电容式传感器的制作方法与工艺

本发明涉及一种电容式传感器，尤其涉及诸如声学传感器和压力传感器等电容式传感器。

背景技术：
(专利文献1的声学传感器)图1是示出专利文献1中描述的声学传感器的结构的平面图。图2是沿图1的X-X线所取的剖视图。在声学传感器11中，导电性振动膜14(活动电极膜)设置在硅基板13的顶面上，背腔12垂直地穿透硅基板13，由SiO2制成的基部单元15形成在硅基板13的顶面上以便围绕振动膜14，并且比基部单元15更薄的接触层16形成在基部单元15外侧的区域中。由绝缘材料(SiN)制成的保护膜17形成在硅基板13的整个顶面上。保护膜17包括设置在上述振动膜14的上方以便覆盖振动膜14的拱顶18、设置在拱顶18外侧同时具有倒V字形截面的基部涂覆单元19、以及设置在基部涂覆单元19外侧的平坦单元20。固定电极膜21设置在拱顶18的底面上的相对于振动膜14的区域中，并且电容器构造为具有振动膜14和固定电极膜21，以便将声学振动转换成电信号。基部涂覆单元19覆盖基部单元15，并且平坦单元20覆盖接触层16的顶面。平坦单元20覆盖硅基板13至硅基板13的顶面的边缘。电极垫22和23设置在平坦单元20的顶面上，电极垫22通过平坦单元20电连接到振动膜14，并且电极垫23电连接到固定电极膜21。声孔24由拱顶18和固定电极膜21构成以便声学振动通过声孔24。激光切割性的问题在用MEMS(微机电系统)技术制备该声学传感器的情况下，在同一时间在一个晶圆上制备多个声学传感器，并且，晶圆上的声学传感器通过切割被分割成芯片。对此，当通过用切割刀片将晶圆分割成芯片的方法进行切割时，冷却纯净水侵入并可能产生诸如振动膜粘结等麻烦。因此，使用激光切割来将声学传感器分割为芯片。在激光切割中，用激光束沿切割道(切割带)扫描晶圆，并且硅基板被激光束改性以形成无定形硅，从而沿切割道分割晶圆。然而，在专利文献1描述的声学传感器中，因为硅基板的整个顶面覆盖有保护膜，所以当在晶圆上制备多个声学传感器时，晶圆的整个芯片形成区域的覆盖有保护膜。出于这个原因，如图3所示，在用激光束26沿切割道照射晶圆25的情况下，用激光束26通过由SiN制成的保护膜17照射晶圆25。其结果是，产生激光束26聚焦点的偏移或激光束强度的衰减，并可能在激光切割中产生问题。需要减慢激光束26的扫描速度以便防止切割故障，这降低了声学传感器的制造过程中的吞吐量。吸头的吸附性的问题在被分割为芯片的每个声学传感器被安装在电路基板或外壳上的情况下，用吸头(拾取工具)吸附并运送声学传感器。图5是示出用吸头27吸附声学传感器11的状态的局部平面图，并且图4是沿图5的Y-Y线所取的剖视图。在吸头27的前端制作真空吸孔28。在吸附声学传感器11的情况下，吸入吸头27的前端抵接在声学传感器11的顶面上，并且真空吸孔28抽吸或带来负压以吸附声学传感器11。然而，对于图1和图2中的声学传感器11而言，在吸头27的前端抵接在声学传感器11的顶面上的情况下，吸头27的前端抵接于基部涂覆单元19的顶面以在真空吸孔28和平坦单元20之间产生间隙，如图4和图5所示。因此，空气从真空吸孔28流入吸头27，并且无法成功地用吸头27吸附声学传感器11。其结果是，用吸头27有时无法吸附和提起声学传感器11，或者声学传感器11在运送过程中掉落。(专利文献2的声学传感器)在专利文献2公开的声学传感器中，虽然不存在基部单元和基部涂覆单元，但是位于拱顶外侧的平坦单元不具有足够宽的面积被吸头吸附。在专利文献2的声学传感器中，硅基板的整个顶面覆盖有保护膜。因此，即使保护膜的平坦单元加宽为使得所述平坦单元能够用吸头吸附，保护膜的表面也会比硅基板的顶面粗糙，并且无法获得足够的吸附力。