專利名稱：微電子機(jī)械系統(tǒng)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有由多層膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的振動(dòng)膜的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件。
背景技術(shù)：
應(yīng)用了半導(dǎo)體技術(shù)的MEMS (Micro Electro Mechanical Systems，微電子機(jī)械系 統(tǒng))器件被視為一種有望實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有電子元件小型化和高功能化的產(chǎn)品。通過采用半導(dǎo)體技 術(shù)，能夠使決定傳感器、換能器的器件特性的振動(dòng)膜構(gòu)成為由多層薄膜形成的多層結(jié)構(gòu)。 專利文獻(xiàn)1公開了下述技術(shù)，即將構(gòu)成傳感器的多層結(jié)構(gòu)振動(dòng)膜的多層薄膜中具有最大 斷裂強(qiáng)度的薄膜用于振動(dòng)膜的表面?zhèn)茸钔鈱蛹氨趁鎮(zhèn)茸钔鈱又械闹辽僦?，由此不增加?動(dòng)膜的厚度，就可以提高振動(dòng)膜的斷裂強(qiáng)度。專利文獻(xiàn)2公開了一種對(duì)決定換能器的多層 結(jié)構(gòu)振動(dòng)膜特性的張力進(jìn)行調(diào)整的方法。專利文獻(xiàn)1 日本公開特許公報(bào)特開2001-194201號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本公開特許公表特表2002-518913號(hào)公報(bào)一發(fā)明所要解決的技術(shù)問題一近年來，MEMS傳感器或者M(jìn)EMS換能器主要用于移動(dòng)設(shè)備之中，要求縮小其芯片尺 寸的呼聲日益高漲。為此，就需要縮小對(duì)特性產(chǎn)生影響的振動(dòng)膜的面積，即縮小可動(dòng)電極的 面積。在可聽音域范圍內(nèi)聲換能器(acoustic transducer)的靈敏度S的公式近似地由 下記(式1)表示。S = α XCaXVaX (1/\)...(式 1)在(式1)中，α表示比例系數(shù)，Ca表示包括可動(dòng)電極的氣隙電容(與(可動(dòng)電極 面積Sdia/氣隙長(zhǎng)度dQ)成正比)，Va表示氣隙間電壓，S0表示振動(dòng)膜剛度(動(dòng)作難度)。由(式1)可知若在氣隙間電壓Va、振動(dòng)膜剛度&一定的情況下縮小可動(dòng)電極面 積Sdia，則氣隙電容Ca會(huì)下降，靈敏度S便會(huì)降低。增大氣隙間電壓Va或者降低振動(dòng)膜剛 度&作為不讓靈敏度S下降就可縮小可動(dòng)電極面積Sdia的方法是很有效的。在此，為了降低振動(dòng)膜剛度&，需要構(gòu)成為實(shí)現(xiàn)振動(dòng)膜的低應(yīng)力化，并縮小使振 動(dòng)膜在結(jié)構(gòu)上與硅基板相連接的束縛部的面積(以下，稱作部分束縛結(jié)構(gòu))。在要用于移動(dòng)設(shè)備中將芯片尺寸縮小到大約Imm2的情況下，需要使振動(dòng)膜的應(yīng)力 下降到數(shù)MPa，并且要讓束縛部的與周長(zhǎng)同一方向上的長(zhǎng)度與振動(dòng)膜的周長(zhǎng)之比(束縛率) 為大約10%。不過，若讓具有多層結(jié)構(gòu)的振動(dòng)膜實(shí)現(xiàn)低應(yīng)力化，振動(dòng)膜就會(huì)由于構(gòu)成多層結(jié) 構(gòu)的薄膜的層間應(yīng)力差而產(chǎn)生變形，所以無法控制氣隙電容Ca(氣隙長(zhǎng)度(Ici)及振動(dòng)膜剛 度&，其結(jié)果是存在無法獲得所期望的靈敏度特性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
