TWI305473B - Capacitive vibration sensor, microphone, acoustic transducer, and manufacturing method thereof - Google Patents

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TWI305473B
TWI305473B TW094138513A TW94138513A TWI305473B TW I305473 B TWI305473 B TW I305473B TW 094138513 A TW094138513 A TW 094138513A TW 94138513 A TW94138513 A TW 94138513A TW I305473 B TWI305473 B TW I305473B
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vibrating
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Takashi Kasai
Fumihito Kato
Hiroshi Imamoto
Fumihiko Sato
Masaki Munechika
Toshiyuki Takahashi
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Omron Tateisi Electronics Co
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Description

1305473 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電容型振動感測器及其製造方法，具體而 言’係關於用於檢測傳導於空氣及水等之介質中的音波等之 振動的電容型振動感測器及其製造方法。 【先前技術】 第1圖（a) (b)(c)係振動感測器之一種的電容器型麥克風 之一般原理的說明圖。電容器型麥克風11，對向電極板12 與振動電極板1 3以微小間隙隔開並相對向，在兩電極板 12、13之間藉由直流電源14來施加直流電壓。對向電極板 1 2係具有剛性’故不會振動地固定著，而振動電極板1 3的 厚度薄，會因爲聲音振動而被勵振。 而且如第1圖U)所示，若聲音振動傳播至電容器型麥克 風11，如同第1圖（b)’薄的振動電極板13藉由聲音振動而 振動，藉以使對向電極板12與振動電極板13之間的靜電容 量產生變化。因而藉由電氣檢測出靜電容量的變化，如同第 1圖（C)可將聲音（音壓的變化）取出。 第2圖係表示利用微加工技術所製造的習知電容器型麥 克風之構造的截面圖。此電容器型麥克風21係爲，在中央 部開口成貫通孔27的矽基板22上面以絕緣膜23覆蓋，在 貫通孔2 7上形成振動電極板24的同時’覆蓋於振動電極板 24上方的穿孔構件25下面形成對向電極板26。而且於此電 容器型麥克風2 1 ’若聲音振動從穿孔構件2 5及對向電極板 26的孔侵入至內部’或聲音振動從下面的貫通孔27侵入並 1305473 - 使振動電極板2 4振動，振動電極板2 4與對向電極板2 6之 間的靜電容量變化，聲音振動係作爲靜電容量之變化而被輸 出。 此電容器型麥克風21，在其製造步驟中，在矽基板22 的上面形成絕緣膜23或振動電極板24等之後，從下面側來 蝕刻矽基板22並開口成貫通孔27。另一方面，作爲矽基板 " 22，取得容易且價格也較便宜，所以一般使用（100)面矽晶 ^ 圓。爲此，若從裡面側做蝕刻，（1 〇〇)面矽晶圓之稠密面的 ® [1 1 1]方位或與其等效方位的面係出現於貫通孔27內並成爲 傾斜面，於矽基板22形成角錐台狀的貫通孔27。而且因爲 從下面側蝕刻矽基板22，所以貫通孔27在矽基板22下面側 的幅度大，在上面側的幅度變狹窄。 因此，貫通孔27下面側之開口面積比振動電極板24的 實質性振動部分之面積更大，其程度之矽基板22的面積變 大。其結果，在習知的構造，電容器型麥克風21不易小型 化。此外，若薄化矽基板22的厚度，貫通孔27之上面側及 I 下面側的開口面積比率係將近1，但若考慮矽基板22的強 度，矽基板22厚度之薄化亦有限度。 另外，於專利文件1中，揭露了一種將於半導體基板上 形成之薄膜部的位移變換成阻抗値變化，並檢測出空氣等之 壓力的壓電阻抗式壓力感測器。此壓電阻抗式壓力感測器， 用以解決從下面側蝕刻半導體基板而形成薄膜部的上述問 題，從上面側蝕刻半導體基板並形成薄膜部。藉此，於半導 體基板上進行成膜處理並形成薄膜部之後，於薄膜部的一部 1305473 分形成開口部並露出矽晶圓，從此開口部進行等向性鈾刻並 在半導體基板設置空洞部，以從矽基板的上面浮動的狀態而 支撐薄膜部。 不過’並非測定空氣之絕對壓力，在必需掌握作爲更微 小之空氣壓力變動之聲音的麥克風，於由〗張薄膜組成的壓 電阻抗式有磁滯等的問題。爲此，一般採用由2張薄膜組成 /<* 的靜電容量式。此時’如專利文件1所揭露的矩形狀或口字 ^ 狀之開口部，因而無法形成作爲麥克風且具備良好的靈敏度 ® 及頻率特性的薄膜部（振動電極板）。 [專利文件1]特開平9-82983號公報 [專利文件2]特表2004-506394號公報 [專利文件3]特開2004-1 28957號公報 [專利文件4]特開2002-27595號公報 [專利文件5]特開昭62-28423 3號公報 [專利文件6]特表平9-5 08777號公報 [專利文件7]特開200 1 - 1 3 1 5 6號公報 【發明內容】 [本發明欲解決之問題] 作爲本發明之目的，在由振動電極板及對向電極板組成 的電容型振動感測器，藉由從該2個電極板形成之側而蝕刻 半導體基板，利用微加工技術所製作的電容型振動感測器之 靈敏度及頻率特性不會下降，且謀求更進一步的小型化。 [解決問題的方法] 本發明之電容型振動感測器，其特徵爲：覆蓋於半導體 1305473 基板形成的空間，在半導體基板的表面將振動電極板及對向 電極板設置成互相對向的電容型振動感測器，多數蝕刻孔開 口於該振動電極板，藉由該振動電極板的蝕刻孔，該振動電 極板的一部分係留下保持部而被切離並形成振膜，於該對向 電極板，從垂直於該半導體基板之表面的方向看的時候，與 該振動電極板的蝕刻孔疊合般地開口成蝕刻孔，該對向電極 板之蝕刻孔的外接長方形係鄰接彼此地互相接觸或疊合，該 半導體基板的空間，係通過該對向電極板及該振動電極板之 各蝕刻孔，從兩電極板側之面朝向與兩電極板相反側之面而 被蝕刻且形成。 在本發明之電容型振動感測器，從兩電極板側之面朝向 與兩電極板相反側之面而蝕刻半導體基板並於半導體基板 形成空間（例如，貫通孔或凹部），所以能使電容型振動感測 器較習知技術更能小型化。 