电容式传感器及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种电容式传感器及其制造方法，在硅基板(32)上设置在上下开口的贯通孔(33)。在硅基板(32)的贯通孔(33)的上方配置隔膜(35)。隔膜(35)的周缘部与硅基板(32)的上面隔开间隙而相对，在隔膜(35)的周缘部下面和硅基板(32)的上面之间形成用于使声响振动通过的通风孔(36)。在隔膜(35)的上方经由气隙设置固定电极膜(46)。在硅基板(32)的上面中的与隔膜(35)的周缘部重合的区域，设置至少一部分由倾斜面构成的排气部(34)。排气部(34)以至少在一部分与硅基板(32)的上面平行的截面面积随着从排气部(34)的上面开口向下方而变小的方式形成。排气部(34)的倾斜面由硅基板(32)的最稠密面构成。
【专利说明】电容式传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电容式传感器,具体而言,涉及使用MEMS (Micro Electro MechanicalSystems)技术制造的声响传感器或压力传感器等电容式传感器。
【背景技术】
[0002](现有的声响传感器)
[0003]作为使用MEMS技术制造的电容式传感器，已知有声响传感器。图1A表示现有的电容式声响传感器的一部分。该声响传感器在具有贯通孔12的硅基板11上设置隔膜13 (可动电极膜)，在隔膜13上隔着气隙而使固定电极膜16相对。固定电极膜16以覆盖隔膜13的方式设于在贯通孔12的上方设置的穹顶状的保护膜15的下面。为了向固定电极膜16和隔膜13之间的气隙导入声响振动，在保护膜15及固定电极膜16上开设有多个声响孔17。
[0004]当声响振动通过声响孔17而进入固定电极膜16和隔膜13之间的气隙时，隔膜13根据声响振动进行振动。由于隔膜13的振动，隔膜13和固定电极膜16之间的电容变化，将声响振动转换成电信号。另外，在隔膜13的周缘部下面和硅基板11的上面之间设有通风孔14，隔膜13的上面侧和下面侧通过通风孔14连通，缓和隔膜13的上下面的压力差。
[0005]在这种构造的声响传感器中，若减小声阻，则声响声躁降低，且S/N比提高。了解到声响传感器的声阻在声响振动的通路中的狭小部位变高，特别是声阻在通风孔中最高。因此，为了减小声响传感器的声阻，减小通风孔的声阻是有效的。
[0006]作为减小通风孔的声阻的方法，一般为扩大硅基板11的贯通孔12而缩短通风孔14的长度L的方法。但是，在缩短通风孔14的长度L的方法中，如以下所述那样，使声响传感器落下时的耐落下冲击性成为问题。
[0007]如图1A所示，若充分确保通风孔14的长度L，则即使在声响传感器落下而使隔膜13向下方大幅挠曲的情况下，如图1A中虚线所示地，隔膜13的周缘部(隔膜13的固定部位和固定部位的中间部分)与硅基板11的上面抵接。其结果，隔膜13的周缘部在较大的范围被硅基板11的上面支承，能够抑制隔膜13的挠曲，防止隔膜13的破损。与之相对，如图1B所示，在扩大贯通孔12而缩短通风孔14的长度L的情况下，如图1B中虚线所示，落下时，隔膜13仅周缘部的一端被硅基板11的上面支承。其结果，在声响传感器落下时，隔膜13向下方大幅度挠曲而容易破损。
[0008]这样，在现有的声响传感器中，声响传感器的声阻的降低(S/N比的提高)和耐落下冲击性的维持或提高处于折衷的关系，难以同时改善两者。
[0009](专利文献I的声响传感器)
[0010]专利文献I所记载的声响传感器中，如图2所示，在通风孔14内，在硅基板11的上面设有由竖孔或截面矩形的槽构成的排气部19。根据这种构造，在排气部19的位置中，通风孔14的截面面积部分地变大，故而能够减小通风孔14的声阻。
[0011]但是，这种构造的声响传感器必须如下地进行制造。在制作该声响传感器时，通过干式蚀刻在硅基板11的上面设置由竖孔或截面矩形的槽构成的排气部19，在硅基板11的上面层叠下牺牲层、隔膜层、上牺牲层。将这些层蚀刻成规定形状后，从上牺牲层上形成保护膜15和固定电极膜16。接着，从下面侧蚀刻硅基板11而开设贯通孔12，蚀刻除去上牺牲层和下牺牲层，形成隔膜13和保护膜15之间的气隙和通风孔14。
