TWI505723B - 微電子機械系統傳聲器及其製造方法 - Google Patents

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Description

微電子機械系統傳聲器及其製造方法
本發明係關於一種微電子機械系統傳聲器及其製造方法。
一般，傳聲器是將聲音轉換成電信號的一種裝置。該傳聲器用於各種通信設備，如移動終端機等的移動通信設備、耳機或助聽器等。這種傳聲器應具有良好的電子/音響性能、可靠性及工作性。
該傳聲器有電容傳聲器(condenser microphone)和微電子機械系統傳聲器(MEMS microphone)等。
該電容傳聲器透過先分別製造振動板、支撐板及信號處理用印刷電路板等之後，將該等結構裝配在殼的內部而製造完成。這種電容傳聲器由於製造印刷電路板的程序和製造電容傳聲器的程序分離，因此生產成本增加，且在其小型化也受到了限制。
該微電子機械系統傳聲器利用半導體技術將振動板和支撐板等音響感知元件部分全部製造在一個矽基板上。
在韓國申請號10-2002-0074492(申請日：2002年11月27日)中公開了微電子機械系統傳聲器。該微電子機械系統傳聲器為了在下部電極注入電子，以約1100℃的高溫進行熱處理。此時，該膜(振動板)實質上由金屬性下部電極、矽氮化膜及矽氧化膜等不同物質構成，因此在高溫熱處理時由於熱膨脹係數的差異產生殘餘應力(壓縮應力或膨脹應力)。隨著該膜受到殘餘應力會產生變形或破裂(crack)。進而，當殘餘應力施加於該膜時，該膜難以隨音響而正確地振動，因此難以將產生的音響正確地轉換為電信號。
另外，由於該傳聲器透過蝕刻矽基板的下側來調節膜之厚度，因此有可能使該膜的厚度不均勻。當該膜的厚度不均勻時，膜對音響的振動不規則，有可能難以將音響正確地轉換為電信號。
在國際公開號WO2007/112743(公開日：2007年03月29日)中公開了一種氧化矽基板而形成背容積(back volume)的微電子機械系統傳聲器製造方法。此時，為了在該矽基板形成背容積15而氧化多孔性矽結構9，並形成該多孔性矽結構，依次進行蒸鍍及蝕刻導電層2、金屬層3、矽氧化膜4等的程序(1a-1h程序)等。為了形成該多孔性矽結構必須進行多次程序，因而微電子機械系統傳聲器的製造時間有可能顯著增加。另外，由於根據電壓條件該多孔性矽結構9的矽，其氧化速度有可能不均勻，因此也可能不均勻地蝕刻該背容積15。當該背容積的表面蝕刻不均勻，則該膜和背容積之間的距離變得不均勻，因此有可能難以將音響準確地轉換成電信號。
另外，該振動膜與矽基板或矽氧化膜的熱膨脹係數之差很大。但是，由於該振動膜透過矽氧化膜與矽基板接觸，因此該振動膜與矽基板接觸的部位因熱膨脹係數之差而可能產生破裂。
另外，所述兩個對比文獻是在矽基板疊層膜和支撐板的結構，因此該微電子機械系統傳聲器的高度只會變高。因此，對製造小型化的傳聲器受到了限制。
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種能夠在膜與矽基板接觸的部位使殘餘應力最小化的微電子機械系統傳聲器及其製造方法。
本發明的另一個目的在於提供一種無需為了在膜和支撐板吸附離子而以高溫加熱的微電子機械系統傳聲器及其製造方法。
本發明的另一個目的在於提供一種相較於在矽基板的上側層疊膜和支撐板的結構，能夠容易地進行犧牲層的平坦化過程，並能夠自由地調節該膜和支撐板的厚度，從而能夠提高傳聲器的音響特性之微電子機械系統傳聲器及其製造方法。
本發明的再一個目的在於提供一種可以將微電子機械系統傳聲器的高度減小到膜和支撐板之間的間距以上之微電子機械系統傳聲器及其製造方法。
為達到上述目的的本發明一實施方式，提供一種微電子機械系統傳聲器，包括：矽基板，形成有背腔；支撐板，蒸鍍在該矽基板，形成有多個音孔；膜，以與該支撐板隔開而形成空隙的方式蒸鍍在該矽基板；以及應力緩衝部，蒸鍍在該膜和矽基板的接觸部位。
本發明的另一個實施方式，提供一種微電子機械系統傳聲器的製造方法，包括：在矽基板蒸鍍應力緩衝部的步驟；在該應力緩衝部蒸鍍膜的步驟；在該膜蒸鍍犧牲層的步驟；在該犧牲層蒸鍍支撐板而形成多個音孔的步驟；蝕刻該矽基板的下側而形成背腔之步驟；以及去除該犧牲層，在該膜和支撐板之間形成空隙的步驟。
本發明再一個實施方式，提供一種微電子機械系統傳聲器的製造方法，包括：在矽基板蒸鍍支撐板的步驟；在該支撐板蒸鍍犧牲層的步驟；在該矽基板的支撐板邊緣蒸鍍應力緩衝部之步驟；在該應力緩衝部和犧牲層蒸鍍膜的步驟；蝕刻該矽基板的下側而形成背腔之步驟；以及去除該犧牲層，在該膜和支撐板之間形成空隙的步驟。
