麦克风的制造方法

专利名称：麦克风的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种麦克风的制造方法，特别是涉及在半导体衬底上形成有 振动膜的小型麦克风的制造方法。
背景技术：
在麦克风中，当振动膜的上下空间产生静压差时，因静压差而使振动膜 弯曲，进而麦克风的灵敏度降低。因此，有时在半导体衬底与振动膜之间设 置以静压均衡为目的的通风孔。
但是，当由于通风孔而直至使声压均衡时，则振动膜将因声压而不振动。 因此，优选通风孔作为具有高的声阻的通路而形成。通路的截面积变小，且， 通路越长声阻变高。因此，为了形成具有高的声阻的通风孔，就需要形成截 面面积小且路径长的通风孔。
作为形成于半导体衬底上的麦克风，例如有(日本)特表2004 - 506394 号公报(专利文献1 )所公示的技术。该麦克风在半导体衬底与振动膜之间形 成有通风孔。但是，在该麦克风中，通过从背面侧对半导体衬底进行结晶各 向异性刻蚀而在振动膜下形成有空腔。
因此，在该麦克风中，在空腔的周围出现由单晶硅(111 )结晶面或者与 其等效的结晶面所形成的斜面，成为在半导体衬底的背面侧空腔的开口面积 大、而在表面侧空腔的开口面积小的状态。在这样的状态中，与振动膜的大 小相比，空腔的背面侧的开口面积变大，难以实现麦克风的小型化。因此， 在专利文献1所公示的麦克风中，即使可实现声阻大的通风孔，麦克风的小 型化也是困难的。
作为从半导体衬底的外面侧进行刻蚀而形成空腔的方法，例如有(日本) 特开昭62 - 76784号公报(专利文献2)所公示的压力传感器的制造方法。如 图1 (a) ~ (d)所示，在该方法中，半导体衬底11和隔膜12之间形成有牺 牲层13，从隔膜12开设的药液(蚀刻剂)投入口 (蚀刻孔)14开始对牺牲 层13进行各向同性蚀刻而在半导体衬底11的表面与隔膜12之间形成蚀刻窗口 15。然后从该蚀刻窗口 15开始对半导体衬底11进行结晶各向异性刻蚀而
形成空腔16。
但是，当使用该方法制作麦克风时，振动膜(隔膜)的药液投入口直接 与蚀刻窗相连接，因此，当将药液投入口作为通风孔使用时，声阻变得非常 小，振动膜的灵敏度可能降低。另外，由于在振动膜的中央部形成有药液投 入口，因此，振动膜的强度可能降低，或者可能对声特性带来不利影响。
专利文献1:(日本)特表2004 - 506394号公报 专利文献2:(日本)特开昭62 _ 76784号公报

发明内容
本发明是鉴于上述的技术问题而提出的，其目的在于提供一种麦克风的 制造方法，可通过来自表面侧的蚀刻在半导体衬底形成空腔，而且能够很容 易制作声阻大的通风孔。
本发明提供一种麦克风的制造方法，其特征在于，包括在半导体衬底 的表面形成蚀刻保护膜、并在该蚀刻保护膜上开设蚀刻窗口的工序；在所述 蚀刻窗口的内部和所述蚀刻保护膜的上表面以至少一部分连续的方式形成牺 牲层的工序；在所述牺牲层的上方形成振动膜的工序；使用所述蚀刻保护膜 对其具有耐性的蚀刻剂、从夹持在所述振动膜和所述蚀刻保护膜之间、且离
开所述蚀刻窗口的部位开始对所述牺牲层进行蚀刻、开设所述烛刻窗口的工 序；使用所述蚀刻保护膜对其具有耐性的独刻剂、从所述蚀刻窗口开始对所 述半导体衬底进行结晶各向异性刻蚀、在所述半导体衬底的表面侧形成空腔
的工序。另外，由振动膜和蚀刻保护膜夹持，且自蚀刻窗口离开的蚀刻开始 部位未必与牺牲层的蚀刻开始的部位一致。
在本发明的麦克风的制造方法中，在振动膜的下方，在蚀刻窗口的内部 和蚀刻保护膜的上表面以至少一部分连续的方式来形成牺牲层，并使用蚀刻 保护膜对其具有耐性的蚀刻剂，从离开所述蚀刻窗口的部位对牺牲层开始进 行蚀刻，开设蚀刻窗口，并使用蚀刻保护膜对其具有耐性的蚀刻剂，从所述 蚀刻窗口开始对半导体衬底进行结晶各向异性刻蚀而形成空腔，因此，在与 半导体衬底的空腔相邻的位置，在振动膜与半导体衬底表面之间可形成通风 口。另外，由于能够很容易使通风孔的通路变长，因此可得到声阻大的通风 孔，可制造低频特性优良的麦克风。而且，由于可从半导体衬底的表面侧开始进行结晶各向异性蚀刻并在半导体衬底上形成空腔，因此，空腔在背面侧 大幅度拓宽且不会妨碍麦克风的小型化。
