CN101400012A - 振动传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种振动传感器及其制造方法。该振动传感器由基板、具有导电特性的膜片、具有导电特性的板和具有柱形的多个第一分隔物构成，其中多个第一分隔物采用接合板的具有绝缘特性的沉积膜形成以便相对于膜片支撑板，在膜片和板之间具有间隙。可以引入具有柱形的多个第二分隔物和具有柱形的多个第三分隔物，其中多个第二分隔物相对于基板支撑板且在基板和板之间具有间隙，多个第三分隔物相对于基板支撑膜片而且在基板和膜片之间具有间隙。当膜片相对于板振动时，两者之间形成的静电电容改变以便以高灵敏度探测振动。膜片具有多个其轮廓被弯曲的臂使得其居间区域在宽度上减小。

Description

振动传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种振动传感器，更具体地，涉及一种诸如用作MEMS传感器的微型电容式麦克风的波传感器。本发明也涉及振动传感器的制造方法。

背景技术

已经开发了不同类型的振动传感器并且已经在不同的文件例如专利文件1、2、3和非专利文件1中被公开。

专利文件1：日本专利申请公开No.H09-508777

专利文件2：日本专利申请公开No.2004-506394

专利文件3：美国专利No.4776019

非专利文件1：由Japanese Institute of Electrical Engineers发表的题目为“MSS-01-34”的论文

微型电容式麦克风通常被认为是振动传感器的典型类型并且通过半导体器件制造工艺来制造。

电容式麦克风被称为MEMS麦克风(其中MEMS代表Micro ElectroMechanical System)。电容式麦克风的典型实例由基板、膜片(diaphragm)和板构成。用作相对电极的彼此隔开的膜片和板由沉积在基板上的膜构成并被支撑在基板上方。当膜片由于声波相对于板振动时，膜片和板之间的静电电容由于膜片的位移而改变，然后静电电容的变化被转变成电信号。此电容式麦克风(或振动传感器)被设计使得板的外围部分接合绝缘膜。

然而，在板接合绝缘膜的结构中，在膜片或基板与在外围部分接合用作介电层的绝缘膜的板之间产生寄生电容，从而降低了振动传感器的灵敏度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有高灵敏度的振动传感器。

本发明的另一个目的是提供一种振动传感器的制造方法。

在本发明的第一个方面中，振动传感器包括：具有导电特性的膜片；具有导电特性的板，其位于膜片对面；以及多个具有柱形的第一分隔物，该第一分隔物采用接合板的具有绝缘特性的沉积膜形成并且相对于膜片支撑板，膜片和板之间具有间隙，其中当膜片相对于板振动时形成在膜片和板之间的静电电容便改变。

在膜片的不相对于板振动的固定区域中，寄生电容形成在置于彼此相对的膜片和板之间；因此，优选地，在平面图中具有高介电常数(大于空气的介电常数)的每个第一分隔物都被减小面积。也就是说，板由不形成为环形而是形成为柱形的第一分隔物支撑，从而可以减小在膜片和板之间的寄生电容，因而提高灵敏度。第一分隔物的几何形状不必限定为柱形而是也可以形成为平面形状(flat shape)。本发明不需要具有结构闭合形状的支撑物而是需要形成为用于支撑板的任何形状的多个支撑物。通过在板和膜片位于彼此相对的区域中使用绝缘物质来形成板或者膜片，是有可能降低寄生电容的；但是，这样可能导致关于膜片和板中至少一个的膜结构的复杂性。

前述的振动传感器以如下方式制造：多个孔形成在板中；采用板作为掩模进行各向同性蚀刻以便去除沉积膜的一部分，从而在板和膜片之间形成间隙；以及利用剩余的沉积膜形成第一分隔物。由于板被用作蚀刻的掩模以便形成第一分隔物，所以可以减少掩膜的总数，从而降低制造成本。

就是说，优选地，板具有在各向同性蚀刻中允许蚀刻剂从其通过的多个孔，从而同时形成第一分隔物和在板和膜片之间的间隙。

振动传感器还包括基板和多个具有柱形的第二分隔物，第二分隔物采用具有绝缘特性的沉积膜形成并且相对于基板支撑板，在板和基板之间具有间隙，其中当膜片相对于板振动时，膜片和板之间形成的静电电容改变。

考虑到在板和基板通过二者之间的具有高介电常数(大于空气的介电常数)的第二分隔物而位于彼此相对的区域中形成寄生电容，优选地，在平面图中每个第二分隔物被减小面积。即，板由不形成为环形而是形成为柱形的第二分隔物支撑，从而可以降低在基板和板之间的寄生电容，因而提高振动传感器的灵敏度。第二分隔物的几何形状不必限定为柱形而是可以形成为平面形状。本发明不需要具有结构上为闭合形状的支撑物而是需要形成为用于支撑板的任何形状的支撑物。可以通过利用绝缘物质形成接合第二分隔物的板的指定区域来减小在板和基板处于彼此相对且第二分隔物在两者之间的区域中的寄生电容；然而，这将导致板的膜结构的复杂性。

振动传感器以如下方式制造：多个孔形成在板中；采用板作为掩模进行各向同性的蚀刻以便去除沉积膜的一部分，从而在板和膜片之间形成间隙；以及利用沉积膜的剩余部分形成第二分隔物。由于板在第二分隔物的形成中被用作蚀刻的掩模，因此可以减少掩模的数目，从而降低制造成本。

