CN101132652A - 电容传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电容传感器的制造方法，包括的步骤为：(a)沉积将成为隔膜的膜，所述隔膜形成移动电极；(b)把将成为隔膜的膜加热到第一温度；及(c)沉积将成为板的膜，所述板形成与移动电极相对的静止电极。电容传感器的隔膜和板的应力被优化。

Description

电容传感器及其制造方法
相关申请
本发明基于2006年8月22日递交的日本专利申请2006-224978，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种电容传感器及其制造方法
背景技术
众所周知，电容传感器通常被用作压力传感器和传声器。例如，参考日本专利2002-518913。电容传感器具有隔膜和板，起到电容器的相对电极的作用，电容传感器将隔膜的移位转换为电信号并输出该信号，该隔膜的移位对应于加在隔膜上的动力。即，在施加偏压(bias voltage)的状态下使用电容传感器，且由于隔膜的移位引起的电容的变化被输出为电压的变化。
例外，当通过公知的掺杂多晶硅膜来制造隔膜和板时，在膜中会累积较大的拉伸方向的应力。然而，对应于动力的隔膜移位的增加能提高灵敏度，所以优选的是由隔膜的应力决定的张力较小。另一方面，优选的是，板的刚度较高，以便防止隔膜和板由于静电吸引而粘在一起。应力是决定板的刚度的要素之一。
发明内容
本发明的目的是对电容传感器的隔膜和板的应力进行优化。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造电容传感器的方法，包括的步骤为：(a)沉积将成为隔膜的膜，形成移动电极；(b)把将成为隔膜的膜加热到第一温度；及(c)沉积将成为板的膜，形成与移动电极相对的静止电极。
通过沉积方法形成的膜中存在晶体缺陷，且这些晶体缺陷在膜中产生了应力。因为晶体缺陷可以通过加热修复，所以通过控制膜的温度和加热时间，可以控制膜的应力。在该制造方法中，将成为隔膜的膜的加热处理不同于将成为板的膜的加热处理，且通过加热处理的不同，在将成为隔膜的膜的应力和将成为板的膜的应力之间也产生不同。因此，在该制造方法中，隔膜的应力被制成小于板的应力。
根据本发明的一个方面，用于制造电容传感器的方法，可以包括的步骤是，在步骤(c)后，把将成为隔膜的膜和将成为板的膜加热到第二温度。
根据本发明的制造方法，能够通过加热来控制板的应力。
根据上述电容传感器的制造方法，上述第二温度可低于上述第一温度。
随着加热温度在某一温度范围内变得更高，膜的应力变得更小。根据该制造方法，板的应力可比隔膜的应力高，因为通过加热处理而使板达到的温度低于通过两次加热处理而使隔膜达到的温度。
上述电容传感器的制造方法可以进一步包括下列步骤：(d)在将成为隔膜的膜和将成为板的膜之间形成氧化硅膜；(e)将氧化硅膜切成多片；及(f)把将成为隔膜的膜和将成为板的膜加热到第二温度。
当氧化硅膜加热至高温时，在氧化硅膜中将累积很大的压缩应力。当在形成于薄且大的工件的整个表面上的氧化硅膜中累积了很大的压缩应力时，压缩应力可能会导致产生裂纹。根据该制造方法，因为在对隔膜和板之间的氧化硅膜进行加热之前，将氧化硅膜被切成多片，因此，可以避免这种裂纹的产生。
在所述制造方法中，形成氧化硅膜的温度可低于第一温度和第二温度。
在这种情况下，将成为隔膜的膜的应力不太可能受到形成氧化硅膜的影响，且可以通过第一温度和第二温度来调整将成为隔膜的膜的应力。
在所述的制造方法中，将成为隔膜的膜和将成为板的膜可由相同的材料制成。
在所述的制造方法中，将成为隔膜的膜和将成为板的膜可以是扩散了杂质的多晶膜。
可以通过使用多晶硅膜，以较低的成本来制造具有高质量的电容传感器，因为已经建立了膜的各种形成方法和控制方法的特点。
在所述的制造方法中，例如，磷酸盐可用于上述杂质。
根据本发明的另一方面，提供一种电容传感器，包括：形成移动电极的隔膜，由经沉积的膜制成；形成静止电极的板，与移动电极相对，由经沉积的膜制成，且其中，通过不同的热处理历程来调整隔膜的应力和板的应力。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的电容式传声器1的剖视图。
