專利名稱：振動傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動傳感器(vibration transducer )，以及例如用作MEMS (Micro Electro Mechanical System,微型機(jī)電系統(tǒng))傳感元件的微型電容式 麥克風(fēng)(condenser microphone )的振動傳感器。
本發(fā)明要求日本專利申請No.2007-280597的優(yōu)先權(quán)，所述申請的內(nèi)容 通過參考合并于此。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，微型電容式麥克風(fēng)已得到發(fā)展并通過半導(dǎo)體器件制造方法進(jìn)行 制造。相關(guān)技術(shù)纟皮7>開在諸如專利文獻(xiàn)1-3和非專利文獻(xiàn)1的各種文獻(xiàn)中。 專利文獻(xiàn)1:日本未審專利申請公開No.H09-508777 專利文獻(xiàn)2:日本專利申請7>開No.2004-506394 專利文獻(xiàn)3:美國專利No.4,776,019
非專利文獻(xiàn)1:日本電子工程師學(xué)會(Japanese Institute of Electrical Engineers)出版的MSS-01-34
電容式麥克風(fēng)被稱作MEMS麥克風(fēng)，其典型實例包括一對相反電極， 即均使用薄膜形成的膜片(diaphragm)和板，它們彼此相互遠(yuǎn)離并被支撐在 襯底上方。當(dāng)由于聲波導(dǎo)致膜片相對于板振動時，它們之間的靜電電容(膜 片和板構(gòu)成的電容器的靜電電容)由于膜片的移動而改變，其中靜電電容的 改變被轉(zhuǎn)換為電信號。
為了檢測用作MEMS傳感元件的微型電容式麥克風(fēng)中壓力的改變，在 膜片上形成多個切口 (cutout),而膜片的周線外圍沒有完全固定在與板平行 的位置。在膜片上形成多個切口的這種類型電容式麥克風(fēng)中，膜片暴露于具 有通孔的封裝中整合的傳感元件管芯(die)的表面上，而通過通孔異物很可 能進(jìn)入膜片與板之間的間隙中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種振動傳感器和一種壓力傳感器，其均由襯底、
膜片和具有輻射形狀(radial shape )的板構(gòu)成，并防止異物進(jìn)入到膜片和板 之間的間隙中。
本發(fā)明的另一目的是提供一種適合于振動傳感器和壓力傳感器的制造 方法。
在本發(fā)明的第一實施例中，振動傳感器包括具有后腔的襯底，所述后 腔具有開口；具有導(dǎo)電性能的膜片，其形成在所述襯底的上方以在俯視角度 上覆蓋所述后腔的開口；具有導(dǎo)電性能的板，其形成在所述膜片的上方并包 括中心部分和多個連接部，所述中心部分位于與所述膜片相對的位置，所述 多個連接部沿徑向從所述中心部分延伸；絕緣支撐層，其連接所述板的連接 部，從而將所述板支撐在所述膜片的上方，所述板與所述膜片之間具有間隙 層，同時使所述板與所述膜片絕緣，其中所述絕緣支撐層具有用于將空氣層 包圍在其內(nèi)的環(huán)形內(nèi)表面；以及蓋，使用用于形成所述板的膜材料的至少一 部分形成所述蓋，所述蓋連接所述絕緣支撐層，同時從所述環(huán)形內(nèi)表面向內(nèi) 凸出以將所述板包圍在其內(nèi)，所述蓋位于與所述膜片相對的位置，其與所述 膜片之間具有所述間隙層，其中所述蓋通過縫隙與所述板電隔離，并且其中 所述膜片相對于所述板振動以改變在所述膜片與所述板之間形成的靜電電 容。
在上述中，使用用于形成所述板的膜材料的至少一部分形成所述蓋，并 且所述蓋位于與所述膜片的外圍相對的位置，其不與所述板相對。即，用所 述蓋覆蓋沒有被所述板覆蓋的所述膜片的外圍，所述蓋是使用在膜片上方形 成的膜材料形成的。由于在所述膜片與所述板之間形成的空氣層延伸到所述 膜片與所述蓋之間的間隙中，所以能夠用所述蓋覆蓋所述膜片的外圍而不會 妨礙所述膜片的振動。由于所述蓋通過縫隙與所述膜片電隔離，所以能夠形 成布線而不會在所述蓋與所述膜片之間形成寄生電容。通過減小用于將所述 蓋與所述板分離的縫隙的寬度，能夠防止異物進(jìn)入到所述膜片與所述板之間 的空氣層中。
在制造過程中，在所述板中形成多個板孔；在所述蓋中形成多個蓋孔； 然后利用與所述板和所述蓋對應(yīng)的掩模進(jìn)行各向同性蝕刻，從而去除絕緣支
6撐層的一部分，由此在所述板與所述膜片之間形成空氣層。由于所述蓋和所 述板用作蝕刻掩模以形成所述絕緣支撐層，所以能夠減少(制造過程中所需 的)掩模的數(shù)量，由此降低了制造成本。
換句話說，優(yōu)選地，在所述板和所述蓋中形成多個孔，以傳輸蝕刻劑， 從而通過各向同性蝕刻方法同時形成所述間隙層和所述絕緣支撐層。優(yōu)選 地，形成具有用于傳輸蝕刻劑的指定尺寸和大小的孔，因此能夠減小孔尺寸， 使"固體"異物不能通過所述孔傳輸。
優(yōu)選地，所述膜片由位于與所述板的中心部分相對位置的中心部分和沿 徑向從所述中心部分延伸的多個臂構(gòu)成。優(yōu)選地，所述板的連接部在俯視角 度上位于所述膜片的多個臂之間，并由所述絕緣支撐層支撐。通過形成由中 心部分和臂構(gòu)成的具有徑向類齒輪形狀的膜片，能夠降低膜片的剛度，從而 提高了振動傳感器的靈敏度。由于在俯視角度上在與所述膜片的多個臂之間 形成的切口豎直匹配的指定位置，所述板的連接部由所述絕緣支撐層支撐， 因此能夠減小橋跨在所述絕緣支撐層上的所述板的實際長度，從而增大了所 述板的剛度。所述板的剛度增大使得施加到所述膜片和所述板的偏壓增大， 由此提高了振動傳感器的靈敏度。
在本發(fā)明的第二實施例中，壓力傳感器包括襯底，其表面上具有開口； 板，形成于所述襯底的上方并由中心部分和多個連接部(或臂)構(gòu)成，所述 中心部分在俯視角度上與所述襯底的開口交疊，所述多個連接部從所述中心 部分沿徑向延伸并且其遠(yuǎn)端經(jīng)由絕緣層固定至所述襯底的表面；膜片，形成 于所述襯底與所述板之間并由中心部分和多個臂(或帶)構(gòu)成，所述中心部 分位于與所述板的中心部分相對的位置，所述多個臂從所述中心部分沿徑向 延伸以沿俯視角度與所述板的連接部交疊，并且所述臂的具有彈性的遠(yuǎn)端經(jīng) 由絕緣層固定至所述襯底的表面，其中由于施加至所述中心部分的壓力導(dǎo)致 所述膜片在所述襯底與所述板之間的范圍內(nèi)變形；蓋，具有沿周線方向向內(nèi) 突出的多個突起，其中以所述蓋的突起位于所述板的相鄰連接部之間形成的 切口中的方式，所述蓋被定形為與所述板嚙合但與所述板物理分離，其間具 有縫隙；以及蓋支撐部，插入在所述蓋與所述膜片之間，以將所述蓋以與所 述襯底的表面平行的方式支撐在指定區(qū)中，所述指定區(qū)靠近所述膜片的中心 部分而非所述膜片的臂的遠(yuǎn)端，由此使所述蓋與所述膜片物理分離。
由于所述蓋與所述板絕緣，其間具有縫隙，所以在所述蓋與所述膜片之間沒有出現(xiàn)寄生電容。膜片的臂被所述蓋覆蓋，其中所述蓋與所述板物理分 離，其間具有縫隙，從而沒有被所述板覆蓋的所述膜片的外圍區(qū)域被所述蓋 覆蓋。所以能夠防止異物進(jìn)入到所述膜片與所述板之間的間隙中。由于蓋支 撐部的插入，能夠防止與所述板的中心部分靠近的所述蓋的指定區(qū)發(fā)生變形 和與所述膜片接觸。
在上述中，優(yōu)選地，所述膜片由下導(dǎo)電膜構(gòu)成，而所述蓋和所述板均由 上導(dǎo)電膜構(gòu)成。這簡化了所述壓力傳感器的層結(jié)構(gòu)，從而降低了制造成本。 由于所述膜片的臂沒有定位為與所述板相對，所以即使在所述膜片和所述蓋 中的每一個均由單層導(dǎo)電膜構(gòu)成時，仍能夠防止在所述膜片的臂的低振幅區(qū) 出現(xiàn)寄生電容，所述低振幅區(qū)基于固定至所述村底的遠(yuǎn)端以小振幅振動。
優(yōu)選地，在所述板和所述蓋中均形成多個孔，以傳輸蝕刻劑，所述蝕刻 劑在以自對準(zhǔn)方式形成所述板與所述膜片之間的間隙、所述蓋與所述膜片之 間的間隙以及所述蓋支撐部的蝕刻中使用。利用所述板和所述蓋作為掩模通 過各向同性蝕刻方法以自對準(zhǔn)的方式形成所述孔。這進(jìn)一步降低了壓力傳感 器的制造成本。就此而言，以用于傳輸蝕刻劑的指定形狀和大小形成所述板 和所述蓋中的孔。換句話說，能容易減小孔尺寸以防止可能對壓力傳感器的 功能造成損壞的灰塵和異物通過其傳輸。
在上述壓力傳感器的制造方法中，包括如下步驟在所述襯底上形成下 絕緣膜；在所述下絕緣膜上形成用于形成所述膜片的下導(dǎo)電膜；在所述下導(dǎo) 電膜上形成上絕緣膜；在所述上絕緣膜上形成用于形成所述板和所述蓋的上 導(dǎo)電膜；以及利用與所述襯底、所述板和所述蓋對應(yīng)的掩模執(zhí)行各向同性蝕 刻，以部分地去除所述下絕纟彖膜和所述上絕緣膜，>^人而在所述襯底與所述膜 片之間形成間隙以及在所述膜片與所述板之間形成間隙，同時利用所述下絕 緣膜和所述上絕緣膜的剩余部分形成所述蓋支撐部。
上面的制造方法能夠以自對準(zhǔn)的方式形成所述板與所述膜片之間的間 隙、所述蓋與所述膜片之間的間隙以及所述蓋支撐部；由此能夠降低壓力傳 感器的制造成本。


通過參考如下附圖，對本發(fā)明的這些和其它目的、方面和實施例進(jìn)行更 詳細(xì)的描述。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例與電容式麥克風(fēng)的MEMS結(jié)構(gòu)相對
應(yīng)的傳感元件芯片的俯視圖。
圖2是電容式麥克風(fēng)的傳感元件芯片的縱截面圖。
圖3是電容式麥克風(fēng)的傳感元件芯片的分解透視圖。
圖4A是示出不包括保護(hù)部件(guard)的等效電路的電路圖。
圖4B是示出包括保護(hù)部件的等效電路的電路圖。
圖5是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第一步驟的截面圖。
