專利名稱：振動傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動傳感器及其制造方法，特別是涉及具有膜片這樣的元件 薄膜的振動傳感器及其制作方法。
背景技術(shù)：
目前正應(yīng)用半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)對如下的振動傳感器進行開發(fā)，該 振動傳感器在硅基板上層積單晶硅或多晶硅而形成薄膜，并且將該薄膜用作 膜片。由硅構(gòu)成的膜片與鋁或鈦等金屬相比，內(nèi)部應(yīng)力少且密度低，因此能 夠得到靈敏度高的振動傳感器，并且與半導(dǎo)體集成電路制造工序的匹配性良 好。作為這樣的具有膜片的振動傳感器，具有例如專利文獻1所公開的電容
式麥克風(fēng)。在該電容式麥克風(fēng)中，在由單晶硅(IOO)面構(gòu)成的半導(dǎo)體基板 的表面形成有膜片(可動電極)和固定電極之后，在該半導(dǎo)體基板的背面外 周部形成蝕刻用掩模，從背面?zhèn)鹊奖砻嫖g刻半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板的中 央部開設(shè)有貫通孔。其結(jié)果是，膜片將其周圍固定在半導(dǎo)體基板的表面，中 央部中空地支承在貫通孔之上，可由聲音振動等而振動。
但是，在這種結(jié)構(gòu)的電容式麥克風(fēng)中，對(100)面半導(dǎo)體基板從背面
側(cè)進行晶體各向異性蝕刻，因此在貫通孔的內(nèi)周面出現(xiàn)基于(111)面的傾 斜面，貫通孔成為在背面?zhèn)容^大開口的截棱錐形的空間。因此，與膜片的面 積相比，貫通孔背面?zhèn)鹊拈_口面積變大，難以將電容式麥克風(fēng)小型化。另外， 若減小半導(dǎo)體基板的厚度，則能夠減小貫通孔背面的開口面積相對于表面的 開口面積的比率，但是由于半導(dǎo)體基板的強度降低，故而制造時的處理變難， 對半導(dǎo)體基板厚度減薄也有限。
另外，在專利文獻2記載的膜型傳感器中，通過所謂的DRIE (Deep Reactive Ion Etching:深度反應(yīng)離子蝕刻)或ICP (電感耦合等離子體)等的 垂直蝕刻，在半導(dǎo)體基板從背面?zhèn)乳_設(shè)有貫通孔。因此，貫通孔不擴展成截 棱錐形狀，相應(yīng)地，能夠謀求膜型傳感器的小型化。但是，在DRIE或ICP
6等裝置中，裝置價格較高且晶片的加工多樣，生產(chǎn)性不佳。
另外，也具有從表面?zhèn)?膜片側(cè))對半導(dǎo)體基板進行晶體各向異性蝕刻 的方法，但在這樣的方法中，不得不在膜片上開設(shè)蝕刻孔，隨時間的增加， 蝕刻孔會對膜片的振動特性和強度等造成不良影響。
另外，作為對(100)面半導(dǎo)體基板從背面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻而 在基板上形成貫通孔、并且可減少背面的開口面積相對于表面的開口面積的 比率的蝕刻方法，具有專利文獻3記載的方法。在該方法中，在作為半導(dǎo)體 基板的硅晶片表面上未開設(shè)的矩形區(qū)域首先形成保護層，在其之上蒸鍍由氮 化硅構(gòu)成的薄膜，故而硅晶片背面的開口面積只要是可通過各向異性蝕刻使 貫通孔到達該保護層的大小即可。
但是，在該蝕刻方法中，在對蝕刻表面的保護層之后的基板進行蝕刻時， 薄膜曝露在基板的蝕刻劑中，故而作為薄膜的材料不能夠使用單晶硅或多晶 硅。另外，由于薄膜直接形成在基板上，故而難以增設(shè)用于薄膜的應(yīng)力控制、
用于提高通氣孔等、振動傳感器的特性的工序及結(jié)構(gòu)。因此，專利文獻3公
開的蝕刻方法不適用于麥克風(fēng)等需要高靈敏度的振動傳感器的制造方法。
專利文獻1:(日本)特表2004 - 506394號公報 專利文獻2:(曰本)特表2003 - 530717號公報 專利文獻3:(日本)特開平1 - 309384號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)問題而作出的，其目的在于提供一種小型且生產(chǎn) 性高、振動特性優(yōu)良的振動傳感器及其制造方法。
本發(fā)明第一方面的振動傳感器的制造方法，其特征在于，包括如下工序 在由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的一部分表面由如下材料形成保護層，所述材 料被用于蝕刻所述半導(dǎo)體基板的蝕刻劑各向同性地蝕刻；在所述保護層及所 述保護層周圍的所述半導(dǎo)體基板的表面之上，由對所述蝕刻劑具有抗蝕性的 材料形成元件薄膜保護膜；在所述保護層的上方形成由單晶硅、多晶硅或非 晶硅構(gòu)成的元件薄膜；在形成于所述半導(dǎo)體基板背面的背面保護膜開設(shè)背面 蝕刻窗，所述背面保護膜對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的蝕刻劑具有抗蝕性；通 過利用蝕刻劑從所述背面蝕刻窗對所述半導(dǎo)體基板從背面?zhèn)冗M行晶體各向 異性蝕刻，在該蝕刻到達所述半導(dǎo)體基板的表面后，利用所述蝕刻劑對所保護層進行各向同性蝕刻，并且利用在所述保護層被蝕刻除去后的印記空間
中擴展的所述蝕刻劑，對所述半導(dǎo)體基板從表面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻，
在所述半導(dǎo)體基板形成貫通孔；將所述元件薄膜保護膜部分地除去而使其一
部分殘留，利用殘留的所述元件薄膜保護膜在所述半導(dǎo)體基板的上面設(shè)置用
于支承所述元件薄膜的保持部。
根據(jù)本發(fā)明第 一方面的振動傳感器的制造方法，由于對由單晶硅構(gòu)成的
半導(dǎo)體基板從表背兩面進行晶體各向異性蝕刻而形成有貫通孔，故而貫通孔 的開口面積不會比元件薄膜的面積大很多，能夠?qū)崿F(xiàn)振動傳感器的小型化。
因此，由一張晶片可制作的元件數(shù)量增加，能夠降低振動傳感器的成本。另 外，根據(jù)本發(fā)明第一方面的振動傳感器的制造方法，能夠通過一次蝕刻工序 從兩面形成貫通孔，故而制造工序簡單化。另外，由于在保護層與元件薄膜 之間形成有保護膜，故而所述元件薄膜在由對半導(dǎo)體基板的蝕刻劑具有抗蝕 性的材料形成的情況下，也能夠防止在形成貫通孔時元件薄膜被蝕刻劑侵 蝕。另外，由于所述元件薄膜由單晶硅、多晶硅或非晶硅形成，故而能夠得 到生產(chǎn)性高且靈敏度高的振動傳感器。