图2A至图2D是示出根据实施例的电容式传声器1制造方法的剖视图。
图3A至图3D是示出根据实施例的制造方法的剖视图。
图4A至图4D是示出根据实施例的制造方法的剖视图。
图5A至图5D是示出根据实施例的制造方法的剖视图。
图6A至图6D是示出根据实施例的制造方法的剖视图。
图7A至图7C是示出根据实施例的制造方法的剖视图。
图8A至图8B是示出根据实施例的制造方法的剖视图。
图9是示出根据本发明的实施例的温度和应力之间关系的曲线图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的电容式传声器(condenser microphone)1的剖视图。电容式传声器1由具有通过半导体加工工艺形成的多层层叠薄膜的功能要素组成。
板33和隔膜36由导电膜12和14形成，两种膜都是由扩散了高浓度磷酸盐的多晶硅制成。而当扩散了高浓度磷酸盐的多晶硅膜形成时，膜中累积了较强的拉伸应力(例如，200MPa)；然而，隔膜36的拉伸应力被调整到20MPa或者更低。将板33经历加热处理，该热处理与隔膜36的加热处理不同，由此使得板33的应力为约100MPa，高于隔膜36的应力。
导电膜12形成在绝缘膜11上，该绝缘膜11例如由氧化硅膜制成并形成在由单晶硅制成的基板10上。例如由氧化硅膜制成的绝缘膜13连接在导电膜12和导电膜14之间。对绝缘膜11和绝缘膜13进行图案化，从而在一部分导电膜12和一部分导电膜14之间形成空间，以使一部分导电膜12在由绝缘膜11的剩余部分形成的间隔物35之间拉伸，以及使一部分导电膜14在由绝缘膜13的剩余部分之间拉伸。在绝缘膜11的剩余部分之间被拉伸的这部分导电膜12相当于隔膜36。在本发明的该实施例中，整个振动隔膜36形成移动电极。然而，移动电极可以有限地形成于隔膜36的某一部分处。例如，隔膜36可以形成有包括导电膜和绝缘膜在内的多层膜。在由绝缘膜13的剩余部分所形成的间隔物32之间拉伸的这部分导电膜14相当于板33。在本发明的该实施例中，面对隔膜36的整个板33形成静止电极(standstillelectrode)；然而，静止电极可以有限地形成于板33的某一部分处。例如，板33可以形成有包括导电膜和绝缘膜在内的多层膜。在板33上形成多个允许将声波传输到隔膜36的通孔34。
用于将隔膜36连接到外部信号处理电路的电极30连接到导电膜12上。用于将板33连接到外部信号处理电路的电极38连接到导电膜14上。用于将基板10连接到参考电势端子的电极39连接到基板10上。电极30、38和39例如由铝-硅型导电膜(aluminum silicon type conductive film)19制成。
在隔膜36的正下方的基板10上形成通孔101。通孔101的开口通过安装基板来封闭。通孔101在隔膜36的正下方形成后腔37。后腔37通过形成于导电膜12上的通孔31与大气联通。沿隔膜36的周边方向切开用于支承隔膜36的间隔物35，并形成用于将后腔连接到大气的通道(图中未示出)。
电容式传声器1被固定到安装基板(图中未示出)上，并在将偏压施加于隔膜36和板33上的状态下使用该电容式传声器。当从通孔34而来的声波到达隔膜36时，隔膜36振动。此时，由于经过通孔34的声波通过通孔31进入到后腔101，所以板33基本保持静止状态。就是说，由隔膜36和板33构成的电容器的电容因隔膜36相对于板33的振动而变化。这个电容变化被连接到电极30、38和39的外部信号处理电路转换为电压信号。
由于隔膜36由应力被调整为20MPa或更小的导电膜12形成，所以该隔膜31被以较小的拉力拉伸到间隔物35上。通过降低隔膜36的张力，可以提高电容式传声器1的灵敏度。
当隔膜36接近板33时，隔膜36和板33之间的静电吸引作用(staticattraction acting)增强。此时，当板33被朝向隔膜36吸引而导致弯曲时，产生隔膜36附着到板33上的拉靠现象。根据本发明的实施例，为了提高被拉伸到间隔物32上的隔板33的张力，形成板33的导电膜14的应力被调整为约100MPa，大于形成隔膜36的导电膜12的应力。通过提高板33的张力，能够防止拉靠现象。
图2A至图8B是根据本发明的实施例的电容式传声器1的制造方法的例子的剖视图。
