Mems传感器和硅话筒的制作方法

专利名称：Mems传感器和硅话筒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种MEMS传感器。
背景技术：
最近，作为装载在移动电话机等上的话筒，正使用着利用MEMS (Micro Electro Mechanical System)技术制造的Si (硅)话筒等的MEMS传 感器。
图5A 图5K是将以往的Si话筒的制造方法按工序顺序进行表示的 示意性剖视图。
参照图5A 图5K，对以往的Si话筒的制造方法进行说明，并且说 明其结构
在以往的Si话筒101的制造时，首先如图5A所示，通过热氧化处 理在Si晶片W2的整个面上沉积Si02 (二氧化硅)。由此，在Si晶片W2 的上表面上形成由Si02所构成的下部牺牲层111。此外，在Si晶片W2 的下表面上形成Si()2膜119。
接着，如图5B所示，在下部牺牲层111的上表面上形成具有规定图 案的孔121的光致抗蚀剂120。然后，通过将此光致抗蚀剂120作为掩模 来蚀刻下部牺牲层111，从而如图5C所示，在下部牺牲层111的上表面 上形成多个(在图5中为四个)凹部112。在凹部112形成之后除去光致 抗蚀剂120。
其次，通过LPCVD《去(Low Pressure Chemical Vapor Deposition: f氐 压化学气相沉积法)在下部牺牲层111以及SiCb膜119的整个面上沉积 聚硅。覆盖下部牺牲层111的聚硅，在磷掺杂之后，利用公知的光刻技术 以及蚀刻技术，除去存在于含有多个凹部112的规定区域上的部分以外的 部分。由此，如图5D所示，在下部牺牲层111的规定区域上形成薄膜状 的聚硅板104。此外，在SiOj莫119上形成聚硅膜113。
接着，通过PECVD法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:
等离子增强化学气相沉积法)，在下部牺牲层111以及聚硅板104的整个
面上沉积Si02。然后，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术除去此Si02的
不需要部分。由此，如图5E所示，在聚硅板104及其周边的区域上形成 由Si02所构成的上部牺牲层114。
接着，通过LPCVD 、法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:《氐 压化学气相沉积法)在下部牺牲层111、上部牺牲层114以及聚硅膜113 上沉积聚硅。由此，如图5F所示，将聚硅膜113上所沉积的聚硅与聚硅 膜113合为一体而成为聚硅膜115。另一方面，下部牺牲层lll以及上部 牺牲层114上所沉积的聚硅，在磷掺杂之后，利用公知的光刻技术以及蚀 刻技术进行图案化。由此，如图5F所示，在上部牺牲层114上形成包含 多个孔106的薄膜状的背板105。
其次，如图5G所示，在包含背板105的上部牺牲层114上的整个区 域内形成包含规定图案的孔123的光致抗蚀剂122。然后，将此光致抗蚀 剂122作为掩模来蚀刻上部牺牲层114。由此，如图5H所示，在上部牺 牲层114的上表面上形成多个(在图5中为四个)凹部117，并且除去下 部牺牲层111的不需要部分(与上部牺牲层114对置的部分以外的部分)。 在凹部117形成之后除去光致抗蚀剂122。
接着，除去聚硅膜115。此后，如图51所示，通过PECVD法在Si 晶片W2的上面侧的区域内形成SiN (氮化硅)膜107。
接着，如图5J所示，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术在SiN膜107 上形成与背板105的各孔106连通的孔118。由此，上部牺牲层114通过 孔106和118而部分露出。此外，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术，在 SiOj莫119上的与聚硅板104对置的部分形成开口。然后，通过此开口蚀 刻Si晶片W2，从而在Si晶片W2上形成贯通孔103。其结果是，下部 牺牲层111通过贯通孔103而部分露出。
接着，通过从贯通孔103以及孔106和118供给可蚀刻Si02的蚀刻 液，对上部牺牲层114以及下部牺牲层111进行湿法蚀刻。由此，如图 5K所示，在Si晶片W2与聚硅板104之间形成微小间隔的空洞124，聚 硅板104成为浮于Si晶片W2之上的状态。此外，在聚硅板104与背板 105之间形成微小间隔的空洞110，背板105成为浮于聚硅板104之上的
状态。
此后，通过将Si晶片W2分割为各元件尺寸的Si基板102，从而得 到聚硅板104与背板105隔着空洞IIO而对置的Si话筒101。 SiN膜107 的凹入上部牺牲层114的各凹部117的部分成为向聚硅板104突出的凸部 109，作为用于防止聚硅板104与背板105的密接及短路的挡块而发挥功 能。此外，聚硅板104的凹入下部牺牲层111的各凹部112的部分成为向 Si晶片W2的上表面突出的凸部108，作为用于防止Si基板102与聚硅 板104的密接及短路的挡块而发挥功能。并且，聚硅板104及背板105 是由未图示的布线来支撑的。
