TW200816852A - Capacitance sensor and its manufacturing method - Google Patents

Description

200816852 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電容感測器及其製造方法。 【先前技術】 傳統上，用作一壓力感測器與一麥克風之一電容感測器 為人熟知。例如，參考JP 2002-518913。該電容感測器具 有用作$亥電谷器之相反電極的一隔膜與一板，將對應於添 加至該隔膜上之功率的隔膜之位移轉換成一電信號並輸出 該信號。即，該電容感測器係用於施加一偏壓電壓之一條 件並且作為電壓改變而由該電容感測器輸出藉由該隔膜之 位移的電容改變。 順便提及，當藉由熟知的摻雜多晶矽膜來形成該隔膜與 邊板時，在該等膜上累積一拉伸方向上的較大應力。然 而，對應於功率的隔膜之位移上的增加可增加敏感度，故 較佳的係藉由該隔膜之應力決定的張力較小。另一方面， 較佳的係該板之剛性較高以便不藉由靜電吸引而使該隔膜 黏貼於該板。該板之應力係決定該板之剛性的因素之一 者。 【發明内容】 本發明之一目的係最佳化一電容感測器之一隔膜與一板 的應力。 依據本發明之-態樣，提供―種用於製造—電容感測器 的方法’其包含以下步驟：（a)沈積欲作為—隔膜之一膜從 而形成-移動電極；⑻將欲作為該隔膜之該膜加熱至一第 120170.doc 200816852 一溫度；以及（C)沈積欲作為一板之一膜從而形成與該移動 電極相反的一固定電極。 藉由沈積形成之膜包括晶體缺陷，而此晶體缺陷在該膜 内部引起應力。因為藉由加熱來復原晶體缺陷，故可藉由 控制膜溫度與加熱時間來控制該膜應力。在此製造方法 中’使欲作為該隔膜之膜的加熱歷史不同於欲作為該板之 膜的加熱歷史，而該隔膜與該板之應力藉由歷史之差異而 係不同。因此，在此製造方法中，可使該隔膜之應力小於 該板之應力。 依據本發明之一態樣，用於製造該電容感測器之方法可 包括在步驟（C)之後將欲作為一隔膜之膜與欲作為該板之膜 加熱至一第二溫度的步驟。 依據本發明中之製造方法，可藉由加熱來控制該板之應 力。 依據電容感測器之上述製造方法，上述第二溫度可低於 上述第一溫度。

Ik著加熱度在一特定溫度範圍内變高，該膜之應力變 侍更小。依據此製造方法，該板之應力可高於該隔膜之應 力，因為該板藉由加熱程序達到的溫度低於該隔膜藉由兩 個加熱程序達到的溫度。 上述電容感測器之製造方法可進一步包含以下步驟·· W在欲作為隔叙膜與欲作為板之膜之間形成一層氧化石夕 膜，（e)將該氧化矽臈切割成晶片；以及⑴將欲作為隔膜 之膜與欲作為板之膜加熱至一第二溫度。 120170.doc 200816852 ^將該氧化矽膜加熱至一較高 平乂间，皿度時，在該氧化矽膜上 累積一較大㈣應力。當在形成於一薄且大的工件之整個 =面上之乳化矽膜上累積較大壓縮應力時，裂痕可藉由該 ㈣應力而出現。依據此製造方法，因為在加熱隔膜與板 之間的氧化石夕膜之前將該氧化石夕膜切割成晶片 此類裂痕。 在4裝&方法中，㈣該氧切膜之溫度可低於該第一 與該第二溫度。 在此情況下，欲作為該隔膜之膜的應力不太可能接收藉 :形成該氧化石夕膜之影響’而可藉由該第一溫度與該第二 溫度來調整欲作為該隔膜之膜的應力。 在該製造方法中，欲作為隔膜之膜與欲作為板之膜可由 相同材料製成。 在該製造方法中，欲作為隔膜之膜與欲作為板之膜可以 係雜質係擴散於其的多晶膜。 可藉由使用該多晶矽膜來以低成本製造高品質的電容感 測裔，因為已建立各種膜形成方法與膜特徵之控制方法。 幻如在該製造方法中，將填酸鹽用於上述雜質。 人依據本發明之另一態樣，提供一種電容感測器，其包 3·—隔膜，其形成由一沈積的膜製成之一移動電極；一 板，其形成由一沈積的膜製成的與該移動電極相反的一固 疋電極，且其中藉由不同加熱程序歷史來調整該隔膜之應 力與該板之應力。 【實施方式】 120170.doc 200816852 圖係,.、員不依據本發明之一具體實施例的一電容器麥克 風1之斷面圖。該電容器麥克風1由具有藉由使用導體 製程層壓之複數個薄膜的功能因素組成。

