CN102238461B - 声音传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种声音传感器，不使梁部的强度及隔膜的支承强度降低，而能够加长梁部的未由锚件固定的部分的长度。在硅基板(32)的上面，在由多晶硅构成的第一牺牲层(48)的延伸部(48a)上经由由氧化硅膜构成的第二牺牲层(47)形成有由多晶硅构成的隔膜(33)的梁部(36a)。延伸部(48a)形成在梁部(36a)的除前端部之外的区域下。从设于硅基板(32)的背室(35)蚀刻除去延伸部(48a)，在梁部(36a)的下面的除前端部之外的区域形成空洞部(50)后，进一步蚀刻除去第二牺牲层(47)。此时，在梁部(36a)的前端部下面残留第二牺牲层(47)作为锚件(37)。
Description
技术领域
本发明涉及声音传感器及其制造方法。具体而言，涉及MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)方式的声音传感器、和MEMS技术的声音传感器的制造方法。
背景技术
作为小型传声器，使用驻极体电容传声器和MEMS传声器，但本发明涉及使用MEMS技术制造的MEMS传声器中使用的声音传感器(传声器芯片)。首先，对与本发明相关联的现有的声音传感器进行说明。
(现有的一般的MEMS方式的声音传感器)
图1(A)是MEMS方式的现有的声音传感器11的对角方向的剖面图(图1(B)的X-X线剖面图)，图1(B)是声音传感器11的除去了背板的状态下的俯视图。声音传感器11主要通过由单晶硅构成的硅基板12、由多晶硅构成的隔膜13、背板14形成。硅基板12上开设有贯通其表面背面的背室15，在硅基板12的上面以覆盖背室15的上方的方式设有隔膜13。隔膜13形成大致矩形状，从各角部朝向对角方向外侧延伸出梁部16。各梁部16通过各自下面设置的锚件(アンカ一)17固定于硅基板12的上面，隔膜13通过锚件17从硅基板12的上面浮起。
隔膜13由固定于硅基板12的上面的背板14覆盖，在背板14上开设有多个用于使声音振动通过的声孔18(声音孔)。另外，背板14在由SiN构成的刚性高的板部19的内面设有由多晶硅构成的固定电极膜20。
该声音传感器11使用MEMS技术例如通过图2(A)～图2(D)的制造工序制造(图2以后的剖面图中为便于理解而往往省略朝向剖面表现的线)。首先，如图2(A)所示，在硅基板12的上面层叠牺牲层21(SiO2层)，在其上成膜多晶硅薄膜，以成为规定的隔膜形状的方式蚀刻多晶硅薄膜，形成隔膜13。
接着，在隔膜13及牺牲层21上进一步层叠牺牲层21(SiO2层)，并通过牺牲层21将隔膜13覆盖，与背板14的内面形状相一致地蚀刻牺牲层21。然后，在牺牲层21上成膜多晶硅层，以将该多晶硅层形成为规定的固定电极膜形状的方式进行蚀刻，从而形成固定电极膜20。之后，如图2(B)所示，在固定电极膜20及牺牲层21上层叠SiN层，以该SiN层为规定形状的方式进行蚀刻，从而形成板部19。在由板部19和固定电极膜20构成的背板14上开设多个声孔18。
接着，如图2(C)所示，从下面侧选择性地蚀刻硅基板12的中央部，使背室15贯通硅基板12，在背室15的上面露出牺牲层21。
之后，通过背板14的声孔18及硅基板12的背室15等湿式蚀刻牺牲层21，如图2(D)所示，仅将梁部16之下的牺牲层21作为锚件17残留，除去其它牺牲层21。其结果是，隔膜13通过锚件17从硅基板12的上面浮起，以在背室15之上可进行膜振动的方式被支承，在固定电极膜20与隔膜13之间形成空气间隙。
在这种声音传感器11中，为增大声压带来的隔膜13的位移而使隔膜13高灵敏度化，使梁部16从隔膜13延伸，利用通过残留牺牲层的一部分而形成的锚件17将梁部16固定于硅基板12上。为使隔膜13进一步高灵敏度化，优选加长梁部16，同时使锚件17位于远离背室15边缘的位置，加长梁部16中未由锚件17固定的部分的长度。
但是，如图3(A)中箭头所示，利用从声孔18侵入的蚀刻液及从背室15导入的蚀刻液蚀刻牺牲层21，如图3(B)所示，利用梁部16之下残留的牺牲层21形成锚件17。因此，即使加长梁部16，锚件17也变长，也不能加长梁部16的未由锚件17固定的部分的长度。另外，当以使锚件17位于远离背室15边缘的位置的方式加长蚀刻时间时，如图3(C)所示，也从侧面蚀刻梁部16之下的牺牲层21，锚件17变得细短，而不能由锚件17支承梁部16。
(专利文献1的声音传感器)
作为加长梁部的未由锚件固定的部分的长度的声音传感器，有公开于专利文献1中的技术。专利文献1的声音传感器中，通过在梁部中未由锚件固定的部分开设多个通孔，且增大梁部的端部的面积，从而加长梁部的未由锚件固定的部分的长度。以下，将问题点分成在梁部中未由锚件固定的部分开设通孔的情况的问题点和增大梁部的端部的面积的问题点进行说明。