聚硅板104与背板105形成隔着空洞110而对置的电容部分125。然 后，在Si话筒101中，若从贯通孔103输入声压(声波)，则由此声压(声 波)使聚硅板104及背板105振动，并输出与由这些板的振动而产生的电 容部125的静电电容的变化相应的电信号。
然而，在Si话筒101中，由于通过来自贯通孔103的声压(声波) 的输入，聚硅板104以及背板105都振动，所以输入的声波有可能发生共 振。
另外，在Si基板2与聚硅板104之间形成空洞124，在聚硅板104 与背板105之间形成空洞110，聚硅板104以及背板105分别以成为浮于 空中的状态的方式由未图示的布线来支撑。因此，Si话筒101不仅使得 电容部分125的结构复杂、而且使得电容部分125的抗振性也并不高。
此外，为了在电容部分125中形成两个空洞(空洞110及空洞124)， 就需要将形成下部牺牲层111的工序(参照图5A)和形成上部牺牲层114 的工序(参照图5E)作为形成用于空洞形成的牺牲层的工序。进而，为 了縮短除去上部牺牲层114及下部牺牲层111所需要的时间，在Si晶片 W2上形成贯通孔103，并通过从此贯通孔103和孔106、 118供给蚀刻液， 与上部牺牲层114的蚀刻并行地进行SK)2膜111A的蚀刻。但是，为在 Si晶片W2上形成贯通孔103，必须在Si晶片W2的下表面上的SiOj莫 119上形成开口，且从该开口开始蚀刻Si晶片W2。即，必须追加两个工 序在Si02膜119上形成开口的工序和蚀刻Si晶片W2的工序。其结果 是，就会产生使Si话筒1的制造工序变得复杂的问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、并能抑制输入声波共振的
MEMS传感器和硅话筒。
另外，本发明的另一个目的是提供一种能够实现谋求制造工序简化的 MEMS传感器和硅话筒。
本发明的MEMS传感器包含基板；下薄膜，其设置为与上述基板 的一个面接触；和上薄膜，其在上述下薄膜的与上述基板相反的一侧空出 间隔而与上述下薄膜对置。
根据此结构，相对于被设置为与基板的一个面接触的下薄膜而言，在 该下薄膜的与基板相反的一侧以空出间隔的方式对置配置上薄膜。上薄膜 与下薄膜形成隔着规定间隔的空洞而对置的电容器部分。
在该MEMS传感器中，由于下薄膜设置为与基板的一个面接触，所 以当向电容器部分输入声压(声波)时，下薄膜不振动，输出与由上薄膜 的振动所产生的电容器部分的静电电容的变化相应的电信号。即使向电容 器部分输入声压(声波)，由于上薄膜及下薄膜并非两个都发生振动，所 以能够抑制所输入的声波的共振。此外，下薄膜设置成与基板接触，在下 薄膜与基板之间不会形成空洞。因此，电容器部分的结构简单，进而能够 提高电容器部分的抗冲击性。
另外，由于在下薄膜与基板之间没有空洞，所以在MEMS传感器的 制造工序中，在成为基板的母体的晶片与下薄膜之间不需要形成用于形成 空洞的牺牲层。此外，由于从晶片与下薄膜之间除去牺牲层，所以无需在 晶片上形成贯通孔。因此，能够实现MEMS传感器的制造工序的简化。
此外，优选在上述下薄膜上，多个下贯通孔沿该下薄膜的厚度方向贯
通而形成，并优选在上述上薄膜上形成上部突出部，该上部突出部与上述 上薄膜一体形成，并从上述上薄膜中的与上述下薄膜的对置面向上述下贯
通孔突出。
由于下薄膜具有多个下贯通孔，所以当在下薄膜上形成用于形成空洞 的牺牲层时，作为牺牲层的材料而被使用的牺牲层材料(例如、SiN (氮 化硅)、铝(Al)、 Si02 (二氧化硅)等)流入下贯通孔。因此，在牺牲层的上表面上，通过使流入下贯通孔中的牺牲层材料的部分(与牺牲层的下 贯通孔对置的部分)发生凹陷而形成凹部。由于在牺牲层上形成凹部，所 以在该牺牲层上形成的上薄膜将其中一部分凹入凹部。然后，通过牺牲层 的除去，上薄膜中的凹入牺牲层的凹部中的部分成为向下贯通孔突出的上 部突出部。
由于在上薄膜上形成上部突出部，所以即使由于静电力等使上薄膜与 下薄膜相互吸引，上部突出部也与下薄膜对接，从而能够防止上薄膜与下 薄膜以较大的接触面积接触。其结果是，可以防止上薄膜与下薄膜密接到一起。
此外，根据以下结构，即在上述下薄膜中的与上述上薄膜的对置面上， 形成向上述上薄膜突出的下部突出部，由此也可防止上薄膜与下薄膜的密 接。
再有，优选用保护膜来保护上述下薄膜。还有，优选用保护膜来保护 上述上薄膜。进而，上述上薄膜优选具有贯通孔。
另外，本发明的硅话筒，其包含基板；下薄膜，其设置为与上述基 板的一个面接触；和上薄膜，其在上述下薄膜的与上述基板相反的一侧空 出间隔而与上述下薄膜对置配置。
根据此结构，相对于被设置为与基板的一个面接触的下薄膜而言，在 该下薄膜的与基板相反的一侧以空出间隔的方式对置配置上薄膜。上薄膜 与下薄膜形成隔着规定间隔的空洞(cavity)而对置的电容器部分。