圖6是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第二步驟的截面圖。
圖7是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第三步驟的截面圖。
圖8是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第四步驟的截面圖。
圖9是巧于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第五步驟的截面圖。
圖10是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第六步驟的截面圖。
圖11是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第七步驟的截面圖。
圖12是用于逸明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第八步驟的截面圖。
圖13是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第九步驟的截面圖。
圖14是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十步驟的截面圖。
圖15是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十一步驟的截面圖。
圖16是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十二步驟的截面圖。
圖17是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十三步驟的截面圖。
圖18是示出電容式麥克風(fēng)的傳感元件芯片的具體構(gòu)成的一部分的縱截面圖。
圖19是示出電容式麥克風(fēng)的傳感元件芯片的具體構(gòu)成的另一部分的縱 截面圖。
圖20是示出具有內(nèi)部空間用于安裝類齒輪形狀板的蓋(cover)的變化 的俯;f見圖。
圖21是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例在電容式麥克風(fēng)中包括的傳感元件 管芯(即壓力傳感器)的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖22A是沿圖21中線A-A取得的截面圖。 圖22B是沿圖21中線B-B取得的截面圖。 圖22C是沿圖21中線C-C取得的截面圖。 圖22D是沿圖21中線D-D取得的截面圖。
9圖23是電容式麥克風(fēng)的傳感元件管芯的分解透視圖。
圖24A是示出不包括保護(hù)部件的等效電路的電路圖。
圖24B是示出包括保護(hù)部件的等效電路的電路圖。
圖25是沿圖21中線E-E取得的截面圖，用于說明電容式麥克風(fēng)的制造
方法的第一步驟。
圖26是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第二步驟的截面圖。
圖27是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第三步驟的截面圖。
圖28是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第四步驟的截面圖。
圖29是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第五步驟的截面圖。
圖30是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第六步驟的截面圖。
圖31是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第七步驟的截面圖。
圖32是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第八步驟的截面圖。
圖33是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第九步驟的截面圖。
圖34是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十步驟的截面圖。
圖35是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十一步驟的截面圖。
圖36是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十二步驟的截面圖。
圖37是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十三步驟的截面圖。
圖38是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十四步驟的截面圖。
圖39是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十五步驟的截面圖。
圖40是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十六步驟的截面圖。
圖41是用于說明電容式麥克風(fēng)的制造方法的第十七步驟的截面圖。
圖42是示出相對于傳感元件管芯中的膜片在蓋中形成的蓋孔的形狀和
排列的俯視圖。
圖43是示出在傳感元件管芯中的膜片的臂中形成的膜片孔的形狀和排 列的俯^L圖。
圖44是示出根據(jù)第二實施例的第一改型相對于傳感元件管芯中的膜片 在蓋中形成的蓋孔的形狀和排列的俯^f見圖。
圖45是示出根據(jù)第二實施例的第一改型在傳感元件管芯中的膜片的臂 中形成的膜片孔的形狀和排列的俯視圖。
圖46是示出根據(jù)第二實施例的第二改型相對于傳感元件管芯中的膜片 在蓋中形成的蓋孔的形狀和排列的俯一見圖。圖47是示出根據(jù)第二實施例的第二改型在傳感元件管芯的膜片的臂中 形成的膜片孔的形狀和排列的俯視圖。
圖48A是沿圖1中線D-D取得的截面圖，用于說明對鄰近膜片的臂的 上絕緣膜和下絕緣膜進(jìn)行的蝕刻工藝的第 一步驟。
圖48B是用于說明蝕刻工藝的第二步驟的截面圖。
圖48C是用于說明蝕刻工藝的第三步驟的截面圖。
圖48D是用于說明蝕刻工藝的第四步驟的截面圖。
圖48E是用于說明蝕刻工藝的第五步驟的截面圖。
具體實施例方式
通過參照附圖以示例的方式來更為詳細(xì)地描述本發(fā)明。 1.第一實施例
圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例與電容式麥克風(fēng)1的MEMS結(jié)構(gòu)相對 應(yīng)的傳感元件芯片。圖2是電容式麥克風(fēng)1的傳感元件芯片的縱截面圖。圖 3示出電容式麥克風(fēng)1的傳感元件芯片的層疊結(jié)構(gòu)。圖18和圖19示出電容 式麥克風(fēng)1的傳感元件芯片的具體構(gòu)成。在圖1中，剖面線區(qū)表示下導(dǎo)電層 120的形成區(qū)。電容式麥克風(fēng)1由傳感元件芯片、電路芯片(包括電源電路 和放大器，未示出)以及用于安置傳感元件芯片和電路芯片的封裝(未示出) 構(gòu)成0
使用沉積膜，即層疊在襯底100上的下絕緣膜110、下導(dǎo)電膜120、上 絕緣膜130、上導(dǎo)電膜160和表面絕緣膜170形成電容式麥克風(fēng)1的傳感元 件芯片。為了方侵史見，在圖1中沒有示出在上導(dǎo)電層160的上方形成的上 層。下面將描述電容式麥克風(fēng)1的MEMS結(jié)構(gòu)中包括的上述膜的層疊結(jié)構(gòu)。
襯底100由p型單晶硅構(gòu)成，但不以此為限。要求襯底IOO應(yīng)由具有足 夠剛度、厚度和強度來沉積膜和支撐層疊膜的材料構(gòu)成。在襯底100中形成 通孔，其開口 100a形成后腔Cl。
連接襯底100、下導(dǎo)電膜120和上絕緣膜130的下絕緣膜110是由硅氧 化物(SiOx)構(gòu)成的沉積膜。
連接村底100、下導(dǎo)電膜120和上絕緣膜130的下絕緣膜110是由硅氧 化物(SiOx)構(gòu)成的沉積膜。下絕緣膜110用于形成多個膜片支撐部102、 多個保護(hù)絕緣體103和環(huán)形部件101,多個膜片支撐部102以之間具有相等間隔的方式沿周線排列，多個保護(hù)絕緣體103以之間具有相等間隔的方式沿 周線排列并且在俯視角度上排布在膜片支撐部102的內(nèi)側(cè)(inwardly),環(huán)形 部件101 (實際上具有矩形形狀和圓孔)使保護(hù)環(huán)125c和保護(hù)引線(guard lead) 125d與村底100絕緣。
連接下絕緣膜IIO和上絕緣膜130的下導(dǎo)電層120是由整體摻雜有諸如 磷(P)的雜質(zhì)的多晶硅構(gòu)成的沉積膜，其形成在圖1所示的剖面線區(qū)域中。 下導(dǎo)電膜120用于形成保護(hù)部件127和膜片123，保護(hù)部件127由保護(hù)電極 125a和保護(hù)連接器125b以及保護(hù)環(huán)125c和保護(hù)引線125d構(gòu)成。
上絕緣膜130 (形成絕緣支撐層)是由具有絕緣性能的氧化硅構(gòu)成的沉 積膜。上絕緣膜130連接下導(dǎo)電膜120、上導(dǎo)電膜160和下絕緣膜110。上 絕緣膜130用于形成多個板支撐部(support) 131和環(huán)形蓋支撐部(實際具 有矩形形狀和圓孔)132,多個板支撐部131沿周線并在俯視角度上在膜片 支撐部102的內(nèi)側(cè)排列，蓋支撐部132支撐蓋161以及使板引線162d與保 護(hù)引線125d絕緣。蓋支撐部132位于板支撐部131和膜片支撐部102的外 側(cè)。在蓋支撐部132中形成環(huán)形內(nèi)表面132a。板支撐部131是形成于蓋支撐 部132的環(huán)形內(nèi)表面132a內(nèi)部的島狀物。上絕緣膜130的厚度大體與間隙 層C3的厚度相等，間隙層C3被限定在板162和膜片123之間并被蓋支撐 部132的環(huán)形內(nèi)表面132a包圍。即，使用上絕緣膜132形成的絕緣支撐層 由板支撐部131和蓋支撐部132構(gòu)成，由此具有預(yù)定厚度的間隙層C3形成 在下導(dǎo)電膜120 (形成膜片123和保護(hù)部件127)和上導(dǎo)電膜160 (形成板 162和蓋161 )之間。