另外，隨著電容型振動感測器被小型化，振動電極板也 縮小，但若振動電極板縮小，諧振頻率會過度升高，對聲音 的靈敏度降低。針對於此，若蝕刻孔開通於振動電極板，因 爲其剛性下降，所以能降低諧振頻率的同時可提升電容型振 動感測器的檢測靈敏度。另外，半導體基板之空間在一方面 爲關閉之凹部的情況下，若於該空間封入空氣，使擋風板產 生效果而振動電極板的靈敏度下降，但於振動電極板開通蝕 刻孔可使空間內的空氣漏出，可提升電容型振動感測器的檢 測靈敏度。另外，藉由在振動電極板打開蝕刻孔，能抑制因 溫度變化引起的感測器靈敏度之變動或破損的危險性。 1305473 另外，藉由本發明之電容型振動感測器，振動電極板係 留下保持部且藉由振動電極板之該鈾刻孔而從矽基板被切 離，所以振動電極板的有效振動面積增加’可使電容型振動 感測器的靈敏度變好。另一方面，於對向電極板所設置的多 數蝕刻孔，係外接長方形爲互相接觸或疊合般地成開口，所 以藉由各蝕刻孔所形成的半導體基板之空間爲互相連繫，最 後形成很大的空間。所以，可縮小對向電極板的蝕刻孔，對 音波的振動等等，對向電極板也變得不易振動。 本發明之實施樣式的電容型振動感測器，其特徵爲該對 向電極板的蝕刻孔被形成狹縫形狀。於相關的實施樣式，因 爲對向電極板的鈾刻孔製成狹縫形狀，所以通過對向電極板 之蝕刻孔的流體阻抗變大，改善了電容型振動感測器的低頻 率特性。 本發明之其他的實施樣式的電容型振動感測器，其特徵 爲該對向電極板之蝕刻孔的面積變成該振動電極板之蝕刻 孔的面積的1 /2倍。於相關的實施樣式，因爲對向電極板之 蝕刻孔的面積變成振動電極板之蝕刻孔的一半，所以通過對 向電極板之蝕刻孔的流體阻抗變大，改善了電容型振動感測 器的低頻率特性。另外，振動電極板的剛性提升，電容型振 動感測器的耐久性亦提升。 在本發明更進一步的其他實施樣式之電容型振動感測 器’其特徵爲該振動電極板的蝕刻孔，邊緣被製成圓弧狀且 形成於振動電極板之振動區域的四邊中央部。藉由相關的實 施樣式，因爲在蝕刻孔之間形成的振動電極板之保持部係位 1305473 於振動電極板之振動區域的四個角落，所以於保持部不易發 生應力集中’電容型振動感測器的耐久性提升。 在本發明更進一步的其他實施樣式之電容型振動感測 器的該半導體基板’其特徵爲在與該兩電極板相反之側，形 成將與該空間連通的貫通孔。藉由相關的實施樣式，因爲半 導體基板的空間貫通半導體基板，所以不僅是相對於半導體 1 基板從設置兩電極板之側傳導過來的音波等，亦可檢測從與 • 兩電極板相反之側傳導過來的振動，在兩面都可檢測振動。 B 本發明之麥克風係具備：本發明的電容型振動感測器； 及輸出電路’將由該電容型振動感測器所檢測出的聲音信號 變換成電氣信號並輸出。 本發明之音響轉換器係具備：本發明的電容型振動感測 器；輸出電路’將由該電容型振動感測器所檢測出的聲音信 號變換成電氣信號並輸出；及輸入電路，將電氣信號輸入至 該電容型振動感測器並產生聲音振動。 _ 藉由本發明之麥克風或音響轉換器，因爲能將電容型振 動感測器小型化，所以也能謀求麥克風及音響轉換器的小型 輕量化。 本發明之電容型振動感測器的製造方法，係用以將於半 導體基板形成的空間覆蓋，於半導體基板的表面互相對向並 設置振動電極板及對向電極板的電容型振動感測器的製造 方法’其具備以下步驟：覆蓋半導體基板的表面，在半導體 基板上方形成具有蝕刻孔之振動電極板的步驟；介由犧牲層 於振動電極板上方形成對向電極板的步驟；於該對向電極 -10- 1305473 板，外接長方形係鄰接彼此地互相接觸或疊合，並且，與該 振動電極板的蝕刻孔疊合並開口成多數蝕刻孔的步驟；通過 該對向電極板及該振動電極板之各蝕刻孔並藉由將該半導 體基板進行濕式蝕刻或乾式蝕刻，於該半導體基板上形成該 空間的步驟；及形成該空間之後，除去該振動電極膜及該對 向電極膜之間之犧牲層的步驟。 藉由本發明之電容型振動感測器的製造方法，於振動電 ^ 極板及對向電極板預先設置蝕刻孔，從此蝕刻孔於半導體基 > 板接觸蝕刻液而進行濕式蝕刻，或接觸氣體而進行乾式蝕 刻，藉此從振動電極板及對向電極板側能於半導體基板形成 空間。其結果，能將製造的電容型振動感測器小型化。另外， 振動電極板的蝕刻孔作爲孔而殘留，所以可降低振動電極板 的諧振頻率，並提升電容型振動感測器的檢測靈敏度。 此外，本發明之以上說明的構成元件係可任意組合。 【實施方式】 以下，按照圖面詳細地說明本發明的實施例。但是’以 > 下表示的實施例係一個例子，本發明並非被限定於以下的賓 施例。 [第1實施例] 第3圖係表示第1實施例之本發明的電容型振動感測器 3〇1的槪略分解立體圖，第4圖爲其平面圖，第5圖爲其截 面圖。另外，第6圖（a) (b)(c)分別爲對向電極板Π 3、振動 電極板112及矽基板32的平面圖。 電容型振動感測器3 0 1，係於矽基板3 2上面介由絕緣掩 1305473 膜3 5而形成振動電極板1 1 2，於其上面設置有用以取出感測 器之檢測信號的電極焊墊43的同時，在凹部37上的振動電 極板112隔著空間而形成對向電極板113，於其上面設置有 用以取出感測器之檢測信號的電極焊墊42的構造。 於矽基板32上凹設有製成逆角錐台狀的凹部37，凹部 37內的空間係上廣下窄，凹部37的底面係藉由矽基板32 而堵塞。於結晶方位，此矽基板32，表面係藉由（100)面或 (1 10)面之矽基板（矽晶圓）所構成。例如，矽基板32 (從矽晶 圓而被個別裁切者）的尺寸，以俯視看來爲1〜1.5mm平方（可 能比這更小），矽基板3 2的厚度爲4 0 0〜5 0 0 μιη、凹部3 7的 深度爲200〜3 00μιη。 於矽基板3 2上面形成有由氧化膜所組成的絕緣掩膜 35，於其上形成有由矽組成之薄膜狀的振動電極板112。凹 部37上面係藉由振動電極板112而被覆蓋，振動電極板112 的中央、凹部37上方被浮空保持的部位係振膜（振動區 域）34。另外，於振動電極板1 12之上形成有電極焊墊43。 於振動電極板11 2，相當於凹部3 7上方的區域內，開口 成多數的蝕刻孔3 6。振膜3 4係藉由此等蝕刻孔3 6，留下4 個角落的保持部117並從矽基板32被切離。因此，振膜34 係藉由保持部117而被彈性地保持，賦予適度的柔軟性於剛 性高的振膜34，振膜34的有效面積增加，由此能提升電容 型振動感測器3 0 1的靈敏度。另外，通過蝕刻孔3 6使流體（空 氣）通過，所以能在振膜34的兩面使流體均衡。如上述般地 留下4個角落將振膜34從矽基板32切離的效果，係於特開 1305473 - 昭62-284233號公報（專利文件5)及特表平9-508777號公報 (專利文件6)揭露，但在本發明之電容型振動感測器3 0 1， 特徵爲：如後述之用以將振膜3 4切離的開口部，係同時兼 作爲用以從上面形成振膜34的蝕刻孔36。 在本實施例之電容型振動感測器3 Ο 1，將蝕刻孔3 6的形 狀形成爲略半橢圓狀。藉由這樣將振膜3 4的邊緣構成曲線 a 狀，能減少由於振膜34振動時的應力集中造成損壞的危險^ ' 此外，於蝕刻孔36的形狀，非構成振膜34之區域的部分爲 ® 直線狀。