首先，如图2A所示，通过CVD等方法在将成为基板10的单晶硅晶片的表面上沉积作为绝缘膜11的氧化硅膜。绝缘膜11形成支撑隔膜36的间隔物35，并用于将导电膜12与基板10绝缘。
接下来，如图2B所示，通过低压CVD方法在绝缘膜11的表面上沉积将成为隔膜36的导电膜12。如上所述，导电膜12例如为掺杂了高浓度磷酸盐的多晶硅膜。例如，通过原位方法(in-situ)来形成导电膜，该原位方法是在沉积膜的同时将掺杂剂引入膜中。气体(例如，具有0.155的摩尔比的PH3/SiH4)被用作材料。此时，在导电膜12中累积了较强的拉伸应力。
接下来，如图2C所示，形成用于对导电膜12进行图案化的光致抗蚀剂掩模(photo resist mask)17。
然后，如图2D所示，通过以光致抗蚀剂掩模17进行干法蚀刻来去除导电膜12的不需要的部分。由此，可以形成隔膜36的通孔31和用于将隔膜36与电极30、38和39进行连接的布线部。
通过沉积形成的导电膜12中存在晶体缺陷，且这些晶体缺陷在导电膜12中产生应力。因为晶体缺陷可以通过加热来修复，所以通过控制膜的温度和加热时间，可以控制膜的应力。
如图3A所示，在去除了光致抗蚀剂掩模的状态下，进行第一次加热处理以减小将成为隔膜36的导电膜12的应力。在第一加热处理中，残留在隔膜36中的应力不被最终调整，而在第二次加热处理中对为了调整隔膜36的应力的加热条件进行最终设置。当残留在隔膜36应力最终被设置为约20MPa时，有必要在一次灯辐照退火(lamp anneal)中将隔膜36加热到约900℃-925℃(参考图9)。然后，考虑到通过第二次加热处理降低的隔膜36的应力，在第一次加热处理中，例如通过灯辐照退火、经5-15秒将隔膜36加热到850℃-900℃。
接下来，如图3B所示，形成一空间，并在绝缘膜11上形成覆盖导电膜12的绝缘膜13，该绝缘膜13用于在隔膜36和板33之间形成一空间，并用于使形成隔膜36的导电膜12与形成板33的导电膜14绝缘。如上所述，绝缘膜13由氧化硅膜构成，且例如由使用低温气体的CVD方法形成，该低温气体不影响隔膜36的应力。
如图3C所示，在绝缘膜13的表面上沉积将成为板33的导电膜14。如上所述，例如，导电膜14为扩散了高浓度磷酸盐的多晶硅膜。例如，导电膜14由原位方法形成，该原位方法在沉积膜的同时将掺杂剂引入膜中。气体(例如，具有0.1-0.5摩尔比的PH3/SiH4)被用作材料。此时，在导电膜14中累积了较强的拉伸应力。当PH3/SiH4的摩尔比的量级级在10-1的高量级时，可以期望通过加热处理来实现减小应力的效果。
接下来，如图3D所示，形成用于对导电膜14进行图案化的光致抗蚀剂掩模15。
然后，如图4A所示，通过以光致抗蚀剂掩模15进行干法蚀刻来去除导电膜14的不需要的部分。因此，可以形成板33的通孔34和用于将板33与电极38连接的布线部。
其后，如图4B所示，去除光致抗蚀剂掩模15。
接下来，如图4C所示，在工件的整个表面上形成绝缘膜16，该绝缘膜16覆盖氧化硅膜和导电膜14。绝缘膜16例如通过使用低温气体的CVD方法来形成，该低温气体不影响板33的应力和隔膜36的应力。例如，通过等离子CVD的形成方法来形成绝缘膜16，该方法能够在温度为400℃或更低的环境中形成绝缘膜。
然后，如图4D所示，形成用于对绝缘膜16进行图案化的光致抗蚀剂掩模18。
其后，如图5A所示，通过以光致抗蚀剂掩模18进行湿法蚀刻、干法蚀刻或两者的结合来形成连接孔163、161和162，这些连接孔将用于将电极30、38和39分别连接至基板10、将成为隔膜36的导电膜12和将成为板33的导电膜14中的每一个。
接下来，如图5B所示，在去除了光致抗蚀剂掩模18的状态下，形成用于切成片状物的划线(未显示)。于是，在基板10上形成了沟道，在基板上层叠的绝缘膜11、13和16被切成片状物。
通过沉积方法形成的导电膜14中存在晶体缺陷，且这些晶体缺陷在导电膜14中产生应力。因为晶体缺陷可以通过加热来修复，所以通过控制膜的温度和加热时间，可以控制膜的应力。