Ο -板33與一隔臈36由導電㈣與"形成，兩個臈皆由磷 酸鹽係以兩密度擴散於其的多晶”成。然而，當形成砩 酸鹽係以高密度擴散於其之—多晶韻時，在該膜中累積 :杈強的拉伸應力(例如2〇〇 Mpa) ;該隔膜％之拉伸應力 係調整至20 MPa或更少。使用不同於該隔膜％之加熱程序 歷史之—加熱程序歷史來將該板33之應力設定為大致1〇〇 Mpa’其高於該隔膜36之應力。 將該導電膜12形成於由(例如)一層氧化矽膜製成之一絕 緣膜11上’其係、形成^由—單晶石夕製成之-基板1()上。將 由（例如）-層氧切膜製成之—絕緣膜13連接於該導電膜 12與該導電膜14之間。圖案化該絕緣膜u與該絕緣膜^， 以形成該導電膜12之一部分與該導電膜14之一部分之間的 間隔，拉伸該導電膜12之一部分（其係拉伸於由該絕緣臈 11之其餘部分形成的間隔物35之間），並在該絕緣膜U之 其餘部分之間拉伸該導電膜14之—部分。拉伸於該絕緣膜 13之其餘部分之間的導電膜12之部分對應於該隔膜刊。在 本發明之此具體實施例中，整個振動隔膜36形成一移動電 極。然而，可將該移動電極限制地形成於該隔膜％之—特 定部分。例如，可使用包括一導電膜與一絕緣膜的複數層 之膜來形成該隔膜36。拉伸於由該絕緣膜13之其餘部分形 成的間隔物32之間的導電膜14之部分對應於該板33。在本 120170.doc 200816852 發明之此具體實施例中，與該隔膜36相反的整個板33形成 一靜止電極。然而，可將該靜止電極限制地形成於該板％ 之邻刀例如，可使用包括一導電膜與一絕緣膜的複數 層之膜來形成該板33。在該板33上形成用於使一聲波達到 該隔膜36的複數個穿孔34。 將用於將該隔膜36連接至一外部信號處理電路之一電極 30連接至該導電膜12。將用於將該板33連接至該外部信號 處理電路之一電極38連接至該導電膜14。將用於將一基板 10連接至一參考電位端子之一電極39連接至該基板1〇。例 如，該等電極30、38及39由鋁;ε夕型導電膜19製成。 在該基板10上形成一穿孔101，其直接處於該隔膜36之 下。藉由一安裝基板來封閉該穿孔1 〇丨之一開口。該穿孔 1〇1形成一後腔，其直接處於該隔膜36之下。經由形成於 該導電膜12上之穿孔31將該後腔37釋放至大氣。在該隔膜 36之一周邊方向上切割支撐該隔膜36之間隔物35，並形成 將該後腔連接至大氣之一路徑（圖中未顯示）。 將該電容器麥克風1固定於一安裝基板（圖中未顯示）上 並將其用於在該隔膜36與該板33上施加一偏壓電壓之一條 件。當來自該等穿孔34之聲波達到該隔膜36時，該隔膜36 振動。此時，因為通過該等穿孔34之聲波透過該等穿孔3 1 到達穿孔101，該板33實質上靜止不動。即，由該隔膜36 與該板33組成的電容器之電容由於該隔膜36對於該板33之 振動而改變。藉由連接至該等電極30、38及39的外部信號 處理電路來將此電容改變轉換成一電壓信號。 120170.doc 200816852 因為該隔膜36由應力係調整至20 MPa或更少的導電膜12 形成’故其係以一較小張力拉伸至該間隔物35。