專利名稱：傳感器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳感器裝置，尤其涉及具有支承電極板的支承體的傳感器裝置。
背景技術：
以往，已知有根據(jù)因聲音而振動的振動膜(diaphragm)與電極板之間的靜電電容的變化，將聲音變換成電信號的音響傳感器等傳感器裝置。這種傳感器裝置例如在特表2004-506394號公報中公開。
在上述特表2004-506394號公報中，公開有具備可振動的振動膜、電極板、和支承電極板的支承體的音響傳感器。若聲音進入到該音響傳感器中，則振動膜振動，施加有恒定的電壓的振動膜與電極板之間的靜電電容變化。根據(jù)該靜電電容的變化，電荷從振動膜及電極板移動，因此該電荷的變化作為相對于聲音的電信號輸出。在該特表2004-506394號公報的音響傳感器中，僅電極板的上面由支承體支承。
但是，在上述特表2004-506394號公報的音響傳感器中，如上所述，由于僅電極板的上面由支承體支承，因此存在電極板容易振動的缺點。因而，在電極板與振動膜一起向相同方向振動的情況下，電極板與振動膜之間的距離的變化量減少，因此電極板與振動膜的靜電電容的變化減小。在該情況下，由于從電極板及振動膜移動的電荷減少，因此存在輸出的電信號減小的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決如上述的課題而實現(xiàn)，本發(fā)明的一個目的在于提供能夠通過抑制電極板的振動而增大輸出的電信號的傳感器裝置。
本發(fā)明的第一方案的傳感器裝置包括振動膜，其設置為可振動；電極板，其設置為與振動膜相隔規(guī)定的距離而對置，并具有孔部；和支承體，其由具有比構(gòu)成電極板的材料的彈性模量更高的彈性模量的材料構(gòu)成，支承電極板，其中支承體形成為至少覆蓋電極板的上面、下面及孔部的側(cè)面的任意兩個面。另外，電極板的下面是指靠近振動膜一側(cè)的面，電極板的上面是指遠離振動膜的一側(cè)的面。
在本發(fā)明的第一方案的傳感器裝置中，通過以至少覆蓋電極板的上面、下面及孔部的側(cè)面的任意兩個面的方式形成具有高彈性模量的支承體，從而與設置了以僅覆蓋電極板的上面或下面的方式形成的支承體的情況相比，能夠由支承體提高電極板的支承強度，因此能夠抑制電極板的振動。由此，在聲音等進入到傳感器裝置中時，能夠僅使振動膜較大地振動，因此能夠增大振動膜與電極板之間的距離的變化量。其結(jié)果，能夠增大振動膜與電極板之間的靜電電容的變化，因此能夠增大輸出的電信號。而且，例如，在電極板及支承體振動時，若通過最大地拉伸或收縮，而由彈性模量高的支承體支承最大拉伸應力及壓縮應力作用的上面及下面兩面，則即使在上面及下面形成的支承體的合計膜厚、與僅在上面或下面的一方形成支承體時的支承體的厚度相同的情況下，也能由支承體提高電極板的支承強度。由此，與由支承體僅支承電極板的上面或下面的一方的情況不同，能夠不增加支承體的厚度而提高電極板的支承強度，因此能夠抑制由增加支承體的厚度引起的支承體發(fā)生裂縫。
在上述第一方案的傳感器裝置中，優(yōu)選支承體形成為覆蓋電極板的上面及下面。這樣，在電極板及支承體振動時，通過最大地拉伸或收縮，由彈性模量高的支承體支承最大拉伸應力及壓縮應力作用的上面及下面兩面，從而能夠有效地抑制電極板的振動。
在由支承體覆蓋上述電極板的上面及下面的傳感器裝置中，優(yōu)選支承體的縱截面積，相對于由支承體將電極板的上面及下面覆蓋的部分中的電極板與支承體的縱截面積的合計的比率，在10％以上。若這樣構(gòu)成則更能夠抑制電極板的振動。
在上述第一方案的傳感器裝置中，優(yōu)選支承體形成為覆蓋電極板的上面及下面的任一面、和孔部的側(cè)面。這樣，在電極板及支承體振動時，由彈性模量高的支承體支承最大拉伸應力或壓縮應力作用的上面(下面)，并由設置在孔部的側(cè)面的支承體的下端部(上端部)支承最大拉伸應力或壓縮應力作用的下面(上面)的一部分，從而能夠抑制電極板的振動。
在該情況下，優(yōu)選支承體的縱截面積，相對于由支承體將電極板的上面及下面的任一面和孔部的側(cè)面覆蓋的部分中的電極板及支承體的縱截面積的合計的比率，在26％以上。若這樣構(gòu)成則更能夠抑制電極板的振動。
在上述第一方案的傳感器裝置中，優(yōu)選支承體形成為覆蓋電極板的上面及下面、和孔部的側(cè)面。這樣，在電極板及支承體振動時，通過由彈性模量高的支承體支承最大拉伸應力及壓縮應力作用的上面及下面，從而能夠抑制電極板的振動。
在該情況下，優(yōu)選所述支承體的縱截面積，相對于由支承體將電極板的上面及下面和孔部的側(cè)面覆蓋的部分中的電極板及支承體的縱截面積的合計的比率，在17％以上。若這樣構(gòu)成則更能夠抑制電極板的振動。
在上述第一方案的傳感器裝置中，優(yōu)選電極板由硅構(gòu)成，支承體由SiN構(gòu)成。若這樣構(gòu)成則能夠容易地使支承體的彈性模量比電極板的彈性模量更高。
在上述第一方案的傳感器裝置中，優(yōu)選支承體包括上部支承體層，其覆蓋電極板的上面，上部支承體層包括第一開口部分，其設置在電極板的接觸區(qū)域，用于使電極板的上面的規(guī)定部分露出。若這樣構(gòu)成，則即使在電極板上設置上部支承體層，也能經(jīng)由第一開口部分電連接電極板與外部布線。
在該情況下，優(yōu)選該傳感器裝置還具備第一焊盤電極，其形成為經(jīng)由上部支承體層的第一開口部分與電極板接觸。若這樣構(gòu)成，則能夠經(jīng)由設置在第一開口部分的第一焊盤電極電連接電極板與外部布線。
在上述第一方案的傳感器裝置中，優(yōu)選支承體包括上部支承體層，其覆蓋電極板的上面；和下部支承體層，其覆蓋電極板的下面或上部支承體層的下面，上部支承體層及下部支承體層包括第二開口部分，其設置在振動膜的接觸區(qū)域，用于使振動膜的上面的規(guī)定部分露出。若這樣構(gòu)成，則即使在振動膜上設置下部支承體層及上部支承體層，也能經(jīng)由第二開口部分電連接振動膜與外部布線。
在該情況下，優(yōu)選該傳感器裝置還具備第二焊盤電極，其形成為經(jīng)由上部支承體層及下部支承體層的第二開口部分與振動膜接觸。若這樣構(gòu)成，則能夠經(jīng)由設置在第二開口部分的第二焊盤電極電連接電極板與外部布線。
在上述第一方案的傳感器裝置中，優(yōu)選支承體由絕緣膜構(gòu)成。若這樣構(gòu)成，則能夠容易地使振動膜與電極板電絕緣。
在上述支承體由絕緣膜構(gòu)成的傳感器裝置中，優(yōu)選支承體由通過離子注入導入雜質(zhì)后的絕緣膜構(gòu)成。此處，在利用了離子注入的改性法中，在注入雜質(zhì)過程中，絕緣膜實際上達到800℃左右而被高溫化，絕緣膜變化成致密化后的狀態(tài)。此時，絕緣膜通過雜質(zhì)注入而絕緣膜中的結(jié)合被切斷并被致密化，因此作為絕緣膜的應力處于被緩和后的狀態(tài)。并且，雜質(zhì)注入后，在從800℃左右恢復到室溫的平衡狀態(tài)時，產(chǎn)生絕緣膜要膨脹的力，因此作為絕緣膜的應力而產(chǎn)生壓縮應力(作用在相對基底膨脹方向的應力)。這樣，由于在絕緣膜中通過離子注入而產(chǎn)生壓縮應力(作用在相對基底膨脹方向的應力)，因此電極板在被向外側(cè)方向(相對基底膨脹的方向)拉伸的狀態(tài)下固定。因此，在對電極板施加壓力的情況下，可抑制電極板的振動(位移)。其結(jié)果，與使用未離子注入的絕緣膜的情況相比，施加到壓力信號中的噪聲減少，因此能夠提供可測定正確的電容變化的低噪聲的傳感器裝置。