[0012]在这样制造的专利文献I的声响传感器中，为了降低通风孔14的声阻，需要一定程度地加深排气部19。因此，对应排气部19的位置，在下牺牲层的上面产生凹处，另进而在隔膜层的上面也产生凹处。其结果，将排气部19的形状转印到隔膜13上，最终在隔膜13的上面及下面分别产生凹部和凸部。该凹部和凸部对隔膜13的应力状态造成影响，进而对声响传感器的灵敏度造成影响。
[0013]另外，在将排气部19的深度减小到不能向隔膜13转印形状的程度的情况下，不能得到减小通风孔14的声阻的效果。
[0014]另外，在专利文献I的声响传感器中，如上所述，由于必须要通过干式蚀刻设置排气部19，故而制造工序数增加，制造成本上升。
[0015]专利文献1:(日本)特开2010 - 34641号公报(图10)
【发明内容】
[0016]本发明是鉴于上述那样的技术课题而设立的，其目的在于提供一种电容式传感器及其制造方法，维持或提高耐落下冲击性，并且能够减小可动电极膜和基板上面之间的间隙中的阻力，而且制造工序简单。
[0017]本发明的电容式传感器，具备:半导体基板，其具有在上下开口的贯通孔；可动电极膜，其以周缘部与所述半导体基板的上面隔开间隙而相对的方式配置在所述贯通孔的上方；固定电极膜，其经由所述可动电极膜和气隙配置在所述可动电极膜的上方，在所述半导体基板的上面中的与所述可动电极膜的周缘部重合的区域，在所述半导体基板的上面设置至少一部分由倾斜面构成的凹部，所述凹部以如下方式形成，即，从所述凹部的上面开口朝向所述半导体基板的下面侧时，在其至少一部分，与所述半导体基板上面平行的所述凹部的截面面积随着从所述凹部的上面开口朝向所述半导体基板的下面侧而变小，所述凹部的倾斜面由所述半导体基板的最稠密面构成。
[0018]在本发明的电容式传感器中，由于在可动电极膜的周缘部和半导体基板的上面重合的区域，即以至少一部分与通风孔重合的方式在半导体基板的上面设有凹部，因此，在设有凹部的部位，通风孔的截面面积变大，通风孔的阻力(声阻等)变小。因此，不缩短通风孔的长度就可以减小通风孔的阻力。其结果，不使电容式传感器的耐落下冲击性劣化，能够减小通风孔的阻力，且能够降低电容式传感器的噪声并提高S/N比。而且，在本发明的电容式传感器中，从所述凹部的上面开口朝向所述基板的下面侧时，在其至少一部分，与所述半导体基板上面平行的所述凹部的截面面积以随着从所述凹部的上面开口朝向所述基板的下面侧而变小的方式形成，因此，凹部在与通风孔相接的一侧扩大，缩小通风孔的阻力的效果较高。
[0019]另外，在本发明的电容式传感器中，所述凹部的至少一部利用由半导体基板的最稠密面构成的倾斜面形成。例如，若半导体基板为(100)面基板，则倾斜面成为(111)面及与(111)面等效的结晶面。其结果，通过各向异性湿式蚀刻(根据需要，并用各向同性湿式蚀刻)，能够制作稳定形状的凹部，电容式传感器的制造工序不易变得繁杂。
[0020]本发明的电容式传感器的一方面，所述凹部形成为槽状或倒四棱锥形状。在此，槽状是指由某截面形状沿着任意的直线或曲线连续移动的轨迹构成的凹形。但是，截面形状不必一定，也可以在沿着任意直线或曲线移动的同时使大小或形状变化。在该实施方式中，若将凹部形成为槽状，则能够增大凹部的容积，因此，降低通风孔的阻力的效果提高。另外，若排列倒四棱锥形状的凹部，则通过调节排列凹部的间隔，使调节通风孔的阻力的自由度提闻。
[0021]本发明的电容式传感器的另一方面，在所述半导体基板的上面，沿着所述贯通孔的边缘设有直线状延伸的多个凹部。根据该方面，从与基板上面垂直的方向观察时，凹部不具有弯曲部分，因此，在对凹部进行各向异性蚀刻时，从凹部的弯曲部分向内角方向进行各向异性蚀刻的问题消失。
[0022]本发明的电容式传感器的再一方面，所述可动电极膜在与所述半导体基板的上面隔开间隙而相对的区域具有朝向所述半导体基板的上面中未设置所述凹部的水平面突出的至少一个止动器。根据该方面，在可动电极膜向下方大幅挠曲时，止动器与半导体基板的上面抵接，能够防止可动电极膜的周缘部粘固在半导体基板的上面的现象。