本发明的麦克风的制造方法的某实施方式，其特征在于，还具有下述工 序，即，在形成所述牺牲层之后，且在形成所述振动膜之前，利用对用于蚀 刻所述牺牲层的所述蚀刻剂和用于蚀刻所述半导体衬底的蚀刻剂具有耐性的 材料，在所述牺牲层上形成保护膜。根据这样的实施方式，由于可利用保护 膜保护振动膜不受蚀刻剂影响，因而形成振动膜的材料的限制变小，可緩和 麦克风设计时及制造时的限制。
本发明的麦克风的制造方法的其它实施方式，其特征在于，利用对用于 蚀刻所述牺牲层的所述蚀刻剂和用于蚀刻所述半导体衬底的蚀刻剂具有耐性 的材料，在所述振动膜上形成保护膜。根据这样的实施方式，由于可利用保 护膜振动膜不受蚀刻剂影响，因而形成振动膜的材料的限制变小，可缓和麦 克风设计时及制造时的限制。
本发明的麦克风的制造方法的进一步的其它实施方式，其特征在于，利 用同样的蚀刻剂对所述牺牲层进行各向同性蚀刻，而且对所述半导体衬底进 行结晶各向异性蚀刻。根据这样的实施方式，由于可使用同样的蚀刻剂对牺 牲层和半导体衬底连续进行蚀刻，因而可将麦克风的制造工序简单化。
本发明的麦克风的制造方法中的进一步的其它实施方式，其特征在于， 利用与用于蚀刻牺牲层的所述蚀刻剂不同的蚀刻剂，对所述半导体衬底进行 结晶各向异性蚀刻。根据这样的实施方式，用于蚀刻牺牲层的蚀刻剂及用于 蚀刻半导体衬底的蚀刻剂的限制变小。或者对于构成牺牲层的材料的限制变
本发明的麦克风的制造方法中的进一步的其它实施方式，其特征在于， 具备在所述振动膜的上方形成具有固定电极的后面板的工序。根据这样的实 施方式，可制造静电电容型的麦克风。
本发明的麦克风的制造方法中的进一步的其它实施方式，其特征在于， 所述空腔贯通所述半导体衬底的表面和背面。根据该实施方式，可制造能够 从半导体衬底的背面侧拾取声振动的麦克风。
本发明的麦克风的制造方法中的进一步的其它实施方式，其特征在于， 通过将所述牺牲层设置于所述振动膜的形成区域的 一部分，使所述振动膜弯 曲。根据该实施方式，可使振动膜的位移变大，或者了使因应力造成的挠曲变小。
本发明的麦克风的制造方法中的进一步的其它实施方式，其特征在于， 通过将所述牺牲层设置于所述振动膜的形成区域的一部分，在所述振动膜的 表面形成突起。根据该实施方式，在将电极等配置于振动膜的上方的情况下， 可防止变形的振动膜与电极等发生面接触并贴合在一起。
另外，本发明的上述说明的构成要素，可尽可能进行任意组合。


图1 (a) ~图1 (d)是表示现有例的压力传感器的制造工序的剖面图； 图2 (a)是表示本发明实施方式1的麦克风的结构的平面图，图2 (b)
是图2 (a)的X-X线剖面图3是表示除去了后面板状态的实施方式1的麦克风的平面图4 (a) ~图4 (d)是表示实施方式1的麦克风的制造工序的剖面图5 (a) ~图5 (d)是表示实施方式1的麦克风的制造工序的剖面图，
是图4 (d)的续图6 (a) ~图6 (d)是表示实施方式1的麦克风的制造工序的剖面图，