图4(B)及图4(C)是示意性表示在未由锚件17固定的部分开设有多个通孔22的梁部16的剖面图及俯视图。如果在梁部16开设通孔22，则在蚀刻牺牲层21时，如图4(A)所示，通过从通孔22侵入的蚀刻液蚀刻梁部16的下面的牺牲层21。因此，仅在未开设通孔22的端部残留牺牲层21，如图4(B)及图4(C)所示，在梁部16的端部形成锚件17。
但是，这样在梁部16开设通孔22的情况下，导致梁部16的功能强度降低，在坠落试验时及组装有声音传感器的设备掉落时等可能使梁部16破损。
接着，图5(A)及图5(B)是示意性表示增大了端部23的面积的梁部16的剖面图及俯视图。根据这种构造，即使在梁部16中的端部以外的区域除去了牺牲层后，由于在端部23仍残留牺牲层，所以也可以在隔膜13的端部23形成锚件17。
但是，在这种构造中，由于梁部16的面积增大，所以阻碍了声音传感器的小型化。另外，由于必须要完全除去端部23以外的牺牲层，所以相比端部23的面积，锚件17的面积减小，隔膜13的支承可能变得不稳定。
专利文献1：(日本)特开2009-89097号公报
发明内容
本发明是鉴于上述技术的课题而创立的，其目的在于，提供一种不使梁部的强度及隔膜的支承强度降低而可以加长梁部的未由锚件固定的部分的长度的声音传感器。
本发明第一方面提供一种声音传感器的制造方法，该声音传感器具备：具有背室的半导体基板；配设于所述半导体基板的上方的振动薄膜；设于所述半导体基板的上面的锚件；从所述振动薄膜一体地延伸且通过所述锚件支承其前端部的梁部；隔开空间以覆盖所述振动薄膜及所述梁部的方式固定于所述半导体基板的上面的背板，将所述振动薄膜检测到的声音振动变换为设于所述背板的固定电极膜与所述振动薄膜之间的静电电容的变化，其特征在于，该声音传感器的制造方法具有如下的工序：即、在所述半导体基板的表面与所述振动薄膜及所述梁部的下面之间形成第一牺牲层和第二牺牲层，而且，由所述第二牺牲层覆盖所述振动薄膜及所述梁部的上面，在由所述第一牺牲层及第二牺牲层构成的牺牲层内设置所述振动薄膜及所述梁部；在所述牺牲层上形成所述背板；在所述半导体基板形成所述背室；通过蚀刻除去所述第一牺牲层；在蚀刻除去所述第一牺牲层之后，通过蚀刻除去所述第二牺牲层的一部分，并利用残留的第二牺牲层在所述梁部的前端部下面与所述半导体基板的表面之间形成所述锚件。
本发明第一方面的声音传感器的制造方法中，通过预先蚀刻除去第一牺牲层，可以在牺牲层内形成空洞部，因此，通过从该空洞部向任意的位置导入蚀刻液，可以控制第二牺牲层的蚀刻部位。因此，可以在梁部的前端部设置锚件，可以加长梁部中未由锚件固定的区域，可以使声音传感器的灵敏度提高。而且，如在梁部开设有通孔的现有例那样也不会使梁部的强度降低，另外，如增大了梁部的前端部的面积的现有例那样也会使梁部的支承稳定。
本发明第一方面的声音传感器的制造方法的某实施方式，其特征在于，在从垂直于所述半导体基板的表面的方向观察时，所述第一牺牲层形成在所述梁部的除前端部下面且至少在所述梁部的前端部以外的区域。根据这种实施方式，通过蚀刻除去第一牺牲层，可以在梁部的前端部以外的区域形成空洞，因此，即使在加长梁部的长度的情况下，也能够容易地在梁部的前端部形成锚件。
本发明第一方面的声音传感器的制造方法的其它实施方式，其特征在于，所述第一牺牲层以不与所述振动薄膜及所述梁部接触的方式形成。根据这种实施方式，在蚀刻第一牺牲层时不会蚀刻振动薄膜及梁部。因此，作为第一牺牲层，可以使用与振动薄膜及梁部相同的材料。
本发明第一方面的声音传感器的制造方法的再其它实施方式，其特征在于，所述第一牺牲层以不与所述半导体基板接触的方式形成。根据这种实施方式，在蚀刻第一牺牲层时，不会蚀刻半导体基板的表面，不会使声音传感器的特性降低。
另外，本发明第一方面的声音传感器的制造方法中，所述半导体基板为硅基板时，作为第一牺牲层优选使用多晶硅或非晶硅。另外，作为第二牺牲层优选使用氧化硅膜或氮化硅膜。
本发明第二方面提供一种声音传感器的制造方法，该声音传感器具备：具有背室的半导体基板；配设于所述半导体基板的上方的振动薄膜；设于所述半导体基板的上面的锚件；从所述振动薄膜一体地延伸且通过所述锚件支承其前端部的梁部；隔开空间以覆盖所述振动薄膜及所述梁部的方式固定于所述半导体基板的上面的背板，将所述振动薄膜检测到的声音振动变换为设于所述背板的固定电极膜与所述振动薄膜之间的静电电容的变化，其特征在于，该声音传感器的制造方法具有如下的工序：即、以通过第二牺牲层覆盖所述梁部的下面或所述半导体基板的与所述梁部相对的区域中至少一方的方式、在所述半导体基板的表面与所述振动薄膜及所述梁部的下面之间形成第一牺牲层和第二牺牲层，而且，利用与所述第一牺牲层相同的材料和所述第一牺牲层分离，而在所述梁部的前端部与所述半导体基板之间形成锚件层，进而通过所述第二牺牲层覆盖所述振动薄膜及所述梁部的上面，在由所述第一牺牲层及第二牺牲层构成的牺牲层内设置所述振动薄膜及所述梁部；在所述牺牲层上形成所述背板；在所述半导体基板形成所述背室；通过蚀刻除去所述第一牺牲层；在蚀刻除去所述第一牺牲层之后，通过蚀刻除去所述第二牺牲层的一部分，并利用残留的第二牺牲层和所述锚件层在所述梁部的前端部下面与所述半导体基板的表面之间形成所述锚件。