藉由減小 該隔膜36之張力，該電容器麥克風1之敏感度會增加。 當該隔膜36接近該板33時，作用於該隔膜36與該板33之 間的靜電吸引增加。此時，當該板33係吸引至該隔膜36以 彎曲時，該隔膜36係黏附於該板33之一引入現象發生。依 據本發明之具體實施例，將形成該板3 3之導電膜14的應力 。周正至大於形成该隔膜36之導電膜12的應力之大致1〇〇 Mpa ’以便增加拉伸至間隔物32的板33之張力。藉由增加 該板33之張力，可防止引入。 圖2A至圖8B係顯示依據本發明之具體實施例的電容器 麥克風1之製造方法的一範例之斷面圖。 首先’如圖 2A所示’藉由 CVD(chemical vapor deposition ; 化學汽相沈積）等將作為該絕緣膜11之一層氧化石夕膜沈積 於欲作為該基板10的一單晶矽晶圓之一表面上。該絕緣膜 11形成支撐該隔膜36之間隔物35並係用於使該導電膜12與 該基板10絕緣之一膜。 接下來，如圖2B所示，使用低壓CVD來將欲作為該隔膜 36之導電膜12沈積於該絕緣膜11之表面上。如上所述，該 導電膜12係（例如）填酸鹽係以高密度摻雜於其的一多晶石夕 膜。例如，該導電膜係原位形成，其在該等膜之累積的同 時將摻雜劑帶入該膜。將氣體（例如PH3/SiH4之莫耳比率係 0-1 55)用作材料。此時，在該導電膜12上累積一強拉伸應 力。 120170.doc -10· 200816852 接下來，如圖2C所示，形成用於圖案化該導電膜12之一 光阻遮罩1 7。 接著，如圖2D所示，藉由使用該光阻遮罩17之乾式蝕刻 來移除該導電膜12之不必要部分。因此，形成用於連接該 隔膜36與該等電㈣、38及39的隔膜36之穿孔^佈線部 分。 藉由沈積形成之導電膜12包括晶體缺陷，而此等晶體缺 陷在該導電膜12㈣引起應力。因為藉由加熱來復原晶體 缺陷’故可藉由控制膜溫度與加熱時間來控制該膜應力。 如圖3A所示，在移除該光阻遮罩之狀態下，執行用於減 低2作為隔膜36的導電膜12之應力的一第一加熱程序。在 s第：加熱私序中’ 終不調整保持於該隔膜36中的應 力’最終在n熱程序中設定用以調整該隔膜36之應 力的加熱條件。當將保持於該隔膜36中的應力最終設定為 大致20 MPa時’有必要以一次燈退火(參考圖9)將該隔膜 36加熱至大致攝氏刚至925度。接著，考量藉由該第二加 熱程序減低之應力’在此第一加熱程序中，例如藉由該燈 退火來加熱該隔膜36大致5至15秒而達到攝氏85〇至_ 接下來，如圖3B所示，再彡# Ba ^ 形成一間隔，而在該絕緣膜11上 形成該絕緣膜13從γ??ϊ #裳^ 覆I該導電膜12，該絕緣膜13係用於 在該^36與該板33之間製造—間隔並用於使形成該隔膜 之電膜12與形成該板33之導電膜“絕緣。該絕緣膜^ 述之氧化梦膜組成’且（例如）其係藉由使用處於不影 120170.doc 200816852 響該隔膜36之應力的低溫的氣體之CVD而形成。 如圖3C所示’將欲作為該板33之一導電膜μ沈積於該絕 緣膜13之一表面。如上所述，該導電膜14係（例如）磷酸鹽 係以高密度擴散於其的一多晶矽膜。例如，該導電膜14係 原位形成，其在該等膜之沈積的同時將摻雜劑帶入該膜。 將氣體（例如PHVSiH4之莫耳比率係^丨至^”用作材料。此 時，在該導電膜14上累積一強拉伸應力。當pHvSiH4之莫

