微機電系統換能器和其製造方法

2023-05-03 20:26:21 3

專利名稱：微機電系統換能器和其製造方法
技術領域：
本發明涉及應用於凝:#幾電系統(MEMS: Micro Electro Mechanical System)傳感器的微機電系統換能器，這些傳感器例如用於微型電容式傳聲 器、振動傳感器、壓力傳感器和加速度傳感器。
本發明還涉及MEMS換能器的製造方法。
本申請要求日本專利申請No. 2007 - 341440、日本專利申請No. 2007 -341426的優先權，其內容通過參考合併於此。
背景技術：
在諸如專利文獻l、 2、 3和非專利文獻1這樣的各種文獻中已經開發和 公開了各種類型的微型電容式傳聲器，這些傳聲器通過利用半導體裝置的制 造過程而糹皮製造。
專利文獻l:日本公開專利申請，No. H09-508777
專利文獻2:日本公開專利申請，No. 2004-506394
專利文獻3:美國專利，No. 4,776, 019
非專利文南足1: 由Japanese Institute of Electrical Engineers(日本電氣工禾呈 師學會)出版的MSS-01-34
電容式傳聲器被稱為MEMS傳聲器，這樣的傳聲器每個都被設計為隔 膜和板件(利用薄膜形成以便形成平行板電容器的相對電極)彼此分開並支 承在基板上方。當隔膜由於聲波而振動時，其發生位移，以便改變傳聲器的 靜電電容，以使得靜電電容的變化被轉換為電信號。用作電容式傳聲器的 MEMS換能器在其表面上覆蓋有保護膜，其中，保護膜中形成有通孔，以便 暴露電極。具有絕緣特性的保護膜用來保護MEMS換能器不受化學腐蝕(由 於水、氧氣和鈉)及物理損壞的影響。
由於熱膨脹係數的不同，相對高的應力產生在沉積於矽基板和氧化矽膜 上的沉積膜上，該沉積膜由氮化物材料和氧化氮材料製成。當氮化物材料和 氧化氮材料用作保護膜時，在具有機械結構的微機電系統換能器中可產生變形。這將損壞微機電系統換能器的機械功能。

發明內容
本發明的目的是提供一種MEMS換能器，其被形成來保護其電極，而 不損壞其機械功能。
本發明的另 一 目的是提供一種MEMS換能器的製造方法。
在本發明的一個實施例中，微機電系統換能器包括具有導電性的隔膜； 具有導電性的板件；支承結構，用於對二者之間具有間隙層的隔膜和板件進 行支承，其中，所述支承結構具有圍繞所述間隙層的內壁；具有導電性的電 極膜，用於覆蓋形成在所述支承結構中的接觸孔；以及保護膜，在所述內壁 之外形成在所述支承結構上，以便覆蓋所述電極膜的側表面，其中，與形成 在隔膜和板件之間的靜電電容的變化相對應的電信號經由所述電極膜輸出。
由於保護膜(例如，墊式保護膜)形成在支承結構的內壁之外，所以可 以防止隔膜或板件由於保護膜的膜應力的直接影響而形狀變形；這可以利用 具有高膜應力的材料形成保護膜。電極膜(例如，限定墊的輪廓的墊式導電 性膜)的側表面的化學穩定性低，這是因為其在蝕刻中活化且因為諸如氯和 氟這樣的化學物質在蝕刻後得以保留。本發明允許具有低化學穩定性的電極 膜的側表面覆蓋有由高保護性材料構成的保護膜，這些高保護性材料具有高 膜應力。因此，可以保護電極膜而不損壞MEMS換能器的機械功能。
優選的是，保護膜由氮化矽或氮化矽氧化物(silicon oxide film )構成。
優選的是，支承結構包括具有矽基板和氧化矽膜(例如，表面絕緣膜) 的多層結構，該氧化矽膜與所述矽基板連結但不與其周邊連結，並且其中， 保護膜形成於在矽基板的周邊和矽氧化物膜的周邊之間延伸的區域中。這防 止可移動離子進入矽基板和矽氧化物膜之間的連結表面的邊緣。
在適用於MEMS結構的製造方法中，通過支承結構對二者之間具有間 隙層的膈膜和板件進行支承，所述支承結構包括圍繞所述間隙層的內壁；在 所述支承結構中形成接觸孔；形成具有導電性的電極膜，該電極膜覆蓋所述 接觸孔；以及形成保護膜，該保護膜用於覆蓋所述支承結構的內壁之外的電 極膜的側表面。
在本發明的另一實施例中，MEMS換能器包括具有導電性的隔膜；具 有導電性的板件；絕緣構件，用於使所述隔膜和所述板件絕緣；電極膜(例如，墊式導電膜)，由導電性膜構成，以便覆蓋形成在所述絕緣構件中的接 觸孔；以及保護膜(例如，墊式保護膜)，有限地形成在所述電極膜的一部 分表面中和形成在該電極膜在所述絕緣構件的表面上的周圍區域中，由此， 覆蓋所述電極膜的側表面，其中，與形成在所述隔膜和所述板件之間的靜電 電容的變化相對應的電信號從所述電極膜輸出。
由於保護膜形成在電極膜的有限周圍區域中，所以可以將具有相對高膜 應力的材料用於保護膜。限定電極膜的輪廓的側表面由於幹蝕刻以及由於諸 如氯和氟這樣的化學物質的保留而具有低的化學穩定性。在本發明中，具有
低的化學穩定性的電極膜的側表面覆蓋有由氮化物(nitrides )和氧化氮(nitric oxides)構成的具有高保護性能的保護膜；因此，可以可靠地保護電極膜而 不損壞MEMS換能器的機械功能。
由於本發明針對直接作用到MEMS換能器而防止由於保護膜的變形的 發生，所以可以將氮化矽和氮化矽氧化物用作保護膜的材料。
在微機電系統換能器的製造方法中，在絕緣構件中形成接觸孔；形成電 極膜，該電極膜覆蓋所述絕緣構件的接觸孔；以及將保護膜有限地形成在所 述電極膜的一部分表面中和形成在該電極膜在所述絕緣構件的表面上的周 圍區域中，由此，覆蓋所述電極膜的側表面。


將參考附圖詳細描述本發明的這些和其它目的、方面以及實施例。 圖1是顯示了根據本發明第 一 實施例的包含在電容式傳聲器中的傳感器 管芯的俯視圖。
圖2是沿圖1的A-A線截取的縱向截面圖。圖3是顯示傳感器管芯的膜層疊結構的分解透視圖。
圖4A是顯示保護端子的形成的橫截面圖。
圖4B是顯示板件端子的形成的橫截面圖。
圖4C是顯示基板端子的形成的橫截面圖。
圖4D是顯示隔膜端子的形成的橫截面圖。
圖5是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第一步驟的截面圖。
圖6是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第二步驟的截面圖。
圖7是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第三步驟的截面圖。圖8是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第四步驟的截面圖。 圖9是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第五步驟的截面圖。 圖IO是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第六步驟的截面圖。 圖11是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第七步驟的截面圖。
圖12是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第八步驟的截面圖。