上導(dǎo)電膜160是由整體摻雜有雜質(zhì)(例如P)的多晶硅構(gòu)成的沉積膜， 其被定位為在俯視角度上與膜片123交疊并連接上絕緣膜130。上導(dǎo)電膜160 用于形成板162和板引線162d (其從板162延伸)以及蓋161 ，蓋161被定 位為包圍板162但通過縫隙(slit)與板162物理隔離。蓋161是使用形成4反 162的沉積膜形成的，但是其與板162電隔離。
連接上導(dǎo)電膜160和上絕緣膜130的表面絕緣膜170是由具有絕緣性能 的氧化硅構(gòu)成的沉積膜。
電容式麥克風(fēng)1的MEMS結(jié)構(gòu)具有四個端子，即125e、 162e、 123e和 100b，所有這些端子是使用焊盤導(dǎo)電膜180 (其是由具有導(dǎo)電性能的AlSi 構(gòu)成的沉積膜)、凸塊膜(bump film) 210 (其是由具有導(dǎo)電性能的Ni構(gòu)成的沉積膜)和凸塊保護(hù)膜220 (其是由具有導(dǎo)電性能和高耐腐蝕性的Au構(gòu) 成的沉積膜)形成的。端子125e、 162e、 123e和100b的側(cè)壁由焊盤保護(hù)膜 190 (其是由具有絕緣性能的SiN構(gòu)成的沉積膜)和表面保護(hù)膜200 (其是 由具有絕緣性能的氧化硅構(gòu)成的沉積膜)保護(hù)。
接下來，將詳細(xì)描述電容式麥克風(fēng)1的MEMS結(jié)構(gòu)的機(jī)械構(gòu)成 (mechanical constitution )。
膜片(diaphragm) 123是整體具有導(dǎo)電性能的單層沉積膜，并由中心部 分123a和多個臂123c (其沿徑向從中心部分123a向外延伸)構(gòu)成。通過 在指定位置與膜片123的外側(cè)部分相連接的柱形膜片支撐部102，膜片123 以與襯底100平行的方式被支撐，從而使得利用板162和襯底100形成指定 間隙，其中膜片123與板162絕緣。膜片支撐部102與膜片123的臂123c 的遠(yuǎn)端接合。由于在膜片123的臂123c之間形成切口 (cutout),與不具有 臂的前述膜片相比，膜片123的剛度降低。在每個臂123c中均形成多個膜 片孔123b,因此降低了剛度。每個臂123c的寬度隨著其接近膜片123的中 心部分123a而逐漸增大。這減小了膜片123的臂123c與中心部分123a之 間邊界處的應(yīng)力集中。在與膜片123的臂123c與中心部分123a之間每個邊 界鄰近的每個臂123c的輪廓線(outline)中沒有形成彎曲部分；因此能夠防 止應(yīng)力集中在彎曲部分。
在腔C1的開口 100a的周圍區(qū)域，沿著周線方向以之間具有相等間隔的 方式排列膜片支撐部102。每個膜片支撐部102由柱狀的具有絕緣性能的沉 積膜形成。膜片123由膜片支撐部102支撐在襯底100的上方，以使得在俯 視角度上膜片123的中心部分123a覆蓋后腔Cl的開口 100a。在襯底100 和膜片123之間形成厚度大體與膜片支撐部102的厚度相當(dāng)?shù)拈g隙層C2。 為了在后腔CI的內(nèi)部壓強與大氣壓之間建立平衡，間隙層C2是必不可少 的。沿膜片123的徑向減小間隙層C2的高度并增大其長度，從而在向后腔 Cl的開口 100a傳輸聲波(其引起膜片123振動)的路徑中形成最大的聲阻 (acoustic resistance )。
在膜片123的定位為與襯底100相對的背面上形成多個膜片凸塊123f。 膜片凸塊123f是用于防止膜片123固定到襯底100的凸起。它們是利用形 成膜片123的下導(dǎo)電膜120的起伏度形成的。即在膜片123的表面上與膜片 凸塊123f相對應(yīng)地形成多個凹陷(或多個小凹部)。
13膜片123通過膜片引線123d連到膜片端子123e,其中膜片引線123d 從多個臂123c中的指定臂123c的遠(yuǎn)端延長。膜片引線123d的寬度小于臂 123c的寬度，其中以類似于膜片123的方式，使用下導(dǎo)電膜120形成膜片引 線123d。膜片引線123d通過環(huán)形保護(hù)環(huán)125c的縫隙向膜片端子123e延長。 如圖4A和圖4B所示，由于膜片端子123e通過電路芯片(未示出)與襯底 端子100b短路，所以膜片123和襯底IOO被施加大體相等的電位。
當(dāng)膜片123的電位不同于襯底100的電位時，在膜片123與襯底IOO之 間可能形成寄生電容。由于膜片123由之間具有空氣層的多個膜片支撐部 102支撐，所以與膜片由具有環(huán)形壁結(jié)構(gòu)的間隔件支撐的前述結(jié)構(gòu)相比，能 夠降低寄生電容。
板162是整體具有導(dǎo)電性能的單層沉積膜，其中板162由中心部分162b 和沿徑向從中心部分162b向外延伸的多個連接部(或臂)162a構(gòu)成。以在 板162和膜片123之間形成間隙層C3的這種方式，由與連接部162a連接的 柱形板支撐部131支撐板162。在俯視角度上，每個板支撐部131被定位在 膜片123的相鄰臂123c之間。即，板162的連接部162a由位于膜片123的 臂123c之間位置處的板支撐部131 (用于形成絕緣支撐層)支撐。此外，以 從俯視角度板162的中心大體與膜片123的中心匹配的這種方式，板162與 膜片123相平行地橋3爭在板支撐部131上。板162的中心(即中心部分162b 的中心)與中心部分162b的外圍之間的距離，即板162的中心與外圍之間 的最短距離，小于膜片123的中心(即中心部分123a的中心)與中心部分 123a的外圍之間的距離，即膜片123的中心與外圍之間的最短距離。因此， 在可以小振幅振動的膜片123的外圍中，板162沒有面向膜片123。由于在 板162的連接部162a之間形成切口，在俯視角度上，大體與膜片123的外 圍匹配的切口中，板162沒有面向膜片123。在俯視角度上，在板162的切 口中，臂123c從膜片123的中心部分123a沿徑向延長。這增大了膜片123 中發(fā)生振動的端子位置(terminal position)之間的距離、即膜片123的實際 長度，而沒有增大寄生電容。
在板162中形成數(shù)個板孔162c，其中它們共同用作用于向膜片123傳播 聲波的通道以及用作用于傳輸在上絕緣膜130上進(jìn)行各向同性蝕刻使用的蝕 刻劑的通孔。上絕緣膜130經(jīng)過蝕刻之后剩余的部分形成板支撐部131和蓋 支撐部132，而上絕緣膜130的被蝕刻掉的部分(或除去部分)形成膜片123和板162之間的間隙層C3。即，板孔162c是用于向上絕緣膜130傳輸蝕刻 劑的通孔，以同時形成間隙層C3和板支撐部131。為此，考慮到間隙層C3 的高度(或厚度)和板支撐部131的形狀以及蝕刻速度來排列板孔162c。具 體地，在中心部分162b和連接部162a的整個區(qū)域(除了與板支撐部131連 接的連接部162a的連接區(qū)域)中，以之間具有相等間隔的方式形成和排列 板孔162c。由于相鄰板孔162c之間的距離變小，所以蓋支撐部132 (其使 用上絕緣膜130形成)的寬度變小，由此減小了整個芯片面積。隨著相鄰板 孔162c之間的距離變小，板162的剛度降低。
板支撐部131連接保護(hù)電極125a，保護(hù)電極125a與膜片123位于同一 層中并且以類似于膜片123的方式使用下導(dǎo)電層120形成。各板支撐部131 使用上絕緣膜130形成，上絕緣膜130是連接板162的具有絕緣性能的沉積 膜。板支撐部131以之間具有相等間隔的方式排列在后腔C1的開口 100a的 周圍區(qū)域中。由于沿俯視角度板支撐部131位于膜片123的臂123c之間的 切口中，所以能夠?qū)?62的最大直徑減小到小于膜片123的最大直徑。這 增大了板162的剛度，同時降低了板162與襯底IOO之間的寄生電容。
板162由多個柱結(jié)構(gòu)129支撐在村底100的上方，柱結(jié)構(gòu)129由保護(hù)絕 緣體103、保護(hù)電極125a和板支撐部131構(gòu)成。通過柱結(jié)構(gòu)129，在板162 與村底100之間形成間隙層C3，以及在板162與村底100之間形成間隙層 C2和C3。由于保護(hù)絕緣體103和板支撐部131的絕緣性能，板162與襯底 100絕*彖。
當(dāng)由于缺少保護(hù)電極125a而使板162的電位不同于襯底100的電位時， 在板162與襯底IOO相對的指定區(qū)中形成寄生電容，其中如果在它們之間布 置其它絕緣體，則寄生電容增大(參見圖4A)。本實施例的特征在于，多個 柱結(jié)構(gòu)129使用保護(hù)絕緣體103、保護(hù)電極125a和板支撐部131形成，并且 彼此之間物理分離，從而將板162支撐在襯底100的上方，其中即使本實施 例不包括保護(hù)電極125a,與由具有環(huán)形壁結(jié)構(gòu)的絕緣部件將板支撐在村底上 方的前述結(jié)構(gòu)相比，也能夠降低寄生電容。
在板162的定位為與膜片123相對的背面上形成多個板凸塊(即突起) 162f。板凸塊162f是使用連接上導(dǎo)電膜160 (形成板162)的氮化硅(SiN) 膜和連接該氮化硅膜的多晶硅膜形成的。板凸塊162f防止板162固定到膜 片123。為了防止"黏附(stiction)"(其中板162固定到膜片123)，可以在蓋161上形成突起。
板引線162d (其寬度小于連接部162的寬度)從板162的指定連接部 162a的遠(yuǎn)端向板端子162e延伸。以類似于板162的方式使用上導(dǎo)電膜160 形成板引線162d 。沿俯視角度，板引線162d的布線路徑與保護(hù)引線125d 的布線路徑交疊，由此能夠降低板引線162d和襯底100之間的寄生電容。