[0023]本发明的电容式传感器的制造方法，该电容式传感器具备:半导体基板，其具有在上下开口的贯通孔；可动电极膜，其以周缘部与所述半导体基板的上面隔开间隙而相对的方式配置在所述贯通孔的上方；固定电极膜，其经由所述可动电极膜和气隙配置在所述可动电极膜的上方，在所述半导体基板的上面中的与所述可动电极膜的周缘部重合的区域，在所述半导体基板的上面具有至少一部分由倾斜面构成的凹部，该电容式传感器的制造方法具有如下的工序:在被成为所述贯通孔的上面开口的区域和形成所述凹部的区域夹持的区域，在所述半导体基板的上面形成第一牺牲层；以覆盖形成所述凹部的区域的上面，且连接形成所述凹部的区域的上面和成为所述贯通孔的上面开口的区域的至少一部分的方式形成第二牺牲层；以在所述第一及第二牺牲层的上方设置可动电极膜，并且覆盖所述第一及第二牺牲层和所述可动电极膜的方式形成第三牺牲层；在所述第三牺牲层的上方设置固定电极膜；从下面蚀刻所述半导体基板，在所述半导体基板内形成所述贯通孔的一部分或整体，且在所述贯通孔的上面露出所述第二牺牲层；使第一蚀刻液从所述贯通孔与所述第二牺牲层接触而除去所述第二牺牲层；使第二蚀刻液通过除去了所述第二牺牲层后的空洞部分而与所述半导体基板的上面接触，在所述半导体基板的上面形成所述凹部；通过蚀刻除去所述第一及第三牺牲层。
[0024]在本发明的电容式传感器的制造方法中，能够通过开设于硅基板的贯通孔和除去了第二牺牲层后的空洞部分向要制作凹部的区域输送蚀刻液，故而通过湿式蚀刻能够在半导体基板上面的贯通孔的周缘部容易地形成凹部。而且，此时，若通过各向异性湿式蚀刻等(根据需要，并用各向同性湿式蚀刻)形成凹部，则能够简单地制作下端的与所述半导体基板上面平行的截面面积比上面开口的开口面积小的凹部。例如在使用(100)面硅基板作为半导体基板的情况下，通过各向异性蚀刻能够使硅基板的(111)面及与(111)面等效的结晶在凹部表面露出，并且可利用(111)面及与(111)面等效的结晶制作倾斜面。而且，如果利用各向异性蚀刻由半导体基板的结晶面(最稠密面)制作倾斜面，则凹部的形状稳定，进而电容式传感器的特性稳定。
[0025]另外，在由该制造方法制作的电容式传感器中，在可动电极膜的周缘部和半导体基板的上面重合的区域，即以至少一部与通风孔重合的方式在半导体基板的上面设置凹部，因此，通风孔的截面面积在设有凹部的部位变大，通风孔的阻力变小。因此，不缩短通风孔的长度就可以减小通风孔的阻力。其结果，不使电容式传感器的耐落下冲击性劣化就可以减小通风孔的阻力，且能够降低电容式传感器的声躁并提高S/N比。
[0026]本发明的电容式传感器的制造方法的一方面，所述第二牺牲层形成在通过所述第一牺牲层的上面而形成所述凹部的区域的上面和成为所述贯通孔的上面开口的区域的至少一部分之间。根据该方面，能够防止半导体基板的上面在凹部以外的部位被流入除去了第二牺牲层后的空洞部分的蚀刻液蚀刻的情况。
[0027]本发明的电容式传感器的制造方法的另一方面，在所述贯通孔的形成和所述第二牺牲层的除去中使用相同的蚀刻液。根据该方面，能够连续或同时进行通过蚀刻在半导体基板上开设贯通孔的工序、除去第二牺牲层的工序、通过各向异性蚀刻在半导体基板的上面形成凹部的工序，能够简化电容式传感器的制造工序并降低制造成本。
[0028]此外，用于解决本发明的上述课题的方式具有适当组合以上说明的构成要素的特征，本发明通过将该构成要素组合而进行多种变更。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1A及图1B是表不现有的声响传感器的一部分的剖面图；
[0030]图2是表不专利文献I记载的声响传感器的一部分的剖面图；
[0031]图3是本发明实施方式I的声响传感器的平面图；
[0032]图4是沿着图3的X — X线的剖面图；
[0033]图5是图4的Y部放大图；
[0034]图6A是表不设于娃基板上的隔膜的平面图，图6B是表不形成于娃基板的上面的排气部的平面图；
[0035]图7A —图7D是示意性地表示本发明实施方式I的声响传感器的制造工序的概略剖面图；
[0036]图8A —图8D是图7A —图7D的后续图；
[0037]图9A —图9C是图8A —图8C的后续图；
[0038]图1OA是在表面形成有第一牺牲层的娃基板的平面图，图1OB是表不在表面形成有第二牺牲层的硅基板的平面图；
[0039]图1lA是表示在本发明的另一实施方式中形成于硅基板上面的排气部的平面图，图1lB是表不在本发明的又一实施方式中形成于娃基板上面的排气部的平面图；