就是说，优选地，板具有在各向同性蚀刻中允许蚀刻剂从其通过的多个孔，从而同时形成第二分隔物以及在板和基板之间的间隙。

在振动传感器中，板的中心和外端之间的距离小于膜片的中心和外端之间的距离。在膜片引起相对较小的振动振幅或基本不引起振动的区域中，膜片和板之间的静电电容改变很少或者基本上不改变。在前述的膜片的外部被固定到其上的膜或其下的膜结构中，将引起很小振幅的振动。设计振动传感器使得板的中心和外端之间的距离小于膜片的中心和外端之间的距离，从而防止膜片的外部位于板的对面。当板和膜片都形成为圆形或当它们在其轮廓中没有凹处(recess)时，需要板的外端位于膜片的外端的内部。当板和膜片都形成为圆形或当它们在其轮廓中没有凹处时，需要板的中心和外端之间的最短距离短于膜片的中心和外端之间的最短距离。即使当板形成为圆形或在其轮廓中不具有凹处并且即使当膜片在其轮廓中具有凹处，也需要板的中心和外端之间的最短距离短于膜片的中心和外端之间的最短距离。振动传感器的前述结构能够减小在膜片和板之间的寄生电容，从而提高灵敏度。关于这一点，通过利用绝缘物质形成膜片的外部或通过利用绝缘物质形成与膜片的外部相对的板的外部区域，有可能减小寄生电容，然而这将导致板和膜片中至少一个的膜结构的复杂性。

可选地，振动传感器还包括具有柱形的多个第三分隔物，该第三分隔物采用接合基板和膜片的具有绝缘特性的沉积膜形成并且其相对于基板支撑膜片，在基板和膜片之间具有间隙。当在膜片和基板通过第三分隔物处于彼此相对的区域中寄生电容形成在膜片和基板之间时，优选地，第三分隔物(其介电常数大于空气的介电常数)的面积尽可能的小。每个分隔物不形成为环形(ring shape)而是形成为柱形，从而膜片被多个第三分隔物支撑；由此，可以减小基板和膜片之间的寄生电容，从而提高灵敏度。第三分隔物的几何形状不必限定为柱形而是可以形成为平面形状。并不需要第三分隔物形成为闭合的壁的结构，而是多个第三分隔物可以形成为用于支撑膜片的任意形状。关于这一点，可以通过利用绝缘材料形成接合第三分隔物的膜片的接合部分来减小在膜片和基板通过第三分隔物处于彼此相对的区域中的膜片和基板之间的寄生电容；但是，这将导致膜片的膜结构的复杂性。

而且，板由中心部分和从中心部分沿径向向外延伸多个臂构成，从而在臂的位置以及在臂之间的切口(cutout)区域中膜片不与板相对。由于从板的中心部分沿径向向外延伸的臂的形成，所以可以减小在膜片和板之间形成的寄生电容。

在本发明的第二个方面中，振动传感器包括：基板；具有导电特性的膜片，其由中心部分和从中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成；具有导电特性的板，其由位于膜片的中心部分对面的中心部分和从板的中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成；用于支撑板的多个板支撑物；以及具有柱形的多个膜片支撑物，其位于在板的臂之间形成的切口之间并且在板的径向上位于板支撑物的外面以便支撑膜片。膜片的每个臂在膜片的圆周方向上的宽度在中心部分和接合部分之间的居间区域中变得最短但在邻近接合部分时变长，其中在接合部分每个臂接合每个膜片支撑物。这里，当膜片相对于板振动时，形成在膜片和板之间的静电电容改变。

在上面，在平面图中膜片的臂与板的臂交替地设置，其中彼此相对布置的以便支持板的板支撑物之间的距离比彼此相对布置的以便支撑膜片的膜片支撑物之间的距离要短。即，接合膜片的臂和基板的膜片支撑物在板的圆周方向上位于板支撑物之间并且在板的径向上位于板支撑物的外部。这增大了板的刚性使其比膜片的刚性相对较大。膜片的臂和膜片支撑物之间的结合强度随着两者之间接合区域的增加而增加；由此，可以增加振动传感器的耐用性。当通过在膜片的径向上增加膜片支撑物的长度来增大接合区域时，膜片的刚性不改变(使得灵敏度没有增加)而不管在膜片支撑物之间的膜片的实质的长度，然而振动传感器会在尺寸上增大。为了克服这样的可能的缺陷，在接合区域，膜片的臂的宽度在其圆周方向上变宽以便使膜片的臂和膜片支撑物之间的接合区域变宽。这使得有可能增大振动传感器的灵敏度和耐用性而不增大其尺寸。膜片支撑物的几何形状不必限定为柱形而是可以形成为平面形状。即，对于膜片支撑物并不需要其具有结构上的闭合的壁结构而是应该形成为用于支撑膜片的任何形状。

膜片的刚性随着膜片的臂的宽度的变短而减小；因此，优选地，膜片的臂的宽度在接合膜片支撑物的接合区域处应该尽量变宽。即，优选地，膜片的臂的宽度在接合膜片支撑物的接合区域处变得最长。