一用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案一為了解決上述問題，本發(fā)明所涉及的第一 MEMS器件是這樣的。該第一 MEMS器件包括半導(dǎo)體基板、振動(dòng)膜及固定膜。該振動(dòng)膜隔著束縛部設(shè)置在半導(dǎo)體基板上并具有第一 電極。該固定膜隔著支撐部設(shè)置在半導(dǎo)體基板上，覆蓋振動(dòng)膜并具有第二電極。振動(dòng)膜和 固定膜之間，具有由形成在彼此相向的區(qū)域的間隙形成的氣隙層。束縛部將半導(dǎo)體基板和 振動(dòng)膜部分地連接起來。振動(dòng)膜具有第一電極和具有壓應(yīng)力的第一絕緣膜疊層形成的多 層結(jié)構(gòu)。第一絕緣膜設(shè)置在比第一電極的周緣更靠向內(nèi)側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的第一 MEMS器件，因?yàn)檎駝?dòng)膜具有第一電極和具有壓應(yīng)力的第一絕 緣膜疊層形成的多層結(jié)構(gòu)，第一絕緣膜設(shè)置在比第一電極的周緣更靠向內(nèi)側(cè)，所以在拉應(yīng) 力作用于將振動(dòng)膜和半導(dǎo)體基板部分地連接起來的束縛部的情況下，能夠抑制起因于振動(dòng) 膜的層間應(yīng)力差的膜變形。在本發(fā)明的第一 MEMS器件中，也可以是這樣的，S卩振動(dòng)膜包括具有拉應(yīng)力的第 二絕緣膜及具有拉應(yīng)力的第三絕緣膜，第二絕緣膜形成在第一絕緣膜之上，第三絕緣膜形 成在第一絕緣膜之下。在這種情況下，第二絕緣膜及第三絕緣膜中的至少之一可以形成在除了束縛部的 周邊部以外的區(qū)域。在本發(fā)明的第一 MEMS器件中，也可以是這樣的，S卩在第一絕緣膜形成有彼此交 叉的多個(gè)槽部，第一絕緣膜由槽部分隔成多個(gè)部分。在本發(fā)明的第一 MEMS器件具有第二絕緣膜及第三絕緣膜的情況下，第二絕緣膜 及第三絕緣膜可以是氮化硅膜。在本發(fā)明的第一 MEMS器件中，第一絕緣膜可以是氧化硅膜。本發(fā)明所涉及的第二 MEMS器件是這樣的。該第二 MEMS器件包括半導(dǎo)體基板、振 動(dòng)膜及固定膜。該振動(dòng)膜隔著束縛部設(shè)置在半導(dǎo)體基板上并具有第一電極。該固定膜隔著 支撐部設(shè)置在半導(dǎo)體基板上，覆蓋振動(dòng)膜并具有第二電極。振動(dòng)膜和固定膜之間，具有由形 成在彼此相向的區(qū)域的間隙形成的氣隙層。束縛部將半導(dǎo)體基板和振動(dòng)膜部分地連接起 來。振動(dòng)膜具有第一電極、具有壓應(yīng)力的第一絕緣膜及具有壓應(yīng)力的第二絕緣膜疊層形成 的多層結(jié)構(gòu)。第一絕緣膜形成在第一電極之上，第二絕緣膜形成在第一電極之下。根據(jù)本發(fā)明的第二 MEMS器件，束縛部將半導(dǎo)體基板和振動(dòng)膜部分地連接起來，振 動(dòng)膜具有第一電極、具有壓應(yīng)力的第一絕緣膜及具有壓應(yīng)力的第二絕緣膜疊層形成的多層 結(jié)構(gòu)，第一絕緣膜形成在第一電極之上，第二絕緣膜形成在第一電極之下。由此，在拉應(yīng)力 作用于將振動(dòng)膜和半導(dǎo)體基板部分地連接起來的束縛部的情況下，能夠抑制起因于振動(dòng)膜 的層間應(yīng)力差的膜變形。在本發(fā)明的第二 MEMS器件中，也可以是這樣的，S卩振動(dòng)膜包括具有拉應(yīng)力的第 三絕緣膜及具有拉應(yīng)力的第四絕緣膜，第三絕緣膜形成在第一絕緣膜之上，第四絕緣膜形 成在第二絕緣膜之下。在這種情況下，第三絕緣膜及第四絕緣膜中的至少之一可以形成在除了束縛部的 周邊部以外的區(qū)域。在本發(fā)明的第二 MEMS器件中，也可以是這樣的，S卩在第一絕緣膜形成有彼此交 叉的多個(gè)槽部，第一絕緣膜由槽部分隔成多個(gè)部分。還有，在本發(fā)明的第二 MEMS器件中，也可以是這樣的，即在第二絕緣膜形成有彼 此交叉的多個(gè)槽部，第二絕緣膜由槽部分隔成多個(gè)部分。
在本發(fā)明的第二 MEMS器件具有第三絕緣膜及第四絕緣膜的情況下，第三絕緣膜 及第四絕緣膜可以是氮化硅膜。在本發(fā)明的第二 MEMS器件中，第一絕緣膜及第二絕緣膜可以是氧化硅膜。此外，當(dāng)然在不產(chǎn)生矛盾的情況下能夠?qū)⒁陨咸卣鬟m當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來。還有，在能夠 期待由各個(gè)特征獲得多個(gè)效果時(shí)，也并非一定要發(fā)揮出全部效果。一發(fā)明的效果一根據(jù)本發(fā)明所涉及的MEMS器件，抑制起因于由多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的振動(dòng)膜之薄膜間 應(yīng)力差的振動(dòng)膜變形，由此即便在縮小了振動(dòng)膜中的可動(dòng)電極時(shí)，也能夠獲得所期望的靈 敏度特性。