[0040]图12A是表示在本发明的再一实施方式中形成于硅基板上面的排气部的平面图，图12B是表示图12A所示的排气部中的一个的立体图；
[0041]图13是表示本发明的其他实施方式的声响传感器的一部分的剖面图；
[0042]图14是表示本发明的另一其他实施方式的声响传感器的一部分的剖面图；
[0043]图15是表不本发明的又一其他实施方式的声响传感器的一部分的剖面图。
[0044]标记说明
[0045]31:声响传感器
[0046]32:娃基板
[0047]33:贯通孔
[0048]34:排气部
[0049]34a:倾斜面
[0050]34b:水平面
[0051]34c:垂直面
[0052]35:隔膜
[0053]36:通风孔
[0054]38:突起
[0055]44:背板
[0056]45:板部
[0057]46:固定电极膜
[0058]48:声孔
[0059]61、61a、61b:第一牺牲层
[0060]62:第二牺牲层
[0061]63:第三牺牲层
[0062]64:成为贯通孔的区域
[0063]65:成为排气部的区域
[0064]66:气隙
【具体实施方式】
[0065]以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。但是，本发明不限于以下的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可进行各种设计变更。此外，本发明能够适用于电容式声响传感器或压力传感器等电容式传感器，但以下作为电容式传感器的典型构成说明应用于声响传感器的情况。
[0066](实施方式I)
[0067]以下，参照图3?图6说明本发明实施方式I的声响传感器的构造。图3是本发明实施方式I的声响传感器31的平面图。图4是沿着图3的X — X线剖切的声响传感器31的剖面图。图5是表不图4的Y部的放大图。图6A是表不设于娃基板32上的隔膜35的平面图。图6B是表不形成于娃基板32的上面的排气部34的平面图。
[0068]该声响传感器31为利用MEMS技术制作的微小的电容式兀件,如图4所不,在娃基板32 (半导体基板)的上面经由锚固件39设置隔膜35，在其上经由微小的气隙(气隙)设置背板44。
[0069]硅基板32由(100)面硅基板构成。如图3及图4所示，硅基板32形成为矩形板状，具有从上面贯通到下面的贯通孔33。贯通孔33通过对硅基板32进行湿式蚀刻而形成，利用由(111)面及与(111)面等效的结晶面构成的八个倾斜面构成。从与硅基板32的上面垂直的方向观察时，贯通孔33成为矩形(参照图6B)，硅基板32的上半部分形成为截棱锥状，下半部分形成为倒截棱锥状。此外，该贯通孔33根据声响传感器31的实施方式成为后室或成为前室。
[0070]如图4、图5及图6B所示，在硅基板32上面的贯通孔33的周围，排气部34与贯通孔33的各边平行地延伸。排气部34的各部分由两个倾斜面34a形成，成为V槽状。如后所述，各倾斜面34a由硅基板32的(111)面及与(111)面等效的结晶面构成,相对于硅基板32的上面具有约54.7°的倾斜角。另外，排气部34以包围贯通孔33的方式形成四边环状。
[0071]隔膜35由膜厚较小的多晶硅薄膜形成，具有导电性。如图6A所示，隔膜35从形成矩形的振动薄膜部35a的四角向对角方向外侧伸出梁部37。另外，引出配线40从一个梁部37延伸。
[0072]如图4及图6A所不，隔膜35配置在娃基板32的上方，以使振动薄膜部35a覆盖贯通孔33和排气部34。隔膜35的各梁部37固定在设于硅基板32的上面的锚固件39上。因此，隔膜35的振动薄膜部35a在贯通孔33的上方从硅基板32的上面分开，能够感应声响振动(空气振动)而进行膜振动。
[0073]在硅基板32的上面，以包围隔膜35周围的方式且以不与隔膜35接触的方式形成厚膜的基台部41。锚固件39及基台部41由氧化膜(S12)形成。
[0074]背板44在由氮化膜(SiN)构成的板部45 (保护膜)的下面设有由多晶硅构成的固定电极膜46。背板44形成穹顶状，在其下方具有空洞部分，覆盖隔膜35。在背板44的下面(即，固定电极膜46的下面)和隔膜35的上面之间形成有微小的气隙。另外，形成于板部45的角部的梁部盖区域47隔开微小的气隙而覆盖梁部37。固定电极膜46与作为可动电极膜的振动薄膜部35a相对而构成电容器。另外，引出配线50从固定电极膜46延伸。