在本发明第二方面的声音传感器的制造方法中，通过预先蚀刻除去第一牺牲层，可以在牺牲层内形成空洞部，因此，通过从该空洞部向任意的位置导入蚀刻液，可以控制第二牺牲层的蚀刻部位。因此，可以在梁部的前端部设置锚件，可以加长梁部中未由锚件固定的区域，可以使声音传感器的灵敏度提高。而且，由于锚件层为与第一牺牲层相同的材料，所以可以同时形成第一牺牲层，可以使第二牺牲层的表面平坦，且可以使梁部平坦，可以提高梁部的强度。另外，由于锚件的高度增大，从而可以减小锚件的寄生电容。
本发明第二方面的声音传感器的制造方法的某实施方式，其特征在于，在从垂直于所述半导体基板的表面的方向观察时，所述第一牺牲层形成在所述梁部的除前端部下面且至少在所述梁部的前端部以外的区域。根据这种实施方式，通过蚀刻除去第一牺牲层，可以在梁部的前端部以外的区域形成空洞，因此，即使在加长梁部的长度的情况下，也能够容易地在梁部的前端部形成锚件。
另外，本发明第二方面的声音传感器的制造方法中，所述半导体基板为硅基板时，作为第一牺牲层优选使用多晶硅或非晶硅。另外，作为第二牺牲层优选使用氧化硅膜或氮化硅膜。
本发明提供一种声音传感器，该声音传感器具备：具有背室的半导体基板；配设于所述半导体基板的上方的振动薄膜；设于所述半导体基板的上面的锚件；从所述振动薄膜一体地延伸且通过所述锚件支承其前端部的梁部；隔开空间以覆盖所述振动薄膜及所述梁部的方式固定于所述半导体基板的上面的背板，将所述振动薄膜检测到的声音振动变换为设于所述背板的固定电极膜与所述振动薄膜之间的静电电容的变化，其特征在于，所述锚件的构成包括：设于所述半导体基板的上面的由非导电性材料构成的下锚件层；设于所述梁部的前端部下面的由非导电性材料构成的上锚件层；由与所述上锚件层及所述下锚件层不同的材料形成且被夹在所述上锚件层和所述下锚件层之间的中央锚件层。
本发明的声音传感器中，将锚件设为三层构造，因此，可以提高锚件的高度，可以减小锚件的寄生电容，且可以减轻寄生电容带来的声音传感器的灵敏度降低。
另外，本发明的声音传感器中，所述半导体基板为硅基板时，作为第一牺牲层优选使用多晶硅或非晶硅。另外，作为第二牺牲层优选使用氧化硅膜或氮化硅膜。
另外，用于解决本发明的所述课题的发明具有适宜组合以上说明的构成要素的特征，本发明可以通过这种构成要素的组合进行更多的变化。
附图说明
图1(A)是现有的声音传感器的剖面图，图1(B)是现有的声音传感器的除去了背板的状态的俯视图；
图2(A)～图2(D)是表示现有的声音传感器的制造方法之一例的剖面图；
图3(A)及图3(B)是说明在图2的制造方法中在隔膜的梁部之下形成锚件的形态的概略图，图3(C)是表示延长牺牲层的蚀刻时间并减小了锚件的状态的俯视图；
图4(A)是说明在专利文献1公开的声音传感器中在开设有通孔的梁部之下形成锚件的形态的概略图，图4(B)及图4(C)是表示通过该方法形成的梁部的剖面图及俯视图；
图5(A)及图5(B)是表示专利文献1中公开的声音传感器的端部增大了的梁部的剖面图及俯视图；
图6是本发明实施方式1的声音传感器的局部分解后的立体图；
图7是实施方式1的声音传感器的对角方向的剖面图；
图8是表示实施方式1的声音传感器的具体的方式的俯视图，并将其局部放大一其表示；
图9(A)是同上的声音传感器的去除了板部的状态的俯视图，图9(B)是同上的声音传感器的去除了背板的状态的俯视图，图9(C)是同上的声音传感器的去除了背板及隔膜的状态的俯视图；
图10(A)～图10(D)是用于说明实施方式1的声音传感器的制造工序的概略剖面图；
图11(A)～图11(C)是用于说明实施方式1的声音传感器的制造工序的概略剖面图，表示接着图10(D)的工序；
图12(A)～图12(C)是用于说明实施方式1的声音传感器的制造工序的概略剖面图，表示接着图11(C)的工序；
图13(A)是图10(A)的工序的概略俯视图，图13(B)是图10(B)的工序的概略俯视图，图13(C)是图10(C)的工序的概略剖面图；
图14(A)是图10(D)的工序的概略剖面图，图14(B)是图12(B)的工序的概略剖面图，图14(C)是图12(C)的工序的概略剖面图；
图15(A)～图15(C)是具体说明蚀刻第一牺牲层而在梁部之下形成空洞部的工序的图，图15(C)表示沿着图15(B)的Y-Y线的剖面；