圖13A是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第九步驟的截面圖。
圖13B是圖13A的俯視圖，用於解釋形成在表面絕緣膜上的墊式導電
膜和墊式保護膜之間的關係。
圖14是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第十步驟的截面圖。 圖15是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第十一步驟的截面圖。 圖16是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第十二步驟的截面圖。 圖17是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第十三步驟的截面圖。 圖18是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第十四步驟的截面圖。 圖19是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第十五步驟的截面圖。 圖20是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第十六步驟的截面圖。 圖21是用於解釋電容式傳聲器的製造方法的第十七步驟的截面圖。 圖22是根據第 一實施例的第一改變例的傳感器管芯的截面圖。 圖23是根據第 一實施例的第二改變例的傳感器管芯的截面圖。 圖2 4是根據第 一 實施例的第三改變例的傳感器管芯的截面圖。 圖2 5是根據第 一 實施例的第四改變例的傳感器管芯的截面圖。 圖26是顯示了根據本發明第二實施例的電容式傳聲器的傳感器晶片的
俯視圖。
圖27是顯示了傳感器晶片的構造的截面圖。 圖28是顯示了傳感器晶片的膜層疊結構的分解透視圖。 圖2 9 A是顯示了連接至電路晶片的傳感器晶片的等效電路的電路圖。 圖29B是顯示了包括保護件和連接至電路晶片的傳感器晶片的等效電 3各的電3各圖。
圖30是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第一步驟的
截面圖。
圖31是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第二步驟的
截面圖。圖32是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第三步驟的
圖33是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第四步驟的
截面圖。
圖34是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第五步驟的 截面圖。
截面圖。
圖36是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第七步驟的
截面圖。
圖37是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第八步驟的 截面圖。
圖38是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第九步驟的 截面圖。
截面圖。
圖40是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第十一步驟 的截面圖。
圖41是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第十二步驟 的截面圖。
的截面圖。
的截面圖。
的截面圖。
的截面圖。
圖46是用於解釋電容式傳聲器的傳感器晶片的製造方法的第十七步驟 的截面圖。
圖47是顯示了傳感器晶片的由於各向異性蝕刻而具有底切槽的指定部分的截面圖。
圖48是顯示了傳感器晶片的由於各向異性蝕刻而具有底切槽的另一部 分的截面圖。
具體實施例方式
將參考附圖結合例子詳細描述本發明。 1、第一實施例 (1 )構造
圖1示出了根據本發明第一實施例的電容式傳聲器(例如，微機電系統
的換能器的例子)的傳感器管芯(sensordie) 1。圖2是在有關傳感器管芯1 的圖1中的沿A-A線截取的截面圖；圖3示出了傳感器管芯1的膜層疊結構。 為了方便示出，圖1和3省略了形成在上導電層之上的更高的層(在圖2示 出)。電容式傳聲器包括傳感器管芯1、電路管芯(包括電壓供應和放大器， 未示出)，和用於包封它們的封裝結構(未示出)。
傳感器管芯1是具有膜層疊結構的可動部件，該結構包括基板100、下 絕緣膜110、下導電膜120、上絕緣膜130、上導電膜160、表面絕緣膜170、 墊式導電膜(pad conductive film ) 180、凸塊膜(bump film ) 210、凸塊保護 膜220、墊式保護膜190和鍍敷保護膜200。
基板100由P類型單晶矽構成；但這不是限制。基板IOO可以由具有所 需剛度值、厚度值和強度值的任意類型材料構成，用於在其上沉積薄膜並用 於支承構成薄膜的結構。
下絕緣膜IIO形成在基板IOO上，並由氧化矽(SiOx)構成。下絕緣膜 110用於形成環形部分(實際上是具有圓孔的矩形部分)101、多個隔膜間隔 件102 (排列在環形部分101之內)，以及多個保護絕緣件103 (排列在環形 部分101之內)。
下導電膜120形成在下絕緣膜110上，並由完全摻雜有諸如磷(P)這 樣的雜質的多晶矽構成。下導電膜120用於形成保護件127和隔膜123。
上絕緣膜130形成在下導電膜120和下絕緣膜110上，並由氧化矽構成。 上絕緣膜130用於形成環形部分(實際上是具有圓孔的矩形部分)132,和 多個板件間隔件131 (排列在環形部分132之內)。
上導電膜160形成在上絕緣膜130上，並由完全摻雜有諸如磷(P)這樣的雜質的多晶矽構成。上導電膜160用於形成板件162和蝕刻止擋環161。 表面絕緣膜170形成在上導電膜160和上絕緣膜130上，並由氧化矽構成。
由氧化矽構成的鍍敷保護膜200暴露在傳感器管芯1的表面上。 傳感器管芯1包括隔膜123和豐反件162、以及多層支7 "牛、和四個端子 125e、 162e、 123e和100b。
接下來，描述傳感器管芯1的組成元件。
隔膜123利用下導電膜120形成，並包括中心部分123a、多個臂123c 和隔膜引線123d。中心部分123a通過隔膜間隔件102而被與基板100的表 面平行地支承，並且中心部分123a被定位為覆蓋形成在基板100的中心處 的後腔Cl的開口 100a。臂123c沿徑向方向從中心部分123a向外延伸。由 於臂123c之間的切口的形成，隔膜123的剛度低於不具有臂的前述隔膜(未 示出)的剛度。另外，多個隔膜孔123b形成在臂123c中，由此這些臂剛度 降低。高度大致與隔膜間隔件102的厚度匹配的間隙層C2形成在基板100 和隔膜123之間。間隙層C2用於在後腔Cl的內壓和大氣壓力之間建立平 衡。隔膜引線123d經由包含在保護件127中的保護環125c的縫隙(見圖3) 而從臂123c中的一個指定臂的末端朝向隔膜端子123e延伸。由於隔膜端子 123e經由電路管芯(未示出)與基板端子100b短路連接，所以隔膜端子123e 和基板端子100b設定有同一電位。多個隔膜凸塊123f形成在隔膜123的背 面上，該背面被定位為與基板100的表面相對。隔膜凸塊123f防止隔膜123 固定至基板100。
