出するまで前記エッチングを続けるステップとを含み、
前記第２の膜支持材料層を堆積させるステップと前記膜材料層を堆積させるステップとの間に、
前記第２の膜支持材料層の主面上に第３の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第３の膜支持材料が、前記特定のエッチング剤に関して第３のエッチング速度を有するステップと、
前記第３の膜支持材料層の第１主面上に補助材料層を堆積させるステップであって、補助材料が、前記特定のエッチング剤に関して前記第３のエッチング速度より速い第４のエッチング速度を有するステップと、
前記補助材料層が前記少なくとも１個の第１の領域内で露出し、前記少なくとも１個の第１の領域外でマスクされるように、前記補助材料層の主面を部分的にマスキングするステップと、
前記特定のエッチング剤を適用することにより、前記少なくとも１個の第１の領域内および前記第２の領域内で前記補助材料層および前記第３の膜支持材料層をエッチングするステップであって、前記エッチングにより前記第２の領域内に前記第３の膜支持材料層のテーパー面が形成されるステップと、
少なくとも前記第３の膜支持材料層が前記少なくとも１個の第１の領域内で除去されて前記少なくとも１個の第１の領域で前記第２の膜支持材料層が露出するまで前記エッチングを続けるステップと、
補助材料と、前記補助材料層の主面をマスキングする間に形成されたマスクとを除去するステップとを更に含み、
膜材料は、前記第３の膜支持材料層が前記第２の膜支持材料層を覆っているところで前記第３の膜支持材料層に堆積される、方法。
【請求項2】
前記基板構成の反対側にある前記膜材料層の主面上に電極支持部および電極を形成するステップを更に含み、犠牲材料を用いて前記膜材料と前記第１の領域内の電極との間に将来の間隙を画定し、前記犠牲材料が、キャビティの反対側から前記電極内またはこれに隣接するアクセス孔を通してエッチングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の膜支持材料層および第２の膜支持材料層を前記エッチングするステップが、等方性エッチング処理を実行するステップを含んでいる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記テーパー面が前記第１および第２の膜支持材料と膜材料との間の機械的接続のために強化カラーの境界を画定し、前記強化カラーが前記機械的接続の近傍に機械的応力の幅広い空間分布を生じさせる、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記第１の膜支持材料が少なくとも酸化シリコンまたはテトラエチルオルトシリケートの一方を含み、前記第２の膜支持材料が酸窒化物を含んでいる、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記第１の膜支持材料層の厚さが４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記第２の膜支持材料層の厚さが１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
前記第２の膜支持材料層の主面上に第５の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第５の膜支持材料が、前記特定のエッチング剤に関して前記第２のエッチング速度より遅い第５のエッチング速度を有するステップを更に含み、
第５の膜支持材料層は、前記第１の膜支持材料層および前記第２の膜支持材料層をエッチングする間にエッチングされ、前記エッチングにより、前記第２の膜支持材料層のテーパー面とは異なる角度を有する、前記第２の領域内で前記第５の膜支持材料層に第２のテーパー面が形成される、請求項１に記載の方法。
第５の膜支持材料層は、前記第１の膜支持材料層および前記第２の膜支持材料層をエッチングする間にエッチングされ、前記エッチングにより、前記第２の膜支持材料層のテーパー面とは異なる角度を有する、前記第２の領域内で前記第５の膜支持材料層に第２のテーパー面が形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
微小機械音響トランスデューサの製造方法であって、
基板構成の第１主面上に第１の膜支持材料層を堆積させ、第１の膜支持材料の主面上に第３の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第３の膜支持材料が、特定のエッチング剤に関して第３のエッチング速度を有するステップと、
前記第３の膜支持材料層の主面上に補助材料層を堆積させるステップであって、補助材料が、前記特定のエッチング剤に関して前記第３のエッチング速度より速い第４のエッチング速度を有するステップと、
前記補助材料層が少なくとも１個の第１の領域内で露出し、前記少なくとも１個の第１の領域外でマスクされるように前記補助材料層の主面を部分的にマスキングするステップと、
前記特定のエッチング剤を適用することにより、前記少なくとも１個の第１の領域内および前記少なくとも１個の第１の領域を囲む第２の領域内で前記補助材料層および前記第３の膜支持材料層をエッチングするステップであって、前記エッチングにより前記第２の領域内に前記第３の膜支持材料層のテーパー面が形成されるステップと、
少なくとも前記第３の膜支持材料層が前記少なくとも１個の第１の領域内で除去されて前記少なくとも１個の第１の領域で前記基板構成が露出するまで前記エッチングを続けるステップと、
前記補助材料と、前記補助材料層の主面をマスキングする間に形成されたマスクとを除去するステップと、
膜材料が第３の膜支持材料のテーパー面をほぼ再現するように前記第３の膜支持材料層の前記主面上に膜材料層を堆積させるステップと、
第１の膜支持材料層をエッチングして、キャビティの第１の領域を、前記補助材料層、前記第３の膜支持材料層、および前記膜材料の反対側から、前記少なくとも１個の第１の領域の外周面が前記第３の膜支持材料層のテーパ面を超えた領域まで形成するステップとを含む方法。
基板構成の第１主面上に第１の膜支持材料層を堆積させ、第１の膜支持材料の主面上に第３の膜支持材料層を堆積させるステップであって、第３の膜支持材料が、特定のエッチング剤に関して第３のエッチング速度を有するステップと、
前記第３の膜支持材料層の主面上に補助材料層を堆積させるステップであって、補助材料が、前記特定のエッチング剤に関して前記第３のエッチング速度より速い第４のエッチング速度を有するステップと、
前記補助材料層が少なくとも１個の第１の領域内で露出し、前記少なくとも１個の第１の領域外でマスクされるように前記補助材料層の主面を部分的にマスキングするステップと、
前記特定のエッチング剤を適用することにより、前記少なくとも１個の第１の領域内および前記少なくとも１個の第１の領域を囲む第２の領域内で前記補助材料層および前記第３の膜支持材料層をエッチングするステップであって、前記エッチングにより前記第２の領域内に前記第３の膜支持材料層のテーパー面が形成されるステップと、