优选地，膜片支撑物的宽度比在膜片支撑物和膜片中心部分之间的居间位置处的膜片的臂的最短宽度要长。

附图说明

将参照下面的附图对本发明的这些和其他目的、方面和实施例进行更详细地描述。

图1是示出具有根据本发明第一实施例的电容式麦克风的MEMS结构的传感器芯片的平面图。

图2是示出电容式麦克风的结构的纵向截面图。

图3是示出包括在电容式麦克风中的膜的层积结构的分解图。

图4A是示出由与电路芯片相连的传感器芯片构成的等效电路的电路图。

图4B是示出由与电路芯片相连的具有保护电极的传感器芯片的等效电路的电路图。

图5是用于解释电容式麦克风的制造方法的第一步骤的截面图。

图6是用于解释电容式麦克风的制造方法的第二步骤的截面图。

图7是用于解释电容式麦克风的制造方法的第三步骤的截面图。

图8是用于解释电容式麦克风的制造方法的第四步骤的截面图。

图9是用于解释电容式麦克风的制造方法的第五步骤的截面图。

图10是用于解释电容式麦克风的制造方法的第六步骤的截面图。

图11是用于解释电容式麦克风的制造方法的第七步骤的截面图。

图12是用于解释电容式麦克风的制造方法的第八步骤的截面图。

图13是用于解释电容式麦克风的制造方法的第九步骤的截面图。

图14是用于解释电容式麦克风的制造方法的第十步骤的截面图。

图15是用于解释电容式麦克风的制造方法的第十一步骤的截面图。

图16是用于解释电容式麦克风的制造方法的第十二步骤的截面图。

图17是用于解释电容式麦克风的制造方法的第十三步骤的截面图。

图18是示出电容式麦克风的结构的一部分的截面图。

图19是示出电容式麦克风的结构的另一部分的截面图。

图20是示出包括在根据本发明第二实施例的电容式麦克风中的膜片的第一变化的平面图。

图21是示出包括在根据本发明第二实施例的电容式麦克风中的膜片的第二变化的平面图。

具体实施方式

将参照附图通过示例对本发明进行更详细的描述。

1.第一实施例

(A)构成

图1示出具有根据本发明第一实施例的电容式麦克风的MEMS结构的传感器芯片。图2概略地示出电容式麦克风的结构。图3示出包括在电容式麦克风1中的膜的层积结构。图18和19详细地示出电容式麦克风1的结构的指定部分。电容式麦克风1具有封装(encapsulating)传感器芯片和电路芯片(包括电源电路和放大电路，未示出)的管壳(package)(未示出)。

电容式麦克风1的传感器芯片由沉积在基板100上的多层膜构成，也就是，下绝缘膜110、下导电膜120、上绝缘膜130、上导电膜160以及表面绝缘膜170。下面将描述包括在电容式麦克风1的MEMS结构中的层积的膜。

基板100由P型单晶硅构成；但是不限于此。应该确定基板100的材料以保证有足够的刚性、厚度和强度来支撑沉积在底部基板(base substrate)上的多层薄膜。具有开口100a的通孔形成在基板100中，其中开口100a对应于后腔C1的开口。

与基板100、下导电膜120和上绝缘膜130接合的下绝缘膜110是由硅的氧化物(SiO_x)构成的沉积膜。下绝缘膜110用于形成多个以圆形方式布置的且彼此之间等间隔的第三分隔物102、多个以圆形方式布置的且彼此之间等间隔的保护分隔物103和环形部分(实际上，具有圆形开口的长方形部分)101，其中多个保护分隔物103位于第三分隔物102之内，环形部分101使保护环125c和保护引线125d与基板100绝缘。

与下绝缘膜110和上绝缘膜130接合的下导电膜120是由整个掺有诸如磷(P)的杂质的多晶硅构成的沉积膜。下导电膜120形成膜片123和保护部分127，保护部分127由保护电极125a、保护连接器125b、保护环125c和保护引线125d构成。

与下导电膜120、上导电膜160以及下绝缘膜110接合的上绝缘膜130是由硅的氧化物构成的沉积膜。上绝缘膜130形成多个以圆形方式布置的且彼此之间间隔指定距离的第一分隔物131和位于第一分隔物131之外的环形部分(实际上是具有圆形开口的矩形部分)132，其支撑蚀刻环161并使板引线162d与保护引线125d绝缘。

与上绝缘膜130接合的上导电膜160是由整个掺有诸如磷(P)的杂质的多晶硅构成的沉积膜。上导电膜160形成板162、板引线162d和蚀刻终止件(etching stopper)161。

与上导电膜160和上绝缘膜130接合的表面绝缘膜170是由具有绝缘特性的硅的氧化物构成的沉积膜。

电容式麦克风1的MEMS结构具有：四个端子125e、162e、123e和100b，其采用焊垫导电膜(pad conductive film)180(其为由具有导电特性的AlSi构成的沉积膜)、凸块膜(bump film)210(其为由具有导电特性的Ni构成的沉积膜)以及凸块防护膜220(其为由具有优良抗腐蚀特性和导电特性的Au构成的沉积膜)形成。端子125e、162e、123e和100b的侧壁通过焊垫防护膜190(其为由具有绝缘特性的SiN构成的沉积膜)和表面防护膜200(其为由具有绝缘特性的硅的氧化物构成的沉积膜)保护。

