微电子机械系统传声器及其制造方法

专利名称：微电子机械系统传声器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种微电子机械系统传声器及其制造方法。
背景技术：
一般，传声器是将声音转换成电信号的一种装置。所述传声器用于各种通信设备， 如移动终端机等的移动通信设备、耳机或助听器等。这种传声器应具有良好的电子/音响 性能、可靠性及工作性。所述传声器有电容传声器(condenser microphone)和微电子机械系统传声器 (MEMS microphone)等。所述电容传声器通过先分别制造振动板、支撑板及信号处理用印刷电路板等之 后，将所述结构装配在壳的内部而制造完成。这种电容传声器由于制造印刷电路板的工序 和制造电容传声器的工序分离，因此生产成本增加，且在其小型化也受到了限制。所述微电子机械系统传声器利用半导体工序将振动板和支撑板等音响感知元件 部分全部制造在一个硅基板上。在韩国申请号10-2002-0074492(申请日2002年11月27日)中公开了微电子 机械系统传声器。所述微电子机械系统传声器为了在下部电极注入电子，以约1100°c的高 温进行热处理。此时，所述膜(振动板)实质上由金属性下部电极、硅氮化膜及硅氧化膜等 不同物质构成，因此在高温热处理时由于热膨胀系数的差异产生残余应力(压缩应力或膨 胀应力)。随着所述膜受到残余应力会产生变形或破裂(crack)。进而，当残余应力施加于 所述膜时，所述膜难以随音响而正确地振动，因此难以将产生的音响正确地转换为电信号。另外，由于所述传声器通过蚀刻硅基板的下侧来调节膜的厚度，因此有可能使所 述膜的厚度不均勻。当所述膜的厚度不均勻时，膜对音响的振动不规则，有可能难以将音响 正确地转换为电信号。在国际公开号W02007/112743(
公开日2007年03月四日)中公开了一种氧化 硅基板而形成背容积(back volume)的微电子机械系统传声器制造方法。此时，为了在所 述硅基板形成背容积15而氧化多孔性硅结构9，并形成所述多孔性硅结构，依次进行蒸镀 及蚀刻导电层2、金属层3、硅氧化膜4等的工序(la-lh工序)等。为了形成所述多孔性硅 结构必须进行多次工序，因而微电子机械系统传声器的制造时间有可能显著增加。另外，由 于根据电压条件所述多孔性硅结构9的硅的氧化速度有可能不均勻，因此也可能不均勻地 蚀刻所述背容积15。当所述背容积的表面蚀刻不均勻，则所述膜和背容积之间的距离变得 不均勻，因此有可能难以将音响准确地转换成电信号。另外，所述振动膜与硅基板或硅氧化膜的热膨胀系数之差很大。但是，由于所述振 动膜通过硅氧化膜与硅基板接触，因此所述振动膜与硅基板接触的部位因热膨胀系数之差 而可能产生破裂。另外，所述两个对比文献是在硅基板叠层膜和支撑板的结构，因此所述微电子机 械系统传声器的高度只会变高。因此，对制造小型化的传声器受到了限制。

发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够在膜与硅基板接触的部位使残 余应力最小化的微电子机械系统传声器及其制造方法。本发明的另一个目的在于提供一种无需为了在膜和支撑板吸附离子而以高温加 热的微电子机械系统传声器及其制造方法。本发明的另一个目的在于提供一种相比于在硅基板的上侧层叠膜和支撑板的结 构，能够容易地进行牺牲层的平坦化过程，并能够自由地调节所述膜和支撑板的厚度，从而 能够提高传声器的音响特性的微电子机械系统传声器及其制造方法。本发明的再一个目的在于提供一种可以将微电子机械系统传声器的高度减小到 膜和支撑板之间的间距以上的微电子机械系统传声器及其制造方法。
为达到上述目的的本发明一实施方案，提供一种微电子机械系统传声器，包括硅 基板，形成有背腔；支撑板，蒸镀在所述硅基板，形成有多个音孔；膜，以与所述支撑板隔开 而形成空隙的方式蒸镀在所述硅基板；以及应力缓冲部，蒸镀在所述膜和硅基板的接触部 位。本发明的另一个实施方案，提供一种微电子机械系统传声器的制造方法，包括在 硅基板蒸镀应力缓冲部的步骤；在所述应力缓冲部蒸镀膜的步骤；在所述膜蒸镀牺牲层的 步骤；在所述牺牲层蒸镀支撑板而形成多个音孔-的步骤；蚀刻所述硅基板的下侧而形成 背腔的步骤；以及去除所述牺牲层，在所述膜和支撑板之间形成空隙的步骤。本发明再一个实施方案，提供一种微电子机械系统传声器的制造方法，包括在硅 基板蒸镀支撑板的步骤；在所述支撑板蒸镀牺牲层的步骤；在所述硅基板的支撑板边缘蒸 镀应力缓冲部的步骤；在所述应力缓冲部和牺牲层蒸镀膜的步骤；蚀刻所述硅基板的下侧 而形成背腔的步骤；以及去除所述牺牲层，在所述膜和支撑板之间形成空隙的步骤。