專利名稱：電容傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容傳感器及其制造方法 背景技術(shù)眾所周知，電容傳感器通常被用作壓力傳感器和傳聲器。例如，參考曰 本專利2002-518913。電容傳感器具有隔膜和板，起到電容器的相對電極的 作用，電容傳感器將隔膜的移位轉(zhuǎn)換為電信號并輸出該信號，該隔膜的移位 對應(yīng)于加在隔膜上的動力。即，在施加偏壓(bias voltage)的狀態(tài)下使用電 容傳感器，且由于隔膜的移位引起的電容的變化被輸出為電壓的變化。例外，當(dāng)通過公知的摻雜多晶硅膜來制造隔膜和板時(shí)，在膜中會累積較 大的拉伸方向的應(yīng)力。然而，對應(yīng)于動力的隔膜移位的增加能提高靈敏度， 所以優(yōu)選的是由隔膜的應(yīng)力決定的張力較小。另一方面，優(yōu)選的是，板的剛 度較高，以便防止隔膜和板由于靜電吸引而粘在一起。應(yīng)力是決定板的剛度 的要素之一。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是對電容傳感器的隔膜和板的應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于制造電容傳感器的方法，包括 的步驟為(a)沉積將成為隔膜的膜，形成移動電極；(b)把將成為隔膜的 膜加熱到第一溫度；及(c)沉積將成為板的膜，形成與移動電極相對的靜 止電極。通過沉積方法形成的膜中存在晶體缺陷，且這些晶體缺陷在膜中產(chǎn)生了 應(yīng)力。因?yàn)榫w缺陷可以通過加熱修復(fù)，所以通過控制膜的溫度和加熱時(shí)間，
可以控制膜的應(yīng)力。在該制造方法中，將成為隔膜的膜的加熱處理不同于將成為板的膜的加熱處理，且通過加熱處理的不同，在將成為隔膜的膜的應(yīng)力和將成為板的膜的應(yīng)力之間也產(chǎn)生不同。因此，在該制造方法中，隔膜的應(yīng)力被制成小于板的應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于制造電容傳感器的方法，可以包括的步驟是，在步驟(C)后，把將成為隔膜的膜和將成為板的膜加熱到第二溫度。 根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠通過加熱來控制板的應(yīng)力。 根據(jù)上述電容傳感器的制造方法，上述第二溫度可低于上述第一溫度。 隨著加熱溫度在某一溫度范圍內(nèi)變得更高，膜的應(yīng)力變得更小。根據(jù)該制造方法，板的應(yīng)力可比隔膜的應(yīng)力高，因?yàn)橥ㄟ^加熱處理而使板達(dá)到的溫度低于通過兩次加熱處理而使隔膜達(dá)到的溫度。上述電容傳感器的制造方法可以進(jìn)一步包括下列步驟(d)在將成為隔 膜的膜和將成為板的膜之間形成氧化硅膜；(e )將氧化硅膜切成多片；及(f) 把將成為隔膜的膜和將成為板的膜加熱到第二溫度。當(dāng)氧化硅膜加熱至高溫時(shí)，在氧化硅膜中將累積^[艮大的壓縮應(yīng)力。當(dāng)在 形成于薄且大的工件的整個(gè)表面上的氧化硅膜中累積了很大的壓縮應(yīng)力時(shí)， 壓縮應(yīng)力可能會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。根據(jù)該制造方法，因?yàn)樵趯Ω裟ず桶逯g的 氧化硅膜進(jìn)行加熱之前，將氧化硅膜被切成多片，因此，可以避免這種裂紋 的產(chǎn)生。在所述制造方法中，形成氧化硅膜的溫度可低于第一溫度和第二溫度。 在這種情況下，將成為隔膜的膜的應(yīng)力不太可能受到形成氧化硅膜的影響，且可以通過第一溫度和第二溫度來調(diào)整將成為隔膜的膜的應(yīng)力。在所述的制造方法中，將成為隔膜的膜和將成為板的膜可由相同的材料制成。在所述的制造方法中，將成為隔膜的膜和將成為板的膜可以是擴(kuò)散了雜 質(zhì)的多晶膜?？梢酝ㄟ^使用多晶硅膜，以較低的成本來制造具有高質(zhì)量的電容傳感 器，因?yàn)橐呀?jīng)建立了膜的各種形成方法和控制方法的特點(diǎn)。 在所述的制造方法中，例如，磷酸鹽可用于上述雜質(zhì)。