本發明的效果如下。
根據本發明，具有能夠在該膜和矽基板接觸的部位使殘餘應力最小化之效果。進而，具有能夠防止在該膜和矽基板的接觸部位產生破裂之效果。
根據本發明，具有防止因殘餘應力而導致膜的變形，從而能夠正常進行音壓測定的效果。
根據本發明，由於膜和支撐板在低溫(約90℃左右的溫度)狀態下以非電解鍍層法進行蒸鍍，因此具有將微電子機械系統晶片和ASIC晶片製成一個晶片的效果。進而，具有能以一元化的半導體技術製造微電子機械系統傳聲器之效果。
根據本發明，由於在低溫狀態下製造微電子機械系統傳聲器，因此具有能夠最小化在該膜和支撐板本身殘留有殘餘應力的效果。進而，具有防止在該膜和支撐板與矽基板的接觸部位產生破裂之效果。
根據本發明，由於利用非電解鍍層法來蒸鍍膜和支撐板，因此可以容易地調節該膜和支撐板的厚度，從而具有穩定音響特性和增強音響靈敏度的效果。
根據本發明，由於在蝕刻矽基板之後透過蒸鍍膜和支撐板來形成空隙(air gap)，因而具有能夠準確而簡易地形成該空隙的效果。進而，具有能夠減小微電子機械系統傳聲器的高度並在基板上穩定地固定膜和支撐板的效果。
對為了達到上述目的，本發明微電子機械系統傳聲器的具體實施例進行說明。
對本發明的微電子機械系統傳聲器之第一實施例進行說明。
第1a圖至第1c圖是表示在本發明的微電子機械系統傳聲器之第一實施例中，在矽基板形成空隙形成部的程序之剖面圖。
參照第1a圖及第1b圖，該微電子機械系統傳聲器包括矽基板10。在該矽基板10的兩側蒸鍍有如氮化矽(Si3 N4 )或氧化矽(Si O2 )等的絕緣保護層11、12(參照第1a圖)。此時，該氮化矽利用低壓化學汽相蒸鍍(LPCVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition)在矽基板10的表面蒸鍍保護層11、12。
該矽基板10的上側之絕緣保護層11為形成空隙形成部15而被蝕刻(參照第1b圖)。此時，該矽基板10的上側絕緣保護層11可以利用RIE(Reactive Ion Etching)裝置來蝕刻。
參照第1c圖，利用KOH溶液或TMAH溶液蝕刻該矽基板10的上側，以已設定的深度形成該空隙形成部15。
此時，作為該空隙形成部15的掩模物質(未圖示)可以適用氮化矽(Si3 N4 )或氧化矽(SiO2 )等。
透過將該空隙形成部15深度D調節成已設定的深度，能夠調節以下要說明的膜25和支撐板37之間的間距。該空隙形成部15的深度D可以根據KOH溶液或TMAH溶液的濃度、蝕刻時間及溫度等進行調節。該KOH溶液或TMAH溶液的濃度、蝕刻時間及溫度等需要根據空隙形成部的深度適當地調節。
另外，利用KOH溶液或TMAH溶液進行蝕刻時，該空隙形成部15的邊緣形成具有約54.74°的角度α之傾斜面16。此時，在矽結晶的傾斜方向(111面方向)上與KOH溶液或TMAH溶液的反應速度相對慢，在矽結晶垂直方向(100方向)上與KOH溶液或TMAH溶液的反應速度相對快。從而，該空隙形成部15的邊緣被蝕刻成具有傾斜面16。
第2a圖至第2c圖是表示在第1c圖的矽基板之空隙形成部蒸鍍應力緩衝部的程序之剖面圖。
參照第2a圖至第2c圖，在該矽基板10的空隙形成部15之上側蒸鍍應力緩衝部20。在該空隙形成部15和應力緩衝部20的上側蒸鍍膜25。
該應力緩衝部20透過以下程序形成。
在該矽基板10的空隙形成部15表面塗敷感光性掩模物質21。透過曝光及顯影該感光性掩模物質21，圖形化(patterning)用於形成該應力緩衝部20的區域22a(參照第2a圖)。在所述用於形成該應力緩衝部20的區域22a蒸鍍應力緩衝部20(參照第2b圖)。然後，去除該感光性掩模物質(參照第2c圖)。
該應力緩衝部20可以由熱膨脹係數不同的多個物質層構成，且接觸該矽基板20上側表面之物質層20a與支撐該膜25之物質層20c係具有不同的熱膨脹係數。例如，該應力緩衝部20可以由鉻20a(Cr)、金20b(Au)及聚醯亞胺20c(Polyimide)等疊層而形成。
此時，從該矽基板10起，該多個物質層20a、20b、20c的熱膨脹係數可以越靠近膜25越大。對此參照以下表格進行詳細說明。下述“表”中E表示彈性模數(young's modulus)，a表示熱膨脹係數。
從該矽基板10向膜25側可以以鉻(熱膨脹係數4.9)、金(熱膨脹係數14.2)及聚醯亞胺(熱膨脹係數35)的順序疊層。這裡，矽基板的熱膨脹係數為2.6，作為矽基板的保護層之氮化矽的熱膨脹係數為2.7，鎳膜的熱膨脹係數為13.4。