在上述支承體由絕緣膜構(gòu)成的傳感器裝置中，優(yōu)選由通過離子注入導入雜質(zhì)后的絕緣膜構(gòu)成的支承體含有Si、O和C。若這樣構(gòu)成，則由于對含有Si、O、C的絕緣膜導入雜質(zhì)，因此與以往的氧化硅膜或氮化硅膜等絕緣膜相比，能夠獲得具有低介電常數(shù)的絕緣膜。由此，能夠降低由固定電極板的絕緣膜引起的寄生電容(寄生電容≈材料的相對介電常數(shù)×面積/厚度)，因此能夠提高傳感器裝置的靈敏度(靈敏度≈偏置電壓×由振動引起的靜電電容變化/靜電電容)。而且，由于對含有Si、O、C的絕緣膜導入雜質(zhì)，因此通過離子注入而絕緣膜被致密化，并且之后的絕緣膜的膨脹也更為增大，所以會引起比以往的絕緣膜更高的壓縮應力(作用在相對基底膨脹方向的應力)。因此電極板在被絕緣膜向外側(cè)方向(相對于基底膨脹的方向)拉伸的狀態(tài)下固定，所以在對電極板施加壓力的情況下，可進一步抑制電極板的振動(位移)。其結(jié)果，與使用以往的絕緣膜的情況相比，施加到壓力信號中的噪聲減少，因此能夠提供可測定更正確的電容變化的低噪聲的傳感器裝置。
在上述支承體由絕緣膜構(gòu)成的傳感器裝置中，優(yōu)選絕緣膜包括導入雜質(zhì)后的第一區(qū)域；和未導入雜質(zhì)的第二區(qū)域。若這樣構(gòu)成，則由于固定電極板的絕緣膜包含導入雜質(zhì)后的第一區(qū)域，從而電極板能夠在向外側(cè)方向拉伸的狀態(tài)下固定，因此能夠抑制由聲波等的傳播引起的電極板的振動(位移)。而且，導入了雜質(zhì)后的絕緣膜由于通過離子注入而被致密化，因此與離子注入前的絕緣膜相比，相對介電常數(shù)增高，因此絕緣膜通過包含未導入雜質(zhì)的第二區(qū)域，從而能夠使絕緣膜的相對介電常數(shù)與僅由第一區(qū)域構(gòu)成絕緣膜的情況相比更低。其結(jié)果，能夠降低振動膜和電極板之間的靜電電容上附加的寄生電容、即由固定電極板的絕緣膜引起的寄生電容，因此能夠提高傳感器裝置的靈敏度。
在上述支承體由絕緣膜構(gòu)成的傳感器裝置中，優(yōu)選雜質(zhì)經(jīng)由絕緣膜導入到電極板中。若這樣構(gòu)成，則通過在電極板與絕緣膜的界面的混合作用而電極板與絕緣膜的的密接性提高，因此電極板在由絕緣膜拉伸的狀態(tài)下更牢固地被固定。因此，能夠進一步提高于壓力信號的耐噪聲性。
在上述支承體由通過離子注入而導入雜質(zhì)的絕緣膜構(gòu)成的傳感器裝置中，優(yōu)選由絕緣膜構(gòu)成的支承體具有將電極板向外側(cè)拉伸的方向的應力。若這樣構(gòu)成，則電極板在被絕緣膜向外側(cè)方向(相對于基底膨脹的方向)拉伸的狀態(tài)下固定，所以在對電極板施加壓力的情況下，可抑制電極板的振動(位移)。其結(jié)果，與使用以往的絕緣膜的情況相比，施加到壓力信號中的噪聲減少，因此能夠提供可測定正確的電容變化的低噪聲的傳感器裝置。
在上述第一方案中，傳感器裝置還可包括音響傳感器。
本發(fā)明的第二方案的傳感器裝置具備第一電極，其設置在半導體基板之上；第二電極，其配置成相對于第一電極相隔規(guī)定的間隔而對置，以與第一電極構(gòu)成電容器；和絕緣膜，其至少設置在第二電極的上面上，用于將第二電極固定于半導體基板。并且，對絕緣膜通過離子注入而導入雜質(zhì)。此處，在利用離子注入的改性法中，在注入雜質(zhì)過程中，絕緣膜實際上達到800℃左右而被高溫化，絕緣膜變化成致密化后的狀態(tài)。此時，絕緣膜通過雜質(zhì)注入而絕緣膜中的結(jié)合被切斷并被致密化，因此作為絕緣膜的應力處于被緩和后的狀態(tài)。并且，雜質(zhì)注入后，在從800℃左右恢復到室溫的平衡狀態(tài)時，產(chǎn)生絕緣膜要膨脹的力，因此作為絕緣膜的應力而產(chǎn)生壓縮應力(作用在相對基底膨脹方向的應力)。這樣，由于在絕緣膜中通過離子注入而產(chǎn)生壓縮應力(作用在相對基底膨脹方向的應力)，因此第二電極在被向外側(cè)方向(相對于基底膨脹的方向)拉伸的狀態(tài)下固定。因此，在對第二電極施加壓力的情況下，可抑制第二電極的振動(位移)。其結(jié)果，與使用未離子注入的絕緣膜的情況相比，施加到壓力信號中的噪聲減少，因此能夠提供可測定正確的電容變化的低噪聲的傳感器裝置。


圖1是沿表示本發(fā)明的第一實施方式的麥克風的構(gòu)造的圖3的100-100線的剖面圖；圖2是沿表示本發(fā)明的第一實施方式的麥克風的構(gòu)造的圖3的150-150線的剖面圖；圖3是圖1所示的本發(fā)明的第一實施方式的麥克風的俯視圖；圖4是圖1所示的本發(fā)明的第一實施方式的麥克風的俯視圖；圖5是用于說明圖1所示的第一實施方式的麥克風的動作的剖面圖；圖6是在模擬中使用的、支承一端的平板的模型的示意圖；圖7是圖6所示的進行模擬的平板的模型的200-200線的剖面圖；圖8是圖6所示的進行模擬的平板的模型的200-200線的剖面圖；圖9是圖6所示的進行模擬的平板的模型的200-200線的剖面圖；圖10是圖6所示的進行模擬的平板的模型的200-200線的剖面圖；圖11是圖6所示的進行模擬的平板的模型的200-200線的剖面圖；圖12是圖6所示的進行模擬的平板的模型的200-200線的剖面圖；圖13是圖6所示的進行模擬的平板的模型的200-200線的剖面圖；圖14是表示支承體的縱截面積相對于電極板的縱截面積和支承體的縱截面積的和(6μm2)的比率(％)、與位移y(nm)的關系的曲線圖；圖15是表示支承體的厚度(μm)、和位移y(nm)的關系的曲線圖；圖16～30是用于說明本發(fā)明的第一實施方式的麥克風的制造過程的剖面圖；圖31是表示本發(fā)明的第二實施方式的麥克風的構(gòu)造的剖面圖。
圖32～36是用于說明本發(fā)明的第二實施方式的麥克風的制造過程的剖面圖；圖37是表示本發(fā)明的第三實施方式的音響傳感器的構(gòu)成的俯視圖；圖38是沿圖37的400-400線的剖面圖；圖39是沿圖37的450-450線的剖面圖；圖40～圖51是用于說明本發(fā)明的第三實施方式的音響傳感器的制造過程的剖面圖；圖52是表示本發(fā)明的第四實施方式的音響傳感器的剖面圖；圖53是表示本發(fā)明的第一變形例的麥克風的構(gòu)造的剖面圖；圖54是表示本發(fā)明的第二變形例的麥克風的構(gòu)造的剖面圖。
具體實施例方式
以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。另外，在以下的說明中，對將本發(fā)明適用于作為傳感器裝置的一種的麥克風(音響傳感器)的例子進行說明。
(第一實施方式)首先，參照圖1～圖4，對本發(fā)明的第一實施方式的麥克風的構(gòu)造進行說明。
在第一實施方式的麥克風30中，如圖1及圖2所示，在硅基板1的表面形成有由SiN構(gòu)成的蝕刻阻止層2。該蝕刻阻止層2具有約0.05μm～約0.2μm的厚度。并且，在形成后述的振動膜部4a的區(qū)域，以貫通硅基板1和蝕刻阻止層2的方式形成有部分四角錐狀(截頭四角錐狀)(參照圖1及圖3)的開口部分3。該開口部分3在聲音進入的時候發(fā)揮空氣的通道的功能。