板件162通過板件間隔件131而被與隔膜123平行地支承，以使得其中 心在俯視圖中與隔膜123的中心匹配。板件162利用上導電膜160形成，並 包括中心部分162b、多個臂162a (沿徑向方向從中心部分162b向外延伸), 和板件引線162d。多個板件孔162c形成在板件162中。板件孔162c允許蝕 刻劑(在上絕緣膜130上的各向同性蝕刻中使用)流過。在蝕刻之後，上絕 緣膜130的剩餘部分用於形成板件間隔件131和環形部分132,而它的其它 部分(被蝕刻移除)用於在隔膜123和板件162之間形成間隙層C3。考慮 間隙層C3的高度、板件間隔件131的形狀以及蝕刻速度來排列板件孔162c。 寬度小於臂162a寬度的板件引線162d從板件162中的一個指定臂162a的 末端延伸。板件引線162d的布線路徑(wiring path)在俯視圖中與保護引線125d的布線路徑重疊(見圖3)。這減小了板件引線162d和基板100之間的 寄生電容。多個凸伸部(即，板件凸塊)162f形成在板件162的與隔膜123 的表面相對定位的背面上。板件凸塊162f利用氮化矽(SiN)膜(與用於形 成板件162的上導電膜160連結)和多晶矽膜(連結氮化矽膜)形成。板件 凸塊162f防止板件162固定至隔膜123。
接下來，詳細描述對隔膜123和板件162進行支承的支承結構。
支承結構包括基板100、下絕緣膜110、上絕緣膜130、表面絕緣膜170 和鍍敷保護膜200。
具有開口 100a的通孔被形成為沿基板100的厚度方向貫穿基板100，由 此形成被封裝基板(未示出)封閉的後腔Cl。
隔膜間隔件102 (利用下絕緣膜110形成)以彼此之間的相等間隔沿圓 周方向布置在後腔C1的開口 100a的周圍區域(surrounding area)中。隔膜 間隔件102經由間隙層C2將隔膜123支承在基板100上方，同時使隔膜123 與板件162絕緣。
板件間隔件131 (利用上絕緣膜130形成)連結保護電極125a (利用下 導電層120形成)。板件間隔件131將板件162支承在隔膜123上方且二者 之間具有間隙層C3。板件間隔件131定位在形成於隔膜123的相鄰臂123a 之間的切口中。保護電極125a經由保護絕緣件103(利用下絕緣膜110形成) 支承在基板100上方。即，板件162通過保護絕緣件103、保護電極U5a 和板件間隔件131支承在基板100上方。
形成在隔膜123和板件162之間的間隙層C3被上絕緣膜130的環形部 分132的內壁132a圍繞。
接下來，參考圖4A至4D描述電容式傳聲器的傳感器管芯1的端子結構。
傳感器管芯1裝備有四個端子125e、 162e、 123e和100b，所有端子利 用墊式導電膜180、凸塊膜210和凸塊保護膜220形成，如圖4A至4D所示。
墊式導電膜180主要由鋁構成。墊式導電膜180包含1%的矽，以便防 止矽材料從上導電膜160擴散到墊式導電膜180。如圖4A所示，覆蓋接觸 孔CH3的墊式導電膜180連結保護引線125d。如圖4B所示，覆蓋接觸孔 CH2的墊式導電膜180連結板件引線162d。如圖4C所示，覆蓋接觸孔CH4 的墊式導電膜180連結基板100。如圖4D所示，覆蓋接觸孔CH1的墊式導電膜180連結隔膜引線123d。
墊式保護膜190形成在表面絕緣膜170和墊式導電膜180上，以便覆蓋 墊式導電膜180的側表面(通過蝕刻形成的端子表面)。墊式保護膜190由 氮化矽或氮化矽氧化物(silicon oxide nitride )構成。如圖13B所示，墊式保 護月莫190尋皮形成為在形成支7 義結構的表面糹色^彖月莫170的表面上圍繞墊式導電 膜180。具體地，墊式保護膜190每個都形成在環形部分132的內壁132a 之外的有限區域中，即，墊式導電膜180的除了其一部分表面的區域和在絕 緣構件171 (對應於上絕緣膜130)的表面上的墊式導電膜180的周圍區域， 由此覆蓋墊式導電膜180的側表面。墊式保護膜190彼此絕緣，並與端子 125e、 162e、 123e和100b相關聯地形成。即，墊式導電膜190僅覆蓋傳感 器管芯l的有限區域，其中，它們不覆蓋板件162。為此，即使墊式保護膜 190由具有相對高的膜應力(membrane stress)的氮化矽構成，它們也不破 壞傳感器管芯1的功能。如果墊式保護膜190形成在環形部分132的內壁 132a之內，則墊式保護膜190不可避免地連接至板件162,由此板件162變 形。這使板件162和隔膜123之間的間隙層C2的高度變化，由此破壞傳感 器管芯1的功能並引起傳感器管芯1的特性的不一致(dispersion)。
凸塊膜210形成在墊式導電膜180表面的沒有用墊式保護膜190覆蓋的 指定區域中。換句話說，墊式保護膜190形成在墊式導電膜180表面的除了 凸塊形成區域之外的指定區域中。凸塊膜210由鎳構成。
凸塊膜210的表面覆蓋有凸塊保護膜220，該保護膜暴露在傳感器管芯 1的表面上。凸塊膜220由具有優越抗腐蝕性能的金屬構成，比如金(Au)。
保護件127包括保護電極125a、保護連接件125b、保護環125c和保護 引線125d。保護件127減小隔膜123和板件162之間的寄生電容。 (2)工作情況
被安裝在電路管芯中的電荷泵(charge pump )穩定的偏置電壓施加至隔 膜123。進入封裝結構(未示出)的通孔的聲波經由板件孔162c和板件162 的臂162a之間的切口傳遞至隔膜123。由於具有同相的聲波沿板件162的表 面和背面傳播，所以板件162基本不振動。到達隔膜123的聲波引起隔膜123 的振動。隔膜123振動改變了平行板電容器的靜電電容，平行板電容器的相 對電極與板件162和隔膜123相對。與板件162和隔膜123之間形成的靜電 電容的變化相對應的電信號被拾取作為隔膜端子123e和板件端子162e之間產生的電位差，由此它們從傳感器管芯1輸出。表示電壓的電信號通過電路
管芯的放大器(未示出)放大。即，與板件162和隔膜123之間的靜電電容 的變化相對應的電信號經由形成隔膜端子123e和板件端子162e的墊式導電 膜180輸出。因此，電荷泵和放大器可以安裝在傳感器管芯1中。
/ ， "\ >k'， 、Ak —、J"
v j 乂 ，j近力
接下來，將參考圖5至12、 13A、 13B和14至21描述電容式傳聲器的 製造方法。