在该硅话筒中，由于下薄膜设置为与基板的一个面接触，所以当向电 容器部分输入声压(声波)时，下薄膜不振动，输出与由上薄膜的振动所 产生的电容器部分的静电电容的变化相应的电信号。即使向电容器部分输 入声压(声波)，由于上薄膜及下薄膜并非两个都发生振动，所以能够抑 制所输入的声波的共振。此外，下薄膜设置成与基板接触，在下薄膜与基 板之间不会形成空洞。因此，电容器部分的结构简单，进而能够提高电容 器部分的抗冲击性。
另外，由于在下薄膜与基板之间没有空洞，所以在硅话筒的制造工序 中，在成为基板的母体的晶片与下薄膜之间不需要形成用于形成空洞的牺 牲层。此外，由于从晶片与下薄膜之间除去牺牲层，所以无需在晶片上形
成贯通孔。因此，能够实现硅话筒的制造工序的简化。
此外，在上述硅话筒中，优选在上述下薄膜上，多个下贯通孔沿该下 薄膜的厚度方向贯通而形成，并优选在上述上薄膜上形成上部突出部，该 上部突出部与上述上薄膜一体形成，并从上述上薄膜中的与上述下薄膜的 对置面向上述下贯通孔突出。
由于下薄膜具有多个下贯通孔，所以当在下薄膜上形成用于形成空洞
的牺牲层时，作为牺牲层的材料而被使用的牺牲层材料〔例如、SiN (氮 化硅)、铝(Al)、 Si02 (二氧化硅)等)流入下贯通孔。因此，在牺牲层 的上表面上，通过使流入下贯通孔中的牺牲层材料的部分(与牺牲层的下 贯通孔对置的部分)发生凹陷而形成凹部。由于在牺牲层上形成凹部，所 以在该牺牲层上形成的上薄膜将其中一部分凹入凹部。然后，通过牺牲层 的除去，上薄膜中的凹入牺牲层的凹部中的部分成为向下贯通孔突出的上 部突出部。
由于在上薄膜上形成上部突出部，所以即使由于静电力等使上薄膜与 下薄膜相互吸引，上部突出部也与下薄膜对接，从而能够防止上薄膜与下 薄膜以较大的接触面积接触。其结果是，可以防止上薄膜与下薄膜密接到 一起。
此外，在上述硅话筒中，优选在上述下薄膜中的与上述上薄膜的对置 面上，形成向上述上薄膜突出的下部突出部。根据该结构，也可防止上薄 膜与下薄膜的密接。
再有，优选上述上薄膜与上述下薄膜分别由金属材料形成、。 还有，在上述硅话筒中，优选上述上薄膜为振动板，上述下薄膜为隔 膜(diaphragm )。
进而，上述上薄膜与上述下薄膜也可以分别通过布线而与空洞外部电 连接。
通过参照附图及以下所述的实施方式的说明来阐明本发明的上述目 的、特征及效果或其他的目的、特征以及效果。


图1是本发明的第一实施方式涉及的Si话筒的示意性剖视图。图2A是将图1的Si话筒的制造方法按工序顺序进行表示的示意性剖 视图。
图2B是表示图2A的下一道工序剖视图。 图2C是表示图2B的下一道工序剖视图。 图2D是表示图2C的下一道工序剖视图。 图2E是表示图2D的下一道工序剖视图。 图2F是表示图2E的下一道工序剖视图。 图2G是表示图2F的下一道工序剖视图。 图2H是表示图2G的下一道工序剖视图。 图3是本发明的第二实施方式涉及的Si话筒的示意性剖视图。 图4A是将图3的Si话筒的制造方法按工序顺序进行表示的示意性剖 视图。
图4B是表示图4A的下一道工序剖视图。 图4C是表示图4B的下一道工序剖视图。 图4D是表示图4C的下一道工序剖视图。 图4E是表示图4D的下一道工序剖视图。 图4F是表示图4E的下一道工序剖视图。 图4G是表示图4F的下一道工序剖视图。 图4H是表示图4G的下一道工序剖视图。
图5A是将以往的Si话筒的制造方法按工序顺序进行表示的示意性剖 视图。
图5B是表示图5A的下一道工序剖视图。 图5C是表示图5B的下一道工序剖视图。 图5D是表示图5C的下一道工序剖视图。 图5E是表示图5D的下一道工序剖视图。 图5F是表示图5E的下一道工序剖视图。 图5G是表示图5F的下一道工序剖视图。 图5H是表示图5G的下一道工序剖视图。 图51是表示图5H的下一道工序剖视图。 图5J是表示图51的下一道工序剖视图。
图5K是表示图5J的下一道工序剖视图。
具体实施例方式
图1是本发明的第一实施方式涉及的Si话筒的示意性剖视图。
Si话筒是检测静电电容的变化量而工作的静电电容型传感器(MEMS 传感器)。此Si话筒在Si基板2上具有传感器部3和底座(pad)部4。
传感器部3是在Si话筒1中检测所输入的声压，并将与此声压的大 小相应的静电电容的变化量作为电信号向布线(后述)输出的部分。
传感器部3备有下薄膜5 (隔膜)，其设置为与Si基板2的一个面 (以下将此面作为上表面29)接触；和上薄膜6 (振动板)，其配置在此 下薄膜5的上方，与下薄膜5空出间隔而对置。
下薄膜5备有下薄膜绝缘层7;和下部电极8，其覆盖于此下薄膜 绝缘层7之上。
下薄膜绝缘层7备有第一绝缘层9，其构成下薄膜绝缘层7的下层；
和第二绝缘层10，其形成于第一绝缘层9上并构成下薄膜绝缘层7的上层。
第一绝缘层9与底座部4的第一绝缘层21 (后述) 一体形成。 第二绝缘层10与底座部4的第二绝缘层23 (后述) 一体形成。此外，
在第二绝缘层IO上形成有多个凹部11。多个凹部ll，例如作为整体配置
成mxn (m、 n为自然数)的矩阵状。
然后，在下薄膜绝缘层7上，形成有从凹部11的底面沿下薄膜绝缘
层7的厚度方向贯通下薄膜绝缘层7的下贯通孔12。由此，下薄膜绝缘