图16(A)～图16(C)是具体说明蚀刻第二牺牲层并在梁部之下形成锚件的工序的图，图16(C)表示沿着图15(B)的Y-Y线的剖面；
图17(A)是表示本发明实施方式2的声音传感器的一部分的剖面图，图17(B)是表示除去了背板的状态下的该声音传感器的一部分的俯视图；
图18(A)是表示实施方式1的锚件构造的剖面图，图18(B)是表示实施方式2的锚件构造的剖面图；
图19(A)～图19(C)是用于说明实施方式2的声音传感器的制造工序的概略剖面图；
图20(A)～图20(C)是用于说明实施方式2的声音传感器的制造工序的概略剖面图，表示接着图19(C)的工序；
图21(A)是将图20(A)的工序的声音传感器的一部分放大表示的剖面图，图21(B)是图21(A)的Z-Z线剖面图；
图22(A)是将图20(B)的工序的声音传感器的一部分放大表示的剖面图，图22(B)是图22(A)的相当于图21(A)的Z-Z线的位置的剖面图；
图23(A)及图23(B)是表示第一牺牲层的端部与中央锚件层37b之间的间隙窄的情况的梁部形状、和第一牺牲层的端部与中央锚件层37b之间的间隙宽的情况的梁部形状的剖面图；
图24(A)～图24(C)是说明实施方式2的声音传感器的其它制造工序的剖面图；
图25是用于说明实施方式2的变形例的概略图；
图26(A)及图26(B)是说明同上的变形例的剖面图。
符号说明
31声音传感器
32硅基板
33隔膜
34背板
35背室
36a梁部
36b振动薄膜
37锚件
37a下锚件层
37b中央锚件层
37c上锚件层
40固定电极膜
47第二牺牲层
48第一牺牲层
48a延伸部
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的最佳实施方式。但是，本发明不限于以下的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种设计变更。
(第一实施方式的构造)
参照图6～图16对本发明实施方式1的声音传感器31的构造和制造方法进行说明。
首先，对本发明的实施方式1的声音传感器31的构造进行说明。图6是将声音传感器31局部分解表示的立体图。图7是表示声音传感器31的构造的对角方向的剖面图。图8是表示声音传感器31的更具体且详细的形态的俯视图。另外，图9(A)是图8中去除了板部39的状态的俯视图。图9(B)是图8中去除了背板34的状态的俯视图。图9(C)是图8中去除了背板34及隔膜33的状态的俯视图。
该声音传感器31为利用MEMS技术制作的微小的静电电容型元件，如图7所示，在硅基板32的上面经由锚件37设置有隔膜33，且在其上经由微小间隙(空隙)设有背板34。
硅基板32由单晶硅构成。如图6所示，硅基板32形成为矩形板状，具有从表面贯通至背面的方孔状的背室35。背室35的内周面可以为垂直面，也可以倾斜为锥状。另外，图中未图示，背室35的下面开口通常在封装内安装声音传感器31时由封装等堵塞。
另外，在硅基板32的上面设有用于从下面支承隔膜33的梁部36a的四个锚件37，进而以包围背室35及锚件37的方式形成有基台部41。特别是，锚件37位于在背室35的对角方向以切入基台部41的内周缘的方式形成的凹部41a内。该锚件37和基台部41由SiO2等绝缘性材料形成。
隔膜33由膜厚0.7μm左右的多晶硅薄膜形成，并具有导电性。隔膜33为从形成矩形状的振动薄膜36b的四角朝向对角方向外侧延伸出梁部36a的结构。另外，从梁部36a的一个延伸有引出配线43。
如图7所示，隔膜33以振动薄膜36b覆盖背室35的上面的方式配置于硅基板32的上面。隔膜33的各梁部36a位于凹部41a内，各梁部36a的前端部下面固定于锚件37上。因此，隔膜33的振动薄膜36b在背室35的上方处于悬空并感应声音振动(空气振动)而进行膜振动。
背板34在由氮化膜(SiN)构成的板部39的下面设有由多晶硅构成的固定电极膜40。背板34在与隔膜33相对的区域隔开3～4μm左右的微小间隙覆盖隔膜33。另外，设于板部39的角部的梁部罩区域39a覆盖梁部36a。固定电极膜40与可动电极膜即振动薄膜36b相对而构成电容器。
在背板34(板部39及固定电极膜40)上，以从上面贯通至下面的方式穿设有多个用于使声音振动通过的声孔38(板部39的声孔和固定电极膜40的声孔用相同的符号表示)。另外，在振动薄膜36b的外周部下面与硅基板32的上面之间也有小的间隙。因此，通过声孔38进入背板34内的声音振动在使振动薄膜36b振动的同时，也通过振动薄膜36b的外周部与硅基板32之间的间隙向背室35排出。
另外，在背板34的内面突出有多个微小的挡件42，防止隔膜33吸附或粘合(粘附)于背板34的下面。