在圖5所示的製造方法的第一步驟中，下絕緣膜110形成在基板100的 整個表面上，該下絕緣膜是由氧化矽構成的沉積膜。用於形成隔膜凸塊123f 的凹坑(dimple ) 11 Oa通過利用光致抗蝕劑掩模的蝕刻而形成在下絕緣膜110 中。下導電膜120通過化學氣相沉積(CVD)形成在下絕緣膜110的表面上， 該下導電膜是由多晶矽構成的沉積膜。由此，隔膜凸塊123e形成在凹坑110a 之下。另外，利用光致抗蝕劑掩模的蝕刻在下導電膜120上進行，以便形成 隔膜123和保護件127 (該二者利用下導電膜120形成)。
在圖6所示的製造方法的第二步驟中，上絕緣膜130形成在下絕緣膜110 和下導電膜120的整個表面上，該下絕緣膜是由氧化矽構成的沉積膜。用於 形成板件凸塊162f的凹坑130a通過利用光致抗蝕劑掩模的蝕刻而形成在上 絕緣膜130上。
在圖7所示的製造方法的第三步驟中，板件凸塊162f形成在上絕緣膜 130的表面上，每個板件凸塊都由多晶矽膜135和氮化矽膜136構成。氮化 矽膜136防止隔膜123與板件162接觸和與之短路連接。
在圖8所示的製造方法的第四步驟中，上導電膜160通過CVD形成在 上絕緣膜130的表面和氮化矽136的表面上，該上導電膜是由多晶矽構成的 沉積膜。利用光致抗蝕劑掩模蝕刻上導電膜160，以便形成板件162和蝕刻 止擋環161。在此步驟中，在板件162中沒有形成板件孔162c。
在圖9所示的製造方法的第五步驟中，通孔Hl、 H3和H4 (與接觸孔 CH1、 CH3和CH4相對應)通過利用光致抗蝕劑掩才莫的各向異性蝕刻形成 在下絕緣膜110和上絕緣膜130中，由此部分地暴露隔膜123、保護件127 和基板100。
在圖IO所示的製造方法的第六步驟中，由氧化矽構成的表面絕緣膜170 通過等離子化學氣相沉積(plasma CVD)形成在整個表面上。蝕刻利用光致抗蝕劑掩模進行，以便將接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4完整地形成在表 面絕緣膜170中。因此，隔膜123、板件162、保護件127和基板100部分
地暴露。
在圖11所示的製造方法的第七步驟中，由AlSi構成的沉積膜通過賊射 形成在整個表面上以便覆蓋接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4,其中，它連 結隔膜123、板件162、保護件127和基板100。隨後，進行利用光致抗蝕劑 掩模的蝕刻來部分地移除AlSi沉積膜，同時留下沉積膜的指定部分來覆蓋 接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4，通過該指定部分利用AlSi沉積膜形成墊 式導電膜180。此時，AlSi沉積膜被分為與接觸孔CHl、 CH2、 CH3和CH4 相對應的多個區域，由此限定墊式導電膜180的輪廓，即，墊式導電膜180 的側表面。AlSi沉積膜在指定條件下通過利用旋轉塗布機(spin processor) 的溼法蝕刻而經歷構圖，該指定條件例如，其中，混合酸(例如，磷酸、硝 酸和水的混合酸)被用作蝕刻劑，加熱溫度被設定至60。C至75。C的範圍(優 選地設定至65。C ),旋轉塗布以600rpm至1000rpm範圍(優選地，旋轉速 度為800rpm)的旋轉速度進行時間範圍從30秒至120秒(優選地，處理時 間為60秒)的處理。在溼法蝕刻中，活化側表面(activated side surface )暴 露在墊式導電膜180上，該墊式導電膜由此因為低的化學穩定性和腐蝕性而 容易受影響。在幹法蝕刻中，墊式導電膜180的側表面被暴露於用於蝕刻的 氯氣中，以使得墊式導電膜180因為低的化學穩定性和腐蝕性而容易受影響。
為解決上述缺陷，在圖12所示的製造方法的第八步驟中，墊式保護膜 190—一是由氮化矽構成的沉積膜並用於保護墊式導電膜180的側表面一一 在指定條件下通過低應力等離子化學氣相沉積形成在表面絕緣膜170的表面 和墊式導電膜180的表面上，該指定條件為400。C的溫度、2.5託的壓力， 0.3SLM的SiH4流量、1.75SLM的NH;流量、0.44kW/0.351kW的偏置功率 (bias power) ( RF H/F )。由此，由氮化矽構成的墊式保護膜190通過低應 力等離子化學氣相沉積而形成有1.6Mm的厚度。
在圖13A和13B所示的製造方法的第九步驟中，利用光致抗蝕劑掩模 進行幹法蝕刻來部分地移除墊式保護膜190,同時留下圍繞墊式導電膜180 的周邊部分。因此，墊式保護膜190—一由具有出眾保護特性的氮化矽構成 的沉積膜——彼此絕緣並與接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4相關地形成。 具體地，在指定條件下通過利用平行板等離子蝕刻器的幹法蝕刻對墊式保護膜190構圖，該指定條件為150SCCM的CF4+02的混合氣體流量，08託至 1.2託範圍的壓力(優選地為l.O託的壓力)，250W的偏置功率，並且在80 。C的溫度加熱130秒。在本實施例中，進行構圖以便使由氧化矽構成的墊式 保護膜190定位(localize);因此，可以抑制由於墊式保護膜190的應力引 起的傳感器管芯1的變形。
在圖14所示的製造方法的第十步驟中，利用光致抗蝕劑掩模進行各向 異性蝕刻，以便在表面絕緣膜170中形成與板件孔162c相對應的通孔，由 此板件孔162c形成在上導電膜160中。該步驟通過利用具有通孔的表面絕 緣膜170作為掩模用在上導電膜160的蝕刻中而連續地執行。
在圖15所示的製造方法的第十一步驟中，由氧化矽構成的鍍敷保護膜 200形成在表面絕緣膜170的表面、墊式導電膜180的表面和墊式保護膜l卯 的表面上。鍍敷保護膜200通過利用光致抗蝕劑掩模的蝕刻而被構圖，以便 使覆蓋接觸孔CHI, CH2, CH3和CH4的墊式導電膜180的表面的中心區 域暴露。
在圖16所示的製造方法的第十二步驟中，由鎳構成的凸塊膜210形成 在墊式導電膜180的暴露表面上，這些表面通過無電鍍(electroless plating ) 而暴露於鍍敷保護膜200的通孔中。由Au構成的凸塊保護膜220形成在凸 塊膜210的表面上。之後，基板100的背面被拋光以便獲得實際產品的指定厚度。
在圖17所示的製造方法的第十三步驟中，利用光致抗蝕劑掩模進行蝕 刻，以便形成環狀通道H5，其將與板件保護膜200和表面絕緣膜170相連 的蝕刻止擋環161暴露。
在圖18所示的製造方法的第十四步驟中，具有通孔H6 (用於形成基板 100的後腔Cl )的光致抗蝕劑掩模R1形成在基板100的背面上。
在圖19所示的製造方法的第十五步驟中，與後腔C1相對應的通孔通過 深度反應離子蝕刻(Deep-DIE)而形成在基板100中，其中，下絕緣膜110 用作蝕刻止擋件。
在圖20和21所示的製造方法的第十六和十七步驟中，利用光致抗蝕劑 掩模R2和緩衝氬氟酸(BHF: buffered hydrofluoric acid )進行蝕刻，以便移 除暴露於光致抗蝕劑掩模R2的通孔H6中的表面絕緣膜170和鍍敷保護膜 200,同時進一步移除上絕緣膜130的一部分，以便形成環形部分132、板件間隔件131和間隙層C3。另外， 一部分下絕緣膜110從後腔C1移除，以便