在蝕刻阻止層2及開口部分3的上面形成有具有約0.1μm～約2.0μm的厚度的多晶硅層4。該多晶硅層4通過注入n型雜質(zhì)(磷(P))而具有導電性。該多晶硅層4如圖3及圖4所示，在俯視的情況下，包括圓板狀的振動膜部4a，其在與開口部分3的中心相同的位置配置中心；和連接布線部4b，其從振動膜部4a向圖3的A方向突出延伸并包含接觸區(qū)域4c。另外，振動膜部4a是本發(fā)明的“振動膜”的一例。
此處，在第一實施方式中，在蝕刻阻止層2及多晶硅層4的上面形成下部支承體層5。下部支承體層5由具有比多晶硅的彈性模量更高的彈性模量的SiN構(gòu)成，具有約0.01μm～約2μm的厚度。另外，下部支承體層5是本發(fā)明的“支承體”的一例。在振動膜部4a與下部支承體層5之間形成有具有約1μm～約5μm的高度的氣隙6。
在下部支承體層5的上面形成具有約0.1μm～約2μm的厚度的多晶硅層7。該多晶硅層7通過注入n型雜質(zhì)(磷(P))而具有導電性。多晶硅層7如圖3所示，俯視觀察包括圓板狀的電極板部7a，其在與振動膜部4a的中心相同的位置配置中心；和連接布線部7b，其形成為從電極板部7a向圖3的B方向突出延伸并包含接觸區(qū)域7c。另外，電極板部7a是本發(fā)明的“電極板”的一例。
而且，在第一實施方式中，在下部支承體層5及多晶硅層7的上面形成上部支承體層8。上部支承體層8由具有比多晶硅的彈性模量更高的彈性模量的SiN構(gòu)成，具有約0.01μm～約2μm的厚度。換而言之，在第一實施方式中，在由多晶硅層7構(gòu)成的電極板部7a的下面及上面，分別形成有由具有比多晶硅更高的彈性模量的SiN構(gòu)成的下部支承體層5及上部支承體層8。
在多晶硅層7的電極板部7a、下部支承體層5及上部支承體層8中，形成有多個從外部向氣隙6連通的圓狀的音響孔9。
如圖1所示，在下部支承體層5及上部支承體層8中，分別在多晶硅層4的連接布線部4b的接觸區(qū)域4c所對應的部分形成有接觸孔5a及接觸孔8a。而且，如圖2所示，在多晶硅層7的連接布線部7b的接觸區(qū)域7c所對應的上部支承體的部分形成有接觸孔8b。
并且，如圖1所示，在多晶硅層4的連接布線部4b的接觸區(qū)域4c上，經(jīng)由上部支承體層8的接觸孔8a及下部支承體層5的接觸孔5a，形成有由具有約500nm的厚度的金(Au)及具有約100nm的厚度的鉻(Cr)構(gòu)成的焊盤(pad)電極11。而且，如圖2所示，在多晶硅層7的連接布線部7b的接觸區(qū)域7c上，經(jīng)由上部支承體層8的接觸孔8b，形成有由具有約500nm的厚度的金(Au)及具有約100nm的厚度的鉻(Cr)構(gòu)成的焊盤電極12。另外，焊盤電極11及焊盤電極12分別為本發(fā)明的“第二焊盤電極”及“第一焊盤電極”。
下面，參照圖1及圖5，說明第一實施方式的麥克風的動作。另外，在振動膜部4a與電極板部7a之間，經(jīng)由焊盤電極11及12施加恒定的電壓。
首先，在麥克風30中未進入聲音的狀態(tài)下，如圖1所示，振動膜部4a不振動。因此，由于振動膜部4a與電極板部7a之間的靜電電容不變化，所以從振動膜部4a及電極板部7a電荷不移動。
另一方面，若聲音進入到麥克風30中，則如圖5所示，振動膜部4a振動。因此，振動膜部4a、與由下部支承體層5及上部支承體8固定的電極板部7a之間的靜電電容變化，所以從振動膜部4a及電極板部7a電荷移動。該電荷的移動作為進入的聲音所對應的電信號而輸出。
在第一實施方式中，如上所述，在電極板部7a、下部支承體層5及上部支承體層8振動時，在最大的拉伸應力及壓縮應力作用的電極板部7a的下面及上面，分別形成由具有比由多晶硅構(gòu)成的電極板部7a的彈性模量更高的彈性模量的SiN構(gòu)成的下部支承體層5及上部支承體層8，從而與以僅覆蓋電極板的上面或下面的方式設置支承體的情況相比，能夠由下部支承體層5及上部支承體層8提高電極板部7a的支承強度，因此能夠抑制電極板部7a的振動。由此，在聲音進入到麥克風30中時，能夠僅使振動膜部4a較大地振動，因此能夠增大振動膜部4a與電極板部7a之間的距離的變化量。其結(jié)果，能夠增大振動膜部4a與電極板部7a之間的靜電電容的變化，因此能夠增大輸出的電信號。
而且，在電極板部7a、下部支承體層5及上部支承體層8振動時，由于最大地拉伸或收縮，由彈性模量高的SiN構(gòu)成的下部支承體層5及上部支承體層8支承最大拉伸應力及壓縮應力作用的下面及上面兩面，因此即使在下面及上面形成的下部支承體層5及上部支承體層8的合計膜厚、與僅在上面或下面形成支承體時的支承體的厚度相同的情況下，也能由下部支承體層5及上部支承體層8提高電極板部7a的支承強度。由此，與由支承體僅支承電極板的上面或下面的一方的情況不同，能夠不增加下部支承體層5及上部支承體層8的厚度而提高電極板部7a的支承強度，因此能夠抑制由增加下部支承體層5及上部支承體層8的厚度引起的下部支承體層5及上部支承體層8的裂紋(crack)的發(fā)生。
下面，對為了確認上述的第一實施方式的效果而進行的兩個模擬進行說明。另外，以下的模擬在圖6所示的平板31a～31g的上面向下作用10Pa的壓力并計算向平板31a～31g的另一端部的下方的位移y(nm)。
首先，參照圖7～圖13，對各平板31a～31g的縱截面構(gòu)造進行說明。圖7所示的平板31a是僅在電極板32a的上面形成支承體33a的比較例1的模型。圖8所示的平板31b是僅在電極板32b的下面形成支承體33b的比較例2的模型。圖9所示的平板31c是僅在電極板32c的側(cè)面形成支承體33c的比較例3的模型。圖10所示的平板31d是在電極板32d的上面及下面形成支承體33d的第一實施方式所對應的實施例1的模型。圖11所示的平板31e是在電極板32e的上下面及側(cè)面形成支承體33e的后述的第二實施方式所對應的實施例2的模型。圖12所示的平板31f是在電極板32f的上面及側(cè)面形成支承體33f的第一變形例所對應的實施例3的模型。圖13所示的平板31g是在電極板32g的下面及側(cè)面形成支承體33g的后述的第二變形例所對應的實施例4的模型。另外，在所有的平板31a～31g的模型中，假設電極板32a～32g具有170GPa的彈性模量，支承體33a～33g具有300GPa的彈性模量。
圖14是表示支承體的縱截面積相對于電極板的縱截面積及支承體的縱截面積的和(6μm2)的比率(％)、與位移y(nm)的關系的曲線圖。在該模擬中，使用具有100μm的長度L(參照圖6)、5μm的寬度W及1.2μm的高度H的比較例1～3的平板31a～31c及實施例1～4的平板31d～31g的模型，在使電極板32a～32g的縱截面積及支承體33a～33g的縱截面積的合計(6μm2)為恒定的狀態(tài)下進行模擬。
然后，參照圖14，首先對比較例1的平板31a(參照圖7)、比較例2的平板31b(參照圖8)及實施例1(對應于第一實施方式)的平板31d(參照圖10)中的位移y的差異進行說明。如圖14所示，在電極板32d的上面及下面形成支承體33d的實施例1的平板31d(參照圖10)，與僅在電極板32a的上面形成支承體33a的比較例1的平板31a(參照圖7)及僅在電極板32b的下面形成支承體33b的比較例2的平板31b(參照圖8)比較，可知位移y小。尤其是，將支承體33a、33b及33d的縱截面積相對于電極板32a、32b及32d的縱截面積與支承體33a、33b及33d的縱截面積的合計的比率，設定為約10％以上的情況下，在電極板32d的上面及下面形成支承體33d的實施例1的平板31d(參照圖10)，與僅在電極板32a的上面形成支承體33a的比較例1的平板31a(參照圖7)及僅在電極板32b的下面形成支承體33b的比較例2的平板31b(參照圖8)比較，可知位移y更小。