接着，下面将描述电容式麦克风1的MEMS结构的机械结构。

膜片123采用具有导电特性的薄的单层沉积膜形成并由中心部分123a和从中心部分123a沿径向向外延伸的多个臂123c构成。膜片123被置于与基板100平行并且以基板100和板162之间的指定距离被支撑，而利用具有柱形(pillar shape)的第三分隔物102与板162绝缘，其中第三分隔物102在多个点接合膜片123的外围部分(peripheral portion)。具体地，第三分隔物102在邻近臂123c的末端接合膜片123的臂123c。由于形成在膜片123中的彼此邻近的臂123c之间的切口，所以与前面不具有切口的膜片相比，膜片123的刚性降低了。多个膜孔123b形成在每个臂123c中，由此而降低了其刚性。每个臂123c在朝向膜片123的中心部分123a的方向上逐渐增加宽度。这样便减少了在中心部分123a和每个臂123c之间的边界处的应力的集中。膜片123被设计成使得在靠近与中心部分123a的边界处没有弯曲部分形成在每个臂123c的轮廓(outline)中，从而防止应力在弯曲部分集中。

在后腔C1的开口100a的围绕区域中，第三分隔物102在圆周方向上被布置并且彼此之间等间隔。每个第三分隔物102采用具有绝缘特性的沉积膜形成为柱形。膜片123通过第三分隔物102支撑在基板100上方使得在平面图中其中心部分123a覆盖后腔C1的开口100a。其高度与第三分隔物102的高度或者厚度基本相对应的间隙C2形成在基板100和膜片123之间。需要间隙C2来建立后腔C1的内部压力和大气压力之间的平衡。减小间隙C2的高度并且在膜片123的径向上延长其长度以便在传播声波(用于使膜片123振动)到达后腔C1的开口100a的路径中形成最大的声阻(acousticresistance)。

多个膜片凸块123f形成在膜片123的位于基板100对面的后侧中。膜片凸块123f是用于防止膜片123附着(或粘贴)到基板100的突起。它们采用形成膜片123的下导电膜120的波纹(waviness)形成。由此，微坑(dimple)(或小的凹进(recess))形成在膜片凸块123f的末端上。

膜片123通过从臂123c之一的末端延伸的膜片引线123d连接到膜片端子123e。膜片引线123d采用类似于膜片123的下导电膜120以这样的方式形成，在该方式中膜片引线123d的宽度变得比臂123c的宽度小。膜片引线123d被延长以通过保护环125c的间隙朝向膜片端子123e。如图4A和AB中所示，由于膜片端子123e通过电路芯片(未示出)短接基板端子100b，所以相同的电势被施加到基板100和膜片123。

当基板100的电势不同于膜片123的电势时，寄生电容在基板和膜片123之间产生。这里，膜片123由彼此邻近并且之间具有气隙的第三分隔物102支撑；因此，与其膜片由具有环形壁结构的分隔物支撑的前述电容式麦克风相比，可以减小电容式麦克风1中的寄生电容。

板162采用具有导电特性的薄的单层沉积膜形成并由中心部分162b和多个从中心部分162b沿径向向外延伸的臂162a构成。板162由具有柱形的第一分隔物131支撑，第一分隔物131在多个点接合板162的外围部分。板162被置于与膜片123平行使得在平面图中板162的中心基本匹配膜片123的中心。这里，板162的中心(即，中心部分162b的中心)与中心部分162b的外端之间的距离，即，板162的中心与外围之间的最短的距离，要短于膜片123的中心(即，中心部分123a的中心)与中心部分123a的外端之间的距离，即，膜片123的中心与外围之间的最短的距离。也就是，板162不位于引起小幅振动的膜片123的外围部分对面。切口形成在板162的彼此邻近的臂162a之间；因此，板162在其切口区域并不位于膜片123的外围部分对面。膜片123的臂123c在板162的切口区域中延伸。这样便增大了膜片123的引起振动的有效长度而不增大寄生电容。

多个板孔162c形成在板162中。板孔162c用作用于向膜片123传播声波的通路，并且它们也用作传输用于在上绝缘膜130上进行各向同性蚀刻的蚀刻剂的通孔。蚀刻后上绝缘膜130的剩余部分被用于形成第一分隔物131和环形部分132，而由蚀刻去除的其他部分用于形成膜片123和板162之间的间隙C3。也就是，板孔162c用作允许蚀刻剂(etchant)到达上绝缘膜130的通孔以便同时形成第一分隔物131和间隙C3。为此，考虑到间隙C3的高度、第一分隔物131的形状以及蚀刻速度，板孔162c适当地对齐。具体地，板孔162c彼此之间等距地集体(collectively)形成在中心部分162b和臂162a中，除了与第一分隔物131接合的板162的接合部分以外。随着相邻板孔162c之间的距离变小，是可能减小环形部分132(采用上绝缘膜130形成)的宽度的，从而减小芯片的整个尺寸。另一方面，随着相邻板孔162c之间的距离变小，板162的刚性也变小。

第一分隔物131接合保护电极125a，其中保护电极125a位于与膜片123相同的位置并且其采用形成膜片123的下导电膜120形成。第一分隔物131采用上绝缘膜130形成，即，接合到板162的具有绝缘特性的沉积膜。第一分隔物131彼此之间等距地被布置在后腔C1的开口100a的围绕区域中。由于第一分隔物131位于在膜片123中的彼此相邻的臂123c之间的切口区域中，所以可以将板162的最大直径减小为小于膜片123的最大直径。这样便相对地增加了板162的刚性同时减小在板162和基板100之间的寄生电容。