少なくとも前記第３の膜支持材料層が前記少なくとも１個の第１の領域内で除去されて前記少なくとも１個の第１の領域で前記基板構成が露出するまで前記エッチングを続けるステップと、
前記補助材料と、前記補助材料層の主面をマスキングする間に形成されたマスクとを除去するステップと、
膜材料が第３の膜支持材料のテーパー面をほぼ再現するように前記第３の膜支持材料層の前記主面上に膜材料層を堆積させるステップと、
第１の膜支持材料層をエッチングして、キャビティの第１の領域を、前記補助材料層、前記第３の膜支持材料層、および前記膜材料の反対側から、前記少なくとも１個の第１の領域の外周面が前記第３の膜支持材料層のテーパ面を超えた領域まで形成するステップとを含む方法。
【請求項10】
前記基板構成の反対側にある前記膜材料層の主面上に電極支持部および電極を形成するステップを更に含み、犠牲材料を用いて前記膜材料と前記少なくとも１個の第１の領域内の電極との間に将来の間隙を画定し、前記犠牲材料が、キャビティの反対側から前記電極内またはこれに隣接するアクセス孔を通してエッチングされる、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記補助材料層および前記第３の膜支持材料層を前記エッチングするステップが、等方性エッチング処理を実行するステップを含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記テーパー面が前記膜支持材料と前記膜材料との間を機械的に接続すべく補強リングの境界を画定し、前記補強リングが前記機械的接続の近傍に機械的応力の幅広い空間分布を生じさせる、請求項９に記載の方法。
【請求項13】
前記第３の膜支持材料層の厚さが１００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある、請求項９に記載の方法。
【請求項14】
前記補助材料層の厚さが１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲にある、請求項９に記載の方法。
【請求項15】
基板構成と、
前記基板構成に隣接する第１の膜支持材料層および前記基板構成の反対側にある前記第１の膜支持材料層の界面において第２の膜支持材料層を含む膜支持構造であって、第１の膜支持材料が特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度を有し、第２の膜支持材料が前記特定のエッチング剤に関して前記第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度を有する膜支持構造と、
前記第２の膜支持材料層のテーパー面により境界が画定されている前記膜支持構造内の開口部と、
前記開口部に露出していて、前記テーパー面の反対側にある第２の膜支持材料の表面において前記第２の膜支持材料層に固定されている膜とを含み、
前記膜支持構造が、前記第２の膜支持材料に隣接して更なるテーパー面を有する第３の膜支持材料を更に含んでいて、前記膜が前記第３の膜支持材料の前記更なるテーパー面に固定されている、微小機械音響トランスデューサ。
前記基板構成に隣接する第１の膜支持材料層および前記基板構成の反対側にある前記第１の膜支持材料層の界面において第２の膜支持材料層を含む膜支持構造であって、第１の膜支持材料が特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度を有し、第２の膜支持材料が前記特定のエッチング剤に関して前記第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度を有する膜支持構造と、
前記第２の膜支持材料層のテーパー面により境界が画定されている前記膜支持構造内の開口部と、
前記開口部に露出していて、前記テーパー面の反対側にある第２の膜支持材料の表面において前記第２の膜支持材料層に固定されている膜とを含み、
前記膜支持構造が、前記第２の膜支持材料に隣接して更なるテーパー面を有する第３の膜支持材料を更に含んでいて、前記膜が前記第３の膜支持材料の前記更なるテーパー面に固定されている、微小機械音響トランスデューサ。
【請求項16】
前記基板構成が、シリコンバルクおよび前記シリコンバルクの主面に隣接する酸化物層を含んでいる、請求項１５による微小機械音響トランスデューサ。
【請求項17】
前記第１の膜支持材料の厚さが４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある、請求項１５に記載の微小機械音響トランスデューサ。
【請求項18】
前記第２の膜支持材料の厚さが１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある、請求項１５に記載の微小機械音響トランスデューサ。
【請求項19】
基板構成と、
前記基板構成に固定された第１の膜支持材料層及び第３の膜支持材料層を含んでいて、前記第３の膜支持材料層が前記基板構成の反対側にあるテーパー面を含み、前記第１の膜支持材料層をエッチングして外周面が前記第３の膜支持材料層のテーパー面を越えた領域まで開口部を形成する膜支持構造と、
前記基板構成の反対側にある前記膜支持構造の側にあって、前記テーパー面に固定されている膜とを含む微小機械音響トランスデューサ。
前記基板構成に固定された第１の膜支持材料層及び第３の膜支持材料層を含んでいて、前記第３の膜支持材料層が前記基板構成の反対側にあるテーパー面を含み、前記第１の膜支持材料層をエッチングして外周面が前記第３の膜支持材料層のテーパー面を越えた領域まで開口部を形成する膜支持構造と、
前記基板構成の反対側にある前記膜支持構造の側にあって、前記テーパー面に固定されている膜とを含む微小機械音響トランスデューサ。
【請求項20】
前記基板構成が、シリコンバルクおよび前記シリコンバルクの主面に隣接する酸化物層を含んでいる、請求項１９に記載の微小機械音響トランスデューサ。
【請求項21】
前記第３の膜支持材料が酸窒化物を含み、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲の厚さを有している、請求項１９に記載の微小機械音響トランスデューサ。
【請求項22】
少なくとも前記基板構成、前記膜支持構造、および膜により境界が画定された開口部を更に含んでいて、前記開口部が前記テーパー面の反対側にある前記膜支持構造の側に位置している、請求項１９に記載の微小機械音響トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明によるいくつかの実施形態は、微小機械音響トランスデューサの製造方法に関する。本発明によるいくつかの実施形態は、微小機械音響トランスデューサに関する。
【背景技術】
【0002】