此外，在专利文献2的声学传感器中，因为硅基板的整个顶面覆盖有保护膜，所以在同一时间在晶圆上制备多个声学传感器的情况下，晶圆的整个芯片形成区域覆盖有保护膜。因此，在用激光束沿着切割道扫描晶圆的情况下，与专利文献1的声学传感器类似地，产生激光束的焦点的偏移或激光束强度的衰减，并且在激光切割中产生问题。现有技术文献专利文献专利文献1：日本未经审查的专利公开号2011-239197专利文献2：国际专利公开号2002/015636。

技术实现要素：
本发明所要解决的问题本发明被构思为解决上述问题，并且其目的是提供一种能够可靠地用吸头进行真空吸附并进行激光切割的电容式传感器。用于解决问题的手段根据本发明的一个方面，一种电容式传感器，包括：基板；活动电极，设置在所述基板上方；保护膜，固定到所述基板的顶面，以便具有间隙地覆盖所述活动电极，所述保护膜由绝缘材料制成；以及固定电极，设置在所述保护膜上与所述活动电极相对立的位置处。在所述电容式传感器中，所述电容式传感器将物理量转换为所述活动电极和所述固定电极之间的静电电容，所述基板的顶面的整个外周缘从所述保护膜起被暴露，由所述绝缘材料制成的绝缘片形成在所述基板的所述顶面中从所述保护膜起被暴露的区域的一部分中，并且电连接到所述活动电极的电极垫和电连接到所述固定电极的电极垫中的至少一个设置在所述绝缘片的顶面上。在本发明的电容式传感器中，因为基板的顶面的外周缘从保护膜起被暴露，所以用吸头对电容式传感器的暴露部分进行真空吸附，其允许可靠地保持住电容式传感器。此外，因为用吸头对保护膜的两侧(即，设置活动电极的部分)进行真空吸附，所以电容式传感器可以以平衡的方式被稳定地吸附，并且在运送过程中电容式传感器几乎不掉落。在制备多个电容式传感器的晶圆中，因为基板(晶圆)在每个电容式传感器的整个外周缘处暴露，所以在晶圆中制备多个电容式传感器之后，用切割激光束扫描基板，使得切割激光束仅通过基板的暴露部分，这容易将晶圆分割为芯片而没有保护膜的阻碍。其结果是，在生产电容式传感器的过程中可以提高吞吐量。在本发明的电容式传感器中，由绝缘材料制成的绝缘片形成在从基板的顶面的保护膜起被暴露的区域的一部分中，并且电连接到活动电极的电极垫和电连接到固定电极的电极垫中的至少一个被设置在绝缘片的顶面上。因此，电极垫可以设置在绝缘片的顶面上同时对基板绝缘。优选地，所述绝缘片以与所述保护膜相同的材料制成以便于所述保护膜一体成形。例如，绝缘片可以由氮化硅(SiN)制成。在本发明的电容式传感器中，优选地，所述保护膜的外周缘固定到所述基板的所述顶面，所述保护膜的所述外周缘内侧的区域覆盖所述活动电极，在所述保护膜的所述外周缘内侧的区域与所述基板的所述顶面之间具有空间，并且所述基板的所述顶面暴露的区域延伸到包括在所述保护膜与所述基板之间的所述空间的区域的边缘附近。因此，由于基板的暴露部分的深度可以被尽可能加宽，所以可以进一步扩大用吸头吸附的面积。在本发明的电容式传感器中，优选地，所述基板的顶面的至少一部分从所述基板的边缘向内侧暴露至少50μm。因此，因为基板的至少一部分从所述基板的边缘向内侧暴露至少50μm，所以在所述基板的至少一部分中形成宽至足以被吸头吸附的区域。在本发明的电容式传感器中，优选地，所述活动电极的多个梁部被固定到所述基板的所述顶面，所述梁部朝向外周方向延伸，所述保护膜包括伸出部，所述伸出部朝向所述外周方向延伸以便覆盖所述梁部，所述保护膜的所述边缘在所述伸出部之间向内侧凹入，并且所述基板的所述顶面暴露在所述保护膜于所述伸出部之间凹入的区域中。因此，可以尽可能加宽基板的暴露部分的深度。