形成于硅基板32的上面的基台部41具有与背板34内的空间的高度大致相等的高度(厚度)。板部39的内侧密合区域39b在基台部41的内周部与硅基板32的上面密合，板部39的外侧密合区域39c在基台部41的外周部与硅基板32的上面密合，基台部41被包在板部39和硅基板32的上面之间而被密封。
如图9(A)及图9(B)所示，引出配线L43固定于基台部41的上面，且从固定电极膜40延伸出的引出配线44也被固定于基台部41的上面。另一方面，如图8所示，在内侧密合区域39b和外侧密合区域39c之间，在板部39上开设有开口，通过该开口在引出配线43的上面形成可动侧焊盘46(Au膜)，可动侧焊盘46与引出配线43(在此为隔膜33)导通。另外，设于板部39的上面的固定侧焊盘45经由通孔等与引出配线44(在此为固定电极膜40)导通。
然后，在该声音传感器31中，声音振动通过声孔38进入背板34与隔膜33之间的空间时，作为薄膜的隔膜33随声音振动进行共振而产生膜振动。当隔膜33振动而隔膜33与固定电极膜40之间的间隙距离发生变化时，隔膜33和固定电极膜40之间的静电电容发生变化。其结果是，在该声音传感器31中，隔膜33感知的声音振动(声压的变化)成为隔膜33与固定电极膜40之间的静电电容的变化，被作为电信号输出。
而且，该声音传感器31中，从隔膜33的四角延伸出梁部36a，梁部36a的前端通过锚件37固定，梁部36a的未由锚件37固定的区域的长度变长。因此，隔膜33容易发生振动，可以使声音传感器31高灵敏度化。
(第一实施方式的制造方法)
接着，对在声音传感器31中的将梁部36a的未由锚件37固定的区域的长度加长的方法与声音传感器31的MEMS技术的制造方法一同进行说明。图10(A)～图10(D)、图11(A)～图11(C)及图12(A)～图12(C)是表示声音传感器31的制造工序的整体的流程的概略剖面图。另外，图13(A)是图10(A)的概略俯视图。图13(B)是图10(B)的概略俯视图。图13(C)是图10(C)的概略水平剖面图。图14(A)是图10(D)的概略水平剖面图。图14(B)是图12(B)的概略水平剖面图。图14(C)是图12(C)的概略水平剖面图。另外，图13(C)及图14(A)～图14(C)均表示同高度的剖面，即沿着第一牺牲层48的表面或具有第一牺牲层48的表面的高度的水平剖面。图15(A)～图15(C)及图16(A)～图16(C)表示形成锚件的形态。
首先，如图10(A)及图13(A)所示，在单晶硅基板32的表面通过热氧化或CVD法等成膜由氧化硅膜(SiO2)或氮化硅膜(SiN)构成的第二牺牲层47，在第二牺牲层47上设置矩形状的开口47a，从开口47a使硅基板32的表面露出。该开口47a为与背室35的上面开口相等的尺寸或比其稍小的尺寸。
从第二牺牲层47上在硅基板32上堆积多晶硅或非晶硅，在成膜第一牺牲层48后，蚀刻第一牺牲层48，如图10(B)及图13(B)所示那样进行构图。其结果是，第一牺牲层48将开口47a内的硅基板32整体覆盖，并且将第二牺牲层47的开口缘部覆盖，进而在对角方向在第二牺牲层47上形成延伸部48a。如图10(C)及图13(C)所示，从其上在硅基板32的上面整体上再堆积由SiO2构成的第二牺牲层47，将第一牺牲层48夹在第二牺牲层47间。
接着，在第二牺牲层47上形成多晶硅层，如图10(D)及图14(A)所示，通过蚀刻该多晶硅层进行构图，形成隔膜33。此时，隔膜33的梁部36a与第一牺牲层48的延伸部48a重叠，进而梁部36a的前端部比延伸部48a延伸得更长。
另外，由于延伸部48a而在其上的第二牺牲层47的表面产生台阶且对其特性或强度带来影响的情况下，也可以通过化学机械研磨法(CMP法；Chemical Mechanical Polishing法)等对第二牺牲层47的表面进行研磨，使第二牺牲层47的表面平滑均匀后形成隔膜33。
从隔膜33上向硅基板32的上方进一步堆积第二牺牲层47，由第二牺牲层47覆盖隔膜33，如图11(A)所示，蚀刻第二牺牲层47，通过第二牺牲层47制作背板34的内面形状。在该第二牺牲层47的上面成膜多晶硅膜，如图11(B)所示，通过蚀刻多晶硅膜进行构图，制作固定电极膜40。此时，在固定电极膜40上开设声孔38，而且，从固定电极膜40朝向第二牺牲层47的上层部开设孔部49。
之后，如图11(C)所示，从固定电极膜40上堆积SiN层，形成板部39。此时，通过堆积于孔部49内的SiN层形成防粘合用的挡件42。另外，在板部39上，也与固定电极膜40的声孔38位置对应形成声孔38，使声孔38贯通背板34。
这样完成背板34后，如图12(A)所示，将硅基板32的中央部从下面侧挖通，使背室35贯通硅基板32，在背室35的上面露出第一牺牲层48。另外，作为挖通硅基板32的方法可应用所谓的DRIE法等。
