专利名称：机电换能器的制造方法
技术领域：
本发明涉及被用作超声换能器件等的诸如电容型换能器的机电换能器的制造方法。
背景技术：
常规上，通过微加工技术制造的微加工部件能够以微米的量级被处理，并且，通过使用它实现各种微功能器件。使用这种技术的电容型换能器(电容型微加工超声换能器CMUT)作为压电器件的替代正被研究。根据该CMUT，可通过利用振动膜的振动发送和接收超声波，由此可以容易地获得特别在液体中优异的宽带性能。关于以上的技术，存在通过使用通过接合等设置在硅基板上的单晶硅振动膜来制造电容型换能器的方法(參见美国专利No. 6958255和Sensors and Actuators A 138(2007) 221 229)。在美国专利No. 6958255中，在硅基板上形成热氧化膜，并且，在去除了热氧化膜的一部分之后执行硅基板的接合，由此，去除了热氧化膜的部分变为空隙。在接合之后，通过露出单晶硅振动膜以形成使用单晶硅振动膜作为振动膜的单元来制造电容型换能器。在Sensors and Actuators A 138 (2007) 221 229中，在娃基板上形成热氧化膜，并且，在去除第一热氧化膜的一部分之后第二次形成热氧化膜。并且，在要成为接合界面的部分处产生的热氧化膜的突起在第二次形成热氧化膜之后被去除，并且然后执行硅基板的接合。在接合之后，通过处理硅基板、露出单晶硅振动膜并形成使用以上作为振动膜的単元，制造电容型换能器。
发明内容
如上所述，可通过以下的步骤制造电容型换能器在硅基板上形成热氧化膜；去除形成的热氧化膜的一部分直到硅基板的位置；和接合硅基板使得在两个接合的硅基板之间形成空隙。通过在隔着空隙彼此相対的两个电极之间施加电压，驱动电容型换能器。为了两个电极之间的绝缘，空隙的内壁和空隙的底面优选为绝缘体。常规上,如Sensors andActuators A 138 (2007) 221 229所示，通过在去除热氧化膜的一部分直到硅基板的位置之后第二次形成热氧化膜，绝缘体被设置在空隙的底面上。但是，当第二次形成热氧化膜时，可能在要成为接合界面的部分处产生热氧化膜的突起。由于该突起变为硅基板的接合不良的原因，因此，必须在接合之前被去除。虽然如果所述突起被去除则接合将变得令人满意，但是，存在在去除所述突起时去除在空隙的底面上形成的热氧化膜的一部分的情況。由此，空隙的底面上的绝缘层的平坦性劣化，由此，会在施加电压时在空隙内产生场強度的分布。当产生场强度中的分布时，击穿(breakdown)强度会在电容型换能器的单元或包含所述单元的元件之间改变，由此，器件的可靠性降低。鉴于该问题，根据本发明，一种机电换能器的制造方法包括通过在第一基板上形成第一绝缘层并去除第一绝缘层的一部分直到第一基板形成隔离壁(barrier wall);在去除了第一绝缘层的所述部分的第一基板的区域上形成第二绝缘层；通过在隔离壁上接合第ニ基板形成间隙；以及，由第二基板形成隔着间隙与第二绝缘层相対的振动膜，其中，在形成隔离壁时，隔离壁被形成为使得沿与第一基板垂直的方向，隔离壁的间隙侧的高度变得比中心部分的高度低。根据本发明，在形成第二绝缘层之前形成由第一绝缘层配置的隔离壁。由于隔离壁被形成为使得沿与第一基板垂直的方向的间隙侧的隔离壁的高度比中心部分处的高度低，因此，可以减少在形成第二绝缘层之后产生的隔离壁上的突起。因此，在接合第二基板之前去除隔离壁上的突起的处理变得不必要，并且，可以减小间隙底面处的绝缘层的平坦性的变化。因此，根据本发明，可以减少机电换能器的単元之间以及包含所述单元的元件之间的击穿強度的变化，由此，可以增加装置的均匀性，并且，可以提高其可靠性。从參照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。
图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F和图1G是根据本发明的实施例的电容型换能器的制造方法的说明图。图2是解释电容型换能器的顶视图。图3是图1C的部分放大图。图4A、图4B、图4C、图4D、图4E、图4F、图4G、图4H和图41是比较例中的电容型换能器的制造方法的说明图。图5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F和图5G是另ー实施例的电容型换能器的制