本发明的效果如下。根据本发明，具有能够在所述膜和硅基板接触的部位使残余应力最小化的效果。 进而，具有能够防止在所述膜和硅基板的接触部位产生破裂的效果。根据本发明，具有防止因残余应力而导致膜的变形，从而能够正常进行音压测定 的效果。根据本发明，由于膜和支撑板在低温(约90°C左右的温度)状态下以非电解镀层 法进行蒸镀，因此具有将微电子机械系统芯片和ASIC芯片制成一个芯片的效果。进而，具 有能以一元化的半导体工序制造微电子机械系统传声器的效果。根据本发明，由于在低温状态下制造微电子机械系统传声器，因此具有能够最小 化在所述膜和支撑板本身残留有残余应力的效果。进而，具有防止在所述膜和支撑板与硅 基板的接触部位产生破裂的效果。根据本发明，由于利用非电解镀层法来蒸镀膜和支撑板，因此可以容易地调节所 述膜和支撑板的厚度，从而具有稳定音响特性和增强音响灵敏度的效果。根据本发明，由于在蚀刻硅基板之后通过蒸镀膜和支撑板来形成空隙(air gap)， 因而具有能够准确而简易地形成所述空隙的效果。进而，具有能够减小微电子机械系统传 声器的高度并在基板上稳定地固定膜和支撑板的效果。


图Ia至图Ic是表示在本发明的微电子机械系统传声器的第一实施例中在硅基板 形成空隙形成部的工序的剖面图。面图。
图加至图2c是表示在图Ic的硅基板的空隙形成部蒸镀应力缓冲部的工序的剖
图3a及图北是表示在图2C的硅基板的空隙形成部蒸镀膜的工序的剖面图。 图如及图4b是表示在图北的膜上蒸镀牺牲层和支撑板的工序的剖面图。 图fe至图5c是表示在图4b的硅基板形成背腔和空隙的工序的剖面图。 图6是用于说明图5c的膜和应力缓冲部的作用的概要图。 图7是表示在本发明的微电子机械系统传声器的第二实施例中在硅基板形成空
隙形成部的工序的剖面图。图至8c表示在图7的硅基板的空隙形成部蒸镀支撑板的工序的剖面图。图9a及图9b是表示在图8c的支撑板的上侧蒸镀牺牲层和应力缓冲部的工序的 剖面图。图10是表示在图9b的应力缓冲部和牺牲层蒸镀膜的工序的剖面图。图Ila及图lib是表示在硅基板形成背腔和空隙的工序的剖面图。附图标记说明10,50 硅基板15、55 空隙形成部16,56 倾斜面25、77 膜33,73 牺牲层37、65 支撑板41,81 背腔45、85 空隙20、70:应力缓冲部 20a、20b、20c、70a、70b、70c 物质层
具体实施例方式对为了达到上述目的的本发明微电子机械系统传声器的具体实施例进行说明。对本发明的微电子机械系统传声器的第一实施例进行说明。图Ia至图Ic是表示在本发明的微电子机械系统传声器的第一实施例中在硅基板 形成空隙形成部的工序的剖面图。参照图Ia及图Ib，所述微电子机械系统传声器包括硅基板10。在所述硅基板10 的两侧蒸镀有如氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)等的绝缘保护层11、12(参照图la)。此时， 所述氮化硅利用低压化学汽相蒸镀(LPCVD =LowPressure Chemical Vapor Deposition)在 硅基板10的表面蒸镀保护层11、12。所述硅基板10的上侧的绝缘保护层11为形成空隙形成部15而被蚀刻(参照图 lb)。此时，所述硅基板10的上侧绝缘保护层11可以利用RIE (Reactive Ion Etching)装 置来蚀刻。参照图lc，利用KOH溶液或TMAH溶液蚀刻所述硅基板10的上侧，以已设定的深度 形成所述空隙形成部15。此时，作为所述空隙形成部15的掩模物质(未图示)可以适用氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)等。通过将所述空隙形成部15深度D调节成已设定的深度，能够调节以下要说明的膜 25和支撑板37之间的间距。所述空隙形成部15的深度D可以根据KOH溶液或TMAH溶液 的浓度、蚀刻时间及温度等进行调节。所述KOH溶液或TMAH溶液的浓度、蚀刻时间及温度 等需要根据空隙形成部的深度适当地调节。另外，利用KOH溶液或TMAH溶液进行蚀刻时，所述空隙形成部15的边缘形成具有 约54. 74°的角度a的倾斜面16。此时，在硅结晶的倾斜方向(111面方向)上与KOH溶液 或TMAH溶液的反应速度相对慢，在硅结晶垂直方向(100方向)上与KOH溶液或TMAH溶液 的反应速度相对快。从而，所述空隙形成部15的边缘被蚀刻成具有倾斜面16。图加至图2c是表示在图Ic的硅基板的空隙形成部蒸镀应力缓冲部的工序的剖 面图。参照图加至图2c，在所述硅基板10的空隙形成部15的上侧蒸镀应力缓冲部20。 