該應力緩衝部20在該膜25振動時，透過應力緩衝部20的緩衝作用防止在該膜25和矽基板10的接觸部位產生破裂。
第3a圖及第3b圖是表示在第2C圖的矽基板之空隙形成部蒸鍍膜的程序之剖面圖。
參照第3a圖及第3b圖，在該矽基板10的空隙形成部15和應力緩衝部20的上側蒸鍍膜25。此時，在該膜25形成能夠使空氣通過的空氣通過孔25a(參照第3a圖)。該膜25是隨音壓而振動的振動板，並且是測定靜電容量的電容之下部電極。
該膜25可以透過非電解鍍層法(electroless plating)進行蒸鍍。
這裡，非電解鍍層法是不從外部接受電能供給，依靠還原劑還原金屬離子，在矽基板的表面上析出金屬之方法。這種非電解鍍層法與電鍍法相比，能夠使膜25的厚度整體上均勻，另外在具有曲折的面上也能夠容易形成膜25。
該膜25的非電解鍍層法透過以下過程而形成。
首先，在形成有該空隙形成部15的矽基板10之表面 塗敷感光性掩模物質21。透過曝光及顯影該感光性掩模物質21，圖形化用於形成膜25的區域。為進行鎳非電解鍍層使該圖形化的矽表面被表面活性化。在該被表面活性化的矽基板10之表面，透過非電解鍍層法形成鎳膜25(參照第3a圖)。形成該鎳膜25之後去除該感光性掩模物質21(參照第3b圖)。最後，清洗該膜25的表面。
另外，由於該膜25透過非電解鍍層在約90℃左右低溫下還原置換導電性離子等，從而無需為了蒸鍍該膜25而像現有技術那樣以約1100℃左右的高溫進行加熱。
另外，由於該膜25由金屬性材料構成，因而能夠與測定靜電容量的外部電路(例：ASIC晶片)電連接。因此，不用像現有技術那樣的在聚矽材料的膜層注入導電性離子，所以不用在膜層進行另外的高溫加熱程序，從而能夠減少製造程序。
另外，即使該膜25和矽基板10的熱膨脹係數存在差異，但由於不用高溫加熱，因而在該膜25和矽基板10的接觸部位上，在非電解鍍層程序中幾乎不會產生作為殘餘應力(residual stress)的壓力(compressive stress)或張應力(tensile stress)。結果，該膜25幾乎不會因殘餘應力而變形，因而能夠使該膜25正常振動從而穩定音響特性。另外，在該膜和矽基板的接觸部位幾乎不產生殘餘應力，從而能夠防止在該矽基板和膜的接觸部位上產生破裂。
與此相較，現有這樣透過電鍍層法形成膜25時，需要在矽基板的表面蒸鍍種子層(seed layer)之後通電。在該種 子層上電流強度分佈不均勻，以部分不均勻的強度分佈。此時，在該膜25上導電性離子以不均勻的厚度鍍金，因此該膜25的厚度有可能整體上不均勻。但是，本發明非電解鍍層法對於膜不存在電流密度差，因而膜的厚度整體上均勻。
另外，作為該膜25可以適用包含鎳的軟性導電性材料。由於該膜25是導電性材料，因此該膜25可以導電。進而，由於該膜25是軟性材料，因而能夠防止當該膜25因過電流而振動或受到外部衝擊而破損。
另外，該膜25的厚度可以形成為約0.1~5μm的厚度。該膜25的厚度可以根據微電子機械系統傳聲器所感知的音壓而調節成適當厚度。
另外，當電鍍該膜25時，由於首先透過噴濺(sputter)或電子束(E-beam)從該空隙形成部15的上側向下側以構成幾乎垂直或略微傾斜的狀態噴射鍍金用金屬蒸汽(vapor)。此時，在該空隙形成部15的傾斜面16不會存在該膜25和其電極(未圖示)短路的危險。但是，當非電解鍍層該膜25時，由於即便在具有曲折的面上也能夠容易蒸鍍，因而該膜和其電極(未圖示)不短路而容易連接。
第4a圖及第4b圖是表示在第3b圖的膜上蒸鍍犧牲層和支撐板的程序之剖面圖。
參照第4a圖，在該空隙形成部15蒸鍍犧牲層33。此時，由於該犧牲層33蒸鍍於以指定深度蝕刻在矽基板上的空隙形成部，因而不需要為了蒸鍍該犧牲層而蒸鍍或蝕刻 其他層。從而，能夠容易地蒸鍍犧牲層且減少製造程序。
該犧牲層33的上面能夠與矽基板10的上面構成同一平面之方式蒸鍍。此時，當該犧牲層33為黏性相對高的物質時，可以透過化學機械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)使該犧牲層33的表面平滑。另外，當該犧牲層33為黏性相對低的物質時，由於該犧牲層33的表面平滑因而不用另外進行該化學機械研磨。
該犧牲層33可以由氧化矽、光致抗蝕劑、鍍金銅等材料形成。
參照第4b圖，該支撐板37可以以非電解鍍層方式(electroless plating)蒸鍍在犧牲層33的上側。該支撐板37能夠以約2~100μm的厚度蒸鍍。這樣的支撐板37以對置於膜25的方式設置、測定靜電容量的電容之上部電極。