其結(jié)果是，能夠在維持靈敏度特性的情況下實(shí)現(xiàn)MEMS器件的小型化。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的MEMS器件即聲換能器的剖視圖。圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的MEMS器件即聲換能器的振動(dòng)膜的俯 視圖。圖3是圖2的III-III線剖視圖。圖4是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS器件即聲換能器的剖視圖。圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS器件即聲換能器的振動(dòng)膜的俯 視圖。圖6是圖5的VI-VI線剖視圖。圖7(a)及圖7(b)是按照工序順序表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS器 件的制造方法的剖視圖。圖8(a)及圖8(b)是按照工序順序表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS器 件的制造方法的剖視圖。圖9(a)及圖9(b)是按照工序順序表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS器 件的制造方法的剖視圖。圖10(a)及圖10(b)是按照工序順序表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS 器件的制造方法的剖視圖。圖11 (a)及圖11 (b)是按照工序順序表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS 器件的制造方法的剖視圖。圖12(a)及圖12(b)是按照工序順序表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS 器件的制造方法的剖視圖。圖13是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的MEMS器件的制造方法中的一道工序 的剖視圖。圖14是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的一變形例所涉及的聲換能器的剖視圖。圖15是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的一變形例所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的俯 視圖。圖16是圖15的XVI-XVI線剖視圖。圖17是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的MEMS器件即聲換能器的剖視圖。圖18是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的MEMS器件即聲換能器的振動(dòng)膜的俯視圖。圖19是圖18的XIX-XIX線剖視圖。圖20是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的MEMS器件即聲換能器的剖視圖。圖21是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的MEMS器件即聲換能器的振動(dòng)膜的俯 視圖。圖22是圖21的XXII-XXII線剖視圖。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施方式)參照?qǐng)D1至圖3，對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的聲換能器進(jìn)行說明。以下所示 的各幅圖、各種形狀、材料以及數(shù)值等都僅為所列舉出的優(yōu)選示例而已，本發(fā)明并不局限于 所示內(nèi)容。還有，只要是在不脫離發(fā)明精神的范圍內(nèi)，本發(fā)明便不受記載內(nèi)容的限制，能夠 加以適當(dāng)改變。進(jìn)而，在不產(chǎn)生矛盾的范圍內(nèi)，也能將本實(shí)施方式與其它實(shí)施方式相結(jié)合。 此外，在此以聲換能器作為MEMS器件的示例加以說明，不過本發(fā)明能適用于所有的MEMS器 件。MEMS器件指的是利用半導(dǎo)體工藝形成的將機(jī)械信號(hào)等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)等的轉(zhuǎn)換元件，詳 情見下文。