是图5 (d)的续图7是表示振动膜与牺牲层的位置关系的平面图； 图8是说明通风孔的作用的概略图9 (a)及图9 (b)是表示实施方式1的变形例的麦克风的制造工序的 一部分的剖面图10(a) ~图10(c)是表示实施方式2的麦克风的制造工序的剖面图11 (a) ~图11 (c)是表示实施方式2的麦克风的制造工序的剖面图， 是图10 (c)的续图12(a) ~图12(c)是表示实施方式2的麦克风的制造工序的剖面图， 是图11 (c)的续图13 (a)是表示本发明实施方式3的麦克风(除去了后面板)的结构的 平面图，图13 (b)是图13 (a)的Z-Z线剖面图14 (a)是表示形成于Si衬底上的牺牲层的形状的平面图，图14 (b) 是其剖面图15(a) ~图15(d)是表示实施方式3的麦克风的制造工序的剖面图，是图14 (d)的续图16(a) ~图16(d)是表示实施方式3的麦克风的制造工序的剖面图， 是图15 (d)的续图17是表示对牺牲层进行各向同性蚀刻的情况和对Si衬底进行结晶各 向异性蚀刻的情况的概略图。
附图标记i兌明21麦克风
22Si衬底
23空腔
24振动膜
25支柱
26通风孑L
27后面板
29固定电极
31药液投入口
32、 33:保护膜34蚀刻窗口
35.牺牲层
36牺牲层
37:保护膜
38:保护膜
41:麦克风
42:振动膜支承层
43:保护膜
44:蚀刻窗口
45:保护膜
46:蚀刻孔
51:麦克风
52:挡块
53:弯曲部
具体实施例方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。 (实施方式1 )
图2(a)是表示本发明实施方式1的麦克风21的结构的平面图，图2(b) 是图2 (a)的X-X线剖面图。另外，图3是表示除去了后面板状态下的实 施方式1的麦克风21的平面图。
麦克风21中，在(IOO)面或者(110)面的Si衬底22的表面侧凹设有 空腔23，且以覆盖空腔23的方式在Si衬底22上设置有振动膜24。空腔23 是通过从表面侧对Si衬底22进行结晶各向异性蚀刻而形成的，外周面为由 (111)结晶面或者与其等效的结晶面所形成的斜面，空腔23的表面侧开口 一方比底面宽。振动膜24通过形成于Si衬底22上面的支柱25支承四角， 在振动膜24下面的四边与Si衬底22上面之间开设有厚度变薄且通路长度长 的通风孔26。
在Si衬底22的上面，以覆盖振动膜24上方的方式配置有后面板27，后 面板27的外周部下面被固定于Si衬底22的上面。在后面板27上穿设有多 个声孔28。另外，在后面板27的上面，通过金属材料形成有固定电极29， 在固定电极29上穿设有与声孔28 —致的声孔30。
另夕卜，符号31是在麦克风21的制造工序中所使用的后面板27的药液投 入o 。
该麦克风21中，当声振动在空气中及水中等传播时，该声振动通过声孔 30、 28进入麦克风21的内部，使振动膜24振动。当振动膜24发生振动时， 振动膜24 (可动电极)与固定电极29之间的静电电容发生变化，因此，通过 斗全测该静电电容的变化就可以感知到声振动。
下面，参照图4(a) 图4(d)、图5(a) 图5(d)、图6(a) ~6 (d)、图7来说明上述麦克风21的制造工序。在此，图4(a) ~ (d)、图5 (a) ~ (d)、图6(a) ~ ( d )表示相当于图2中Y - Y线截面的截面。^旦 是，虽然在晶片上一起制造多个麦克风21,但在下述的说明中只图示一个麦 克风21并进行说明。
首先，如图4 (a)所示，在(100)面或者(110)面的Si衬底22 (晶片) 的表面及背面，通过热氧化法形成由Si02构成的保护膜32 (蚀刻保护膜)和 保护膜33。其次，在Si衬底22的表面，使用光刻技术局部地除去要形成空腔23的区域的保护膜32,与要形成空腔23的上面开口相对应来开设蚀刻窗 口 34。
自保护膜32之上开始在Si衬底22的表面形成多晶硅薄膜，并使用光刻 技术光刻对多晶硅薄膜进行图案化。由此，在蚀刻窗口 34内在Si村底22的 表面形成由多晶硅薄膜构成的牺牲层35。另外，在保护膜32的上表面，在要 形成通风孔26的区域以与牺牲层35连续的方式形成牺牲层36。此时的状况 如图4(b)所示。