音響信号の取得および／または音響信号の再現能力は、今日製造および利用されている多くの電子機器により支援されている。とりわけ、２つの目標、すなわち、更なる小型化およびバッテリの寿命を延ばすための効率向上が電子機器分野で進行中の、活発な研究を育んでいる。電子機器の音響サブシステムは通常、周波数範囲および音圧レベル（ＳＰＬ）等、取得および／または再現される音響信号の物理的特性により予め決められている場合が多い特定の仕様を満たす必要がある。微小機械構造に基づく音響トランスデューサは、小型化および効率向上に関して有望な特性を提供する。これらの解決策のいくつかは、シリコンで作られた微小機械膜上の圧電または強誘電材料の使用を提案する。圧電または強誘電材料のため、通常は、そのような微小機械スピーカーを製造するための半導体製造工程に新規の材料システムを組み込む必要がある。対照的に、受信した音響信号または電気入力信号に起因する膜の湾曲の容量性検出／生成に基づく音響トランスデューサの各々は通常、利用可能な、または典型的な半導体製造工程と互換性を有する材料を用いて構成することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本発明によるいくつかの実施形態は微小機械音響トランスデューサの製造方法を提供する。本方法は、基板構成の第１主面上に第１の膜支持材料層を堆積させるステップと、第１の膜支持材料層の主面上に第２の膜支持材料層を堆積させるステップと、第２の膜支持材料層の主面上に膜材料層を堆積させるステップと、基板構成内にキャビティを形成するステップと、キャビティを通して特定のエッチング剤を適用することにより第１の膜支持材料層および第２の膜支持材料層をエッチングするステップと、少なくとも第２の膜支持材料層が第１の領域内で除去されて膜材料層が露出するまでエッチングを続けるステップとを含んでいる。第１の膜支持材料は、特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度を内在または発現する。第２の膜支持材料は、特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度を内在または発現する。基板構成内のキャビティは、第１の膜支持材料層、第２の膜支持材料層、および膜材料層の反対側にある基板構成の側から形成される。キャビティ形成動作の完了後、キャビティを、少なくとも第１の膜支持材料層へ延長させる。第１の膜支持材料層および第２の膜支持材料層のエッチングは、基板構成の第１主面とほぼ直交する方向に沿ったキャビティの延長部分に位置する少なくとも１個の第１の領域内で生じる。エッチングはまた、第１の領域を囲む第２の領域内でも生じ、そこでエッチングにより第２の領域内の第２の膜支持材料層の上にテーパー面が形成される。テーパー面は、第１のエッチング速度と第２のエッチング速度の差異により生じる。
【0004】
本明細書の開示内容による別の実施形態では、微小機械音響トランスデューサの製造の方法は、基板構成の第１主面上に第３の膜支持材料層を堆積させるステップと、第３の膜支持材料層の主面上に補助材料層を堆積させるステップと、補助材料層の主面を部分的にマスキングするステップと、特定のエッチング剤を適用することにより、少なくとも１個の第１の領域内および少なくとも１個の第１の領域を囲む第２の領域内で補助材料層および第３の膜支持材料層をエッチングするステップと、少なくとも１個の第１の領域内で第３の膜支持材料層が除去されて少なくとも１個の第１の領域内で基板構成が露出するまで少なくともエッチングを続けるステップと、補助材料および補助材料層の主面をマスキングする間に形成されたマスクを除去するステップと、第３の膜支持材料層の主面上に膜材料層を堆積させるステップと、基板構成内にキャビティを形成するステップとを含んでいる。第３の膜支持材料は特定のエッチング剤に関して第３のエッチング速度を内在または発現し、補助材料は特定のエッチング剤に関して第３のエッチング速度より速い第４のエッチング速度を内在または発現する。補助材料層の主面の部分的マスキングの完了後、補助材料層は、少なくとも１個の第１の領域内で露出されて、少なくとも１個の第１の領域外でマスクされる。エッチングの動作により、第２の領域内に第３の膜支持材料層のテーパー面が形成される。第３の膜支持材料層の主面上に膜材料層を堆積させる際に、膜材料は第３の膜支持材料のテーパー面をほぼ再現または追随する。基板構成内におけるキャビティの作成は、キャビティが少なくとも１個の第１の領域の膜材料まで少なくとも延長するまで、補助材料層、第３の膜支持材料層、および膜材料層の反対側にある基板構成の側から実行される。
【0005】
第３の膜支持材料の存在が必ずしも第１および第２の膜支持材料の存在を示唆する訳ではない点に注意されたい。用語「第３の膜支持材料」、「第３のエッチング速度」、「第４のエッチング速度」、「第５の膜支持材料」、および「第５のエッチング速度」は、列挙子ではなく識別子と見なすべきである。明快さのため、異なる要素の一意識別子が、特に２個以上の実施形態の特徴が組み合わされた場合に選択されている。
【0006】
本明細書の開示内容による微小機械音響トランスデューサは、基板構成、膜支持構造、膜支持構造内の開口部および膜を含んでいる。膜支持構造は、基板構成に隣接する第１の膜支持材料層および基板構成の反対側にある第１の膜材料層の界面において第２の膜支持材料層を含んでいる。第１の膜支持材料は、特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度を有し、第２の膜支持材料は特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度を有する。膜支持構造内の開口部は、第２の膜支持材料層のテーパー面により少なくとも部分的に境界が画定されている。膜は、開口部に露出していて、テーパー面の反対側にある第２の膜支持材料の表面において、第２の膜支持材料層に固定されている。
【0007】
本明細書の開示内容の他の実施形態による微小機械音響トランスデューサは、基板構成、膜支持構造、および膜を含んでいる。膜支持構造は、基板構成に固定された第３の膜支持材料層を含んでいて、第３の膜支持材料層はテーパー面を含んでいる。膜は、基板構成の反対側にある膜支持構造の側に配置されている。膜は、基板配置と膜支持構造の少なくとも一方の開口部により画定される第１の領域内で露出している。更に、膜はテーパー面に固定されている。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本明細書の開示内容を用いない微小機械音響トランスデューサを通る模式的断面図を示す。
【図2】本明細書の開示内容を用いない微小機械音響トランスデューサの透視断面図を示す。
【図3】音響トランスデューサの部分断面図を下部に、３個の異なる構成について位置の関数として機械的応力の説明図を上部に示す。
【図4】本明細書の開示内容の第１実施形態による微小機械音響トランスデューサの模式的部分断面図を示す。
【図5】本明細書の開示内容の第２の実施形態による微小機械音響トランスデューサの模式的部分断面図を示す。