下面，參照圖14，對比較例1的平板31a(參照圖7)、比較例2的平板31b(參照圖8)及實施例2(對應于第二實施方式)的平板31e(參照圖11)中的位移y的差異進行說明。另外，圖14所示的實施例2的平板31e按以下的表1所示的支承體(下層)33e、電極板32e及支承體(上層)33e的各厚度進行。


如圖14所示，設定支承體33a、33b及33e的縱截面積相對于電極板32a、32b及32e的縱截面積與支承體33a、3b及33e的縱截面積的合計的比率為約17％以上的情況下，在電極板32e的上面、下面及側(cè)面形成支承體33e的實施例2的平板31e(參照圖11)，與僅在電極板32a的上面形成支承體33a的比較例1的平板31a(參照圖7)及僅在電極板32b的下面形成支承體33b的比較例2的平板31b(參照圖8)比較，可知位移y更小。
然后，參照圖14，對比較例1的平板31a(參照圖7)、比較例2的平板31b(參照圖8)及實施例3(對應于第一變形例)的平板31f(參照圖12)及實施例4(對應于第二變形例)的平板31g(參照圖13)中的位移y的差異進行說明。如圖14所示，設定支承體33a、33b及33f及33g的縱截面積相對于電極板32a、32b及32f及32g的縱截面積、與支承體33a、3b及33f及33g的縱截面積的合計的比率為約26％以上的情況下，在電極板32f的上面及側(cè)面(包含下面?zhèn)鹊膫?cè)面的整個側(cè)面)形成支承體33f的第一變形例的平板31f(參照圖12)、及在電極板32g的下面及側(cè)面(包含上面?zhèn)鹊膫?cè)面的整個側(cè)面)形成支承體33g的第二變形例的平板31g(參照圖13)，與僅在電極板32a的上面形成支承體33a的比較例1的平板31a(參照圖7)及僅在電極板32b的下面形成支承體33b的比較例2的平板31b(參照圖8)比較，可知位移y小。
此處，在電極板及支承體的另一端部向上下方向位移的情況下，由于截面的上面部和下面部最向長度L方向拉伸或收縮，因此最大的拉伸應力及壓縮應力作用于截面的上面部及下面部。另一方面，即使在電極板及支承體的另一端部向上下方向位移的情況下，截面的中央部的幾乎L方向的長度不變化，因此拉伸應力及壓縮應力幾乎不作用于截面的中央部。并且，如圖10所示的第一實施方式所對應的實施例1的平板31d及圖11所示的后述的第二實施方式所對應的實施例2的平板31e那樣，在電極板32d(32e)的上面及下面形成支承體33d(33e)，或者，如圖12所示的后述的第一變形例的平板31f及圖13所示的后述的第二變形例的平板31g那樣，在電極板32f(32g)的上面(下面)及下面?zhèn)?上面?zhèn)?的側(cè)面形成支承體33f(33g)，由此電極板32d、32e、32f、32g及支承體33d、33e、33f、33g的另一端向上下方向位移的情況下，由彈性模量高的支承體33d、33e、33f、33g接受最大的拉伸應力及壓縮應力，從而可認為能夠減小位移y。另一方面，僅在圖7(圖8)所示的電極板32a(32b)的上面(下面)形成支承體33a(33b)的比較例1(2)的情況下，能夠由支承體33a(33b)接受作用于上面(下面)的最大的拉伸應力或壓縮應力，但是作用于下面(上面)的最大的拉伸應力或壓縮應力必須由彈性模量低的電極板32a(32b)接受。因此，可認為位移y增大。
圖15是表示支承體的厚度(μm)、和位移y(nm)的關系的曲線圖。在該模擬中，使用具有100μm的長度L及5μm的寬度W的比較例1a的平板31a(參照圖7)、比較例2a的平板31b(參照圖8)及實施例1a(對應于第一實施方式)的平板31d(參照圖10)的模型，在使各平板31a、31b及31d的電極板32a、32b及32d的厚度(0.6μm)恒定的狀態(tài)下，使支承體33a、33b及33d的各合計厚度變化為0.3μm、0.6μm及0.9μm。另外，在圖10所示的第一實施方式所對應的實施例1a的平板31d的模型中，設定為上面及下面的支承體33d的兩方為相等的厚度(即為支承體的合計膜厚的1/2)。例如，在支承體33d的合計膜厚為0.3μm時，上面的支承體33d的厚度及下面的支承體33d的厚度分別設定為具有0.15μm的厚度。
下面，參照圖15，對比較例1a的平板31a(參照圖7)、比較例2的平板31b(參照圖8)及第一實施方式所對應的實施例1a的平板31d(參照圖10)的位移y的差異進行說明。如圖15所示，在電極板32d的上面及下面兩方形成支承體33d的第一實施方式所對應的實施例1a的平板31d(參照圖10)，與僅在電極板32a的上面形成支承體33a的比較例1a的平板31a(參照圖7)及僅在電極板32b的下面形成支承體33b的比較例2a的平板31b(參照圖8)比較，支承體的合計膜厚在0.3μm～0.9μm的范圍內(nèi)，可知位移y小。這意味著，若支承體的合計膜厚相同，則在圖10所示的電極32d的上面及下面兩方形成支承體33d的實施例1a的平板31d，與僅在電極板32a(32b)的上面(下面)形成支承體33a(33b)的比較例1a(2a)的平板31a(31b)(參照圖7及圖8)相比，更能夠抑制電極板的振動。
尤其是，支承體33a、33b及33d的合計膜厚小的情況(0.3μm)與支承體33a、33b及33d的合計膜厚大的情況(0.6μm、0.9μm)相比，可知圖7及圖8所示的比較例1a及2a的平板31a及31b的模型的位移y、與圖10所示的實施例1a的平板31d的模型的位移y的差增大。即，在小型化麥克風30的情況等，在較薄地形成支承體33a、33b及33d的情況下，與圖7及圖8所示的比較例1a及2a的平板31a及31b的模型的位移y相比，可知圖10所示的第一實施方式所對應的實施例1a的平板31d的模型的位移y更小。
下面，參照圖1及圖16～圖29，對本發(fā)明的第一實施方式的麥克風的制造過程進行說明。
首先，如圖16所示，利用由二氯硅烷氣體及氨氣、或甲硅烷氣體及氨氣進行的LP-CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition減壓CVD)法，在硅基板1的表面及背面分別形成由SiN構(gòu)成的具有約0.05μm～約0.2μm的厚度的蝕刻阻止層2及掩模層20。然后，利用由甲硅烷氣體或乙硅烷氣體進行的LP-CVD法，在蝕刻阻止層2的上面的整個面上形成具有約0.1μm～約2μm的厚度的多晶硅層4。接著，為了使該多晶硅層4成為高濃度的n+型，利用磷酰氯(POCl3)在約875℃的條件下進行固相磷擴散。并且，根據(jù)光刻技術，在多晶硅層4上的規(guī)定區(qū)域形成抗蝕膜21。
然后，如圖17所示，以抗蝕膜21為掩模，利用由氯系的氣體進行的干蝕刻技術，對多晶硅層4進行圖案形成，從而形成振動膜部4a及連接布線部4b。接著，除去抗蝕膜21。
而后，如圖18所示，通過等離子體CVD法或常壓CVD法以覆蓋整個面的方式形成由具有約2μm～約5μm的厚度的PSG(添加磷的SiO2)構(gòu)成的犧牲層22。然后，利用光刻技術，在犧牲層22上的規(guī)定區(qū)域形成抗蝕膜23。
接著，如圖19所示，以抗蝕膜23為掩模，利用由氟系的氣體進行的干蝕刻技術，對用于形成氣隙6(參照圖1)的犧牲層22進行圖案形成。而后，除去抗蝕膜23。
然后，如圖20所示，利用由甲硅烷及氨、或二氯硅烷及氨構(gòu)成的混合氣體而進行的LP-CVD法，在蝕刻阻止層2、多晶硅層4及犧牲層22的上面形成由具有約0.01μm～約2μm的厚度的SiN構(gòu)成的下部支承體層5。