然后，自牺牲层35、 36之上开始在Si衬底22的表面形成由Si02构成的 保护膜37，如图4(c)所示，用保护膜37遮盖牺牲层35、 36。在保护膜37 上形成多晶硅薄膜，并使用光刻技术除去多晶硅薄膜的不需要部分，如图4 (d)所示，在保护膜37上形成由多晶硅薄膜构成的振动膜24。此时，如图 7所示，从垂直于振动膜24的方向观察时，牺牲层35比振动膜24的周围的 更向内侧凹入，牺牲层36以避开振动膜24的角部的方式从振动膜24的四边 向振动膜24的外侧突出。
另外，如图5 (a)所示，在振动膜24上形成有由Si02构成的保护膜38， 并用保护膜38遮盖振动膜24。
在使表面侧的保护膜32、 37、 38与后面板27的内面形状相对应并进行 了蚀刻加工之后，如图5 (b)所示，在保护膜32、 37、 38的表面形成SiN 膜，并由SiN膜形成后面板27。另外，在后面板27的边缘，在与牺牲层36 的端部对应的位置开设药液投入口 31，使保护膜37从药液投入口 31露出。
另外，如图5(c)所示，在后面板27的表面形成Cr膜，并在其上形成 Au膜，在得到Au/Cr膜后，将Au/Cr膜蚀刻成规定形状，并制作固定电 极29。
另外，如图5(d)所示，自蚀刻孔31使HF水溶液等的蚀刻剂与保护膜 37接触以除去部分保护膜37,使牺牲层36在蚀刻孔31下露出。
牺牲层36露出后，将Si衬底22浸渍于TMAH等蚀刻剂中。当将Si衬 底22浸渍于TMAH等蚀刻剂中时，则如图6(a)所示，多晶硅牺牲层36通 过从蚀刻孔31侵入的TMAH等蚀刻剂进行各向同性蚀刻。
当牺牲层36^皮进行各向同性蚀刻时，蚀刻剂侵入到^皮除去的痕迹的空间， 在牺牲层36蚀刻掉的痕迹上形成通风孔26的一部分。但是，即使蚀刻剂侵 入到牺牲层36的痕迹，由于在此Si衬底22的表面由保护膜32覆盖，因此，Si衬底22的表面不会^皮蚀刻。
另外，当牺牲层36 #1蚀刻，蚀刻剂到达牺牲层35,且牺牲层35被TMAH 等蚀刻剂进行各向同性蚀刻时，如图6(b)所示，在牺牲层35被蚀刻之后的 空间开设蚀刻窗口34。在此，由于振动膜24与保护膜32之间的空间的蚀刻 开始位置a位于离开蚀刻窗口 34端的位置，因此，可在振动膜24与保护膜 32之间的空间生成通风孔26，而且可使通风孔26的通路长度变长。另外， 在该实施方式中，蚀刻开始位置a位于振动膜24端，与牺牲层36的蚀刻开 始位置不同。
当Si衬底22的表面从蚀刻窗口 34露出时，TMAH等蚀刻剂侵入到蚀刻 窗口 34并对Si衬底22从表面侧向背面侧进行结晶各向异性蚀刻，进而在水 平方向也进行牺牲层35及Si衬底22的蚀刻。其结果如图6(c)所示，在 Si衬底22的表面侧形成空腔23。空腔23在其上面开口与蚀刻窗口 34相一 至丈时4f止々虫刻。
这样牺牲层35、 36被完全蚀刻，如果空腔达23到所期望的深度，从蚀 刻剂中提起Si衬底22结束空腔23的蚀刻。
然后，如图6(c)所示，通过蚀刻在固定电极29开设声孔30,进而通 过蚀刻在后面板27上也开设声孔28。
其后，用HF水溶液等蚀刻除去保护振动膜24的保护膜32、 37、 38。此 时，在振动膜24的四角残留保护膜32、 37以形成支柱25。同时，也除去背 面侧的保护膜35，完成如图2 (a) (b)所示的结构的麦克风21。
在实施方式1的麦克风21中，由于通过从表面侧对Si衬底22进行结晶 各向异性蚀刻而形成空腔23，因此，在背面侧空腔23没有扩大，而可避免因 空腔导致麦克风21的芯片尺寸大型化。
另夕卜，并不限于从表面侧蚀刻空腔23,不需要在振动膜24上形成蚀刻孔， 不用担心蚀刻孔会使振动膜24的强度降低，或者使振动膜24的声特性变化。
另外，振动膜24只是由支柱25固定其一部分(即四角部分)，因此，可 使振动膜24柔软地变形而易于发生弹性变形，提高麦克风21的灵敏度。