形成具有內(nèi)部類齒輪形狀(與板162的類齒輪形狀匹配)的蓋161以包 圍板162。通過縫隙與板162物理分離的蓋161的內(nèi)輪廓線以與板161的外 輪廓線一致的方式形成。當(dāng)蓋161與板162之間的縫隙寬度變小時，異物難 以進(jìn)入到板162與膜片123之間的間隙層C3中。優(yōu)選地，蓋161與板162 之向的縫隙寬度小于板162與膜片123之間的間隙層C3的厚度。由于用于 將蓋161與板162物理分離的縫隙，蓋161與板引線162d物理分離。即， 蓋161的外圍不完全是環(huán)形的而是在周線方向的一個位置處被分開，從而形 成縫隙，通過該縫隙板引線162d向板端子162e延伸。
蓋161具有與蓋支撐部132連接的大體為環(huán)形的外側(cè)部分。在由蓋支撐 部132的環(huán)形內(nèi)表面132a限定的內(nèi)部區(qū)域中，突起161a從蓋161向內(nèi)突出， 其中突起161a^皮定位為通過縫隙與板162的中心部分162b的外圍相對。即， 在蓋支撐部132的環(huán)形內(nèi)表面132a的內(nèi)部區(qū)域向內(nèi)突出的蓋161的每個突 起161a均具有最大的長度，用以允許其遠(yuǎn)端延伸接近板162的中心部分162b 的外圍。在蓋支撐部132的環(huán)形內(nèi)表面132a的內(nèi)部區(qū)域中，在蓋161的突 起161a之間形成凹部161b,其中凹部161b具有深度，其底部一皮定位為通過 縫隙與板162的連接部162a的遠(yuǎn)端相對。即，在蓋支撐部132的環(huán)形內(nèi)表 面132a的內(nèi)部區(qū)域中凹陷的每個凹部161b具有最小長度，用以允許其底部 凹陷4妄近才反162的連接部162a的各遠(yuǎn)端。
由以類似于板支撐部131的方式使用上絕緣層130形成的蓋支撐部132 支撐蓋161。由此，在板162與膜片123之間以及蓋161與膜片123之間形 成預(yù)定厚度的間隙層C3。
在俯視角度上，蓋161被定位為與膜片123的臂123c相對，其中由于 蓋161通過縫隙與板162電隔離使得蓋161保持在電浮動狀態(tài)(floating state),所以在蓋161與板162之間沒有形成寄生電容。
在蓋161中形成多個蓋孔161c，以在蓋161與膜片123之間形成間隙層 C3。蓋孔161c是用于傳輸蝕刻上絕緣層130所用的蝕刻劑的通孔；即，它們是向上絕緣層130傳輸蝕刻劑的通孔，以同時形成間隙層C3和蓋支撐部 132。為了實現(xiàn)在蓋161與膜片123之間形成間隙層C3，應(yīng)確定蓋孔161c 的數(shù)量，其中為了可靠地傳輸蝕刻劑，以指定形狀形成蓋孔161c。在正好位 于膜片123上方的蓋161的一定區(qū)域中形成蓋孔161c,而不導(dǎo)致排列密度 (alignment density )偏離。考慮到間隙層C3的高度(或厚度)和蓋支撐部 132的形狀以及蝕刻速度來排列蓋孔161c。具體地，除了連接蓋支撐部132 的蓋161的連接區(qū)域及其周圍區(qū)域之外，在蓋161的大體整個區(qū)域中，以之 間具有相等間隔的方式形成蓋孔161c。隨著相鄰蓋孔161c之間的距離變小， 能夠減小蓋支撐部132的寬度，從而減小整個芯片面積。
接下來將參照圖4A和圖4B描述電容式麥克風(fēng)1的揭:作，圖4A和圖 4B中的每一個均示出關(guān)于傳感元件芯片和電路芯片連在一起的等效電路。
安裝在電路芯片中的電荷泵(charge pump ) CP向膜片123施加穩(wěn)定的 偏壓(bias voltage )。隨著偏壓變大，電容式麥克風(fēng)1的靈敏度變高，其中 膜片123可容易地被固定到板162;因此在設(shè)計電容式麥克風(fēng)1時板162的 剛度是重要因素。
進(jìn)入到封裝通孔(未示出)中的聲波通過板孔162c以及板162的連接 部(或臂)162a之間的切口傳輸?shù)侥て?23。由于在板162的表面和背面上 傳播相同相位的聲波，所以板162基本不振動。傳輸?shù)侥て?23的聲波使膜 片123相對于板162振動。膜片123的振動改變平行板電容器(包括與板162 和膜片123相對應(yīng)的相反電極)的靜電電容。靜電電容的改變被轉(zhuǎn)換成電壓 信號，然后該電壓信號由安裝在電路芯片中的放大器A放大。
由于膜片123與襯底100短路，所以在不包括保護(hù)部件127和保護(hù)電極 125的圖4A的電路中，在襯底100與板162 (其相對不振動)之間形成寄生 電容。在圖4B的電路中，由輸出端連接到保護(hù)部件127的放大器A形成了 電壓跟隨器電路(voltage-follower circuit),因此避免了在板162與襯底100 之間出現(xiàn)寄生電容。即，在指定區(qū)域(其中襯底和板被定位為彼此相對)中， 在襯底100與板162的連接部162a之間插入保護(hù)電極125a，由此降低了襯 底100與板162的連接部162a之間的寄生電容。此外，沿俯視角度，在與 板引線162d(其從板162的連接部162a延伸)相同的區(qū)域中對保護(hù)引線125d (其從保護(hù)環(huán)125c延伸，用于將保護(hù)電極125a連到保護(hù)端子125e)進(jìn)行布 線，由此避免在襯底100與板引線162d之間出現(xiàn)寄生電容。在膜片123的周圍區(qū)域中，保護(hù)環(huán)125c以之間最短的路徑將保護(hù)電極125a連接在一起。 由于保護(hù)電極125a的寬度大于板162的周線方向上連接部162a的寬度，所 以能夠進(jìn)一步減小寄生電容。
就此而言，諸如電荷泵CP和放大器A (安裝在電路芯片中)的上述元 件可被安裝在傳感元件芯片中，由此形成具有單芯片結(jié)構(gòu)的電容式麥克風(fēng)1。
接下來，將參照圖5至圖17描述電容式麥克風(fēng)1的制造方法。
在圖5所示的制造方法的第一步驟中，在襯底100的整個表面上形成由 氧化硅構(gòu)成的下絕緣膜110。利用光致抗蝕劑掩 f莫通過蝕刻在下絕緣膜110 中形成凹陷110a (其用于形成膜片凸塊123f)。通過化學(xué)氣相沉積(CVD) 在下絕緣膜110的表面上形成由多晶硅構(gòu)成的下導(dǎo)電膜120,由此在凹陷 110a的下方形成膜片凸塊123f。然后，利用光致抗蝕劑掩模蝕刻下導(dǎo)電膜 120,從而形成膜片123和保護(hù)部件127 (二者均由下導(dǎo)電膜120構(gòu)成)。
在圖6所示的制造方法的第二步驟中，在下絕緣膜110和下導(dǎo)電膜120 的表面上整體形成由氧化硅構(gòu)成的上絕緣膜130。然后，利用光致抗蝕劑掩 沖莫通過蝕刻在上絕緣膜130中形成凹陷130a (其用于形成板凸塊162f)。
在圖7所示的制造方法的第三步驟中，在上絕緣膜130的表面上形成由 多晶硅膜135和氮化硅膜136構(gòu)成的板凸塊162f。由于通過已知方法圖案化 多晶硅膜135之后形成氮化硅膜136，所以從凹陷130a突出的多晶硅膜135 的暴露部分完全被氮化硅膜136覆蓋。氮化硅膜136是用于即使在膜片123 意外固定到板162時防止膜片123與板162短路的絕緣膜。
在圖8所示的制造方法的第四步驟中，通過CVD方法在上絕緣膜130 的表面和氮化硅膜136的暴露表面上形成由多晶硅構(gòu)成的上導(dǎo)電膜160。然 后，利用光致抗蝕劑掩模蝕刻上導(dǎo)電膜160以形成板162、板引線162d和蓋 161。在這個步驟中，沒有形成板孔162c和蓋孔161c。
在圖9所示的制造方法的第五步驟中，在上絕緣膜130中形成接觸孔 CH1、 CH3和CH4，然后在整個表面上形成由氧化硅構(gòu)成的表面保護(hù)膜170。 此外，利用光致抗蝕劑掩才莫執(zhí)行蝕刻，從而在表面絕緣膜170中形成接觸孔 CH2,以及同時去除留在在接觸孔CH1、 CH3和CH4底部的表面絕緣膜170 的剩余部分。在接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4中形成并埋置由AlSi構(gòu)成 的焊盤導(dǎo)電膜180;然后通過已知方法對焊盤導(dǎo)電膜180進(jìn)行去除而留下其 剩余在接觸孔CH1 、 CH2、 CH3和CH4中的指定部分。隨后，通過CVD方法在表面絕緣膜170和焊盤導(dǎo)電膜180的表面上形成由氮化硅構(gòu)成的焊盤保 護(hù)膜190;然后通過已知方法進(jìn)行圖案化，由此留下其位于坪盤導(dǎo)電膜180 的周圍區(qū)域中的指定部分。
在圖10所示的制造方法的第六步驟中，利用光致抗蝕劑掩模進(jìn)行各向 異性蝕刻，以在表面絕緣膜170中形成通孔170a (對應(yīng)于^1孔162c和蓋孔 161c,其中在圖IO至圖17中沒有示出蓋孔161c)，從而在上導(dǎo)電膜160中 形成板孔162c,而在蓋161中形成蓋孔161c。這個步驟^f皮連續(xù)執(zhí)行，其中 具有通孔170a的表面絕緣膜170用作上導(dǎo)電膜160的抗蝕劑掩^t。
在圖11所示的制造方法的第七步驟中，在表面絕緣膜170和焊盤保護(hù) 膜l卯的表面上形成表面保護(hù)膜200。此時，表面絕緣膜170的所有通孔170a 以及板孔162c和蓋孔161c均被埋置在表面保護(hù)膜200的下方。
在圖12所示的制造方法的第八步驟中，在仍保留在接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4中的焊盤導(dǎo)電膜180的表面上形成由Ni構(gòu)成的凸塊膜210,然 后在凸塊膜210的表面上形成由Au構(gòu)成的凸塊保護(hù)膜220。在這個步驟中， 襯底100的背面被拋光，從而使襯底100具有預(yù)定厚度(大體與產(chǎn)品尺寸匹 配)。
在圖13所示的制造方法的第九步驟中，利用光致抗蝕劑掩才莫進(jìn)行蝕刻 乂人而形成通孔H5,蓋161通過通孔H5 乂人表面保護(hù)膜200和表面絕纟彖膜170 部分地暴露。