接着，如图12(B)及图14(B)所示，利用从背室35导入的蚀刻液选择性地湿式蚀刻第一牺牲层48，将第一牺牲层48除去。在蚀刻除去第一牺牲层48后，在硅基板32的上方产生空洞部50。用于蚀刻第一牺牲层48的蚀刻液使用对于第二牺牲层47具有防蚀刻性的蚀刻液。
如图15(A)所示，在第一牺牲层48的上面和隔膜33的下面之间形成有第二牺牲层47，且第一牺牲层48和隔膜33不接触，因此，在蚀刻除去第一牺牲层48时，隔膜33未被蚀刻。另外，如图15(A)所示，在背板34内，硅基板32的表面由第二牺牲层47覆盖，第一牺牲层48和硅基板32未接触，因此，如图15(B)所示，即使蚀刻除去第一牺牲层48，硅基板32的表面也会被第二牺牲层47覆盖而不露出。因此，在蚀刻除去第一牺牲层48时，蚀刻液不会侵入硅基板32的上面或使其变粗糙，可以将声音传感器31的特性保持为良好。此时，也可以以不蚀刻背室35的侧面的方式由保护膜覆盖侧面。例如，在通过DRIE法制作背室35时，如果在蚀刻第一牺牲层时残留赋予侧面的保护膜，则可保护背室35的侧面。另外，隔膜33和第一牺牲层48由不同的材料形成，在蚀刻第一牺牲层48时，隔膜33不会被蚀刻液侵入，另外硅基板32的表面也不会被蚀刻液侵入或使其变粗糙，在没有上述可能性的情况下，在梁部36a的前端部以外的区域，也可以在隔膜33与硅基板32基板的表面之间的整个厚度形成第二牺牲层48。
之后，从背板34的声孔38及硅基板32的背室35等导入氟酸等蚀刻液，选择性地湿式蚀刻第二牺牲层47，如图12(C)及图14(C)所示，仅将梁部36a下的第二牺牲层47作为锚件37残留，除去其它的第二牺牲层47。其结果是，隔膜33通过锚件37从硅基板32的上面浮起，在背室35上以能够振动的方式被支承，在固定电极膜40与隔膜33之间形成空气间隙。
另外，如图15(B)及图15(C)所示，在梁部36a下的除前端部之外的区域预先形成空洞部50，而且，在第二牺牲层47的蚀刻除去工序中，蚀刻液侵入空洞部50内。于是，如这些图中箭头所示，第二牺牲层47从空洞部50被蚀刻，因此，如图16(A)所示，梁部36a的前端部下面的第二牺牲层47迅速地被蚀刻除去，最后，在梁部36a的前端部的下面残留第二牺牲层47。其结果是，不管使梁部36a的长度多长，均如图16(B)及图16(C)所示，可在梁部36a的前端部下面形成锚件37。另外，通过调节延伸部48a的长度，也可以自由地调节锚件37的位置及大小。
另外，在上述制造方法中，以第一牺牲层48的边缘及延伸部48a与第二牺牲层47之上重合的方式形成第一牺牲层48(参照图10(B))，但也可以与第一牺牲层48的形状吻合地开设第二牺牲层47的开口47a，以第一牺牲层48不与第一次成膜的第二牺牲层47重合的方式设为相同的厚度。据此，由于可以使第二次成膜的第二牺牲层47的上面平坦，所以可以将隔膜33形成为更平坦。
另外，在上述制造方法中，使用蚀刻液进行的湿式蚀刻，但这不限定于湿式蚀刻，鉴于抗蚀刻性及蚀刻特性，也可以选择半导体气体等进行的干式蚀刻。
(第二实施方式的构造)
接着，对本发明实施例2的声音传感器的构造进行说明。图17(A)是表示实施方式2的隔膜33的梁部构造的剖面图。图17(B)是除去了背板的状态的梁部的俯视图。
实施方式1中，锚件37为同一材质(第二牺牲层47)的两层构造，但实施方式2中将锚件37设为多层构造。即，如图17所示，锚件37为由第二牺牲层47形成的下锚件层37a、由第一牺牲层48形成的中央锚件层37b、由第二牺牲层47形成的上锚件层37c这三层构造。因此，如果第二牺牲层47及第一牺牲层48的堆积厚度与实施方式1相同，则实施方式2的锚件37比实施方式1的锚件37高出中央锚件层37b的厚度。
另外，在实施方式2的锚件37中，以中央锚件层37b为比下锚件层37a及上锚件层37c大的面积的方式进行设计。这是为了防止因蚀刻第二牺牲层47时的偏差而使下锚件层37a及上锚件层37c成为比中央锚件层37b大的面积且锚件37成为不稳定的形状。
图18是与实施方式1进行比较而说明实施方式2的特征的图。图18(A)表示实施方式1的两层构造的锚件37。图18(B)表示实施方式2的三层构造的锚件37。另外，图18(A)及图18(B)中，厚度t1表示第一次成膜的第二牺牲层47的堆积厚度，厚度t3表示第二次成膜的第二牺牲层47的堆积厚度，厚度t2表示第一牺牲层48的堆积厚度。
将第二牺牲层47的介电常数设为ε1、第一牺牲层48的介电常数设为ε2、真空中的介电常数设为εo、锚件37的面积设为S时，图18(A)的实施方式1的锚件37的寄生电容C1以下面的式1表示。
另外，图18(B)的实施方式2的锚件37的寄生电容C2由下面的式2表示。
式2的分母比式1的分母大，所以C1＞C2。即，根据实施方式2的锚件构造，可以减小锚件37的寄生电容，可减轻寄生电容产生的声音传感器的灵敏度的降低。