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種電容傳感器，包括形成移動電極的 隔膜，由經(jīng)沉積的膜制成；形成靜止電極的板，與移動電極相對，由經(jīng)沉積 的膜制成，且其中，通過不同的熱處理歷程來調(diào)整隔膜的應(yīng)力和板的應(yīng)力。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電容式傳聲器1的剖視圖。圖2A至圖2D是示出根據(jù)實(shí)施例的電容式傳聲器l制造方法的剖視圖。圖3A至圖3D是示出根據(jù)實(shí)施例的制造方法的剖視圖。圖4A至圖4D是示出根據(jù)實(shí)施例的制造方法的剖視圖。圖5A至圖5D是示出根據(jù)實(shí)施例的制造方法的剖視圖。圖6A至圖6D是示出根據(jù)實(shí)施例的制造方法的剖視圖。圖7A至圖7C是示出根據(jù)實(shí)施例的制造方法的剖視圖。圖8A至圖8B是示出根據(jù)實(shí)施例的制造方法的剖視圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的溫度和應(yīng)力之間關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電容式傳聲器(condenser microphone ) 1 的剖視圖。電容式傳聲器l由具有通過半導(dǎo)體加工工藝形成的多層層疊薄膜 的功能要素組成。板33和隔膜36由導(dǎo)電膜12和14形成，兩種膜都是由擴(kuò)散了高濃度磷 酸鹽的多晶硅制成。而當(dāng)擴(kuò)散了高濃度磷酸鹽的多晶硅膜形成時(shí)，膜中累積 了較強(qiáng)的拉伸應(yīng)力(例如，200MPa);然而，隔膜36的拉伸應(yīng)力被調(diào)整到 20MPa或者更低。將板33經(jīng)歷加熱處理，該熱處理與隔膜36的加熱處理不 同，由此使得板33的應(yīng)力為約100MPa，高于隔膜36的應(yīng)力。導(dǎo)電膜12形成在絕緣膜11上，該絕緣膜11例如由氧化硅膜制成并形 成在由單晶硅制成的基板10上。例如由氧化硅膜制成的絕緣膜13連接在導(dǎo) 電膜12和導(dǎo)電膜14之間。對絕緣膜11和絕緣膜13進(jìn)行圖案化，從而在一 部分導(dǎo)電膜12和一部分導(dǎo)電膜14之間形成空間，以使一部分導(dǎo)電膜12在 由絕緣膜11的剩余部分形成的間隔物35之間拉伸，以及使一部分導(dǎo)電膜14 在由絕緣膜13的剩余部分之間拉伸。在絕緣膜11的剩余部分之間被拉伸的 這部分導(dǎo)電膜12相當(dāng)于隔膜36。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，整個(gè)振動隔膜36 形成移動電極。然而，移動電極可以有限地形成于隔膜36的某一部分處。 例如，隔膜36可以形成有包括導(dǎo)電膜和絕緣膜在內(nèi)的多層膜。在由絕緣膜 13的剩余部分所形成的間隔物32之間拉伸的這部分導(dǎo)電膜14相當(dāng)于板33。 在本發(fā)明的該實(shí)施例中，面對隔膜36的整個(gè)板33形成靜止電極(standstill electrode);然而，靜止電極可以有限地形成于板33的某一部分處。例如， 板33可以形成有包括導(dǎo)電膜和絕緣膜在內(nèi)的多層膜。在板33上形成多個(gè)允 許將聲波傳輸?shù)礁裟?6的通孔34。用于將隔膜36連接到外部信號處理電路的電極30連接到導(dǎo)電膜12上。 用于將板33連接到外部信號處理電路的電極38連接到導(dǎo)電膜14上。用于 將基板10連接到參考電勢端子的電極39連接到基板10上。電極30、 38和 3 9例i口由鋁-石圭型導(dǎo)電膜(aluminum silicon type conductive film) 19制成。在隔膜36的正下方的基板10上形成通孔101。通孔IOI的開口通過安 裝基板來封閉。通孔101在隔膜36的正下方形成后腔37。后腔37通過形成 于導(dǎo)電膜12上的通孔31與大氣聯(lián)通。沿隔膜36的周邊方向切開用于支承 隔膜36的間隔物35,并形成用于將后腔連接到大氣的通道(圖中未示出)。 電容式傳聲器1被固定到安裝基板(圖中未示出)上，并在將偏壓施加 于隔膜36和板33上的狀態(tài)下使用該電容式傳聲器。