上面的步驟完成了與襯底100的表面有關(guān)的膜形成過程。
在圖14所示的制造方法的第十步驟(其在襯底100的表面上完成膜形 成過程之后^:執(zhí)行)中，在襯底100的背面上形成具有通孔H6的光致抗蝕 劑掩模R1 (用于形成與襯底100中的后腔C1相對應(yīng)的通孔)。
在圖15所示的制造方法的第十一步驟中，在襯底100上執(zhí)行深反應(yīng)離 子蝕刻(Deep Reactive Ion Etching, Deep-RIE )，以形成通孔。此時，下絕 緣膜110用作蝕刻停止層(st叩per)。
在圖16所示的制造方法的第十二步驟中，從襯底100去除光致抗蝕劑 掩模Rl,然后對通孔的內(nèi)壁100c (由于深反應(yīng)離子蝕刻導(dǎo)致其形成得粗糙) 進(jìn)行平滑化。
在圖17所示的制造方法的第十三步驟中，利用光致抗蝕劑掩模R2和緩 沖氫氟酸(BHF )執(zhí)行各向同性蝕刻，以從板162和板引線162d去除表面
19保護(hù)膜200和表面絕緣膜170。另外，部分地去除上絕緣膜130，以形成蓋 支撐部132、板支撐部131和間隙層C3。此外，部分地去除下絕緣膜110以 形成保護(hù)絕緣體103、膜片支撐部102、環(huán)形部件101和間隙層C2。此時， BHF蝕刻劑進(jìn)入到光致抗蝕劑掩模R2的通孔H6和襯底100的開口 100a中。 蝕刻劑(進(jìn)入到光致抗蝕劑掩模R2的通孔H6和襯底100的開口 100a中) 通過板162與蓋161之間的縫隙、板孔162c和蓋孔161c傳輸以蝕刻上絕緣 膜160。上絕緣膜130的輪廓線由板162和板引線162d限定。即，通過板 162和板引線162d的自對準(zhǔn)(self-alignment)來形成蓋支撐部132和板支撐 部131。如圖18所示，通過各向同性蝕刻在蓋支撐部132和板支撐部131 的端表面上形成下切口 (undercut)。下絕緣膜110的輪廓線由襯底100的開 口 100a、膜片123、膜片引線123d、保護(hù)電極125a、保護(hù)連接器125b和保 護(hù)環(huán)125c限定。即，通過膜片123的自對準(zhǔn)形成保護(hù)絕緣體103和膜片支 撐部102。如圖18和圖19所示，通過各向同性蝕刻在保護(hù)絕緣體103和板 支撐部131的端表面上形成下切口。在這個步驟中形成了保護(hù)絕緣體103和 板支撐部131，由此形成除保護(hù)電極125a之外的柱結(jié)構(gòu)129 (用于將板162 支撐在襯底IOO的上方)。
最后，從襯底100去除光致抗蝕劑掩模R2，然后對襯底IOO進(jìn)行切割。 這樣完成了圖1所示的電容式麥克風(fēng)1的傳感元件芯片的制造。傳感元件芯 片和電路芯片被貼附到封裝襯底(未示出)，在該封裝襯底中其端子通過引 線接合(wire bonding)連接在一起；然后在封裝襯底上放置封裝蓋(未示 出)，從而完成了電容式麥克風(fēng)l的制造。由于傳感元件芯片^f皮接合到封裝 襯底上，所以在襯底100的背面中后腔C1以氣密方式封閉。
第 一實施例是示例性的而非限制性的；因此能夠以多種方式對其進(jìn)行^務(wù) 改。例如，板162和蓋161之間的縫隙不是必須具有固定大小的寬度；即縫 隙的寬度可局部加寬。此外，縫隙不是必須整體地連在板162與蓋161之間。 如圖20所示，能夠?qū)⑸w161修改為具有用于將類齒輪形狀板162完全安裝 在其中的內(nèi)部空間(由多邊形內(nèi)表面或圓形內(nèi)表面限定)，其中在俯碎見角度
上，蓋161從蓋支撐部132的環(huán)形內(nèi)表面132a向內(nèi)突出。在這種改型中， 板162的中心部分162b遠(yuǎn)離蓋161的內(nèi)表面而二者之間沒有任何縫隙；而 板162的連接部(或臂)162a的遠(yuǎn)端被定位為接近蓋161的內(nèi)表面，在二者 之間具有縫隙。
202.第二實施例
圖21示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電容式麥克風(fēng)的作為固體元件(solid dement)的傳感元件管芯1001、即壓力傳感器的構(gòu)成。圖22A至圖22D示 出傳感元件管芯1001的截面圖，其中圖22A是沿圖21中線A-A取得的截 面圖，圖22B是沿圖21中線B-B取得的截面圖，圖22C是沿圖21中線C-C 取得的截面圖，以及圖22D是沿圖21中線D-D取得的截面圖。圖23是示 出傳感元件管芯1001的層疊結(jié)構(gòu)的分解透視圖。電容式麥克風(fēng)由傳感元件 管芯1001、包括電源電路和放大器的電路管芯(未示出)以及封裝(未示出) 構(gòu)成，其中封裝具有用于安置傳感元件管芯1001和電路管芯的空間以及用 于將聲壓(sound pressure )傳播到傳感元件管芯1001的通孔。
下面將首先描述構(gòu)成電容式麥克風(fēng)的傳感元件管芯1001的膜和層。 傳感元件管芯1001是由襯底1100、下絕緣膜1110 (層疊在襯底1100 上)、下導(dǎo)電膜1120、上絕緣膜1130和上導(dǎo)電膜1160構(gòu)成的固體元件。圖 21、圖22A至圖22C和圖23不包括關(guān)于在上導(dǎo)電膜1160的上方形成的其 它層的說明。
襯底1100由P型單晶硅(Si)構(gòu)成；但不以此為限。即，襯底1100可 以由滿足用作基底的機(jī)械性能的其它材料構(gòu)成，所述基底用于沉積薄膜和用 于支撐包括薄膜的結(jié)構(gòu)。襯底1100的厚度被設(shè)置為例如625 jLim。下絕緣膜 1110是由硅氧化物(SiOx)構(gòu)成的沉積膜，其中其厚度范圍例如從1.5jim至 2.0(mi。下導(dǎo)電膜1120是由整體摻雜有雜質(zhì)例如磷(P)的多晶硅構(gòu)成的沉 積膜，其中下導(dǎo)電膜1120形成在圖21的剖面線區(qū)中，并且其厚度范圍例如 從0.5pm至0.7|im。上絕緣膜1130是由氧化硅構(gòu)成的"絕緣"沉積膜，其 中其厚度范圍例如從4.0(im至5.0pm。上導(dǎo)電膜1160是由整體摻雜有雜質(zhì) 例如磷的多晶硅構(gòu)成的沉積膜，其中其厚度范圍例如從1.0,至2.0pm。
接下來，下面將描述電容式麥克風(fēng)的傳感元件管芯1001的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
在坤十底1100中形成具有開口 1100a的通孔，其中開口 1100a也用作后腔 Cl的開口。后腔C1與開口 1100a相對的相對側(cè)(opposite side )通過封裝(未 示出)閉合。即，基本不通過后腔C1的相對側(cè)傳播聲波。與"彈性"膜片 1123相比，襯底1100基本用作剛性材料。
使用與襯底1100相比具有小厚度和彈性的下導(dǎo)電膜1120形成膜片 1123,其中膜片1123由中心部分1123a (用于接收壓力)和多個臂(或帶)1123c構(gòu)成。在膜片1123的中心部分1123a覆蓋襯底1100的開口 1100a的 位置，以與襯底1100的表面平行的方式固定膜片1123。在俯視角度上，膜 片1123的中心部分1123a具有圓形形狀或多邊形形狀，以覆蓋襯底1100的 開口 1100a及其周圍區(qū)域。在與襯底1100的表面平行的平面內(nèi)，膜片1123 的臂1123c沿徑向延長。各個臂1123c的遠(yuǎn)端以類似錘頭(harmmerhead-like) 形狀增大，其中它們被夾置在下絕緣膜1110與上絕緣膜1130之間，從而連 到下絕緣膜lllO和上絕緣膜1130。由于下絕緣膜1110連到襯底1100,所以 臂1123c的遠(yuǎn)端通過下絕緣膜1110間接地固定至襯底1100。在下文中，將 沒有與下絕緣膜lllO和上絕緣膜1130接觸的臂1123c的其它部分稱作彈性 部分。多個臂1123c通過之間的切口相鄰，而臂1123c的遠(yuǎn)端被固定在適當(dāng) 位置，因此與其圓形外圍整體固定在適當(dāng)位置的前述膜片(具有圓形形狀或 多邊形形狀)相比，膜片1123易于發(fā)生變形。在臂1123c中形成數(shù)個膜片 孔1123b,這樣降低了剛度。
在襯底1100的開口 llOOa的邊緣與膜片1123的中心部分1123a之間形 成高度與下絕緣膜1100的厚度相同的間隙層C2。間隙層C2用作在后腔CI 的內(nèi)部壓強與大氣壓之間建立平衡的通道。此外，在通過通孔進(jìn)入到封裝的 聲波向后腔C1的開口 1100a傳播的路徑中，間隙層C2形成最大聲阻。在面 向襯底1100的膜片1123的背面上形成多個膜片凸塊1123f。膜片凸塊1123f 是防止膜片1123固定至村底1100的突起。
膜片1123通過從臂1123c中的一個指定臂延伸的膜片引線1123d連到 膜片端子(未示出)。膜片引線1123通過保護(hù)環(huán)1125c的切口向膜片端子延 伸。如圖24B所示，由于膜片1123通過電路管芯(未示出)與襯底1100短 路，所以膜片1123和襯底IIOO都被設(shè)置相同的電位。