因此，可以进一步加宽被吸头吸附的区域。在本发明的电容式传感器中，优选地，在所述基板的顶面暴露的区域中设置薄膜电极垫。因此，可以设置电连接到基板的电极，例如，接地电极垫。此外，因为电极垫形成为薄膜，所以电极垫几乎不会变成当用吸头吸附电容式传感器的暴露部分时的阻碍。根据本发明的另一方面，一种声学传感器包括：基板；活动电极膜，设置在所述基板上方；保护膜，固定到所述基板的顶面，以便具有间隙地覆盖所述活动电极膜，所述保护膜由绝缘材料制成；以及固定电极膜，设置在所述保护膜上与所述活动电极膜相对的位置处。所述声学传感器将物理量转换为所述活动电极膜与所述固定电极膜之间的静电电容，所述基板的顶面的整个外周缘从所述保护膜起被暴露，由所述绝缘材料制成的绝缘片形成在所述基板的所述顶面上从所述保护膜暴露的区域的一部分中，并且电连接到活动电极的电极垫和电连接到固定电极的电极垫中的至少一个设置在所述绝缘片的顶面上。在本发明的声学传感器中，因为基板的顶面的外周缘从保护膜暴露，所以用吸头对声学传感器的暴露部分进行真空吸附，其允许可靠地保持住声学传感器。此外，因为用吸头对保护膜的两侧(即，设置活动电极的部分)进行真空吸附，所以电容式传感器可以以平衡的方式被稳定地吸附，并且在运送过程中电容式传感器几乎不掉落。在制备多个电容式传感器的晶圆中，因为基板(晶圆)在每个电容式传感器的整个外周缘处暴露，所以在晶圆中制备多个电容式传感器之后，用切割激光束扫描基板，使得切割激光束仅通过基板的暴露部分，这容易将晶圆分割为芯片而没有保护膜的阻碍。其结果是，在生产电容式传感器的过程中可以提高吞吐量。在本发明的电容式传感器中，由绝缘材料制成的绝缘片形成在基板的顶面从保护膜暴露的区域的一部分中，并且电连接到活动电极的电极垫和电连接到固定电极的电极垫中的至少一个被设置在绝缘片的顶面上。因此，电极垫可以设置在绝缘片的顶面上同时对基板绝缘。优选地，所述绝缘片以与所述保护膜相同的材料制成以便与所述保护膜一体成形。例如，绝缘片可以由氮化硅(SiN)制成。本发明中解决问题的手段具有适当地组合上述成分的特征，并且可以通过组合这些成分得到本发明的许多变型。附图说明图1是示出传统的声学传感器的平面图。图2是图1的声学传感器的沿X-X线所取的剖视图。图3是示出通过激光切割将晶圆分割成芯片以制备图1中的声学传感器的过程的局部剖视图。图4是沿图5的Y-Y线所取的剖视图。图5是示出用吸头吸附图1的声学传感器的状态的局部平面图。图6是示出根据本发明第一实施例的声学传感器的平面图。图7是示出图6的第一实施例的声学传感器的剖视图。图8是示出对第一实施例的声学传感器进行激光切割的状态的剖视图。图9是示出用吸头吸附第一实施例的声学传感器的状态的平面图。图10是示出用吸头吸附第一实施例的声学传感器的状态的剖视图。表示在该声学传感器被吸入与吸头的状态的剖视图11是示出声学传感器中的硅基板的顶面的暴露部分与吸头之间的关系的局部剖视图。图12A是示出在保护膜中制备的电极垫的剖视图，并且图12B是示出形成在硅基板的暴露面中的薄膜电极垫的剖视图。图13是示出根据本发明第二实施例的声学传感器的平面图。图14是示出根据本发明第三实施例的声学传感器的平面图。附图标记说明如下：31，71，72声学传感器32硅基板32a宽暴露面32b窄暴露面33振动膜34背板39板部40固定电极膜47绝缘片48，49，50电极垫61晶圆62激光束65吸头66真空吸孔具体实施方式在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施方式。虽然通过举例的方式对声学传感器描述如下，但是本发明并不限定于所述的声学传感器。