當(dāng)從通孔34而來的聲 波到達(dá)隔膜36時(shí)，隔膜36振動。此時(shí)，由于經(jīng)過通孔34的聲波通過通孔 31進(jìn)入到后腔101,所以板33基本保持靜止?fàn)顟B(tài)。就是說，由隔膜36和板 33構(gòu)成的電容器的電容因隔膜36相對于板33的振動而變化。這個(gè)電容變化 被連接到電極30、 38和39的外部信號處理電路轉(zhuǎn)換為電壓信號。由于隔膜36由應(yīng)力被調(diào)整為20MPa或更小的導(dǎo)電膜12形成，所以該 隔膜31被以較小的拉力拉伸到間隔物35上。通過降低隔膜36的張力，-可 以提高電容式傳聲器1的靈敏度。當(dāng)隔膜36接近板33時(shí)，隔膜36和板33之間的靜電吸引作用(static attraction acting )增強(qiáng)。此時(shí)，當(dāng)板33被朝向隔膜36吸引而導(dǎo)致彎曲時(shí)， 產(chǎn)生隔膜36附著到板33上的拉靠現(xiàn)象。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了提高 被拉伸到間隔物32上的隔板33的張力，形成板33的導(dǎo)電膜14的應(yīng)力被 調(diào)整為約100MPa，大于形成隔膜36的導(dǎo)電膜12的應(yīng)力。通過提高板33 的張力，能夠防止拉靠現(xiàn)象。圖2A至圖8B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電容式傳聲器1的制造方法的 例子的剖視圖。
首先，如圖2A所示，通過CVD等方法在將成為基板10的單晶硅晶片 的表面上沉積作為絕緣膜11的氧化硅膜。絕緣膜11形成支撐隔膜36的間 隔物35，并用于將導(dǎo)電膜12與基板10絕緣。接下來，如圖2B所示，通過低壓CVD方法在絕緣膜11的表面上沉積 將成為隔膜36的導(dǎo)電膜12。如上所述，導(dǎo)電膜12例如為摻雜了高濃度磷酸 鹽的多晶硅膜。例如，通過原位方法(in-situ)來形成導(dǎo)電膜，該原位方法 是在沉積膜的同時(shí)將摻雜劑引入膜中。氣體(例如，具有0.155的摩爾比的 PH3/SiH4)被用作材料。此時(shí)，在導(dǎo)電膜12中累積了較強(qiáng)的拉伸應(yīng)力。接下來，如圖2C所示，形成用于對導(dǎo)電膜12進(jìn)行圖案化的光致抗蝕劑 掩模(photo resist mask) 17。然后，如圖2D所示，通過以光致抗蝕劑掩模17進(jìn)行干法蝕刻來去除導(dǎo) 電膜12的不需要的部分。由此，可以形成隔膜36的通孔31和用于將隔膜 36與電極30、 38和39進(jìn)行連接的布線部。通過沉積形成的導(dǎo)電膜12中存在晶體缺陷，且這些晶體缺陷在導(dǎo)電膜 12中產(chǎn)生應(yīng)力。因?yàn)榫w缺陷可以通過加熱來修復(fù)，所以通過控制膜的溫度 和加熱時(shí)間，可以控制膜的應(yīng)力。如圖3A所示，在去除了光致抗蝕劑掩模的狀態(tài)下，進(jìn)行第一次加熱處 理以減小將成為隔膜36的導(dǎo)電膜12的應(yīng)力。在第一加熱處理中，殘留在隔 膜36中的應(yīng)力不被最終調(diào)整，而在第二次加熱處理中對為了調(diào)整隔膜36的 應(yīng)力的加熱條件進(jìn)行最終設(shè)置。當(dāng)殘留在隔膜36應(yīng)力最終被設(shè)置為約20MPa 時(shí)，有必要在一次燈輻照退火(lampanneal)中將隔膜36加熱到約900°C-925 °C (參考圖9)。然后，考慮到通過第二次加熱處理降低的隔膜36的應(yīng)力， 在第一次加熱處理中，例如通過燈輻照退火、經(jīng)5-15秒將隔膜36加熱到850 °C-900°C。接下來，如圖3B所示，形成一空間，并在絕緣膜11上形成;f隻蓋導(dǎo)電膜12的絕緣膜13,該絕緣膜13用于在隔膜36和板33之間形成一空間，并用 于使形成隔膜36的導(dǎo)電膜12與形成板33的導(dǎo)電膜14絕緣。如上所述，絕 緣膜13由氧化硅膜構(gòu)成，且例如由使用低溫氣體的CVD方法形成，該低溫 氣體不影響隔膜36的應(yīng)力。如圖3C所示，在絕緣膜13的表面上沉積將成為板33的導(dǎo)電膜14。如 上所述，例如，導(dǎo)電膜14為擴(kuò)散了高濃度磷酸鹽的多晶硅膜。例如，導(dǎo)電