藉此，於振膜34的區域之外的部分不會形成多餘 的凹部37,並提升尺寸效率及感測器強度。另外，在矽的性 質上，飩刻所形成的凹部3 7係從上面視點看來必定爲四角 形，所以蝕刻孔3 6在形成凹部3 7之四角形邊上形成是有效 率的。 在此，電容型振動感測器301之靈敏度係藉由振動電極 板1 12之保持部1 17的大小（或蝕刻孔36的大小）所變化。 第7圖係表示，如同右上之振動電極板1 1 2將保持部1 1 7縮 ® 小的情況與如同右下之振動電極板1 1 2將保持部1 1 7放大的 情況的電容型振動感測器301之頻率-靈敏度特性。如同右 上的振動電極板1 1 2將保持部1 1 7縮小的情況下’平坦的使 用頻帶的靈敏度升高，另外低頻率反應性也良好。不過’若 將保持部1 1 7過度縮小，平坦的使用頻帶的頻寬變小。因此’ 蝕刻孔3 6的大小係考慮保持部1 1 7的大小，並藉由模擬或 實驗來選擇最適當的大小。 對向電極板1 1 3，係於由氮化膜形成之絕緣性支撐層114 1305473 - - 上面設置有由金屬製薄膜形成的固定電極115，於固定電極 115及支撐層114，從上面貫通至下面，穿孔有多數用以使 空氣之振動通過的音響孔（聲音孔）40。另外，於對向電極板 1 1 3的端部，設置有導通於固定電極1 1 5的電極焊墊42，並 設置有用以使振動電極板112的電極焊墊43露出的開口 1 1 6。具有導電性的對向電極板1 1 3，係在振膜3 4之外側區 域，藉由氧化膜所形成的絕緣掩膜3 5與振動電極板1 1 2絕 ^ 緣，並在與振膜34對向的區域，與振膜34空出規定之間隙 ®而被浮空保持。 因爲振動電極板112被對向電極板113覆蓋，所以爲了 從上面側蝕刻矽基板3 2，於對向電極板1 1 3亦設置有蝕刻孔 1 04。對向電極板1 1 3的蝕刻孔1 04，係形成從垂直於矽基板 3 2上面的方向看時，如同被容納於振動電極板1 1 2之蝕刻孔 3 6的區域內的形狀。在本實施例之電容型振動感測器3 0 1 , 對向電極板1 1 3的蝕刻孔1 04係形成與振動電極板1 1 2的蝕 刻孔3 6相同形狀。藉此’藉由後述的電容型振動感測器3 Ο 1 ® 之製造步驟，可輕易地形成蝕刻孔36、104。另外，藉由使 蝕刻孔3 6、〗0 4開口面積變廣，將矽基板3 2蝕刻時，蝕刻 液容易於蝕刻孔3 6、1 0 4外側迴轉進入，容易於矽基板3 2 形成凹部3 7。 振動電極板1 1 2係對聲音的振動產生共鳴並振動，所以 是例如1〜2μιη般的薄膜’但是對向電極板113並非因聲音 的振動而勵振的電極’所以其厚度爲例如1 〇 μηα般地厚。 因爲振動電極板112與對向電極板113之間施加直流電 -14- 1305473- 壓’所以兩電極分別帶正電及負電。因此，若振動電極板1 1 2 與對向電極板1 1 3太過靠近，會被彼此的靜電引力拉住而貼 緊。這般振動電極板112與對向電極板113若貼緊，電容型 振動感測器3 0 1就變得無法動作的同時，正供給直流電壓至 振動電極板1 1 2與對向電極板1 1 3的電池也會消耗。又，連 接於電容型振動感測器3 0 1的電路有短路而損壞的可能。 因此，振膜3 4與對向電極板1 1 3之間的間隙，係僅爲 * 振膜3 4振動時衝撞到對向電極板1 1 3之危險性低的距離。 B 另外，對向電極板113下面之中於與振膜34對向的位置突 出有1個或2個以上1〜2μιη之突出長度的制動器6 2(突 起）。如第5圖所示的圖示例，在對向電極板113下面設置 制動器62，但在振膜34上面突出有制動器62亦可。於此制 動器62下面，希望事先形成絕緣保護膜。以藉由設置制動 器62並使振動電極板112與對向電極板113在一定距離以 上不會靠近的方式，謀求上述問題的解決之道。 爲了減少電容型振動感測器301的雜散電容，因爲希望 I 儘可能縮小振動電極板1 1 2的面積，所以振動電極板1 1 2係 形成爲比凹部37大，並且，比矽基板32的外形小的面積。 另一方面，對向電極板113係形成比振動電極板112大，與 矽基板3 2的外形大略相等的大小。然後，至少在凹部3 7上 方，對向電極板1 1 3係與振動電極板1 1 2之間形成空間，並 覆蓋振動電極板112全體。 電極焊墊42、43係藉由金屬材料而形成。電極焊墊42 被設置於對向電極板113上面，且電氣導通於固定電極 1305473 1 1 5。電極焊墊43被設置於振動電極板I 1 2上面，與對向電 極板Π 3呈絕緣狀態，並電氣導通於振動電極板1 1 2(振膜 34) ° 而且，在第1實施例之電容型振動感測器3 01，若聲音 振動（空氣的疏密波）從上面側入射，此聲音振動係通過對向 電極板113的音響孔40,或在對向電極板113的邊緣迴轉進 % 入並到達振膜34，使振膜34振動。若振膜34振動，因爲振 ' 膜3 4與對向電極板1 1 3之間的距離變化所以藉由那個振膜 I 34及固定電極115之間的靜電容量變化。因此，若預先在電 極焊墊4 2、4 3間施加直流電壓，並將此靜電容量的變化作 爲電氣信號而取出，可將聲音振動變換成電氣的信號，並檢 測出聲音振動。此外，若這樣在電極焊墊42、43間施加直 流電壓，振動電極板1 1 2與對向電極板1 1 3之間靜電力起作 用，藉由振動電極板112朝對向電極板113的方向位移，兩 者的間隔縮短，所以有靈敏度更提升的作用。 _ 接著，依照第8圖〜第11圖的截面圖說明使用微加工 技術而製造上述電容型振動感測器301的步驟。但是，從第 8圖到第11圖所示的截面圖，係爲了說明方便的典型表示， 並非表示從第3圖到第6圖所示之電容型振動感測器3 0 1的 特定截面。 作爲矽基板32，使用面方位爲（100)面或（1 10)面的單晶 矽基板（實際上，在矽晶圓同時製作多數電容型振動感測器 301)(第8圖（a))。於此矽基板32的上下兩面藉由熱氧化或 CVD等的方法形成由矽氧化膜組成的絕緣掩膜35(第8圖 -16- 1305473 (b) )。 接著，在上下兩面之絕緣掩膜3 5之表裡兩面的全體， 藉由CVD法堆積多晶矽（多結晶矽），並於表面側形成多晶矽 的振動電極板1 12(第8圖（c))。接著，在上下兩面進一步形 成矽氧化膜51a之後（第8圖（d))，於振動電極板112上藉由 光刻蝕法形成具有規定開口圖案的抗蝕刻罩5 2(第9圖 (a))，通過抗蝕刻罩52的開口蝕刻矽氧化膜5 1 a及振動電極 板1 1 2，將矽氧化膜5 1 a及振動電極板1 1 2以規定形狀形成 > 圖案的同時，開口成蝕刻孔3 6。 除去抗蝕刻罩之後（第9圖（b))，藉由CVD法或熱氧化 法等，於振動電極板112上堆積成爲犧牲層的矽氧化膜 51b，以矽氧化膜51b覆蓋振動電極板112及矽氧化膜51a 上面的同時將矽氧化膜51 b埋入至蝕刻孔3 6內（第9圖 (c) )。此外，於成爲此犧牲層的矽氧化膜51b，PSG(含有磷 的Si02)最適合。