專利名稱：麥克風(fēng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及麥克風(fēng)，特別是涉及具有膜片這樣的元件薄膜 的麥克風(fēng)。
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(jìn)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(xiàn)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(100)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?zhèn)冗M(jìn)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)?較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(qiáng)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(xiàn)2記載的膜型傳感器中，通過所謂的DRIE(De印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(kuò)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(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(xiàn)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(hù)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(dá)該保護(hù)層的大小即可。但是，在該蝕刻方法中，在對蝕刻表面的保護(hù)層之后的基板進(jìn)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(xiàn)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(xiàn)1 (日本)特表2004-506394號公報專利文獻(xiàn)2 (日本)特表2003-530717號公報專利文獻(xiàn)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(hù)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(hù)層及所述保護(hù)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(hù)膜；在所述保護(hù)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(hù) 膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面保護(hù)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(jìn)行晶體各向異性蝕刻，在該蝕 刻到達(dá)所述半導(dǎo)體基板的表面后，利用所述蝕刻劑對所述保護(hù)層進(jìn)行各向同性蝕刻，并且 利用在所述保護(hù)層被蝕刻除去后的印記空間中擴(kuò)展的所述蝕刻劑，對所述半導(dǎo)體基板從表 面?zhèn)冗M(jìn)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(hù)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(hù)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(jìn)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 力口，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(hù)層與元件 薄膜之間形成有保護(hù)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(hù)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(hù)層及所述保護(hù)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(hù)膜；在所述保護(hù)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(hù)膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面保護(hù)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(jìn)行晶體各向異性蝕刻；在基 于所述第一蝕刻劑進(jìn)行的蝕刻到達(dá)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(hù)層進(jìn)行各向同性蝕刻；在所述保護(hù)層被蝕刻之后，通過在所 述保護(hù)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(jìn)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(hù)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(hù) 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(jìn) 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(hù)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(jìn)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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)體集成電路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(hù)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(hù)層及所述保護(hù)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(hù)膜；在所述保護(hù)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(hù)膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面保護(hù)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(jìn) 行晶體各向異性蝕刻，在該蝕刻到達(dá)所述半導(dǎo)體基板的表面后，利用所述蝕刻劑對所述保 護(hù)層進(jìn)行各向同性蝕刻，并且利用在所述保護(hù)層被蝕刻除去后的印記空間中擴(kuò)展的所述蝕 亥IJ劑，對所述半導(dǎo)體基板從表面?zhèn)冗M(jìn)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(hù)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(hù)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(jìn)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，根據(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(jìn)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(qiáng)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(hù)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(hù)層及所述保護(hù)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(hù)膜；在所述保護(hù)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(hù)膜開設(shè)背面蝕刻窗，所述背面保護(hù)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)?進(jìn)行晶體各向異性蝕刻；在基于所述第一蝕刻劑進(jìn)行的蝕刻到達(dá)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(hù)層進(jìn)行各向同性蝕刻；在所述 保護(hù)層被蝕刻除去之后，在所述保護(hù)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(jìn)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(hù)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(hù)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(hù)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1，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；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；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；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；圖5(a)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；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；圖7(a) (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；圖8(a)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；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；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；圖ll(a)、(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；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 圖及剖面圖；圖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；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；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；圖16是說明通氣孔的作用的圖；圖17(a) (C)是表示繼續(xù)進(jìn)行蝕刻直至貫通孔的內(nèi)周面凹陷的工序的剖面圖；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；圖19是上述麥克風(fēng)的剖面圖；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13 元件薄膜14 貫通孔18 保持部20、21 保護(hù)膜22 蝕刻窗23 保護(hù)層24、25:保護(hù)膜26 背面蝕刻窗31 振動傳感器32 保護(hù)層33 保護(hù)膜41 振動傳感器42:彎曲部43 擋塊44a 44e:保護(hù)層45、46 保護(hù)膜49:保護(hù)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(xì)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14。