膜14由原位方法形成，該原位方法在沉積膜的同時(shí)將摻雜劑引入膜中。氣體(例如，具有0.1-0.5摩爾比的PH3/SiH4)被用作材料。此時(shí)，在導(dǎo)電膜 14中累積了較強(qiáng)的拉伸應(yīng)力。當(dāng)PH3/SiH4的摩爾比的量級級在IO"的高量 級時(shí)，可以期望通過加熱處理來實(shí)現(xiàn)減小應(yīng)力的效果。接下來，如圖3D所示，形成用于對導(dǎo)電膜14進(jìn)行圖案化的光致抗蝕劑 掩模15。然后，如圖4A所示，通過以光致抗蝕劑掩模15進(jìn)行干法蝕刻來去除導(dǎo) 電膜14的不需要的部分。因此，可以形成板33的通孔34和用于將板33與 電極38連接的布線部。其后，如圖4B所示，去除光致抗蝕劑掩模15。接下來,如圖4C所示，在工件的整個(gè)表面上形成絕緣膜16,該絕緣膜 16覆蓋氧化硅膜和導(dǎo)電膜14。絕緣膜16例如通過使用低溫氣體的CVD方 法來形成，該低溫氣體不影響板33的應(yīng)力和隔膜36的應(yīng)力。例如，通過等 離子CVD的形成方法來形成絕緣膜16，該方法能夠在溫度為400。C或更低 的環(huán)境中形成絕緣膜。然后，如圖4D所示，形成用于對絕緣膜16進(jìn)行圖案化的光致抗蝕劑掩 模18。其后，如圖5A所示，通過以光致抗蝕劑掩模18進(jìn)行濕法蝕刻、干法蝕 刻或兩者的結(jié)合來形成連接孔163、 161和162，這些連接孔將用于將電極 30、 38和39分別連接至基板10、將成為隔膜36的導(dǎo)電膜12和將成為板33 的導(dǎo)電膜14中的每一個(gè)。接下來，如圖5B所示，在去除了光致抗蝕劑掩模18的狀態(tài)下，形成用 于切成片狀物的劃線(未顯示)。于是，在基板10上形成了溝道，在基板上 層疊的絕緣膜ll、 13和16被切成片狀物。通過沉積方法形成的導(dǎo)電膜14中存在晶體缺陷，且這些晶體缺陷在導(dǎo) 電膜14中產(chǎn)生應(yīng)力。因?yàn)榫w缺陷可以通過加熱來修復(fù)，所以通過控制膜 的溫度和加熱時(shí)間，可以控制膜的應(yīng)力。在形成劃線之后和形成電極30、 38和39之前，進(jìn)行第二次加熱處理，且 隔膜36的應(yīng)力和板33的應(yīng)力纟皮調(diào)整。在此時(shí)進(jìn)行第二次加熱處理的原p如下。 當(dāng)氧化硅膜被加熱至高溫時(shí)，應(yīng)力從拉伸應(yīng)力改變?yōu)閴嚎s應(yīng)力。第一原因在 于，在將成為基板10的整個(gè)晶片被無間隙的氧化硅膜覆蓋的條件下，會因
壓縮應(yīng)力產(chǎn)生裂紋。而且，第二原因在于，當(dāng)使用低熔點(diǎn)材料形成電極30、 38和39時(shí)，在電極30、 38和39形成后不可能再加熱至高溫。在第二次加熱處理中，隔膜36的應(yīng)力被調(diào)整為最終的目標(biāo)值，且板33 的應(yīng)力被降低。由于板33中的應(yīng)力高于隔膜36的應(yīng)力，在第二次加熱處理 中應(yīng)用的溫度低于第一次加熱處理的溫度。例如，第一次加熱處理的設(shè)定溫 度為850°C-900°C,而第二次加熱處理的設(shè)定溫度為約850。C且加熱時(shí)間設(shè) 定為5-15秒。在這樣的溫度設(shè)定下，約100MPa的拉伸應(yīng)力殘留在板33中， 且約20MPa的拉伸應(yīng)力殘留在隔膜36中。接下來，如圖5C所示，在工件的整個(gè)表面上沉積用于形成電極30、 38 和39的導(dǎo)電膜19。導(dǎo)電膜19例如是如上所述的鋁型膜。如圖5D所示，形成光致抗蝕劑掩膜20以對導(dǎo)電膜19進(jìn)行圖案化。如圖6A所示，通過以光致抗蝕劑掩模20進(jìn)行濕法蝕刻來去除導(dǎo)電膜 19的不需要的部分。如圖6B所示，去除光致抗蝕劑膜20。接下來，如圖6C所示，通過研磨處理去除沉積在基板10的背側(cè)上的導(dǎo) 電膜12和14。然后，如圖6D所示，在基板IO上形成用于形成通孔101的光致抗蝕劑 掩模21。在這之后，如圖7A所示，通過以光致抗蝕劑掩模21進(jìn)行各向異性蝕刻， 從而在基板10上形成通孔101。