造方法的说明图。图6是图5C的部分放大图。图7A是示出第二绝缘层的厚度与突起高度之间的关系的示图。图7B是示出第二绝缘层的厚度与突起宽度之间的关系的示图。图8A是隔离壁的第二阶(level)的高度与突起高度的示图。图8B是隔离壁的第二阶的高度与突起宽度的示图。
具体实施例方式现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。本发明的特征在于，在第一基板上形成隔离壁，使得沿与基板垂直的方向的间隙侧的隔离壁的高度比中心部分处的高度低，然后在第一基板上形成作为氧化物膜的第二绝缘层，并且通过在隔离壁上接合第二基板形成间隙。虽然第一基板在以下描述的实施例和例子中是硅基板，但是，它可以是具有在蓝宝石板等上形成的硅层的基板。第二基板是诸如SOI的硅基板等。用于形成隔离壁的第一绝缘层可以是诸如SiO2和SiN等的氧化物膜，并且，第二绝缘层是产生鸟嘴(bird’ s beak)的诸如热氧化膜的氧化物膜。隔着间隙与第二绝缘层相対的振动膜是由第二基板形成的硅膜等，并且，它可通过减薄第二基板来形成。以下，将描述作为本发明的实施例的电容型换能器的制造方法。图2是电容型换能器的顶视图，图1G是沿图2的1G-1G的截面图。图3是图1C的部分放大图。如图2所示，电容型换能器具有阵列状布置的分别包含多个单元102的多个电容型换能器元件101。在图2中，虽然仅示出六个元件101，但是，可如期望的那样确定元件的数量。并且，虽然元件被配置为具有十六个单元，但是，可如期望的那样确定单元的数量。这里，単元具有圆形形状；但是，它可以为正方形、六边形等。并且，可如期望的那样确定单元102和元件101的布置位置。因而，电容型换能器包含多个元件101，每个元件101包含具有将在后面描述的在第一基板的ー个表面和振动膜之间形成的间隙的至少ー个単元102。如图1G所示，単元102包含单晶硅振动膜23、间隙(从大气压カ减压的空隙和其中密封气体的空隙等)24、作为支撑振动膜23的支撑部分的隔离壁3、第一硅基板I和电极27。隔离壁3具有图1G所示的横向截面形状。与叠层地沉积的振动膜(例如，氮化硅膜)相比，单晶硅振动膜23几乎没有残余应力，它具有小的厚度变化，并且，它具有小的振动膜的弹簧常数的变化。因此，电容型换能器的元件之间以及単元之间的性能变化变小。隔离壁3优选为可以是氧化硅、氮化硅等的绝缘体。在通过直接接合形成单晶硅振动膜23的情况下，隔离壁3优选为氧化硅。这里，出于被用作多个元件之间的共用电极的目的，第一硅基板I优选为容易表现欧姆性能的低电阻基板，并且，其电阻率优选为0.1Qcm或更小。“欧姆”指的是不管电流的方向和电压的大小如何电阻值都恒定的性能。此外，单晶硅振动膜23可通过在图1G中的电气分离边界103的部分处被分割而被用作用于提取信号的电极衬垫104 (參见图2)。为了提高第一硅基板I和单晶硅振动膜23的导电性能，可以在第一硅基板I和振动膜23上形成诸如薄铝的金属膜。由于单晶硅振动膜23被用作信号输出电扱，因此，单晶硅振动膜23优选具有低的电阻，并且，其电阻率优选为0.1 Q cm或更小。构成本实施例的元件101的单元102的隔离壁3具有第一硅基板侧的横向截面宽度4，该横向截面宽度4比其相对侧的横向截面宽度5大(參见图1B)。从另一方面，如图3所示，可以说，后面将描述的间隙24侧的隔离壁3的高度比隔离壁3的中心部分的高度小。在通过氧化形成第二绝缘层10之前形成隔离壁3。因此，可以减少在形成第二绝缘层10之后在隔离壁3中产生的突起。因此，在接合第二硅基板18 (參见图1D)之前去除突起的处理变得不必要，并且，可以减小间隙底面33的平坦性的变化(第二绝缘膜10的厚度12的变化)。根据本实施例，可以减小电容型换能器的元件和単元的击穿强度的变化，由此，可以增加元件中的単元之间以及元件之间的均匀性，并且可提高可靠性。将描述实施例的驱动原理。在通过电容型换能器接收超声波时，通过未示出的电压施加单元向单晶硅振动膜23施加直流电压。由于单晶硅振动膜23在接收超声波时变形，因此，振动膜23与第一硅基板I之间的距离22变化(參见图1D)，并且，静电电容变化。