层7在俯视状态下形成为己形成了矩阵状的下贯通孔12的俯视呈矩形网孔状。
下部电极8，例如由Au、 Al等导电性材料所构成，在此实施方式中 使用了A1。下部电极8形成为俯视呈矩形网孔状。下部电极8配置在第 一绝缘层9的上表面。此外，下部电极8的侧面以及上表面由第二绝缘层 IO覆盖。即在下薄膜5上，下部电极8通过由下层的第一绝缘层9与上 层的第二绝缘层10相夹，从而其整个表面由下薄膜绝缘层7覆盖。通过 在网孔状的下部电极8上形成第二绝缘层10，从而第二绝缘层10的表面
在与下部电极8对置的部分处隆起，在与下部电极8不对置的部分具有凹 部11。
上薄膜6备有上薄膜绝缘层13;和上部电极14，其覆盖于此上薄
膜绝缘层13之上。
上薄膜绝缘层13备有第三绝缘层15，其构成上薄膜绝缘层13的 下层；和第四绝缘层16，其形成于第三绝缘层15上并构成上薄膜绝缘层 13的上层。
第三绝缘层15与底座部4的第三绝缘层24 (后述) 一体形成。此外， 在第三绝缘层15上，在与下薄膜5对置的下表面94(与下薄膜的对置面) 中的各凹部ll (下贯通孔12)所对置的部分处，形成向凹部ll (下贯通 孔12)突出的凸部17 (上部突出部)。
第四绝缘层16与底座部4的第四绝缘层26 (后述) 一体形成。
然后，在上薄膜绝缘层13上，形成在其厚度方向上贯通上薄膜绝缘 层13的多个上贯通孔18。
各上贯通孔18配置在与各下贯通孔相错开的位置上(例如俯视状态 下相邻接的下贯通孔12之间)。
上部电极14，例如由Au、 Al等导电性材料所构成，在此实施方式中 使用了 Al。上部电极14形成为俯视呈矩形网孔状。上部电极14配置在 第三绝缘层15上。此外，上部电极14的侧面以及上表面由第四绝缘层 16所覆盖。即在上薄膜6上，上部电极14通过被下层的第三绝缘层15 与上层的第四绝缘层16相夹，从而其整个表面由上薄膜绝缘层13所覆盖。 此外，上部电极14在与下薄膜5的上表面(第二绝缘层10的上表面91) 隔幵规定的间隔的状态下，由布线25 (后述)支撑。因此，由上薄膜绝 缘层13覆盖上部电极14而形成的上薄膜6，隔着微小间隔L1 (例如，第 二绝缘层10的上表面91与第三绝缘层15的下表面94的距离为4jLim) 的空洞20 (cavity)而与下薄膜5对置配置。上薄膜6及下薄膜5分别通 过布线(未图示)而与空洞20外部电连接。
然后，上薄膜6隔着微小间隔Ll的空洞20而与下薄膜5对置，并与 下薄膜5 —齐形成传感器部3，该传感器部3是由振动而引起静电电容变 化的电容器结构。即在传感器部3中，若输入声压(声波)，则由此声压使上薄膜6产生振动，并向布线22 (后述)输出与由该上薄膜6的振动 而产生的电容器结构的静电电容的变化量相应的电信号。
底座部4是将从传感器部3输出的电信号向外部的布线输出的部分。
底座部4备有第一绝缘层21;布线22;第二绝缘层23;第三绝缘
层24;布线25;和第四绝缘层26。
第一绝缘层21形成于Si基板2的上表面29。
布线22是以规定的图案形成于第一绝缘层21上。此外，布线22在 未图示的位置上与下部电极8 —体形成，并且与布线25电连接。
第二绝缘层23形成在第一绝缘层21上，并与第一绝缘层21 —齐覆 盖布线22。
第三绝缘层24形成在第二绝缘层23上。
布线25以规定的图案形成在第三绝缘层24上。此外，布线25与上 部电极14一体形成，并且在未图示的位置上与布线22电连接。
然后，在第二绝缘层23及第三绝缘层24上，形成沿这些绝缘层的厚 度方向贯通这些绝缘层的开口部27。开口部27是用于将布线22的一部 分作为焊盘而露出的部分。
在开口部27上，形成有覆盖从开口部27露出的布线22的金属薄膜 28。金属薄膜28，例如由Au、 Al等导电性材料所构成，在该实施方式中 使用了 Al。此外，在该金属薄膜28上，例如连接电布线(未图示)，其 用于对处理电信号的外部IC芯片(未图示)与Si话筒l进行电连接。
第四绝缘层26形成在第三绝缘层24上。此外，在第四绝缘层26上， 形成有使金属薄膜28部分露出的开口部28。
图2A 图2H是将图1的Si话筒的制造方法按工序顺序进行表示的 示意性剖视图。
在制造该Si话筒1时，例如通过等离子体化学气相沉积法(PECVD 法)(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition),在形成Si基板2的母 体的圆盘状Si晶片Wl的一个面(上表面29)上沉积Si02。由此，如图 2A所示，在Si晶片Wl的上表面29上形成由Si02构成的第一绝缘层31。
接着，例如利用溅射法在第一绝缘层31上的整个区域形成A1膜。然 后，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术对该A1膜进行图案化。由此，如
图2B所示，在第一绝缘层31的上表面，形成俯视呈网孔状的下部电极8 和规定图案的布线22。