其后，如圖7B所示，去除光致抗蝕劑掩模21。接下來，如圖7C所示，形成用于對絕緣膜16進(jìn)行圖案化的光致抗蝕劑 掩模22。此后，通過以光致抗蝕劑掩模22進(jìn)行濕法蝕刻，從而去除絕緣膜 16的一部分，由此在將成為板33的導(dǎo)電膜14和將成為隔膜36的導(dǎo)電膜12 之間的絕緣膜13的部分被暴露出來。接下來，如圖8A所示，通過使用緩沖氫氟酸(buffered hydrofluoric acid) 進(jìn)行濕法蝕刻，從而去除了絕緣膜13的不需要的部分和絕緣膜11的不需要 的部分，該絕緣膜13的不需要的部分在光致抗蝕劑掩模22和導(dǎo)電膜14之 間通過通孔34暴露，而該絕緣膜11的不需要的部分通過通孔101暴露。因 此，可以形成間隔物35和32且在隔膜36和板33之間形成空間。最終，如圖8B所示，當(dāng)去除光致抗蝕劑掩模22并沿劃線(未顯示)切
割基板10時(shí)，便完成了電容式傳聲器1的制造。已結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明予以描述。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例。很 顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出各種修改、改進(jìn)、組合等等。例如,隔月莫36和4反33可以由多晶石圭以夕卜的比^口錯(germanium )、 碳等 材料構(gòu)成。而且，例如，擴(kuò)散到隔膜36和板33中的雜質(zhì)可以是硼(boron) 和砷(arsenic )。而且，本發(fā)明除了應(yīng)用于電容式傳聲器，還可以應(yīng)用于壓 力傳感器等。
權(quán)利要求
1、一種用于制造電容傳感器的方法，包括的步驟為(a)沉積將成為隔膜的膜，所述隔膜形成移動電極；(b)把將成為隔膜的膜加熱到第一溫度；及(c)沉積將成為板的膜，所述板形成與移動電極相對的靜止電極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造電容傳感器的方法，還包括的步驟 為在步驟(c)后，把將成為隔膜的膜和將成為板的膜加熱到第二溫度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造電容傳感器的方法，其中第二溫度 低于第一溫度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造電容傳感器的方法，還包括的步驟為(d) 在將成為隔膜的膜和將成為板的膜之間形成氧化硅膜；(e) 將氧化硅膜切成多片；及(f) 把將成為隔膜的膜和將成為板的膜加熱到第二溫度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造電容傳感器的方法，其中形成氧化 硅膜的溫度低于第 一溫度和第二溫度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造電容傳感器的方法，其中將成為隔 膜的膜和將成為板的膜由相同的材料制成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造電容傳感器的方法，其中將成為隔 膜的膜和將成為板的膜為擴(kuò)散了雜質(zhì)的多晶膜。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造電容傳感器的方法，其中雜質(zhì)是磷 酸鹽。
9、 一種電容傳感器，包括隔膜，形成移動電極，由經(jīng)沉積的膜制成；板，形成靜止電極，與所述移動電極相對，由經(jīng)沉積的膜制成，和 其中，通過不同的熱處理歷程來調(diào)整隔膜的應(yīng)力和板的應(yīng)力。
全文摘要
一種電容傳感器的制造方法，包括的步驟為(a)沉積將成為隔膜的膜，所述隔膜形成移動電極；(b)把將成為隔膜的膜加熱到第一溫度；及(c)沉積將成為板的膜，所述板形成與移動電極相對的靜止電極。電容傳感器的隔膜和板的應(yīng)力被優(yōu)化。
文檔編號H04R31/00GK101132652SQ20071014237
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月22日
發(fā)明者鈴木民人 申請人:雅馬哈株式會社