在所述空隙形成部15和应力缓冲部20的上侧蒸镀膜25。所述应力缓冲部20通过以下工序形成。在所述硅基板10的空隙形成部15表面涂敷感光性掩模物质21。通过曝光及显影 所述感光性掩模物质21，图形化(patterning)用于形成所述应力缓冲部20的区域22a (参 照图2a)。在所述用于形成所述应力缓冲部20的区域2 蒸镀应力缓冲部20 (参照图2b)。 然后，去除所述感光性掩模物质(参照图2c)。所述应力缓冲部20可以由热膨胀系数不同的多个物质层构成。例如，所述应力缓 冲部20可以由铬20a (Cr)、金20b (Au)及聚酰亚胺20c (Polyimide)等叠层而形成。此时，从所述硅基板10起，所述多个物质层20a、20b、20c的热膨胀系数可以越靠 近膜25越大。对此参照以下表格进行详细说明。下述“表”中E表示弹性模数(young‘ s modulus)，a表示热膨胀系数。
物质E (Gpa)a (ppm/°C)Aa (ppm/。C)AaE (MPa/°C)密度 (g/cm3)屈服强度 (Possion's Ratio)热传导系 数 (W/mK)厚度 (um)Si1782.6--2.330.28141395Ni20013.4-10.8-2.168.890.3190.90.3PI2.535-32.4-0.0811.43-0.521Au7814.2-11.6-0.9019.320.423150.3Cr2794.9-2.3-0.647.190.2193.90.05Si3N43002.7-0.1-0.33.30.17800.3[表]从所述硅基板10向膜25侧可以以铬(热膨胀系数4.9)、金(热膨胀系数14. 2) 及聚酰亚胺(热膨胀系数35)的顺序叠层。这里，硅基板的热膨胀系数为2. 6，作为硅基板 的保护层的氮化硅的热膨胀系数为2. 7，镍膜的热膨胀系数为13. 4。所述应力缓冲部20在所述膜25振动时，通过应力缓冲部20的缓冲作用防止在所 述膜25和硅基板10的接触部位产生破裂。图3a及图北是表示在图2C的硅基板的空隙形成部蒸镀膜的工序的剖面图。
参照图3a及图北，在所述硅基板10的空隙形成部15和应力缓冲部20的上侧蒸 镀膜25。此时，在所述膜25形成能够使空气通过的空气通过孔25a(参照图3a)。所述膜 25是随音压而振动的振动板，并且是测定静电容量的电容的下部电极。所述膜25可以通过非电解镀层法(electroless plating)进行蒸镀。这里，非电解镀层法是不从外部接受电能供给，依靠还原剂还原金属离子，在硅基 板的表面上析出金属的方法。这种非电解镀层法与电镀法相比，能够使膜25的厚度整体上 均勻，另外在具有曲折的面上也能够容易形成膜25。所述膜25的非电解镀层法通过以下过程而形成。首先，在形成有所述空隙形成部15的硅基板10的表面涂敷感光性掩模物质21。 通过曝光及显影所述感光性掩模物质21，图形化用于形成膜25的区域。为进行镍非电解镀 层使所述图形化的硅表面表面活性化。在所述被表面活性化的硅基板10的表面，通过非电 解镀层法形成镍膜25 (参照图3a)。形成所述镍膜25之后去除所述感光性掩模物质21 (参 照图北)。最后，清洗所述膜25的表面。另外，由于所述膜25通过非电解镀层在约90°C左右低温下还原置换导电性离子 等，从而无需为了蒸镀所述膜25而像现有技术那样以约1100°C左右的高温进行加热。另外，由于所述膜25由金属性材料构成，因而能够与测定静电容量的外部电路 (例ASIC芯片)电连接。因此，不用像现有技术那样为在聚硅材料的膜层注入导电性离 子，所以不用在膜层进行另外的高温加热工序，从而能够减少制造工序。另外，即使所述膜25和硅基板10的热膨胀系数存在差异，但由于不用高温加热， 因而在所述膜25和硅基板10的接触部位上在非电解镀层工序中几乎不会产生作为残余 应力(residual stress)的压力(compressive stress)或张应力(tensile stress)。结 果，所述膜25几乎不会因残余应力而变形，因而能够使所述膜25正常振动从而稳定音响特 性。另外，在所述膜和硅基板的接触部位几乎不产生残余应力，从而能够防止在所述硅基板 和膜的接触部位上产生破裂。与此相比，现有这样的通过电镀层法形成膜25时，需要在硅基板的表面蒸镀种子 层(seed layer)之后通电。在所述种子层上电流强度分布不均勻，以部分不均勻的强度分 布。此时，在所述膜25上导电性离子以不均勻的厚度镀金，因此所述膜25的厚度有可能整 体上不均勻。但是，本发明非电解镀层法对于膜不存在电流密度差，因而膜的厚度整体上均 勻。另外，作为所述膜25可以适用包含镍的软性导电性材料。