接著，形成抗蝕刻罩並鈾刻作爲犧牲層的 矽氧化膜51b之一部分，且除去抗蝕刻罩（第9圖（d))。在此， 在振膜34上面，於欲形成矽氧化膜51a之制動器62的地方 以蝕刻預先打開開口 63。另外，在其他的地方適當地藉由蝕 刻來預先除去矽氧化膜5 1 a及絕緣掩膜3 5。 接著，將成爲犧牲層的矽氧化膜51c進行層積（第10圖 (a))。此時，開口 63內被埋入一部分矽氧化膜5 1 c並形成做 爲制動器形狀的凹處64。接著，再形成抗蝕刻罩並蝕刻作爲 犧牲層的矽氧化膜51c之一部分以形成開口 65 (第10圖（b))。 此後，於矽氧化膜5 1 c上，藉由CVD法等使矽氮化膜 .1305473 - 堆積，於矽氧化膜5 1 C的上面全體形成由矽氮化膜組成的支 撐層1M(第10圖（c))。此時，凹處64內埋入支撐層114而 形成制動器62。接著，以規定的遮罩覆蓋表面的支撐層1 14 並進行乾式蝕刻，將支撐層1 1 4加工成如第3圖所示的形狀 並形成蝕刻孔104的同時，於支撐層1 14開口成音響孔40(第 1 0圖⑷）。 m 除去遮罩後，用其他規定的遮罩覆蓋上面，將鉻或銅等 • 的金屬材料進行蒸著以形成固定電極115及電極焊墊42、 ^ 43(第1 1圖（a))。接著，使蝕刻孔36內的矽氧化膜51b 、 5 1 c的一部分開口並於蝕刻孔3 6內露出矽基板3 2 (第1 1圖 (b)) °此時，留下矽氧化膜51c覆蓋振動電極板1 12之側壁 的部分。藉此，作爲犧牲層的矽氧化膜51c，在接著敘述的 異向性蝕刻中，係作用爲振動電極板1 1 2的保護膜。 接著’使用TMAH水溶液（最適合）或KOH、聯氨等的蝕 刻劑’從蝕刻孔1 04、3 6將矽基板3 2進行異向性鈾刻。此 時，於矽基板32的蝕刻面，出現了（1〇0)面矽基板或（11〇) ® 面基板之稠密面的[111]方位或與其等效之方位的面，最後 於矽基板32產生角錐台狀的凹部37 (第1 1圖（c))。 最後’藉由使用氟酸系水溶液的濕式蝕刻或乾式蝕刻將 不需要的矽氧化膜51a、51b、51c除去，藉以使振動電極板 112與對向電極板113分離，完成電容型振動感測器301(第 1 1 圖（d)) 〇 在此，於第1 1圖（c)詳述關於藉由蝕刻形成凹部37。第 12圖（a)(b)(c)及第13圖（a)(b)，係說明藉由各蝕刻孔1〇4而 '18- 1305473 蝕刻的凹部37擴展到全體的狀態。第12圖（a)(b)(c)及第13 圖（a) (b)上面的圖皆爲矽基板32的平面圖，下面的圖皆爲電 容型振動感測器301的截面圖。第12圖（a)表示蝕刻前的狀 態’在上面的平面圖中蝕刻孔1 0 4的位置係以2點鍊線來表 示。若蝕刻開始，從蝕刻孔1 04的地方進行蝕刻，所以如第 1 2圖（b)所示，在外接於各蝕刻孔1 04的四角形之區域蝕刻 角錐台狀的凹部3 7。接著，從各凹部3 7之角落的連接處朝 向角落部及中心方向進行鈾刻，形成如第1 2圖（c)所示的凹 部3 7，中心部之位鈾刻區域也變小。若進一步進行蝕刻，如 第1 3圖（a)所示，外周部被蝕刻成角錐台狀的同時，中心之 未蝕刻區域也更加縮小，最後如第1 3圖（b)所示，到外接於 蝕刻孔1 04全體四角形區域爲止都被蝕刻且形成目的之凹部 37 〇 如這般，若將各個蝕刻孔1 04的外接四角形連接於其他 鄰接之外接四角形作爲條件，而決定各個蝕刻孔1 04之形狀 及大小，最後可形成1個凹部3 7，其結果可形成振動電極板 1 1 2之振動區域的振膜3 4。 此外，此電容型振動感測器3 0 1的製造方法，可能有各 種的變形例。例如，作爲起始材料，亦可使用如第14圖所 不之巾面販賣的SOI(silicon on insulator)晶圓。SOI晶圓於 單結晶矽基板54上介由矽氧化膜55形成單結晶矽56(此成 爲振動電極板1 1 2。），所以若使用SOI晶圓，能省略於矽基 板3 2的上下兩面形成由矽氧化膜組成的絕緣掩膜3 5，並於 上面側的絕緣掩膜3 5上形成多晶矽的振動電極板1 1 2的第8 -19- 1305473 - 圖（a)〜（c)的步驟。 另外，如第1 5圖所示，亦可在矽基板（矽晶圓）32大量 地摻雜B(硼）並形成B摻雜層57。B摻雜層57無法進行濕 式蝕刻，能用作爲蝕刻阻止層，所以若使用這種晶圓的就能 省略第8圖（b)(c)的步驟。 於第1實施例之電容型振動感測器3 0 1，如上述藉由從 ' 振動電極板1 1 2側對矽基板3 2進行蝕刻，空間截面積（與振 • 動電極板112平行之面的截面積）係在振動電極板112側變 ® 寬廣，在與振動電極板112相反之側變狹窄而形成凹部37。 因此，在電容型振動感測器301，若遠離振動電極板112, 凹部3 7內的空間變狹窄。相對於此，若爲第2圖所示之第2 • 習知例相同的構造，因爲從裡面側蝕刻矽基板22，所以空間 截面積在振動電極板24側狹窄，在與振動電極板24相反之 側變寬廣而形成貫通孔27，若遠離振動電極板24則空間變 寬廣。因此，若爲與第2習知例相同的構造，矽基板22變 越厚，相較於振動電極板24空間變大，爲了此空間，矽基 ^ 板22的晶片尺寸變大。相對於此，在第1實施例的情況， 相較於振膜3 4的面積，凹部3 7的空間變小，所以若爲與振 動電極枝24相同大小的振膜34，可縮小晶片尺寸並謀求電 容型振動感測器3 0 1的小型化。 另外，使用同樣厚度的矽基板的情況，在如同習知例的 構造必須於矽基板22設置貫通孔2 7，所以矽基板22的蝕刻 時間變長。相對於此，在第1實施例的電容型振動感測器 3 0 1，因爲蝕刻凹部3 7僅到矽基板3 2的中途即可，矽基板
-20- 1305473 . 32的鈾刻時間短，所以電容型振動感測器301的製造效率提 高。 再加上，如第11圖（C)所示，對向電極板1 13係介由犧 牲層（矽氧化膜）而形成於振動電極板1 12上，如第1 1圖（d) 所示，藉由製造步驟的最後除去犧牲層，並從振動電極板112 分離，所以振動電極板112與對向電極板113相黏著的危險 • 少，能提升電容型振動感測器3 0 1的良率，又提升可靠度。 * 另外，如同第2圖的構造，因爲於矽基板22中央部開 ® 有貫通孔27且矽基板22成爲環狀，所以矽基板22的剛性 下降，在電容器型麥克風21全體中央部的厚度（換言之，振 動電極板2 4與穿孔構件2 5的厚度總和）也變薄，電容器型 麥克風21的強度下降。特別是，因爲矽基板22容易扭曲， 所以厚度薄的振動電極板2 4變得容易破損。相對於此，在 第1實施例的電容型振動感測器301，僅在矽基板32上面側 形成凹部3 7 ’砂基板製成板狀，所以砂基板3 2的剛性高， 另外’電容型振動感測器301全體的外觀厚度也變厚。因此， ® 電容型振動感測器3 0 1的強度變高，可靠度高。特別是，因 爲矽基板32的剛性變高，所以被保持於矽基板32的薄厚度 之振動電極板112不易破損。 此外’在第2圖的電容器型麥克風21，因爲在下面側露 出了振動電極板24，所以振動電極板24容易從裡面側受到 損傷而損壞。