接着，例如通过PECVD法在包含布线22以及下部电极8的第一绝 缘层31上的整个区域形成第二绝缘层32。此时，在该第二绝缘层32 (第 二绝缘层10)上，通过使该下部电极8上的部分突出下部电极8的厚度 份，从而在邻接的突出部分之间形成凹部11。然后，利用公知的光刻技 术以及蚀刻技术对第二绝缘层32以及第一绝缘层31进行图案化，并形成 间隙33，该间隙33将Si基板2上的构成物划分为传感器部3和底座部4。 此外，在传感器部3中的第一绝缘层31以及第二绝缘层32上，通过该图 案化，形成从凹部11的底面沿厚度方向延伸到Si基板2的下贯通孔12。 由此，传感器部3中的第一绝缘层31成为第一绝缘层9，第二绝缘层32 的第一绝缘层9上的部分成为第二绝缘层10。这样，如图2C所示，在传 感器部3上形成构成为由下薄膜绝缘层7覆盖了下部电极8的下薄膜5， 其中该下薄膜绝缘层7由第一绝缘层9以及第二绝缘层10构成。
另一方面，底座部4中的第一绝缘层31成为第一绝缘层21,第二绝 缘层32中的第一绝缘层21上的部分成为与第一绝缘层21 —齐覆盖布线 22的第二绝缘层23。
其次，例如通过PECVD法在Si晶片Wl上的整个区域内沉积Al。 该Al完全埋住下贯通孔12以及间隙33，并沉积到完全覆盖住下薄膜5 的高度为止。接着，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术对该A1进行图案 化。由此，如图2D所示，形成由Al构成的牺牲层34。此时，在牺牲层 34上，通过在下薄膜5的第二绝缘层10上形成凹部11，从而在与凹部 11对置的位置上形成凹部35。此外，在牺牲层34上，通过在下薄膜绝缘 层7上形成下贯通孔12，从而形成从凹部35的底面进一层凹陷的凹部40。
形成牺牲层34之后，例如通过PECVD法在包含该牺牲层34的Si 晶片Wl上的整个区域内沉积Si02。该Si02进入凹部40以及凹部35， 并沉积到完全覆盖住牺牲层34的高度为止。由此，如图2E所示，形成 由牺牲层34上的第三绝缘层15和第二绝缘层23上的第三绝缘层24所构 成的第三绝缘层36。此后，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术除去第三 绝缘层24以及第二绝缘层23的一部分，形成将布线22的一部分作为焊
盘而露出的开口部27。
接着，例如通过溅射法在第三绝缘层36上的整个区域内形成Al膜。 然后，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术对该A1膜进行图案化。由此， 如图2F所示，在第三绝缘层15的上表面内、隔着牺牲层34而与下薄膜 5对置的位置上，形成俯视呈网孔状的上部电极14。另一方面，在第三绝 缘层24的上表面，形成规定图案的布线25。进而，在开口部27上形成 覆盖从开口部27露出的布线22的金属薄膜28。
接着，例如通过PECVD法在包含上部电极14、布线25以及金属薄 膜28的第三绝缘层36上的整个区域沉积Si02。由此，形成由第三绝缘 层15上的第四绝缘层16和第三绝缘层24上的第四绝缘层26构成的第四 绝缘层37。然后，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术对第四绝缘层37以 及第三绝缘层36进行图案化。由此，如图2G所示，在第四绝缘层16以 及第三绝缘层15上，形成沿这些绝缘层的厚度方向向牺牲层34延伸并配 置在与下贯通孔12相错开的位置上的上贯通孔18。这样，在下薄膜5上 形成构成为由上薄膜绝缘层13覆盖上部电极14的上薄膜6，其中上薄膜 绝缘层13由第三绝缘层15及第四绝缘层16构成。此外，在第四绝缘层 26上形成使金属薄膜28露出的开口 38。
此后，通过上贯通孔18向牺牲层34供给蚀刻气体(例如，BCl3 (三 氯化硼)等氯系气体)，对牺牲层34进行干法蚀刻。由此，如图2H所示， 除去牺牲层34后，在下薄膜5与上薄膜6之间形成空洞20。
然后，通过按Si基板2的尺寸分割Si晶片Wl，得到图l所示的Si 话筒1。向第三绝缘层15中的牺牲层34的各凹部35、 40凹入的部分成 为向凹部ll (下贯通孔12)突出的凸部17，并作为防止上薄膜6与下薄 膜5密接的挡块而发挥功能。
如上所述，根据该第一实施方式，下薄膜5和上薄膜6形成隔着微小 间隔L1的空洞20而对置的电容器结构的传感器部3。
在该Si话筒1中，由于下薄膜5被设置成与Si基板2的上表面29 接触，所以当向传感器部3输入声压(声波)时，下薄膜5不振动，输出 与由上薄膜6的振动而产生的电容器结构的静电电容的变化相应的电信 号。即使向传感器部3输入声压(声波)，由于上薄膜6及下薄膜5并非
两个都发生振动，所以能够抑制输入声波的共振。此外，下薄膜5设置成 与Si基板2接触，在下薄膜5与Si基板2之间不会形成空洞。因此，传 感器部3的结构简单，进而能够提高传感器部3的抗冲击性。
另外，由于在下薄膜5与Si基板2之间没有空洞，所以在Si话筒l 的制造工序中，在Si晶片Wl与下薄膜5之间不需要形成用于形成空洞 的牺牲层。此外，因为从Si晶片Wl与下薄膜5之间除去牺牲层，所以 在Si晶片Wl上不需要形成贯通孔。因此，能够实现Si话筒1的制造工 序的简化。