【図6】本明細書の開示内容の第３の実施形態による微小機械音響トランスデューサの模式的部分断面図を示す。
【図7】膜に外圧または力が作用しない場合の膜およびその支持構造の一部の機械的シミュレーションの結果を示す。
【図8A】本明細書の開示内容を実装せずに形成された膜およびその支持構造の機械的シミュレーションの結果を示す。
【図8B】上から押された膜および本明細書の開示内容に従い構成された膜支持構造の機械的シミュレーションを示す。
【図8C】本下から押された膜および明細書の開示内容に従い構成された膜支持構造の機械的シミュレーションの結果を示す。
【図9A】上から押された膜本明細書の開示内容を用いないその膜支持構造の機械的シミュレーションの結果を示す。
【図9B】上から押された膜および本明細書の開示内容による、特に補強リングを含む膜支持構造の機械的シミュレーションの結果を示す。
【図10】本明細書の開示内容の第１実施形態による方法を実行した場合に計測可能なエッチング処理の進行を示す。
【図11】本明細書の開示内容の第２の実施形態による方法を実行する間に計測可能なエッチング処理の進行を示す。
【図12】本明細書の開示内容による微小機械トランスデューサの模式的部分断面図を上部に、および対応するラスタ電子顕微鏡（ＲＥＭ）画像を下部に示す。
【図13】本明細書の開示内容の第４の実施形態による微小機械トランスデューサの模式的部分断面図を示す。
【図14】微小機械音響トランスデューサの製造工程を示す。
【図15A-15M】本明細書の開示内容による微小機械音響トランスデューサの製造方法の複数の工程ステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図１に、本明細書の開示内容のいくつかの中核的特徴が実装されていない微小機械音響トランスデューサを通る模式的断面図を示す。微小機械音響トランスデューサは、マイクロホン、スピーカー、またはマイクロホンとスピーカーの組み合わせであってもよい。微小機械音響トランスデューサは、基板１０、固定子または対電極１６、および膜１４を含んでいる。膜１４および対電極１６は支持構造３２に固定されていて、支持構造３２は次いで基板１０に固定されている。ほぼ同質な基板（例：シリコン）の代わりに、１つの構成および他の構成、例えばシリコンバルクの主面に酸化シリコンＳｉＯ２の層を有するシリコンバルクにおいて基板構成が存在してもよい。「固定されている」という表現は、「搭載されている」、「取付けられている」等を意味していてよい。通常、対電極１６はほぼ剛性であり、これは対電極１６の厚さおよび／または材料を適切に選択することにより実現できる。膜１４は変形可能であるため、膜１４の特に中央部が静止位置から、膜１４が対電極１６の方へ曲げられるかまたは対電極１６に接触も可能な励起位置まで変位できる。膜１４は、膜１４の外周部で支持構造３２に機械的に接続されている。膜１４またはその中央部の対電極１６方向への変位は、膜１４に対し静電気力を作用させることにより実現できる。特に、対電極１６は、静電気的に膜１４を引き付けることができる。対電極１６と膜１４の間の静電効果は、対電極１６および膜１４に異なる電位を印加することにより実現される。支持構造３２は通常、対電極１６と膜１４の間の電気絶縁体として機能する。膜１４および対電極１６がアンプ（図示せず）等の他の構成要素に電気的に接続できる電気接続および接続パッドは図１に示していない。
【0010】
基板１０は、膜１４の第１の領域の下方にキャビティ２２を有している。キャビティ２２は、微小機械音響トランスデューサの後方体積空間として機能し、膜１４が対電極１６へ近づくかまたは遠ざかるように比較的自由に移動できるようにする。複数の気孔１が対電極１６に形成されている。従って、膜１４は、対電極１６に向かって移動するときは強い逆圧に、また対電極１６から遠ざかる方向に移動するときは副圧（真空）に打ち勝つ必要がない。図１に示す構成において、キャビティ２２は、膜−固定子の構成に関して反対側、例えば図１の表現に関してキャビティ２２の下端で開いている。しかしキャビティ２２は、より大きい断面で支持構造３２内へ続いている。第１の自由体積空間が膜１４の上方に、第２の自由な体積空間が膜１４の下方に、より正確には膜１４の中央部の上方／下方に存在する。これらの自由な体積空間により、膜１４の中央部は上下に移動可能である。キャビティ２２の支持構造３２までの延長部分は、微小機械音響トランスデューサの音響変換領域と見なすことができ、本開示の他の箇所で「第１の領域」と呼ばれる。
【0011】
一般に、静電音響トランスデューサは、プレート（すなわち膜）の１枚が内部で移動可能である少なくとも１個のコンデンサを含んでいる。上記構造をスピーカーとして動作させる場合、当該コンデンサは通常、電気的にバイアスが掛けられ、変換される音声データを表す電気入力信号が電場を変調する。コンデンサ内の電場のこの変調により膜が振動する。通常、この構造は二乗検波の力／電圧特徴（square-law force/voltage characteristic）を有し、二乗検波の力／電圧特徴のため、特に音声入力信号の高入力電圧において顕著な歪みが生じる恐れがある。一方、上記構造をマイクロホンとして動作させる場合、同様にコンデンサは通常、電気的にバイアスが掛けられる。膜１４に衝突する音響信号が膜１４を振動させる。この振動によりコンデンサで電場の変調が生じ、これは微小機械音響トランスデューサの電気接続パッドで検出できる。
【0012】
図１の下部の吹き出しに、微小機械音響トランスデューサの詳細を模式的断面図で示す。膜１４の周辺領域と基板１０との間において、膜支持材料層５０２が膜１４を支持する役割を果たす。膜支持材料層５０２は膜支持構造３２に属している。膜支持材料５０２は通常、二酸化シリコンＳｉＯ２等の酸化物である。膜１４は、ほぼ垂直な縁を示す酸化物の層５０２により底面に保持される。キャビティ２２は、基板１０内でほぼ均一な断面を有しており、その断面は、膜支持材料層５０２の位置では、開口部５０３まで広がっている。開口部５０３は、膜支持材料のほぼ垂直な縁に外周が囲まれていて、ほぼ膜支持材料層５０２の酸化物材料のみに影響を及ぼし、膜１４および基板１０には影響を及ばさない等方性エッチングにより通常は形成される。等方性エッチング処理を計時し、温度およびエッチング剤の濃度などの等方性エッチング処理の他のパラメータを制御することにより、開口部５０３の寸法を比較的正確に制御することができる。開口部５０３の寸法は、共鳴周波数および剛性等、膜のいくつかの物理的特性に影響を及ぼす。図１で示すように膜支持構造または「保持装置」３２は、圧縮荷重は前面から（上方から）作用する場合は所与のトランスデューサ構成に対して５ｂａｒという高い圧縮強度を生じるが、圧縮荷重が背面（下方から）から作用する場合は１．５ｂａｒという僅かな圧縮強度しか生じない。
【0013】
実際に、圧縮荷重が背面から作用する場合、現行の微小機械音響トランスデューサの製造方法は圧縮強度に関して膜保持装置の脆弱性を示す。