例如，於清洗製作電容器型麥克風2 1的晶圓 時’從表面與裡面遭受到水流而使振動電極板24有破損的 可能。對此，在第1實施例的電容型振動感測器3 01，因爲 1305473 • 振動電極板1 1 2的下面側被矽基板3 2所覆蓋， 極板1 1 2不會從裡面側受到損傷，振動電極板 壞。例如，在清洗晶圓時，因爲於振動電極板1 來自上面側的水流，所以振動電極板1 1 2的損壞 另外，在一般的製造製程，在表面側的加工 常受到損傷。因此，若爲必須加工兩面的構造， ' 加工時，於表面側造成損傷，可能成爲不良品。 第1實施例的電容型振動感測器3 0 1之構造，因 ® 側加工，所以沒有這樣的危險，產品良率提升。 若將電容型振動感測器3 0 1小型化，因爲 1 1 2縮小，所以振動電極板1 1 2的諧振頻率過度 音的靈敏度降低。不過，在第1實施例的電容型 301，如第6圖（b)所示，因爲於振動電極板112 3 6，所以其程度振動電極板1 1 2的剛性下降。另 動電極板1 1 2開有蝕刻孔3 6，使在振動電極板1 部應力被釋放，可將內部應力的影響減少。其結 ® 極板112不易受到內部應力的影響，諧振頻率降 可使電容型振動感測器3 0 1的小型化引起的諧振 於振動電極板1 1 2開孔所引起的諧振頻率下降相 外，可緩和振動電極板Π2的內部應力’所以也 型振動感測器301的高良率、高可靠度。 另外，若以振動電極板1 1 2堵塞矽基板3 2 將空氣封入於凹部37的結果，內部的空氣使擋 果而使電容型振動感測器3 0 1頻帶區域變狹窄’ 所以振動電 1 1 2不易損 I 2僅遭受到 機率低。 中，裡面側 對裡面施行 對此，若是 爲只從上面 振動電極板 提高，對聲 振動感測器 開有蝕刻孔 外，若於振 12發生的內 果、振動電 :低。因此， 頻率上升及 丨互抵消。此 賦予了電容 的凹部3 7， 風板產生效 但藉由在振 -22- 1305473 - 動電極板1 12開有蝕刻孔36(孔），可使凹部37內的空氣洩 漏至外部，能防止電容型振動感測器3 〇 1頻帶區域變狹窄。 另外，藉由在振動電極板Π 2開有蝕刻孔3 6，能抑制因溫度 變化所引起的感測器靈敏度之變動及損壞的危險性 [第2實施例] 第16圖（a) (b)係表示用於本發明之第2實施例的電容型 ' 振動感測器的對向電極板113及振動電極板112的平面圖。 ^ 在此實施例，將振動電極板1 1 2的蝕刻孔3 6保持在半橢圓 ® 狀，把對向電極板1 1 3的蝕刻孔1 04製成半橢圓圓弧狀的狹 縫形狀。 在第1實施例之電容型振動感測器301，因爲對向電極 板1 1 3的蝕刻孔1 04的大小程度與振動電極板1 1 2的蝕刻孔 3 6相同，可能因音壓而造成對向電極板1 1 3的振動。另外， 流體係直接從對向電極板Π 3的蝕刻孔1 04到振動電極板 1 1 2的蝕刻孔3 6穿過，在低頻帶區域的流體阻抗變小，電容 型振動感測器的低頻特性可能會下降。因此，在第2實施例 ® 的電容型振動感測器，使對向電極板1 1 3之蝕刻孔1 0 4的面 積比振動電極板1 1 2之蝕刻孔3 6還小，從垂直於矽基板3 2 上面的方向看時，形成如同被容納於振動電極板1 1 2之蝕刻 孔36的區域內的形狀。 但是，在矽基板32實際被蝕刻的區域，因爲蝕刻孔1 04 及3 6係成爲重合的區域（換言之，蝕刻孔1 〇 4的區域），所 以提升對向電極板11 3之剛性的同時，爲了縮小通過蝕刻孔 1 〇4的流體阻抗，若縮小對向電極板1 1 3的蝕刻孔1 04，貫 -23 - 1305473 通各触刻孔1 04而被蝕刻的凹部不會連接，於矽基板3 2可 能無法製作目的之凹部3 7。因此，在此實施例與第1實施例 相同’外接於各蝕刻孔1 04的外接四角形互相重合，並且， 外接於触刻孔1 0 4全體的四角形變成與凹部3 7之開口部分 的外形大略相同’並決定了蝕刻孔丨〇4的形狀。省略了細節， 但在本實施例亦如同第1 2圖及第1 3圖所示，於矽基板3 2 製作規定的凹部3 7。 '[第3實施例] t 第17圖（a) (b)係表示用於本發明之第3實施例的電容型 振動感測器303的對向電極板113及振動電極板112的平面 圖。在此實施例，將振動電極板112的蝕刻孔36保持在半 橢圓狀’把對向電極板1 1 3的蝕刻孔1 04製成第2實施例之 情況的1/2長度。 在這種實施例，如第18圖（a)(b)(c)(d)所示進行凹部37 的蝕刻。第1 8圖（a)上面的圖係第3實施例的電容型振動感 測器的平面圖，第1 8圖（b)(c)(d)係矽基板32的平面圖，第 b 18圖（a)〜（d)下面的圖係表示上面的圖之A_A線的電容型振 動感測器之截面。若開始蝕刻，因爲從蝕刻孔1 04的地方進 行蝕刻，所以如第1 8圖（b)所示，在外接於各蝕刻孔1 04的 四角形區域蝕刻角錐台狀的凹部3 7。接著，從各凹部3 7之 角落的疊合處朝向角落部及中心方向進行蝕刻，如第1 8圖 (c)所示，在1/4之區域形成凹部37。接著，從各凹部37之 角落的連接處朝向對角方向進行蝕刻，最後，如第1 8圖（d) 所示，到外接於蝕刻孔1 〇4全體之四角形區域爲止進行蝕刻 -24- 1305473 - 並形成目的之凹部3 7。 藉由這種電容型振動感測器，可使對向電極板1 1 3的剛 性進一步提升。 另外’第1 9圖（a) (b)係表示用於本發明之第3實施例之 變形例的對向電極板1 1 3及振動電極板丨丨2的平面圖。在此 變形例，將振動電極板1 1 2的蝕刻孔3 6形成1 / 2橢圓圓弧 狀。即使這樣地將蝕刻孔3 6形成爲1 / 2橢圓圓弧狀，在降 ' 低振動電極板1 1 2之剛性的效果方面，與半圓狀的蝕刻孔3 6 鲁無異。 在此，於矽基板32形成的凹部37之形狀，矽基板的特 性上’係非取決於鈾刻孔1 04形狀本身。於第2 0圖表示其 樣態。第20圖（a)(b)(c)的左圖係表示於對向電極板1 13所開 的各種形狀之蝕刻孔1 04,右圖係表示藉由左圖的蝕刻孔1 〇4 而形成於矽基板3 2的凹部3 7之形狀。即使像這樣蝕刻孔1 04 的形狀不同，還是能形成相同形狀的凹部3 7。即，如特開 200 1 - 1 3 1 5 6(專利文件7)所揭露，若外接於蝕刻孔104的四 ® 角形係彼此鄰接重合或接觸，而在與外接於蝕刻孔1 04全體 之四角形大略相同的區域形成凹部37。 本發明之電容型振動感測器的鈾刻孔之特徵係形成 爲：爲了形成如同上述的凹部37而外接四角形被配置成相 連接的同時，保留4角落之保持部並將振膜從振動電極板切 離。 [第4實施例] 第2 1圖係表示本發明之第4實施例的電容型振動感測 -25 - 1305473 器3 04之槪略分解立體圖。此實施例，於振動電極板 對向電極板η 3的各個角落部使狹縫狀的蝕刻孔3 6 ' 口成朝向對角方向。藉由這種構造，因爲在振動電極 的保持部1 1 7進一步開口有狹縫狀之蝕刻孔3 6，所以 步降減振動電極板112的剛性。