使用比下導(dǎo)電膜1120更厚的上導(dǎo)電膜1160形成板1162，其中板1162 由中心部分1162b和多個連接部(或臂)1162構(gòu)成。在板1162中形成數(shù)個 板孔1162c。板孔1162c用作向膜片1123傳播聲波的通孔。板1162的中心 部分1162b具有圓形形狀或多邊形形狀，其被定位為與膜片1123的中心部 分1123a相對，從而在俯一見角度上將其完全覆蓋。連接部1162a以與襯底1100 的表面平行的方式從中心部分1162b沿徑向延長。在如圖1和圖3所示的垂 直于襯底IIOO表面的視角方向上，板1162的連接部1162a以使連接部1162a 不與臂1123c交疊這樣的方式被定位為與膜片1123的臂1123c相連，并且在俯視角度上與臂1123c交替定位，因此臂1123c位于沿板1162的中心部分 1162b的周線方向相鄰的連接部1162a之間形成的切口的正下方。連接部 1162a的遠(yuǎn)端通過板支撐部1131、保護(hù)電極1125a和下絕緣膜1110固定至襯 底IIOO，其中使用上絕緣膜1130以島狀形成板支撐部1131，使用下導(dǎo)電膜 1120形成保護(hù)電極1125a。在垂直于襯底1100表面的視角方向上，在俯視 角度上中心部分1162b與襯底1100的開口 1100a交疊的位置處，板162以 與襯底1100的表面相平行的方式被固定。在板1162與膜片1123之間形成 厚度與板支撐部1131的高度相同的間隙層C3。在垂直于襯底1100表面的 視角方向上，在俯視角度上，板支撐部1131被定位在中心部分1123a附近 形成于相鄰的臂1123c之間的切口中而非定位在臂1123c的遠(yuǎn)端，臂1123c 的遠(yuǎn)端固定至襯底1100。這增大了板1162的剛度。在面向膜片1123的板 1162的背面上形成多個板凸塊1162f。板凸塊1162f是防止膜片1123固定至 板1162的突起。比連接部1162a更薄的板引線1162d從板1162的連接部 1162a的一個指定遠(yuǎn)端向板端子(未示出)延伸。以類似于板1162的方式使 用上導(dǎo)電膜1160形成板引線1162d。在垂直于村底IIOO表面的視角方向上， 板引線1162d的布線路徑在俯視角度上與保護(hù)引線1125d交疊。
如圖22B所示，由上導(dǎo)電層1160構(gòu)成的蓋1161通過蓋支撐部1132和 下絕緣膜1110相對于膜片1123被支撐在村底1100的上方。如圖21和圖22A 至圖22C所示，蓋1161通過縫隙S與板1162物理分離。即，均由上導(dǎo)電膜 1160構(gòu)成的板1162和蓋1161通過縫隙S彼此絕緣。沿板1162的輪廓線形 成蓋1161的內(nèi)輪廓線。多個突起1161a與蓋1161整體形成，從而在俯^L角 度上在形成于連接部1162a之間的切口中向板1162的中心部分1162b向內(nèi) 突出?？p隙S的寬度^皮設(shè)置為指定值，用以防止異物進(jìn)入到板1162與膜片 1123之間的間隙層C3中。板1161沿其周線方向在一個區(qū)中分裂，因此板 引線1162d通過蓋1161的分裂區(qū)延伸。
如圖21和圖22B所示，蓋1161的突起1161a向中心部分1162b突出， 從而在俯視角度上覆蓋膜片1123的臂1123c的彈性部分。如圖21和圖22D 所示，在平行于襯底IIOO表面的視角方向上，蓋1161的突起1161a由從蓋 支撐部1132向內(nèi)突出的突起1132b (參見圖23)在其兩側(cè)支撐在指定區(qū)上， 其中該指定區(qū)比臂1123c的遠(yuǎn)端更靠近膜片1123的中心部分1123a。即，蓋 的突起1161a以其不與由于外力或應(yīng)力而變形的膜片1123的臂1123c的彈性部分接觸的這種方式由蓋支撐部1132的突起1132b支撐。以襯底1100的表 面為基礎(chǔ)，蓋1161的突起116la被固定在比膜片1123的臂1123c更高的位 置處。在蓋1161與膜片1123的臂1123c之間形成的間隙的高度(即以垂直 于襯底IIOO表面的方向測量的豎直長度)明顯大于為膜片1123的臂1123c 的彈性部分定義的指定增幅(amplification )。
使用上絕緣膜1130形成蓋支撐部1132。如圖22B和圖22D所示，蓋支 撐部1132的突起1132b連接蓋1161的突起1161a的背面，以及與蓋支撐部 1132的突起1132b相對應(yīng)地，在下絕緣膜1110的內(nèi)側(cè)(參見圖23)整體地 形成多個突起1110a。蓋支撐部1132的突起U32b通過下絕緣膜1110的突 起1110a固定至襯底1100。即，蓋1161的突起1161a通過由蓋支撐部1132 的突起1132b和下絕緣膜1110的突起1110a構(gòu)成的雙層壁結(jié)構(gòu)支撐在襯底 1100的上方。
由襯底1100、蓋1161的突起1161a和雙層壁結(jié)構(gòu)(由蓋支撐部1132的 突起1132b和下絕緣膜1110的突起1110a構(gòu)成)包圍的空間形成橫孔(traverse hole),該對黃孔具有長方體形狀和定位為靠近膜片1123的中心部分1123a的 開口，其中膜片1123的臂1123c的遠(yuǎn)端相對于開口 110a固定在橫孔的內(nèi)部 最凹處。如上所述，膜片1123的臂1123c的遠(yuǎn)端通過緊密保持在上絕纟彖膜 1130 (形成蓋支撐部1132)與下絕緣膜1110之間而固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。?圖22D所示，臂1123的彈性部分被安置在橫孔中并由襯底1100、蓋1161 的突起1161a和雙層壁結(jié)構(gòu)(由蓋支撐部1132的突起1132b和下絕緣膜1110 的突起1110a構(gòu)成)包圍。如圖22D所示，臂1123的彈性部分與村底1100、 蓋1161的突起1161a和雙層壁結(jié)構(gòu)(由突起1132b和突起1110a構(gòu)成)物理 分離。
通過使用經(jīng)由蓋1161的蓋孔1161c提供的蝕刻劑在上絕緣膜1130上進(jìn) 行蝕刻，以自對準(zhǔn)的方式在蓋支撐部1132的相鄰?fù)黄?132b之間形成間隙， 其中所述間隙由蓋孔1161c的形狀和排列限定。通過使用經(jīng)由膜片1123的 臂1123c的膜片孑L 1123b提供的蝕刻劑在下絕緣膜1110上進(jìn)行蝕刻，以自對 準(zhǔn)的方式在下絕緣膜1110的突起1110a之間形成間隙，其中所述間隙由膜片 孔1123c的形狀和排列限定。
圖42示出蓋孔1161c的形狀和排列的實例。圖42是傳感元件管芯1001 的俯視圖，其是沿垂直于膜片1123的方向進(jìn)行觀察的并且沒有示出板1162。
24蓋孔1161c排列在被定位為與膜片1123的中心部分1123a和臂1123c的彈性 部分相對的蓋1161的指定區(qū)中。相鄰的蓋孔1161c的中心之間的距離設(shè)置 為大體相等。即，在被定位為與膜片1123的中心部分1123a相對的突起1161a 的遠(yuǎn)端附近，蓋孔1161c均勻地排列在蓋1161中。在從突起1161a的遠(yuǎn)端到 突起1161a的基本部分的方向(周線方向)上，用于排列蓋孔1161c的指定 區(qū)的寬度減小為小于突起1161a的寬度。在蓋1161的突起1161a中沒有形成 蓋孔1161c的指定區(qū)的端部區(qū)域的下方形成蓋支撐部1132的突起1132b。在 蓋1161的突起1161a中用于排列蓋孔1161c的指定區(qū)的寬度大于膜片1123 的臂1123c的彈性部分的寬度。這在蓋支撐部1132與膜片1123的臂1123c 的彈性部分之間形成足夠大的間隙。
圖43示出在膜片1123的臂1123c中形成的膜片孔1123b的形狀和排列 的實例。圖43是傳感元件管芯1001的俯視圖，其是沿垂直于膜片1123的 方向進(jìn)行觀察的并且沒有示出板1162和蓋1161。膜片孔1123b完全排列在 膜片1123的臂1123c的彈性部分中。相鄰的膜片孑L 1123b的中心之間的距 離設(shè)置為大體相等。
接下來將參照圖24A和圖24B描述使用傳感元件管芯1001的電容式麥 克風(fēng)的操作。
圖24B示出通過將傳感元件管芯1001連到電路芯片而配置的等效電路。 安裝在電路管芯中的電荷泵CP向膜片1123施加穩(wěn)定的偏壓。隨著偏壓變大， 電容式麥克風(fēng)的靈敏度變高，這反過來容易引起將膜片1123固定到板1162 的黏附問題；因此板1162的剛度是傳感元件管芯1001設(shè)計中的一個重要因素。
進(jìn)入到封裝(未示出)的通孔中的聲波通過板孔1162c、縫隙S和蓋孔 1161c向膜片1123傳播。由于在板1162的兩側(cè)傳播相位相同的聲波，所以 板1162基本不振動。到達(dá)膜片1123的聲波使膜片1123相對于板1162和襯 底1100振動。當(dāng)膜片1123振動時，平行板電容器(其相反電極對應(yīng)于與板 1162和膜片1123)的靜電電容改變，其中靜電電容的改變被轉(zhuǎn)換為電信號， 然后該電信號由電路管芯的放大器A放大。
由于蓋1161通過縫隙S與板1162電隔離，并由此處于電浮動狀態(tài)，因 此在蓋1161與膜片1123的臂1123c之間沒有形成寄生電容。
由于襯底1100與膜片1123短路，因此在如圖24A所示沒有插入保護(hù)電
25極1125a的情況下，在板1162 (其基本不振動)與襯底1100之間產(chǎn)生寄生 電容。如圖24B所示，通過利用輸出端連接到保護(hù)電極1125a的放大器A 形成電壓跟隨器電路，能夠防止在板1162與襯底1100之間形成寄生電容。 即，如圖22A所示在垂直于襯底1100表面的方向上，在板1162與襯底1100 交疊的區(qū)域中在板支撐部1131 (由上絕緣膜1130構(gòu)成)與下絕緣膜1110之 間排布與膜片1123絕緣的保護(hù)電極1125a,其中每個保護(hù)電極1125a通過保 護(hù)連接器1125b以及保護(hù)環(huán)1125c和保護(hù)引線1125d連接到放大器A的輸出 端，由此減小了板1162與襯底1100之間區(qū)域中的寄生電容。如圖21和圖 23所示，當(dāng)將保護(hù)引線1125d布線在與從板1162的連接部1162a延伸的板 引線1162d相對的區(qū)域中時，能夠防止在板引線1162d與襯底1100之間產(chǎn) 生寄生電容。
第二實施例的電容式麥克風(fēng)可被安裝在諸如攝像機(jī)和個人計算機(jī)的各 種電子設(shè)備中，其中各電子設(shè)備的外殼應(yīng)具有用于向電容式麥克風(fēng)傳播聲波