另外，根据实施方式2，由于锚件37的高度增大中央锚件层37b的厚度t2，所以相比实施方式1的情况可增大梁部36a与硅基板32的表面的距离，可以减轻因水分及静电等而使隔膜33粘合于硅基板32的风险。另外，在梁部36a与硅基板32之间难以堵塞微细的尘埃。
(第二实施方式的制造方法)
接着，通过图19～图22说明实施方式2的声音传感器的制造工序。图19(A)～图19(C)及图20(A)～图20(C)是说明实施方式2的声音传感器的整体的制造工序的概略剖面图。图21(A)是将图20(A)的一部分放大表示的概略剖面图，图21(B)是沿着图21(A)的Z-Z的剖面图。图22(A)是将图20(B)的一部分放大表示的概略剖面图，图22(B)是与图21(B)相当的高度的图22(A)的水平剖面图。
在实施方式2的情况下，在形成有第二牺牲层47(SiO2或SiN)的硅基板32上设置由多晶硅或非晶硅构成的第一牺牲层48时，如图9(A)所示，在延伸部48a的前端与延伸部48a分离(参照图21(B))，残留多晶硅层形成中央锚件层37b。
接着，如图19(B)所示，以覆盖第一牺牲层48和中央锚件层37b的方式在硅基板32上堆积第二牺牲层47，进而在第二牺牲层47上通过多晶硅形成隔膜33。第二牺牲层47以成为背板34的内面形状的方式进行构图后，如图19(C)所示，在其上制作背板34。
之后，如图20(A)所示，通过DRIE法等干式蚀刻硅基板32，垂直形成背室35，进而如图20(B)所示，选择性地蚀刻除去第一牺牲层48。图21(A)及图21(B)表示蚀刻除去第一牺牲层48前的状态，中央锚件层37b通过第二牺牲层47与第一牺牲层48分离，因此，即使蚀刻除去第一牺牲层48，如图22(A)及图22(B)所示，中央锚件层37b也不能被蚀刻而残留。
在通过从声孔38及空洞部50侵入的蚀刻液蚀刻除去第二牺牲层47时，如图20(C)所示，在梁部36a的前端部残留第二牺牲层47，因此，在梁部36a的前端部形成有层叠了第二牺牲层47的下锚件层37a、由多晶硅构成的中央锚件层37b、第二牺牲层47的上锚件层37c而形成的锚件37。
另外，延伸部48a及中央锚件层37b与梁部36a的间隔δ为1μm～数μm左右，因此，延伸部48a与中央锚件层37b之间的间隙γ优选为数μm以下(参照图23(A))。即，在延伸部48a与中央锚件层37b之间的间隙γ宽的情况下，如图23(B)所示，在第一牺牲层48上成膜第二牺牲层47时，在第二牺牲层47的表面产生线状的凹部，其结果是在梁部36a产生线状的台阶51。如果产生这样的台阶51，则在隔膜33振动时在台阶51的部分产生应力集中，导致机械的强度降低。因此，优选延伸部48a与中央锚件层37b之间的间隙γ为2μm以下。
另外，在实施方式2的声音传感器中，遍及梁部36a的下方全长形成有多晶硅层(延伸部48a及中央锚件层37b)，因此，即使不通过CMP法等进行研磨，在梁部36a的前端部(中央锚件层37b上的梁部36a)和梁部36a的前端部以外的区域(延伸部48a上的梁部36a)之间也不会产生台阶，因此，可以遍及全长平坦地形成梁部36a。因此，难以在梁部36a上产生应力集中，梁部36a的机械强度提高，抗坠落冲击等也变强。另外，实施方式2中，在未通过CMP法等进行研磨的情况下，如图17(A)所示，有时在振动薄膜36b上产生台阶部分，但由于不是梁部36a的台阶，所以难以产生应力集中，从而机械强度提高，抗坠落冲击等也变强。
(变形例)
图24(A)～图24(C)是说明声音传感器的变形例的图。该变形例中，通过TMAH液等对硅基板32进行湿式蚀刻，将背室35开口。当通过TMAH液等从背面侧蚀刻硅基板32时，首先，如图24(A)所示，可以形成锥状的背室35，进一步继续进行蚀刻时，如图24(B)所示，背室35形成侧面中央部凹陷的形状。因此，能够制作图24(C)的声音传感器，使背室35的体积增大而提高声音传感器的灵敏度。
另外，图25、图26(A)及图26(B)表示其它变形例。该变形例中，如图25及图26(A)所示，在第一牺牲层48的边缘及延伸部48a开设有多个孔52。当在第一牺牲层48的边缘及延伸部48a开设孔52时，在其上堆积的第二牺牲层47圆形地凹陷，因此，在其上成膜的隔膜33(振动薄膜36b的边缘及梁部36a)的下面，如图26(B)所示形成突起状的挡件53。因此，通过挡件53与硅基板32的上面抵接，能够防止隔膜33过于接近硅基板32，能够防止隔膜33粘合于硅基板32上。
另外，图24～图26中表示了实施方式2的情况，但它们的变形例也可以适用于实施方式1。
Claims (11)