本發(fā)明第二方面的振動傳感器的制造方法，其特征在于，包括如下工序 在由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的 一部分表面由如下材料形成保護層，所述材 料對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的第 一蝕刻劑具有抗蝕性；在所述保護層及所述 保護層周圍的所述半導(dǎo)體基板的表面之上，由對所述第一蝕刻劑具有抗蝕性 的材料形成元件薄膜保護膜；在所述保護層的上方形成由單晶硅、多晶硅或 非晶硅構(gòu)成的元件薄膜；在形成于所述半導(dǎo)體基板背面的背面保護膜開設(shè)背 面蝕刻窗，所述背面保護膜對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的蝕刻劑具有抗蝕性； 利用第 一蝕刻劑從所述背面蝕刻窗對所述半導(dǎo)體基板從背面?zhèn)冗M行晶體各 向異性蝕刻；在基于所述第一蝕刻劑進行的蝕刻到達所述半導(dǎo)體基板的表面 之后，利用第二蝕刻劑從所述半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)葘λ霰Ｗo層進行各向同 性蝕刻；在所述保護層凈皮蝕刻之后，通過在所述保護層被蝕刻除去后的印記 空間中從所述半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)乳_始再次使用所述第一蝕刻劑，對所述半 導(dǎo)體基板從表面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻，在所述半導(dǎo)體基板形成貫通孔； 將所述元件薄膜保護膜部分地除去而使其一部分殘留，通過殘留的所述元件 薄膜保護膜在所述半導(dǎo)體基板的上面設(shè)置用于支承所述元件薄膜的保持部。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的振動傳感器的制造方法，由于對半導(dǎo)體基板從表背兩面進行晶體各向異性蝕刻而形成有貫通孔，故而貫通孔的開口面積不會 比元件薄膜的面積大很多，能夠?qū)崿F(xiàn)振動傳感器的小型化。因此，由一張晶 片可制作的元件數(shù)量增加，并且能夠降低振動傳感器的成本。根據(jù)第二方面 的振動傳感器的制造方法，由于在貫通孔的晶體各向異性蝕刻的工序和蝕刻 保護層的工序中更換蝕刻劑，故而選擇第 一蝕刻劑和第二蝕刻劑時的制約減 少。另外，由于所述元件薄膜由單晶硅、多晶硅或非晶硅形成，故而能夠得 到生產(chǎn)性高且靈敏度高的振動傳感器。
本發(fā)明第一方面或第二方面的振動傳感器的制造方法的實施方式，其特 征在于，在所述保持部之間形成使所述元件薄膜的表面?zhèn)扰c背面?zhèn)冗B通的通 氣孔。根據(jù)該實施方式，由于能夠形成長度長的通氣孔，故而在用于麥克風(fēng) 等時，能夠增大其音響電阻，可得到良好的音響特性。另外，由于能夠由通 氣孔將元件薄膜的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)冗B通，故而能夠使元件薄膜表背的靜壓力 均衡。
本發(fā)明第一方面或第二方面的振動傳感器的制造方法的另一實施方式， 其特征在于，所述元件薄膜為矩形。根據(jù)該實施方式，能夠有效地利用對單 晶硅基板進行晶體各向異性蝕刻而形成的開口部。
本發(fā)明第一方面或第二方面的振動傳感器的制造方法的又一實施方式， 其特征在于，在所述元件薄膜的四角部設(shè)有所述保持部。根據(jù)該實施方式， 由于元件薄膜能夠柔軟地變形，故而振動傳感器的靈敏度提高。
本發(fā)明第一方面或第二方面的振動傳感器的制造方法的再一實施方式， 其特征在于，通過將所述保護層形成在所述元件薄膜的形成區(qū)域的一部分， 使所述元件薄膜彎曲。根據(jù)該實施方式，能夠增大元件薄膜的位移或減少由 應(yīng)力引起的撓曲。
本發(fā)明第一方面或第二方面的振動傳感器的制造方法的其它實施方式， 其特征在于，通過將所述保護層設(shè)置在所述元件薄膜的形成區(qū)域的一部分， 在所述元件薄膜的表面形成有突起。根據(jù)該實施方式，在元件薄膜的上方配 置有電極等的情況下，能夠防止變形了的元件薄膜與電極等面接觸而粘貼于 其上。
本發(fā)明第一方面或第二方面的振動傳感器的制造方法的其它實施方式， 其特征在于，所述貫通孔內(nèi)部的與所述開口平行的截面的面積比所述貫通孔 表面的開口面積大。根據(jù)該實施方式，由于能夠增大貫通孔的體積，故而在將振動傳感器用于音響傳感器時、能夠增大音響聲順。
本發(fā)明第一方面的振動傳感器的制造方法的其它實施方式，其特征在 于，所述保護層為多晶硅或非晶硅。根據(jù)該實施方式，能夠與蝕刻由單晶硅 構(gòu)成的半導(dǎo)體基板同時地蝕刻保護層，可簡化工序。另外，由于多晶硅或非 晶硅的溫度耐受性高，能夠在之后的工序中使用高溫工藝，并且與半導(dǎo)體集 成電^各制造工序的匹配性也良好。
本發(fā)明第三方面提供一種麥克風(fēng)的制造方法，包括如下工序在由單晶 硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的一部分表面由如下材料形成保護層，所述材料被用于
蝕刻所述半導(dǎo)體基板的蝕刻劑各向同性地蝕刻；在所述保護層及所述保護層
周圍的所述半導(dǎo)體基板的表面之上，由對所述蝕刻劑具有抗蝕性的材料形成
元件薄膜保護膜；在所述保護層的上方形成由單晶硅、多晶硅或非晶硅構(gòu)成 的元件薄膜；在所述元件薄膜的上方形成固定電極；在形成于所述半導(dǎo)體基 板背面的背面保護膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面保護膜對蝕刻所述半導(dǎo)體基 板用的蝕刻劑具有抗蝕性；通過利用蝕刻劑從所述背面蝕刻窗對所述半導(dǎo)體 基板從背面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻，在該蝕刻到達所述半導(dǎo)體基板的表面 后，利用所述蝕刻劑對所述保護層進行各向同性蝕刻，并且利用在所述保護 層被蝕刻除去后的印記空間中擴展的所述蝕刻劑，對所述半導(dǎo)體基板從表面 側(cè)進行晶體各向異性蝕刻，在所述半導(dǎo)體基板形成貫通孔；將所述元件薄膜 保護膜部分地除去而使其一部分殘留，利用殘留的所述元件薄膜保護膜在所 述半導(dǎo)體基板的上面設(shè)置用于支承所述元件薄膜的保持部。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的麥克風(fēng)，由于對半導(dǎo)體基板從表背兩面進行晶體 各向異性蝕刻而形成有貫通孔，故而貫通孔的開口面積不會比元件薄膜的面 積大很多，能夠?qū)崿F(xiàn)振動傳感器的小型化。由此，由一張晶片可制作的元件 數(shù)量增加，能夠降低振動傳感器的成本。另外，才艮據(jù)本發(fā)明第三方面的麥克 風(fēng)的制造方法，由于能夠從半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)乳_始晶體各向異性蝕刻而對 半導(dǎo)體基板從表背兩面進行晶體各向異性蝕刻，故而無需在元件薄膜上設(shè)置 蝕刻孔，不會降低元件薄膜的強度或使元件薄膜的特性變化。并且，根據(jù)該 制造方法，能夠通過一次蝕刻工序從兩面形成貫通孔，故而制造工序簡單化。
本發(fā)明第四方面提供一種麥克風(fēng)的制造方法，包括如下工序在由單晶 硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的一部分表面由如下材料形成保護層，所述材料對蝕刻 所述半導(dǎo)體基板用的第一蝕刻劑具有抗蝕性；在所述保護層及所述保護層周圍的所述半導(dǎo)體基板的表面之上，由對所述第一蝕刻劑具有抗蝕性的材料形 成元件薄膜保護膜；在所述保護層的上方形成由單晶硅、多晶硅或非晶硅構(gòu)