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(hù)部18被固定在硅基板12上面。通過保護(hù)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(jìn)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 SiO2構(gòu)成的保護(hù)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(hù)膜20，開設(shè)矩形的蝕刻窗22。從保護(hù)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(hù)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(hù)層23。此時的狀態(tài)表示在圖2(b)中。接著，從保護(hù)層23之上開始在硅基板12的表面形成由SiO2構(gòu)成的保護(hù)膜24，如 圖2(c)所示，由保護(hù)膜24覆蓋并遮住保護(hù)層23。然后，在保護(hù)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(hù)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3(a)所示，在元件薄膜13之上形成由SiO2構(gòu)成的矩形保護(hù)膜25，由保護(hù)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(hù)膜21的一部分部 分地去除，在保護(hù)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(dá)硅基板12表面的大小即可，例如若為厚400 μ m的硅基板 12，則背面蝕刻窗26為一邊長570 μ m左右的較小的背面蝕刻窗便足夠。另外，保護(hù)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650μπι左 右ο開設(shè)背面蝕刻窗26之后，浸漬ΤΜΑΗ、Κ0Η、EDP等蝕刻劑(以下稱為TMAH等蝕刻 齊U)而從背面蝕刻窗26進(jìn)行蝕刻。TMAH等蝕刻劑對硅進(jìn)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(jìn)行蝕刻，在硅基板12的背 面形成截棱錐形的貫通孔14。這樣，貫通孔14若到達(dá)硅基板12的表面，則如圖3(c)所示，保護(hù)層23從貫通孔 14露出。由SiO2構(gòu)成的保護(hù)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(hù)層23被TMAH等蝕刻劑各向同性蝕刻。由此，若保護(hù)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(hù)層23，在保護(hù)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(hù)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(hù)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(jī)械噪音的 原因，元件薄膜13及保護(hù)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(jìn)一步繼續(xù)進(jìn)行硅基板12的蝕刻。另外，考慮如下的因素將間隙19 (保護(hù)層23)的厚度例如設(shè)計成1 μ m左右，即，厚 度較厚、其蝕刻速度加快，但厚度過厚則保護(hù)層23的成膜時間增加，或保護(hù)膜24的覆膜性 變差。另一方面，考慮振動傳感器11的靈敏度和強(qiáng)度的綜合調(diào)整而將元件薄膜13的厚度 設(shè)計成例如Iym左右。若在保護(hù)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(jìn)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(jìn)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(hù)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SiO2構(gòu)成的保護(hù)膜20、21、24、25， 并且在如圖4(c)所示在僅將保護(hù)膜24、24的一部分構(gòu)成的保持部18殘留時，蝕刻結(jié)束，進(jìn) 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(jìn)行蝕刻，能夠開設(shè)背面?zhèn)?的面積小的貫通孔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(qiáng)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(hù)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(hù)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(hù)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SiO2薄膜之后，使用光刻技術(shù)除去SiO2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SiO2 薄膜構(gòu)成的保護(hù)層32。然后，從保護(hù)層32之上開始在硅基板12的表面形成由SiN構(gòu)成的保護(hù)膜34，如圖 6(b)所示，由保護(hù)膜34覆蓋并遮住保護(hù)層32。接著，如圖6(c)所示，在保護(hù)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(hù)膜34的表面形成由SiN構(gòu)成的保 護(hù)膜35，由保護(hù)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SiO2之外 的材料構(gòu)成的保護(hù)膜33。此時，若通過SiN薄膜形成保護(hù)膜33，則能夠利用同一工序一次形 成保護(hù)膜34或保護(hù)膜35和保護(hù)膜33。在硅基板12的背面形成保護(hù)膜33之后，如圖6 (d) 所示，使用光刻技術(shù)將保護(hù)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(dá)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(jìn)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進(jìn)行蝕刻，然后如圖 7(a)所示，貫通孔14到達(dá)硅基板12的表面而使保護(hù)層32在貫通孔14內(nèi)露出。由SiO2構(gòu)成的保護(hù)層32不被TMAH等蝕刻劑被蝕刻，故而保護(hù)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。
水溶液不侵入硅基板12，但將SiO2各 向同性地蝕刻，故而通過從硅基板12的背面?zhèn)冗M(jìn)入貫通孔14中的HF水溶液，從露出部分 向周圍蝕刻保護(hù)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(hù)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(jìn)行晶體各向異性蝕刻。其結(jié) 果，與實施方式1同樣地，在貫通孔14的內(nèi)周面對硅基板12的角進(jìn)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(jìn)行洗凈以及干燥。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(hù)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 側(cè)的面積小的貫通孔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(qiáng)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(hù)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(hù)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(hù)層的工序中更換蝕刻 齊IJ，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(jìn)行，故而也具有能夠在各蝕刻工序進(jìn)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(jìn)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(jìn)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技術(shù)內(nèi)容記載在“The fabrication and use of micromachined corrugatedsilicon diaphragms" (J. H. Jerman, Sensors and Actuators A21_A23pp. 