在形成划线之后和形成电极30、38和39之前，进行第二次加热处理，且隔膜36的应力和板33的应力被调整。在此时进行第二次加热处理的原因如下。当氧化硅膜被加热至高温时，应力从拉伸应力改变为压缩应力。第一原因在于，在将成为基板10的整个晶片被无间隙的氧化硅膜覆盖的条件下，会因压缩应力产生裂纹。而且，第二原因在于，当使用低熔点材料形成电极30、38和39时，在电极30、38和39形成后不可能再加热至高温。
在第二次加热处理中，隔膜36的应力被调整为最终的目标值，且板33的应力被降低。由于板33中的应力高于隔膜36的应力，在第二次加热处理中应用的温度低于第一次加热处理的温度。例如，第一次加热处理的设定温度为850℃-900℃，而第二次加热处理的设定温度为约850℃且加热时间设定为5-15秒。在这样的温度设定下，约100MPa的拉伸应力残留在板33中，且约20MPa的拉伸应力残留在隔膜36中。
接下来，如图5C所示，在工件的整个表面上沉积用于形成电极30、38和39的导电膜19。导电膜19例如是如上所述的铝型膜。
如图5D所示，形成光致抗蚀剂掩膜20以对导电膜19进行图案化。
如图6A所示，通过以光致抗蚀剂掩模20进行湿法蚀刻来去除导电膜19的不需要的部分。
如图6B所示，去除光致抗蚀剂膜20。
接下来，如图6C所示，通过研磨处理去除沉积在基板10的背侧上的导电膜12和14。
然后，如图6D所示，在基板10上形成用于形成通孔101的光致抗蚀剂掩模21。
在这之后，如图7A所示，通过以光致抗蚀剂掩模21进行各向异性蚀刻，从而在基板10上形成通孔101。
其后，如图7B所示，去除光致抗蚀剂掩模21。
接下来，如图7C所示，形成用于对绝缘膜16进行图案化的光致抗蚀剂掩模22。此后，通过以光致抗蚀剂掩模22进行湿法蚀刻，从而去除绝缘膜16的一部分，由此在将成为板33的导电膜14和将成为隔膜36的导电膜12之间的绝缘膜13的部分被暴露出来。
接下来，如图8A所示，通过使用缓冲氢氟酸(buffered hydrofluoric acid)进行湿法蚀刻，从而去除了绝缘膜13的不需要的部分和绝缘膜11的不需要的部分，该绝缘膜13的不需要的部分在光致抗蚀剂掩模22和导电膜14之间通过通孔34暴露，而该绝缘膜11的不需要的部分通过通孔101暴露。因此，可以形成间隔物35和32且在隔膜36和板33之间形成空间。
最终，如图8B所示，当去除光致抗蚀剂掩模22并沿划线(未显示)切割基板10时，便完成了电容式传声器1的制造。
已结合优选实施例对本发明予以描述。本发明不局限于上述实施例。很显本领域的技术人员可以作出各种修改、改进、组合等等。
例如，隔膜36和板33可以由多晶硅以外的比如锗(germanium)、碳等材料构成。而且，例如，扩散到隔膜36和板33中的杂质可以是硼(boron)和砷(arsenic)。而且，本发明除了应用于电容式传声器，还可以应用于压力传感器等。

Claims (9)

1.一种用于制造电容传感器的方法，包括的步骤为：
(a)沉积将成为隔膜的膜，所述隔膜形成移动电极；
(b)把将成为隔膜的膜加热到第一温度；及
(c)沉积将成为板的膜，所述板形成与移动电极相对的静止电极。
2.根据权利要求1所述的用于制造电容传感器的方法，还包括的步骤为：在步骤(c)后，把将成为隔膜的膜和将成为板的膜加热到第二温度。
3.根据权利要求2所述的用于制造电容传感器的方法，其中第二温度低于第一温度。
4.根据权利要求1所述的用于制造电容传感器的方法，还包括的步骤为：
(d)在将成为隔膜的膜和将成为板的膜之间形成氧化硅膜；
(e)将氧化硅膜切成多片；及
(f)把将成为隔膜的膜和将成为板的膜加热到第二温度。
5.根据权利要求4所述的用于制造电容传感器的方法，其中形成氧化硅膜的温度低于第一温度和第二温度。
6.根据权利要求1所述的用于制造电容传感器的方法，其中将成为隔膜的膜和将成为板的膜由相同的材料制成。
7.根据权利要求1所述的用于制造电容传感器的方法，其中将成为隔膜的膜和将成为板的膜为扩散了杂质的多晶膜。
8.根据权利要求7所述的用于制造电容传感器的方法，其中杂质是磷酸盐。
9.一种电容传感器，包括：
隔膜，形成移动电极，由经沉积的膜制成；
板，形成静止电极，与所述移动电极相对，由经沉积的膜制成，和
其中，通过不同的热处理历程来调整隔膜的应力和板的应力。
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