板162通过多个具有柱形的第二分隔物129支撑在基板100上方，多个第二分隔物129由保护分隔物103、保护电极125a以及第一分隔物131构成。第二分隔物129每个都形成为包括沉积膜的多层结构。间隙C3通过第二分隔物129形成在板162和膜片123之间，从而间隙C2和C3形成在板162和基板100之间。由于保护分隔物103和第一分隔物131的绝缘特性，所以板162与基板100绝缘。

当由于没有保护电极125a而板162的电势不同于基板100的电势时，寄生电容便在平面图中板162和基板100彼此相对的指定区域中产生，其中寄生电容可以通过布置在二者之间的绝缘材料的插设而增大(见图4A)。在本实施例中，具有柱形的第二分隔物129采用保护分隔物103、保护电极125a和第一分隔物131形成，其中它们在物理上彼此绝缘以便将板162支撑在基板100上方。即使缺少保护电极125a，与通过具有环形壁结构的绝缘件将板支撑在基板上方的前述结构相比，也是可以减小本发明的电容式麦克风1的寄生电容的。

多个板凸块162f形成在板162的位于膜片123对面的背侧上。板凸块162f采用接合上导电膜160的氮化硅膜(SiN)和接合该氮化硅膜的多晶硅膜形成。板凸块162f防止膜片123附着(或粘附)到板162。

板引线162d从板162的臂162a的末端向板端子162e延伸，其中板引线162d的宽度小于臂162a的宽度。板引线162d采用形成板162的上导电膜160形成。在平面图中板引线162d的布线路径(wiring path)与保护引线125d的布线路径基本重叠；从而，可以减小形成在板引线162d和基板100之间的寄生电容。

(B)运行

接着，将参照图4A和4B描述电容式麦克风1的整个运行，图4A和4B中的每个示出了包括连接在一起的传感器芯片和电路芯片(circuit chip)的等效电路。包括在电路芯片中的电荷泵(charge bump)P向膜片123施加稳定的偏压(bias voltage)。电容式麦克风1的灵敏度随着偏压的增加而增加，其中膜片123和板162之间可能容易发生附着(或粘附)。为此，在设计电容式麦克风1的MEMS结构时，板的刚性是重要因素。

声波(从管壳的通孔中进入，未示出)传输通过板孔162c以及板162的臂162a之间的切口区域以便到达膜片123。由于同相的声波既沿着板162的表面传播也沿着板162的后侧传播，所以板162基本上不会振动。到达膜片123的声波使膜片123相对于板162振动。当膜片123由于声波振动时，由相对的电极(对应于膜片123和板162)构成的平行板电容器的静电电容改变。静电电容的改变被转换成电信号，然后该电信号被包括在电路芯片中的放大器A放大。由于传感器芯片的高阻抗输出，所以放大器A应该有必要安装在管壳中。

由于膜片123与基板100短接，所以在不包括在保护部分127中的保护电极125a的图4A的电路中，寄生电容形成在基板100和板162(其相对地并不振动)之间。在图4B的电路中，放大器A的输出端子连接到保护部分127以便形成采用放大器A的电压跟随(voltage-follower)电路，从而可以避免产生在板162和基板100之间的寄生电容。由于保护电极125a在指定区域中布置在基板100和板162的臂162a之间，在该指定区域中臂162a在平面图中位于基板100的对面，所以可以减小基板100和板162的臂162a之间的寄生电容。由于在平面图中板引线162d(其从板162的臂162a延伸)位于基板100的对面的区域中保护引线125d(其从与保护电极125a连接在一起的保护环125c向保护端子125e延伸)的布线，所以在板引线162d和基板100之间没有形成寄生电容。在膜片123的围绕区域中，保护环125c基本上以两者之间最短的距离与保护电极125a连接在一起。通过增大保护电极125a的长度使其长于板162的臂162a的长度，可以进一步降低寄生电容。

可以将电路芯片的组成元件例如电荷泵P和放大器A合并到传感器芯片中，从而形成具有单芯片结构的电容式麦克风1。

(C)制造方法

接着，将参照图5到17描述电容式麦克风1的制造方法。

在图5中示出的制造方法的第一步骤中，由硅的氧化物构成的下绝缘膜110完全形成在基板100的表面上。接着，采用光致抗蚀剂掩模蚀刻下绝缘膜110以便形成用于形成膜片凸块123f的微坑110a。然后，由多晶硅构成的下导电膜120通过CVD(即，化学气相沉积)形成在下绝缘膜110的表面上。由此，膜片凸块123f形成在微坑110a上。最后，采用光致抗蚀剂掩模蚀刻下导电膜120以便形成膜片123和保护部分127，两者都采用下导电膜120形成。

在图6中示出的制造方法的第二步骤中，由硅的氧化物构成的上绝缘膜130完全形成在下绝缘膜110和下导电膜120的表面上。接着，采用光致抗蚀剂掩模进行蚀刻以便形成在上绝缘膜130中的微坑130a(用于形成板凸块162f)。