由于所述膜25是导电 性材料，因此所述膜25可以导电。进而，由于所述膜25是软性材料，因而能够防止当所述 膜25因过电流而振动或受到外部冲击而破损。另外，所述膜25的厚度可以形成为约0. 1 5 μ m的厚度。所述膜25的厚度可以 根据微电子机械系统传声器所感知的音压而调节成适当厚度。另外，当电镀所述膜25时，由于首先通过喷溅(sputter)或电子束(E-beam)从 所述空隙形成部15的上侧向下侧以构成几乎垂直或略微倾斜的状态喷射镀金用金属蒸汽 (vapor) 0此时，在所述空隙形成部15的倾斜面16不会存在所述膜25和其电极(未图示) 短路的危险。但是，当非电解镀层所述膜25时，由于即便在具有曲折的面上也能够容易蒸 镀，因而所述膜和其电极(未图示)不短路而容易连接。
图如及图4b是表示在图北的膜上蒸镀牺牲层和支撑板的工序的剖面图。参照图4a，在所述空隙形成部15蒸镀牺牲层33。此时，由于所述牺牲层33蒸镀 于以指定深度蚀刻在硅基板上的空隙形成部，因而不需要为了蒸镀所述牺牲层而蒸镀或蚀 刻其他层。从而，能够容易地蒸镀牺牲层且减少制造工序。所述牺牲层33的上面能够以与硅基板10的上面构成同一平面的方式蒸镀。此 时，当所述牺牲层33为粘性相对高的物质时，可以通过化学机械研磨(CMP =Chemical Mechanical Polishing)使所述牺牲层33的表面平滑。另外，当所述牺牲层33为粘性相对 低的物质时，由于所述牺牲层33的表面平滑因而不用另外进行所述化学机械研磨。所述牺牲层33可以由氧化硅、光致抗蚀剂、镀金铜等材料形成。参照图4b，所述支撑板37可以以非电解镀层方式(electroless plating)蒸镀在 牺牲层33的上侧。所述支撑板37能够以约2 100 μ m的厚度蒸镀。这样的支撑板37以 对置于膜25的方式设置的、测定静电容量的电容的上部电极。所述支撑板37的非电解镀层法通过以下过程形成。首先，在所述牺牲层33的表 面涂敷感光性掩模物质(未图示)。曝光及显影所述感光性掩模物质，图形化用于形成支撑 板37的区域。此时，用于形成所述支撑板37的区域具有能够形成多个音孔38的形状。为 进行镍非电解镀层使所述图形化的支撑板37区域表面活性化。在所述被表面活性化的支 撑板37区域的表面，通过非电解镀层法蒸镀镍支撑板37。形成所述镍支撑板37之后，去除 所述感光性掩模物质，形成所述支撑板37。最后，清洗所述支撑板37的表面。这种支撑板 37的非电解镀层法实质上与上述膜25的非电解镀层法几乎相同。由于所述支撑板37通过非电解镀层在约90°C左右的低温下还原置换导电性离子 等，从而无需为了蒸镀所述支撑板37而像现有技术那样以约1100°C左右的高温进行加热。 另外，由于所述支撑板37由金属性材料构成，因而能够与测定静电容量的外部电路(例 ASIC芯片)电连接。因此，不用像现有技术那样为在聚硅材料的膜层注入导电性离子，所以 不用进行现有技术那样的在聚硅注入金属性离子的另外的高温加热工序，从而能够减少制 造工序。另外，即使所述支撑板37和硅基板10的热膨胀系数存在差异，但由于不用高温加 热，因而在所述支撑板37和硅基板10的接触部位上几乎不会产生作为残余应力(residual stress)的压力(compressive stress)或张应力(tensilestress)。结果，所述支撑板 37 几乎不会因残余应力而变形，从而能够稳定音响特性。另外，所述支撑板37和硅基板10之 间几乎不产生残余应力，从而能够防止在所述支撑板37和硅基板10接触部位上产生破裂 (crack) 0与此相比，现有这样的通过电镀层法形成支撑板37时，需要在硅基板的表面蒸镀 种子层(seed layer)之后通电。在所述种子层上电流以不均勻的强度分布。此时，在所述 支撑板37上导电性离子以不均勻的厚度镀金，所述支撑板37的厚度有可能整体上不均勻。另外，所述支撑板37可以由包含镍的软性导电性材料形成。由于所述支撑板37 是导电性材料，因此所述支撑板37可以导电。进而，由于所述支撑板37是软性材料，因而 能够防止所述支撑板受到外部冲击时所述支撑板的破损。图fe至图5c是表示在图4b的硅基板形成背腔和空隙的工序的剖面图。参照图fe至图恥，在所述硅基板10的下侧的绝缘保护层12涂敷感光性掩模物质(未图示)。通过曝光及显影所述感光性掩模物质，图形化用于形成背腔41的区域(参照 图 5a)。用于形成所述背腔41的区域能够通过KOH溶液或TMAH溶液而被各向异性湿蚀 (参照图5b)。此时，作为掩模物质能够使用氮化硅、二氧化硅、感光性物质、金或铬。另外，用于形成所述背腔41的区域可以通过深反应离子蚀刻法(DRIE =Deep Reactive Ion Kching)被各向异性干蚀。