成的元件薄膜；在所述元件薄膜的上方形成固定電極；在形成于所述半導(dǎo)體 基板背面的背面保護膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面保護膜對蝕刻所述半導(dǎo)體 基板用的蝕刻劑具有抗蝕性；利用第一蝕刻劑從所述背面蝕刻窗對所述半導(dǎo) 體基板從背面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻；在基于所述第一蝕刻劑進行的蝕刻 到達所述半導(dǎo)體基板的表面之后，利用第二蝕刻劑從所述半導(dǎo)體基板的背面 側(cè)對所述保護層進行各向同性蝕刻；在所述保護層被蝕刻除去之后，在所述 保護層被蝕刻除去后的印記空間中從所述半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)乳_始再次使 用所述第一蝕刻劑，對所述半導(dǎo)體基板從表面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻，在 所述半導(dǎo)體基板形成貫通孔；將所述元件薄膜保護膜部分地除去而使其一部 分殘留，通過殘留的所述元件薄膜保護膜在所述半導(dǎo)體基板的上面設(shè)置用于 支承所述元件薄膜的保持部。
根據(jù)本發(fā)明四方面的麥克風(fēng)，由于對半導(dǎo)體基板從表背兩面進行晶體各 向異性蝕刻而形成有貫通孔，故而貫通孔的開口面積不會比元件薄膜的面積 大很多，能夠?qū)崿F(xiàn)振動傳感器的小型化。因此，由一張晶片可制作的元件數(shù) 量增加，并且能夠降低振動傳感器的成本。根據(jù)第四方面的制造方法，由于 能夠從半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)乳_始晶體各向異性蝕刻而對半導(dǎo)體基板從表背 兩面進行晶體各向異性蝕刻，故而無需在元件薄膜設(shè)置蝕刻孔，不會降低元 件薄膜的強度或使元件薄膜的特性變化。并且，根據(jù)該制造方法，由于在貫 通孔的晶體各向異性蝕刻的工序和蝕刻保護層的工序更換蝕刻劑，故而選擇 第 一蝕刻劑和第二蝕刻劑時的制約減少。
本發(fā)明提供一種振動傳感器，其特征在于，包括半導(dǎo)體基板，其由單 晶硅構(gòu)成，形成有貫通表面背面的貫通孔；保持部，其配置在所述半導(dǎo)體基 板的表面上，通過對蝕刻所述半導(dǎo)體基板而形成貫通孔的蝕刻劑具有抗蝕性 的材料而構(gòu)成；元件薄膜，其覆蓋所述貫通孔的基板表面?zhèn)鹊拈_口，角部被 所述保持部支承，所述貫通孔的與基板表面平行的截面的面積隨著從所述半 導(dǎo)體基板的表面朝向背面而逐漸減少或增加，并且在所述半導(dǎo)體基板的表面 與背面的中間，從減少轉(zhuǎn)為增加或從增加轉(zhuǎn)為減少。
根據(jù)本發(fā)明的振動傳感器，由于所述貫通孔的與基板表面平行的截面的 面積隨著從所述半導(dǎo)體基板的表面朝向背面而逐漸減少或增加，并且在所述
ii半導(dǎo)體基板的表面與背面的中間，從減少轉(zhuǎn)為增加或從增加轉(zhuǎn)為減少，故而 能夠使半導(dǎo)體基板表面的貫通孔的開口面積與背面的貫通孔的開口面積的 比率接近l，可實現(xiàn)振動傳感器的小型化。另外，由于可增大貫通孔的體積， 故可在將振動傳感器用于音響傳感器時增大音響聲順。
另外，本發(fā)明以上說明的構(gòu)成要素可在適當(dāng)范圍內(nèi)任意地組合。


圖1 (a)是表示本發(fā)明第一實施方式的振動傳感器的構(gòu)造的平面圖， 圖1 (b)是其剖面圖2(a) ~ (d)是說明第一實施方式的振動傳感器的制造工序的剖面
圖3 (a) ~ (d)是接著圖2 (d)來說明第一實施方式的振動傳感器 的制造工序的剖面圖4 (a) ~ (c)是接著圖3 (d)來說明第一實施方式的振動傳感器的 制造工序的剖面圖5 U)是表示本發(fā)明第二實施方式的振動傳感器的平面圖，圖5 (b) 是其剖面圖6 (a) ~ (d)是說明第二實施方式的振動傳感器的制造工序的剖面
圖7 U) ~ (d)是接著圖6 (d)來說明第二實施方式的振動傳感器 的制造工序的剖面圖8 U)是表示本發(fā)明第三實施方式的振動傳感器的構(gòu)造的平面圖， 圖8 (b)是其X-X線剖面圖9 (a)、 (b)是說明第三實施方式的振動傳感器的制造工序的平面圖 及剖面圖10 (a) ~ (d)是接著圖9來說明第三實施方式的振動傳感器的制 造工序的剖面圖11 U)、 (b)是接著圖10 (d)來說明第三實施方式的振動傳感器的 制造工序的平面圖及剖面圖12 (a)、 (b)是接著圖11來說明第三實施方式的振動傳感器的制造 工序的平面圖及剖面13 (a)、 (b)是接著圖12來說明第三實施方式的振動傳感器的制造 工序的平面圖及剖面圖14 (a)是表示本發(fā)明第四實施方式的振動傳感器的構(gòu)造的平面圖， 圖14 (b)是其剖面圖15 (a)是表示本發(fā)明第四實施方式的其它振動傳感器的構(gòu)造的平面 圖，圖15 (b)是其剖面圖16是說明通氣孔的作用的的剖面圖18 (a)是本發(fā)明的麥克風(fēng)的平面圖，圖18 (b)是去掉背板72后的 狀態(tài)的麥克風(fēng)的平面圖19是上述麥克風(fēng)的剖面圖20 (a) ~ (d)是表示本發(fā)明的麥克風(fēng)的制造工序的剖面圖； 圖21 (a) ~ (d)是接著圖20 (d)來表示本發(fā)明的麥克風(fēng)的制造工序 的剖面圖。
附圖標(biāo)記說明11:振動傳感器
12:硅基板
3:元件薄膜
14:貫通孔
18:保持部
20、 21:保護膜22蝕刻窗
23保護層
24、 25:保護膜26背面蝕刻窗
31振動傳感器
32保護層
33保護膜
41振動傳感器
42彎曲部43:擋塊 44a 44e:保護層
45、 46:保護膜49保護膜
50背面蝕刻窗
71麥克風(fēng)
72背板
73金屬電極
74聲孔
75聲孔
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。但本發(fā)明不限于以下的實
施方式。
(第一實施方式)
圖1 (a)是表示本發(fā)明第一實施方式的振動傳感器的構(gòu)造的平面圖， 圖1 (b)是其剖面圖。該振動傳感器11例如用于半導(dǎo)體麥克風(fēng)、超聲波傳 感器等音響傳感器、薄膜濾波器等。振動傳感器11具有硅基板12和元件薄 膜13 (膜片)。該硅基板12是(100)面基板。硅基板12通過從背面?zhèn)任g刻 而設(shè)有貫通表背且縱橫各向的邊沿著(110)方向的矩形貫通孔l4。貫通孔 14在表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)刃纬捎?111)面構(gòu)成的、或者由與(111)面等效的晶 體面構(gòu)成的傾斜面15、 17，在兩傾斜面15、 17之間形成有垂直面16。在此， 垂直面16實際上由(110)面、(311 )面、(411 )面等多個晶體面構(gòu)成，但 簡單地由垂直面表示。因此，貫通孔14邊緣的基板截面形成在表面背面帶 錐形的形狀。
元件薄膜13覆蓋上述貫通孔14的表面?zhèn)乳_口而配置在硅基板12的上 面，下面的整周通過保護部18被固定在硅基板12上面。通過保護膜18在 貫通孔14的表面?zhèn)乳_口 (或者為硅基板12的表面的面)與元件薄膜13的 背面之間形成有狹窄的間隙19。