在图7中示出的制造方法的第三步骤中，板凸块162f采用多晶硅膜135和氮化硅膜136形成在上绝缘膜130的表面上。由于在通过已知的方法图案化多晶硅膜135后形成氮化硅膜136，所以多晶硅膜135的从微坑130a突出的所有的暴露部分都被氮化硅膜136覆盖。氮化硅膜136是防止膜片123与附着(或粘附)的板162短路的绝缘膜。

在图8中示出的制造方法的第四步骤中，由多晶硅构成的上导电膜160通过CVD形成在上绝缘膜130的被暴露的表面和氮化硅膜136的表面上。接着，采用光致抗蚀剂掩模蚀刻上导电膜160从而形成板162、板引线162d和蚀刻终止件161。在此步骤中，板孔162c没有形成在板162中。

在图9中示出的制造方法的第五步骤中，接触孔CH1、CH3和CH4形成在上绝缘膜130中；随后，由硅的氧化物构成的表面绝缘膜170形成在整个表面上。此外，采用光致抗蚀剂掩模蚀刻表面绝缘膜170从而形成接触孔CH2并同时去除残留在接触孔CH1、CH3和CH4的底部的表面绝缘膜170的指定部分。接着，由AlSi构成的焊垫导电膜180被形成并嵌入在接触孔CH1、CH3、CH2和CH4中。然后，根据已知的方法对焊垫导电膜180进行图案化以便留下覆盖接触孔CH1、CH3、CH2和CH4的指定部分。此外，由氮化硅构成的焊垫防护膜190通过CVD形成在表面绝缘膜170和焊垫导电膜180上。然后，通过已知的方法对焊垫防护膜190进行图案化，从而剩下在焊垫导电膜180的围绕区域中的其的指定部分。

在图10中示出的制造方法的第六步骤中，采用光致抗蚀剂掩模进行各向异性蚀刻以便形成对应于板孔162c的孔170a，从而在上导电膜160中形成板孔162c。此步骤连续地进行使得具有孔170a的表面绝缘膜170用作上导电膜160的光致抗蚀剂掩模。

在图11中示出的制造方法的第七步骤中，由硅的氧化物构成的表面防护膜200形成在表面绝缘膜170和焊垫防护膜190的表面上。在此步骤中，表面防护膜200部分地嵌入在表面绝缘膜170的孔170a和板孔162c中。

在图12中示出的制造方法的第八步骤中，由Ni构成的凸块膜210形成在嵌入在接触孔CH1、CH3、CH2和CH4的焊垫导电膜180的指定部分上。然后，由Au构成的凸块防护膜220形成在凸块膜210的表面上。在此步骤中，基板100的背面被抛光以便定义基板100的所需要的厚度。

在图13中示出的制造方法的第九步骤中，采用光致抗蚀剂掩模在表面防护膜200和表面绝缘膜170上进行蚀刻以便形成暴露蚀刻终止件161的通孔H5。

通过前述步骤完成了关于基板100表面侧的膜的形成工艺。在完成基板100的表面侧中的膜的形成工艺后，具有通孔H6(用于形成后腔C1)的光致抗蚀剂掩模R1在图14中示出的制造方法的第十步骤中形成在基板100的背面上。

接着，在图15中示出的制造方法的第十一步骤中，进行深度RIE(Deep-RIE，其中RIE代表反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching))以便形成基板100中的通孔，其中下绝缘膜110用作蚀刻终止件。

在图16中示出的制造方法的第十二步骤中，去除光致抗蚀剂掩模R1，然后使通孔(其通过深度RIE在基板100中粗糙地形成)的壁表面100c光滑。

在图17中示出的制造方法的第十三步骤中，采用光致抗蚀剂掩模R2和缓冲氢氟酸(BHF，buffered hydrofluoric acid)进行各向同性蚀刻，表面防护膜200和表面绝缘膜170从板162和板引线162d被去除。此外，通过部分去除上绝缘膜130形成环形部分132、第一分隔物131和间隙C3。而且，通过部分去除下绝缘膜110，形成保护分隔物103、第三分隔物102、环形部分101以及间隙C2。此时，用作蚀刻剂的BHF进入光致抗蚀剂掩模R2的通孔H6和基板100的开口100a中。上绝缘膜130的轮廓由板162和板引线162d限定。也就是，环形部分132和第一分隔物131通过板162和板引线162d的自对准(self-alignment)形成。如图18所示，底切(undercut)通过各向同性蚀刻形成在环形部分132和第一分隔物131的边缘上。下绝缘膜110的轮廓由基板100的开口100a、膜片123、膜片引线123d、保护电极125a、保护连接器125b和保护环125c限定。也就是，保护分隔物103和第三分隔物102通过膜片123的自对准形成。此外，底切通过各向同性蚀刻形成在保护分隔物103和第一分隔物131的边缘上(见图18和19)。由于保护分隔物103和第一分隔物131在此步骤中形成，所以用于将板162支撑在基板100上的第二分隔物129被形成，除了保护电极125a之外。

最后，光致抗蚀剂掩模R2被去除，然后基板100被划片，从而完成电容式麦克风1的传感器芯片的制造。其后，传感器芯片和电路芯片接合到管壳的基板上；通过引线连接(wire bonding)将前述的端子连接在一起；然后，管壳盖(未示出)安装在管壳的基板上；从而可以以密封的方式关闭在基板100的背面的后腔C1。

2.第二实施例

本发明的第二实施例旨在参照图1到19描述的电容式麦克风1，其中第三分隔物102被称为膜片支撑物102，第二分隔物129被称为板支撑物129，第一分隔物131被称为板分隔物。