形成保護絕緣件103、隔膜間隔件102、環形部分101和間隙層C2。此時， 蝕刻劑(例如，緩沖氬氟酸)進入到光致抗蝕劑掩模R2的通孔H6和基板 100的開口 100a中。上絕緣膜130的輪廓通過板件162限定。即，環形部分 132和板件間隔件131通過板件162的自調準(self-alignment)形成。下絕 緣膜110的輪廓通過基板100的開口 100a、隔膜123、保護電極125a、保護 連接件125b和保護環125c限定，其中，保護絕緣件103和隔膜間隔件102 通過自調準形成。
最後，光致抗蝕劑掩模R2被移除；之後，基板100經歷切割，由此完 成用於電容式傳聲器的圖2所示的傳感器管芯1的製造。傳感器管芯1與電 路管芯一起附連至封裝基板(未示出)；傳感器管芯1的端子125e、 162e、 123e和100b電連接至電路管芯的相應端子(未示出);.然後，封裝蓋(未示 出)放置於封裝基板上，由此完整地形成電容式傳聲器。當傳感器管芯l附 連至封裝基板時，在基板100的背面中的後腔Cl的開口被封裝結構基板封 閉。
(4)改變例
本實施例可以以各種方式改變；因此，參考圖22至25描述改變例。 圖22、 23、 24和25顯示了傳感器管芯2、 3、 4和5,每個都用於電容 式傳聲器，其中與圖2所示的傳感器管芯1的部件相同的部件由相同的附圖 標記指示。如圖22所示，可以用墊式保護膜190覆蓋基板100的周邊部分 和表面絕緣膜170的周邊部分，由此，在基板100 (由多晶矽構成)和表面 絕緣膜170 (由氧化矽構成)之間的連結表面的邊緣用由氮化矽或氮化矽氧 化物構成的墊式保護膜190覆蓋，墊式保護膜的保護功能比鍍敷保護膜200 的保護功能好。這可靠地防止可移動離子(movable ion)進入由單晶矽構成 的基板IOO和由氧化矽構成的表面絕緣膜170之間的連結表面的邊緣。
以上，優選的是，墊式保護膜190儘可能地形成在窄的區域中，只要它 們覆蓋用作電極膜的墊式導電膜180的側表面即可。因此，如圖22至25所 示，可以相對於相鄰端子123e和100b的組合以及相鄰端子125e和162e的 組合而使墊式保護膜190整體地一致(unify)。替換地，可以使墊式保護膜 l卯形成為一體以便整體地覆蓋所有端子125e、 162e、 123e和100b。替換 地，可以將墊式保護膜190延伸至蝕刻止擋環161之上或延伸至其附近，如圖23所示，其中，墊式保護膜190形成在形成支承結構的環形部分132的 內壁132a之外的整個表面上。因此，墊式保護膜190的每個都形成為圓形 形狀或多邊形環形狀。 2、第二實施例
將參考圖26至28、圖29A和29B、以及圖30至48描述根據本發明第 二實施例的電容式傳聲器的傳感器晶片10，其中，與在圖l至3、圖4A至 4D、圖5至12、圖13A和13B,以及圖14至25中示出的電容式傳聲器的 傳感器管芯l的那些部件相同的部件用相同的附圖標記指示；由此，其相同
的描述也必要地簡化。
(1)構造
圖26示出了傳感器晶片IO的構造，該傳感器晶片是根據本發明第二實 施例的電容式傳聲器的MEMS結構；圖27是傳感器晶片10的截面圖；且 圖28是顯示傳感器晶片10中的膜層疊結構的分解透視圖。電容式傳聲器(用 作MEMS換能器)包括傳感器晶片10、電路晶片(包括電源電路(power circui)和放大器，未示出)，和封裝結構(未示出)。
首先，以下將描述傳感器晶片10的MEMS結構的膜層疊結構。
傳感器晶片10包括下絕緣膜110、下導電膜120、上絕緣膜130、上導 電膜160和表面絕緣膜170,這些膜均是層疊並沉積在基板100上。
由P類型單晶矽構成的基板100的通孔的開口 100a形成腔體Cl的開口。
絕緣構件171包括表面絕緣膜170和上絕緣膜130 (其使上導電膜160 與下導電膜120絕緣)。
連結基板100、下導電膜120和上絕緣膜130的下絕緣膜110由氧化矽 (SiOx)構成。下絕緣膜110用於形成隔膜間隔件102、保護間隔件(保護 絕緣件)103和環形部分101，這些隔膜間隔件102彼此之間相等間隔地周 向排列，這些保護間隔件彼此之間相等間隔地周向排列在隔膜間隔件102之 內，該環形部分101使保護環125c和保護引線125d與基板100絕緣。
連結下絕緣膜110和上絕緣膜130的下導電膜120由完全摻雜有諸如磷 (P)這樣的雜質的多晶矽構成。下導電膜120用於形成保護件127和隔膜 123，該保護件包括保護電極125a、保護連接件125b、保護環125c和保護 引線125d。
連結下導電膜120、上導電膜160和下絕緣膜110的上絕緣膜130由氧化矽構成，以便形成一部分絕緣構件171。上絕緣膜130用於形成板件間隔
件131和環形部分132,這些板件間隔件彼此之間的相等間隔地周向排列， 該環形部分定位在板件間隔件131之外並支承蝕刻止擋環161同時使板件引 線162d與保護引線125d絕緣。
連結上絕緣膜130的上導電膜160由完全摻雜有諸如磷(P)這樣的雜 質的多晶矽構成。上導電膜160用於形成板件162、板件引線162d和蝕刻止 擋環161。
連結上導電膜160和上絕緣膜130的表面絕緣膜170由氧化矽構成，以 便形成一部分絕緣構件171。
傳感器晶片10的MEMS結構包括四個端子125e、 162e、 123e和100b， 所有端子均利用墊式導電膜180 (由金屬構成)、凸塊膜210和凸塊保護膜 220構成。墊式導電膜180由鋁構成，其中，其可包含1%的矽以便防止矽 從上導電膜160擴散至墊式導電膜180。墊式導電膜180覆蓋接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4 (它們形成在上導電膜160和表面絕緣膜170中)，其中， 它們的周邊和側表面覆蓋有由氮化矽構成的墊式保護膜190。墊式保護膜190 僅形成在表面絕緣膜170的表面(形成絕緣構件171的表面)上的墊式導電 膜180的周圍區域中。也就是，墊式保護膜190形成在有限區域中，即，墊 式導電膜180的除了中心部分的表面和在絕緣構件171的表面上的墊式導電 膜180的周圍區域，由此，覆蓋墊式導電膜180的"活化"側表面。墊式保 護膜190與端子125e、 162e、 123e和100b相連地彼此絕緣，其中，它們覆 蓋傳感器晶片10的微機電系統結構的有限區域但不覆蓋墊式保護膜190的 可移動部分。為此，即使墊式保護膜190由引起相對高的膜應力的氮化矽構 成，也可以防止墊式保護膜190破壞傳感器晶片10的MEMS結構的機械功 能。由Ni構成的具有導電性的凸塊膜210形成在墊式導電膜180表面的沒 有墊式保護膜190覆蓋的中心部分上。簡單地說，墊式保護膜190形成在墊 式導電膜180的除了凸塊形成區域的表面上。凸塊膜210的表面覆蓋有由 Au構成的具有導電性和相對高的抗腐蝕性的凸塊保護膜220。墊式導電膜 180的由於構圖而活化的側表面被由氮化矽構成的墊式保護膜190充分地保 護。可以將導線結合至墊式導電膜180。因此，墊式保護膜190可以例如由 氮化矽氧化物構成。