(J 耳比率的階係10.1級之高級時，可預期藉由該加熱程序之 應力減低效應。 接下來，如圖3D所示，形成用於圖案化該導電膜14之一 光阻遮罩1 5。 接者’如圖4靖示’藉由使㈣綠遮罩以乾式㈣ 來移除該導電膜14之不必要部分。因此，形成用於連接該 板33與該等電極38的板33之穿孔抑—佈線部分。 然後，如®4B所示，移除該光阻遮罩15。 接下來’如圖4C所示’在該卫件之整個表面上形成覆蓋 ^氧切膜與料電_之—絕_16。例如 處於不影響該板33與該隔膜 ⑽來形成該絕_16。例如6之應力之-低溫的氣體之 更低的大氣中形成的藉由電=二由—可f「攝氏彻度或 絕緣膜16。 之形成方法來形成該 接著，如圖4D所示，刑 遮罩18。 夕 於圖案化該絕緣膜16之一光 然後，如圖5A所示，蕤 ^ 用該光阻遮罩18之濕式蝕 120170.doc -12. 200816852 亥】乾式姓刻或其一組合來形成連接孔163、161及162， 了用於將5亥等電極3〇、38及39連接至各基板1〇、欲作為隔 膜36之導電膜12及欲作為板之導電膜14。 接下來，如圖5Β所示，在已移除該光阻遮罩18之一條件 下形成用於切割成晶片的切割道（圖中未顯示）。因此，在 X基板10上形成溝槽，並將層壓於該基板1 〇上之絕緣膜 H、13及16切割成晶片。

藉由沈積形成之導電膜14包括晶體缺陷，^匕等晶體缺 陷,該導電膜14内部引起應力。因為藉由加熱來復原晶體 缺陷，/故可藉由控制膜溫度與加熱時間來控制該膜應力。 义在H亥等切割道之後’在形成該等電極及39之 則執行該第二加熱程序，而調整該隔膜36與該板33之應 f。於此時序執行該第二加熱程序之-原因如下。當將該 氧化碎膜加熱至一齡黑、、西卩主 _ . 、、 、主敉回1度時，該應力會從拉伸應力改變 成壓縮應力。第一盾田/备— 、、 原係在不具有一間隙之氧化矽膜覆蓋 :作為4基板10之整個晶圓的條件下可產生藉由該壓縮應 /之4痕。此外’第二原因係當藉由具有低熔點之材料 开^成該專電極30、芬20 α古 电⑽38及39時，不可能在形成該等電極％、 8及39之後而加熱至一較高溫度。 在該第二加熱程序中’該隔膜％之應力係調整至最終目 :值且=33之應力係減低。因為該板33之應力高於該隔 低的^ 該第二加熱程序中施加比該第一加熱程序 至900皿声又例如’该第—加熱程序之設定溫度係攝氏850 度，而該第二加熱程序之設定溫度係大致攝氏㈣ 120170.doc 200816852 度’且加熱時間係設定為5至1 5秒。在此溫度設定中，大 致100 MPa之拉伸應力保持於該板33中，而大致2〇 MPa之 拉伸應力保持於該隔膜36中。 接下來’如圖5C所示，將用於形成該等電極3〇、38及39 的導電膜19沈積於該工件之整個表面上。例如，該導電膜 19係如上所述的銘型膜。 如圖5D所示，形成用於圖案化該導電膜丨9之一光阻遮罩 20 〇 如圖6A所示，藉由使用光阻遮罩2〇之濕式蝕刻來移除該 導電膜19之不必要部分。 如圖6B所示，移除該光阻遮罩2〇。 接下來’如圖6C所示，藉由一研磨程序來移除沈積於該 基板10之一反面上的導電膜丨2與14。 接著，如圖6D所示，在該基板1〇上形成用於形成該穿孔 1〇1之一光阻遮罩21。 然後’如圖7A所示，藉由使用該光阻遮罩21之各向異性 蚀刻來在該基板1 〇上形成該穿孔丨〇 1。 然後’如圖7B所示，移除該光阻遮罩21。 接著，如圖7C所示，形成用於圖案化該絕緣膜16之一光 阻遮罩22。然後，藉由使用該光阻遮罩22之濕式蝕刻移除 該絕緣膜16之一部分來曝露欲作為板33之導電膜14與欲作 為隔膜36之導電膜12之間的絕緣膜13之一部分。 接下來’如圖8 A所示，藉由使用緩衝氫氟酸之濕式蝕刻 來移除由該光阻遮罩22與該絕緣膜14之間及由該等穿孔34 120170.doc -14- 200816852 曝露的絕緣膜13之一不必要部分與 緣較-不必要部分。因此，形成該等:隔 間隔物32,並在該隔膜36與該板33之間形成間隔。