【0014】
従って、図１で示すような構成を有する微小機械音響トランスデューサは、圧縮荷重が背面から作用する場合の圧縮強度に関して、膜支持構造の脆弱性を示す。
【0016】
図３の下部に、膜支持材料層５０２および膜１４を通る部分的な模式的断面図を示す。図３に、膜支持材料層５０２と膜１４との間の遷移に対する３個の異なる構成を示す。膜１４には下側から圧力Ｐが掛けられていて、従って膜１４に対して圧縮負荷が掛かっていると仮定する。対応する３本の応力曲線が図３の上部において比較されている。第１の構成において、膜支持材料層５０２および膜１４はほぼ矩形の角を形成し、すなわち、膜支持材料層５０２の縁はほぼ垂直（連続線）である。図３の上部において、接線応力σｔを表す応力曲線３２１は、膜支持材料層５０２と膜１４の間にほぼ矩形の角を有する構成に対応している。第１の応力曲線３２１は、ほぼ矩形の角の位置に高くて鋭いピークを有する。第１の応力曲線３２１の鋭いピークにより、膜１４を膜支持材料層５０２に固定する圧縮強度が減少する。膜１４に過剰な圧縮負荷が掛かっている場合、特に応力が高い箇所でひびが生じる恐れがある。この効果は、「応力集中」または「ノッチ効果」と呼ばれる。
【0017】
第２の構成を図３の下部の破線３０２で示す。当該第２の構成によれば、膜支持材料層５０２と膜１４との間の遷移は適度に湾曲している。図３の上部において、応力線３２２は、当該第２の構成における接線応力σｔを示す。矢印３３１で示すように、第１の構成よりも第２の構成を選択することにより応力の最大値を大幅に減少することができる。応力曲線３２２はまた、応力曲線３２１に比べてより大きな領域にわたり応力が分散していることを示し、第２の構成の領域は丸い角３０２が延びている部分に概ね対応している。
【0018】
接線応力σｔの最大値の更なる減少は、図３下部の破線３０３で示す第３の構成を選択することにより実現できる。図３の上部において、応力曲線３２３は対応する応力分布を示す。第２の構成と第３の構成との間の最大応力値の更なる減少を矢印３３２で示す。応力曲線３２３は比較的平坦であって、比較的大きい領域に応力が分布していることがわかる。
【0019】
本明細書の開示内容は、膜支持構造の縁形状を最適化し、その結果、膜支持構造内でより均一な圧力分布を実現することにより、ノッチ効果または応力集中を減少させる。更に、材料および異なるエッチング剤製造に対するそれらの異なる反応の特定の順序またはシーケンスにより、音響トランスデューサの選択された下部構造を互いに独立にエッチングすることが可能になる。このように、いくつかのエッチング処理を制御して、他のエッチング処理がより高速な状態で、相対的に高精度を実現することができる。相対的に高精度のエッチング処理を用いて、膜のリリースエッチングのように膜の近くにある構造をエッチングすることができる。
【0020】
これらの開示内容によれば、圧縮負荷が背面から作用した場合に圧縮強度が弱いという問題は、ノッチ効果を減らすべく膜支持構造の縁の構造を決定することにより解決できる。第１の構成において、膜１４が圧縮負荷により下側から曲げられた場合、ノッチ効果の結果、極めて強い機械的張力が膜支持構造３２に直接作用する。張力の最大値は、図３の第２および第３の構成の各々において曲線３０２、３０３で示すように、膜支持構造に薄いカラーを設けることにより減少させることができる。当該カラーにより、機械的張力の分布が概ねカラー構造の領域まで広がり、その結果張力の最大値が減少し、更に圧縮強度の増加につながる。
【0021】
図４に、本明細書の開示内容に基づく第１の可能な構成による微小機械音響トランスデューサの部分的な模式的断面図を示す。第１の可能な構成によれば、膜支持構造はカラーを含んで製造されている。基板１０の上部の第１主面に、第１の膜支持材料層４０２が設けられている。第１の膜支持材料層４０２は微小機械音響トランスデューサの製造工程中に構造が決定されているため、図示する仕上がった音響トランスデューサ内に第１の膜材料層の残留パッチが存在する。第１の膜材料層４０２の上方に、すなわち基板１０の反対側にある第１の膜支持材料層の主面に、第２の膜支持材料層４０４が位置している。第２の膜材料層４０４は、カラーまたはカラー状構造を形成することができる。図４において第１の膜支持材料層４０２および第２の膜材料層４０４の左側に示す開口部４０３が形成されている。第２の膜支持材料層４０４は、開口部４０３の境界を画定するテーパー面を有している。膜１４は、第２の膜材料層４０４の上部主面、すなわち第１の膜支持材料層４０２の反対側に位置している。第２の膜支持材料層４０４のテーパー面のため、第２の膜支持材料層４０４の幅が、第２の膜支持材料層４０４の下部主面と上部主面の間で値Ｌだけ増大する。「テーパー」または「先細」という表現は、階段状の表面または縁だけでなく、連続的な面または縁、湾曲した面または縁を含んでいてよい。テーパー面／縁の他の実装例もまた「テーパー」および「先細」という表現に含まれる。
【0022】
開口部４０３は、等方性エッチング処理により微小機械音響トランスデューサの製造工程中に形成されている。第１の膜支持材料層は、等方性エッチング処理中に使用されたエッチング剤に関する第１のエッチング速度を有する。この第１のエッチング速度は通常、相対的に高い。第２の膜支持材料層４０４は、使用されたエッチング剤に関して相対的に低い第２のエッチング速度を有する。いずれの場合も、第２のエッチング速度は通常、第１のエッチング速度よりも低い。エッチング剤は通常、膜１４および基板１０を大幅にはエッチングしない。
【0023】
第２の膜材料層４０４のテーパー面の上述の幅Ｌは、第２の膜材料層４０４の厚さおよび第１のエッチング速度と第２のエッチング速度の比率に依存し、すなわち次式で与えられる。Ｌ＝厚さｓｅｃｏｎｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｍａｔｅｒｉａｌ＊エッチング速度１／エッチング速度２
【0024】
第１の膜材料は、例えば酸化シリコンＳｉＯ２であってよい。第２の膜材料は、例えば酸窒化シリコンＳｉＯＮであってもよい。従って、酸化物（ＳｉＯ２）および酸窒化物（ＳｉＯＮ）を含む２層構造が形成される。ＳｉＯ２のエッチング速度は、ある種のエッチング剤については明らかにＳｉＯＮよりも高い。マスクを用いて等方性湿式化学エッチングが実行された場合、ＳｉＯＮの三角形の突出部が生じ、上述のようにその幅が層厚およびエッチング速度の比率に対応している。カラーの幅が３μｍ、カラーの厚さが１９０ｎｍである可能な実現例を示す。カラーもまた、層厚およびエッチング速度／材料を選択することにより調整できる。
【0025】