此时，作为掩模物质能够使用氮化硅、二氧化硅、 感光性物质、金或铬。如此地，随着硅基板10的下侧被蚀刻，在所述膜25的下侧形成背腔41。参照图5c，通过所述支撑板37的音孔38蚀刻并去除所述牺牲层33。此时，随着 所述牺牲层33被去除，所述膜25和支撑板37之间形成空隙45。当向所述膜25施加音压 时，所述空隙45使所述膜25以不与支撑板37接触的方式振动。所述空隙45的间距可以根据所述空隙形成部15的蚀刻深度和所述牺牲层33的 蒸镀厚度而事先设定。因此，所述膜25和支撑板37可以蒸镀在所述硅基板10的内部或表 面而不是硅基板10的上侧。结果，本发明与现有技术相比可以将微电子机械系统传声器高 度降低到支撑板37和膜25高度左右的高度。另外，当在所述膜25施加音压时，所述膜25的空气通过孔2 使空气通过所述空 隙45和背腔41，从而使在所述背腔41形成与大气压几乎相同的压力。进而，能够使音压正 常施加于所述膜25。对如上述结构构成的微电子机械系统传声器的作用进行说明。图6是用于说明膜和应力缓冲部的作用的概要图。参照图6，所述微电子机械系统传声器在所述膜25随音压振动时，所述膜25和支 撑板37之间空隙45的间距发生变化。此时，随所述空隙45的间距的变化静电容量发生变 化，通过变化的静电容量将声音转换成电信号。此时，当在所述膜25存在残留的压缩应力(compressive stress)时，在膜25振 动或不振动时，所述应力缓冲部20都缓冲所述膜25的压缩应力。另外，当所述膜25存在残留的张应力时，在膜25振动或不振动时，所述应力缓冲 部20都缓冲所述膜25的张应力。从而，所述应力缓冲部20能够解除在膜25和硅基板10接触部位产生的缓冲应 力。另外，所述应力缓冲部20能够防止由残余应力导致膜25的变形，使音响感应正确。另外，上述的微电子机械系统传声器通过调节空隙形成部15的蚀刻深度，能够调 节所述膜25和支撑板37之间的空隙45。另外，由于所述膜25和支撑板37用包含镍的同一物质蒸镀，因此工序变得简单且 制造成本降低。另外，由于所述支撑板37和膜25由同一工序蒸镀在硅基板10，因此微电子机械系 统传声器的制造工序变得简单且能够显著地增加产量。另外，由于所述膜25和支撑板37通过非电解镀层在低温下蒸镀，因此可以最小化 在所述硅基板10和膜25及支撑板37的接触部位上产生残余应力。从而，能够防止所述膜 25变形或在接触部位上产生破裂。另外，能够简化制造工序并且减少制造费用。下面，对本发明微电子机械系统传声器的第二实施例进行说明。
图7是表示在本发明的微电子机械系统传声器的第二实施例中在硅基板形成空 隙形成部的工序的剖面图。参照图7，所述微电子机械系统传声器包括硅基板50。在所述硅基板50的两侧蒸 镀如氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)等的绝缘保护层51、52。此时，利用低压化学汽相蒸镀 (LPCVD =Low Pressure Chemical Vapor Deposition)在硅基板 50 的表面蒸镀保护层 51、 52。所述硅基板50的上侧的绝缘保护层51为了形成空隙形成部55而被蚀刻。此时， 所述硅基板50的上侧绝缘保护层51可以由RIE(Reactive IonEtching)装置来蚀刻。利用KOH溶液或TMAH溶液蚀刻所述硅基板50的上侧，以已设定的深度D形成所 述空隙形成部55。此时，作为所述空隙形成部55的掩模物质61可以适用氮化硅(Si3N4)或 氧化硅(SiO2)等。通过将所述空隙形成部55的深度D调节成已设定的深度，能够调节以下要说明的 膜77和支撑板65之间的间距。这种空隙形成部55的深度能够由KOH溶液或TMAH溶液的 浓度、蚀刻时间及温度等决定。另外，利用KOH溶液或TMAH溶液进行蚀刻时，所述空隙形成部55的边缘形成具有 约讨.74°倾斜角a的倾斜面56。此时，在硅结晶倾斜方向(111结晶方向)上与KOH溶液 或TMAH溶液的反应速度相对慢，在硅结晶垂直方向(100结晶方向)上与KOH溶液或TMAH 溶液和的反应速度相对快。从而，所述空隙形成部55的边缘形成倾斜面56。图至8c表示在图7的硅基板的空隙形成部蒸镀支撑板的工序的剖面图。参照图至8c，在所述硅基板50空隙形成部55的上侧蒸镀支撑板65。所述支 撑板65可通过非电解镀层法蒸镀。这种支撑板65是根据静电容量来测定振动的电容的下 部电极。所述支撑板65的非电解镀层法通过以下过程而形成。首先，在形成有所述空隙形 成部55的硅基板50的表面涂敷感光性掩模物质61。