CN101048016A - 电容式麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明在于，提供一种制造率优良、小型高感度的驻极体电容式麦克风(驻极体电容式麦克风)。其构成为上部电极23和下部电极13在中空部16相向的空气隙电容构造，电极间形成有作为电荷保持材料的驻极体膜20。驻极体电容式麦克风10，和半导体衬底11一体形成，驻极体膜20，由全氟代非晶质氟素聚合体树脂构成。由这样的材料构成的驻极体膜20，由于能够在衬底11上通过旋转涂布法形成，因此容易薄膜化，而且，能够以在半导体制造工艺所使用的氟系气体容易地进行蚀刻法，因此，能够进行细微加工，缩小电容器面积。
Description
技术领域
本发明涉及驻极体电容式麦克风(驻极体电容式麦克风；ElectretCondenser Microphone)，特别是涉及与半导体衬底一体形成的、小型化的驻极体电容式麦克风。
背景技术
近几年，广泛普及的手机装载了有作为音响感应装置的驻极体电容式麦克风。
图5是，专利文献1所记载的驻极体电容式麦克风的结构断面图，与半导体衬底被一体形成。
在图5中，密封容器(package)101，由内部被密封的收容室101c、密封容器实体101a、及将其上端密封覆盖的上盖101b构成。为了将外部声压引进收容室101c，在上盖101b设有通气孔102，在收容室101c，设有由正方形状的硅构成的半导体衬底103。半导体衬底103，具有一对相向的主面103a、103b，其中一个主面103b，以树脂或粘结剂被粘结在密封容器实体101a的底部。
在半导体衬底103的另一个主面103a的中心部位，形成有凹部104，该凹部104，由具有与主面103a平行的平坦面的底面104a、和具有倾斜的侧面104b构成。并且，在凹部104的底面104a，形成有由铝构成的固定电极膜(背面电极)105。并且，在半导体衬底103周围表面103c上，附着有氧化硅膜106。并且，在半导体衬底103周围表面103c上，使得背面电极105和空间108相向地，固定有正方形状的振荡电极膜107，以凹部104被覆盖。振荡电极膜107与半导体衬底103周围表面103c上的固定，使用了阳极接合。
这个振荡电极膜107，根据被引进收容室101c的外部声压的变动而振荡，与背面电极105共同构成电容器。振荡电极膜107，是在聚丙烯107a涂层了由铝构成的表面电极107b，这个聚丙烯107a，构成了电荷被充电的驻极体膜。
在图5所示的驻极体电容式麦克风(驻极体电容式麦克风)中，决定电容器的容量值的空间108，是用半导体衬底103高精度蚀刻法形成，因此能够准确地控制凹部104的深度，实现性能落差小的驻极体电容式麦克风。并且，电容器是与半导体衬底103一体形成，因此，能够在半导体衬底103形成检查来自电容器的信号的检查电路等，能够使驻极体电容式麦克风更小型。
【专利文献1】日本特开2002-345088号公报
发明内容
解决课题
图5所示的驻极体电容式麦克风，通过与半导体衬底103一体形成，能够减少性能落差，并且更为小型化，但是，有关驻极体膜被形成的振荡电极膜(或是固定电极膜)的形成，存在以下的问题点。
向来的驻极体膜使用聚丙烯等，不过，通常在以压制成形等形成的聚丙烯衬底使用蒸镀法等来形成金属膜而形成振荡电极。因此，作为衬底，必须确保某种程度的厚度，而难以将聚丙烯衬底薄膜化到次微米(submicron)以下。因此，电极间的缝隙(gap)，根据驻极体材料的聚丙烯衬底的厚度而被决定，因此，电容器的容量变小。换句话说，查出音波时的容量变化变小，结果，驻极体电容式麦克风的灵敏度将降低。
并且，由于具有某种程度的厚度的聚丙烯衬底作为驻极体材料，因此在为了图案形成的蚀刻需要花费长时间，细微加工也变得困难，结果，EMC的小型化变得困难。
进一步地，若是使用聚丙烯衬底来加以小型化压制成形，由于个别地制造各电容式麦克风，生产率将变得非常不好。
本发明，是有鉴于上述各点思考出来，主要目的在于，提供生产率优良、小型且高感度的驻极体电容式麦克风。
解决方法