能夠列舉出的MEMS器件的示例有聲換能器(MEMS麥克風(fēng))、壓力傳感器、加速 度傳感器及角速度傳感器等。以上內(nèi)容是本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的共通點(diǎn)。首先，對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的聲換能器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是本發(fā) 明的第一實(shí)施方式所涉及的聲換能器的剖視圖。如圖1所示，在硅基板1上形成有第一氧化硅膜2及第二氧化硅膜3。除去硅基 板1中除了其周邊部4以外的部分，由此形成了基板去除區(qū)域5。也就是說，基板去除區(qū)域 5是為了能夠讓下述振動(dòng)膜6受到來自外部的壓力后進(jìn)行振動(dòng)，通過選擇性(留下周邊部) 地去除硅基板1而形成的區(qū)域。在硅基板1上形成有振動(dòng)膜6，該振動(dòng)膜6覆蓋基板去除區(qū)域5。振動(dòng)膜6有時(shí)是 由構(gòu)成下電極(振動(dòng)電極)的導(dǎo)電膜形成的，有時(shí)則是由包含絕緣膜在內(nèi)的多層膜形成的。 特別是在振動(dòng)膜6包含保持永久電荷的駐極體膜的情況下，能夠構(gòu)成駐極體電容器，因而 無需從外部供給電壓。在本實(shí)施方式中，振動(dòng)膜6由下電極7、絕緣膜8以及絕緣膜9及10構(gòu)成。該下電 極7是多晶硅等導(dǎo)電膜。該絕緣膜8形成在下電極7上，由氧化硅等形成。該絕緣膜9及 10由氮化硅等形成。該絕緣膜9覆蓋絕緣膜8的下表面，該絕緣膜10覆蓋絕緣膜8的上表 面及側(cè)面。絕緣膜8設(shè)置在基板去除區(qū)域5的內(nèi)側(cè)。在振動(dòng)膜6和硅基板1之間設(shè)置有氣隙層11，在振動(dòng)膜6和硅基板1之間未設(shè)置 氣隙層11的區(qū)域，設(shè)置有用來支撐振動(dòng)膜6的由第一氧化硅膜2及第二氧化硅膜3形成的 束縛部12。振動(dòng)膜6在結(jié)構(gòu)上經(jīng)由該束縛部12與硅基板1相連接。在振動(dòng)膜6的上方設(shè)置有固定膜13。固定膜13有時(shí)是由一個(gè)構(gòu)成上電極(固定 電極)的導(dǎo)電膜形成的，有時(shí)則是由包含絕緣膜在內(nèi)的多層膜形成的。特別是在固定膜13 包含保持永久電荷的由氧化硅等形成的駐極體膜的情況下，能夠構(gòu)成駐極體電容器，因而 無需從外部供給電壓。在本實(shí)施方式中，固定膜13由上電極14以及由氮化硅等形成的絕 緣膜15及16構(gòu)成。該上電極14是多晶硅等導(dǎo)電膜。該絕緣膜15覆蓋上電極14的下表面，該絕緣膜16覆蓋上電極14的上表面及側(cè)面。在振動(dòng)膜6和固定膜13之間形成有氣隙層17，在第二氧化硅膜3和固定膜13之 間未設(shè)置氣隙層17的區(qū)域，形成有用來支撐固定膜13的由氧化硅形成的支撐部18。此外，通過除去構(gòu)成支撐部18的氧化硅膜的一部分，使氣隙層17至少形成在基板 去除區(qū)域5的整個(gè)上側(cè)。在氣隙層17上的固定膜13中，形成有通到氣隙層17的多個(gè)聲孔19。在此，聲孔 19起到使讓振動(dòng)膜6振動(dòng)的空氣通過的通孔的作用。在支撐部18設(shè)置有第一開口部22和第二開口部23，使下電極7的墊部20和上電 極14的墊部21露出，該墊部20和墊部21通過引線接合等與外部電路連接，不過這并未在 圖中示出。其次，對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的說 明。圖2表示的是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的平面結(jié)構(gòu)，圖3表 示的是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的剖面結(jié)構(gòu)。在此，圖3表示的 是圖2的III-III線處的剖面形狀。由圖2可以看出，振動(dòng)膜6的平面形狀為近似正六邊形，束縛部12的平面形狀為 近似圓形。不過，振動(dòng)膜的平面形狀不僅限于近似正六邊形，即便是近似四邊形、近似六邊 形等多邊形形狀及近似圓形形狀也無妨。束縛部12的平面形狀不僅限于近似圓形，即便是 近似四邊形或者近似六邊形等多邊形形狀也無妨。用符號(hào)M表示相鄰束縛部12中心間的 距離(設(shè)為L(zhǎng)i)，用符號(hào)25表示束縛部12的直徑(設(shè)為L(zhǎng)2)。