若為這種構(gòu)造的振動傳感器11,則盡管從背面?zhèn)任g刻硅基板12而形成 有貫通孔14,與貫通孔14的表面?zhèn)乳_口相比，背面?zhèn)乳_口的面積并未變大。因此，不會像最初的現(xiàn)有例那樣為了形成貫通孔14而增大硅基板12的面積。
硅基板12只要是能夠安裝元件薄膜13以及根據(jù)需要還安裝電路零件的大小 即可，能夠?qū)⒄駝觽鞲衅?1小型化。
接著，根據(jù)圖2 (a) ~ (d)、圖3 (a) ~ (d)以及圖4 (a) ~ (c) 說明上述振動傳感器11的制造工序。振動傳感器11雖然在晶片上一次制造 多個，但在以下的說明中，僅圖示一個振動傳感器11進行說明。
首先，如圖2 (a)所示，通過熱氧化法等在(100)面硅基板12的表 面及背面形成由Si02構(gòu)成的保護膜20、 21。然后，在硅基板12的表面使用 光刻技術(shù)部分地除去欲形成上述間隙19的區(qū)域的保護膜20，開設(shè)矩形的蝕 刻窗22。
從保護膜20之上開始在硅基板12的表面形成多晶硅薄膜，使用光刻技 術(shù)除去蓋在保護膜20之上的多晶硅薄膜。由此，在蝕刻窗22內(nèi)，在硅基板 12的表面形成由多晶硅薄膜構(gòu)成的矩形保護層23。此時的狀態(tài)表示在圖2 (b)中。
接著，從保護層23之上開始在硅基板12的表面形成由Si02構(gòu)成的保 護膜24,如圖2(c)所示，由保護膜24覆蓋并遮住保護層23。
然后，在保護膜24之上形成多晶硅薄膜，使用光刻技術(shù)將多晶硅薄膜 的不需要部分除去，如圖2 (d)所示，在保護膜24之上形成由多晶硅薄膜 構(gòu)成的元件薄膜13。另外，如圖3U)所示，在元件薄膜13之上形成由Si02 構(gòu)成的矩形保護膜25,由保護膜25覆蓋并遮住元件薄膜13。
之后，如圖3 (b)所示，在硅基板12的背面使用光刻技術(shù)將保護膜21 的一部分部分地去除，在保護膜21矩形地開設(shè)背面蝕刻窗26。背面蝕刻窗 26只要為使從背面蝕刻窗26開始的晶體各向異性蝕刻到達硅基板12表面的 大小即可，例如若為厚400pm的硅基板12,則背面蝕刻窗26為一邊長570pm 左右的較小的背面蝕刻窗便足夠。另外，保護層23的縱橫尺寸的大小由必 須的元件薄膜13的縱橫尺寸的大小決定，例如其一邊為650lam左右。
開設(shè)背面蝕刻窗26之后，浸漬TMAH、 KOH、 EDP等蝕刻劑(以下稱 為TMAH等蝕刻劑)而從背面蝕刻窗26進行蝕刻。TMAH等蝕刻劑對硅進 行晶體各向異性蝕刻，故而在硅基板12的背面沿著(111)面及與其等效的 晶體面(傾斜面17)進行蝕刻，在硅基板12的背面形成截棱錐形的貫通孔 14。
15這樣，貫通孔14若到達硅基板12的表面，則如圖3(c)所示，保護 層23從貫通孔14露出。由Si02構(gòu)成的保護膜20、 21、 24、 25不被TMAH 等蝕刻劑蝕刻，但由多晶硅構(gòu)成的保護層23被TMAH等蝕刻劑各向同性蝕 刻。由此，若保護層23在貫通孔14內(nèi)露出，則如圖3(d)所示，從在貫通 孔14內(nèi)露出的部分向周圍蝕刻保護層23，在保護膜24與硅基板12的表面 之間形成間隙19。
在該狀態(tài)下，元件薄膜13以及保護膜24、 25通過間隙19而自硅基板 12的表面浮起，故而能夠作為薄膜起作用。但由于該間隙19為厚度薄的空 間，故而若元件薄膜13以及保護膜24、 25振動，則引起衰減效果，使頻率 高的頻帶的振動特性變差、或成為機械噪音的原因，元件薄膜13及保護膜 24、 25容易向硅基板12粘附。為了防止上述狀況，在元件薄膜13的下方進 一步繼續(xù)進行硅基板12的蝕刻。
另外，考慮如下的因素將間隙19 (保護層23)的厚度例如設(shè)計成l(im 左右，即，厚度較厚、其蝕刻速度加快，但厚度過厚則保護層23的成膜時 間增加，或保護膜24的覆膜性變差。另一方面，考慮振動傳感器ll的靈敏 度和強度的綜合調(diào)整而將元件薄膜13的厚度設(shè)計成例如l)im左右。
若在保護膜24與硅基板12的表面之間產(chǎn)生間隙19,則蝕刻劑侵入間 隙19中并從表面?zhèn)葘杌?2進行晶體各向異性蝕刻。該各向異性蝕刻中， 在圖4 (a)中沿箭頭標(biāo)記所示的方向進行蝕刻，在貫通孔14內(nèi)形成傾斜面 15。另外，在貫通孔14的邊緣的尖端部分蝕刻速度快，故而貫通孔14的內(nèi) 周面被倒角后形成垂直面16，貫通孔14被蝕刻成環(huán)形孔這樣的形狀。這樣， 如圖4 (b)這樣將保護層23完全蝕刻除去的時刻，從蝕刻劑中取出硅基板 12。
在將硅基板12洗凈之后，由HF水溶液等蝕刻由Si02構(gòu)成的保護膜20、 21、 24、 25，并且在如圖4 (c)所示在僅將保護膜24、 24的一部分構(gòu)成的 保持部18殘留時，蝕刻結(jié)束，進行洗凈及干燥而制成振動傳感器11。
這樣若制作振動傳感器11,則僅自硅基板12的背面?zhèn)冗M行蝕刻，能夠 開設(shè)背面?zhèn)鹊拿娣e小的貫通孔14,可將振動傳感器11小型化。另外，通過 僅從背面?zhèn)任g刻能夠開設(shè)貫通孔14,故而無需在元件薄膜13開設(shè)蝕刻孔， 減小了使振動傳感器11的元件薄膜13的物理特性變化或使元件表面13的 強度降低的可能性。另外，貫通孔14背面?zhèn)鹊拈_口面積由在保護膜21開設(shè)的背面蝕刻窗
26的大小決定，貫通孔14表面?zhèn)鹊拈_口面積由保護層23的大小決定，故而 根據(jù)上述制作方法，能夠精度良好地控制貫通孔14的開口面積。
另外，在上述實施方式中，通過多晶硅形成保護層23,但也可以使用 非晶硅。
(第二實施方式)
圖5 (a)是表示本發(fā)明第二實施方式的振動傳感器31的平面圖，圖5
(b) 是其剖面圖。在該振動傳感器31中，覆蓋貫通孔14的上面而在硅基 板12之上形成由多晶硅構(gòu)成的元件薄膜13。元件薄膜13在硅基板12的上 面通過保持部18支承外周部下面而從硅基板12的上面浮起，被保持部18 包圍的區(qū)域可變形。
圖6(a) ~ (d)及圖7(a) ~ (d)是說明該振動傳感器31的制造工 序的剖面圖。以下，基于圖6 (a) ~ (d)及圖7 (a) ~ (d)說明振動傳 感器31的制造工序。
首先，在硅基板12的上面形成Si02薄膜之后，使用光刻技術(shù)除去Si02 薄膜的不需要部分，如圖6(a)所示，僅在欲使元件薄膜13從硅基板12 的上面浮起的區(qū)域形成由Si02薄膜構(gòu)成的保護層32。
然后，從保護層32之上開始在硅基板12的表面形成由SiN構(gòu)成的保護 膜34，如圖6(b)所示，由保護膜34覆蓋并遮住保護層32。接著，如圖6
(c) 所示，在保護膜34的表面形成由多晶硅構(gòu)成的元件薄膜13。
如圖6 (d)所示，從元件薄膜13之上開始在保護膜34的表面形成由 SiN構(gòu)成的保護膜35，由保護膜35覆蓋并遮住元件薄膜13。另外，在硅基 板12的背面形成由Si02之外的材料構(gòu)成的保護膜33。此時，若通過SiN薄 膜形成保護膜33，則能夠利用同一工序一次形成保護膜34或保護膜35和保 護膜33。在硅基板12的背面形成保護膜33之后，如圖6 (d)所示，使用 光刻技術(shù)將保護膜33的一部分矩形地開口，形成背面蝕刻窗26。背面蝕刻 窗26只要為使自背面蝕刻窗26的晶體各向異性蝕刻到達硅基板12表面的 大小即可。
開設(shè)有背面蝕刻窗26之后，將硅基板12浸漬在TMAH等蝕刻劑中而 從背面蝕刻窗26蝕刻硅基板12,并且在硅基板12上設(shè)置貫通孔14。 TMAH 等蝕刻劑是對硅進行晶體各向異性蝕刻，故而在硅基板12的背面沿著(111 )