接著，如圖21所示，利用由甲硅烷或乙硅烷進行的LP-CVD法，在下部支承體層5的上面的整個面上形成具有約0.1μm～約2μm的厚度的多晶硅層7。而后，為了使該多晶硅層7成為高濃度的n+型，利用磷酰氯(POCl3)在約875℃的條件下進行固相磷擴散。然后，利用光刻技術，在多晶硅層7上的規(guī)定區(qū)域形成抗蝕膜24。
而后，如圖22所示，以抗蝕膜24為掩模，利用由氯系的氣體進行的蝕刻技術，對多晶硅層7進行圖案形成，從而形成電極板部7a、連接布線部7b及形成焊盤電極11的部分的多晶硅層7d。接著，除去抗蝕膜24。
然后，如圖23所示，利用由甲硅烷及氨、或二氯硅烷及氨構(gòu)成的混合氣體的LP-CVD法、或利用等離子體CVD法，在下部支承體層5、電極板部7a及連接布線部7b的上面形成具有約0.01μm～約2μm的厚度的由SiN構(gòu)成的上部支承體層8。
接著，如圖24所示，利用光刻技術，在上部支承體層8上的規(guī)定區(qū)域形成抗蝕膜25。
而后，如圖25所示，以抗蝕膜25為掩模，利用由氬、氧及CF4構(gòu)成的混合氣體進行的蝕刻技術，對上部支承體層8進行圖案形成。然后，以相同的保護膜25為掩模，利用由氯及氧構(gòu)成的混合氣體進行的蝕刻技術，對多晶硅層7進行圖案形成。另外，同時通過蝕刻除去多晶硅層7d。接著，以相同的保護膜25為掩模，利用由氬、氧及CF4構(gòu)成的混合氣體進行的蝕刻技術，對下部支承體層5進行圖案形成。由此，如圖25所示，形成接觸孔5a及8a、和音響孔9。然后，除去保護膜25。并且，利用光刻技術，在形成覆蓋形成接觸孔8b(參照圖2)的區(qū)域以外的區(qū)域的抗蝕膜(未圖示)之后，以該抗蝕膜為掩模，利用由氬、氧及CF4構(gòu)成的混合氣體進行的蝕刻技術，對上部支承體層8進行圖案形成，由此形成接觸孔8b。
然后，如圖26所示，利用光刻技術，以覆蓋焊盤電極11及12的形成區(qū)域以外的區(qū)域的方式形成抗蝕膜26之后，在整個面上利用蒸鍍法，形成由具有約500nm的厚度的金(Au)及具有約100nm的厚度的鉻(Cr)構(gòu)成的電極層27。并且，利用剝離法，除去抗蝕膜26，由此通過除去在抗蝕膜26的上面及側(cè)面形成的電極層27，從而如圖27所示，形成焊盤電極11及12(參照圖1～圖3)。
接著，如圖28所示，利用光刻技術，在掩模層20的表面上的規(guī)定區(qū)域形成抗蝕膜26。而后，以抗蝕膜26為掩模，利用由氟系的氣體進行的干蝕刻技術，對掩模層20進行圖案形成。而后，除去抗蝕膜26。
然后，如圖29所示，以掩模層20為掩模，利用由四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液、或氫氧化鉀水溶液而進行的各向異性濕蝕刻技術，在硅基板1上形成開口部分3。
而后，如圖30所示，利用由氟系的氣體進行的干蝕刻技術除去掩模層20，并且蝕刻從開口部分3露出的部分的蝕刻阻止層2。接著，使氟酸從音響孔9流入，除去犧牲層22，由此形成氣隙6，從而完成如圖1所示的第一實施方式的麥克風30。
(第二實施方式)在該第二實施方式中，與上述第一實施方式不同，參照圖31，對不僅在電極板部47a的上下面，還在電極板部47a的音響孔49所對應的孔部47b的內(nèi)側(cè)面形成支承體的例子進行說明。
即，在該第二實施方式的麥克風30a中，如圖31所示，在多晶硅層47的電極板部47a中，比音響孔49更大的孔部47b形成在音響孔49所對應的位置。而且，上部支承體層48不僅在多晶硅層47的電極板部47a的上面部，還形成為覆蓋電極板部47a的孔部47b的側(cè)面。并且，下部支承體層45形成為覆蓋位于多晶硅層47的孔部47b的內(nèi)側(cè)面的下端的部分。即，音響孔49的側(cè)面由上部支承體層48和下部支承體層45形成。
另外，第二實施方式的下部支承體層45、多晶硅層47及上部支承體層48以外的構(gòu)造具有與上述第一實施方式相同的構(gòu)造。
在第二實施方式中，如上所述，在電極板部47a、下部支承體層45及上部支承體層48振動時，在最大的拉伸應力及壓縮應力作用的電極板部47a的下面及上面、和電極板部47a的音響孔49所對應的孔部47b的側(cè)面，形成由具有比由多晶硅構(gòu)成的電極板部47a的彈性模量更高的彈性模量的SiN構(gòu)成的下部支承體層45及上部支承體層48，從而與以僅覆蓋電極板的上面或下面的方式設置支承體的情況相比，能夠由下部支承體層45及上部支承體層48提高電極板部47a的支承強度，因此能夠抑制電極板部47a的振動。另外，這一點在圖14所示的模擬中已確認完畢。
下面，參照圖31及圖32～圖36，對本發(fā)明的第二實施方式的麥克風的制造過程進行說明。
首先，經(jīng)過與第一實施方式的圖16～圖20所示的工序同樣的制造過程形成圖21所示的形狀之后，如圖32所示，利用由甲硅烷氣體或乙硅烷氣體進行的CVD法，在下部支承體層45上形成具有約0.1μm～約2μm的厚度的多晶硅層47。然后，在多晶硅層47上的規(guī)定區(qū)域，利用光刻技術形成抗蝕膜51。
然后，如圖33所示，以抗蝕膜51為掩模，利用由氯及氧的混合氣體進行的蝕刻技術，對多晶硅層47進行圖案形成，從而形成包含具有比音響孔49的直徑更大的直徑的孔部47b的電極板部47a、及連接布線部(未圖示)。接著，除去抗蝕膜51。
而后，如圖34所示，利用由甲硅烷氣體及氨氣、或二氯硅烷氣體及氨氣構(gòu)成的混合氣體進行的LP-CVD法、或利用等離子體CVD法，形成具有約0.01μm～約2μm的厚度的由SiN構(gòu)成的上部支承體層48。
接著，如圖35所示，利用光刻技術，在上部支承體層48上的規(guī)定區(qū)域形成抗蝕膜52。
然后，以抗蝕膜52為掩模，利用由氬、氧及CF4構(gòu)成的混合氣體進行的蝕刻技術，對上部支承體層48及下部支承體層45進行圖案形成。由此，獲得包含音響孔49、接觸孔45a及48a的圖36所示的形狀。而后，除去保護膜52。
接著，經(jīng)過與圖26～圖30所示的第一實施方式的制造過程同樣的制造過程，完成圖31所示的第二實施方式的麥克風30。
(第三實施方式)下面，參照圖37～圖39，對第三實施方式的音響傳感器300進行說明。在該第三實施方式中，與上述第一及第二實施方式不同，對作為支承電極板(固定電極)的支承體使用通過離子注入而改性后的改性SiOC層的例子進行說明。
該第三實施方式的音響傳感器300，如圖37～圖39所示，具備振動電極304，其構(gòu)成硅基板301上形成的振動膜；和固定電極306，其與振動電極304對置并相隔規(guī)定的間隔而配置。而且，由振動電極304和固定電極306構(gòu)成電容器。
音響傳感器300包括硅基板301、蝕刻阻止層302、振動電極304、犧牲層305、固定電極306、音響孔307a、改性SiOC層308a、振動電極用焊盤電極309a、固定電極用焊盤電極309b、基板開口部310a、及氣隙311。
另外，硅基板301是本發(fā)明的“半導體基板”的一例，振動電極304是本發(fā)明的“第一電極”及“振動膜”的一例。而且，固定電極306是本發(fā)明的“第二電極”及“電極板”的一例，改性SiOC層308a是本發(fā)明的“絕緣膜”、“導入雜質(zhì)后的包含Si、O、C的絕緣膜”及“支承體”的一例。