膜支持構造はまた、支持リングにより最適化しても良く、従って、膜層内に入れることにしても良い。図５に、カラーの代わりに補強リングを特徴とする、本明細書の開示内容に基づく第２の可能な構成による微小機械音響トランスデューサの部分的な模式的断面図を示す。この場合も、第１の膜支持材料層５１２が基板１０の上部第１主面に設けられている。基板１０の反対側にある第１の膜材料層５１２の主面に、第３の膜支持材料層５１４が設けられている。第３の膜支持材料層５１４は、補強リングまたは支持リングを形成していてよい。一般に、第３の膜支持材料層５１４は、少なくとも１個のテーパー面を含んでいる。図５において、第３の膜支持材料層５１４は、２個のテーパー面を含んでいる。第１のテーパー面は、第３の膜支持材料層５１４により形成される補強リングの半径方向内側に設けられている。第１のテーパー面は幅Ｌを有している。第２のテーパー面は、補強リングの半径方向外側に設けられている。膜材料層１４は第３の膜材料層５１４を覆い、また局所的には第１の膜材料層５１２をも覆う。このように、膜材料層１４は、いくつかの領域において第３の膜支持材料層５１４のテーパー面に追随するかまたは再現する。開口部５１３は、下限において基板１０の上部主面により、半径方向の外側限界において第１の膜材料層５１２により、および上限において第３の膜支持材料層５１４および膜１４によって境界が画定されている。開口部５１３は等方性エッチングを用いて形成されている。
【0026】
第３の膜支持材料層５１４のテーパー面は、その上部主面で第３の膜支持材料に隣接する補助層を用いて形成されている。補助層は、特定のエッチング剤に関して第３の膜支持材料５１４のエッチング速度より速いエッチング速度を有している。補強リングの領域内に補助層のマスキングを用いてテーパー面が得られる。
【0027】
第３の膜支持材料層５１４の厚さは、１００ｎｍ〜８００ｎｍ、好適には３００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にあってよい。補助膜支持材料層の厚さは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、好適には１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあってよい。
【0028】
図６に、本明細書の開示内容に基づく第３の可能な構成による微小機械音響トランスデューサの部分的な模式的断面図を示し、図４、５に各々示す第１および第２の構成が組み合わされている。基板１０の第１主面に、第１の膜支持材料４０２（例えばシリコーン酸化物ＳｉＯ２）の層が設けられている。基板１０の反対側の面において、第２の膜支持材料層４０４が第１の膜支持材料層４０２に設けられている。上述のように、第２の膜支持材料層４０４はカラーまたはカラー状構造を形成する。第２の膜支持材料４０４は、例えば、酸窒化シリコンＳｉＯＮであってよく、テーパー面を有している。既に図５に示し、対応する記述で説明しており、例えば補強リングを形成できる第３の膜支持材料層５１４が第２の膜支持材料４０４の上面に設けられている。膜材料層１４が第３の膜支持材料層５１４の上面に設けられている。
【0029】
第２の膜支持材料層４０４は、第２の膜支持材料４０４と基板１０の間で開口部６０３を部分的に境界を画定するテーパー面を含んでいる。半径方向において、開口部６０３は第１の膜支持材料層４０２により境界が画定されている。第２の膜支持材料層４０４のテーパー面の幅はＬｃｏｌｌａｒである。また、第３の膜支持材料層５１４は、とりわけ、膜材料層１４が設けられているテーパー面を含んでいる。第３の膜材料５１４のテーパー面の幅はＬｒｅｉｎｆｏｒｅｍｅｎｔ ｒｉｎｇである。
【0030】
図６において示す構造は、以下の動作を含む方法により得ることができる。−基板構成の第１主面上に第１の膜支持材料層を堆積させるステップであって、前記第１の膜支持材料が特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度を有するステップ、
−第１の膜支持材料層の主面上に第２の膜支持材料層を堆積させるステップであって、前記第２の膜支持材料が特定のエッチング剤に関して第１のエッチング速度より低い第２のエッチング速度を有するステップ、
−第２の膜支持材料層の主面上に第３の膜支持材料層を堆積させるステップ、
−第３の膜支持材料層の第１主面上に補助材料層を堆積させるステップであって、前記補助材料が特定のエッチング剤に関して第３のエッチング速度より速い第４のエッチング速度を有し、膜材料はまた、第３の膜支持材料層が第２の膜支持材料層を覆う第３の膜支持材料層に堆積されるステップ、
−補助材料層が少なくとも１個の第１の領域内で露出し、当該少なくとも１個の第１の領域外でマスクされるように、補助材料層の主面を部分的にマスキングするステップ、
−特定のエッチング剤を適用することにより、当該少なくとも１個の第１の領域内および第２の領域内で補助材料層および第３の膜支持材料層をエッチングするステップであって、当該エッチングにより第２の領域内に第３の膜支持材料層のテーパー面が形成されるステップ、
−少なくとも第３の膜支持材料層が当該少なくとも１個の第１の領域内で除去されて当該少なくとも１個の第１の領域で第２の膜支持材料層が露出するまでエッチングを続けるステップ、
−補助材料と、補助材料層の主面をマスキングする間に形成されたマスクとを除去するステップ、
−第２の膜支持材料層の主面上に膜材料層を堆積させるステップ、
−少なくともキャビティが第１の膜支持材料層へ延長するまで、第１の膜支持材料層、第２の膜支持材料層、および膜材料層の反対側にある基板構成の側から、基板構成内に当該キャビティを形成するステップ、
−キャビティを通して特定のエッチング剤を適用することにより第１の膜支持材料層および第２の膜支持材料層をエッチングするステップであって、当該エッチングは基板構成の第１の主面とほぼ直交する方向に沿ったキャビティの延長部分に位置する少なくとも１個の第１の領域内で生じ、且つ第１の領域を囲む第２の領域内で生じ、当該エッチングにより第１のエッチング速度と第２のエッチング速度の差異により生じる第２の領域の第２の膜支持材料層の上にテーパー面が形成されるステップ、および
−少なくとも第２の膜支持材料層が第１の領域内で除去されて膜材料層が露出するまでエッチングを続けるステップ。
【0031】
図４〜６に関して開示した内容は膜固定の圧縮強度を向上させることを意図しており、最新の実験により、ほぼ垂直な縁を有する膜支持部と比較して２〜３倍向上することが示されている。
【0032】
図７に、第１の可能な構成による微小機械音響トランスデューサの部分的な模式的断面図を示す。特に、図７は膜１４に負荷が掛かっていない状態にある場合の、第１の膜支持材料（ＳｉＯ２）の層４０２、および第２の膜支持材料（ＳｉＯＮ）の層４０４における膜１４内の応力分布を示す。外部的にもたらされた応力は存在せず、各種材料に固有の機械的張力は均一に分布している。
【0033】
図８Ａ〜８Ｃに、圧力が膜１４に影響を及ぼす場合のカラー構造の機械的シミュレーションの結果を示す。図８Ａにおいて、テーパー面または類似構造を有していない構成のシミュレーション結果を示す。膜支持材料５０２のほぼ垂直な縁および膜１４のほぼ水平な面により形成される角で、膜１４および膜支持材料５０２内の機械的応力が各々２．２ＧＰａおよび３．９ＧＰａの相対的に高い絶対値に到達することがわかる。「ＭＸ」および「ＭＮ」のマークは、最大応力および最小応力が各々生じる領域を示す。