如第一实施例中所述，在第一实施例中，能够通过增加板162的刚性增加灵敏度，而且可以减小膜片123的刚性、减小在膜形成工艺期间产生的应力以及通过利用柱结构(pillar structure)支撑膜片123来减少寄生电容。但是，采用柱子结构制支撑其膜片123的“微型”电容式麦克风1可能在实现足够的耐用性上具有困难。在此意义上，设计第二实施例以在基本上不增大电容式麦克风1的尺寸的前提下增大采用柱结构支撑膜片123的电容式麦克风1的灵敏度和耐用性。

由于根据第二实施例的电容式麦克风1具有与第一实施例基本相同的构成，所以对其详细的描述将不再重复，但是第二实施例可以通过下面的描述更详细地说明。

膜片123的每个臂123c在臂123c接合膜片支撑物102的每个接合区域处增加宽度并在膜片123的圆周方向上延长长度。具体地，在离开中心部分123a的方向上，膜片123的每个臂123c在靠近中心部分123a处宽度变窄，而在靠近或朝向每个膜片支撑物102处它变得较宽。也就是，在膜片123的圆周方向上，臂123c的宽度在中心部分123a和膜片支撑物102之间的居间区域中变得最短而在臂123c接合膜片支撑物102的区域中变得较长。为此，可以增大耐用性而且增加在膜片123和膜片支撑物102之间的整个接合区域(joint area)而基本上不增大膜片123的总半径。由于臂123c的宽度(位于膜片123的圆周方向上)在臂123c接合膜片支撑物102的区域中变得最长，所以可以保证膜片123的高的接合强度而且减小膜片123的刚性。

此外，膜片支撑物102位于板162的臂(或接合部分)162a之间并在板162的径向上在板支撑物129的外面。与板162的刚性相比，这样减小了膜片123的刚性。膜片支撑物102的宽度(在膜片123的圆周方向上)比位于膜片123的中心部分123a和膜片支撑物102之间的区域中的臂123c的宽度长。从而，可以保证在膜片123的臂123c和膜片支撑物102之间足够的接合强度。间隙C2形成在基板100和膜片123之间，其高度基本上匹配膜片支撑物102的厚度。如以上所述，需要间隙来建立后腔C1的内部压力和大气压力之间的平衡。

第二实施例的电容式麦克风1的全部运行与参照图4A和4B描述的第一实施例的相同；因此，将不再重复对其的描述。

第二实施例的电容式麦克风1的制造方法与参照图5到17描述的第一实施例的相同；因此，将不再重复对其的描述。

适合于第二实施例的膜片123与图1和3中示出的第一实施例的膜片相同；但第二实施例提供了膜片123的变化，将在下面对其进行描述。

图20和21示出了膜片123的变化，其中在膜片123中彼此邻近的臂123c的轮廓平滑地接合中心部分123a的轮廓，并且在膜片123的圆周方向上每个都向内弯曲。具体地，图20示出膜片123的第一种变化，其中其轮廓在中心部分123a和臂123c的接合膜片支撑物102的接合区域之间无缝地(seamlessly)弯曲而没有弯曲部分，其中可以减小在膜片123的臂123c处的应力集中，从而臂123c不容易弯曲。图21示出膜片123的第二种变化，其中膜片123的轮廓在臂123c和中心部分123a之间平滑地延伸(continue)。在图20和21中，膜片孔123b并不在膜片123的圆周方向上布置，从而可以减小在臂123c处应力的集中，由此臂123c几乎不弯曲。

在第一实施例和第二实施例中，前述材料和尺寸只是说明性的而不是限制性的，其中关于添加、删除和在制造中改变步骤的顺序的描述，对于本领域的技术人员是明显的，但是为了说明的简洁性而被省略了。例如，并不必将膜构成、膜形成方法、膜的轮廓形成方法以及制造中的步骤的顺序局限在以上所描述的那些，而是可以在考虑到具有所需特性的膜的材料的组合、膜的厚度、用于限定膜的轮廓的所需的精度等的前提下而对其进行合适地选取。

最后，不必将本发明限制到第一实施例和第二实施例以及其变化，而是可以在由附加的权利要求所限定的本发明的范围内对它们做进一步地修改。

本申请要求日本专利申请No.2007-256905和日本专利申请No.2007-256906的优先权，二者的内容以参考方式合并在此。

Claims (20)

1.一种振动传感器，其包括：

由具有导电特性的沉积膜构成的膜片；

由具有导电特性的沉积膜构成的板，其位于所述膜片对面；以及

多个具有柱形的第一分隔物，其采用接合所述板的具有绝缘特性的沉积膜形成并且相对于所述膜片支撑所述板，所述膜片和所述板之间具有间隙，

其中，当所述膜片相对于所述板振动时，形成在所述膜片和所述板之间的静电电容改变。

2.一种用于制造振动传感器的制造方法，所述振动传感器包括：具有导电特性的膜片；具有导电特性的板；多个具有柱形的第一分隔物，其采用具有绝缘特性的沉积膜形成以便相对于所述膜片支撑所述板且所述膜片和所述板之间具有间隙，所述制造方法包括步骤：