硅基板301成為音響傳感器300的基板。在硅基板301中，如圖38及圖39所示，從硅基板301的上側(cè)到下側(cè)設置有音孔(開口部分)310。而且，如圖37所示，俯視地觀察，硅基板301的上側(cè)的表面中的音孔310的基板開口部分310a具有四角形的形狀。并且，在硅基板301的上側(cè)的表面形成有蝕刻阻止層302a。
振動電極304，如圖38及圖39所示，形成為覆蓋硅基板301的音孔310。構(gòu)成為從音孔310的下側(cè)傳遞聲壓，作為振動膜的振動電極304根據(jù)聲壓振動。具體地說，振動電極304，其覆蓋音孔310的區(qū)域形成為浮動狀態(tài)，并且音孔310的外周區(qū)域固定于硅基板301(蝕刻阻止層302a)上。
固定電極306，如圖38及圖39所示，設置在振動電極304上方，與振動電極304一起形成電容器。若振動電極304根據(jù)聲壓而振動，則該電容器具有靜電電容的值變化的特性。而且，固定電極306以占據(jù)基板開口部分310a(音孔310)的至少一部分的大小而形成。
改性SiOC層308a，如圖38及圖39所示，形成為覆蓋固定電極306，并且為了將固定電極306固定在硅基板301上而設置在固定電極306的外周部。此處，改性SiOC層308a是利用離子注入法對作為低介電常數(shù)絕緣膜之一的SiOC層[組成SiOx(CH3)y]導入硼(B)等雜質(zhì)的膜。
犧牲層305，如圖38及圖39所示，形成為使振動電極304與固定電極306絕緣。此處，將改性SiOC層308a及固定電極306在振動電極304之間形成的空間稱為氣隙311。而且，改性SiOC層308a及固定電極306形成多個音響孔307a。
振動電極用焊盤電極309a及固定電極用焊盤電極309b分別形成為連接于振動電極304及固定電極306。振動電極用焊盤電極309a及固定電極用焊盤電極309b分別為了對振動電極304及固定電極306施加規(guī)定的電壓而設置。而且，若因振動電極304和固定電極306而使得電容器的靜電電容變化，則振動電極用焊盤電極309a和固定電極用焊盤電極309b之間的電位差也變化，因此該變化的電位差作為聲音信號而輸出。即，振動電極用焊盤電極309a和固定電極用焊盤電極309b將靜電電容的變化作為電位差間接地進行檢測。輸出的聲音信號例如由揚聲器輸出、或變換成數(shù)字信號而存儲。
在以下的表2中表示改性SiOC層308a的膜特性(殘余應力、BHF蝕刻速度、相對介電常數(shù))。另外，在殘余應力(內(nèi)部應力)中存在作用于相對基底膜收縮方向的應力(拉伸應力)、和作用于膨脹方向的應力(壓縮應力)，在表2中正的值表示壓縮應力，負的值表示拉伸應力。


對固定電極306進行固定的絕緣膜具有壓縮應力，由此絕緣膜作用為將固定電極306向外周方向(相對于基底膨脹的方向)拉伸。因此，具有越大的壓縮應力的絕緣膜，越能夠在牢固地拉伸固定電極306的狀態(tài)下對其進行固定。
如從表2可以明確，改性SiOC層具有與未改性的SiOC層的拉伸應力相反的壓縮應力，進而，即使與氮化硅膜(SiN)或氧化硅膜(SiO2)相比也具有近兩倍大的壓縮應力。這是由于改性SiOC層(通過離子注入導入雜質(zhì)后的SiOC層)通過因離子注入而產(chǎn)生的膜的致密化及之后的膨脹，與離子注入前的SiOC層相比產(chǎn)生壓縮應力(作用在相對基底膨脹的方向的應力)。
在第一實施方式中，由于具有高壓縮應力的改性SiOC層308a對固定電極306進行固定，因此固定電極306在被向外側(cè)方向(相對基底膨脹的方向)拉伸的狀態(tài)下固定。因此，在對固定電極306施加聲壓的情況下，可抑制固定電極306的振動(位移)。其結(jié)果，與使用未導入雜質(zhì)的SiOC層的情況相比，施加到音響信號中的噪聲減少，因此能夠提供可測定正確的電容變化的低噪聲的音響傳感器300。
下面，利用圖40～圖51，對本發(fā)明的第三實施方式的音響傳感器300的制造方法進行說明。另外，圖40～圖51與圖38同樣對應于圖37的400-400線的剖面。
首先，如圖40所示，在研磨了兩面后的硅基板301上，利用減壓CVD法，以約200nm的厚度形成蝕刻阻止層302a及302b。蝕刻阻止層302b成為從背面蝕刻硅基板301時的掩模，蝕刻阻止層302a成為之后從背面蝕刻硅基板301時的阻止層。對蝕刻阻止層302a、302b一般使用氮化硅膜(SiN膜)。形成氮化硅膜(SiN膜)時使用的氣體為甲硅烷和氨、乙硅烷和氨等，成膜溫度為300℃～600℃。
然后，如圖41所示，在蝕刻阻止層302a的整個面上，利用等離子體CVD法或常壓CVD法，形成具有約500nm的厚度的犧牲層303。對犧牲層303一般使用包含磷(P)的氧化硅膜，但只要可溶于氟酸(HF)則使用哪種膜均可。該犧牲層303之后以由HF進行的蝕刻法除去，因而是不會殘留到最終的構(gòu)造體上的膜。接著，對犧牲層303利用通常的光刻技術和蝕刻技術除去不要的部分。
而后，如圖42所示，在蝕刻阻止層302及犧牲層303的整個面上以約1μm的厚度形成振動電極304。對振動電極304一般使用多晶硅，但也可使用其它具有導電性的材料。并且，對振動電極304利用通常的光刻技術和蝕刻技術除去不要的部分。
接著，如圖43所示，在振動電極304上形成具有3μm左右的厚度的犧牲層305。對犧牲層305與犧牲層303同樣一般使用包含磷(P)的氧化硅膜，但只要可溶于氟酸(HF)則使用哪種膜均可。在后面的工序中，成為氣隙311(參照圖38)的部分的犧牲層305之后以由HF進行的蝕刻法除去，因而不會殘留于最終的構(gòu)造體。另外，對于殘留于最終的構(gòu)造體上的部分的犧牲層305，作為使振動電極304和固定電極306絕緣的絕緣層而發(fā)揮作用。并且，對犧牲層305利用通常的光刻技術和蝕刻技術除去周邊部分，形成具有開口部分的犧牲層305。此處，犧牲層305的厚度成為最終的電極間的氣隙距離，從而由電容(C＝e×S/t，e介電常數(shù)，S電極面積，t氣隙距離)反映，還由靈敏度反映。而且，犧牲層305的厚度也會對音響傳感器300結(jié)構(gòu)的牢固性產(chǎn)生大的影響。例如，若氣隙311過窄，則導致振動電極304與固定電極306接觸而變得無法感測。
然后，如圖44所示，在犧牲層305之上形成導電膜，該導電膜形成固定電極306。從機械強度的觀點出發(fā)，作為該導電膜希望是多晶硅膜。并且，利用通常的光刻技術和蝕刻技術除去導電膜的不要的部分。進行該蝕刻時，同時預先形成用于使氣隙內(nèi)的空氣根據(jù)振動電極304的位移而移動的音響孔307。
而后，如圖45所示，在固定電極306及犧牲層305至少，利用等離子體CVD法，以約2μm的厚度形成包含Si、O、C的絕緣膜即SiOC層308。該SiOC層308的形成利用三甲基硅烷及氧構(gòu)成的混合氣體，在約350℃的成膜溫度、約4.0Torr的成膜壓力及約600W的高頻功率的條件下進行。由此，形成組成由SiOx(CH3)y構(gòu)成的低介電常數(shù)SiOC層308。
接著，如圖46所示，為了改性SiOC層308而進行離子注入。該離子注入將硼離子(B+)在約140keV的注入能量及約2×1015cm-2的注入量的條件下進行。由此，形成在膜中導入了硼后的改性SiOC層308a。
在利用離子注入的改性法中，在注入雜質(zhì)過程中，膜實際上達到800℃左右而被高溫化，膜變化成致密化后的狀態(tài)。此時，膜通過雜質(zhì)注入而膜中的結(jié)合被切斷并被致密化，因此作為膜應力處于被緩和了的狀態(tài)。并且，雜質(zhì)注入后，在從800℃左右恢復到室溫的平衡狀態(tài)時，產(chǎn)生膜要膨脹的力，作為膜應力而產(chǎn)生壓縮應力(作用在相對基底膨脹方向的應力)。其結(jié)果，獲得具有高壓縮應力的改性SiOC層308a。