17面及與其等效的晶體面進行蝕刻，然后如圖7(a)所示，貫通孔14到達硅 基板12的表面而使保護層32在貫通孔14內(nèi)露出。
由Si02構(gòu)成的保護層32不被TMAH等蝕刻劑被蝕刻，故而保護層32 露出后結(jié)束該蝕刻處理，洗凈硅基板12。
然后，將硅基板12浸漬在HF水溶液中。FH水溶液不侵入硅基板12， 但將Si02各向同性地蝕刻，故而通過從硅基板12的背面?zhèn)冗M入貫通孔14 中的HF水溶液，從露出部分向周圍蝕刻保護層32,如圖7(b)所示，在元 件薄膜13與硅基板12的表面之間產(chǎn)生間隙19。
通過蝕刻將保護層32完全除去之后，將硅基板12洗凈，然后再次浸漬 在TMAH等蝕刻劑中。該蝕刻劑浸入間隙19中而從表面?zhèn)葘杌?2進 行晶體各向異性蝕刻。其結(jié)果，與實施方式l同樣地，在貫通孔14的內(nèi)周 面對硅基板12的角進行倒角而形成傾斜面15和垂直面16，貫通孔14被蝕 刻成環(huán)形孔這樣的形狀。這樣，如圖7 (c)所示形成有希望的貫通孔14之 后，從蝕刻劑中取出硅基板12,進行洗凈以及千燥。最后，如圖7 (d)所 示，通過加熱的磷酸水溶液等將由SiN構(gòu)成的保護膜33、 34、 35除去，并 且完成振動傳感器31。
若這樣制作振動傳感器31,則僅通過自硅基板12背面?zhèn)鹊奈g刻就能夠 開設(shè)背面?zhèn)鹊拿娣e小的貫通孔14,能夠?qū)⒄駝觽鞲衅?1小型化。另外，能 夠通過僅自背面?zhèn)鹊奈g刻開設(shè)貫通孔14，故而無需在元件薄膜13上開設(shè)蝕 刻孔，減小了使振動傳感器13的元件薄膜13的物理特性變化或使元件薄膜 13的強度降低的可能性。
另外，貫通孔14背面?zhèn)鹊拈_口面積由在保護膜33開設(shè)的背面蝕刻窗 26的大小決定，并且貫通孔14表面?zhèn)鹊拈_口面積由保護層32的大小決定， 故而根據(jù)上述制造方法，能夠精度良好地控制貫通孔14的開口面積。
另外，由于在貫通孔的晶體各向異性蝕刻的工序和蝕刻保護層的工序中 更換蝕刻劑，故而減少在不同的工序選擇蝕刻劑時的制約。另外，由于不從 晶體各向異性蝕刻向各向同性蝕刻連續(xù)進行，故而也具有能夠在各蝕刻工序 進行成品率檢查等工序管理。
另外，第一實施方式的情況下，由于通過同一蝕刻劑進行晶體各向異性 蝕刻和各向同性蝕刻，故而在同 一裝置內(nèi)連續(xù)進行晶體各向異性蝕刻和各向 同性蝕刻，操作效率提高。對此，在第二實施方式的情況下，晶體各向異性蝕刻和各向同性蝕刻為不同的工序，故而晶體各向異性蝕刻的方法和各向同 性蝕刻的方法的制約減少，例如各向同性蝕刻也可以為使用除了水溶液之外 的腐蝕性氣體等的化學(xué)蝕刻。 (第三實施方式)
圖8(a)是表示本發(fā)明第三實施方式的振動傳感器41的構(gòu)造的平面圖， 圖8 (b)是圖8 (a)的X-X線剖面圖。該振動傳感器41在元件薄膜13 上設(shè)有褶皺(皺)構(gòu)造和擋塊43等功能部分。
元件薄膜13的褶皺構(gòu)造通過形成四邊環(huán)狀的兩個彎曲部42而構(gòu)成。各 彎曲部42使其截面向元件薄膜13的上面?zhèn)韧怀龆鴱澢?。若這樣在元件薄膜 13上形成褶皺構(gòu)造，則使元件薄膜13的位移變大、或由應(yīng)力引起的撓曲減 少的4支術(shù)內(nèi)容i己載在"The fabrication and use of micromachined corrugated silicon diaphragms" ( J. H. Jerman, Sensors and Actuators A21-A23 pp.998-992， 1992)。
擋塊43為使元件薄膜13的表面突出成圓形突起狀的結(jié)構(gòu)。在電容式振 動傳感器(例如后述的麥克風(fēng)等)的情況下，元件薄膜13為可動電極，在 元件薄膜13的上面配置對置電極(固定電極)。在電容式振動傳感器的情況 下，若在元件薄膜13的上面設(shè)置有擋塊43，則在元件薄膜13較大變形的情 況下，通過使擋塊43與固定電極抵接，能夠防止由振動傳感器4的帶電而 引起的靜電力、由附著水分而引起的毛細管力等使得元件薄膜13被吸附在 對置電極上的狀況。
圖9 (a)、 (b)、圖10 (a) ~ (d)、圖11 (a)、 (b)、圖12 (a)、 ( b )、 圖13 (a)、 (b)是說明上述振動傳感器41的制造工序的圖。以下，基于附 圖9~圖13說明振動傳感器41的制造工序。首先，如圖9 (a)、 (b)所示， 在硅基板12的表面將由多晶硅薄膜構(gòu)成的保護層形成為規(guī)定圖案。該保護 層由位于中央部的四邊形保護層44a、形成在彎曲部42的形成區(qū)域的四邊環(huán) 狀保護層44b、 44c、將保護層44a 44c連接的線狀的保護層44d、形成在 擋塊43的形成區(qū)域的保護層44e構(gòu)成。
接著，如圖10 (a)所示，利用Si02構(gòu)成的保護膜45從保護層44a~ 44e之上覆蓋硅基板12的表面，在硅基板12的背面也形成由SiCb構(gòu)成的保 護膜46。此時，保護膜45形成在各保護層44a 44e之上，故而在各保護層 44a 44e的部分，保護膜45向上方突出。
19如圖10 (b)所示，在保護膜45之上形成由多晶硅薄膜構(gòu)成的元件薄 膜13。元件薄膜13在各保護層44a ~ 44e的區(qū)域隔著保護膜45而被各保護 層44a-44e抬起，故而在保護層44b、 44c之上形成彎曲部42，在保護層 44e之上形成擋塊43。另外，在保護層44a及44d之上也使元件薄膜13向 上鼓起而形成突部47、 48。
另外，如圖10 (c)所示，從元件薄膜13之上開始在保護膜45的表面 形成由SK)2構(gòu)成的保護膜49，由保護膜49覆蓋并遮住元件薄膜13,并且在 硅基板12背面的保護膜46開設(shè)背面蝕刻窗50。
之后，將硅基板12浸漬在TMAH等蝕刻劑中而從背面蝕刻窗50進行 晶體各向異性蝕刻，在硅基板12的背面形成截棱錐形的貫通孔4。貫通孔 14在硅基板12下面的蝕刻到達背面蝕刻窗50的邊緣時停止。
若貫通孔14到達硅基板12的表面，則如圖10 (d)所示，保護層44a 在貫通孔14露出。若保護層44a露出，則保護層44a被TMAH等蝕刻劑各 向同性蝕刻。這樣，從保護層44a開始的各向同性的蝕刻，如圖11 (a)中 細線箭頭標(biāo)記所示，以保護層44a—保護層44d—保護層44b—保護層44c這 樣的順序進行。若蝕刻劑侵入將保護層44a 44d蝕刻后的間隙中，則如圖 11 (a)、 (b)及圖12 (a)(圖12 (a)表示硅基板12的表面)中粗線箭頭標(biāo) 記所示，從保護層44a 44d的被除去的痕跡的間隙51a ~ 51d的邊緣部進行 硅基板12的晶體各向異性蝕刻，從硅基板12的表面?zhèn)纫策M行貫通孔14的 蝕刻。
結(jié)果，在保護層44c外周的內(nèi)側(cè)區(qū)域，硅基板12的上面被蝕刻，在硅 基板12形成被從表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)任g刻的貫通孔14。另外，此時，通過蝕刻 將保護層44e除去。這樣，在貫通孔14完全形成的時刻，從蝕刻劑中取出 硅基板12。