由于该静电电容的变化，因此，电流在单晶硅振动膜23中流动。通过未示出的电流-电压转换器件，电流被转换成电压，并可由此接收超声波。并且，可向单晶硅振动膜23施加直流电压和交流电压，并且，可通过静电力使振动膜23振动。由此，可发送超声波。下面，将与比较例比较，參照图1A IG和图4A 41等详细描述本实施例的电容型换能器的配置和制造方法等。图7A、图7B、图8A和图SB是表示后面将描述的由鸟嘴导致的突起的高度和宽度与第二绝缘层的厚度等的关系的示图。在制造方法中，首先，如图1A所示，在第一硅基板I上形成第一绝缘层2。第一硅基板I是电阻率优选为0.1 Q cm或更小的低电阻基板。第一绝缘层2可以为氧化硅、氮化硅等。可通过化学气相沉积(CVD)或热氧化等形成第一绝缘层2。可通过使用氧气和氢气的湿式氧化或使用氧气的干式氧化执行热氧化。氧化温度优选为约800 1100°C。
然后，如图1B所示，第一绝缘层2的部分被去除，直到硅基板1，并且，离散地形成具有布置间隔9的隔离壁3。可通过干式蚀刻、湿式蚀刻等形成隔离壁3。如图1B所示，隔离壁3形成为具有第一硅基板侧的宽度4，该宽度4比其相对侧的宽度5大；换句话说，形成为具有比中心部分的高度低的间隙24侧的隔离壁的高度。因此，在形成隔离壁3的处理中，形成隔离壁，使得后面将描述的形成第二绝缘层的处理之后间隙侧的隔离壁的高度没有变得比中心部分的高度高。隔离壁3的壁表面形状(与第一硅基板垂直的截面形状)可具有图1B那样的台阶形状，或者可以如后面将描述的例子中那样具有斜面形状。台阶形状的隔离壁的壁面可具有包含至少ー个阶的台阶形状。通过以这种形状设置隔离壁3，可以减少可在形成第二绝缘层10之后产生的突起(參见图4C的处理)。如解释比较例的图4C所示，由于鸟嘴13，因此产生突起14。鸟嘴13是鸟嘴形状的氧化物膜。由于出现氧浸入到隔离壁下面的现象，当在形成隔离壁3之后在通过热氧化第一硅基板I形成第二绝缘层10时，在第ー硅基板I中的热氧化量局部变化并且变得不均匀的部分处产生鸟嘴13。例如，当在第一硅基板I中存在阶时，或者，当如图4C那样存在不同的物质(这里为隔离壁3)时，热氧化量局部变化并且在ー些部分处变得不均匀，并且，在其中产生鸟嘴13。由于这种现象，在要接合第二硅基板18的一侧的隔离壁的界面处产生图4C所示的通过鸟嘴13凸起的突起14。返回图1A至IG的描述，如图1C所示，形成第二绝缘层10。在图1C的情况下，通过鸟嘴13产生第一突起14。由于隔离壁3是绝缘层并且由于具有隔离壁3的第一阶相对于第一硅基板I的表面的高度6的量的高度的差异，因此，第一硅基板I侧的热氧化量在隔离壁的壁表面附近的区域中变得不均匀，因此，产生第一突起14。并且，如图1C所示，还产生第二突起15。由于隔离壁3的第二阶相对于第一阶的高度6的高度7的量的高度的差异，因此，第一硅基板I侧的热氧化量变得不均匀，由此，产生第二突起15。并且，在图1C所示的这些部分以外，产生在该处存在热氧化量不均匀的鸟嘴13。本实施例以台阶形状形成隔离壁3的壁面形状，以控制由鸟嘴产生的突起14和15的量和位置，并且，执行与第二硅基板18的令人满意的接合。这里，将參照图7A、图7B、图8A和图8B描述由鸟嘴产生的突起的量和位置。图7A的横轴是在隔离壁3具有图4B所示的配置的情况下通过使用1050°C的湿式氧化形成第二绝缘层10的情况下的热氧化膜的厚度。纵轴是由鸟嘴产生的突起14的高度。如图7A所示，由鸟嘴产生的突起14的高度与第二绝缘层10的厚度成比例地增加。这是由于鸟嘴的量由于第二绝缘层10的厚度而增加。由鸟嘴产生的突起14如图7A所示的那样增加，直到第二绝缘层10变得具有一定的厚度，并且，当超过一定的厚度时，它们与第二绝缘层10的厚度成比例地减小(未示出)。由鸟嘴产生的突起14的减小的开始的绝缘层的厚度依赖于形成热氧化膜时的温度。随着热氧化膜的形成温度变低，所述减小的开始的第二绝缘层的厚度趋于更厚。并且，増加和减小的斜率也依赖于形成热氧化膜时的温度。随着热氧化膜的形成温度变低，増加和减小的斜率趋于更加缓和并且由鸟嘴产生的突起14的尺寸在高度和宽度两者上趋于变大。例如，在1050°C的湿式氧化的情况下，当第二绝缘层10的厚度为约I U m吋，由鸟嘴产生的突起的高度变为峰值。