[0075]板部45的外周部分45a覆盖基台部41，另外，其外侧固定在硅基板32的上面。在板部45的外周部分45a的上面设有电极焊盘51、52。一电极焊盘51贯通板部45而与引出配线40电导通，通过设于板部45的通孔(未图示)与硅基板32导通。另外，另一电极焊盘52贯通板部45而与引出配线50电导通，与硅基板32绝缘。
[0076]以从上面贯通下面的方式在背板44上穿设有多个用于使声响振动通过的声孔48。另外，在梁部37和梁部37之间，在振动薄膜部35a的周缘部下面和硅基板32的上面之间形成有成为声响振动的通路的小间隙、即通风孔36。
[0077]但是，在该声响传感器31中，当声响振动通过声孔48进入背板44和隔膜35之间的空间时，作为薄膜的隔膜35被声响振动激励而进行膜振动。另外，通过声孔48而进入背板44内的声响振动使振动薄膜部35a振动，并且一部分通过通风孔36向贯通孔33漏出。当由于隔膜35的振动而使隔膜35和固定电极膜46之间的间隙距离发生变化时，隔膜35和固定电极膜46之间的电容发生变化。其结果，使隔膜35振动的声响振动(声压的变化)成为隔膜35和固定电极膜46之间的电容的变化,作为电信号而输出。
[0078]另外，上述排气部34以沿着与通风孔36的长度方向(测量图5所示的长度L的方向)正交的方向横贯通风孔36的下面的方式形成。因此，考虑与通风孔36的长度方向垂直的截面时，通风孔36的截面面积在设有排气部34的位置比其它部位大。这样，能够通过排气部34局部地扩大通风孔36的截面面积，故而能够减小通风孔36的声阻，并能够降低声响传感器31的声噪，提高S/N比。而且，由于无需缩短通风孔14的长度L，故而在声响传感器31落下而使隔膜13要向下方挠曲时，隔膜13的周缘部在较大的面积被硅基板32的上面支承。因此，能够阻止隔膜13向下方大幅度挠曲并防止隔膜13的破损，能够维持或提高隔膜13的耐落下冲击性。
[0079]另外，在该声响传感器31中，可以如后述那样在硅基板32的上面成膜牺牲层或隔膜层等之后形成排气部34，因此，能够不将排气部34的形状转印到隔膜35上，能够使隔膜35的应力稳定。其结果，能够减小声响传感器31的灵敏度波动。
[0080]另外，在通风孔36内，突起38 (止动器)从隔膜35的下面向硅基板32的平坦区域(排气部34以外的区域)突出。因此，在隔膜35向下方大幅度挠曲时，能够防止突起38的下端与硅基板32的上面抵接，隔膜35的周缘部与硅基板32的上面紧密贴合而不能分离的现象。
[0081]列举上述那样构造的声响传感器31的尺寸例，则如下。图5所示的通风孔36的长度L为60 μ m，通风孔36的高度H为2 μ m。另外，排气部34的宽度q为20 μ m,排气部34的深度D为14 μ m,排气部34从贯通孔33的边缘离开r = 20 μ m而设置。因此,从排气部34的一端到隔膜35的一端的距离P ( = D — q — r)也为20 μ m，排气部34设于通风孔36的长度方向的中央。
[0082]形成排气部34的部分(图5的q部分)的声阻与通风孔36的其它部分(图5的P、r部分)相比可大致忽略，因此，根据这样的尺寸例，与未设置排气部34的情况相比，通风孔36的声阻减少至大致2/3。但是，作为通风孔36的长度L，具有60 μ m，因此，在声响传感器31落下时，在硅基板32的上面能够牢固地保持隔膜35的周缘部，能够得到充分的耐落下冲击性。
[0083](声响传感器的制造方法)
[0084]接着，参照图7A — 7D、图8A — 8D、图9A — 9C及图1OA — 1B说明声响传感器31的基于MEMS技术的制造方法。此外，这些图为说明图，故而省略了基台部等。
[0085]首先，如图7A及图1OA所示，在(100)面硅基板32的表面通过CVD法等成膜由氧化膜(S12)构成的第一牺牲层61。该第一牺牲层61在最初通过蚀刻而开设贯通孔33时，确定贯通孔33的上面开口的尺寸，在成为贯通孔33的区域64开口。另外，在本发明中，第一牺牲层61也在成为排气部34的区域65开口。