本发明涉及的电容式麦克风，是由在振荡电极膜及固定电极膜之间形成驻极体膜而构成的电容式麦克风，其特征在于：该电容式麦克风，与半导体衬底一体形成，驻极体膜，由全氟代非晶质氟素聚合体树脂(amorphous perfluoropolymeric resin)、或苯并环丁烯(benzocyclobutene)所成。
根据这样的构成，驻极体膜的薄膜化及细微加工变得容易，同时，由于电容式麦克风与半导体衬底被一体形成，能够以优良的生产率制造小型且高感度的电容式麦克风。
最好是，在实施形态中，所述振荡电极膜、固定电极膜、和驻极体膜，是由在半导体衬底上被叠层的膜构成，驻极体膜是、由在半导体衬底上涂布含有全氟代非晶质氟素聚合体树脂或是苯并环丁烯的溶液、将该涂布膜图案化形成的膜构成。
最好是，在实施形态中，位于所述振荡电极膜和固定电极膜之间的半导体衬底的一部分，成为中空。并且，最好是，该中空部，是将在半导体衬底上叠层的膜的一部分加以去除而形成。
最好是，在实施形态中，所述驻极体膜，为疏水性的绝缘膜覆盖。最好是，该疏水性的绝缘膜是氮化硅膜。
最好是，在实施形态中，在所述半导体衬底，集积形成有信号处理电路，该信号处理电路处理用电容式麦克风查出的信号。
发明效果
若按照本发明涉及的电容式麦克风，通过使用由全氟代非晶质氟素聚合体树脂或苯并环丁烯构成的驻极体膜，能够在半导体衬底上涂布形成驻极体膜，因此容易薄膜化。并且，由于能够使用在半导体制造工艺使用的蚀刻气体容易地进行细微加工，因此，能够实现小型而高性能的驻极体电容式麦克风。
并且，包括驻极体膜，由于能够用在半导体制造工艺使用的膜形成和蚀刻法加工来形成构成电容器的振荡电极膜、固定电极膜、和中空部，因此，将能够容易形成与半导体衬底一体形成的驻极体电容式麦克风，能够大幅度提高生产率。
附图说明
图1是示出本发明的实施形态涉及的驻极体电容式麦克风(音响感应装置)的构成的断面图。
图2(a)、图2(b)是示出本发明的实施形态涉及的驻极体电容式麦克风(音响感应装置)的制造工序的工序断面图。
图2(c)、图2(d)是示出本发明的实施形态涉及的驻极体电容式麦克风(音响感应装置)的制造工序的工序断面图。
图3是示出图2(b)的工序时的驻极体电容式麦克风的构成平面图。
图4是示出图2(d)的工序时的驻极体电容式麦克风的构成平面图。
图5是示出向来的驻极体电容式麦克风的构成断面图。
符号说明
10-驻极体电容式麦克风(驻极体电容式麦克风)、11-半导体衬底、12-贯通孔、13-下部电极(振荡电极)、13a，13c-张力膜、13b-多晶硅膜、14-第1绝缘层、15-第2绝缘层、16-中空部分、17-引进孔、18-电布线、19-接触孔、20-驻极体膜、21，22-疏水膜、23-上部电极、24-牺牲层、101-密封容器、103-半导体衬底、104-凹部、105-背面电极、107-振荡电极膜、
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施的形态。在以下附图中，为了简化说明，用同样的参照符号来表示具有实际相同机能的构成要素。并且，本发明并不限定为以下的实施形态。
图1，是模式性地示出本实施形态的驻极体电容式麦克风(音响感应装置)10的构成断面图。
如图1所示，本实施形态涉及的驻极体电容式麦克风(驻极体电容式麦克风)10，构成为上部电极(固定电极膜)23和下部电极(振荡电极膜)13以中空部16相向的空气隙(airgap)电容构造，在电极间形成有作为电荷保持材料的驻极体膜20。这里，驻极体电容式麦克风10，与半导体衬底11被一体形成，驻极体膜20，由全氟代非晶质氟素聚合体树脂构成。由这样的材料所构成的驻极体膜20，如后述一样地，能够在半导体衬底11上通过旋转涂布法形成，因此，容易薄膜化，并且，容易用在半导体制造工艺使用的氟系气体进行蚀刻，因此，能够进行细微加工，缩小电容器面积。
以下，参照图1，说明本实施形态涉及的驻极体电容式麦克风10的具体构成。
如图1所示，在硅衬底(半导体衬底)11的贯通孔12被形成的部分上，形成根据音波而振荡的下部电极(振荡电极膜)13。贯通孔12，是根据蚀刻法把硅衬底11的一部分去除的部分，为了让下部电极13容易振荡而设置。这里，下部电极13，是以张力膜13a、13c覆盖多晶硅膜13b构成。张力膜13a、13c，是为了让多晶硅膜13b容易振荡并且有张力的状态而设置，是用张力强的膜、譬如氮化硅膜形成。