由鸟嘴产生的突起的尺寸等会依赖于用于形成热氧化膜的技术(干式氧化、湿式氧化)的差异以及第ー硅基板I的晶体取向。图7B的横轴与图7A的横轴相同，并且，纵轴是由鸟嘴产生的突起14的宽度16(參见图3)。与图7A中的由鸟嘴产生的突起14的高度类似，图7B中的由鸟嘴产生的突起14的宽度与第二绝缘层10的厚度成比例地増加。并且，当第二绝缘层10超过一定的厚度吋，它与第二绝缘层10的厚度成比例地减小。它的其它方面与突起14的高度的情况类似。图8A的横轴是本实施例的隔离壁3的第二阶的高度7，并且，纵轴是在通过使用1050°C的湿式氧化形成第二绝缘层10时产生的第二突起15的高度。如图8A所示，随着隔离壁3的第二阶的高度7増加，突起15的高度也増加。由鸟嘴产生的第二突起15的高度和热氧化量的关系与图7A的描述类似。图SB的横轴是隔离壁3的第二阶的高度7，并且，纵轴是在通过使用1050°C的湿式氧化形成第二绝缘层10时产生的第二突起15的宽度17(參见图3)。如图8B所示，随着隔离壁3的第二阶的高度7増加，突起15的宽度增加。由鸟嘴产生的突起15的宽度和热氧化量的关系与图7B的描述类似。如图7A、图7B、图8A和图8B的描述所述，可通过根据第二绝缘层的厚度确定预先在隔离壁3中形成的阶来控制由鸟嘴产生的突起的高度 14和15以及宽度。例如，将描述1050°C的热氧化温度的湿式氧化的情況。当期望第二突起15的高度为3nm时，根据图8A，隔离壁3的第二阶的高度7可形成为66nm。考虑与第二硅基板18的接合，第二突起15的较小的高度是更优选的。在使用后面将描述的熔融接合的接合的情况下，表面粗糙度优选为Rms〈5nm。例如，当期望第二突起15的高度为0. 5nm吋，隔离壁3的第二阶的高度7需要为llnm。但是，从图7A，由于第一突起14在以200nm形成第二绝缘层10的情况下将为12nm,因此，隔离壁3的第一阶的突起14变得到达接合界面。当隔离壁3的第一阶的突起14到达接合界面时，它们与第二硅基板18的表面硅层21(后面将描述)接触并且与其接合。因此，在经过了后面将描述的图1D IG的处理之后，在隔离壁3的接合界面以外的部分处形成与单晶娃振动膜23的结(junction),并且,单晶娃振动膜23的振动性能将由此改变。因此，隔离壁3的第二阶的高度7优选被设为大于或等于在以期望的厚度形成第二绝缘层10时不会允许第一突起14到达接合界面的高度，该高度7是第二突起15不产生结不良的高度。假定第二绝缘层10为200nm，则隔离壁3的第二阶的高度7优选为大于或等于12nm且小于或等于llOnm。假定第二绝缘层10为400nm，则隔离壁3的第二阶的高度7优选为大于或等于27nm且小于或等于llOnm。此外，从由鸟嘴产生的突起14的宽度与第二绝缘层10的厚度的关系，隔离壁3的第一阶与第二阶之间的宽度8可以是包含由第二绝缘层10的期望的厚度产生的突起14的宽度16的宽度(參见图3)。假定第二绝缘层10为200nm，则优选将其设为Iym或更大。假定第二绝缘层10为40011!11，则优选将其设为211111或更大。典型地，在电容型换能器的元件中，由于后面将描述的间隙24被抽空，因此，单晶硅振动膜23在大气压力下处于凹向间隙底面33的方向的状态。在这种状态下进行驱动时，单晶硅振动膜23进ー步凸向间隙底面33侧。当相对于单元直径28使得隔离壁3的第一阶与第二阶之间的宽度8太大时(參见图3)，单晶硅振动膜23和第一突起14会接触。虽然它依赖于隔离壁3的第二阶的高度的大小，但是，由于当隔离壁的第一阶与第二阶之间的宽度8太大时单晶硅振动膜23的振动性能会改变，因此，所述宽度优选为最小的必要的宽度。由于由鸟嘴产生的突起的宽度16与第二绝缘层10的厚度成比例、在一定的厚度处达到其峰值并且然后减小，因此，可使得隔离壁的第一阶与第二阶之间的宽度8比峰值处的宽度16小。在通过1050°C的湿式氧化形成它的情况下，宽度8优选为10 y m或更小。在图7A、图7B、图8A和图8B中，已解释隔离壁3具有ニ阶台阶形状的例子，但是，如上所述，隔离壁3可包含两个或更多个阶。当阶差异较小吋，在与第二硅基板18的接合界面处产生的突起的高度和宽度变小，并且，接合变得令人满意。如图5B所示，当通过设置倾斜表面形状使得热氧化膜的形成量的变化的差异缓和时，可以获得与源自使得阶差异小的效果类似的效果。