[0086]如图7B所示，从第一牺牲层61上在硅基板32的上面成膜由多晶硅构成的第二牺牲层62。而且，通过从硅基板32的上面剥离位于比成为排气部34的区域65更靠外侧的第一牺牲层61，将第一牺牲层61上的第二牺牲层62通过剥离法而除去。其结果，如图1OB所示，硅基板32的上面中，成为排气部34的区域65及其更内侧的区域被第二牺牲层62覆盖，成为排气部34的区域65的外侧从第二牺牲层62露出。另外，第二牺牲层62在成为贯通孔33的区域64及成为排气部34的区域65与硅基板32的上面紧密贴合，但在两区域64、65的中间具有第一牺牲层61。
[0087]然后，如图7C所示，使S12从第二牺牲层62上在硅基板32的整个上面堆积而形成第三牺牲层63a。进而，如图7D所示，在第三牺牲层63a上成膜多晶硅层，通过蚀刻对多晶硅层进行构图，如图7D所示，在第三牺牲层63的上面形成由多晶硅构成的隔膜35。
[0088]如图8A所示，使由S12构成的第三牺牲层63b从隔膜35上在硅基板32的上方利用第三牺牲层63b覆盖隔膜35。接着，对第二牺牲层62或包含隔膜35等的第三牺牲层63a、63b进行蚀刻，并利用第三牺牲层63a、63b制作背板44的内面形状。在该第三牺牲层63b的上面成膜多晶硅膜，如图SB所示，通过蚀刻对多晶硅膜进行构图，制作固定电极膜46。此时,在固定电极膜46上开设声孔48。
[0089]然后，如图8C所示，使SiN从固定电极膜46上堆积而形成板部45。另外，在板部45上也与固定电极膜46的声孔48位置对齐而形成声孔48，并使声孔48贯通背板44。
[0090]这样完成背板44后，由抗蚀膜67覆盖硅基板32的下面，通过抗蚀膜67的开口，利用TMAH等蚀刻液从下面侧对硅基板32进行各向异性蚀刻。当对(100)面硅基板32进行各向异性蚀刻时，在该(111)面及与(111)面等效的结晶面中，蚀刻速度极慢，故而在硅基板32内形成由(111)面及与(111)面等效的结晶面构成的棱锥状的贯通孔33。
[0091]当进行各向异性蚀刻且如图8D那样地贯通孔33到达硅基板32的上面时，在贯通孔33的上面露出多晶硅的第二牺牲层62。当在贯通孔33的上面露出第二牺牲层62时，TMAH等蚀刻液与第二牺牲层62接触，故而如图9A所示，第二牺牲层62被蚀刻液进行各向同性蚀刻。此时，第二牺牲层62的各向同性蚀刻进行的同时，进行硅基板32的各向异性蚀刻且使贯通孔33进一步向横向扩大。而且，当贯通孔33到达硅基板32的上面时，贯通孔33从上端朝向下方也开始各向异性蚀刻。但是，第一牺牲层61或第三牺牲层63相对于TMAH等蚀刻液具有耐蚀刻性，因此，不会被此时的蚀刻液蚀刻。
[0092]当第二牺牲层62被蚀刻而使第二牺牲层62存在的部分成为气隙66时，TMAH等蚀刻液通过气隙66越过第一牺牲层61，到达第一牺牲层61相对的硅基板上面(图1OA的区域65)。其结果，从区域65对硅基板32进行各向异性蚀刻，如图9B所示，在区域65形成排气部34。即使排气部34被各向异性蚀刻，蚀刻速度在(111)面及与(111)面等效的结晶面也极慢，故而排气部34成为由两个倾斜面34a、即(111)面及与(111)面等效的结晶面构成的V槽状。
[0093]此外，在第二牺牲层62的上面和隔膜35的下面之间形成第三牺牲层63，故而在上述各向异性蚀刻工序中，隔膜35不与蚀刻液接触，在蚀刻除去第二牺牲层62时，隔膜35不会被蚀刻。
[0094]然后，如图9B那样地，从背板44的声孔48或硅基板32的贯通孔33导入氟酸等蚀刻液，对第一牺牲层61和第三牺牲层63选择性地进行湿式蚀刻，如图9C所示，只将梁部37下方的第三牺牲层63作为锚固件39残留，而除去其它的第三牺牲层63和第一牺牲层61。其结果，隔膜35利用锚固件39以从硅基板32的上面浮起且可以在贯通孔33上振动的方式被支承，在固定电极膜46和隔膜35之间形成气隙。
[0095]本发明实施方式I的声响传感器31可以如上所述地进行制造，因此，不需要在成膜隔膜35等的工序之前预先通过干式蚀刻等设置排气部34，能够简化声响传感器31的制造工序，抑制制造成本。
[0096]另外，在硅基板的各向异性蚀刻中，当其最稠密面即(111)面及与(111)面等效的结晶面出现时，蚀刻速度变得极慢，故而通过各向异性蚀刻制作排气部34，从而能够制作稳定形状的排气部34，声响传感器31的质量稳定。