通过曝光及显影所述感光性掩模物 质61，图形化用于形成支撑板65和音孔66的区域(参照图8a)。为进行镍非电解镀层使 所述图形画的硅表面表面活性化。在所述被表面活性化的硅基板50的表面，通过非电解镀 层法形成镍支撑板65 (参照8b)。形成所述镍支撑板65之后去除所述感光性物质(参照图 8c)。最后，清洗所述支撑板65的表面。由于所述支撑板65通过非电解镀层在约90°C左右的低温下还原置换导电性离子 等，从而无需为蒸镀所述支撑板65以约1100°C左右的高温进行加热。由于所述支撑板65 由金属性材料构成，因而能够与测定静电容量的外部电路(例ASIC芯片)电连接。因此， 不用像现有技术那样为了在聚硅注入金属性离子并使其稳定而进行另外的高温加热工序， 从而能够减少制造工序。另外，即使所述支撑板65和硅基板50的热膨胀系数存在差异，但由于不用高温 加热，所述支撑板65和硅基板50的接触部位上几乎不会产生作为残余应力(residual stress)的压缩应力(compressive stress)或张应力(tensilestress)。结果，所述支撑 板65几乎不会因残余应力而变形，从而能够防止在所述支撑板65和硅基板50的接触部位 上产生破裂。与此相比，现有这样的通过电镀层法形成支撑板65时，需要在所述硅基板的表面蒸镀种子层(seed layer)之后通电。此时，在所述种子层上电流强度以部分不均勻的方式 分布。此时，在所述支撑板上导电性离子以不均勻的厚度镀金，因此所述支撑板的厚度有可 能整体上不均勻。但是，本发明的非电解镀层法对支撑板不存在电流密度差，因而支撑板厚 度整体上均勻。另外，作为所述支撑板65可适用包含镍的软性导电性材料。由于所述支撑板65 是导电性材料，因此所述支撑板65可以导电。另外，由于所述支撑板65是软性材料，因而 能够防止所述支撑板65受到外部冲击而被破损。另外，所述支撑板65的厚度可以形成约2 100 μ m的厚度。所述支撑板65的厚 度可以根据微电子机械系统传声器所感知的音压而调节成适当厚度。另外，当电镀所述支撑板65时，由于首先通过喷溅(sputter)或电子束(E-beam) 从所述空隙形成部阳的上侧向下侧以构成几乎垂直或略微倾斜的状态喷射镀金用金属蒸 汽(vapor)。此时，在所述空隙形成部55的倾斜面56存在所述支撑板65和其电极(未图 示)短路的危险。但是，当非电解镀层所述支撑板65时，由于即便在具有曲折的面上也能 够容易蒸镀，因而所述支撑板和其电极(未图示)不短路而容易连接。图9a及图9b是表示在硅基板的支撑板的上侧蒸镀牺牲层和应力缓冲部的工序的 剖面图。参照图9a，在所述空隙形成部55蒸镀牺牲层73。此时，由于所述牺牲层73蒸镀 于以指定深度D蚀刻在硅基板60的空隙形成部55，因而不需要为了蒸镀所述牺牲层73而 蒸镀或蚀刻其他层。从而，能够容易地蒸镀牺牲层且减少制造工序。所述牺牲层73的上面能够以与硅基板50的上面构成同一平面的方式蒸镀。此 时，当所述牺牲层73为粘性相对高的物质时，可以通过化学机械研磨(CMP =Chemical Mechanical Polishing)使所述牺牲层73的表面平滑。另外，所述牺牲层73为粘性相对低 的物质时，由于所述牺牲层73的表面平滑因而不用另外进行所述化学机械研磨。所述牺牲层73可以由氧化硅、光致抗蚀剂、镀金铜等材料形成。参照图％，在所述牺牲层73的上侧边缘蒸镀应力缓冲部70。所述应力缓冲部70通过以下工序形成。首先，在所述牺牲层73的表面涂敷感光性掩模物质72。通过曝光及显影所述感光 性掩模物质72，图形化用于形成应力缓冲部70的区域72a。在所述用于形成的应力缓冲部 70区域7 蒸镀应力缓冲部70。然后，去除感光性掩模物质。所述应力缓冲部70可以由热膨胀系数不同的多个物质层70a、70b、70c形成。例 如，所述应力缓冲部70由铬70a (Cr)、金70b (Au)及聚酰亚胺70c (Polyimide)等层积形成。此时，所述多个物质层70a、70b、70c的热膨胀系数可以从所述硅基板50越向膜77 侧靠近则越大。例如，从所述硅基板50向膜77侧靠近可以以铬(热膨胀系数4. 9)，金(热 膨胀系数14. 及聚酰亚胺(热膨胀系数35)的顺序叠层。这里，硅基板的热膨胀系数是 2. 6，作为硅基板的保护层的氮化硅的热膨胀系数为2. 7，镍膜的热膨胀系数为13. 4。关于 所述物质层的物性如上述“表”所示。所述应力缓冲部70在所述膜77振动时，通过多个物质层70a、70b、70c的缓冲作 用来防止在所述膜77和硅基板50的接触部位的产生破裂。这种应力缓冲部70的作用与 上述的实质相同，因此省略其说明。