另外，藉由在對向電極 的角落部形成對角方向之1 〇 4，可使設於4邊之梯形 " 孔1 04面積縮小，進一步提高對向電極枝1 1 3的剛性: * 更能提升在蝕刻孔1 04的流體阻抗。 ® 第22圖說明了藉由這種圖案的蝕刻孔1 04而形 之凹部3 7的樣態。因爲通過蝕刻孔1 04而進行蝕刻 在矽基板3 2上如同第22圖之1點鍊線所示，在外接 角方向之蝕刻孔104的四角形區域及外接於梯形之 104的四角形區域形成凹部37。因爲此等凹部37互 或重合，所以從接觸或重合的地方進一步進行蝕刻， 外接於全蝕刻孔1 04的四角形區域（在第22圖以虛糸 形成凹部3 7。如此一來能獲得目的之凹部3 7。 I 第23圖係表示第4實施例之電容型振動感測器 例。此爲，使在對角方向上之長狹縫狀的蝕刻孔1 04 朝向角落部側移動。即使像這樣的圖案也能獲得與第 例相同目的之凹部3 7。 第24圖係表示第4實施例之其他變形例。在此變 將第4實施例之梯形的鈾刻孔1 04做成第4實施例之 半成爲1 /2的面積。即使在這種變形例，最初如同第 之1點鍊線所示，在外接於各對角方向之蝕刻孔1 04 112及 104開 板112 能進一 板113 的蝕刻 ，另外， 成目的 ，所以 於各對 鈾刻孔 相接觸 最後在 隶表示） 的變形 進一步 4實施 丨形例， 單側一 24圖 的四角 -26- 1305473 形區域及外接於梯形之蝕刻孔1 04的四角形區域形成凹部 3 7。因爲此等凹部3 7互相接觸或重合，所以從接觸或重合 的地方進一步進行蝕刻，如同第24圖之2點鍊線所示，在2 個地方形成目的之凹部3 7之1 /4面積的凹部3 7。接著，如 同在第24圖以虛線所示，在所有外接於鈾刻孔1 04的四角 形區域形成目的之凹部3 7。 ' [第5實施例] • 在第2實施例〜第4實施例，於矽基板32上形成振動 ® 電極板1 1 2，並於其上形成對向電極板1 1 3，但亦可更換電 極板的順序，在對向電極板Π 3上設置振動電極板1 1 2。第 25圖係表示這種實施例之電容型振動感測器305的槪略分 解立體圖，第26圖係其截面圖，於形成凹部37的矽基板32 上形成具有電極板115的對向電極板113,在對向電極板U3 上形成振動電極板1 1 2。在此情況下，從垂直於矽基板32 的方向看電容型振動感測器3 05的時候，對向電極板1 1 3的 蝕刻孔1 04係容納於形成振動電極板1 1 2之蝕刻孔3 6的區 ® 域內，並且，對向電極板1 1 3之蝕刻孔1 04的全面積係小於 振動電極板Π 2之蝕刻孔3 6的全面積。另外，從垂直於矽 基板3 2的方向看時，外接於在對向電極板1 1 3設置之各蝕 刻孔1 04的四角形係互相接觸或重合，且外接於對向電極板 113設置之飩刻孔104全體的四角形，係與目的之凹部37 的區域一致。此外，在此實施例，開口 1 1 6係成爲用以露出 對向電極板1 1 3之電極焊墊42的開口 ’而被設置於振動電 極板1 1 2。 -27 - 1305473 - 在這種實施例，藉由在振動電極板1 1 2設置蝕刻孔3 6 並在一部分形成保持部1 1 7而降低振動電極板1 1 2的剛性， 而且，藉由儘可能縮小對向電極板1 1 3之蝕刻孔1 04，以防 止對向電極板1 1 3之剛性降低及容易振動，同時能提高蝕刻 孔1 04流體阻抗。因此，能獲得低頻特性良好的電容型振動 感測器3 05。 * 第27圖（a)〜（d)、第28圖（a)〜（d)、第29圖（a)〜（d) • 及第30圖（a)(b)係表示電容型振動感測器3 05之製造步驟的 # 截面圖。以下，按照這些圖，說明電容型振動感測器3 05的 製造步驟。第27圖（a)係表示面方位爲（1〇〇)或與其等效之面 方位的單結晶矽基板32(矽晶圓）。於矽基板32的上下兩面， 分別藉由熱氧化及CVD法等形成Si02掩膜，並將上面側的 Si02掩膜作爲絕緣掩膜35(第27圖（b))。在矽基板32的上 下兩面，於絕緣掩膜35的表面全面形成SiN層（第27圖 (c))，將上面側的SiN層作爲支撐層114，進一步，於支撐 層1 14的表面形成多晶矽層（第27圖（d))並將上面側的多晶 • 矽層作爲電極板115。 此後，在矽基板3 2上面側，將電極板1 1 5進行乾式鈾 刻並將電極板115圖案化成目的之形狀的同時，於電極板 1 15開口成音響孔40(第28圖（a))。此外，將電極板1 15下 的支撐層1 1 4進行乾式蝕刻，於支撐層1 1 4開口成蝕刻孔1 04 及音響孔40(第28圖（b))。 在電極板1 15上使用CVD法及熱氧化法等且堆積Si〇2 並製作犧牲層132(第28圖（c))。作爲犧牲層132，特別是使 -28 - 1305473 . 用PSG(含有磷的Si02)爲佳。此外，在犧牲層132上藉由 CVD法進行多晶矽的成膜以獲得振動電極板112(第28圖 (d))。接著，藉由將振動電極板1 1 2進行乾式蝕刻’開口成 蝕刻孔36及開口 116,並將振動電極板112圖案化成目的之 形狀（第29圖（a))。 接著，以Si02組成的保護膜133覆蓋被圖案化的振動 ' 電極板112(第29圖（b))，在振動電極板1 12的蝕刻孔36及 • 對向電極板113的蝕刻孔104內開口成保護膜133、犧牲層 ® 132及絕緣掩膜35，並形成鈾刻用的貫通孔134，於貫通孔 134的底面露出矽基板32。同時，使用來於保護膜133形成 電極焊墊43的窗孔135開口並露出振動電極枝112的一部 分，另外，在振動電極板112的開口 116的位置，使在保護 膜133及犧牲層132用來形成電極焊墊42的窗孔136開口， 並露出電極板115的一部分（第29圖（c))。然後，通過窗孔 135在振動電極板112上藉由Au而形成電極焊墊43,另外， 通過窗孔136在電極板115上藉由Au形成電極焊墊42(第 • 29圖⑷)。 此後，若浸漬在用於蝕刻矽基板3 2的蝕刻液，蝕刻液 係通過貫通孔134並接觸至矽基扳32，在矽基板32形成凹 部3 7 (第3 0圖（a))。接著，將矽基板3 2浸潰在用於蝕刻S i Ο2 的鈾刻液（氟酸系水溶液），進行乾式蝕刻，將保護膜133、 犧牲層132及絕緣掩膜35的一部分触刻除去，在振動電極 板1 1 2與對向電極板1 1 3之間形成空間的同時，開口成對向 電極板113的音響孔40，製作成第30圖（b)所示的電容型振 -29- 1305473 動感測器3 05。在此，如重合於蝕刻孔1 〇4般地開口成振動 電極板1 1 2的蝕刻孔3 6，所以蝕刻犧牲層1 3 2的時候，蝕刻 液等能毫不滞留地直接通過，因此，不易發生在振膜34與 對向電極板1 1 3之間犧牲層1 3 2未被侵蝕地殘留的情況，振 膜3 4與對向電極枝1 1 3就變得不易固著。 [第6實施例] 第31圖係表示藉由本發明之第6實施例的電容型振動 感測器3 06之構造的截面圖。在此實施例，在矽基板32的 下面設置連通至凹部37底面的集音用之貫通孔72。將貫通 孔72製成角錐台狀，相對於凹部3 7則成倒尖錐。