本发明可应用于除声学传感器以外的电容式传感器，特别是使用MEMS技术制造的电容式传感器。本发明并不限定于以下的实施例，而是可以进行各种设计变更而不脱离本发明的精神和范围。(第一实施例)将参照图6和图7描述。所示根据本发明第一实施例的声学传感器31的结构。图6是示出第一实施例的声学传感器31的平面图。图7是声学传感器31的剖视图。声学传感器31是使用MEMS技术制备的电容式传感器。如图7所示，在声学传感器31中，振动膜33(活动电极膜)被设置在硅基板32(基板)的顶面上，在它们之间夹设有锚固物(未示出)，并且背板34设置在振动膜33的上方，在它们之间夹设有微空隙(空穴)。腔室35(后腔或前腔)在由单晶硅制成的硅基板32中是敞开的，以便从表面到后表面穿透硅基板32。腔室35的内周面可以形成为垂直表面或倾斜表面。振动膜33由具有大致矩形形状的导电多晶硅薄膜制成。梁部(beam)36从振动膜33的每个角朝向对角方向水平延伸(参见图6)。具有带板形状的引线45从振动膜33向外延伸。振动膜33被布置在硅基板32的顶面上，以便覆盖腔室35的顶面，并且梁部36的底面由锚固物支撑。因此，振动膜33被支撑在硅基板32的顶面上方的半空中，并且在振动膜33的底面的外周和硅基板32的顶面之间制作窄通风孔37以便允许声学振动穿过窄通风孔37。在背板34中，由多晶硅制成的固定电极膜40设置在由SiN制成的板部39(保护膜)的底面上。板部39包括拱顶39a、伸出部(overhang)39b和外周外周缘39c。如图6和图7所示，拱顶39a被形成为大致矩形的拱顶形状。拱顶39a包括其底面中的中空部分，并且该中空部分覆盖振动膜33。伸出部39b从拱顶39a的四个角的每个角朝向对角方向延伸。伸出部39b带有空穴地覆盖振动膜33的梁部36。板部39的外周缘39c围绕拱顶39a和伸出部39b，并且外周缘39c被固定到硅基板32的顶面。板部39的外周缘39c具有相对窄的和大致均匀的宽度。当从硅基板32的顶面观察时，伸出部39b投射在板部39的角部，并且伸出部39b之间的每条边向内凹入。硅基板32的顶面的外周部被暴露在空气中(在图6中，硅基板32的顶面的暴露面由点状图案示出)并且构成宽暴露面32a，该宽暴露面32a在板部39的三条边的外侧上具有相对大的区域。在与宽暴露面32a邻近的板部39的三条边中，暴露硅基板32的顶面的区域延伸到从板部39的硅基板32浮起的区域(拱顶39a和伸出部39b)的边缘附近。在板部39的其余方向中，绝缘片47延伸以便与板部39一体成形。当绝缘片47使用与板部39相同的材料整体形成时，声学传感器31的生产率提高。在设置绝缘片47的区域中，硅基板32的顶面的外周缘暴露在绝缘片47外侧以构成窄暴露面32b。微空隙(空穴)形成在背板34的底面(即，固定电极膜40的底面)和振动膜33的顶面之间。固定电极膜40和振动膜33彼此相对，并且构成检测声学振动并将声学振动转换成电信号的电容器。引线46从固定电极膜40的边缘延伸。声学振动所穿过的许多声孔41被制作在基本整个背板34上，以便从顶面到底面穿透背板34。如图6所示，声孔41规则地排列。在图6的例子中，声孔41沿彼此成120度的三个方向被排列成三角形形状。可替代地，声孔41可以被排列为矩形形状或者同心形状。如图7所示，具有柱状的两种类型的微挡块(stopper)42(突起)从背板34的底面突出。设置挡块42以便防止振动膜33粘结到背板34。挡块42从板部39的底面一体地突出，并且穿过固定电极膜40突出到背板34的底面。由于挡块42与板部39类似也是由SiN制成，所以挡块42具有绝缘性。