此外，下薄膜5由于具有多个凹部11以及下贯通孔12，所以在形成 牺牲层34时，用作牺牲层34的材料的Al会流入下贯通孔12以及凹部 11。因此，在牺牲层34上，在与凹部ll (下贯通孔12)对置的位置上形 成凹部35、 40。由于在牺牲层34上形成凹部35、 40，所以形成于该牺牲 层34上的第三绝缘层15将其中一部分陷入凹部35、 40内。然后，陷入 凹部35、 40内的部分在通过牺牲层的除去而形成空洞20后，就成为向凹 部ll (下贯通孔12)突出的凸部17。
通过在Si话筒1中形成凸部17，从而即使由于静电力等使上薄膜6 与下薄膜5相互吸引，凸部17也与下薄膜5对接，能够防止上薄膜6与 下薄膜5以较大接触面积接触。其结果是，可以防止上薄膜6与下薄膜5 密接在一起。
图3是本发明的第二实施方式涉及的Si话筒的示意性剖视图。 Si话筒41是检测静电电容的变化而工作的静电电容型传感器 (MEMS传感器)。该Si话筒41在Si基板42上备有传感器部43和底座 部44。
传感器部43是在Si话筒41中检测所输入的声压、并将与该声压的 大小对应的静电电容的变化量作为电信号向布线61 (后述)输出的部分。
传感器部43备有下薄膜45，其设置为与Si基板42的一个面(以 下、将该面作为上表面68)接触；和上薄膜46，其以与下薄膜45空出间 隔而对置的方式配置在该下薄膜45的上方。
下薄膜45备有下薄膜绝缘层47;和下部电极48，其被该下薄膜绝 缘层47覆盖。
下薄膜绝缘层47备有第一绝缘层49，其形成为俯视呈矩形，并构 成下薄膜绝缘层47的下层；和第二绝缘层50，其形成于该第一绝缘层49 上并构成下薄膜绝缘层47的上层。在该下薄膜绝缘层47上未形成如第一 实施方式中的形成于下薄膜绝缘层7的下贯通孔12那样的、沿厚度方向 贯通下薄膜绝缘层47的贯通孔。
第一绝缘层49与底座部44的第一绝缘层60 (后述) 一体形成。 第二绝缘层50与底座部44的第二绝缘层62 (后述) 一体形成。 下部电极48，例如由Au、 Al等导电性材料构成，在该实施方式中使 用了A1。下部电极48形成为俯视呈矩形。下部电极48配置在第一绝缘 层49的上表面。此外，下部电极48的侧面以及上表面由第二绝缘层50 覆盖。即在下薄膜45上，下部电极48通过被下层的第一绝缘层49与上 层的第二绝缘层50夹持，从而其整个表面由下薄膜绝缘层47覆盖。
上薄膜46备有上薄膜绝缘层53;和上部电极54，其被该上薄膜绝 缘层53覆盖。
上薄膜绝缘层53备有第三绝缘层55，其构成上薄膜绝缘层53的 下层；和第四绝缘层56，其形成于该第三绝缘层55上并构成上薄膜绝缘 层53的上层。
第三绝缘层55与底座部44的第三绝缘层63 (后述) 一体形成。 第四绝缘层56与底座部44的第四绝缘层65 (后述) 一体形成。 然后，在上薄膜绝缘层53上，形成沿其厚度方向贯通上薄膜绝缘层 53的多个上贯通孔58。多个上贯通孔58，例如作为整体配置为mxn (m、 n为自然数)的矩阵状。由此，上薄膜绝缘层53形成为在俯视状态下已 形成矩阵状的上贯通孔58的俯视呈矩形网孔状。
上部电极54，例如由Au、 Al等导电性材料构成，在该实施方式中使 用了 Al。上部电极54形成为俯视呈矩形网孔状。上部电极54配置在第 三绝缘层55上。此外，上部电极54的侧面以及上表面由第四绝缘层56 覆盖。g卩，在上薄膜46上，上部电极54通过由下层的第三绝缘层55与 上层的第四绝缘层56夹持，从而其整个表面被上薄膜绝缘层53覆盖。此 外，上部电极54在与下薄膜45的上表面(第二绝缘层50的上表面78) 隔开规定间隔的状态下，由布线64 (后述)来支撑。因此，由上薄膜绝 缘层53覆盖上部电极54而形成的上薄膜46，隔着微小间隔L2 (例如， 第二绝缘层50的上表面78与第三绝缘层35的下表面77的距离为4(Lim) 的空洞20而与下薄膜45对向配置。
在下薄膜5中的第二绝缘层50的上表面78 (与上薄膜的对置面)上 配置有多个(图3中为七个)凸部51 (下部突出部)。各凸部51，例如由 Si构成、并不规则地配置在第二绝缘层50的上表面78上。
然后，上薄膜46隔着微小间隔L2的空洞59而与下薄膜45对置，并 与下薄膜45 —齐形成传感器部43，该传感器部43是由振动而引起静电 电容变化的电容器结构。即在传感器部43中，若输入声压(声波)，则由 该声压使上薄膜46产生振动，并向布线61 (后述)输出与由该上薄膜46 的振动而产生的电容器结构的静电电容的变化量相应的电信号。
底座部44是将从传感器部43输出的电信号向外部的布线输出的部分。
底座部44备有第一绝缘层60;布线61;第二绝缘层62;第三绝
缘层63;布线64;和第四绝缘层65。
第一绝缘层60形成在Si基板42的上表面68上。
布线61以规定的图案形成在第一绝缘层60上。此外，布线61在未 图示的位置上与下部电极48 —体形成，并且与布线64电连接。
第二绝缘62形成在第一绝缘层60上，并与第一绝缘层60 —齐覆盖 布线61。
第三绝缘层63形成在第二绝缘层62上。