另外，在该麦克风21中，由于通过通风孔26将振动膜24的上面侧与下 面侧连通，因此，可利用振动膜24的上面侧与下面侧的静压差防止因振动膜 挠曲而引起的麦克风21的灵敏度下降。
而且，该麦克风21中，由于通过使药液投入口 31与蚀刻窗口 34的边缘的距离变长，可使通风孔26的通路长度变长，因此，可提高通风孔26的声 阻，由此可改善麦克风21的低频特性。这一点的定量说明如下。
通风孔的电阻成分Rv用数学式表示就是
Rv= (8(ita2) / (Sv2)...(数学式l)
其中，ia为通风孔的摩擦损失系数，t为通风孔的通路长度，a为振动膜 的面积，Sv为通风孔的面积。另外，麦克风的衰减(口一/P才7)频率fL(灵 敏度下降的极限频率)用下述数学式表示，即，
1/fL-2兀Rv (Cbc + Csp)…(数学式2)
其中，Rv为上式的电阻成分，Cbc为空腔的声顺(音響3少:/，一了v 7)， Csp为振动膜的刚性(7亍Y7氺7、)系数。
在实施方式1的麦克风21中，如上所述，通过使药液投入口 31的位置 离开蚀刻窗口 34的边缘，可将Si衬底22上面与振动膜24之间的通风孔26 的通路长度t变长。因此，在麦克风21中，由上述(数学式l)得知，通过 使通风孔26的通路长度t变长，可使声阻非常高，另外，由上述(数学式2) 得知，由于可改善半导体传感器元件61、 62的低频特性，因此，可得到作为 麦克风优选的特性。
在美国专利第5452268号等中，为了提高声阻而减小通风孔开口部的截 面积。但是，要减小通风口的截面积在工艺流程上有限制，不能够得到有效 的预期效果。与此相对，由于在实施方式1的麦克风21中使通风孔26的通 路变长，因而，如图8所示，可使通过通风孔26后的声振动非常小，如上所 述，可改善麦克风21的低频特性。
图9是表示实施方式1的变形例的制造工序的剖面图。该变形例是使空 腔23贯通Si衬底22的表面和背面。作为其制造方法，如图9(a)所示，在 经过了上述图4(a) 图4(d)、图5(a) 5(d)及图6(a)(b)所示的 工序之后，通过蚀刻窗口 34从Si衬底22的表面侧进行结晶各向异性蚀刻。 蚀刻窗口 34开设得比实施方式1大，在利用结晶各向异性蚀刻形成空腔23 时，将Si衬底长时间浸渍于TMAH等蚀刻剂中。其结果是，空腔23不久就 达到Si衬底22的背面，贯通到Si衬底22的表面和背面。之后，如图9 ( b ) 所示，以残留支柱25的方式，用HF水溶液等除去保护振动膜24的保护膜 32、 37、 38。
根据这样的变形例，由于较大地取得空腔23的容积，因此，麦克风的声特性4是高。即，空腔23的声顺(背腔的声顺)Ccav用下式表示， Ccav = Vbc/ (pc2Sbc)…(数学式3)
其中，Vbc为空腔23的体积(背腔体积)，pc2为空气的体积弹性模量， Sbc为空力空23的开口部的面积。
在上述变形例中，通过使空腔23贯通Si衬底22的表面和背面两面，与 开口面积相比可形成体积大的空腔23,因此，由上述(数学式3)得知，可 使贯通孔14的声顺增大，即使开设通风孔63也难以降低灵敏度。
另外，在上述变形例中，由于空腔23贯通表面和背面，因而从背面侧也 能够感知到声振动。 (实施方式2)
图10(a) 图10(c)、图ll(a) 图ll(c)及图12 (a) ~图12 (c) 是表示本发明实施方式2的麦克风41的制造工序的剖面图。在由该制造工序 得到的麦克风41中，在对牺牲层35、 36或Si衬底22进行蚀刻时，不需要 用于保护振动膜24不受蚀刻剂损害的保护膜，因此，可简化麦克风41的成 膜工序。下面，说明该制造工序。
首先，如图10 (a)所示，在(100)面或者(110)面的Si衬底22 (晶 片)的表面及背面形成由SiN构成的振动膜支承层42 (蚀刻保护膜)和保护 膜43。接着，在Si衬底22的表面，使用光刻技术部分地除去要形成空腔23 的区域的振动膜支承层42，与要形成的空腔23的上面开口相对应来形成蚀刻 窗口 44。