振动膜33的引线45延伸到绝缘片47的底面同时保持对硅基板32的绝缘状态，并且引线45被电连接到设置在绝缘片47的顶面中的电极垫48。电连接到振动膜33的电极垫48通过垂直穿透绝缘片47的通孔而电连接到硅基板32，由此完全消除电极垫48和硅基板32之间的寄生电容。固定电极膜40的导线46延伸至绝缘片47的底面同时保持对硅基板32的绝缘状态，并且引线46电连接到设置在绝缘片47的顶面中的电极垫49。虽然电极垫49对硅基板32绝缘，但是电极垫49设置在绝缘片47的顶面中同时与硅基板32保持相对长的距离，从而使得可以减小电极垫49和硅基板32之间的寄生电容。由薄金属膜制成的电极垫50设置在硅基板32的宽暴露面32a上的适当位置处。电极垫50是具有等于硅基板32处的电势的电极垫(例如，接地电极垫)，并且电极垫50电连接到硅基板32。当设置了电连接到硅基板32的电极垫50同时硅基板32电连接到电极垫48时，在操作声学传感器31中电极垫50和49可以被用来代替电极垫48和49。因此，增强了安装声学传感器31中的键合线的布线灵活性。在声学传感器31中，当声学振动通过声孔41进入背板34和振动膜33之间的空气间隙时，作为薄膜振动膜33由于声学振动而振动。当振动膜33振动以改变振动膜33和固定电极膜40之间的间隙距离时，振动膜33和固定电极膜40之间的静电电容改变。其结果是，在声学传感器31中，由振动膜33感测到的声学振动(声压的改变)变成振动膜33与固定电极膜40之间的静电电容的变化，并且被输出作为电信号。如上所述，在第一实施例的声学传感器31中，在将晶圆分割为芯片中成为切割道的整个外周缘暴露在硅基板32的顶面上。出于这个原因，如图8所示，激光束62聚焦在制备多个声学传感器31的晶圆61上，并沿着切割道扫描使晶圆61被可靠地切割。即，背板34或绝缘片47不会存在于切割道上，但是硅基板32的顶面却被暴露。当晶圆61通过激光切割被分割成芯片时，具有高功率密度的激光束62聚焦在晶圆61中，不存在激光束62的焦点位置的偏移或激光束强度的衰减。因此，能够可靠地在晶圆61上形成无定形硅改性层。此外，因为缩短了形成硅改性层所需的每处的激光照射，所以提高了切割速度，同时降低了声学传感器31的分割缺陷的发生率，并且可以提高制造声学传感器的吞吐量。在暴露面中，理想的是诸如伸出部39b的附近区域以及窄暴露面32b的最窄宽度S(参见图6)大于或等于50μm，以便可靠地在切割线上暴露硅基板。第一实施例的声学传感器31包括暴露硅基板32的顶面的区域。特别是，在硅基板32的三条边中，声学传感器31包括属于相对较宽的暴露面的宽暴露面32a。因此，如图9所示，能够通过使用吸头(suctioncollet)65吸附宽暴露面32a的两个或三个地方来可靠地拾取(pickup)声学传感器31。因为硅基板32具有光滑的顶面，所以当如图10所示吸头65的前端抵靠着硅基板32的顶面被挤压时，硅基板32可以被真空吸孔66正确地吸附在吸头65的前端而不产生空气泄漏，并且能够可靠地拾取声学传感器31。因此，几乎不会产生诸如无法提起声学传感器31和在运送过程中掉落声学传感器31的事故。如图11所示，当宽度D形成得比吸头65的前端面处的暴露面32a的宽度d更宽时，因为可以允许吸头65的位置偏移，所以进一步降低无法拾取声学传感器31的故障。很难将吸头的前端处理成微尺寸以便减小真空吸孔66或厚度，并且会增加成本。另一方面，可以通过充分地加宽宽暴露面32a来使用便宜的吸头。例如，在具有1400μm的垂直尺寸H和1300μm的水平尺寸W的声学传感器31中，理想的是宽暴露面32a的宽度D大于或等于100μm。