布线64以规定的图案形成在第三绝缘层63上。此外，布线64与上 部电极54—体形成，并且在未图示的位置上与布线61电连接。
然后，在第二绝缘层62及第三绝缘层63上，形成在这些绝缘层的厚 度方向上贯通这些绝缘层的开口部66。开口部66是用于将布线61的一 部分作为焊盘而露出的部分。
在开口部66上形成覆盖从开口部66露出的布线61的金属薄膜67。 金属薄膜67，例如由Au、 Al等导电性材料构成，在该实施方式中使用了 Al。此外，在该金属薄膜67上例如连接电布线(未图示)，其用于对处理 电信号的外部IC芯片(未图示)与Si话筒41进行电连接。
第四绝缘层65形成在第三绝缘层24上。此外，在第四绝缘层65上 形成有使金属薄膜67部分露出的开口 75。
图4A 图4H是将图3的Si话筒的制造方法按工序顺序进行表示的 示意性剖视图。
在制造该Si话筒41时，例如通过PECVD法在成为Si基板42的母 体的圆盘状Si晶片W3的一个面(上表面68)上沉积Si02。由此，如图 4A所示，在Si晶片W3的上表面68上形成由Si02构成的第一绝缘层69。
接着，例如利用溅射法在第一绝缘层69上的整个区域形成A1膜。然 后，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术对该A1膜进行图案化。由此，如 图4B所示，在第一绝缘层69的上表面，形成俯视呈矩形的下部电极48 和规定图案的布线61。
接着，例如通过PECVD法在包含布线61以及下部电极48的第一绝 缘层69上的整个区域形成第二绝缘层70。然后，利用公知的光刻技术以 及蚀刻技术对第二绝缘层70以及第一绝缘层69进行图案化，以形成将 Si基板42上的结构物划分为传感器部43和底座部44的间隙71。由此， 传感器部43中的第一绝缘层69成为第一绝缘层49，第二绝缘层70中的 第一绝缘层49上的部分成为第二绝缘层50。这样，如图4C所示，在传 感器部43上形成下薄膜45，其构成为由下薄膜绝缘层47覆盖下部电极 48，其中该下薄膜绝缘层47由第一绝缘层49以及第二绝缘层50构成。
另一方面，底座部44中的第一绝缘层69成为第一绝缘层60，在第 二绝缘层70中的第一绝缘层60上的部分成为与第一绝缘层60 —齐覆盖 布线61的第二绝缘层62。
其次，例如通过PECVD法在Si晶片W3上的整个区域沉积牺牲层材 料。该牺牲材料由具有蚀刻选择性的多种材料的混合物构成，例如由Al-Si (Al与Si的混合物)、Al-Si-Cu (Al与Si与Cu的混合物)、在有机溶剂 中混入粒状异物后的混合物等构成。在该实施方式中，使用了 Si对Al 的混合比(体积比)为1。/。的A1-Si混合物。
接着，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术对该A1-Si进行图案化，如 图4D所示，形成由Al-Si构成的牺牲层72。
形成了牺牲层72之后，例如通过PECVD法在包含该牺牲层72的Si
晶片W3上的整个区域沉积Si02。该Si02沉积到完全覆盖住牺牲层72的 高度为止。由此，如图4E所示，形成由牺牲层72上的第三绝缘层55和 第二绝缘层62上的第三绝缘层63构成的第三绝缘层73。此后，利用公 知的光刻技术以及蚀刻技术除去第三绝缘层63以及第二绝缘层62的一部 分，形成将布线61的一部分作为焊盘而露出的开口部66。
接着，例如通过溅射法在第三绝缘层73上的整个区域形成A1膜。然 后，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术对该A1膜进行图案化。由此，如 图4F所示，在第三绝缘层55的上表面夹持牺牲层72并与下薄膜45对 置的位置上，形成俯视呈网孔状的上部电极54。另一方面，在第三绝缘 层63的上表面形成规定图案的布线64。进而，在开口部66上形成覆盖 从开口部66露出的布线61的金属薄膜67。
接着，例如通过PECVD法在包含上部电极54、布线64以及金属薄 膜67的第三绝缘层73上的整个区域沉积Si02。由此，形成由第三绝缘 层55上的第四绝缘层56和第三绝缘层63上的第四绝缘层65构成的第四 绝缘层74。然后，利用公知的光刻技术以及蚀刻技术对第四绝缘层74以 及第三绝缘层73进行图案化。由此，如图4G所示，在第四绝缘层56以 及第三绝缘层55上，形成沿这些绝缘层的厚度方向向牺牲层72延伸的上 贯通孔58。这样，在下薄膜45上形成构成为由上薄膜绝缘层53覆盖上 部电极54的上薄膜46，其中薄膜绝缘层53由第三绝缘层55及第四绝缘 层56构成。此外，在第四绝缘层56上形成使金属薄膜67露出的开口 75。
此后，通过上贯通孔58向牺牲层72供给蚀刻气体〔例如、BC13 (三 氯化硼)等氯系气体)。BC13 (三氯化硼)等氯系气体易与形成牺牲层71 的Al-Si之中的Al成分发生化学反应。因此，在被供给了蚀刻气体的牺 牲层71中优先蚀刻A1。这样，供给了蚀刻气体规定时间(例如为了将牺 牲层72中的A1成分全部除去所需的时间)之后，停止蚀刻气体的供给。 由此，如图4H所示，牺牲层72中的A1成分被除去，在下薄膜45与上 薄膜46之间形成空洞59，并且在下薄膜45的上表面(第二绝缘层50的 上表面78)上，牺牲层72的材料中的A1以外的材料成分(Al成分以外 的成分。在该实施方式中为Si)作为多个凸部51而残存下来。