不過，貫 通孔7 2的形狀並未特別被限定，又，貫通孔7 2的開口大小 在矽基板3 2的下面小、在凹部3 7的底面大亦可。 在此實施例，於矽基板32的底面，因爲設置有與凹部 3 7連通的貫通孔72，所以通過貫通孔72亦可從電容型振動 感測器3 06下面側將聲音信號導引至振動電極板1 1 2，電容 型振動感測器3〇6能在兩面接受聲音振動，成爲能從兩面集 音。 於電容型振動感測器3 06設置貫通孔72,將若干的變更 加在實施例1的電容型振動感測器3 06之製造步驟即可。 即，從第1實施例的第8圖（a)到第1 1圖（c)的步驟，如同形 成蝕刻孔36同樣在下面形成蝕刻窗73即可。第32圖係表 示電容型振動感測器3 06之製造步驟的一部分的典型圖’第 32圖（a)係表示相當於第1實施例之第Π圖（b)的步驟。在第 1實施例的第1 1圖（b)僅從蝕刻孔36露出矽基板32上面的 1305473 一部分’但在第6實施例之第3 2圖（a)從蝕刻孔3 6露出矽基 板3 2上面的一部分的同時’在矽基板3 2下面亦蝕刻絕緣掩 膜3 5等的一部分並開口成触刻窗7 3。 接著’如第32圖（b)所示，使用TMAH水溶液（最適合） 及KO Η、聯氨等的蝕刻劑’若從鈾刻孔3 6及蝕刻窗7 3將矽 基板3 2進行異向性蝕刻’如第3 2圖（c)所示，形成矽基板 32上面之角錐台狀的凹部37的同時，於矽基板32下面開口 • 成貫通孔72。 t 最後，藉由使用氟酸系水溶液的濕式蝕刻或乾式鈾刻， 除去不需要的矽氧化膜51b等，如第32圖（d)所示完成電容 型振動感測器3 0 6。但是，矽基板3 2與振動電極板1 I 2之間 留下絕緣掩膜35’振動電極板112與對向電極板113之間留 下矽氧化膜5 1 c。 若以此方式製造電容型振動感測器306，因爲從兩面蝕 刻矽基板3 2能同時形成凹部3 7與貫通孔72，所以縮短蝕刻 時間，電容型振動感測器306的生產效率提升。 I 第3 3圖係表示第6實施例之變形例的電容型振動感測 器307之構造的截面圖。在上述第6實施例，從上面側及下 面側蝕刻矽基板3 2並形成凹部3 7及貫通孔7 2，但在此變形 例的電容型振動感測器3 07，藉由僅從上面側蝕刻矽基板 32，於矽基板32形成角錐台狀之貫通孔77。 [第7實施例] 接著，說明將本發明之電容型振動感測器3 0 8實際裝設 於框體內的電容器型麥克風2 11的實施例。第3 4圖係表示 1305473 - 將可接受聲音振動之本發明的電容型振動感測器2 1 2容納於 框體2 1 3內的例子。電容型振動感測器2 1 2及1C等電路元 件2 1 4，係被實際裝設在電路基板2 1 5上，並藉由連接線2 1 7 而連接於電路基板2 1 5之電路配線2 1 6。實際裝設有電容型 振動感測器2 1 2及電路元件2 1 4的電路電路板2 1 5被容納在 框體2 1 3內的底面。電路接線2 1 6係被導引至框體2 1 3的下 ' 面，電容器型麥克風211係作爲表面實際裝設類型而構成。 ‘ 在框體2 1 3的上面，在從電容型振動感測器2 1 2錯開的 ® 位置開口成振動侵入口 2 1 8，從此振動侵入口 2 1 8侵入至框 體2 1 3內的聲音振動係藉由電容型振動感測器2 1 2而被檢 測，並藉由電路元件214而被輸出爲電壓變化或頻率變化。 另外，於第3 5圖所示者，係在矽基板下面具有集音用 的貫通孔72且亦能從下面接受到聲音振動，在框體213內 收納有本發明之電容型振動感測器220的電容型感測器 219。此電容器型麥克風219亦適用於具有與第34圖之電容 器型麥克風211同樣的構造，但電容型振動感測器220在下 ® 面具備集音用之貫通孔72者，且在框體213下面及電路基 板215開口成振動侵入口 221。此外，在第35圖的實施例， 亦可於框體213上面設置振動侵入口 218。 第36圖係電路元件214之電路範例的表示圖，且表示 將以電容型振動感測器所檢測出之聲音振動變換爲電壓變 化的電壓變化型之輸出電路。在第36圖所表示的可變電容 器2 22係藉由電容型振動感測器之振動電極板及對向電極板 所構成，並藉由聲音的強度（音壓）靜電容量產生變化。可變 -32- 1305473 , 電容器222及阻抗223爲串聯連接’在阻抗223的上端藉 直流電源224施加一定電壓。若藉由聲音的振動而可變電 器222的靜電容量產生變化，阻抗223及可變電容器222 間的電壓產生變化，所以藉將此處的電壓作爲輸出’可將 音的振動作爲電壓變化而輸出。此外’直流成分係被電容 225所阻隔。 • 另外，第3 7圖係電路元件2 1 4之其他的電路例的表 ' 圖，且表示將以電容型振動感測器所檢測出之聲音振動變 • 爲頻率變化的頻率變化型之輸出電路。第37圖所表示的 變電容器222也表示了電容型振動感測器。作爲電容型振 感測器的可變電容器222及線圈226並聯連接並構成LC 振電路，線圈226的下端接到埤，線圈226的上端電壓係 過直流阻隔用的電容器225而輸出。藉由此電路，若藉由 音的振動而可變電容器222的靜電容量產生變化，因爲 共振電路的諧振頻率產生變化，所以能把聲音振動作爲頻 變化而輸出。 • 此外’在電路元件2 1 4的輸出電路上，亦可包含增幅 路等。 另外，藉由在電容型振動感測器之振動電極板及對向 極板之間輸入電氣信號，可使振動電極板振動，所以在上 電容器型麥克風的構成，若進一步附加將電氣信號輸入至 容型振動感測器並使振動電極板振動的輸入電路，麥克風 外可賦有作爲揚聲器或耳機的功能，亦可用作爲音響轉 器。 由 容 之 聲 器 示 換 可 動 共 通 聲 LC 率 電 電 述 電 之 換 -33 - 1305473 [產業上的利用性] 本發明之電容型振動感測器，因爲能用作爲超小型的麥 克風，所以能作爲各種機器的麥克風使用。另外，在助聽器、 人工內耳、超音波診斷機器'脈搏感測器、骨質密度計、顯 膠囊內視鏡等，即使作爲用於檢測聲音及振動的感測器亦 可。另外，亦可用於異音檢查裝置或超音波測距計等的FA(工 廠自動化）機器、侵入檢知裝置或高齡者的室內監控用感測 ' 器等的安全機器。 I 此外，具備麥克風及揚聲器之功能的音響轉換器，能用 於行動電話、個人電腦、數位相機、1C錄音機等的電子機器。 另外，藉由將此音響轉換器陣列化，可構成用於音源定位的 裝置（從多數麥克風的檢測時間差進行位置判定）。進一步， 若在水中使用，亦可作爲水中麥克風或聲納。 【圖式簡單說明】 第1圖（a)、第1圖（b)及第1圖（c)係說明振動感測器之 一種的電容器型麥克風的一般原理圖。 t 第2圖係表示利用微加工技術所製造之習知的電容器型 麥克風之構造的截面圖。 第3圖係藉由本發明之第1實施例的電容型振動感測器 的槪略分解立體圖。 第4圖係第1實施例之電容型振動感測器的平面圖。 第5圖係第1實施例之電容型振動感測器的截面圖。 第6圖（a)、第34圖（b)及第34圖（c)係第1實施例之電 容型感測器的對向電極板、振動電極板及矽基板的各平面 -34- 1305473 圖。 