接下來，以下將描述傳感器晶片10的MEMS結構的機械結構。隔膜123是整體具有導電性的單層，即，薄矽膜，其中，其包括中心部
分123a和臂123c。隔膜123通過具有柱形形狀的隔膜間隔件102而被支承 在基板100和板件162之間，在該基板和該板件之間具有指定的間隙，該隔 膜間隔件102連結臂123c的末端，其中，隔膜123被定位為與基板100的 表面平行同時與板件162絕緣。與不具有臂和切口的前述隔膜(未示出)的 剛度相比，隔膜123由於形成在相鄰臂123c之間的切口而剛度降低。多個 隔膜孔123b形成在每個臂123c中，由此剛度降低。
隔膜間隔件102彼此之間相等間隔地周向排列在後腔C1的開口 100a的 周圍區域中。隔膜間隔件102是具有柱狀形狀的絕緣沉積膜。隔膜123經由 隔膜支承件102被支承在基板100的上方，以使得中心部分123a覆蓋後腔 CI的開口 100a。高度與隔膜間隔件102的厚度基本上匹配的間隙層C2形成 在基板100和隔膜123之間，由此在後腔C1的內壓和大氣壓力之間建立平 衡。間隙層C2具有沿隔膜123的徑向方向的長的長度和小的寬度，以便在 用於向後腔Cl的開口 100a傳播聲波(用於使隔膜123振動)的路徑中形成 最大的聲阻。
多個隔膜凸塊123f形成在隔膜123的背面上，該背面被定位為與基板 100的表面相對。隔膜凸塊123f是防止隔膜123固定至基板100的凸伸部， 其中，它們利用形成隔膜123的下導電膜120的波浪形形成。
隔膜123經由隔膜引線123d連接至隔膜端子123e，該隔膜引線123d 從指定臂123c的末端延伸以便與應用於隔膜端子123e的墊式導電膜180連 結。隔膜引線123d的寬度比臂123c的寬度小並利用還用於形成隔膜123的 下導電膜120形成。隔膜引線123d經由保護環125c的縫隙朝向隔膜端子123e 延伸。因為隔膜端子123e和基板端子100b與電路晶片(未示出)短路連接， 如圖29A和29B所示，隔膜123和基板100 二者設定至同一電位。
當隔膜123的電位與基板100的電位不同時，隔膜123和基板100之間 產生寄生電容。但是，因為隔膜123被卩波此之間具有空氣層的隔膜間隔件102 支承，所以與隔膜被具有環形壁結構的間隔件支承的前述結構相比，可以減 小寄生電容。
板件162是整體具有導電性的單個薄膜，其中，它包括中心部分162b 和臂162a。板件162被具有柱狀形狀的板件間隔件162支承，這些板件間隔 件連結臂162a的末端。板件162被定位為與隔膜123平行，以使得在俯視圖中，板件162的中心與隔膜123的中心重疊。從板件162的中心至周邊之 間的最短距離比從隔膜123的中心至周邊之間的最短距離短；因此，板件162 不面對隔膜123(其振動幅度非常小)的周邊。形成在板件162的相鄰臂162a 之間的切口在俯視圖中定位為與隔膜123的周邊鄰近但不面對該周邊，其中， 臂123c在俯視圖中在臂162a的切口中延伸。這增加了隔膜123的長度(即， 引起振動的隔膜123的兩端之間的距離)，而不增加隔膜123和板件162之 間的寄生電容。
多個板件孔162c形成在板件162中，其中，它們共同地用作向隔膜123 傳播聲波的通道，並且共同地用作用於使蝕刻劑(用於上絕緣膜132的各向 同性蝕刻)在其中通過的通孔。在蝕刻之後，上絕緣膜130的剩餘部分用於 形成板件間隔件131和環形部分132,而它的^L移除部分在隔膜123和板件 162之間形成間隙層C3。考慮間隙層C3的高度、板件孔131的形狀以及蝕 刻速度來排列板件孔162c。隨著相鄰板件孔162c之間的距離變小，上絕緣 膜130的環形部分132的寬度相應地變小，由此減小總的晶片區域。然而， 隨著相鄰板件孔162c之間的距離變小，板件162的剛度變低。
板件間隔件131連結與隔膜123定位在同一層中的保護電極125a，其中 保護電極125a利用下導電膜120形成，該下導電膜120還用於形成隔膜123。 板件間隔件131利用上絕緣膜130形成，該上絕緣膜130是連結板件162的 絕緣沉積膜。板件間隔件131在後腔C1的開口 100a的周圍區域中周向地排 列。因為板件間隔件131定位在隔膜123的臂123c之間的切口中，可以將 板件162的最大直徑減小至比隔膜123的最大直徑還小。這減小了板件162 和基板IOO之間的寄生電容，同時增加板件162的剛度。
板件162經由多個具有柱狀形狀的間隔件129支承在基板100之上，這 些間隔件包括保護間隔件103、保護電極125a和板件間隔件131。間隔件129 形成板件162和隔膜123之間的間隙層C3，以使得間隙層C2和C3形成在 板件162和基板100之間。因為保護間隔件103和板件間隔件131 二者均具 有絕緣特性，所以板件162與基板100絕緣。
當板件162的電位與基板100的電位不同而沒有保護電極125a的介入 時，板件162和基板100之間產生寄生電容。該寄生電容通過插入在板件162 和基板IOO之間的絕緣件(見圖29A)而增加。第二實施例被設計為使得板 件162經由具有柱狀形狀的間隔件129而支承在基板100之上，該間隔件129包括保護間隔件103 、保護電極125a和板件間隔件131，並且這些間隔件129 彼此間隔開；因此，與板件經由具有環形壁結構的絕緣件支承在基板上方的 板的前述結構相比，不具有保護電極125a的MEMS系統結構中的寄生電容 減小。
多個板件凸塊162f形成在板件162的背面上，該背面被定位為與隔膜 123的表面相對。每個板件凸塊162f利用氮化矽(SiN)膜(與形成板件162 的上導電膜160連結)和多晶矽膜(連結氮化矽膜)形成。板件凸塊162f 防止板件162固定至隔膜123。
寬度小於臂162a寬度的板件引線！62ci從板件162的指定臂162a的末 端延伸至板件端子162e,以使得其與應用於板件端子162e的墊式導電膜180 連結。板件引線162d利用上導電膜160 (還用於形成板件162)形成，其中 板件引線162d的布線路徑在俯視圖中與保護引線125d的布線路徑重疊。這 減小了板件引線162d和基板100之間的寄生電容。 (2)工作情況
接下來，將參考圖29A和29B描述傳感器晶片IO的工作情況，每個圖 都顯示了用於將傳感器晶片10連接至電路晶片的電路。電路晶片的電荷泵 CP將穩定的偏置電壓施加至隔膜123。隨著偏置電壓變大，電容式傳聲器的 靈敏度相應地變高，同時隔膜123容易地固定至板件162，其中板件162的 剛度在電容式傳聲器的設計中是重要因素。