1.一种声音传感器的制造方法，该声音传感器具备：具有背室的半导体基板；配设于所述半导体基板的上方的振动薄膜；设于所述半导体基板的上面的锚件；从所述振动薄膜一体地延伸且通过所述锚件支承其前端部的梁部；隔开空间以覆盖所述振动薄膜及所述梁部的方式固定于所述半导体基板的上面的背板，将所述振动薄膜检测到的声音振动变换为设于所述背板的固定电极膜与所述振动薄膜之间的静电电容的变化，其特征在于，该声音传感器的制造方法具有如下的工序：即、
在所述半导体基板的表面与所述振动薄膜及所述梁部的下面之间形成第一牺牲层和第二牺牲层，而且，由所述第二牺牲层覆盖所述振动薄膜及所述梁部的上面，在由所述第一牺牲层及第二牺牲层构成的牺牲层内设置所述振动薄膜及所述梁部；
在所述牺牲层上形成所述背板；
在所述半导体基板形成所述背室；
通过蚀刻除去所述第一牺牲层；
在蚀刻除去所述第一牺牲层之后，通过蚀刻除去所述第二牺牲层的一部分，并利用残留的第二牺牲层在所述梁部的前端部下面与所述半导体基板的表面之间形成所述锚件，
在从垂直于所述半导体基板的表面的方向观察时，所述第一牺牲层形成在所述梁部的除前端部下面且至少在所述梁部的前端部以外的区域。
2.如权利要求1所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，所述第一牺牲层以不与所述振动薄膜及所述梁部接触的方式形成。
3.如权利要求1所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，所述第一牺牲层以不与所述半导体基板接触的方式形成。
4.如权利要求1所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，所述半导体基板为硅基板，所述第一牺牲层为多晶硅或非晶硅。
5.如权利要求1所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，所述半导体基板为硅基板，所述第二牺牲层为氧化硅膜或氮化硅膜。
6.一种声音传感器的制造方法，该声音传感器具备：具有背室的半导体基板；配设于所述半导体基板的上方的振动薄膜；设于所述半导体基板的上面的锚件；从所述振动薄膜一体地延伸且通过所述锚件支承其前端部的梁部；隔开空间以覆盖所述振动薄膜及所述梁部的方式固定于所述半导体基板的上面的背板，将所述振动薄膜检测到的声音振动变换为设于所述背板的固定电极膜与所述振动薄膜之间的静电电容的变化，其特征在于，该声音传感器的制造方法具有如下的工序：即、
以通过第二牺牲层覆盖所述梁部的下面或所述半导体基板的与所述梁部相对的区域中至少一方的方式、在所述半导体基板的表面与所述振动薄膜及所述梁部的下面之间形成第一牺牲层和第二牺牲层，而且，利用与所述第一牺牲层相同的材料和所述第一牺牲层分离，而在所述梁部的前端部与所述半导体基板之间形成锚件层，进而通过所述第二牺牲层覆盖所述振动薄膜及所述梁部的上面，在由所述第一牺牲层及第二牺牲层构成的牺牲层内设置所述振动薄膜及所述梁部；
在所述牺牲层上形成所述背板；
在所述半导体基板形成所述背室；
通过蚀刻除去所述第一牺牲层；
在蚀刻除去所述第一牺牲层之后，通过蚀刻除去所述第二牺牲层的一部分，并利用残留的第二牺牲层和所述锚件层在所述梁部的前端部下面与所述半导体基板的表面之间形成所述锚件，
在从垂直于所述半导体基板的表面的方向观察时，所述第一牺牲层形成在所述梁部的除前端部下面且至少在所述梁部的前端部以外的区域。
7.如权利要求6所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，所述半导体基板为硅基板，所述第一牺牲层为多晶硅或非晶硅。
8.如权利要求6所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，所述半导体基板为硅基板，所述第二牺牲层为氧化硅膜或氮化硅膜。
9.一种声音传感器，具备：具有背室的半导体基板；配设于所述半导体基板的上方的振动薄膜；设于所述半导体基板的上面的锚件；从所述振动薄膜一体地延伸且通过所述锚件支承其前端部的梁部；隔开空间以覆盖所述振动薄膜及所述梁部的方式固定于所述半导体基板的上面的背板，将所述振动薄膜检测到的声音振动变换为设于所述背板的固定电极膜与所述振动薄膜之间的静电电容的变化，其特征在于，
所述锚件的构成包括：设于所述半导体基板的上面的由非导电性材料构成的下锚件层；设于所述梁部的前端部下面的由非导电性材料构成的上锚件层；由与所述上锚件层及所述下锚件层不同的材料形成且被夹在所述上锚件层和所述下锚件层之间的中央锚件层。
10.如权利要求9所述的声音传感器，其特征在于，所述半导体基板为硅基板，所述中央锚件层为多晶硅或非晶硅。
11.如权利要求9所述的声音传感器，其特征在于，所述半导体基板为硅基板，所述下锚件层及所述上锚件层为氧化硅膜或氮化硅膜。
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