該支撐板37的非電解鍍層法透過以下過程形成。首先，在該犧牲層33的表面塗敷感光性掩模物質(未圖示)。曝光及顯影該感光性掩模物質，圖形化用於形成支撐板37的區域。此時，用於形成該支撐板37的區域具有能夠形成多個音孔38之形狀。為進行鎳非電解鍍層使該圖形化的支撐板37區域被表面活性化。在該被表面活性化的支撐板37區域之表面，透過非電解鍍層法蒸鍍鎳支撐板37。形成該鎳支撐板37之後，去除該感光性掩模物質，形成該支撐板37。最後，清洗該支撐板37的表面。這種支撐板37的非電解鍍層法實質上與上述膜25的非電解鍍層法幾乎相同。
由於該支撐板37透過非電解鍍層在約90℃左右的低 溫下還原置換導電性離子等，從而無需為了蒸鍍該支撐板37而像現有技術那樣以約1100℃左右的高溫進行加熱。另外，由於該支撐板37由金屬性材料構成，因而能夠與測定靜電容量的外部電路(例：ASIC晶片)電連接。因此，不用像現有技術那樣的在聚矽材料的膜層注入導電性離子，所以不用進行現有技術那樣的在聚矽注入金屬性離子，也不用進行另外的高溫加熱程序，從而能夠減少製造程序。
另外，即使該支撐板37和矽基板10的熱膨脹係數存在差異，但由於不用高溫加熱，因而在該支撐板37和矽基板10的接觸部位上幾乎不會產生作為殘餘應力(residual stress)的壓力(compressive stress)或張應力(tensile stress)。結果，該支撐板37幾乎不會因殘餘應力而變形，從而能夠穩定音響特性。另外，該支撐板37和矽基板10之間幾乎不產生殘餘應力，從而能夠防止在該支撐板37和矽基板10接觸部位上產生破裂(crack)。
與此相較，現有這樣的透過電鍍層法形成支撐板37時，需要在矽基板的表面蒸鍍種子層(seed layer)之後通電。在該種子層上電流以不均勻的強度分佈。此時，在該支撐板37上導電性離子以不均勻的厚度鍍金，該支撐板37的厚度有可能整體上不均勻。
另外，該支撐板37可以由包含鎳的軟性導電性材料形成。由於該支撐板37是導電性材料，因此該支撐板37可以導電。進而，由於該支撐板37是軟性材料，因而能夠防止該支撐板受到外部衝擊時該支撐板的破損。
第5a圖至第5c圖是表示在第4b圖的矽基板形成背腔和空隙的程序之剖面圖。
參照第5a圖至第5b圖，在該矽基板10下側的絕緣保護層12塗敷感光性掩模物質(未圖示)。透過曝光及顯影該感光性掩模物質，圖形化用於形成背腔41的區域(參照第5a圖)。
用於形成該背腔41的區域能夠透過KOH溶液或TMAH溶液而被異向性濕蝕(參照第5b圖)。此時，作為掩模物質能夠使用氮化矽、二氧化矽、感光性物質、金或鉻。
另外，用於形成該背腔41的區域可以透過深反應離子蝕刻法(DRIE：Deep Reactive Ion Etching)被異向性乾蝕。此時，作為掩模物質能夠使用氮化矽、二氧化矽、感光性物質、金或鉻。
如此，隨著矽基板10的下側被蝕刻，在該膜25的下側形成背腔41。
參照第5c圖，透過該支撐板37的音孔38蝕刻並去除該犧牲層33。此時，隨著該犧牲層33被去除，該膜25和支撐板37之間形成空隙45。當向該膜25施加音壓時，該空隙45使該膜25以不與支撐板37接觸的方式振動。
該空隙45的間距可以根據該空隙形成部15之蝕刻深度和該犧牲層33的蒸鍍厚度而事先設定。因此，該膜25和支撐板37可以蒸鍍在該矽基板10的內部或表面而不是矽基板10的上側。結果，本發明與現有技術相比可以將微 電子機械系統傳聲器高度降低到支撐板37和膜25高度左右的高度。
另外，當在該膜25施加音壓時，該膜25的空氣通過孔25a使空氣通過該空隙45和背腔41，從而使在該背腔41形成與大氣壓幾乎相同的壓力。進而，能夠使音壓正常施加於該膜25。
對如上述結構構成的微電子機械系統傳聲器之作用進行說明。
第6圖是用於說明膜和應力緩衝部的作用之概要圖。
參照第6圖，該微電子機械系統傳聲器在該膜25隨音壓振動時，該膜25和支撐板37之間空隙45的間距發生變化。此時，隨該空隙45的間距之變化靜電容量發生變化，透過變化的靜電容量將聲音轉換成電信號。
此時，當在該膜25存在殘留的壓縮應力(compressive stress)時，在膜25振動或不振動時，該應力緩衝部20都緩衝該膜25的壓縮應力。
另外，當該膜25存在殘留的張應力時，在膜25振動或不振動時，該應力緩衝部20都緩衝該膜25的張應力。
從而，該應力緩衝部20能夠解除在膜25和矽基板10接觸部位產生的緩衝應力。另外，該應力緩衝部20能夠防止由殘餘應力導致膜25的變形，使音響感應正確。