式麥克風(fēng)的封裝中的可能性。在第二實施例中，在灰塵進(jìn)入到膜片1123與 板1162之間的間隙層C3中之前，其必須通過縫隙S、板孔1162c和蓋孔1161c 中的至少任一個進(jìn)行傳輸。在傳輸蝕刻劑的尺寸范圍內(nèi)，盡可能減小縫隙S 的寬度、板孔1162c的直徑以及蓋孔1161c的直徑。第二實施例的傳感元件 管芯1001能夠可靠地防止異物進(jìn)入到膜片1123與板1162之間的間隙層C3 和膜片1123與襯底1100之間的間隙層C2中。在靠近板1162的中心部分 1162b的指定區(qū)中，蓋1161的突起1161a (其向板1162的中心部分1162b 突出以覆蓋膜片1123的臂1123c)由蓋支撐部1132的突起1132b支撐，因 此難以發(fā)生變形。這防止了蓋1161的突起1161a與膜片1123的臂1123c接 觸。
接下來，將參照圖25至圖41描述第二實施例的使用傳感元件管芯1001 的電容式麥克風(fēng)的制造方法，其中每個圖均是沿圖21中線E-E取得的截面 圖。
在圖25所示的制造方法的第一步驟中，在襯底1100的整個表面上形成 由氧化硅構(gòu)成的下絕緣膜1110。利用光致抗蝕劑掩模通過蝕刻方法在下絕緣 膜1110中形成模子(mold) 1110b (用于形成膜片凸塊1123f)。然后，通過 CVD方法在下絕緣膜的表面上形成下導(dǎo)電膜1120,其是由多晶硅構(gòu)成的沉積膜，從而在由模子1110b限定的位置形成了膜片凸塊U23f。此外，利用 具有預(yù)定形狀的光致抗蝕劑掩模蝕刻下導(dǎo)電膜1120，由此形成膜片1123(由 下導(dǎo)電膜1120構(gòu)成)。
在圖26所示的制造方法的第二步驟中，在下絕緣膜1110和下導(dǎo)電膜 1120的表面上形成由氧化硅構(gòu)成的上絕緣膜1130。利用光致抗蝕劑掩模通 過蝕刻在上絕緣膜1130中形成模子1130a (用于形成板凸塊1162f)。
在圖27所示的制造方法的第三步驟中，使用上絕緣膜1130上的多晶硅 膜1135和氮化硅膜1136形成板凸塊1162f。
在圖28所示的制造方法的第四步驟中，通過CVD方法在上絕緣膜1130 的表面和氮化硅膜1136的表面上形成由多晶硅構(gòu)成的上導(dǎo)電膜160。然后， 利用光致抗蝕劑掩模蝕刻上導(dǎo)電膜1160從而形成板1162和蓋1161，板1162 和蓋1161通過縫隙S彼此物理分離。在這個步驟中，在板1162中沒有形成 板孔1162c。
在圖29所示的制造方法的第四步驟中，利用光致抗蝕劑掩模通過各向 異性蝕刻方法在下絕緣膜1110和上絕緣膜1130中形成用于暴露膜片引線 1123d、保護(hù)引線1125d和襯底1100的通孔H1、 H3和H4。
在圖30所示的制造方法的第五步驟中，通過等離子體CVD方法在上絕 緣膜1130的表面和上導(dǎo)電膜1160的表面上以及通孔H1、 H3和H4的內(nèi)側(cè) 全部形成由氧化硅構(gòu)成的表面絕緣膜1170。此外，利用光致抗蝕劑掩模通過 蝕刻方法去除通孔H1、H3和H4的底部剩余的表面絕緣膜1170的剩余部分， 由此在表面絕緣膜1170中形成接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4。這使得能 夠暴露膜片引線1123d、板引線1162d、保護(hù)引線1125d和襯底1100。
在圖31所示的制造方法的第六步驟中，通過濺射方法在表面絕緣膜 1170的整個表面上形成由AlSi構(gòu)成的導(dǎo)電膜，從而覆蓋接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4并連接膜片引線1123d、板引線1162d、保護(hù)引線1125d和襯底 1100。此外，利用光致抗蝕劑掩模進(jìn)行蝕刻以部分地去除AlSi導(dǎo)電膜，同時 留下覆蓋接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4的指定部分，從而形成焊盤1180 (由AlSi沉積膜構(gòu)成)。
在如圖32所示的制造方法的第七步驟中，通過低壓等離子體CVD方法 在表面絕緣膜1170的表面和焊盤1180的表面上形成由氮化硅構(gòu)成的焊盤保 護(hù)膜1190，由此保護(hù)焊盤1180的側(cè)表面。在圖33所示的制造方法的第九步驟中，利用光致抗蝕劑掩^^莫對焊盤保 護(hù)膜1190進(jìn)行干蝕刻，以部分地去除焊盤保護(hù)膜1190,同時留下在焊盤1180 的附近區(qū)域和周圍區(qū)域中保留的指定部分。
在圖34所示的制造方法的第十步驟中，以與板孔1162c和蓋孔1161c 一致的方式，利用光致抗蝕劑掩模通過各向異性蝕刻在表面絕緣膜1170中 形成通孔。通過利用表面絕緣膜1170作為蝕刻掩模，在上導(dǎo)電膜1160中形 成板孔1162c和蓋孔1161c。
在圖35所示的制造方法的第十一步驟中，在表面絕緣膜1170的表面、 焊盤1180的表面以及焊盤保護(hù)膜1190的表面上全部形成由氧化硅構(gòu)成的鍍 層保護(hù)膜1200。接下來，利用光致抗蝕劑掩模通過蝕刻方法對鍍層保護(hù)膜 1200進(jìn)行圖案化，同時留下覆蓋表面絕緣膜1170和焊盤保護(hù)膜1190的鍍層 保護(hù)膜1200的指定部分，由此暴露埋置在接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4 中的焊盤1180表面的中心部分。
在圖36所示的制造方法的第十二步驟中，通過非電解鍍方法在鍍層保 護(hù)膜1200的通孔中的焊盤1180的暴露表面上形成由鎳(Ni)構(gòu)成的凸塊膜 1210。此外，在凸塊膜1210上形成由金(Au)構(gòu)成的凸塊保護(hù)膜1220。另 外，拋光襯底1100的背面，從而實現(xiàn)用于產(chǎn)品的所需厚度。
在圖37所示的制造方法的第十三步驟中，利用光致抗蝕劑掩模通過蝕 刻方法在鍍層保護(hù)膜1200和表面絕緣膜1170上形成用于暴露蓋1161的環(huán) 形孔H5。
在圖38所示的制造方法的第十四步驟中，為了形成與后腔C1對應(yīng)的通 孔，在襯底1100的背面上形成具有通孔H6的光致抗蝕劑掩一莫R1。
在圖39所示的制造方法的第十五步驟中，執(zhí)行深反應(yīng)離子蝕刻(Deep Reactive Ion Etching,即博仕工藝(Bosch process )) 乂人而在襯底1100中形 成與后腔C1對應(yīng)的通孔。在這個步驟中，下絕緣膜1110用作蝕刻停止層。
在圖40和圖41所示的制造方法的第十六和第十七步驟中，利用光致抗 蝕劑掩模R2和緩沖氫氟酸(BHF)進(jìn)行各向同性蝕刻，以去除暴露在光致 抗蝕劑掩模R2的通孔H6中的鍍層保護(hù)膜1200和表面絕緣膜1170,并且還 去除上絕緣膜1130的一部分，從而形成蓋支撐部1132、板支撐部1131和間 隙層C3。此時，從后腔C1去除下絕緣膜1110的一部分，從而在膜片1123 與襯底1100之間形成間隙層C2。由此，通過壽反1162和蓋1161以自對準(zhǔn)的方式限定上絕緣膜1130的輪廓線，而通過襯底1100的開口 1100a、膜片1123、 保護(hù)電極1125a、保護(hù)連接器1125b和保護(hù)環(huán)1125c以自對準(zhǔn)的方式限定下 絕緣膜1110的輪廓線。蝕刻之后的上絕緣膜1130的剩余部分用于形成板支 撐部1131和蓋支撐部1132。即，縫隙S(其在圖28所示的第四步驟中形成) 以及板孔1162c和蓋孔1161c (其在圖34所示的第十步驟中形成)用作用于 向上絕緣膜1130傳輸蝕刻劑的通孔，從而同時形成間隙層C3和板支撐部 1131。為此，考慮到板支撐部1131的形狀和蝕刻速度來排列板孔1162c。即， 除了與板支撐部1131連接的連接區(qū)域和周圍區(qū)域之外，在板1162的中心部 分1162b和連接部1162a上，以之間具有相等間隔的方式形成板孔1162c。 在向板1162的中心部分1162b突出的突起1161a的中心區(qū)域，以之間具有 相等間隔的方式排列蓋孔1161c。
接下來，參照圖48A至圖48E描述用于在膜片1123的臂1123c附近蝕 刻上絕緣膜1130和下絕緣膜1110的蝕刻工藝。如圖48A所示，通過蝕刻埋 置在蓋孔1161c和縫隙S中的鍍層保護(hù)膜1200,蝕刻劑(例如BHF)到達(dá) 上絕緣膜1130。此時，以與鍍層保護(hù)膜1200類似的方式由氧化硅構(gòu)成的表 面絕緣膜1170也被去除。隨后，到達(dá)上絕緣膜1130的表面的蝕刻劑用于從 蓋孔1161c的邊緣和縫隙S的邊緣以各向同性的方式蝕刻上絕緣膜1130,如 圖48B所示。由于上絕緣膜1130的蝕刻沿平行于上導(dǎo)電膜1160與上絕緣膜 1130之間界面的方向進(jìn)行，所以從蓋1161的突起1161a與膜片1123的臂 1123c的彈性部分之間的指定區(qū)域去除上絕緣膜1130,如圖48C所示。這也 釋放了適合于蓋1161的突起1161c的支撐部，除了其兩側(cè)之外。隨后，到 達(dá)上絕緣膜1130與下絕緣膜1110之間界面的蝕刻劑用于繼續(xù)在上絕緣膜 1130和下絕緣膜1110上以各向同性的方式蝕刻，如圖48D所示。此時，蝕 刻沿平行于上絕緣膜1130與下絕緣膜1110之間界面的方向在膜片孔1123b 的邊緣和臂1123c的兩側(cè)進(jìn)行。因此，從襯底1100與膜片1123的臂U23c 的彈性部分之間的指定區(qū)域去除下絕緣膜1110,如圖48E所示。在這種情況 下，縫隙S和蓋孔1161c的位置和尺寸確定為使得上絕緣膜1130和下絕緣 膜1110仍然在蓋1161的突起1161c兩側(cè)的正下方作為蓋支撐部1132，同時 下絕緣膜1110仍然在臂1123c的遠(yuǎn)端的正下方作為膜片支撐部，即佳7人臂 1123c的彈性部件的上部和下部完全去除上絕緣膜1130和下絕緣膜1110時。 由于上絕緣膜1130和下絕緣膜1110上的各向同性蝕刻，膜片1123的臂1123c的垂頭形狀遠(yuǎn)端被保持在上絕緣膜1130和下絕緣膜1110之間，由此被支撐。 最后，從圖41的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中去除光致抗蝕劑掩模R2，之后進(jìn)行切割， 從而完成用于電容式麥克風(fēng)的傳感元件管芯1001的制造。將傳感元件管芯 1001和電路管芯接合到封裝襯底(未示出)上；然后，將傳感元件管芯1001 的端子、電路管芯的端子和封裝襯底電連在一起；之后，將封裝蓋(未示出) 貼附到封裝襯底，由此完成了電容式麥克風(fēng)的制造。由于傳感元件管芯1001 被接合到封裝襯底，所以在襯底1100的背面，后腔C1是封閉的。