而且，利用離子注入法對SiOC層308導入硼離子，從而通過在固定電極306與改性SiOC層308a的界面的混合作用，固定電極306與改性SiOC層308a的密接性提高，固定電極306在由改性SiOC層308a拉伸的狀態(tài)下被更牢固地固定。因此，對音響信號的耐噪聲性進一步提高。
然后，如圖47所示，對改性SiOC層308a利用通常的光刻技術和蝕刻技術除去不要的部分。此處的不要部分不僅是指周邊部分，還包括焊盤部分320和音響孔307a。對該改性SiOC層308a進行圖案形成時，在將位置調(diào)整到預先進行了加工的音響孔307的狀態(tài)下，同時形成比音響孔307直徑更小的音響孔307a。由此，由于在固定電極306的側(cè)壁也設置改性SiOC層308a，因此改性SiOC層308a與固定電極306被更牢固地固定。
而后，如圖48所示，在焊盤部分320形成振動電極用焊盤電極309a及固定電極用焊盤電極309b(參照圖37)。作為振動電極用焊盤電極309a及固定電極用焊盤電極309b，鋁、銅、金等低電阻金屬膜尤其適合。作為振動電極用焊盤電極309a及固定電極用焊盤電極309b的形成方法，也存在通常的光刻技術和蝕刻技術，但還可適用所謂的鍍層抗蝕法或抗蝕蝕刻去除(resist etch off)法等技術。
接著，如圖49所示，對于硅基板301的背面?zhèn)鹊奈g刻阻止層302b，利用通常的光刻技術和蝕刻技術除去不要的部分。
然后，如圖50所示，將進行了圖案形成的蝕刻阻止層302b用作掩模，由氫氧化鉀水溶液(KOH)或四甲基氫氧化銨水溶液(TMAH)等堿蝕刻液進行各向同性蝕刻。該各向同性蝕刻由在圖40所示的過程中形成的蝕刻阻止層302a自動地進行蝕刻阻止。由此，在硅基板301中形成開口部分(音孔)310。
而后，如圖51所示，由蝕刻液(例如，磷酸)或干蝕刻從硅基板301的背面?zhèn)瘸ピ撻_口的部分的蝕刻阻止層302a。然后，利用HF從硅基板301的背面?zhèn)瘸奚鼘?03，并且從音響孔307a側(cè)選擇性地蝕刻除去犧牲層305，最終形成氣隙311。
(第四實施方式)在該第四實施方式中，與上述第三實施方式不同，參照圖52，對將固定電極306固定的絕緣膜由SiOC層308c與改性SiOC層308b的層疊膜構(gòu)成的情況進行說明。第四實施方式的上述以外的方面與第三實施方式相同。
該第四實施方式的層疊膜的形成，通過在圖46所示的第三實施方式的過程中減小向SiOC層308的注入能量，從而控制成改性深度變淺，由此能夠容易地實現(xiàn)。在第四實施方式中，例如，設注入能量為100keV。
另外，改性SiOC層308b是本發(fā)明的“第一區(qū)域”的一例，SiOC層308c是本發(fā)明的“第二區(qū)域”的一例。
如表2所示，在未改性的SiOC層的殘余應力是拉伸應力，拉伸固定電極306的狀態(tài)下未能固定，而SiOC層的相對介電常數(shù)為3.0，與氧化硅膜(相對介電常數(shù)為4.2)或氮化硅膜(相對介電常數(shù)為7)相比為低介電常數(shù)。在第四實施方式中，對固定電極306進行固定的絕緣膜通過包含導入了雜質(zhì)后的改性SiOC層308b，從而能夠?qū)⒐潭姌O306固定為向外側(cè)方向拉伸的狀態(tài)，因此能夠抑制因聲波等的傳播而帶來的固定電極306的振動(位移)。而且，改性SiOC層308b由于通過離子注入法而被致密化，因此與離子注入前的SiOC層相比，相對介電常數(shù)增高，所以對固定電極306進行固定的絕緣膜通過包含未導入雜質(zhì)的SiOC層308c，從而能夠使對固定電極306進行固定的絕緣膜的相對介電常數(shù)、與僅由改性SiOC層308a構(gòu)成的第一實施方式相比更低。其結(jié)果，能夠降低振動電極304和固定電極306之間的靜電電容上附加的寄生電容，具體地說，能夠降低由對固定電極306進行固定的絕緣膜(改性SiOC層308b、SiOC層308c)引起的寄生電容(寄生電容≈材料的相對介電常數(shù)×面積/厚度)，因此能夠提高音響傳感器300a的靈敏度(靈敏度≈偏置電壓×由振動引起的靜電電容變化/靜電電容)。
進而，如表2所示，SiOC層308c及改性SiOC層308b與氧化硅膜或氮化硅膜相比，任一個BHF(緩沖氫氟酸)的蝕刻速度都小。因此，能夠抑制由除去犧牲層303及犧牲層305時的HF處理帶來的膜損耗，所以對固定電極306進行固定的絕緣膜實際上能夠獲得與進行了厚膜化的膜同樣的效果。其結(jié)果，能夠?qū)潭姌O306在更牢固地拉伸的狀態(tài)下進行固定。進而，由于BHF的蝕刻速度小，因此犧牲層的除去工序(參照圖51)中的處理余量擴大，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能且高成品率的音響傳感器。
另外，應該認為本次公開的實施方式在所有方面僅是例示而并非限制。本發(fā)明的范圍不是上述的實施方式的說明而是由技術方案的范圍表示，還包括與技術方案的范圍均等的意義及范圍內(nèi)的所有的變更。
例如，在上述的第一實施方式中，表示了以覆蓋電極板部7a的上下兩面的方式形成由SiN構(gòu)成的下部支承體層5及上部支承體層8的例子，在上述第二實施方式中，表示了以覆蓋電極板部47a的上下兩面及側(cè)面的方式形成由SiN構(gòu)成的下部支承體層45及上部支承體層48的例子，但本發(fā)明并非限定于此，還可如圖53所示的第一變形例的麥克風30b那樣，以覆蓋由多晶硅構(gòu)成的電極板部67a的上面、和電極板部67a的音響孔69所對應的孔部67b的整個側(cè)面的方式形成由SiN構(gòu)成的上部支承體層68。在第一變形例中，如上所述，在電極板部67a及上部支承體層68振動時，在最大的拉伸應力及壓縮應力作用的電極板部67a的上面及下面的側(cè)部(包括孔部67b的下面?zhèn)鹊膫?cè)面的整個側(cè)面)，分別形成具有比由多晶硅構(gòu)成的電極板部67a的彈性模量更高的彈性模量的由SiN構(gòu)成的上部支承體層68，從而與以僅覆蓋電極板部的上面或下面的方式設置支承體層的情況相比，能夠由上部支承體層68提高電極板部67a的支承強度，因此能夠抑制電極板部67a的振動。這一點也已在圖14所示的模擬中確認完畢。
而且，還可如圖54所示的第二變形例的麥克風30c那樣，以覆蓋由多晶硅構(gòu)成的電極板部77a的下面、和電極板部77a的音響孔79所對應的孔部77b的側(cè)面的方式形成由SiN構(gòu)成的下部支承體層75和側(cè)部支承體層78。在第二變形例中，如上所述，在電極板部77a、下部支承體層75及側(cè)部支承體層78振動時，在最大的拉伸應力及壓縮應力作用的電極板部77a的上面的側(cè)部(包括孔部77b的上面?zhèn)鹊膫?cè)面的整個側(cè)面)及下面，分別形成具有比由多晶硅構(gòu)成的電極板部77a的彈性模量更高的彈性模量的由SiN構(gòu)成的下部支承體層75及側(cè)部支承體層78，從而與以僅覆蓋電極板部的上面或下面的方式設置支承體層的情況相比，能夠由下部支承體層75及側(cè)部支承體層78提高電極板部77a的支承強度，因此能夠抑制電極板部77a的振動。這一點也已在圖14所示的模擬中確認完畢。