形成具有多个孔的所述板；

采用所述板作为掩模进行各向同性蚀刻以便去除所述沉积膜的一部分，从而在所述板和所述膜片之间形成所述间隙；以及

利用所述沉积膜的剩余部分形成所述第一分隔物。

3.如权利要求1所述的振动传感器，其中多个孔形成在所述板中以便允许蚀刻剂在各向同性蚀刻中从其中通过，从而同时形成所述第一分隔物以及在所述板和所述膜片之间的所述间隙。

4.一种振动传感器，其包括：

基板；

由具有导电特性的沉积膜构成的膜片；

由具有导电特性的沉积膜构成的板，其位于所述膜片对面；以及

多个具有柱形的第二分隔物，其采用接合所述基板和所述板的具有绝缘特性的沉积膜形成并且相对于所述基板支撑所述板，所述板和所述基板之间具有间隙，

其中，当所述膜片相对于所述板振动时，形成在所述膜片和所述板之间的静电电容改变。

5.一种用于制造振动传感器的制造方法，该振动传感器包括：基板；具有导电特性的膜片；具有导电特性的板；以及多个具有柱形的第二分隔物，其采用具有绝缘特性的沉积膜形成并且相对于所述基板支撑所述板，所述板和所述基板之间具有间隙，所述制造方法包括步骤：

在所述板中形成多个孔；

采用所述板作为掩模进行各向同性蚀刻以便去除所述沉积膜的一部分，从而形成在所述板和所述基板之间的所述间隙；以及

利用所述沉积膜的剩余部分形成所述第二分隔物。

6.如权利要求4所述的振动传感器，其中多个孔形成在所述板中以便允许蚀刻剂在各向同性蚀刻中从其中通过，从而同时形成所述第二分隔物和在所述板和所述基板之间的所述间隙。

7.一种振动传感器，包括：

由具有导电特性的沉积膜构成的膜片；以及

由具有导电特性的沉积膜构成的板，其位于所述膜片对面，

其中所述板的中心和外端之间的距离小于所述膜片的中心和外端之间的距离，并且

其中，当所述膜片相对于所述板振动时，形成在所述膜片和所述板之间的静电电容改变。

8.一种振动传感器，包括：

基板；

由具有导电特性的沉积膜构成的膜片；

由具有导电特性的沉积膜构成的板，其位于所述膜片对面；以及

多个具有柱形的第三分隔物，其采用接合所述基板和所述膜片的具有绝缘特性的沉积膜形成并且相对于所述基板支撑所述膜片，所述基板和所述膜片之间具有间隙，

其中，当所述膜片相对于所述板振动时，形成在所述膜片和所述板之间的静电电容改变。

9.如权利要求1所述的振动传感器，其中所述板由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成。

10.如权利要求3所述的振动传感器，其中所述板由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成。

11.如权利要求4所述的振动传感器，其中所述板由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成。

12.如权利要求6所述的振动传感器，其中所述板由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成。

13.如权利要求7所述的振动传感器，其中所述板由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成。

14.如权利要求8所述的振动传感器，其中所述板由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成。

15.一种振动传感器，其包括：

基板；

由具有导电特性的沉积膜构成的膜片，其由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成；

由具有导电特性的沉积膜构成的板，其由位于所述膜片的中心部分对面的中心部分和从所述板的所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成；

用于支撑所述板的多个板支撑物；以及

多个具有柱形的膜片支撑物，其位于在所述板的所述臂之间形成的切口部分之间，并且在所述板的径向上，其位于所述板支撑物的外面，从而支撑所述膜片，

其中在所述膜片的圆周方向上，所述膜片的每个臂的宽度在所述膜片的所述中心部分和接合部分之间的居间区域中变得最短但在邻近所述接合部分处变长，其中在所述接合部分每个臂接合每个膜片支撑物，以及

其中，当所述膜片相对于所述板振动时，形成在所述膜片和所述板之间的静电电容改变。

16.如权利要求15所述的振动传感器，其中所述膜片的每个臂的宽度在所述接合部分最长，在所述接合部分每个所述臂接合每个所述膜片支撑物。

17.如权利要求15所述的振动传感器，其中在所述膜片的圆周方向上，每个所述膜片支撑物的宽度长于所述膜片的中心部分和所述接合部分之间的居间部分处的每个臂的最短宽度。

18.如权利要求16所述的振动传感器，其中在所述膜片的圆周方向上，每个所述膜片支撑物的宽度长于所述膜片的所述中心部分和所述接合部分之间的居间部分处的每个臂的最短宽度。

19.如权利要求4所述的振动传感器，其还包括具有柱形的多个第一分隔物，其采用接合所述板的具有绝缘特性的沉积膜形成并且相对于所述膜片支撑所述板，所述膜片和所述板之间具有间隙。

20.如权利要求4所述的振动传感器，其中所述膜片由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成，所述板由中心部分和从所述中心部分沿径向向外延伸的多个臂构成，

所述振动传感器还包括：

用于支撑所述板的多个板支撑物，以及

多个具有柱形的膜片支撑物，其位于在所述板的所述臂之间形成的切口之间，并且在所述板的径向上，其位于所述板支撑物的外面，从而支撑所述膜片，

其中在所述膜片的圆周方向上，所述膜片的每个臂的宽度在所述中心部分和接合部分之间的居间区域中变得最短但在邻近所述接合部分处变长，其中在所述接合部分每个臂接合每个所述膜片支撑物。

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