在下部电极13上，形成有第1绝缘层14、第2绝缘层15。第1绝缘层14及第2绝缘层15是以氧化硅形成，但是，也可以用氮化硅膜形成。
中空部分16，是被第1绝缘层14及第2绝缘层15围绕，其一部分与引进孔17相连。这里，中空部分16的高度，是从约300nm到2000nm。在下部电极13上的第1绝缘层14及第2绝缘层15的区域，形成有接触孔19，该接触孔19连接到电布线18、而填埋有金属、譬如钨(W)或多晶硅。
在第2绝缘层15上，夹着疏水性的绝缘膜(以下称为疏水膜)21形成有驻极体膜20。作为驻极体膜20材料的全氟代非晶质氟素聚合体树脂，由于是环状构造的聚合体，而不构筑结晶构造，是非晶质。因此，能够使用特殊的氟系溶媒溶解，而能够用旋转涂布法形成次微米单位的薄膜涂层。并且，这个驻极体膜20材料，由于能够使用氟系气体、譬如CF4气体、简单地进行干蚀刻，因此，将能够进行驻极体膜20的细微加工。
这里，疏水膜22，是用来保护驻极体膜20，有着防止空气中的水分侵入驻极体膜20的作用。氮化硅膜，是为了与这个驻极体材料进行化学结合，如果用氮化硅膜为疏水膜22，将提高与驻极体膜20的贴紧性，而提高作为保护膜的机能。
并且，在疏水膜22上部，形成有成为电容器的电极的上部电极(固定电极膜)23。这里，上部电极23，用譬如铝、白金、铜、金等加以形成。
接着，参照图2(a)～图2(d)所示的工序断面图，说明本实施形态涉及的电容式麦克风的制造方法。
首先，如图2(a)所示，在半导体衬底11上，按顺序形成、譬如由氮化硅膜构成的张力膜13a、下部电极的多晶硅膜13b、张力膜13c。其各自的薄膜厚度，典型地，张力膜13a形成为0.1μm左右，多晶硅膜13b形成为0.3μm左右，张力膜13c形成为0.1μm左右。接着，根据干蚀刻法，选择性地形成相当于下部电极13的形状。接着，使用CVD法，在包含下部电极13的半导体衬底11表面上，形成譬如由氧化硅构成的第1绝缘层14。
接着，如图2(b)所示，使用CVD法，在第1绝缘层14表面上，沉积譬如由多晶硅构成的牺牲层24，通过干蚀刻法，选择性地形成相当于中空部分16的形状。
这里，牺牲层24，如图3平面图所示，由正方形的实体部和向实体部上下左右延伸的附属部构成。
接着，在形成中空部分16形状的牺牲层24和第1绝缘层14的表面上，使用CVD法，沉积譬如由氧化硅构成的第2绝缘层15之后，将第2绝缘层15的上面，使用回蚀或是化学机械研磨(CMP)法等加以平坦化。
接着，如图2(c)所示，使用CVD法，形成由氮化硅膜构成的疏水膜21之后，用旋转涂布法沉积驻极体膜20，进一步地，使用干蚀刻法加以图案化。这里，疏水膜21的薄膜厚度，典型地，形成为0.05μm左右，驻极体膜20的薄膜厚度，形成为0.5μm左右。
以下，详细说明驻极体膜20的形成方法。
首先，由于用旋转涂布法形成，让全氟代非晶质氟素聚合体树脂材料溶解到沸点180℃的特殊溶媒中。接着，把这个溶液滴到半导体衬底11之后，将半导体衬底11，以500rpm的转速旋转大约10秒钟之后，以1000rpm的转速旋转大约20秒钟。此后，将半导体衬底11置于加热板以180℃进行1小时的干燥。在这样的条件下，能够以良好的重现性均等地来形成薄膜厚度0.5μm的驻极体膜20。
本实施形态中，虽然形成了0.5μm厚度的驻极体膜20，但是，若是想增加带电电荷量时，能够让厚度增厚到不发生绝缘击穿的程度。但是，若是驻极体膜的薄膜厚度成为大于等于2μm，最好是，将溶液滴到衬底后，以适当的转速和适当的时间在半导体衬底上均一涂布之后，在加热板以50℃进行30分种的干燥之后，以1小时左右使其慢慢地升温到180℃后，以180℃进行1小时的干燥。通过上述，能够形成表面的平滑性良好的驻极体膜。
接着，在驻极体膜20上形成抗蚀图案之后，在CF4气体气氛中，以0.5Torr、300W的条件下，将驻极体膜20进行干蚀刻。蚀刻速度，以大约2μm/min，厚度0.5μm的驻极体膜20，大约15秒的蚀刻时间完成蚀刻。