自振动膜支承层42上开始在Si衬底22的表面形成Si02薄膜，使用光刻 技术对Si02薄膜进行图形化。由此，在蚀刻窗口 44内将由Si02薄膜构成的 牺牲层35形成于Si衬底22的表面。另外，在振动膜支承层42的上面，在 要形成通风孔26的区域，以与牺牲层35连续的方式形成由Si02薄膜构成的 牺对生层36。此时的状态如图10 (b)所示。
然后，如图10 (c)所示，从牺牲层35、 36上开始在Si衬底22的表面 形成由SiN构成的振动膜24,用振动膜24覆盖牺牲层35、 36。之后，在通 过蚀刻形成振动膜24的基础上，如图11 (a)所示，在振动膜24上形成Si02 薄膜并形成保护膜45，利用保护膜45覆盖振动膜24及振动膜支承层42。
如图11 (b)所示，使保护膜45与后面板27的内面形状相对应进行了蚀 刻加工后，在保护膜45的表面形成SiN膜并形成后面板27。另外，在后面板27上形成由Au/Cr构成的固定电才及29。
如图11 (c)所示，通过蚀刻在固定电极29上开设声孔30，接着，在后 面板27上开设药液投入口 31和声孔28。进而通过从药液投入口 31对其正下 方的保护膜45和振动膜24的端部进行开口 ，由此在药液投入口 31的正下方 在振动膜24上开设蚀刻孔46，使牺牲层36从蚀刻孔46露出。
之后，当将Si衬底22浸渍于HF水溶液中时，HF水溶液对Si02进行各 向同性蚀刻，因此，如图12 (a)所示，利用从药液投入口 31侵入的HF水 溶液而对保护膜45进行各向同性蚀刻，进而利用从蚀刻孔46侵入的HF水溶 液对牺牲层36进行各向同性蚀刻。
当对牺牲层36进行各向同性蚀刻时，在对牺牲层36进行了各向同性蚀 刻的痕迹形成通风孔26的一部分。另外，当对牺牲层36进行蚀刻使HF水溶 液到达牺牲层35时，则通过HF水溶液对牺牲层35进行蚀刻，并在蚀刻除去 了牺牲层35的痕迹的空间开设蚀刻孔34。
如图12(b)所示，牺牲层36及35被完全蚀刻除去，而保护膜45残留 后面板27的下面的部分如果被蚀刻，就将Si衬底22从HF水溶液中提起。 在此，由于振动膜24与振动膜支承层42之间的空间的蚀刻开始位置a位于 离开蚀刻窗口 34端的位置，因此，可在振动膜24与振动膜支承层42之间的 空间生成通风孔26，而且可使通风孔26的通^各长度变长。另外，在该实施方 式，蚀刻开始位置a在蚀刻孔46的位置，与牺牲层36的蚀刻开始位置一致。
然后，将Si衬底22浸渍于TMAH等蚀刻剂中。该蚀刻剂从蚀刻孔46 侵入到蚀刻窗口 44并从表面侧开始对Si衬底22进行结晶各向异性蚀刻。如 图12(c)所示，与实施方式l的情况相同，在Si衬底22的上面侧形成空腔 23。这样，如果形成所期望的空腔23,就将Si衬底22从TMAH等蚀刻剂中 提起，进行清洗及干燥后制作成麦克风41。
只要这样制作麦克风41,可只通过来自Si衬底22的表面侧的蚀刻，开 设比背面侧的幅度小的空腔23，可将麦克风41小型化。另外，虽然在振动膜 24上开设有蚀刻孔46，但是，由于这作为通风孔26的开口端，并设置于离 开振动膜24的振动部分的位置，因此，使麦克风41的振动膜24的物理特性 变化、或者使振动膜24的强度降低的可能性降低。
另外，在实施方式2的情况下，由于振动膜24由对于用于蚀刻Si衬底 22的TMAH等蚀刻剂具有耐性的材料(SiN)形成，因此，如实施方式1所述，不需要保护振动膜24下面的保护膜，在麦克风41的制造工序中可简化 成膜作业，可降低麦克风41的制造成本。
另外，在实施方式l的情况下，由于利用同样的蚀刻剂进行结晶各向异 性蚀刻和各向同性蚀刻，因此，结晶各向异性蚀刻和各向同性蚀刻在相同的