聲波(進入封裝結構的通孔，未示出)通過板件孔162c和板件162的 臂162a之間的切口傳播，以便到達隔膜123。由於具有相同相位的聲波沿板 件162的表面和背面二者傳播，所以板件162基本不振動。到達隔膜123的 聲波引起相對於板件162的振動。當隔膜123由於聲波而振動時，平行板電 容器的靜電電容改變，該平行板電容器的相對電極與板件162和隔膜123相 對應；然後，與靜電電容的變化相對應的電信號作為隔膜端子123e和板件 端子162e之間產生的電位差而從傳感器晶片IO輸出。電路晶片的放大器A 放大代表電壓的電信號。即，與板件162和隔膜123之間的靜電電容的變化 相對應的電信號經由應用於隔膜端子123e和板件端子162e的墊式導電膜 180輸出。因為傳感器晶片IO的輸出信號具有高阻抗，所以需要將放大器A 安裝在封裝結構內。由此使得電容式傳聲器具有單晶片結構。 (3)製造方法
接下來，將參考圖30至46描述電容式傳聲器的傳感器晶片10的製造 方法。
在圖30所示的製造方法的第一步驟中，由氧化矽構成的下絕緣膜110 形成在基板100的整個表面上。用於形成隔膜凸塊123f的凹坑110a通過利 用光致抗蝕劑掩模的蝕刻而形成在下絕緣膜110中。由多晶矽構成的下導電 膜120通過化學氣相沉積(CVD)形成在下絕緣膜110的表面上，由此，隔 膜凸塊123f形成在凹坑110a之下。之後，下導電膜120利用光致抗蝕劑掩 模被蝕刻，以便形成隔膜123和保護件127。
在圖31所示的製造方法的第二步驟中，由氧化矽構成的上絕緣膜130 形成在下絕緣膜IIO和下導電膜120的整個表面上。用於形成板件凸塊162f 的凹坑130a通過利用光致抗蝕劑掩模的蝕刻而形成在上絕緣膜130上。
在圖32所示的製造方法的第三步驟中，板件凸塊162f通過使用多晶矽 膜135和氮化矽膜136形成在上絕緣膜130的表面上。在此，氮化矽膜136 根據已知方法在多晶矽膜135構圖之後形成；因而，多晶矽膜135的暴露表 面(用於形成凹坑130a)完全覆蓋有氮化矽膜136。氮化矽膜136是絕緣膜， 即使當隔膜123固定至板件162,也防止板件162與隔膜123短路連接。
在圖33所示的製造方法的第四步驟中，由多晶矽構成的上導電膜160 通過CVD形成在上絕緣膜130的暴露表面和氮化矽膜136的表面上。上導 電膜160利用光致抗蝕劑掩模被蝕刻，以便形成板件162、板件引線162d 和蝕刻止擋環161。在此步驟中，在板件162中沒有形成板件孔162c。
在圖34所示的製造方法的第五步驟中，通孔H1、 H3和H4(用於形成 接觸孔CH1、 CH3和CH4)通過各向異性蝕刻形成在下絕緣膜110和上絕 緣膜130中。
在圖35所示的製造方法的第六步驟中，由氧化矽構成的表面絕緣膜170 通過等離子化學氣相沉積形成在整個表面上。之後，蝕刻利用光致抗蝕劑掩 模進行，以便在表面絕緣膜170中形成接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4。
在圖36所示的製造方法的第七步驟中，AlSi膜通過濺射形成在整個表 面上以便覆蓋接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4。隨後，利用光致抗蝕劑掩 模進行蝕刻，以便部分地移除AlSi膜，同時將覆蓋接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4的指定部分留下，由此形成由AlSi構成的墊式導電膜180。此時， AlSi膜被進一步分為與接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4相連的指定區域， 同時形成限定墊式導電膜180的輪廓的側表面。在指定條件下通過使用蝕刻 劑(例如，磷酸、硝酸和水的混合酸)而利用旋轉塗布機的溼法蝕刻對AlSi 膜構圖，該指定條件是加熱溫度範圍從6(rC至75。C (優選，65°C),處理時 間範圍從30秒至120秒(優選，60秒)，旋轉速度範圍從600rpm至1000rpm (優選，800rpm)。由於溼法蝕刻，墊式導電膜180的側表面被活化和暴露， 以使得它們容易被腐蝕。在另一方面，在幹法蝕刻中，墊式導電膜180的側 表面被暴露於氯氣中並通過蝕刻處理，以使得它們容易被腐蝕。
為解決上述缺陷，在圖37所示的製造方法的第八步驟中，由氮化矽構 成的沉積膜形成在整個表面上，以便通過等離子化學氣相沉積來保護墊式導 電膜180的側表面。具體地，氮化矽膜在指定條件下通過低應力等離子化學 氣相沉積而形成具有1.6jam的厚度，其中，該指定條件為400。C的加熱溫度， 2.5託的壓力，0.3SLM的SiH4流量，1.75SLM的NH3流量和0.44kW/0.35lkW 的偏置功率(RFH/F)。
在圖38和13B所示的製造方法的第九步驟中，通過利用光致抗蝕劑掩 模的幹法蝕刻來部分地移除氮化矽膜，同時留下除了中心部分以外的墊式導 電膜180的表面(形成在接觸孔CH1、 CH2、 CH3和CH4中)和墊式導電 膜180在表面絕緣膜170上的周圍區域。因此，墊式保護膜190利用具有優 越保護性能的氮化矽形成，用於保護墊式導電膜180的側表面。在指定條件 下通過利用平行板等離子蝕刻器的幹法蝕刻對墊式保護膜190構圖，該指定 條件為150SCCM的CF4+02的混合氣體流量，0.8託至1.2託範圍的壓力(優 選地為l.O託的壓力)，250W的偏置功率，並且在80。C的溫度退火130秒。 對通過低應力等離子化學氣相沉積形成有1.6 |i m厚度的氮化矽膜退火之後， 殘留在氮化矽膜中的應力範圍從lOOMPa至lGPa。在第二實施例中，進行 構圖以便使墊式保護膜190僅局部地形成在墊式導電膜180的周圍區域中； 因此，可以抑制由於殘留在墊式保護膜190的相對高的應力引起的傳感器芯 片10的變形。
在圖39所示的製造方法的第十步驟中，利用光致抗蝕劑掩模進行各向 異性蝕刻，以便在表面絕緣膜170中形成多個通孔170a (與板件孔162c相 對應)，由此將板件孔162c形成在上導電膜160中。該步驟通過利用具有通孔170a的表面絕緣膜170連續地執行，該表面絕緣膜在上導電膜160的蝕
刻中用作掩模。
在圖40所示的製造方法的第十一步驟中，由氧化矽構成的鍍敷保護膜 200形成在表面絕緣膜170和墊式保護膜190上。此時，鍍敷保護膜200嵌 入在板件孔162c和表面絕緣膜170的通孔170a中。鍍敷保護膜200通過利 用光致抗蝕劑掩模的蝕刻而經歷構圖，由此使墊式導電膜180的表面的覆蓋 接觸孔CHl, CH2， CH3和CH4的中心部分暴露。
在圖41所示的製造方法的第十二步驟中，由Au構成的凸塊膜210形成 在墊式導電膜180的表面上，這些表面通過無電鍍形成在接觸孔CH1, CH2， CH3和CH4中並暴露於鍍敷保護膜200的通孔中。另外，基板100的背面 被拋光以便獲得用於實際產品的基板100的期望厚度。在圖42所示的製造方法的第十三步驟中，利用光致抗蝕劑掩模進行蝕 刻，以便形成通孔H5,用於將在鍍敷保護膜200和表面絕緣膜170中的蝕 刻止擋環161暴露。這基本上完成了在基板100的表面上的處理。
在圖43所示的製造方法的第十四步驟中，具有通孔H6的光致抗蝕劑掩 模Rl形成在基板100的背面上，以便形成與基板100的後腔Cl相對應的 通孔。