在通过以上方法形成的驻极体膜20上，根据CVD法形成由氮化硅膜构成的疏水膜22。并且，氮化硅膜22，使用CVD法在室温下沉积。接着，根据CMP法将氮化硅膜22平坦化。此后，根据干蚀刻，选择性地形成接触孔19并填埋钨材料之后，用CMP法研磨形成插塞。接着，通过溅射法沉积铝材料，通过干蚀刻法，选择性地同时形成电布线18和上部电极23。
接着，如图2(d)所示，通过干蚀刻法，选择性地形成用来蚀刻去除牺牲层24的蚀刻气体的引进孔17。这里，引进孔17，如图4平面图所示，设置在牺牲层24附属部的边。
作为牺牲层24，譬如使用多晶硅的情况，从引进孔17引进三氯化氟和氟化氙等来作为蚀刻气体，通过将多晶硅完全去除，形成中空部分16。
最后，从半导体衬底11的背面，通过干蚀刻法、或使用TMAH液的湿蚀刻，选择性地形成贯通孔12，而完成驻极体电容式麦克风10。
并且，在半导体衬底11，通过预先集积形成有处理以驻极体电容式麦克风10查出的信号的信号处理电路(图略)，而能够把驻极体电容式麦克风10更小型化。
若根据所述方法，能够以在半导体制造工艺使用的膜形成和蚀刻加工形成能容易形成包括驻极体膜20、构成电容器的下部电极(振荡电极膜)13、上部电极(固定电极膜)23、和中空部1，而能够容易形成与半导体衬底一体形成的驻极体电容式麦克风，因此，能够大幅度提高生产率。
如以上说明地，作为驻极体膜20的材料，根据使用全氟代非晶质氟素聚合体树脂，能够以在半导体制造工艺使用光微影法及干蚀刻法容易地行细微加工，使电容器面积小型化。并且，由于能够用旋转涂布法沉积，使得能够加以薄膜化，能够使得电容器大容量化。
并且，向来的聚丙烯耐热性低，在制造工序中只能使用低温工序，而无法以细致的膜来充分地保护驻极体材料。这样一来，空气中的水分将容易到达驻极体膜，由于水分造成的电荷消失将使得电荷保持困难。相对地，本发明的全氟代非晶质氟素聚合体树脂材料，由于耐热性达到300℃左右，因此能够通过CVD法以细致的疏水性的绝缘膜、即氮化硅膜来覆盖这个驻极体膜，电荷的存储时间也成为长时间。
在本发明的构造中，使用向来的聚丙烯作为驻极体材料时，在70℃的温度、90％的湿度环境下，对带电紧接之后的表面电位为250V、2小时后将成为0V，相对地，如果使用本发明的非结晶氟素树脂，带电紧接之后的表面电位为250V、30小时后只降低到180V。
以上，虽然根据适当的实施形态说明了本发明，但是这样的记述不是限制事项，当然，能够进行种种的改变。譬如，在所述实施形态中，驻极体膜20，虽然形成与上部电极(固定电极膜)23，不过，也可以形成于下部电极(振荡电极膜)13。并且，疏水膜22，虽然使用氮化硅膜，但是，也可以使用炭化硅膜等。并且，作为驻极体膜20材料，也能用苯并环丁烯。在使用了该材料的情况下，在70℃的温度、90％的湿度环境中，对于带电紧接之后表面电位为250V，30小时后只降低到220V。
产业上的利用可能性
若根据本发明，能够提供具有优良生产率、小型且高感度的驻极体电容式麦克风。
Claims (7)
1.一种电容式麦克风，是由驻极体膜在振荡电极膜及固定电极膜之间形成而构成，其特征在于：
所述电容式麦克风，是和半导体衬底一体形成，
所述驻极体膜，是由全氟代非晶质氟素聚合体树脂或苯并环丁烯构成。
2.根据权利要求1所述的电容式麦克风，其特征在于：
所述振荡电极膜、固定电极膜、和驻极体膜，是由在所述半导体衬底上叠层的膜构成，
所述驻极体膜，是由把含有所述全氟代非晶质氟素聚合体树脂或苯并环丁烯的溶液涂布在所述半导体衬底上、将该涂布膜图案化而形成的膜来构成。
3.根据权利要求1所述的电容式麦克风，其特征在于：
位于所述振荡电极膜和所述固定电极膜之间的所述半导体衬底的一部分，成为中空。
4.根据权利要求3所述的电容式麦克风，其特征在于：
所述中空部，是把在所述半导体衬底上叠层的膜的一部分加以去除而形成。
5.根据权利要求1所述的电容式麦克风，其特征在于：
所述驻极体膜，为疏水性的绝缘膜所覆盖。
6.根据权利要求5所述的电容式麦克风，其特征在于：
所述疏水性的绝缘膜，是氮化硅膜。
7.根据权利要求1所述的电容式麦克风，其特征在于：
在所述半导体衬底，集积形成有信号处理电路，该信号处理电路处理以所述电容式麦克风查出的信号。
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