另外，上述的微電子機械系統傳聲器透過調節空隙形成部15的蝕刻深度，能夠調節該膜25和支撐板37之間的空隙45。
另外，由於該膜25和支撐板37用包含鎳的同一物質蒸鍍，因此程序變得簡單且製造成本降低。
另外，由於該支撐板37和膜25由同一程序蒸鍍在矽基板10，因此微電子機械系統傳聲器的製造程序變得簡單且能夠顯著地增加產量。
另外，由於該膜25和支撐板37透過非電解鍍層在低溫下蒸鍍，因此可以最小化在該矽基板10和膜25及支撐板37的接觸部位上產生殘餘應力。從而，能夠防止該膜25變形或在接觸部位上產生破裂。另外，能夠簡化製造程序並且減少製造費用。
下面，對本發明微電子機械系統傳聲器的第二實施例進行說明。
第7圖是表示在本發明的微電子機械系統傳聲器之第二實施例中在矽基板形成空隙形成部的程序之剖面圖。
參照第7圖，該微電子機械系統傳聲器包括矽基板50。在該矽基板50的兩側蒸鍍如氮化矽(Si3 N4 )或氧化矽(SiO2 )等的絕緣保護層51、52。此時，利用低壓化學汽相蒸鍍(LPCVD：Low Pressure Chemical Vapor Deposition)在矽基板50的表面蒸鍍絕緣保護層51、52。
該矽基板50上側的絕緣保護層51為了形成空隙形成部55而被蝕刻。此時，該矽基板50的上側絕緣保護層51可以由RIE(Reactive Ion Etching)裝置來蝕刻。
利用KOH溶液或TMAH溶液蝕刻該矽基板50的上側，以已設定的深度D形成該空隙形成部55。此時，作為 該空隙形成部55的掩模物質61可以適用氮化矽(Si3 N4 )或氧化矽(SiO2 )等。
透過將該空隙形成部55的深度D調節成已設定之深度，能夠調節以下要說明的膜77和支撐板65之間的間距。這種空隙形成部55的深度能夠由KOH溶液或TMAH溶液的濃度、蝕刻時間及溫度等決定。
另外，利用KOH溶液或TMAH溶液進行蝕刻時，該空隙形成部55的邊緣形成具有約54.74°的角度α之傾斜面56。此時，在矽結晶傾斜方向(111結晶方向)上與KOH溶液或TMAH溶液的反應速度相對慢，在矽結晶垂直方向(100結晶方向)上與KOH溶液或TMAH溶液和的反應速度相對快。從而，該空隙形成部55的邊緣形成傾斜面56。
第8a圖至第8c圖表示在第7圖的矽基板之空隙形成部蒸鍍支撐板的程序之剖面圖。
參照第8a圖至第8c圖，在該矽基板50空隙形成部55的上側蒸鍍支撐板65。該支撐板65可透過非電解鍍層法蒸鍍。這種支撐板65是根據靜電容量來測定振動的電容之下部電極。
該支撐板65的非電解鍍層法透過以下過程而形成。首先，在形成有該空隙形成部55的矽基板50之表面塗敷感光性掩模物質61。透過曝光及顯影該感光性掩模物質61，圖形化用於形成支撐板65和音孔66的區域(參照第8a圖)。為進行鎳非電解鍍層使該圖形畫的矽表面之表面活性化。在該被表面活性化的矽基板50之表面，透過非電解鍍 層法形成鎳支撐板65(參照第8b圖)。形成該鎳支撐板65之後去除該感光性物質(參照第8e圖)。最後，清洗該支撐板65的表面。
由於該支撐板65透過非電解鍍層在約90℃左右的低溫下還原置換導電性離子等，從而無需為蒸鍍該支撐板65以約1100℃左右的高溫進行加熱。由於該支撐板65由金屬性材料構成，因而能夠與測定靜電容量的外部電路(例：ASIC晶片)電連接。因此，不用像現有技術那樣為了在聚矽注入金屬性離子並使其穩定而進行另外的高溫加熱程序，從而能夠減少製造程序。
另外，即使該支撐板65和矽基板50的熱膨脹係數存在差異，但由於不用高溫加熱，該支撐板65和矽基板50的接觸部位上幾乎不會產生作為殘餘應力(residual stress)的壓縮應力(compressive stress)或張應力(tensile stress)。結果，該支撐板65幾乎不會因殘餘應力而變形，從而能夠防止在該支撐板65和矽基板50的接觸部位上產生破裂。
與此相較，現有這樣的透過電鍍層法形成支撐板65時，需要在該矽基板的表面蒸鍍種子層(seed layer)之後通電。此時，在該種子層上電流強度以部分不均勻的方式分佈。此時，在該支撐板上導電性離子以不均勻的厚度鍍金，因此該支撐板的厚度有可能整體上不均勻。但是，本發明的非電解鍍層法對支撐板不存在電流密度差，因而支撐板厚度整體上均勻。
另外，作為該支撐板65可適用包含鎳的軟性導電性材 料。由於該支撐板65是導電性材料，因此該支撐板65可以導電。另外，由於該支撐板65是軟性材料，因而能夠防止該支撐板65受到外部衝擊而被破損。