在圖44所示的製造方法的第十五步驟中，通過Deep-RIE形成基板100 中的通孔。此時，下絕緣膜IIO用作蝕刻止擋件。
在圖45所示的製造方法的第十六步驟中，光致抗蝕劑掩模R1從基板 100的背面移除；之後，不必要的沉積物附連至通過Deep-RIE大致形成基 板100中的通孔的內壁100c。
在圖46所示的製造方法的第十七步驟中，利用光致抗蝕劑掩模R2和緩 沖氫氟酸(BHF)進行各向同性蝕刻，以便從板件162和板件引線162d上 移除鍍敷保護膜200和表面絕緣膜170。另外， 一部分上絕緣膜130被移除， 以便形成環形部分132、板件間隔件131和間隙層C3。此外， 一部分下絕緣 膜IIO被移除，以便形成保護間隔件103、隔膜間隔件102、環形部分101 和間隙層C2。此時，蝕刻劑(例如，BHF)進入到光致抗蝕劑掩模R2的通 孔H6和基板100的開口 100a中。上絕緣膜130的輪廓通過板件162和板件 引線162d限定。即，環形部分132和板件間隔件131通過板件162和板件 引線162d的自調準形成。如圖47所示，由於各向異性蝕刻，底切槽(undercut)形成在板件間隔 件131和環形部分132的邊緣中。下絕緣膜110的輪廓通過基板100的開口 100a、隔膜123、隔膜引線123d、保護電極125a、保護連接件125b和保護 環125c限定，其中，保護絕緣件103和隔膜間隔件102通過自調準形成。 如圖47和48所示，由於各向異性蝕刻，底切槽形成在板件間隔件131和保 護間隔件103的邊緣中。在此過程中，除了保護電極125a，保護間隔件103 和板件間隔件131與用於將板件162支承在基板100上的間隔件129 —起形
成o
之後，光致抗蝕劑掩模R2被移除；然後，基板100經歷切割，由此完 成用於電容式傳聲器的傳感器晶片IO的製造。傳感器晶片IO與電路晶片結 合至封裝基板(未示出)；傳感器晶片10的端子125e、 162e、 123e和100b 通過引線接合(wire bonding )電連接至電路晶片的端子(未示出)；然後， 封裝基板用封裝蓋(未示出)覆蓋，由此完成電容式傳聲器。當傳感器晶片 IO附連至封裝基板時，在基板100的背面中的後腔C1的開口以氣密的方式 被封閉。
(4)改變例
第二實施例可以以各種方式改變。例如，可以通過將諸如電荷泵CP和 放大器A (最初安裝在電路晶片中)這樣的電路元件併入到傳感器晶片10 中，從而製造具有單晶片結構的電容式傳聲器，其具有與端子125e、 162e、 123e和100b相對應的至少一個晶片。優選的是，墊式保護膜190形成在窄 區域中，只要它們覆蓋墊式導電膜180 (用作電極膜)的側表面，其中，墊 式保護膜190可以形成為諸如圓形、多邊形和環形這樣的任何形狀，並且其 中，墊式保護膜190分別相對於端子123e和100b的組合以及端子125e和 162e的組合而整體地形成並一致。替換地，可以將端子125e、 162e、 123e 和100b集中於非常小的區域中，以使得墊式保護膜190整體地聚集在一起。
在第一和第二實施例中，材料和尺寸僅是示例性的而不是限制性的，其 中，本領域技術人員可以簡單設想到的步驟的添加和刪除以及步驟順序的改 變在說明書中省略。在製造過程中，例如，膜的組成、膜形成方法、用於限 定膜輪廓的方法和步驟的順序可以根據特性滿足電容式傳聲器要求的膜材 料、膜厚度和限定膜輪廓的精確度的組合而進行適當地選擇。
此外，本發明可以應用於除了電容式傳聲器之外的任何類型電子裝置和傳感器，例如超聲傳感器、振動換能器、壓力傳感器和加速度傳感器。
最後，本發明並不限於上述實施例和改變例，它們可以在所附權利要求 限定的本發明範圍內進一步進行各種修改。
權利要求
1、一種微機電系統換能器，包括具有導電性的隔膜；具有導電性的板件；支承結構，用於對二者之間具有間隙層的所述隔膜和所述板件進行支承，其中，所述支承結構具有圍繞所述間隙層的內壁；具有導電性的電極膜，用於覆蓋形成在所述支承結構中的接觸孔；以及保護膜，在所述內壁之外形成在所述支承結構上，以便覆蓋所述電極膜的側表面，其中，與形成在所述隔膜和所述板件之間的靜電電容的變化相對應的電信號經由所述電極膜輸出。
2、 如權利要求1所述的微機電系統換能器，其中，所述保護膜由氮化 矽或氮化矽氧化物構成。
3、 如權利要求2所述的微機電系統換能器，其中，所述支承結構包括 具有矽基板和氧化矽膜的多層結構，該氧化矽膜與所述矽基板連結但不與其 周邊連結，並且其中，所述保護膜形成於在所述矽基板的周邊和所述矽氧化 物膜的周邊之間延伸的區域中。
4、 一種微機電系統換能器的製造方法，該微機電系統換能器包括具有 導電性的隔膜和具有導電性的板件，該方法包括通過支承結構對二者之間具有間隙層的膈膜和板件進行支承，所述支承 結構包括圍繞所述間隙層的內壁； 在所述支承結構中形成接觸孔；形成具有導電性的電極膜，該電極膜覆蓋所述接觸孔；以及 形成保護膜，該保護膜用於覆蓋所述支承結構的內壁之外的電極膜的側 表面。
5、 一種微機電系統換能器，包括 具有導電性的隔膜； 具有導電性的板件；絕緣構件，用於使所述隔膜和所述板件絕緣；電極膜，由導電性膜構成，以便覆蓋形成在所述絕緣構件中的接觸孔；以及保護膜，有限地形成在所述電極膜的一部分表面中和形成在該電極膜在 所述絕緣構件的表面上的周圍區域中，由此，覆蓋所述電極膜的側表面，其中，與形成在所述隔膜和所述板件之間的靜電電容的變化相對應的電 信號從所述電極膜輸出。
6、 如權利要求5所述的微機電系統換能器，其中，所述保護膜由氮化矽或氮化矽氧化物構成。
7、 如權利要求5所述的微機電系統換能器，其中，所述保護膜形成在 所述電極膜的除了其中心部分的表面上。
8、 一種微機電系統換能器的製造方法，該微機電系統換能器包括隔膜、 板件和絕緣構件，該方法包括在使所述隔膜和所述板件絕緣的所述絕緣構件中形成接觸孔； 形成電極膜，該電極膜覆蓋所述絕緣構件的接觸孔；以及 將保護膜有限地形成在所述電極膜的一部分表面中和形成在該電極膜 在所述絕緣構件的表面上的周圍區域中，由此，覆蓋所述電極膜的側表面，
9、 所述微機電系統換能器的製造方法，其中，所述保護膜形成在所述 電極膜的除了其中心部分的表面上。
全文摘要
一種MEMS換能器，包括隔膜、板件、用於對二者之間具有由內壁圍繞的間隙層的隔膜和板件進行支承的支承結構，用於覆蓋形成在支承結構中的接觸孔的電極膜(例如，墊式導電膜)，以及在內壁之外形成在支承結構上以便覆蓋具有低化學穩定性的電極膜側表面的保護膜(例如，墊式保護膜)。保護膜形成在有限區域中，該有限區域包括電極膜除了其中心部分的一部分表面和電極膜的周圍區域。這允許保護膜利用諸如氮化矽或氮化矽氧化物這樣的高膜應力材料。
文檔編號B81B7/00GK101468785SQ200810188488
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月26日 優先權日2007年12月28日
發明者大村昌良, 鈴木幸俊, 鈴木民人 申請人:山葉株式會社