第7圖係表示使用保持部分的小振動電極板之情況的電 容型振動感測器之使用區域、使用保持部分的大振動電極板 之情況的電容型振動感測器之使用區域的圖。 第8圖（a)〜8圖（d)係表示使用微加工技術來製造第1 實施例之電容型振動感測器之步驟的典型截面圖。 ' 第9圖（a)〜第9圖（d)係表示延續第8圖（d)之步驟的典 ' 型截面圖。 i 第10圖（a)〜第10圖（d)係表示延續第9圖（d)之步驟的 典型截面圖。 第1 1圖（a)〜第1 1圖（d)係表示延續第10圖（d)之步驟 的典型截面圖。 第12圖（a)〜第12圖（c)係表示貫通對向電極板之鈾刻 孔且逐漸蝕刻矽基板之狀態的典型平面圖及截面圖。 第13圖（a)及第13圖（b)係表示第12圖（c)之後的狀態的 典型平面圖及截面圖。 B 第14圖係說明第1實施例之電容型振動感測器的製造 步驟之變形例的圖。 第1 5圖係說明第1實施例之電容型振動感測器的製造 步驟之另外的變形例的圖。 第16圖（a)及第16圖（b)係構成本發明之第2實施例之 電容型感測器的對向電極板及振動電極板的各平面圖。 第1 7圖（a)係表示第3實施例之電容型感測器之對向電 極板的平面圖’第1 7圖（b)係表示第3實施例之電容型感測 -35- 1305473 . 器之振動電極板的平面圖。 第18圖（a)〜（d)係分別表示在第3實施例之電容型振動 感測器的製造步驟中，矽基板被蝕刻之狀態的典型平面圖及 截面圖。 第19圖（a)係表示第3實施例之變形例的電容型振動感 測器之對向電極板的平面圖，第19圖（b)係表示第3實施例 — 之變形例的電容型振動感測器之振動電極板的平面圖。 ' 第20圖（a)〜第20圖（c)係表示對向電極板的各種形狀 # 之蝕刻孔的平面圖’第20圖（d)〜第20圖（f)係表示藉由第 20圖（a)〜第20圖（c)的蝕刻孔於矽基板形成凹部之形狀的 平面圖。 第21圖係表示本發明之第4實施例之電容型振動感測 器的典型分解立體圖。‘ 第2 2圖係說明在第4實施例之電容型振動感測器的製 造步驟中，矽基板被蝕刻之狀態的圖。 第2 3圖係說明在第4實施例之變形例之電容型振動感 ^ 測器的製造步驟中，矽基板被蝕刻之狀態的圖。 第24圖係說明在第4實施例之另外的變形例之電容型 振動感測器的製造步驟中，矽基板被蝕刻之狀態的圖。 第2 5圖係表示第5實施例之電容型振動感測器的典型 分解立體圖。 第26圖係第5實施例之電容型振動感測器的截面圖。 第27圖（a)〜第27圖（d)係說明第5實施例之電容型振 動器之製造步驟的截面圖。 -36 - 1305473 第28圖（a)〜第28圖（d) ’係說明第5實施例之電容型 振動器之製造步驟的截面圖’並表不桌27圖（d)之後的步驟。 第29圖（a)〜第29圖（d) ’係說明第5實施例之電容型 振動器之製造步驟的截面圖’並表不第29圖（d)之後的步驟。 第30圖（a)及第30圖（b)係說明第5實施例之電容型振 動器之製造步驟的截面圖’並表示第29圖（d)之後的步驟。 ' 第31圖係表示本發明之第6實施例的電容型振動感測 - 器之構造的截面圖。 φ 第32圖（a)〜第32圖（d)係表示電容型振動感測器之製 造步驟之一部分的典型截面圖。 第3 3圖係表示本發明的第6實施例之變形例的截面圖。 第3 4圖係表示將電容型振動感測器收納於筐體內的電 容器型麥克風之截面圖。 第35圖係表示將電容型振動感測器收納於筐體內之另 外的電容器型麥克風之截面圖。 第36圖係表示電壓變化型之輸出電路之例的電路圖。 Φ 第37圖係表示頻率變化型之輸出電路之例的電路圖。 【主要元件符號說明】 3〇 1 - 3 07 ' 212 ' 220 電容型振動感測器 32 矽基板 112 振動電極板 34 振膜 36 、 104 蝕刻孔 37 凹部 -37 - 1305473 113 對向電極板 40 音響孔 62 制動器 72 貫通孔
-38 -

Claims (1)

1305473 年月曰修(更)正替換頁 第94138513號「電容型振動感測器、麥克風、聲音轉換器、 及電容型振動感測器之製造方法」專利申請案 (2008年9月1日修正） 十、申請專利範圍： 1.一種電容型振動感測器，以覆蓋形成在半導體基板之空間 的方式，於半導體基板的表面設置互相對向之振動電極板 及對向電極板，該電容型振動感測器之特徵爲：
於該振動電極板開口有多數的蝕刻孔，藉由該振動電極 板的蝕刻孔，該振動電極板的一部分係留下保持部而被切 離並形成振膜， 於該對向電極板，從垂直於該半導體基板之表面的方向 看的時候，以與該振動電極板之鈾刻孔相疊合的方式開口 成蝕刻孔，該對向電極板之鈾刻孔的外接長方形係彼此鄰 接而互相接觸或疊合，
該半導體基板的空間，係通過該對向電極板及該振動電 極板的各蝕刻孔，從兩電極板側之面朝向與兩電極板相反 之側的面所蝕刻而成。 2. 如申請專利範圍第1項之電容型振動感測器，其中，該對 向電極板的蝕刻孔係形成爲狹縫狀。 3. 如申請專利範圍第1項之電容型振動感測器，其中，該對 向電極板的蝕刻孔之面積係成爲該振動電極板的蝕刻孔 之面積的1/2倍。 4.如申請專利範圍第1項之電容型振動感測器，其中，該振 動電極板的蝕刻孔，係以邊緣爲圓弧狀的方式被形成於振 ~Α7 ^~ΤΓΓ"-—-- 年Y日修(更)正替換頁 1305473 動電極板之振動區域的四邊中央部。 5 .如申請專利範圍第1項之電容型振動感測器，其中，該半 導體基板，係在與該兩電極板相反之側形成有與該空間連 通的貫通孔。 6. —種麥克風，其具備：如申請專利範圍第1至5項中任何 一項之電容型振動感測器；及輸出電路，將該電容型振動 感測器所檢測出的聲音信號變換成電氣信號並輸出。
7. —種音響轉換器，其具備：如申請專利範圍第1至5項中 任何一項之電容型振動感測器；輸出電路，將該電容型振 動感測器所檢測出的聲音信號變換成電氣信號並輸出；及 輸入電路，將電氣信號輸入至該電容型振動感測器並產生 聲音振動。 8 .—種電容型振動感測器的製造方法，用以製造以覆蓋形成 在半導體基板之空間的方式，於半導體基板的表面設置互 相對向之振動電極板及對向電極板的電容型振動感測 器，該製造方法之特徵爲具備： 以覆蓋半導體基板的表面的方式，在半導體基板上方形 成具有蝕刻孔之振動電極板的步驟； 介由犧牲層而在振動電極板上方形成對向電極板的步 驟； 於該對向電極板，以外接長方形係彼此鄰接而互相接觸 或疊合的方式，並且，以與該振動電極板之蝕刻孔相疊合 的方式開口成多數蝕刻孔的步驟； 藉由通過該對向電極板及該振動電極板的各蝕刻孔而 1305473 -奶… 9/ i * Τ' .f-換頁I 對該半導體進行濕式蝕刻或乾式蝕刻，在該半導體基板形 成該空間的步驟；及 形成該空間之後，除去該_動電極膜及該對向電極膜之 間的犧牲層的步驟。
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