当足够宽的基板暴露面设置在背板34的周围时，虽然声学传感器31的尺寸增大，但是尽可能减少背板34的面积以便能够抑制声学传感器31的扩大(enlargement)。从垂直于硅基板32的顶面的方向观察时，声学传感器31的结构简化了外观形状，使得检验声学传感器31的外观的过程被简化，以提高生产声学传感器31的吞吐量。在硅基板13的整个顶面(参见图1)覆盖有保护膜17类似于传统的示例的情况下，当用成像摄像头拍摄声波传感器的顶面的图像时，在整个声学传感器中的颜色变化变小，或者由于干扰产生色彩，这有时会降低检查精度。另一方面，在第一实施例的声学传感器31中，因为除板部39覆盖振动膜33的区域和绝缘片47形成的区域之外，硅基板32的顶面基本上都被暴露，所以板部39和绝缘薄片47的区域在颜色上设置得不同于硅基板32的暴露区域，并且这些区域容易彼此区分。在硅基板32的暴露区域消除了色彩的产生，并且很容易辨认吸头65的吸附位置。如图12A所示，在电极垫50设置在绝缘片47的位置处的情况下，有必要将通孔68制作在绝缘片47中，并且电极垫50被形成为使得从绝缘片47的顶面穿过通孔68的内周面与硅基板32的顶面接触。对于此结构，电极垫50和硅基板32的顶面的附着性容易降低，并且电极垫50可能从硅基板32的顶面剥离。另一方面，当如图12B所示，薄膜电极垫50直接形成在硅基板32的暴露面上时，电极垫50和硅基板32的顶面的附着力增强，几乎不产生电极垫50的剥离，并提高了可靠性。此外，因为具有与硅基板32相同的电势的电极垫50形成在薄膜中，所以即使如图9所示，吸头65的前端被放置在电极垫50上也只泄漏少量的空气，几乎不产生吸头65的吸附故障。如图12A所示，在吸头65的前端表面被放置在绝缘片47上时，将第一掩膜沉积在绝缘片47的顶面上，通过使用第一掩膜进行蚀刻将通孔68制作在绝缘片47中，并且硅基板32的顶面被暴露于通孔68的底部。然后，去除第一掩膜，将第二掩膜沉积在绝缘片47上，并且通过从通孔68的边缘到通孔68的底部使用第二掩膜沉积金属膜来形成电极垫50。因此，每当电极垫50的位置在绝缘片47上改变或者每当电极垫50的数量改变时均需要多个掩膜。另一方面，当如图12B所示薄膜电极垫50形成在硅基板32的暴露面上时，电极垫50的位置可以仅通过制备一个掩膜来改变，或者可以仅通过制备一个掩膜来增加电极垫50的数量。(第二实施例)图13是示出根据本发明第二实施例的声学传感器71的平面图。在第二实施例中，电极垫50被设置在多个宽暴露面32a上。特别是，在图13的例子中，电极垫50被设置在每个宽暴露面32a上。因为其它结构类似于第一实施例的声学传感器31，所以省略描述。在本实施例中，电极垫50设置在彼此不同的位置处。例如，在硅基板32接地的情况下，从多个电极垫50中选择待使用的电极垫50，并且电极垫50之一和外部电路的接地线可以通过键合线彼此连接，当声学传感器31被安装在电路基板上时可以进一步提高键合线的布线灵活性。(第三实施例)图14是示出根据本发明第三实施例的声学传感器72的平面图。在第三实施例中，在绝缘片47的相对侧，绝缘片74也形成在硅基板32的顶面上，并且电极垫75被设置在绝缘片74上。类似于绝缘片47，期望的绝缘片74由与板部39相同的材料制作，以便与板部39一体成形。电极垫75可以是电极垫48和电极垫49之一，或者电极垫75可以是具有图12A中的结构的电极垫50。因为其它结构类似于第一实施例的声学传感器31，所以省略描述。因为在彼此相对的两侧都存在宽暴露面32a，所以即使绝缘片47和74分别设置在两个地方，也可以用吸头65以平衡的方式吸附声学传感器72。