隔离壁3的倾斜表面的较大的曲率半径是更优选的，原因是可使得热氧化膜的形成量的变化的差异更缓和。在这种情况下，与图7A、图7B、图8A和图SB类似，优选单晶硅振动膜23和所述倾斜表面在形成第二绝缘层10和接合第二硅基板18之后不接触。并且，还优选单晶硅振动膜23和所述倾斜表面在图5G所示的状态下施加电压时不接触。然后，如图1D所示，在第一硅基板I的形成隔离壁3的ー侧接合第二硅基板18。通过熔融接合来接合第二硅基板18和第一硅基板I上的隔离壁3。通过层叠抛光的硅基板或上面形成有SiO2膜的基板并执行热处理，通过分子间カ执行熔融接合。当在大气中层叠表面吋，S1-OH的OH基形成氢键。当在这种状态下被加热到几百摄氏度吋，从OH基切掉H2O分子，并且，出现氧的接合。并且，在1000°C或更高的温度下，氧分散于硅晶片中，并且，出现Si原子之间的接合。在图1D中，使用SOI基板作为第二硅基板18。SOI基板是具有在娃基板19 (搬运层(handle layer))和表面娃层21 (活性层)之间插入氧化娃层20 (BOX层)的结构的基板。然后，如图1E所示，第二硅基板18被减薄，并且，形成单晶硅振动膜23。由于单晶硅振动膜的厚度优选为几U m或更小，因此，通过执行蚀刻、研磨或CMP (化学机械抛光)，将第二硅基板18减薄。它可通过背研磨和CMP被减薄到约2 ii m。如图1E所示，在使用SOI基板作为第二硅基板的情况下，通过去除搬运层19和BOX层20执行SOI基板的减薄。可通过研磨、CMP或蚀刻去除搬运层19。可通过氧化膜蚀刻(干式蚀刻或诸如通过氢氟酸的湿式蚀刻)去除BOX层20。由于诸如通过氢氟酸的湿式蚀刻可防止硅被蚀刻，因此，能够减少由蚀刻导致的单晶硅振动膜23的厚度变化，从而，这是更优选的。由于SOI基板的活性层21具有小的厚度变化，因此，可以减小单晶硅振动膜23的厚度变化，可以减小振动膜23的弹簧常数的变化，并且，可以减小电容型换能器的性能变化。然后，形成在驱动电容型换能器时施加电压并提取信号所需要的电极。电极只需要能够在单晶硅振动膜23与第一硅基板I之间施加电压，并且，其形成位置和结构不被特别限制。单晶硅振动膜23可被用作共用电极，可以分割第一硅基板1，并且可以使用分割的硅基板I作为信号提取电扱。并且，可以使用第一硅基板I作为共用电极，并且，单晶硅振动膜23可被用作信号提取电扱。图1F和图1G所示的例子具有使用单晶硅振动膜23作为信号提取电极并使用第ー硅基板I作为共用电极的配置，并且，它是在振动膜23侧形成信号提取电极的布线和电极衬垫的配置的例子。在图1F中，为了确保第一硅基板I的导通，形成接触孔25。在图1G中，形成电极27、布线和电极衬垫26。将在后面描述的例子I中详细描述这些处理。然后，如图1G所示，为了使具有単元的电容型换能器元件101与剰余部分电气分离，在各电气分离边界103的一部分处去除单晶硅振动膜23。可通过干式蚀刻和湿式蚀刻等去除单晶硅振动膜23。因此，电容型换能器元件101与不具有単元102的部分电气分离。可通过在各第一电极衬垫26与图2所示的第二电极衬垫104之间施加电压来向电容型换能器元件101施加电压，由此，电容型换能器元件101可被驱动。
本实施例的电容型换能器的制造方法可通过在形成第二绝缘膜10之前设置台阶形状的隔离壁3来控制由在形成第二绝缘膜10时产生的鸟嘴13导致的接合界面处的突起的产生。隔离壁3以第一硅基板I侧的宽度4比其相对侧的宽度5宽为特征。因此，在接合第二硅基板之前去除突起的处理变得不必要，并且，可以减小间隙底面处的绝缘层的平坦性的变化。因此，可以减小电容型换能器的元件和単元的击穿强度的变化，并且，可以增加元件的均匀性，并且，可以提高装置的可靠性。下面将描述上述的比较例。将參照图2、图4A、图4B、图4C、图4D、图4E、图4F、图4G、图4H和图41描述比较例的制造方法。图4A 41是第一硅基板I侧的隔离壁3的宽度4与另ー侧的宽度5相同的情况下的比较例的制造方法。图41是图4D的部分放大图。还如比较例的图4A所示，在第一硅基板I上形成第一绝缘层2。在本比较例中，通过湿式氧化形成它。氧化温度为1050°C。第一硅基板I的电阻率为0. 01 Q cm。