图10是表示在应力缓冲部和牺牲层蒸镀膜的工序的剖面图。参照图10，所述膜77可以在牺牲层73的上侧以非电解镀层方式蒸镀。所述膜77 可以以约0. 1 5μπι的厚度蒸镀。所述膜的非电解镀层法通过以下过程构成。首先，在所述牺牲层73的表面涂敷感光性掩模物质(未图示)。通过曝光及显影 所述感光性掩模物质，图形化用于形成膜77的区域。所述用于图形化的膜77区域为进行 镍非电解镀层使其表面活性化。在所述被表面活性化的膜77区域的表面，通过非电解镀层 法形成镍膜77。形成所述镍膜77之后去除所述感光性物质。最后，清洗所述膜77的表面。由于所述膜77通过非电解镀层在约90°C左右的低温下还原置换导电性离子等， 从而无需为了蒸镀所述膜77而像现有技术那样以约1100°C左右的高温进行加热。由于所述膜77由金属性材料构成，因而能够与测定静电容量的外部电路(例 ASIC芯片)电连接。因此，不用进行向所述膜77注入金属性离子的另外的高温加热工序。即使所述膜77和硅基板50的热膨胀系数存在差异，但由于不用高温加热，因而在 所述膜77和硅基板50的接触部位上几乎不会产生作为残余应力(residual stress)的压 Iffi 力(compressive stress) ^^Mid (tensile stress)。月莫 77/L^2YHS 残余应力而变形，从而能够防止在所述膜77和硅基板50的接触部位上产生破裂。另外，所述膜77可以由包含镍的软性导电性材料形成。由于所述膜77是导电性 材料，因而可以通电。另外，由于所述膜77是软性材料，因而能够防止过电流或外部冲击而 产生的破损。图Ila及图lib是表示在硅基板形成背腔和空隙的工序的剖面图。参照图11a，在所述硅基板50的下侧的绝缘保护层52涂敷感光性掩模物质。通过 曝光及显影所述感光性掩模物质，图形化用于形成背腔81的区域。用于形成所述背腔81的区域能够通过KOH溶液或TMAH溶液而被各向异性湿蚀。 此时，作为掩模物质能够使用氮化硅、二氧化硅、感光性物质、金或铬。另外，用于形成所述背腔81的区域可以通过深反应离子蚀刻法(DRIE =Deep Reactive Ion Kching)被各向异性干蚀。此时，作为掩模物质能够使用氮化硅、二氧化硅、 感光性物质、金或铬。如此地，随着硅基板50的下侧被蚀刻，在所述支撑板65的下侧形成背腔81。参照图11b，通过所述支撑板65的音孔66来蚀刻并去除所述牺牲层73。此时，随 着所述牺牲层73被去除，所述膜77和支撑板65之间形成空隙85。当向所述膜77施加音 压时，所述空隙85使所述膜77以不与支撑板65接触的方式振动。所述空隙85的间距可以根据硅基板50的蚀刻深度和所述空隙形成部55蒸镀高 度而事先设定。因此，所述膜77和支撑板65可以蒸镀在所述硅基板50内部或表面而不是 硅基板50上侧。结果，本发明与现有技术相比可以将微电子机械系统传声器高度降低到支 撑板65和膜77高度左右的高度。另外，当在所述膜77施加音压时，所述膜77的空气通过孔77a使空气通过所述空 隙85和背腔81，从而使在所述背腔81和空隙85形成与大气压几乎相同的压力。进而，能 够使音压正常施加于所述膜77。上述的微电子机械系统传声器通过调节空隙形成部55的蚀刻深度，能够调节所述膜77和支撑板65之间的空隙85。另外，由于所述膜77和支撑板65用包含镍的同一物质蒸镀，因此工序变得简单且 能够降低制造成本。另外，由于所述支撑板65和膜77由同一工序蒸镀在硅基板50，因此微电子机械系 统传声器的制造工序变得简单且能够显著增加产量。另外，由于所述膜77和支撑板65通过非电解镀层法在低温下蒸镀，因而可最小化 在所述硅基板50和膜77及支撑板65的接触部位上产生残余应力的。从而，能够防止所述 膜77的变形或在接触部位上产生破裂。而且，能够简化制造工序并且减少制造费用。产业上利用的可能性本发明可以通过减少在膜和支撑板的接触部位上的残余应力而防止破裂的产生， 因而在产业上有显著的利用可能性。
权利要求
1.一种微电子机械系统传声器，包括 硅基板，形成有背腔；支撑板，蒸镀在所述硅基板，形成有多个音孔；膜，以与所述支撑板隔开而形成空隙的方式蒸镀在所述硅基板；以及应力缓冲部，蒸镀在所述膜和硅基板的接触部位。
2.根据权利要求1所述的微电子机械系统传声器，其特征在于，所述应力缓冲部由热 膨胀系数不同的多个物质层构成。
3.根据权利要求2所述的微电子机械系统传声器，其特征在于，从所述硅基板起，所述 多个物质层的热膨胀系数越靠近膜越大。
4.根据权利要求2所述的微电子机械系统传声器，其特征在于，所述应力缓冲部包括 铬、金及聚酰亚胺物质层。