一專 最後’如圖8B所示，當移除該光阻遮罩22並且該基板】〇 係沿該等切割道切割時’該電容器麥克風ι之製造係完 成。 凡 :結合較佳具體實施例對本發明加以說明。本發明並不 僅受限於上面的具體實施例。應明白，熟習此項技術者可 進行各種修改、改良、組合及類似處理。 例如，該隔膜36與該板33可由除多晶矽以外的材料組 成例如鍺、碳或類似材料。此外，例如，擴散於該隔膜 3 6與忒板3 3中之雜質可以係侧與石申。此外，除電容器麥克 風以外，本發明可適用於（例如）壓力感測器等。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示依據本發明之一具體實施例的一電容器麥克 風1之斷面圖。 圖2A至2D係顯示依據本發明的電容器麥克風ι之一製造 方法的斷面圖。 圖3A至3D係顯示依據該具體實施例之製造方法的斷面 圖。 圖4 A至4D係顯示依據該具體實施例之製造方法的斷面 圖。 圖5A至5D係顯示依據該具體實施例之製造方法的斷面 圖0 120170.doc -15- 200816852 圖6A至6D係顯示依據該具體實施例之製造方法的斷面 圖。 圖7A至7C係顯示依據該具體實施例之製造方法的斷面 圖。 圖8 A至8B係顯示依據該具體實施例之製造方法的斷面 圖。 圖9係顯示依據本發明之具體實施例的溫度與應力之間 的關係的曲線圖。 【主要元件符號說明】 1 電容器麥克風 10 基板 11 絕緣膜 12 導電膜 13 絕緣膜 14 導電膜 15 光阻遮罩 16 絕緣膜 17 光阻遮罩 18 光阻遮罩 19 導電膜 20 光阻遮罩 21 光阻遮罩 22 光阻遮罩 30 電極 120170.doc -16- 200816852 31 32 33 34 35 36 37 38 39 101 161 162 163 穿孔 間隔物 板 穿孔 間隔物 隔膜 後腔 電極 電極 穿孔 連接孔 連接孔 連接孔 120170.doc -17

Claims (1)

1. 200816852 十、申請專利範圍： 1· 一種用於製造一電容感測器之方法，其包含以下步驟： U)沈積欲作為一隔膜之一膜從而形成一移動電極； (b)將欲作為該隔膜之該膜加熱至一第一溫度；以及 (C)沈積欲作為一板之一膜從而形成與該移動電極相 反之一固定電極。 2. 如請求項1之製造電容感測器之方法，其進一步包含在 該步驟（c)之後將欲作為一隔膜之該膜與欲作為該板之該 膜加熱至一第二溫度的步驟。 3. 如請求項2之製造電容感測器之方法，其中該第二溫度 低於該第一溫度。 4·如請求項1之製造電容感測器之方法，其進一步包含以 下步驟： / (d)在欲作為該隔膜之該膜與欲作為該板之該膜之間 形成一層氧化矽膜； (e)將該氧化矽膜切割成晶片；以及 ()將欲作為一隔膜之該膜與欲作為該板之該膜加熱 至一第二溫度。 5. 如請求項4之製造電容感測器之方法，其中形成該氧化 矽膜之一溫度低於該第一溫度與該第二溫度。 6. 如請求们之製造電容感測器之方法，其中欲作為該隔 膜之該膜與欲作為該板之該膜係由相同材料所製成。 7. 如請求们之製造電容感測器之方法，#中欲作為該隔 膜之该膜與欲作為該板之該膜係雜質擴散至其之多晶 120170.doc 200816852 膜。 8·如請求項7之製造電容感測器之方法，其中該等雜質係 磷酸鹽。 9· 一種電容感測器，其包含： 一隔膜，其形成一移動電極並由一沈積的膜製成； 板’其形成與該移動電極相反之一固定電極並由— ' 沈積的膜製成，以及 其中藉由不同的加熱程序歷史來調整該隔膜之_應力 ( 與該板之一應力。 120170.doc