【0034】
図８Ｂに、最上部から圧力が加えられた場合のテーパー面を備えたカラーを有する構成の機械的シミュレーションの結果を示す。応力の最大値は１．８ＧＰａに達し、膜１４の上面で計測できる。図８Ｃに、下側から圧力が加えられた場合のカラーまたはカラー状構造を有する同一構成の機械的シミュレーションの結果を示す。最大圧力は、約２．６ＧＰａに達し、第２の膜支持材料４０４のテーパー面の先端付近で計測できる。
【0035】
図９Ａ、９Ｂに、補強リングが無い構成と、有る構成の機械的シミュレーション結果の比較を示す。図９Ａは、図８Ａ、すなわち先細補強リングが無い構成の膜に最上部から１ｂａｒの圧力が掛けられた場合の機械的シミュレーションの結果に対応している。図９Ｂは、同じ状況、すなわち上部からの１ｂａｒの圧力が掛けられた先細補強リングを有する構成における機械的シミュレーションの結果を示す。補強リングが無い構成の場合、膜支持構造と膜１４の間の角で、応力の最大絶対値が３．９ＧＰａに達する。これは、先細補強リングを有する構成における最大絶対値２．８ＧＰａと比較される。膜の上側で、補強リングが無い構成（図９Ａ）における最大絶対値は２．２ＧＰａであり、補強リングを有する構成（図９Ｂ）における最大絶対値は１．７ＧＰａである。
【0036】
張力または応力の最大値は、とりわけ、テーパー面の角度に依存する。以下のテーブルにこの依存性を示す。
【0037】
【表1】
【0038】
比較の目的で、右側の列は補強リングが無い構成の場合の値を含んでいる。膜１４と補強リングとの間の遷移における張力または応力分布は縁の角度に極めて依存している。角度が小さいほど最大の圧力が小さく且つ圧縮強度が高い。上方から圧力が掛けられた膜の場合は特に、９０度の角度と１０度の角度の間で最大応力の大幅な減少を計測できる。
【0039】
当該機械的シミュレーションは、有限要素（ＦＥＭ）シミュレーションに基づいており、膜支持構造における最大張力が明らかに減少していることがわかる。この結果はまた、圧縮強度に関する最初の測定において２〜３倍向上したことにより確かめられている。
【0040】
図１０に、第１の可能な構成、すなわちカラーまたはカラー状構造を有する、微小機械音響トランスデューサの製造過程において採用できる等方性エッチング処理の進行を示す。カラー構造は、例えば、１個の層が低エッチング速度を有し、他の層が高エッチング速度を有する２層構造に対する等方性エッチングにより製造することができる。カラーの寸法は、エッチング速度と低エッチング速度を有する層の層厚との比率により決定される。
【0041】
最初の構成を図１０の最下部に示す。基板１０の主面上に、異なる材料の３個の層、すなわち第１の膜支持材料層４０２（高エッチング速度）、第２の膜支持材料層４０４（低エッチング速度）、および膜材料層１４（エッチング処理にあまり影響を受けない）が形成されている。キャビティ２２がエッチング処理の前に基板１０に形成されているため、キャビティ２２のため、第１の膜支持材料層４０２が少なくとも部分的に露出している。
【0042】
最下部から最上部まで図１０の更なる図に、第１の膜支持材料層４０２が第２の膜支持材料層４０４に比べて相対的に速くエッチングされる様子を示す。これは、第２の膜支持材料層のテーパー面の形成につながる。
【0043】
図１１に、第２の可能な構成による微小機械音響トランスデューサの製造過程において採用できる等方性エッチング処理の進行を示す。第１のステップは、鋭く先細になっている、すなわち相対的に浅い傾斜を有している少なくとも１個の内側縁を有する支持リングまたは補強リングを製造するステップを含んでいる。縁の形状は、例えば、適切な層厚および適切なエッチング速度を有する補助層により形成することができる。補助層は通常、後で完全に除去される。
【0044】
図１１に示す製造状態に続く第２のステップにおいて、実際の膜層が自身の支持リングの上に堆積される。補強リングが十分に厚い場合、補強リングは自身で膜支持構造を表す。これは、補強リングの実際の膜支持構造は、圧縮負荷が作用している場合に重要でないことを意味する。
【0045】
図１２の上部に本明細書の開示内容による微小機械音響トランスデューサによる部分的な模式的断面図を再び示す。図１２の下部において、部分断面図の電子顕微鏡画像を示す。基板１０の最上部に、第１の膜支持材料層（この場合ＴＥＯＳ）４０２が設けられていて、開口部４０３の境界を画定するテーパー面を有している。第１の膜支持材料層４０２の厚さは６００ｎｍである。第２の膜支持材料層４０４は、例えば、酸窒化シリコンを含んでいる。この構成において、第２の膜支持材料層４０４もまた、開口部４０３の境界を画定するテーパー面を有している。第２の膜支持材料層４０４の厚さは１９０ｎｍであり、第２の膜支持材料層により形成されたカラーの長さは３μｍである。第２の膜支持材料層４０４の上方に、厚さが３３０ｎｍである膜材料層１４が設けられている。膜材料１４は、この例ではポリシリコンである。
【0046】
図１３に、第１の可能な構成の更なる発展型を示す。追加的なカラーの代わりに、エッチング速度が遅くなった２層構造を用いることができる。その結果、各々のカラー角度が上述のようなエッチング速度により画定される２重カラーとなる。基板１０から始めて、以下のように基板１０の上部主面上に層が積層される。すなわち、高エッチング速度を有する第１の膜支持材料層４０２、中程度のエッチング速度を有する第２の膜支持材料層４０４、および低エッチング速度を有する第５の膜支持材料層４０５である。膜材料層１４が第５の膜支持材料層４０５の上面に設けられている。エッチング速度が異なるため、結果的に生じるテーパー面は、異なる角度を有する２個の断面を含んでいる。第２の膜支持材料のテーパー面の幅はＬ１である。第２の支持材料のテーパー面の幅はＬ２である。
【0047】
図１４に、微小機械音響トランスデューサの製造工程の一連の工程ブロックを示す。最初に、図１４の工程ブロック１４０２に示すように、エッチストップ酸化物が基板１０に適用される。次いで、１４０４において、ポリシリコンを用いて膜が形成される。後続する動作１４０６において、付着防止バンプ用構造を有する犠牲酸化物が形成される。動作１４０８の間、対応する付着防止バンプを有する対電極が次いで形成される。動作１４１０で示すように、中間酸化物、コンタクトホール、および金属化部が次いで形成される。次いで動作１４１２の間、パッシベーションが施される。膜およびパッドを介した背面ＦＴ開口もまた動作１４１２の間に実行される。次いで１４１４において膜およびパッドの上方に開口が実行される。動作１４１６に示すように、次いでボッシュ処理により背面キャビティ２２がエッチングされる。動作１４１８の間に犠牲酸化物がエッチングされて微小機械音響トランスデューサが乾燥される。
【0048】