5.根据权利要求1所述的微电子机械系统传声器，其特征在于，在所述硅基板以已设 定的深度蚀刻而形成空隙形成部，所述膜蒸镀在空隙的下侧或硅基板的上侧，所述支撑板 以与膜隔开而形成空隙的方式蒸镀在空隙的下侧或硅基板的上侧。
6.根据权利要求5所述的微电子机械系统传声器，其特征在于，所述膜和支撑板之间 的空隙的间距根据所述空隙形成部的深度进行调节。
7.根据权利要求1所述的微电子机械系统传声器，其特征在于，所述膜或支撑板通过 非电解镀层法蒸镀。
8.一种微电子机械系统传声器的制造方法，包括 在硅基板蒸镀应力缓冲部的步骤；在所述应力缓冲部蒸镀膜的步骤；在所述膜蒸镀牺牲层的步骤；在所述牺牲层蒸镀支撑板而形成多个音孔的步骤；蚀刻所述硅基板的下侧而形成背腔的步骤；以及去除所述牺牲层，在所述膜和支撑板之间形成空隙的步骤。
9.根据权利要求8所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，在蒸镀所 述应力缓冲部的步骤中，多个物质层依次叠层。
10.根据权利要求9所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，在蒸镀所 述应力缓冲部的步骤中，从所述硅基板向膜靠近的顺序蒸镀热膨胀系数越大的物质层。
11.根据权利要求9所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，所述应力 缓冲部包括铬、金及聚酰亚胺物质层。
12.根据权利要求8所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，蒸镀所述 应力缓冲部的步骤包括在所述硅基板形成空隙形成部的步骤；以及 在所述空隙形成部的底面蒸镀应力缓冲部的步骤。
13.根据权利要求12所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，所述膜 和支撑板之间的空隙的间距根据所述空隙形成部的深度进行调节。
14.根据权利要求8所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，在蒸镀所 述膜或支撑板的步骤中，通过非电解镀层法蒸镀。
15.一种微电子机械系统传声器的制造方法，包括在硅基板蒸镀支撑板的步骤；在所述支撑板蒸镀牺牲层的步骤；在所述硅基板的支撑板边缘蒸镀应力缓冲部的步骤；在所述应力缓冲部和牺牲层蒸镀膜的步骤；蚀刻所述硅基板的下侧而形成背腔的步骤；以及去除所述牺牲层，在所述膜和支撑板之间形成空隙的步骤。
16.根据权利要求15所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，在蒸镀 所述应力缓冲部的步骤中，多个物质层依次叠层。
17.根据权利要求16所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，在蒸镀 所述应力缓冲部的步骤中，从所述硅基板向膜靠近的顺序蒸镀热膨胀系数越大的物质层。
18.根据权利要求16所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，所述应 力缓冲部包括铬、金及聚酰亚胺物质层。
19.根据权利要求15所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，在所述 硅基板蒸镀支撑板的步骤，包括在所述硅基板形成空隙形成部的步骤；以及在所述空隙形成部的底面蒸镀支撑板的步骤。
20.根据权利要求15所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，所述膜 和支撑板之间的空隙的间距根据所述空隙形成部的深度进行调节。
21.根据权利要求15所述的微电子机械系统传声器的制造方法，其特征在于，在蒸镀 所述膜或支撑板的步骤中，通过非电解镀层法蒸镀。
全文摘要
本发明涉及一种能够在硅基板和膜的接触部位上减小残余应力的微电子机械系统(MEMS)传声器及其制造方法。本发明提供一种微电子机械系统传声器及其制造方法，本发明的微电子机械系统传声器包括硅基板，形成有背腔；支撑板，蒸镀在所述硅基板，形成有多个音孔；膜，以与所述支撑板隔开而形成空隙的方式蒸镀在所述硅基板；以及应力缓冲部，蒸镀在所述膜和硅基板的接触部位。
文档编号H04R31/00GK102111705SQ201010579578
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月3日 优先权日2009年12月29日
发明者金容国 申请人:宝星电子股份有限公司