可以多種方式對第二實施例的傳感元件管芯1001作進(jìn)一步的修改；因 此，將參照圖44至圖47描述各個改型。
(1) 第一改型
圖44示出根據(jù)第二實施例的第一改型的蓋孔1161c的形狀和排列，其 中圖44是沿垂直于膜片1123的方向傳感元件管芯1001的俯-現(xiàn)圖，其沒有 示出板1162?？稍诒欢ㄎ粸榕c膜片1123的臂1123c (包括其錘頭形狀的遠(yuǎn) 端)和中心部分1123a相對的蓋1161的指定區(qū)中排列蓋孔1161c。在僅與下 絕緣膜1110 (用于支撐膜片1123 )連接的臂1123c的錘頭形狀遠(yuǎn)端中沒有形 成膜片孔1123b，從而在臂1123c的遠(yuǎn)端與蓋1161之間形成間隙。如圖45 所示，蓋支撐部1132的內(nèi)輪廓線被定形為包圍臂1123c。圖45是沿垂直于 膜片1123的方向傳感元件管芯1001的俯視圖，其沒有示出板1162和蓋1161。
(2) 第二改型
圖46是沿垂直于膜片1123的方向傳感元件管芯1001的俯視圖，其沒 有示出板1162。圖47是沿垂直于膜片1123的方向傳感元件管芯1001的俯 視圖，其沒有示出板1162和蓋1161。
如圖46和圖47所示，能夠另外形成多個柱形部分1132c，其與蓋支撐 部1132的外圍部分1132d物理分離。即蓋支撐部1132由彼此物理分離的外 圍部分1132d和柱形部分1132c構(gòu)成，其中由柱形部分1132c支撐蓋1161 的突起1161a。如圖46所示，在蓋1161的指定區(qū)中另外形成多個蓋孔1161c, 其中該指定區(qū)被定位為與將蓋支撐部1132的外圍部分1132d和柱形部分 1132c分離的分離區(qū)相對。
第二實施例和各個改型是示意性的而非限制性的；因此可以多種方式對 其進(jìn)行修改。例如在板1162和蓋1161之間形成的縫隙S的寬度不必須局限 于固定值；因此，縫隙S的寬度可局部加寬。此外，能夠?qū)⒅T如安裝在電路
30管芯中的電荷泵P和放大器A等上述元件整合到傳感元件管芯1001中，從 而形成單芯片結(jié)構(gòu)的電容式麥克風(fēng)。
此外，在第一和第二實施例中定義的材料和尺寸是示意性的而非限制性 的，其中在沒有對步驟的添加和刪除以及步驟順序的改變進(jìn)行說明的情況下 描述了第一和第二實施例，然而步驟的添加和刪除以及步驟順序的改變對本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。在制造方法中，可根據(jù)膜材料(其性能符 合電容式麥克風(fēng)的要求)、膜厚度以及形成部件和元件的輪廓線所需的精度 的組合適當(dāng)確定膜成分、膜形成方法、膜輪廓線的形成方法和步驟順序；因 此它們不受以上對第 一實施例的描述的限制。
最后，本發(fā)明不必局限于上述實施例和改型，可在隨附權(quán)利要求所限定 的發(fā)明范圍內(nèi)以各種方式對上述實施例和改型作進(jìn)一步修改。
權(quán)利要求
1. 一種振動傳感器，包括具有后腔的襯底，所述后腔具有開口；具有導(dǎo)電性能的膜片，其形成在所述襯底的上方以在俯視角度上覆蓋所述后腔的開口；具有導(dǎo)電性能的板，其形成在所述膜片的上方并包括中心部分和多個連接部，所述中心部分位于與所述膜片相對的位置，所述多個連接部沿徑向從所述中心部分延伸；絕緣支撐層，其連接所述板的連接部從而將所述板支撐在所述膜片的上方，所述板與所述膜片之間具有間隙層，同時使所述板與所述膜片絕緣，其中所述絕緣支撐層具有用于將空氣層包圍在其內(nèi)的環(huán)形內(nèi)表面；以及蓋，使用用于形成所述板的膜材料的至少一部分形成所述蓋，所述蓋連接所述絕緣支撐層，同時從所述環(huán)形內(nèi)表面向內(nèi)凸出以將所述板包圍在其內(nèi)，所述蓋位于與所述膜片相對的位置，其與所述膜片之間具有所述間隙層，其中所述蓋通過縫隙與所述板電隔離，并且其中所述膜片相對于所述板振動以改變在所述膜片與所述板之間形成的靜電電容。
2. 如權(quán)利要求1所述的振動傳感器，其中在所述板和所述蓋中形成多個 孔，以通過所述孔傳輸蝕刻劑，由此通過各向同性蝕刻同時形成所述間隙層 和所述絕緣支撐層。
3. 如權(quán)利要求1所述的振動傳感器，其中所述膜片包括中心部分和多個 臂，所述中心部分位于與所述板的中心部分相對的位置，所述多個臂沿徑向 從所述中心部分延伸，以及其中所述板的多個連接部在俯視角度上位于所述 膜片的多個臂之間并由所述絕緣支撐層支撐。
4. 如權(quán)利要求1所述的振動傳感器，其中所述絕緣支撐層由多個柱結(jié)構(gòu) 形成。
5. —種制造振動傳感器的制造方法，所述振動傳感器包括具有后腔的 襯底，所述后腔具有開口；膜片，其形成于所述襯底的上方以在俯視角度上 覆蓋所述后腔的開口；板，其形成在所述膜片的上方，并包括位于與所述膜 片相對位置的中心部分和沿徑向從所述中心部分延伸的多個連接部；絕緣支撐層，其連接所述板的連接部，以將所述板支撐在所述膜片的上方，所述板 與所述膜片之間具有間隙層，同時使所述板與所述膜片絕緣，其中所述絕緣支撐層具有用于將空氣層包圍在其內(nèi)的環(huán)形內(nèi)表面；以及蓋，使用用于形成 所述板的膜材料的至少一部分形成所述蓋，所述蓋連接所述絕緣支撐層同時 從所述環(huán)形內(nèi)表面向內(nèi)凸出以將所述板包圍在其內(nèi)，以及所述蓋位于與所述 膜片相對的位置，其與所述膜片之間具有所述間隙層，其中所述蓋通過縫隙 與所述4反電隔離，所述制造方法包括如下步驟在所述板中形成多個板孔；在所述蓋中形成多個蓋孔；利用與所述板和所述蓋相對應(yīng)的掩模執(zhí)行各向同性蝕刻，以去除所述絕 緣支撐層的一部分，由此在所述板和所述膜片之間形成所述空氣層； 其中所述多個板孔和所述多個蓋孔將蝕刻劑傳輸?shù)剿鼋^緣支撐層。
6. —種壓力傳感器，包括 襯底，其表面上具有開口；板，形成于所述襯底的上方，其中所述板包括中心部分和多個連接部， 所述中心部分在俯視角度上與所述襯底的開口交疊，所述多個連接部從所述 中心部分沿徑向延伸并被固定至所述襯底的表面；膜片，形成在所述村底與所述板之間，其中所述膜片包括中心部分和多 個臂，所述中心部分位于與所述板的中心部分相對的位置，所述多個臂從所 述中心部分沿徑向延伸從而在俯視角度上不與所述板的連接部交疊，并且所述多個臂的具有彈性的遠(yuǎn)端被固定至所述襯底的表面，由此由于施加至所述 中心部分的壓力導(dǎo)致所述膜片在所述襯底與所述板之間的范圍內(nèi)發(fā)生變形；蓋，具有沿周線方向向內(nèi)突出的多個突起，其中以使所述蓋的突起位于 所述板的相鄰連接部之間形成的切口中的方式，所述蓋被定形為與所述板嚙 合但所述蓋與所述板物理分離，其間具有縫隙；以及蓋支撐部，插入在所述蓋與所述膜片之間，以在指定區(qū)中以與所述襯底 的表面平行的方式支撐所述蓋，所述指定區(qū)靠近所述膜片的中心部分而非所 述膜片的臂的遠(yuǎn)端，由此所述蓋與所述膜片物理分離。
7. 如權(quán)利要求6所述的壓力傳感器，其中所述膜片由下導(dǎo)電膜構(gòu)成，而 所述蓋和所述板均由上導(dǎo)電膜構(gòu)成。
8. 如權(quán)利要求6所述的壓力傳感器，其中在所述板和所述蓋中均形成多 個孔，以傳輸蝕刻劑，在蝕刻中使用所述蝕刻劑用于以自對準(zhǔn)方式形成所述 板與所述膜片之間的間隙、所述蓋與所述膜片之間的間隙以及所述蓋支撐部。
9. 一種壓力傳感器的制造方法，所迷壓力傳感器包括具有開口的襯底； 包括中心部分和多個連接部并具有多個板孔的板；包括中心部分和多個臂的 膜片；具有多個突起和多個蓋孔的蓋；以及插入在所述蓋與所述膜片之間以 與所述襯底的表面平行的方式支撐所述蓋的蓋支撐部，所述制造方法包括如下步驟 在所述襯底上形成下絕緣膜；在所述下絕緣膜上形成用于形成所述膜片的下導(dǎo)電膜； 在所述下導(dǎo)電膜上形成上絕緣膜；在所述上絕緣膜上形成用于形成所述板和所述蓋的上導(dǎo)電膜；以及 利用對應(yīng)于所述村底、所述板和所述蓋的掩模執(zhí)行各向同性蝕刻，以部 分地去除所述下絕緣膜和所述上絕緣膜，由此在所述襯底與所述膜片之間形 成間隙以及在所述膜片與所述板之間形成間隙，同時利用所述下絕緣膜和所 述上絕緣膜的剩余部分形成所述蓋支撐部。
10. 如權(quán)利要求9所述的壓力傳感器的制造方法，其中以所述板的連接 部與所述蓋的突起交替嚙合的方式，所述板位于所述蓋的內(nèi)部，其間具有縫 隙。
11. 如權(quán)利要求9所述的壓力傳感器的制造方法，其中所述多個板孔和 所述多個蓋孔傳輸各向同性蝕刻中使用的蝕刻劑，從而以自對準(zhǔn)的方式利用 所述下絕緣膜和所述上絕緣膜形成所述蓋支撐部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種振動傳感器或壓力傳感器及其制造方法，所述振動傳感器由蓋、板、膜片和具有后腔的襯底構(gòu)成。膜片位于襯底的上方，以覆蓋后腔的開口。板具有徑向類齒輪形狀，由位于膜片正上方的中心部分和多個連接部構(gòu)成。蓋水平地包圍板，二者之間具有縫隙，以使得蓋與板電隔離并位于膜片的外圍上方。多個柱結(jié)構(gòu)連接板的多個連接部，從而將板支撐在膜片的上方，板與膜片之間具有間隙層。通過降低縫隙的寬度，能夠防止異物進(jìn)入到板與膜片之間的空氣層中。
文檔編號G01L9/00GK101426163SQ20081017299
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者鈴木利尚 申請人:雅馬哈株式會社