另外，該支撐板65的厚度可以形成約2~100μm的厚度。該支撐板65的厚度可以根據微電子機械系統傳聲器所感知的音壓而調節成適當厚度。
另外，當電鍍該支撐板65時，由於首先透過噴濺(sputter)或電子束(E-beam)從該空隙形成部55的上側向下側以構成幾乎垂直或略微傾斜的狀態噴射鍍金用金屬蒸汽(vapor)。此時，在該空隙形成部55的傾斜面56存在該支撐板65和其電極(未圖示)短路的危險。但是，當非電解鍍層該支撐板65時，由於即便在具有曲折的面上也能夠容易蒸鍍，因而該支撐板和其電極(未圖示)不短路而容易連接。
第9a圖及第9b圖是表示在矽基板的支撐板之上側蒸鍍犧牲層和應力緩衝部的程序之剖面圖。
參照第9a圖，在該空隙形成部55蒸鍍犧牲層73。此時，由於該犧牲層73蒸鍍於以指定深度D蝕刻在矽基板60的空隙形成部55，因而不需要為了蒸鍍該犧牲層73而蒸鍍或蝕刻其他層。從而，能夠容易地蒸鍍犧牲層且減少製造程序。
該犧牲層73的上面能夠與矽基板50的上面構成同一平面之方式蒸鍍。此時，當該犧牲層73為黏性相對高的物質時，可以透過化學機械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)使該犧牲層73的表面平滑。另外，該犧牲層73為黏性相對低的物質時，由於該犧牲層73的表面平滑因而不用另外進行化學機械研磨。
該犧牲層73可以由氧化矽、光致抗蝕劑、鍍金銅等材料形成。
參照第9b圖，在該犧牲層73的上側邊緣蒸鍍應力緩衝部70。
該應力緩衝部70透過以下程序形成。
首先，在該犧牲層73的表面塗敷感光性掩模物質72。透過曝光及顯影該感光性掩模物質72，圖形化用於形成應力緩衝部70的區域72a。在該用於形成的應力緩衝部70區域72a蒸鍍應力緩衝部70。然後，去除感光性掩模物質。
該應力緩衝部70可以由熱膨脹係數不同的多個物質層70a、70b、70c形成，且接觸該矽基板50上側表面之物質層70a與支撐該膜77之物質層70c係具有不同的熱膨脹係數。例如，該應力緩衝部70由鉻70a(Cr)、金70b(Au)及聚醯亞胺70c(Polyimide)等層積形成。
此時，該多個物質層70a、70b、70c的熱膨脹係數可以從該矽基板50越向膜77側靠近則越大。例如，從該矽基板50向膜77側靠近可以以鉻(熱膨脹係數4.9)，金(熱膨脹係數14.2)及聚醯亞胺(熱膨脹係數35)的順序疊層。這裡，矽基板的熱膨脹係數是2.6，作為矽基板的保護層之氮化矽的熱膨脹係數為2.7，鎳膜的熱膨脹係數為13.4。關於該物質層的物性如上述“表”所示。
該應力緩衝部70在該膜77振動時，透過多個物質層70a、70b、70c的緩衝作用來防止在該膜77和矽基板50的接觸部位產生破裂。這種應力緩衝部70的作用與上述實質相同，因此省略其說明。
第10圖是表示在應力緩衝部和犧牲層蒸鍍膜的程序之剖面圖。
參照第10圖，該膜77可以在犧牲層73的上側以非電解鍍層方式蒸鍍。該膜77可以以約0.1~5μm的厚度蒸鍍。
該膜的非電解鍍層法透過以下過程構成。
首先，在該犧牲層73的表面塗敷感光性掩模物質(未圖示)。透過曝光及顯影該感光性掩模物質，圖形化用於形成膜77的區域。該用於圖形化的膜77區域為進行鎳非電解鍍層使其表面活性化。在該被表面活性化的膜77區域的表面，透過非電解鍍層法形成鎳膜77。形成該鎳膜77之後去除該感光性物質。最後，清洗該膜77的表面。
由於該膜77透過非電解鍍層在約90℃左右的低溫下還原置換導電性離子等，從而無需為了蒸鍍該膜77而像現有技術那樣以約1100℃左右的高溫進行加熱。
由於該膜77由金屬性材料構成，因而能夠與測定靜電容量的外部電路(例：ASIC晶片)電連接。因此，不用進行向該膜77注入金屬性離子，也不用進行另外的高溫加熱程序。
即使該膜77和矽基板50的熱膨脹係數存在差異，但由於不用高溫加熱，因而在該膜77和矽基板50的接觸部 位上幾乎不會產生作為殘餘應力(residual stress)的壓縮應力(compressive stress)或張應力(tensile stress)。結果，該膜77幾乎不會因殘餘應力而變形，從而能夠防止在該膜77和矽基板50的接觸部位上產生破裂。
另外，該膜77可以由包含鎳的軟性導電性材料形成。由於該膜77是導電性材料，因而可以通電。另外，由於該膜77是軟性材料，因而能夠防止過電流或外部衝擊而產生的破損。
第11a圖及第11b圖是表示在矽基板形成背腔和空隙的程序之剖面圖。
參照第11a圖，在該矽基板50下側的絕緣保護層52塗敷感光性掩模物質。透過曝光及顯影該感光性掩模物質，圖形化用於形成背腔81的區域。