装置内连续进行，作业效率高。与此相对，在实施方式2的情况下，由于将 结晶各向异性蚀刻和各向同性蚀刻作为不同工序，因而结晶各向异性蚀刻的 装置和各向同性蚀刻的装置的限制减少，例如各向同性蚀刻也可以是使用了 腐蚀性气体等的化学性蚀刻。 (实施方式3)
图13 (a)是表示本发明实施方式3的麦克风51的结构的平面图，图13 (b)是图13 (a)的Z-Z线剖面图。该麦克风51在振动膜24上设置有折 皱结构(皴構造)及挡块52等功能部分。
振动膜24的折皱结构由做成了四角环状的弯曲部53构成。弯曲部53以 其截面向振动膜24的上面侧突出的方式弯曲。这样，只要在振动膜24上形 成折皱结构，则振动膜24的位移变大，或者应力引起的挠曲变小，这在"The fabrication and use of maicromachined corrugated silicon diaphragms" ( J. H. Jerman， Sensors and Actuators A21-A23 pp.998-992, 1992 )中有报告。
挡块52是振动膜24的表面突出为圓形的突起状的结构。在静电电容式 的麦克风51的情况下，振动膜24为可动电极，在振动膜24的上方配置固定 电极29。在静电电容式的麦克风51的情况下，只要振动膜24的上面设置有 挡块52，即使振动膜发生很大变形的情况下，也可通过使挡块52与固定电极 抵接，利用静电力防止振动膜24紧贴于固定电极26而不能复位。
图14 (a) (b)、图15 (a) ~ (d)、图16 (a) ~ (d)、图17是说明上 述麦克风51的制造工序的图。下面参照图14~图17来说明麦克风51的制造 工序。首先，如图14 (a) (b)所示，在Si衬底22的表面及背面利用Si02 薄膜形成保护膜32 (蚀刻保护膜)及保护膜33。接着，在成为空腔23的上 面开口的区域内，在要设置弯曲部53及挡块52的部位对保护膜进行蚀刻而 开:&蚀刻窗口 34。
然后，自保护膜32上开始在Si衬底22的整个面上形成多晶硅薄膜，以 将该多晶硅薄膜做成规定图形的方式进行蚀刻，并通过残留于保护膜32的蚀 刻窗口 34内的多晶硅薄膜形成牺牲层35，而且在保护膜32的上表面将牺牲层36形成于要形成通风孔26的区域。
接着，如图15 (a)所示，自牺牲层35、 36上开始用由Si02构成的保护 膜覆盖Si衬底22的表面。由于此时保护膜37形成于各牺牲层35、 36上， 因而在各牺牲层35、 36的部分保护膜37向上方突出。
如图15 (b)所示，在保护膜37上形成由多晶硅薄膜构成的振动膜24。 振动膜24在各牺牲层35、 36的区域经由保护膜37由各牺牲层36支承，因 此，在牺牲层35、 36上形成有弯曲部53及挡块52。
另外，如图15 (c)所示，在振动膜24上形成由SK)2构成的保护膜38 以遮盖振动膜24。而且，使保护膜37、 38与后面板27的内面形状相对应进 行蚀刻加工之后，如图15 (d)所示，在保护膜45的表面形成SiN膜并形成 后面板27。进而在后面板27上形成由Au/Cr构成的固定电极29。
如图16 (a)所示，通过蚀刻在固定电极29上开设声孔30，接着，在后 面板27上开设药液投入口 31和声孔28。进而从药液投入口 31将正下方的保 护膜38、 37局部开口， j吏牺牲层36在药液投入口 31的下方露出。
之后，当将Si衬底22浸渍于TMAH等蚀刻剂中时，TMAH等蚀刻剂对 多晶硅进行各向同性蚀刻，因此，如图16(b)所示，利用从药液投入口 31 侵入的蚀刻剂对牺牲层36进行各向同性蚀刻。
当对牺牲层36进行各向同性蚀刻时，在其痕迹空间侵入TMAH等蚀刻
另外，当对牺牲层36进行蚀刻使蚀刻剂到达牺牲层35时，则如图17中细线 的箭头所示，通过HF水溶液对牺牲层35进行各向同性蚀刻，在对牺牲层35 进行了蚀刻之后的空间开设蚀刻窗口 34。