在洗凈硅基板12之后，利用HF水溶液等蝕刻除去由Si02構(gòu)成的保護 膜45、 49，如圖13 (a)、 (b)所示，在元件薄膜13的四角部僅殘留由保護 膜45構(gòu)成的保持部18時結(jié)束蝕刻，進行洗凈及干燥而完成振動傳感器41。
在該實施方式中，也能夠僅利用自硅基板12背面?zhèn)鹊奈g刻開設(shè)背面?zhèn)?的面積小的貫通孔14,能夠?qū)⒄駝觽鞲衅?1小型化。另外，由于能夠利用 僅自背面?zhèn)鹊奈g刻開設(shè)貫通孔14，故而無需在元件薄膜13開設(shè)蝕刻孔，能 夠降低使振動傳感器41的元件薄膜13的物理特性變化、或使元件薄膜13
20的強度降低的可能性。另外，能夠利用相同的工序容易地在元件薄膜13上 形成褶皺構(gòu)造及擋塊等。 (第四實施方式)
圖14 (a)是表示本發(fā)明第四實施方式的振動傳感器61的構(gòu)造的平面 圖，圖14(b)是其剖面圖。在第一實施方式的振動傳感器11中，在元件薄 膜13的下面整周形成有保持部18，但在第四實施方式的振動傳感器61中僅 在元件薄膜13的角部(四角部)形成有保持部18。在第四實施方式的振動 傳感器61中，由于僅在元件薄膜13的角部設(shè)有保持部18，故而在四邊，通 過元件薄膜13的保持部18間的通氣孔63而將元件薄膜13的上面?zhèn)群拖旅?側(cè)連通。
圖15 (a)是表示本發(fā)明第四實施方式的其他振動傳感器62的構(gòu)造的 平面圖，圖15 (b)是其剖面圖。在該振動傳感器62中，僅在元件薄膜13 的一邊形成有保持部18。在該振動傳感器62中，通過保持部18單臂狀地支 承元件薄膜13,故而元件薄膜13的上面?zhèn)群拖旅鎮(zhèn)韧ㄟ^三邊的通氣孔63 而連通。
如振動傳感器61、 62這樣部分地形成保持部18時，在要形成保持部 18的部分增大保護膜的寬度，或增大距離蝕刻劑投入位置的距離(從蝕刻開 始位置到終止位置的距離)，若通過管理蝕刻時間而將一部分保護膜除去、 將一部分保護膜殘留，則可由殘留的保護膜形成保持部18。例如，在振動傳 感器61中，在遠離中心的位置形成有保持部18。另外，在振動傳感器62 中，使一邊的保護膜的寬度比其他三邊的保護膜的寬度大而在蝕刻后使其殘 留。
振動傳感器61、 62這樣的構(gòu)造在作為麥克風(fēng)(音響傳感器)的用途中 是理想的。即，在振動傳感器61、 62中，元件薄膜13僅將一部分固定，故 而元件薄膜13變得柔軟而容易彈性變形。因此，適于作為檢測動壓力差的 麥克風(fēng)等而使用。
特別是在元件薄膜13為矩形的情況下，如振動傳感器61這樣僅將元件 薄膜13的四個角部固定，則元件薄膜13成為柔軟的彈簧。另外，若基于僅 將該四角部固定的固定方法，則元件薄膜13的大部分像平行平板那樣地變 形，故而電容式麥克風(fēng)的靈敏度顯著提高。
另外，元件薄膜13的四角部的固定部分形成向?qū)蔷€方向延伸的形狀以不使由變形引起的來自外部的應(yīng)力集中為好。另外，若在該延伸的部位連
接電極焊盤73，則能夠不阻礙元件薄膜13的振動而從元件薄膜13取出電極。
另外，由于保持部18的內(nèi)部應(yīng)力對元件薄膜13的振動特性產(chǎn)生影響， 故而通過控制保持部18的內(nèi)部應(yīng)力而使元件薄膜13的振動特性變化。例如， 在元件薄膜13的拉伸應(yīng)力強的情況下，通過將保持部18形成具有壓縮應(yīng)力 的氧化膜來減弱元件薄膜13的拉伸應(yīng)力，能夠提高靈敏度。
另外，根據(jù)振動傳感器61、 62這樣的構(gòu)造，由于在硅基板12的表面與 元件薄膜13之間具有通氣性，故而能夠在元件薄膜13的兩面消除靜壓力差， 能夠起到通氣孔的功能。
在美國專利第5452268號等中，為了提高音響電阻而縮窄平面方向的通 氣孔的寬度。但是，在縮窄通氣孔寬度時具有工藝規(guī)則上的限度，并不能夠 起到多少效果。
通氣孔的電阻成分Rv由下式表示
i v = (8，ra2)/0Sv2) ......(式1 )
其中，p為通氣孔的摩擦損失系數(shù)、t為通氣孔的通氣方向長度、a為膜 片的面積、Sv為通氣孔的截面面積。另外，麥克風(fēng)的衰減頻率fL (靈敏度 降低的界限頻率)由下式表示
l//L = 27r./ v(0)c + C^7) ……(式2)
其中，Rv為式(1)的電阻成分，Cbc為貫通孔14的音響聲順，Csp 為元件薄膜13的剛性常數(shù)。
在振動傳感器61、 62中，如圖16所示，能夠增長硅基板l2的上面與 元件薄膜13之間的通氣孔63的長度t。由此，在振動傳感器61、 62中，由 上述(式l)可知，能夠通過增長通氣孔63的長度t來顯著提高音響電阻。 另外如上述(式2)可知，由于能夠改善振動傳感器61、 62的低頻特性，故 而作為麥克風(fēng)可得到理想的特性。
另外，貫通孔14的音響聲順(背腔的音響聲順)的Ccav由下式表示
a'av = F&c/(/r2'幼c)……(式3 )
其中，Vbc為貫通孔14的體積(背腔體積)、p^為空氣的體積彈性率、 Sbc為貫通孔14的開口部的面積。
在振動傳感器61、 62中，通過從硅基板12的表背兩面進行蝕刻，能夠 形成開口面積比體積小的貫通孔14,故而由上述(式3)可知，能夠4是高貫通孔14的音響聲順，即使開設(shè)通氣孔63也不易降低靈敏度。
另外，如圖17 (a)所示，在使貫通孔14的中央部向內(nèi)側(cè)突出而對貫 通孔14進行晶體各向異性蝕刻之后，繼續(xù)進行蝕刻，直至經(jīng)由圖17(b)的 狀態(tài)最終成為圖17 (c)的狀態(tài)，在(111 )面或與其等效的晶體面顯現(xiàn)時停 止貫通孔14的蝕刻。因此，若進行蝕刻直至形成圖17(c)的狀態(tài)，則能夠 進一步增大貫通孔14的體積，可進一步提高音響聲順Ccav?；蛘?，在從圖 17 (a)的狀態(tài)向圖17 (c)的狀態(tài)蝕刻時，可通過控制蝕刻時間而得到適當(dāng) 的貫通孔14的體積和振動傳感器的尺寸。
另外，圖17 (c)的狀態(tài)為晶體各向異性蝕刻的最終狀態(tài)，由表面和背 面的開口部大小和相對位置而決定背腔的形狀。在成為最終狀態(tài)時，即使增
長蝕刻時間，也能夠?qū)⒈城?貫通孔14)的形狀保持為大致一定，故而工藝 穩(wěn)定性良好，成品率提高。
接著，對利用上述構(gòu)造的振動傳感器61構(gòu)成的電容式麥克風(fēng)71的構(gòu)造 及其制造方法進行說明。圖18 (a)是麥克風(fēng)71的平面圖，圖18 (b)是去 掉背板72后的狀態(tài)下的麥克風(fēng)71 (即振動傳感器61)的平面圖，圖19是 麥克風(fēng)71的剖面圖。該麥克風(fēng)71覆蓋元件薄膜13而在振動傳感器61之上 固定有背板72。背板72形成下面具有凹部的罩形狀，在凹部內(nèi)收納元件薄 膜13而固定在硅基板12的表面。另外，在背板72的下面與元件薄膜13之 間形成有不妨礙元件薄膜13的振動程度的間隙。