用於形成該背腔81的區域能夠透過KOH溶液或TMAH溶液而被異向性濕蝕。此時，作為掩模物質能夠使用氮化矽、二氧化矽、感光性物質、金或鉻。
另外，用於形成該背腔81的區域可以透過深反應離子蝕刻法(DRIE：Deep Reactive Ion Etching)被異向性乾蝕。此時，作為掩模物質能夠使用氮化矽、二氧化矽、感光性物質、金或鉻。
如此地，隨著矽基板50的下側被蝕刻，在該支撐板65的下側形成背腔81。
參照第11b圖，透過該支撐板65的音孔66來蝕刻並去除該犧牲層73。此時，隨著該犧牲層73被去除，該膜 77和支撐板65之間形成空隙85。當向該膜77施加音壓時，該空隙85使該膜77以不與支撐板65接觸的方式振動。
該空隙85的間距可以根據矽基板50的蝕刻深度和該空隙形成部55蒸鍍高度而事先設定。因此，該膜77和支撐板65可以蒸鍍在該矽基板50內部或表面而不是矽基板50上側。結果，本發明與現有技術相比可以將微電子機械系統傳聲器高度降低到支撐板65和膜77高度左右的高度。
另外，當在該膜77施加音壓時，該膜77的空氣通過孔77a使空氣通過該空隙85和背腔81，從而使在該背腔81和空隙85形成與大氣壓幾乎相同的壓力。進而，能夠使音壓正常施加於該膜77。
上述的微電子機械系統傳聲器透過調節空隙形成部55的蝕刻深度，能夠調節該膜77和支撐板65之間的空隙85。
另外，由於該膜77和支撐板65用包含鎳的同一物質蒸鍍，因此程序變得簡單且能夠降低製造成本。
另外，由於該支撐板65和膜77由同一程序蒸鍍在矽基板50，因此微電子機械系統傳聲器的製造程序變得簡單且能夠顯著增加產量。
另外，由於該膜77和支撐板65透過非電解鍍層法在低溫下蒸鍍，因而可最小化在該矽基板50和膜77及支撐板65的接觸部位上產生殘餘應力。從而，能夠防止該膜77的變形或在接觸部位上產生破裂。而且，能夠簡化製造程序並且減少製造费用。
產業上利用的可能性
本發明可以透過減少在膜和支撐板接觸部位上的殘餘應力而防止破裂產生，因而在產業上有顯著的利用可能性。
10‧‧‧矽基板
11‧‧‧絕緣保護層
12‧‧‧絕緣保護層
15‧‧‧空隙形成部
16‧‧‧傾斜面
20‧‧‧應力緩衝部
20a‧‧‧物質層
20b‧‧‧物質層
20c‧‧‧物質層
21‧‧‧感光性掩模物質
22a‧‧‧區域
25‧‧‧膜
25a‧‧‧空氣通過孔
33‧‧‧犧牲層
37‧‧‧支撐板
38‧‧‧音孔
41‧‧‧背腔
45‧‧‧空隙
50‧‧‧矽基板
51‧‧‧絕緣保護層
52‧‧‧絕緣保護層
55‧‧‧空隙形成部
56‧‧‧傾斜面
61‧‧‧感光性掩模物質
62‧‧‧感光性掩模物質
65‧‧‧支撐板
66‧‧‧音孔
70‧‧‧應力緩衝部
70a‧‧‧物質層
70b‧‧‧物質層
70c‧‧‧物質層
71‧‧‧感光性掩模物質
72‧‧‧感光性掩模物質
72a‧‧‧區域
73‧‧‧犧牲層
77‧‧‧膜
77a‧‧‧空氣通過孔
81‧‧‧背腔
85‧‧‧空隙
α‧‧‧角度
D‧‧‧深度
第1a圖至第1c圖是表示在本發明的微電子機械系統傳聲器之第一實施例中在矽基板形成空隙形成部的程序之剖面圖。
第2a圖至第2c圖是表示在圖1c的矽基板之空隙形成部蒸鍍應力緩衝部的程序之剖面圖。
第3a圖及第3b圖是表示在圖2C的矽基板之空隙形成部蒸鍍膜的程序之剖面圖。
第4a圖及第4b圖是表示在圖3b的膜上蒸鍍犧牲層和支撐板的程序之剖面圖。
第5a圖至第5c圖是表示在圖4b的矽基板形成背腔和空隙的程序之剖面圖。
第6圖是用於說明圖5c的膜和應力緩衝部的作用之概要圖。
第7圖是表示在本發明的微電子機械系統傳聲器之第二實施例中在矽基板形成空隙形成部的程序之剖面圖。
第8a圖至第8c圖表示在圖7的矽基板之空隙形成部蒸鍍支撐板的程序之剖面圖。
第9a圖及第9b圖是表示在圖8c的支撐板之上側蒸鍍犧牲層和應力緩衝部的程序之剖面圖。
第10圖是表示在圖9b的應力緩衝部和犧牲層蒸鍍膜 的程序之剖面圖。
第11a圖及第11b圖是表示在矽基板形成背腔和空隙的程序之剖面圖。
10．．．矽基板
12．．．絕緣保護層
20．．．應力緩衝部
25．．．膜
25a．．．空氣通過孔
37．．．支撐板
38．．．音孔
41．．．背腔
45．．．空隙

Claims (18)