然后，通过按Si基板42的尺寸分割Si晶片W3，从而得到图3所示
的Si话筒41。
如上所述，根据该第二实施方式，下薄膜45和上薄膜46形成隔着微 小间隔L2的空洞59而对置的电容器结构的传感器部43，并且下薄膜45 设置为与Si基板42的上表面68接触。此外，在下薄膜45与Si基板42 之间未形成空洞。因此，可以获得与第一实施方式的情况同样的效果。
进而，在该第二实施方式中，通过除去牺牲层72中的A1成分，从而 在下薄膜45与上薄膜46之间形成空洞59，并且在下薄膜45的上表面(第 二绝缘层50的上表面78)上残存多个凸部51。因此，即使因静电力等使 上薄膜46与下薄膜45相互吸引，凸部51也与下薄膜46对接，能够防止 上薄膜46与下薄膜45以较大接触面积接触。其结果是，可以防止上薄膜 46与下薄膜45密接在一起。
以上，虽然对本发明的多个实施方式进行了说明，但是本发明也可以 其他实施方式来实施。
例如，牺牲层34为可蚀刻的物质，并且下薄膜绝缘层7以及上薄膜 绝缘层13若为具有蚀刻选择性的物质，例如也可以使用SiN (氮化硅) 来形成。
此外，下薄膜绝缘层7、 47以及上薄膜绝缘层13、 53若为绝缘材料， 例如也可以使用SiN等来形成。当下薄膜绝缘层7以及上薄膜绝缘层13 使用Si02以外的材料形成时，牺牲层34也可以使用Si02来形成。
进而，本发明的MEMS传感器不局限于Si话筒，也可适用于检测静 电电容的变化量而工作的压力传感器或加速度传感器等。
虽然对本发明的实施方式进行了详细的说明，但是这些只是为了阐明 本发明的技术内容所采用的具体示例而己，本发明不应受这些具体示例所 限来进行解释，本发明的精髓以及范围仅由添写的技术方案进行限定。
本申请对应于2007年7月24日向日本特许厅提出的特愿 2007-192203号，通过引用而加入到本申请的整个公开内容中。
权利要求
1.一种MEMS传感器，其包括基板；下薄膜，其设置为与所述基板的一个面接触；和上薄膜，其在所述下薄膜的与所述基板相反的一侧以空出间隔的方式与所述下薄膜对置配置。
2. 根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中， 在所述下薄膜上形成有沿该下薄膜的厚度方向贯通的多个下贯通孔， 在所述上薄膜上形成有上部突出部，该上部突出部与所述上薄膜一体形成，并从所述上薄膜中的与所述下薄膜的对置面向所述下贯通孔突出。
3. 根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中， 在所述下薄膜中的与所述上薄膜的对置面上，形成有向所述上薄膜突出的下部突出部。
4. 根据权利要求2所述的MEMS传感器，其中， 在所述下薄膜中的与所述上薄膜的对置面上，形成有向所述上薄膜突出的下部突出部。
5. 根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中， 用保护膜来保护所述下薄膜。
6. 根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中， 用保护膜来保护所述上薄膜。
7. 根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中， 所述上薄膜具有贯通孔。
8. —种硅话筒，其包含-基板；下薄膜，其设置为与所述基板的一个面接触；和 上薄膜，其在所述下薄膜的与所述基板相反的一侧空出间隔而与所述 下薄膜对置配置。
9. 根据权利要求8所述的硅话筒，其中，在所述下薄膜上形成有沿该下薄膜的厚度方向贯通的多个下贯通孔， 在所述上薄膜上形成有上部突出部，该上部突出部与所述上薄膜一体 形成，并从所述上薄膜中的与所述下薄膜的对置面向所述下贯通孔突出。
10. 根据权利要求8所述的硅话筒，其中，在所述下薄膜中的与所述上薄膜的对置面上，形成有向所述上薄膜突 出的下部突出部。
11. 根据权利要求9所述的硅话筒，其中，在所述下薄膜中的与所述上薄膜的对置面上，形成有向所述上薄膜突 出的下部突出部。
12. 根据权利要求8所述的硅话筒，其中， 所述上薄膜与所述下薄膜分别由金属材料形成。
13. 根据权利要求8所述的硅话筒，其中， 所述上薄膜为振动板，所述下薄膜为隔膜。
14. 根据权利要求8所述的硅话筒，其中， 所述上薄膜与所述下薄膜分别通过布线而与空洞外部电连接。
全文摘要
本发明提供一种MEMS传感器，其中包括基板；下薄膜，其设置为与所述基板的一个面接触；和上薄膜，其在与所述基板相反的一侧以空出间隔的方式与所述下薄膜对置配置。
文档编号H04R19/04GK101353151SQ20081013002
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者仲谷吾郎 申请人:罗姆股份有限公司