在背板72的上面設(shè)有金屬電極73。金屬電極73不如圖18所示地設(shè)置 在背板的整個面上，而是設(shè)置在背板72的一部分、特別是與元件薄膜13的 振幅較大的部分相對的部位。這是為了減少寄生電容，提高靜電式麥克風(fēng)71 的特性。如本實施方式這樣地在四角部固定元件薄膜13的情況下，若將金 屬電極73的形狀形成為圖18 (a)所示地大致八邊形，則能夠減少寄生電容 并有效地活用有限的區(qū)域。在金屬電極73及背板72上開設(shè)有多個聲孔74、 75。由此，自上方的音響振動通過金屬電極73及背板72的聲孔74、 75而 到達元件薄膜13,使元件薄膜13振動。由多晶硅構(gòu)成的元件薄膜13 (可動 電極)具有導(dǎo)電性，元件薄膜13振動，則元件薄膜13與金屬電極73 (固定 電極)之間的電容變化，故而將其作為電信號通過元件薄膜13側(cè)的電極焊 盤76、背板72側(cè)的電極焊盤77而在外部取出，通過檢測該電容的變化而可 4企測音響振動。接著，通過圖20(a) ~ (d)及圖21(a) ~ (d)說明麥克風(fēng)71的制 造工序。首先，如圖20(a)所示，在硅基板12的表面依次層積保護膜20、 保護層23、保護膜24、元件薄膜13、保護膜25,在硅基板12的背面形成 保護膜21。其與第一實施方式的圖3 (a)的結(jié)構(gòu)相同，經(jīng)由與第一實施方 式的圖2(a) ~圖2 (d)相同的工序制作。
接著，如圖20 ( b )所示，從保護膜25的表面開始遍及保護膜24及25 的外周面而形成SiN膜，由SiN膜形成背板72。之后，如圖20(c)所示， 通過蝕刻在背板72上開設(shè)聲孔75。此時，雖然在圖20中未作記載，對電極 取出部分的SiN膜也進行蝕刻。然后，如圖20 (d)所示，在背板72的表 面形成Cr膜，在其之上形成Au膜而得到Au/Cr膜，之后將Au/Cr膜蝕刻成 規(guī)定形狀而制作金屬電極73及電極焊盤76、 77。
接著，使用光刻技術(shù)在背面的保護膜21上開設(shè)背面蝕刻窗26。若為厚 400pm的(100 )面硅基板12的話，則背面蝕刻窗26的大小為一邊長570pm 左右就足夠了。開設(shè)有背面蝕刻窗26之后，將硅基板12浸漬在TMAH等 蝕刻劑中而從背面?zhèn)葘杌?2進行晶體各向異性蝕刻，在硅基板12上開 設(shè)貫通孔14。該狀態(tài)表示在圖21 (a)中。
如圖21(a)所示，若保護層23在貫通孔14內(nèi)露出，則多晶硅的保護 層23通過TMAH等蝕刻劑而被各向同性蝕刻，如圖21 (b)所示，在硅基 板12的表面形成間隙19。若形成間隙19,則在該間隙19中侵入TMAH等 蝕刻劑，從表面?zhèn)纫参g刻硅基板12,進而在水平方向上也進行蝕刻，故而貫 通孔14的邊緣如圖21 (c)所示地形成在表背帶錐形的截面形狀。
從蝕刻劑中取出形成希望的貫通孔14形狀的硅基板12。然后，由HF 水溶液等蝕刻保護元件薄膜13的保護膜21、 24、 25，將背板72下面的保護 膜20和保持部18殘留而進行除去。此時，保護膜25主要利用從聲孔74、 75進入的HF水溶液進行蝕刻。由此，聲孔74、 75的配置間隔如圖18(a) 所示地成為使蝕刻均勻地進行的大致等間隔為好。在此，若減小配置間隔， 則能夠縮短蝕刻時間，但相應(yīng)地，聲孔74、 75的數(shù)量增加，減小電極面積 而使得靈敏度降低。另外，聲孔的配置間隔也關(guān)系到保持部18的大小。即， 配置間隔過大，則蝕刻時間增長，保持部18全部被蝕刻?？紤]這些因素， 將聲孔74、 75的間隔設(shè)為50)am。保持部18僅形成在元件薄膜13的角部， 在保持部18之間開設(shè)通氣孔63。這樣，完成圖20 (d)的構(gòu)造的麥克風(fēng)71。這樣，通過制作麥克風(fēng)71，能夠從硅基板12的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)任g刻貫
通孔14，能夠減小貫通孔14的傾斜面引起的面積損失，可實現(xiàn)麥克風(fēng)71
的小型化。并且，通過將晶體各向異性蝕刻和各向同性蝕刻組合，能夠從背
面?zhèn)乳_始蝕刻而從背面?zhèn)群捅砻鎮(zhèn)乳_始對硅基板12進行晶體各向異性蝕刻 而開設(shè)貫通孔14。由此，能夠通過簡單的工序開設(shè)貫通孔14，可實現(xiàn)低成 本化和高量產(chǎn)性。另外，由于無需在元件薄膜13上開設(shè)蝕刻孔，故而降低 了使元件薄膜13的強度降低或使振動特性變差的可能性。
另外，由于由保持部18部分地支承元件薄膜13，故而元件薄膜13容 易振動，麥克風(fēng)71的靈敏度提高，在保持部18之間，在元件薄膜13與硅 基板12的間隙可形成長的通氣孔63，故而能夠提高麥克風(fēng)71的音響電阻來 改善低頻特性。另外，由于能夠增大貫通孔14的體積，故而可增大音響聲 順而改善麥克風(fēng)71的特性。 '
另外，在上述各實施方式中，對于使用(100)面硅基板作為基板的情 況進行了說明，但也可以使用(110)面硅基板等。
2權(quán)利要求
1. 一種振動傳感器的制造方法，其特征在于，包括如下工序在由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的一部分表面由如下材料形成保護層，所述材料被用于蝕刻所述半導(dǎo)體基板的蝕刻劑各向同性地蝕刻；在所述保護層及所述保護層周圍的所述半導(dǎo)體基板的表面之上，由對所述蝕刻劑具有抗蝕性的材料形成元件薄膜保護膜；在所述保護層的上方形成由單晶硅、多晶硅或非晶硅構(gòu)成的元件薄膜；在形成于所述半導(dǎo)體基板背面的背面保護膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面保護膜對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的蝕刻劑具有抗蝕性；通過利用蝕刻劑從所述背面蝕刻窗對所述半導(dǎo)體基板從背面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻，在該蝕刻到達所述半導(dǎo)體基板的表面后，利用所述蝕刻劑對所述保護層進行各向同性蝕刻，并且利用在所述保護層被蝕刻除去后的印記空間中擴展的所述蝕刻劑，對所述半導(dǎo)體基板從表面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻，在所述半導(dǎo)體基板形成貫通孔；將所述元件薄膜保護膜部分地除去而使其一部分殘留，利用殘留的所述元件薄膜保護膜在所述半導(dǎo)體基板的上面設(shè)置用于支承所述元件薄膜的保持部。
2. —種振動傳感器的制造方法，其特征在于，包括如下工序在由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的 一部分表面由如下材料形成保護層，所 述材料對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的第 一蝕刻劑具有抗蝕性；在所述保護層及所述保護層周圍的所述半導(dǎo)體基板的表面之上，由對所 述第一蝕刻劑具有抗蝕性的材料形成元件薄膜保護膜；在所述保護層的上方形成由單晶硅、多晶硅或非晶硅構(gòu)成的元件薄膜；在形成于所述半導(dǎo)體基板背面的背面保護膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面 保護膜對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的蝕刻劑具有抗蝕性；利用第 一蝕刻劑從所述背面蝕刻窗對所述半導(dǎo)體基板從背面?zhèn)冗M行晶 體各向異性蝕刻；在基于所述第一蝕刻劑進行的蝕刻到達所述半導(dǎo)體基板的表面之后，利 用第二蝕刻劑從所述半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)葘λ霰Ｗo層進行各向同性蝕刻； 在所述保護層被蝕刻除去之后，通過在所述保護層被蝕刻除去后的印記空間中從所述半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)乳_始再次使用所述第一蝕刻劑，對所述半導(dǎo)體基板從表面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻，在所述半導(dǎo)體基板形成貫通孔；將所述元件薄膜保護膜部分地除去而使其一部分殘留，通過殘留的所述 元件薄膜保護膜在所述半導(dǎo)體基板的上面設(shè)置用于支承所述元件薄膜的保 持部。