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41的帶電而引起的靜電力、由附著水分而引起的毛細(xì)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(hù)層形成為 規(guī)定圖案。該保護(hù)層由位于中央部的四邊形保護(hù)層44a、形成在彎曲部42的形成區(qū)域的四 邊環(huán)狀保護(hù)層44b、44c、將保護(hù)層44a 44c連接的線狀的保護(hù)層44d、形成在擋塊43的形 成區(qū)域的保護(hù)層44e構(gòu)成。接著，如圖10(a)所示，利用SiO2構(gòu)成的保護(hù)膜45從保護(hù)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SiO2構(gòu)成的保護(hù)膜46。此時，保護(hù)膜45形 成在各保護(hù)層44a 44e之上，故而在各保護(hù)層44a 44e的部分，保護(hù)膜45向上方突出。如圖10(b)所示，在保護(hù)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(hù)層44a 44e的區(qū)域隔著保護(hù)膜45而被各保護(hù)層44a 44e抬起，故而在 保護(hù)層44b、44c之上形成彎曲部42，在保護(hù)層44e之上形成擋塊43。另外，在保護(hù)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(hù)膜45的表面形成由SiO2構(gòu) 成的保護(hù)膜49，由保護(hù)膜49覆蓋并遮住元件薄膜13，并且在硅基板12背面的保護(hù)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(jìn)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14。貫通孔14在硅基板12下面的蝕刻到 達(dá)背面蝕刻窗50的邊緣時停止。若貫通孔14到達(dá)硅基板12的表面，則如圖10(d)所示，保護(hù)層44a在貫通孔14露出。若保護(hù)層44a露出，則保護(hù)層44a被TMAH等蝕刻劑各向同性蝕刻。這樣，從保護(hù)層44a 開始的各向同性的蝕刻，如圖11 (a)中細(xì)線箭頭標(biāo)記所示，以保護(hù)層44a —保護(hù)層44d —保 護(hù)層44b —保護(hù)層44c這樣的順序進(jìn)行。若蝕刻劑侵入將保護(hù)層44a 44d蝕刻后的間隙 中，則如圖ll(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(hù)層44a 44d的被除去的痕跡的間隙51a 51d的邊緣部進(jìn)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(jìn)行貫通孔14的蝕刻。結(jié)果，在保護(hù)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(hù)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SiO2構(gòu)成的保護(hù)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(hù)膜45構(gòu)成的保持部18時結(jié)束蝕 亥IJ，進(jìn)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)鹊拿娣e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的強(qiáng)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?面?zhèn)冗B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)?和下面?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(hù)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(hù)膜除去、將一部分保護(hù)膜殘留，則可由殘留的保 護(hù)膜形成保持部18。例如，在振動傳感器61中，在遠(yuǎn)離中心的位置形成有保持部18。另 夕卜，在振動傳感器62中，使一邊的保護(hù)膜的寬度比其他三邊的保護(hù)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。 艮口，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
尚ο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(qiáng)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Rv = (8 · μ · t · a2) / (Sv2) ......(式 1)其中，μ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Ι/fL = 2 π · Rv(Cbc+Csp) ......(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12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1)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Ccav = Vbc/ ( P C2 · Sbc) ......(式 3)其中，Vbc為貫通孔14的體積(背腔體積)、P C2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(jìn)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，能夠提高貫通孔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(jìn)行晶 體各向異性蝕刻之后，繼續(xù)進(jìn)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(jìn)行蝕刻直至形成 圖17(c)的狀態(tài)，則能夠進(jìn)一步增大貫通孔14的體積，可進(jìn)一步提高音響聲順Ccav?；蛘撸?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)?shù)呢炌?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(jìn)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(dá)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 容的變化而可檢測音響振動。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(hù)膜20、保護(hù)層23、保護(hù)膜24、元件薄膜 13、保護(hù)膜25，在硅基板12的背面形成保護(hù)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(hù)膜25的表面開始遍及保護(hù)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(jìn)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(hù)膜21上開設(shè)背面蝕刻窗26。若為厚400μπι的 (100)面硅基板12的話，則背面蝕刻窗26的大小為一邊長570 μ m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(jìn)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(hù)層23在貫通孔14內(nèi)露出，則多晶硅的保護(hù)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(jìn)而在水平方向上 也進(jìn)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(hù)元件薄膜13的保護(hù)膜21、24、25，將背板72下面的保護(hù)膜20和保持部18殘留而進(jìn)行 除去。此時，保護(hù)膜25主要利用從聲孔74、75進(jìn)入的HF水溶液進(jìn)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(jìn)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。考慮這些因素，將聲孔74、75的間隔設(shè)為50 μ m。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(jìn)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(qiáng)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(jìn)行了說 明，但也可以使用(110)面硅基板等。
權(quán)利要求
一種麥克風(fēng)，其特征在于，包括單一的半導(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，角部下面被所述保持部支承；及背板，其在所述半導(dǎo)體基板的表面上配置為與所述元件薄膜隔著間隙而覆蓋所述元件薄膜；用于連通所述元件薄膜的表面?zhèn)扰c背面?zhèn)鹊耐饪仔纬稍谒霰３植恐g；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增加，并且在所述半導(dǎo)體基板的表面與背面的中間，從增加轉(zhuǎn)為減少。
全文摘要
本發(fā)明提供一種麥克風(fēng)。在硅基板(12)的表面形成由SiO2薄膜構(gòu)成的保護(hù)膜(20)，在將保護(hù)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(hù)層(23)。從保護(hù)層(23)之上開始在硅基板表面形成由SiO2構(gòu)成的保護(hù)膜(24)，從保護(hù)膜之上形成由多晶硅構(gòu)成的元件薄膜(13)。在背面的保護(hù)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(jìn)行晶體各向異性蝕刻，在硅基板設(shè)置貫通孔(14)。保護(hù)層在貫通孔內(nèi)露出時，將保護(hù)層蝕刻除去，在保護(hù)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(jìn)行晶體各向異性蝕刻。
文檔編號H04R19/04GK101820570SQ20101016354
公開日2010年9月1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