第一绝缘层2是通过热氧化形成的氧化硅，并且，其厚度为220nm。通过热氧化形成的氧化硅具有非常小的表面粗糙度，因此，即使在第一硅基板上形成氧化硅，也可防止第一硅基板的表面粗糙度的増加，这里表面粗糙度为Rms = 0. 2nm或更小。特别是在通过使用熔融接合进行接合的情 况下，当该表面粗糙度大时，例如，当Rms = 5nm或更大时,接合变得困难并且会导致接合不良。在通过热氧化形成的氧化硅的情况下，由于表面粗糙度不増加，因此，不太可能出现接合不良，由此可以提闻制造广量。然后，如图4B所示，形成隔离壁3。可通过湿式蚀刻或干式蚀刻形成隔离壁3。隔离壁3的高度为与第一绝缘层2的厚度相同的220nm。其宽度4和5为11 y m。隔离壁3的布置间隔9为39 iim，并且被形成为使得单元102被布置于四行X4列中。然后，如图4C所示，形成第二绝缘层10。在本比较例中，通过湿式氧化形成它。氧化温度为1050°C。绝缘层10是通过热氧化形成的氧化硅，并且，其厚度12在间隙24的底面33处为200nm。当形成第二绝缘层10时，在隔离壁3的端部处产生鸟嘴13。由于该现象，因此，在要接合第ニ硅基板18的边界处产生由鸟嘴13上推的突起14。突起14的高度为12nm，并且，宽度为
IU m。如果在图4C所示的存在突起14的状态下执行图4E所示的与第二硅基板18的熔融接合，那么出现接合不良，并因此不能执行随后的处理，因此执行图4D所示的处理。在图4D的处理中，在要接合第二硅基板18的边界处产生的突起14被去除。可通过借助于干式蚀刻或湿式蚀刻的去除执行突起14的去除。在本比较例中,执行通过干式蚀刻的去除。在去除突起14时，考虑光掩模的对准的位移，并且，39um±3um的区域以环形形状被去除以与隔离壁3的各布置间隔9的39 y m对应。去除量为50nm，并且，在去除之后形成単元直径28。图41表示去除之后的结构的放大图。通过环形形状的去除，去除之后的突起14处于从它们在去除之前的位置向着第一硅基板I侧降低50nm的位置处。去除部分处的突起的尺寸和宽度与去除之前的突起14的尺寸和宽度相同。关于去除之前的隔离壁3的布置间隔9的39 ii m,由于各去除部分的宽度在去除之后向着两端加宽3 u m,因此，要接合第二硅基板18的边界处的单元直径28变为约45 u m。因此，接合第二硅基板18的边界变得平坦。此外，由于考虑光掩模的对准的位移，因此，去除间隙底面处的第二绝缘层10的部分，由此产生具有宽度29的环形凹陷34。然后，如图4E所示，第二硅基板18被熔融接合。在图4E中，使用SOI基板作为第ニ硅基板18。然后，如图4F所示，第二硅基板18被减薄，并且，形成单晶硅振动膜23。间隙24构成电容型换能器的电容器。然后，如图4G所示，形成接触孔25以从形成振动膜23的一侧确保第一硅基板I的导通。首先，通过干式蚀刻、湿式蚀刻等去除振动膜的要形成接触孔的部分处的一部分。然后，通过干式蚀刻、湿式蚀刻等去除绝缘层。因此，第一硅基板I被露出，并且，可以形成接触孔25。在本比较例中，通过干式蚀刻去除振动膜的要形成接触孔的部分，并且，通过湿式蚀刻去除绝缘层。因此，第一硅基板I被露出，并因此可以形成接触孔。然后，如图4H和图2所示，设置向各电容型换能器元件101施加电压所需要的电极27和第一电极衬垫26。首先，为了提高第一硅基板I和单晶硅振动膜23的导电性能，在第一硅基板I和单晶硅振动膜23上形成具有令人满意的导电性的金属膜。所述金属膜可使用诸如Al、Cr、T1、Au、Pt和Cu等的金属。要成为电极27的金属膜具有期望的厚度，并且，优选具有不会阻碍振动膜的振动的程度的厚度。并且，连接电极27与第二电极衬垫104的部分优选具有会表现期望的布线电阻的厚度。要成为第一电极衬垫26和第二电极衬垫104的金属膜优选具有可确保导电性的程度的厚度。这些金属膜的厚度可通过由单次沉积和蚀刻的形成而形成为相同的厚度，或者可通过多次沉积和蚀刻形成为具有不同的厚度。在沉积金属膜之后，通过构图形成电极27、第一电极衬垫26和第二电极衬垫104。可将设置电极衬垫和布线的位置设定在期望的位置处。在本比较例中，Al被沉积为200nm，并且，通过构图形成电极27、布线、第一电极衬垫26和第二电极衬垫104。