  1. 一種微電子機械系統傳聲器，包括：矽基板，形成有背腔；支撐板，蒸鍍在該矽基板，形成有多個音孔；膜，以與該支撐板隔開而形成空隙的方式蒸鍍在該矽基板；以及應力緩衝部，蒸鍍在該膜和矽基板的接觸部位，該應力緩衝部由不同熱膨脹係數的多個物質層彼此層狀堆疊而構成，且接觸該矽基板上側表面之物質層與支撐該膜之物質層係具有不同的熱膨脹係數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微電子機械系統傳聲器，其中，從該矽基板起，該多個物質層的熱膨脹係數越靠近該膜越大。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微電子機械系統傳聲器，其中，該應力緩衝部包括鉻、金及聚醯亞胺物質層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之微電子機械系統傳聲器，其中，在該矽基板以已設定的深度蝕刻而形成空隙形成部，該膜蒸鍍在該空隙的下側或該矽基板的上側，該支撐板以與膜隔開而形成空隙的方式蒸鍍在該空隙的下側或該矽基板的上側。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之微電子機械系統傳聲器，其中，該膜和支撐板之間的空隙之間距，根據該空隙形成部的深度進行調節。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之微電子機械系統傳聲器，其 中，該膜或支撐板透過非電解鍍層法蒸鍍。
  7. 一種微電子機械系統傳聲器的製造方法，包括：在矽基板蒸鍍應力緩衝部的步驟，且在蒸鍍該應力緩衝部的步驟中，不同熱膨脹係數的多個物質層依次層疊；在該應力緩衝部蒸鍍膜的步驟，且接觸該矽基板上側表面之物質層與支撐該膜之物質層係具有不同的熱膨脹係數；在該膜蒸鍍犧牲層的步驟；在該犧牲層蒸鍍支撐板而形成多個音孔的步驟；蝕刻該矽基板的下側而形成背腔之步驟；以及去除該犧牲層，在該膜和支撐板之間形成空隙的步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，在蒸鍍該應力緩衝部的步驟中，從該矽基板向該膜靠近的順序蒸鍍熱膨脹係數越大的該物質層。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，該應力緩衝部包括鉻、金及聚醯亞胺物質層。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，蒸鍍該應力緩衝部的步驟包括：在該矽基板形成空隙形成部的步驟；以及在該空隙形成部的底面蒸鍍該應力緩衝部之步驟。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之微電子機械系統傳聲器的 製造方法，其中，該膜和支撐板之間的空隙之間距，根據該空隙形成部的深度進行調節。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，在蒸鍍該膜或支撐板的步驟中，透過非電解鍍層法蒸鍍。
  13. 一種微電子機械系統傳聲器的製造方法，包括：在矽基板蒸鍍支撐板的步驟；在該支撐板蒸鍍犧牲層的步驟；在該矽基板的支撐板邊緣蒸鍍應力緩衝部的步驟，且在蒸鍍該應力緩衝部的步驟中，不同熱膨脹係數的多個物質層依次層疊；在該應力緩衝部和犧牲層蒸鍍膜的步驟，且接觸該矽基板上側表面之物質層與支撐該膜之物質層係具有不同的熱膨脹係數；蝕刻該矽基板的下側而形成背腔之步驟；以及去除該犧牲層，在該膜和支撐板之間形成空隙的步驟。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，在蒸鍍該應力緩衝部的步驟中，從該矽基板向膜靠近的順序蒸鍍熱膨脹係數越大的該物質層。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，該應力緩衝部包括鉻、金及聚醯亞胺物質層。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，在該矽基板蒸鍍支撐板的步驟，包括：在該矽基板形成空隙形成部的步驟；以及在該空隙形成部的底面蒸鍍該支撐板的步驟。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，該膜和支撐板之間的空隙之間距，根據該空隙形成部的深度進行調節。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之微電子機械系統傳聲器的製造方法，其中，在蒸鍍該膜或支撐板的步驟中，透過非電解鍍層法蒸鍍。
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