当开设蚀刻窗口 34时，如图17中粗线的箭头所示，从蚀刻窗口 34的边 缘部开始进行Si衬底22的结晶各向异性蚀刻，如图16(c)所示，Si衬底 22在表面侧形成空腔23。
其结果是，在Si衬底22的表面侧在比蚀刻窗口 34靠内侧的区域可形成 被蚀刻的空腔23。这样，在完全形成了空腔23的时刻，将Si衬底22从TMAH 等蚀刻剂中提起。
将Si衬底22洗净之后，用HF水溶液蚀刻除去由Si02构成的保护膜32、 37、 38，如图16(d)所示，在只残留有保护膜37形成的支柱25的时刻结束 蚀刻，进行洗净及干燥制而完成麦克风51。另外，在实施方式1 3中，虽然是通过TMAH等蚀刻剂对Si衬底或由 多晶硅构成的牺牲层等进行了蚀刻，但是作为该蚀刻剂，除了TMAH之外， 也可使用KOH、 EDP等。另外，作为半导体衬底，除了Si衬底之外，也可 以使用化合物半导体村底等。
权利要求
1、一种麦克风的制造方法，其特征在于，包括在半导体衬底的表面形成蚀刻保护膜、并在该蚀刻保护膜开设蚀刻窗口的工序；在所述蚀刻窗口的内部和所述蚀刻保护膜的上表面以至少一部分连续的方式形成牺牲层的工序；在所述牺牲层的上方形成振动膜的工序；使用所述蚀刻保护膜对其具有耐性的蚀刻剂、从夹持在所述振动膜和所述蚀刻保护膜之间、且离开所述蚀刻窗口的部位开始，对所述牺牲层进行蚀刻、开设所述蚀刻窗口的工序；使用所述蚀刻保护膜对其具有耐性的蚀刻剂、从所述蚀刻窗口开始对所述半导体衬底进行结晶各向异性蚀刻、在所述半导体衬底的表面侧形成空腔的工序。
2、 如权利要求1所述的麦克风的制造方法，其特征在于，还具有下述 工序，即，在形成所述牺牲层后，且在形成所述振动膜之前，利用对用于蚀 刻所述牺牲层的所述蚀刻剂和用于蚀刻所述半导体衬底的蚀刻剂具有耐性 的材料，在所述牺牲层上形成保护膜。
3、 如权利要求1所述的麦克风的制造方法，其特征在于，利用对用于 蚀刻所述牺牲层的所述蚀刻剂和用于蚀刻所述半导体衬底的蚀刻剂具有耐 性的材料，在所述振动膜上形成保护膜。
4、 如权利要求1所述的麦克风的制造方法，其特征在于，利用同样的 蚀刻剂对所述牺牲层进行各向同性蚀刻，而且对所述半导体衬底进行结晶各 向异性蚀刻。
5、 如权利要求1所述的麦克风的制造方法，其特征在于，利用与用于 蚀刻牺牲层的所述蚀刻剂不同的蚀刻剂，对所述半导体衬底进行结晶各向异 性蚀刻。
6、 如权利要求1所述的麦克风的制造方法，其特征在于，具备在所述 振动膜的上方形成具有固定电极的后面板的工序。
7、 如权利要求1所述的麦克风的制造方法，其特征在于，所述空腔贯 通所述半导体衬底的表面和背面。
8、 如权利要求1所述的麦克风的制造方法，其特征在于，通过将所述 牺牲层设置于所述振动膜的形成区域的 一部分，使所述振动膜弯曲。
9、 如权利要求1所述的麦克风的制造方法，其特征在于，通过将所述 牺牲层设置于所述振动膜的形成区域的一部分，在所述振动膜的表面形成突 起。
全文摘要
本发明涉及一种麦克风的制造方法。使牺牲层(36)从药液投入口(31)露出，利用从药液投入口(31)导入的蚀刻剂将牺牲层(36)和牺牲层(35)蚀刻除去。由于在除去了牺牲层(35)后的痕迹的蚀刻窗口(34)使Si衬底(22)的表面露出，因此，在蚀刻窗口(34)的下方对Si衬底(22)进行结晶各向异性蚀刻并产生空腔(23)。与此相对，由于在蚀刻除去了牺牲层(36)的空间，Si衬底(22)的表面由保护膜(32)覆盖，因此，Si衬底(22)未被蚀刻而在此形成通风孔(26)。可通过来自表面侧的蚀刻在半导体衬底形成空腔。另外，能够很容易制造声阻大的通风孔。
文档编号H01L21/306GK101422053SQ200780013260
公开日2009年4月29日 申请日期2007年2月23日 优先权日2006年4月27日
发明者堀本恭弘, 笠井隆 申请人:欧姆龙株式会社