然后，通过干式蚀刻去除已设置Al的位置以外的部分处的单晶硅振动膜23。因此，电容型换能器元件101在电气分离边界103处与不具有单元的它们的周边电气分离。可通过在各第一电极衬垫26与第二电极衬垫104之间施加电压，向电容型换能器元件101施加电压。将參照图41描述在本比较例中制造的电容型换能器阵列的单元102的击穿电压。在图4D中，通过去除突起14，间隙底面处的第二绝缘膜10的厚度变得不同，并且，间隙底面的平坦性劣化。在本比较例的情况下，相对于间隙底面处的第二绝缘膜10的厚度12的200nm，通过去除突起导致的凹陷34的下部处的第二绝缘膜10的厚度为150nm或更小。击穿电压的变化变为160 120V，这里，变化为25%。在凹陷34的下部处的第二绝缘膜10的厚度进ー步减薄的情况下，击穿电压的变化变得更大。本发明通过借助于形成隔离壁以使得第一基板侧的宽度变得比相对侧的宽度大来使得图4D的处理那样的处理变得不必要而抑制击穿电压的变化。以下，将描述本发明的更具体的例子。(例子I)(设置台阶状隔离壁的情况下的例子)将參照图1A 1G、图2和图3描述例子I的电容型换能器的制造方法。本例子基本上与以上的实施例对应。在本例子中，同样，如图1A所示，在第一硅基板I上形成第一绝缘层2。可以与比较例的图4A类似地执行其形成。然后，如图1B所示，形成隔离壁3。可通过湿式蚀刻或干式蚀刻形成隔离壁3。第一硅基板I侧的隔离壁3的宽度4为17 y m，并且，隔离壁3的第一阶的高度6为175nm。另ー侧的宽度5为5 y m，并且，隔离壁3的第二阶的高度7为45nm。并且，隔离壁3的第一阶与第二阶之间的宽度8为3iim。隔离壁3的布置间隔9为33 iim，并且，単元形成为按四行X四列布置。然后，如图1C和图3所示，形成第二绝缘层10。在本例子中，同样，通过湿式氧化形成第二绝缘层10。氧化温度为1050°C。第二绝缘层10是通过热氧化形成的氧化硅，并且，其厚度在间隙24的底面33处为200nm。当形成第二绝缘层10时，在隔离壁3的端部处产生上述的鸟嘴13。由于这种现象，在要接合第二硅基板18的边界处产生由鸟嘴13上推的第一突起14和第二突起15。第一突起14的高度为10nm，并且宽度16为liim。并且，第ニ突起14的高度为2nm，并且宽度17为I y m。然后，如图1D所示，熔融接合第二硅基板18。在图1D中，使用上述的SOI基板作为第二硅基板18。由于在图1C的处理中产生的第二突起15的高度为2nm并由此表面粗糙度Rms〈5nm，因此，可以在不必执行比较例的图4D的处理的情况下执行熔融接合。然后，如图1E所示，第二硅基板18被减薄以形成单晶硅振动膜23。可使得其形成与比较例的图4F类似。然后，如图1F所示，接触孔25从形成振动膜23的ー侧形成，以确保第一硅基板I的导通。可使得其形成与比较例的图4G类似。然后，如图1G和图2所示，设置向各电容型换能器元件101施加电压所需要的电极27和第一电极衬垫26。可使得它们的形成与比较 例的图4H类似。将參照图3描述在本例子中制造的电容型换能器阵列的单元的击穿电压。与比较例相比，由于不执行图4D的处理，因此，间隙底面33处的第二绝缘层10的厚度12是基本上均匀的，并且，间隙底面33的平坦性提高。在本例子的情况下，间隙底面处的第二绝缘层10的厚度12基本上均匀地为200nm。击穿电压变为160V。如上所述，可通过使得第一硅基板I侧的隔离壁3的宽度4比另ー宽度5大，減少在形成第二绝缘层10之后产生的接合界面处的突起。并且，由于可在不去除接合界面处的突起的情况下进行与第二硅基板18的接合并可由此制造元件101，因此，间隙底面处的绝缘膜10的平坦性可提高。因此，可减小电容型换能器的元件中的単元之间以及元件之间的击穿强度的变化，可以增加装置的均匀性，并且，可以提高可靠性。(例子2)(设置倾斜状隔离壁的情况下的例子)将參照图5A 5G、图2和图6描述例子2的电容型换能器的制造方法。本例子的制造方法与例子I基本上相同。图5A 5G是用于描述本例子的制造方法的截面图，图