[0097]另外，第一牺牲层61只要覆盖贯通孔33和排气部34之间的区域并阻止该区域的各向异性蚀刻即可，因此，只要是厚度非常薄的膜即可。因此，第一牺牲层61的高度差不易转印到隔膜35上，将第一牺牲层61的形状转印到隔膜35上，不易对隔膜35的应力状态造成影响，声响传感器的灵敏度稳定。
[0098]此外,在由于第一牺牲层61而在隔膜35上产生高度差,对声响传感器31的特性或强度造成影响的情况下，也可以在第三牺牲层63的上面设置隔膜35之前，通过化学机械抛光法(CMP法！Chemical Mechanical Polishing法)等对第三牺牲层63的上面进行研磨，使第三牺牲层63的表面平整后形成隔膜35。
[0099]另外，在上述的制造方法中，使用了能够同时蚀刻硅基板32和第二牺牲层62的蚀刻液，故而从贯通孔33的开口除去第二牺牲层62到进一步制作排气部34，可以在同一蚀刻工序中进行，可使声响传感器31的制造工序简单。
[0100]与之相对,在第二牺牲层62使用具有耐蚀刻性的蚀刻液对娃基板32进行各向异性蚀刻的情况下，必须逐一进行贯通孔33的蚀刻、第二牺牲层62的蚀刻和排气部34的蚀亥IJ。因此，工序数增加，但能够独立地确定贯通孔33的尺寸和排气部34的深度。
[0101](其它实施方式)
[0102]在本发明的声响传感器中，可以是具有各种不同方式的排气部的实施方式。
[0103]例如，无需使排气部34在贯通孔33周围的整周连续地设置，如图1lA所示，也可以在适当部位中断排气部34。
[0104]特别是排气部34为了不产生角而优选在成为角的部位中断。在贯通孔33的角部附近，若排气部34也以成为角的方式连续，则在对排气部34进行各向异性蚀刻时，排气部34会向角的内角侧扩展，因此，优选从上方观察排气部34成为无角的平面形状。
[0105]另外，排气部34也可以如图1lB所示那样随机形成。特别是配置于贯通孔33各边的周缘部的排气部34的长度、个数、位置没有限制。
[0106]另外，图12A表不设于娃基板32的排气部34的另一不同的方式。如图12B所不，该排气部34利用四个倾斜面34a形成为倒四棱锥形状，沿着贯通孔33的外周缘等间隔地或随机地配置有凹设成该倒四棱锥形状的排气部34。根据这样的实施方式，除了排气部34的开口面积及深度之外，根据排气部34的配列间距也可以调节声响传感器的声阻。
[0107]图13是表不设于声响传感器的排气部34的又一不同的方式的剖面图。在该实施方式中，在贯通孔33的周围设有截面形成倒梯形状的排气部34。即，该排气部34利用由
(111)面及与(111)面等效的结晶面构成的两个倾斜面34a、由(100)面构成的水平面34b而构成。这种典型的方式为，由两个倾斜面34a和一个水平面34b构成的槽状的排气部34，另一方式为，由四个倾斜面34a和一个水平面34b构成的倒四截棱锥状的排气部34。
[0108]图14是表不设于声响传感器的排气部34的再一不同的方式的剖面图。在该实施方式中，将沿着贯通孔33的整周形成环状的V槽状的排气部34、沿着贯通孔33的周围局部形成的V槽状的排气部34、倒四棱锥形状的排气部34、截面碟状的排气部34等在宽度方向上排列而形成多列。在图14中，在宽度方向上排列的排气部34相互邻接，但也可以在它们之间夹着平面部分而相互分开。此外，各排气部34只要以至少一部分与通风孔36重合的方式设置即可。
[0109]图15是表不设于声响传感器的排气部34的再另一不同的方式的剖面图。在该实施方式中，在贯通孔33的周围设有截面五边形的排气部34。即，该排气部34利用由与
(100)面等效的结晶面构成的两个垂直面34c、由(111)面及与(111)面等效的结晶面构成的两个倾斜面34a构成。这种典型的方式为，由两个倾斜面34a和两个垂直面34c构成的槽状的排气部34，另一方式为，由四个倾斜面34a和四个垂直面34c构成的排气部34。
[0110]在制作图13那样的排气部34或图15那样的排气部34时，例如只要组合各向异性湿式蚀刻和各向同性湿式蚀刻对硅基板32进行蚀刻即可。
[0111]此外，作为排气部34的其他方式，也可以根据各向异性蚀刻的进行情况，以一定深度将倾斜面的方向变化成相反方向。即，也可以在排气部34的上半部分，利用排气部34的水平截面面积随着朝向下方而逐渐增加那样的倾斜面构成排气部34，在排气部34的下半部分，利用排气部34的水平截面面积随着朝向下方而逐渐减少那样的倾斜面构成排气部34 (即，成为与图4所示的贯通孔33类似的形状)。