并且，在上述的第一及第二實施方式和第一及第二變形例中，表示了將本發(fā)明適用于麥克風30及30a～30c的例子，但本發(fā)明并非限定于此，還可適用于其它音響傳感器、壓力傳感器、或加速度傳感器等梳齒型靜電電容檢測傳感器中。
還有，在上述的第一及第二實施方式和第一及第二變形例中，表示了由多晶硅構(gòu)成電極板部7a、47a、67a及77a并且由SiN構(gòu)成下部支承體層5、45、65及75、和上部支承體層8、48、68及78的例子，但本發(fā)明并非限定于此，只要構(gòu)成支承體的材料的彈性模量比構(gòu)成電極板的材料的彈性模量更高，則可適當變更其各自的構(gòu)成材料。例如，作為構(gòu)成電極板的材料也可使用金、鋁、銅等金屬材料，作為構(gòu)成支承體的材料還可使用SiC或SiOC、SiON、SiCN等。
在上述第三及第四實施方式中，表示了作為由支承固定電極(電極板)的絕緣膜構(gòu)成的支承體使用通過離子注入而導入雜質(zhì)后的改性SiOC層的例子，但本發(fā)明并非限定于此，只要是通過離子注入導入雜質(zhì)而產(chǎn)生大的壓縮應力的膜，則還可使用由SiOC以外的材料構(gòu)成的絕緣膜。
再有，在上述第三及第四實施方式中，表示了作為由支承固定電極(電極板)的絕緣膜構(gòu)成的支承體使用通過離子注入了硼的改性SiOC層的例子，但本發(fā)明并非限定于此，只要是可通過離子注入而使SiOC層產(chǎn)生大的壓縮應力的雜質(zhì)，則還可離子注入硼以外的雜質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種傳感器裝置，其中包括振動膜，其設置為可振動；電極板，其設置為與所述振動膜相隔規(guī)定的距離而對置，并具有孔部；和支承體，其由具有比構(gòu)成所述電極板的材料的彈性模量更高的彈性模量的材料構(gòu)成，支承所述電極板，所述支承體形成為至少覆蓋所述電極板的上面、下面及所述孔部的側(cè)面的任意兩個面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述支承體形成為覆蓋所述電極板的上面及下面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器裝置，其中，所述支承體的縱截面積，相對于由所述支承體將所述電極板的上面及下面覆蓋的部分中的所述電極板與所述支承體的縱截面積的合計的比率，在10％以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述支承體形成為覆蓋所述電極板的上面及下面的任一面、和所述孔部的側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器裝置，其中，所述支承體的縱截面積，相對于由所述支承體將所述電極板的上面及下面的任一面和所述孔部的側(cè)面覆蓋的部分中的所述電極板及所述支承體的縱截面積的合計的比率，在26％以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述支承體形成為覆蓋所述電極板的上面及下面、和所述孔部的側(cè)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器裝置，其中，所述支承體的縱截面積，相對于由所述支承體將所述電極板的上面及下面和所述孔部的側(cè)面覆蓋的部分中的所述電極板及所述支承體的縱截面積的合計的比率，在17％以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述電極板由硅構(gòu)成，所述支承體由SiN構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述支承體包括上部支承體層，其覆蓋所述電極板的上面，所述上部支承體層包括第一開口部分，其設置在所述電極板的接觸區(qū)域，用于使所述電極板的上面的規(guī)定部分露出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器裝置，其中，還具備第一焊盤電極，其形成為經(jīng)由所述上部支承體層的第一開口部分與所述電極板接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述支承體包括上部支承體層，其覆蓋所述電極板的上面；和下部支承體層，其覆蓋所述電極板的下面或所述上部支承體層的下面，所述上部支承體層及下部支承體層包括第二開口部分，其設置在所述振動膜的接觸區(qū)域，用于使所述振動膜的上面的規(guī)定部分露出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器裝置，其中，還具備第二焊盤電極，其形成為經(jīng)由所述上部支承體層及下部支承體層的第二開口部分與所述振動膜接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述支承體由絕緣膜構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器裝置，其中，所述支承體由通過離子注入導入雜質(zhì)后的絕緣膜構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器裝置，其中，由通過所述離子注入導入雜質(zhì)后的絕緣膜構(gòu)成的支承體含有Si、O和C。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器裝置，其中，所述絕緣膜包括導入所述雜質(zhì)后的第一區(qū)域；和未導入所述雜質(zhì)的第二區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器裝置，其中，所述雜質(zhì)經(jīng)由所述絕緣膜導入到所述電極板。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器裝置，其中，由所述絕緣膜構(gòu)成的支承體具有將所述電極板向外側(cè)拉伸的方向的應力。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述傳感器裝置包括音響傳感器。
20.一種傳感器裝置，其中具備第一電極，其設置在半導體基板之上；第二電極，其配置成相對于所述第一電極相隔規(guī)定的間隔而對置，以與所述第一電極構(gòu)成電容器；和絕緣膜，其至少設置在所述第二電極的上面上，用于將所述第二電極固定于所述半導體基板，對所述絕緣膜通過離子注入而導入雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠通過抑制電極板的振動來增大輸出的電信號的傳感器裝置。該傳感器裝置包括振動膜，其設置為可振動；電極板，其設置為與振動膜相隔規(guī)定的距離而對置，并具有孔部；和支承體，其由具有比構(gòu)成電極板的材料的彈性模量更高的彈性模量的材料構(gòu)成，支承電極板。而且支承體形成為至少覆蓋電極板的上面、下面及孔部的側(cè)面的任意兩個面。
文檔編號G01N29/00GK1924533SQ20061012574
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者松原直輝, 成瀨陽子 申請人:三洋電機株式會社