図１５Ａ〜１５Ｍに、基板１０および異なる処理段階で基板１０に設けられた層の模式的断面図を示す。本開示の説明および図面全体を通じていかなるサイズおよび厚さも例に過ぎないと理解すべきである点に注意されたい。図１５Ａに、基板１０および基板１０の上部主面に堆積された２個の膜支持材料層４０２、４０４を示す。例えば、第１の膜支持材料４０２として６００ｎｍのＴＥＯＳが堆積し、第２の膜支持材料層４０４として１４０ｎｍの酸窒化シリコンＳｉＯＮの層が堆積されていてよい。図１５Ｂに示すように、将来の膜１４のためにポリシリコンの層が第２の膜支持材料層４０４に堆積されている。当該ポリシリコンは埋め込まれ、次いで将来の膜１４のポリシリコンの構造を決定すべくマスクシリコンエッチングが実行される。酸化物の層５０４およびシリコン層５０５が基板１０の背面にも堆積される。
【0049】
図１５Ｃに、将来の膜支持構造を形成すべく厚さが１６００ｎｍであるＴＥＯＳ３２の更なる層が膜層１４の最上部に形成される様子を示す。ＴＥＯＳのこの更なる層の一部が除去されて膜１４と対電極１６との間隙を画定する。従って、ＴＥＯＳは一時的に将来の膜１４を覆い、特に将来の気孔４を一時的に埋める。対電極付着防止バンプ２（図１５Ｄ参照）を形成するための構造７２を与えるべく深さが４５０ｎｍであるマスクＴＥＯＳエッチングもまた実行される。図１５Ｃと１５Ｄの間において、厚さが１４０ｎｍである窒化シリコンＳｉＮの層１６２が、図１５Ｃに示す構成の上面に設けられる。窒化シリコンの層１６２は、ＴＥＯＳ層３２内の構造７２を埋めることにより得られた付着防止バンプ２を含んでいる。窒化シリコン層１６２の最上部に、厚さが７５０ｎｍであるＴＥＯＳの別の層が形成される。
【0050】
次いで、図１５Ｅに示すように、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の層１６４が厚さ１４００ｎｍで形成される。アモルファスシリコン層１６４は次いで埋め込まれ（矢印により模式的に示す）て、結晶化が実行される。図１５Ｆに、窒化シリコン層１６２およびシリコン層１６４に対して実行された、マスクエッチングステップの結果を示す。将来の対電極１６の外側輪郭以外に、マスクエッチングはまた２個の層に気孔１を生成する。図１５Ｆの上部に、処理の後段で膜層１４と窒化シリコン層１６２との間の犠牲酸化物３２が除去された状態で、窒化シリコン層１６２およびアモルファスシリコン層１６４を下側から見た透視図を示す。この図において付着防止バンプ２および気孔１が見られる。付着防止バンプ２は、過度の接力のために膜１４が対電極１６に接着するのを防止する。
【0051】
図１５Ｇに、今回はＴＥＯＳ層３２に影響を及ぼす更なるエッチングステップの結果を示す。エッチングステップは、酸化物層５０４の輪郭構造を決定すべく酸化物層５０４の選択された領域だけが特に縁で除去されるようにマスクされている。図１５Ｈにおいて、酸化シリコンＳｉＯ２の更なる層が厚さ１５０ｎｍで形成されている。更に、硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）の層５６３が厚さ８００ｎｍで形成されている。次いでマスク酸化物エッチングが実行されて膜層１４、対電極層１６２、１６４、および基板１０にコンタクトホール５６４を形成する。図１５Ｉに示すように、金属接触部５６５が設けるべくコンタクトホールは各々厚さが５０ｎｍ、１００ｎｍ、および６００ｎｍであるチタン、白金および／または金で埋められる。コンタクトホールの埋め込みはマスク金属化ステップにより実現される。
【0052】
図１５Ｊにおいて、背面ハードマスクステップが実行された。最初に、先に設けられたシリコン層５０５を除去すべく背面からの非マスクシリコンエッチングが実行された。次いで、シリコン酸化層５０４内の背面キャビティ２２の構造を画定すべく背面からのマスク酸化シリコンエッチングが実行された。これまでに形成された前面構造を保護すべくパッシベーション５６６（通常はＳｉＮ）も前面に適用される。図１５Ｋに、パッドおよび膜の開口が実行された後の微小機械音響トランスデューサを示す。この目的のために、コンタクトパッド５６５および硼燐珪酸ガラス層５６３の中央部が露出するようにマスク窒化シリコンエッチングが実行された。
【0053】
図１５Ｌに、キャビティ２２を形成すべく背面からボッシュ処理を実行した結果を示す。ボッシュ処理の一部であるエッチングはエッチストップ層として機能するＴＥＯＳ層４０２、５１２で停止する。前面において、次の工程ステップの準備としてフォトレジスト５６７が適用され、その結果を図１５Ｍに示す。
【0054】
図１５Ｍにおいて、リリースエッチングが背面だけでなく前面からも実行された。リリースエッチングは気孔１および換気孔４を介して膜１４と対電極１６との間隙から入る。リリースエッチングの完了後、フォトレジスト５６７が除去されて構造は洗浄される。キャビティ２２を形成するボッシュ処理が高速且つ相対的に粗い方法であるが、リリースエッチングは通常、より正確であるため、膜１４の開口部および膜と対電極と間隙は相対的に正確に形成することができる。開口部４０３、５１３、６０３の形状および寸法は、膜１４の機械的特性、特に共鳴周波数および減衰に影響を及ぼす恐れがある。再現可能な結果を得るために、リリースエッチングが相対的に正確に制御可能であることが望ましい。リリースエッチングの結果は通常、良好な精度で予測可能であるため、所望のエッチング結果が得られるよう、例えばエッチング実行中にエッチング剤の濃度および／または温度を調整することができる。
【0055】
装置の関連でいくつかの態様について記述してきたが、これらの態様もまた対応する方法を記述することは明らかであり、１個のブロックまたは装置は方法ステップまたは方法ステップの特徴に対応している。同様に、方法ステップの関連で記述された態様はまた、対応するブロックまたは項目あるいは対応する装置の特徴を記述するものである。
【0056】
上述の実施形態は単に本発明の原理を例示するに過ぎない。本明細書に記述した構成および詳細事項の変更および変型は他の当業者には明らかであることを理解されたい。従って、添付の特許請求の範囲だけに限定され、本明細書における実施形態の記述および説明を介して示す具体的な詳細事項には限定されないものとする。
【符号の説明】
【0057】
１ 気孔２ 対電極付着防止バンプ
４ 換気孔
１０ 基板
１４ 膜
１６ 対電極
２２ キャビティ
３２ 支持構造
７２ 対電極付着防止バンプ形成用構造
１６２ 窒化シリコン層
１６４ アモルファスシリコン層
３０２ 丸い角
３０３ 破線
３２１ 応力曲線
３２２ 応力曲線
３２３ 応力曲線
３３１ 矢印
３３２ 矢印
４０２ 第１の膜支持材料層
４０３ 開口部
４０４ 第２の膜支持材料層
４０５ 第５の膜支持材料層
５０２ 膜支持材料層
５０３ 開口部
５０４ 酸化物の層
５０５ シリコン層
５１２ 第１の膜支持材料層
５１３ 開口部
５１４ 第３の膜支持材料層
５６３ 硼燐珪酸ガラス層
５６４ コンタクトホール
５６５ 金属接触部
５６６ パッシベーション
５６７ フォトレジスト
６０３ 開口部