2是本例子的电容型换能器的顶视图。图5G是沿图2的1G-1G的截面图。图6是图5C的部分放大图。在例子2中，形成倾斜状隔离壁3。如图5A所示，在本例子中，同样，在第一硅基板I上形成绝缘层2。可使得其形成与例子I的图1A类似。然后，如图5B所示，形成隔离壁3。可通过湿式蚀刻或干式蚀刻形成隔离壁3。在本例子的情况下，如图5B所示，可通过执行使用灰度掩模的曝光并执行干式蚀刻形成隔离壁3。第一硅基板I侧的隔离壁3的宽度4为17 ym，并且，另ー侧的宽度5为5iim。隔离壁3的高度为220nm。隔离壁3的布置间隔9为38 y m,并且,所述单元形成为按四行X四列布置。然后，如图5C所示，形成第二绝缘层10。在本例子中，同样，通过湿式氧化形成它。氧化温度为1050°C。第二绝缘层10是通过热氧化形成的氧化硅，并且其厚度12在间隙24的底面处为200nm。当形成第二绝缘层10时，在隔离壁3的端部处产生鸟嘴13。在本例子中，由于隔离壁3的壁面形成为缓和倾斜的表面，因此，不产生局部突起14。通过鸟嘴13上推的第一绝缘层2由于被上推的隔离壁3的倾斜表面而变得具有图6所示的形状。与第二硅基板18的接合界面处的表面粗糙度Rms变为lnm，并且，在一定程度上被鸟嘴上推的部分的宽度30变为I y m,因此，即使在不执行比较例的图4D的处理的情况下，也可执行熔融接
ム
ロ o然后，如图所示，第二硅基板18被熔融接合。在图中，同样，使用SOI基板作为第二硅基板18。然后，如图5E所示，第二硅基板18被减薄，并且，形成单晶硅振动膜23。可使得其形成与例子I的图1E类似。然后，如图5F所示，从形成振动膜23的ー侧形成接触孔25，以确保第一硅基板I的导通。可使得其形成与例子I的图1F类似。然后，如图5G和图2所示，设置向各电容型换能器元件101施加电压所需要的电极27和第一电极衬垫26。可使得它们的形成与例子I的图1G类似。
将參照图6描述在本例子中制造的电容型换能器阵列的单元102的击穿电压。与比较例相比，由于不执行图4D的处理，因此，间隙底面33处的第二绝缘层10的厚度12基本上是均匀的，并且，间隙底面的平坦性提高。在本例子的情况下，间隙底面33处的第二绝缘膜的厚度12基本上均匀为200nm。击穿电压为160V。可以在本例子中实现与例子I类似的效果。虽然已參照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。
权利要求
1.一种机电换能器的制造方法，所述方法包括 通过在第一基板上形成第一绝缘层并去除第一绝缘层的一部分直到第一基板来形成隔离壁； 在去除了第一绝缘层的所述部分之后的第一基板的区域上形成第二绝缘层； 通过在所述隔离壁上接合第二基板形成间隙；和 由第二基板形成隔着所述间隙与第二绝缘层相对的振动膜， 其中，在形成所述隔离壁时，所述隔离壁被形成为使得沿与第一基板垂直的方向，所述隔离壁的间隙侧的高度变得比中心部分的高度低。
2.根据权利要求1的机电换能器的制造方法，其中，第一基板是娃基板。
3.根据权利要求1或2的机电换能器的制造方法，其中，第二基板是硅基板。
4.根据权利要求1或2的机电换能器的制造方法，其中，第二绝缘层是氧化物膜。
5.根据权利要求1或2的机电换能器的制造方法，其中，振动膜是通过减薄第二基板形成的。
6.根据权利要求1或2的机电换能器的制造方法，其中，隔离壁的壁面具有包含至少一个阶的台阶形状，或者所述壁面具有倾斜形状。
7.根据权利要求1或2的机电换能器的制造方法，其中，在形成隔离壁时，所述隔离壁被形成为使得形成第二绝缘层之后的隔离壁的间隙侧的高度不变得比中心部分的高度闻。
全文摘要
本发明涉及一种机电换能器的制造方法。提供一种由绝缘层的平坦性的变化导致的击穿强度的变化更小的机电换能器的制造方法。在机电换能器的制造方法中，在第一基板上形成第一绝缘层，并且，通过去除第一绝缘层的一部分来形成隔离壁，并且，在去除了第一绝缘层的一部分之后的第一基板的区域上形成第二绝缘层。然后，通过在隔离壁上接合第二基板来形成间隙，并且，由第二基板形成隔着间隙与第二绝缘层相对的振动膜。在形成隔离壁时，沿与第一基板垂直的方向的间隙侧的高度变得比中心部分的高度低。
文档编号B06B1/02GK103011054SQ201210344319
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月17日 优先权日2011年9月20日
发明者加藤绫子, 虎岛和敏 申请人:佳能株式会社