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的振動傳感器的制造方法，其特征在于，在所 述保持部之間形成使所述元件薄膜的表面?zhèn)扰c背面?zhèn)冗B通的通氣孔。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的振動傳感器的制造方法，其特征在于，所述 元件薄膜為矩形。
5. 如權(quán)利要求4所述的振動傳感器的制造方法，其特征在于，在所述元 件薄膜的四角部設(shè)有所述保持部。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的振動傳感器的制造方法，其特征在于，通過 將所述保護層設(shè)置在所述元件薄膜的形成區(qū)域的一部分，使所述元件薄膜彎 曲。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的振動傳感器的制造方法，其特征在于，通過 將所述保護層設(shè)置在所述元件薄膜的形成區(qū)域的一部分，在所述元件薄膜的 表面形成突起。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的振動傳感器的制造方法，其特征在于，所述 貫通孔內(nèi)部的與所述開口平行的截面的面積比所述貫通孔表面的開口面積 大。
9. 如權(quán)利要求1所述的振動傳感器的制造方法，其特征在于，所述保護 層為多晶硅或非晶硅。
10. —種麥克風(fēng)的制造方法，其特征在于，包括如下工序 在由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的一部分表面由如下材料形成保護層，所在所述保護層及所述保護層周圍的所述半導(dǎo)體基板的表面之上，由對所 述蝕刻劑具有抗蝕性的材料形成元件薄膜保護膜；在所述保護層的上方形成由單晶硅、多晶硅或非晶硅構(gòu)成的元件薄膜； 在所述元件薄膜的上方形成固定電極；在形成于所述半導(dǎo)體基板背面的背面保護膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面 保護膜對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的蝕刻劑具有抗蝕性；通過利用蝕刻劑從所述背面蝕刻窗對所述半導(dǎo)體基板從背面?zhèn)冗M行晶 體各向異性蝕刻，在該蝕刻到達所述半導(dǎo)體基板的表面后，利用所述蝕刻劑 對所述保護層進行各向同性蝕刻，并且利用在所述保護層被蝕刻除去后的印 記空間中擴展的所述蝕刻劑，對所述半導(dǎo)體基板從表面?zhèn)冗M行晶體各向異性 蝕刻，在所述半導(dǎo)體基板形成貫通孔；將所述元件薄膜保護膜部分地除去而使其一部分殘留，利用殘留的所述 元件薄膜保護膜在所述半導(dǎo)體基板的上面設(shè)置用于支承所述元件薄膜的保 持部。
11. 一種麥克風(fēng)的制造方法，其特征在于，包括如下工序在由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的 一部分表面由如下材料形成保護層，所述材料對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的第一蝕刻劑具有抗蝕性；在所述保護層及所述保護層周圍的所述半導(dǎo)體基板的表面之上，由對所述第 一蝕刻劑具有抗蝕性的材料形成元件薄膜保護膜；在所述保護層的上方形成由單晶硅、多晶硅或非晶硅構(gòu)成的元件薄膜； 在所述元件薄膜的上方形成固定電極；在形成于所述半導(dǎo)體基板背面的背面保護膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面 保護膜對蝕刻所述半導(dǎo)體基板用的蝕刻劑具有抗蝕性；利用第一蝕刻劑從所述背面蝕刻窗對所述半導(dǎo)體基板從背面?zhèn)冗M行晶 體各向異性蝕刻；在基于所述第一蝕刻劑進行的蝕刻到達所述半導(dǎo)體基板的表面之后，利 用第二蝕刻劑從所述半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)葘λ霰Ｗo層進行各向同性蝕刻；在蝕刻除去所述保護層之后，在所述保護層被蝕刻除去后的印記空間中 從所述半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)乳_始再次使用所述第一蝕刻劑，對所述半導(dǎo)體基 板從表面?zhèn)冗M行晶體各向異性蝕刻，在所述半導(dǎo)體基板形成貫通孔；將所述元件薄膜保護膜部分地除去而使其一部分殘留，通過殘留的所述 元件薄膜保護膜在所述半導(dǎo)體基板的上面設(shè)置用于支承所述元件薄膜的保 持部。
12. —種振動傳感器，其特征在于，包括半導(dǎo)體基板，其由單晶硅構(gòu)成，形成有貫通表面背面的貫通孔； 保持部，其配置在所述半導(dǎo)體基板的表面上，通過對蝕刻所述半導(dǎo)體基板而形成貫通孔的蝕刻劑具有抗蝕性的材料而構(gòu)成；元件薄膜，其覆蓋所述貫通孔的基板表面?zhèn)鹊拈_口，角部被所述保持部 支承，所述貫通孔的與基板表面平行的截面的面積隨著從所述半導(dǎo)體基板的 表面朝向背面而逐漸減少或增加，并且在所述半導(dǎo)體基板的表面與背面的中間，從減少轉(zhuǎn)為增加或從增加轉(zhuǎn)為減少。
全文摘要
本發(fā)明提供一種振動傳感器及其制造方法。在硅基板(12)的表面形成由SiO₂薄膜構(gòu)成的保護膜(20)，在將保護膜的一部分除去而開設(shè)的蝕刻窗(22)成膜由多晶硅構(gòu)成的保護層(23)。從保護層(23)之上開始在硅基板表面形成由SiO₂構(gòu)成的保護膜(24)，從保護膜之上形成由多晶硅構(gòu)成的元件薄膜(13)。在背面的保護膜(21)開設(shè)背面蝕刻窗(26)。將硅基板浸漬在TMAH中而從背面蝕刻窗對硅基板進行晶體各向異性蝕刻，在硅基板設(shè)置貫通孔(14)。保護層在貫通孔內(nèi)露出時，將保護層蝕刻除去，在保護膜與硅基板之間生成間隙(19)，從表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)葘杌暹M行晶體各向異性蝕刻。
文檔編號H04R31/00GK101506987SQ20078003177
公開日2009年8月12日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者加藤史仁, 堀本恭弘, 宗近正紀(jì), 犬賀正幸, 笠井隆, 若林秀一, 高橋敏幸 申請人:歐姆龍株式會社