[0112]另外，排气部34中的面与面之间的棱线或顶点也可以倒角(R)。例如，倒四棱锥形状的排气部34的最下端也可以不是尖端，而弯曲成球面状。另外，V槽状的排气部34的最下端也可以具有圆弧状弯曲的截面。
[0113]另外，排气部34不限于由多个平面(倾斜面，水平面，垂直面等)构成的情况，也可以由球面或抛物面等曲面构成。
【权利要求】
1.一种电容式传感器,其特征在于,具备: 半导体基板，其具有在上下开口的贯通孔； 可动电极膜，其以周缘部与所述半导体基板的上面隔开间隙而相对的方式配置在所述贯通孔的上方； 固定电极膜，其经由所述可动电极膜和气隙配置在所述可动电极膜的上方， 在所述半导体基板的上面中的与所述可动电极膜的周缘部重合的区域，在所述半导体基板的上面设置至少一部分由倾斜面构成的凹部， 所述凹部以如下方式形成，即，从所述凹部的上面开口朝向所述半导体基板的下面侧时，在其至少一部分，与所述半导体基板上面平行的所述凹部的截面面积随着从所述凹部的上面开口朝向所述半导体基板的下面侧而变小， 所述凹部的倾斜面由所述半导体基板的最稠密面构成。
2.如权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于， 所述凹部形成为槽状或倒四棱锥形状。
3.如权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于， 在所述半导体基板的上面，沿着所述贯通孔的边缘设有直线状延伸的多个凹部。
4.如权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于， 所述可动电极膜在与所述半导体基板的上面隔开间隙而相对的区域具有朝向所述半导体基板的上面中未设置所述凹部的水平面突出的至少一个止动器。
5.一种电容式传感器的制造方法，该电容式传感器具备:半导体基板，其具有在上下开口的贯通孔；可动电极膜，其以周缘部与所述半导体基板的上面隔开间隙而相对的方式配置在所述贯通孔的上方；固定电极膜，其经由所述可动电极膜和气隙配置在所述可动电极膜的上方，在所述半导体基板的上面中的与所述可动电极膜的周缘部重合的区域，在所述半导体基板的上面具有至少一部分由倾斜面构成的凹部，该电容式传感器的制造方法的特征在于，具有如下的工序: 在被成为所述贯通孔的上面开口的区域和形成所述凹部的区域夹持的区域，在所述半导体基板的上面形成第一牺牲层； 以覆盖形成所述凹部的区域的上面，且连接形成所述凹部的区域的上面和成为所述贯通孔的上面开口的区域的至少一部分的方式形成第二牺牲层； 以在所述第一及第二牺牲层的上方设置可动电极膜，并且覆盖所述第一及第二牺牲层和所述可动电极膜的方式形成第三牺牲层； 在所述第三牺牲层的上方设置固定电极膜； 从下面蚀刻所述半导体基板，在所述半导体基板内形成所述贯通孔的一部分或整体，且在所述贯通孔的上面露出所述第二牺牲层； 使第一蚀刻液从所述贯通孔与所述第二牺牲层接触而除去所述第二牺牲层； 使第二蚀刻液通过除去了所述第二牺牲层后的空洞部分而与所述半导体基板的上面接触，在所述半导体基板的上面形成所述凹部； 通过蚀刻除去所述第一及第三牺牲层。
6.如权利要求5所述的电容式传感器的制造方法，其特征在于， 在所述半导体基板的上面形成所述凹部的工序中的蚀刻至少包含各向异性蚀刻和各向同性蚀刻中的至少各向异性蚀刻。
7.如权利要求5所述的电容式传感器的制造方法，其特征在于， 所述第二牺牲层形成在通过所述第一牺牲层的上面而形成所述凹部的区域的上面和成为所述贯通孔的上面开口的区域的至少一部分之间。
8.如权利要求5所述的电容式传感器的制造方法，其特征在于， 在所述贯通孔的形成和所述第二牺牲层的除去中使用相同的蚀刻液。
9.如权利要求5所述的电容式传感器的制造方法，其特征在于， 所述半导体基 板为(100)面硅基板。
【文档编号】B81C1/00GK104054357SQ201280067451
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年11月14日 优先权日:2012年2月15日
【发明者】中河佑将, 笠井隆, 多田罗佳孝 申请人:欧姆龙株式会社