由圖3可以看出振動(dòng)膜6由下電極7、形成在其上的具有_500MPa -IOOMPa的 壓應(yīng)力的由氧化硅等形成的絕緣膜8以及具有IOOOMPa 2000MPa的拉應(yīng)力的由氮化硅等 形成的絕緣膜9及10構(gòu)成，該下電極7是幾乎無應(yīng)力的多晶硅等導(dǎo)電膜，該絕緣膜9覆蓋 絕緣膜8的下表面，該絕緣膜10覆蓋絕緣膜8的上表面及側(cè)面。在此，絕緣膜8設(shè)置在基 板去除區(qū)域5的內(nèi)側(cè)。此外，具有壓應(yīng)力的絕緣膜8沒有必要整個(gè)都設(shè)置在基板去除區(qū)域5 的內(nèi)側(cè)。例如，絕緣膜8只要設(shè)置在下電極7的內(nèi)側(cè)、或者設(shè)置在比束縛部12更靠向內(nèi)側(cè) 即可。能夠利用例如使用了四乙氧基硅烷的化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition :CVD)法形成具有_500MPa -IOOMPa的壓應(yīng)力的氧化硅膜。還有，即便是利 用硅烷類氣體由CVD法形成的氧化硅膜，只要其是具有壓應(yīng)力的絕緣膜，就能夠獲得相同 的效果。能夠利用例如使用了硅烷類氣體和氨氣的CVD法形成具有IOOOMPa 2000MPa的 拉應(yīng)力的氮化硅膜。由圖2及圖3可以看出，用箭頭示出了加在下電極7、絕緣膜8、絕緣膜9及絕緣膜 10上的應(yīng)力的方向。如上所述，振動(dòng)膜6由具有壓應(yīng)力的絕緣膜8、幾乎無應(yīng)力的下電極7 以及具有拉應(yīng)力的絕緣膜9及10構(gòu)成。具有壓應(yīng)力的絕緣膜8設(shè)置在基板去除區(qū)域5的 內(nèi)側(cè)。另一方面，具有拉應(yīng)力的絕緣膜9及10形成在下電極7上的幾乎整個(gè)面上。為此， 如圖2及圖3所示，來自束縛部12的拉應(yīng)力便施加在氣隙層11上的振動(dòng)膜6上。這是因 為為了使具有拉應(yīng)力的絕緣膜9及10所產(chǎn)生的影響大于具有壓應(yīng)力的絕緣膜8的影響，而 布置成為使具有壓應(yīng)力的絕緣膜的端部位于具有拉應(yīng)力的絕緣膜的端部(即，振動(dòng)膜的端部)內(nèi)側(cè)的緣故。接著，參照?qǐng)D1對(duì)本實(shí)施方式所涉及的聲換能器的工作情況進(jìn)行說明。在本實(shí)施 方式所涉及的聲換能器中，若振動(dòng)膜6通過多個(gè)聲孔19受到來自上方(外部)的聲壓，振 動(dòng)膜6就會(huì)根據(jù)該聲壓機(jī)械地上下振動(dòng)。在此，因?yàn)樾纬闪朔謩e用下電極7及上電極14作 為電極的平行板式電容器結(jié)構(gòu)，所以振動(dòng)膜6 —振動(dòng)，下電極7和上電極14的電極間距離 就會(huì)發(fā)生變化，電容器的電容(Ca)便產(chǎn)生變化。另一方面，在存儲(chǔ)于該電容器中的電荷量 (Qa) 一定的情況下，若電容(Ca)變化(下面，用ACa表示電容Ca的變化量)，則根據(jù)(式 2)的關(guān)系，下電極7和上電極14之間的電壓(Va)就會(huì)發(fā)生變化(下面，用AVa表示電壓 Va的變化量)(式3)。Qa = CaXVa …(式 2)Δ Va = Qa/Δ Ca …(式 3)也就是說，空氣振動(dòng)經(jīng)由機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓變化AVa。這就是本實(shí)施方式所涉 及的聲換能器的工作原理。下面，對(duì)表示聲換能器特性的靈敏度進(jìn)行說明。如上文所述，在可聽音域范圍內(nèi)聲 換能器的靈敏度S的公式近似地由(式1)表示。S = α XCaXVaX (1/S0)...(式 1)在(式1)中，α表示比例系數(shù)，Ca表示可動(dòng)部的氣隙電容，Va表示氣隙間電壓， S0表示振動(dòng)膜剛度(動(dòng)作難度)。Ca = ε 0Χ ε X (Sdia/d。)…(式 4)在(式4)中，ε ^表示真空中的介電常數(shù)，ε表示下電極7和上電極14的電極間 平均相對(duì)介電常數(shù)，Sdia表示可動(dòng)電極面積，d0表示電極間距離。由(式1)和(式4)也可以看出，為了不讓靈敏度S下降便可縮小可動(dòng)電極面積 Sdia，就需要使振動(dòng)膜剛度&下降。還有，為了降低振動(dòng)膜剛度&，需要構(gòu)成為實(shí)現(xiàn)振動(dòng) 膜的低應(yīng)力化，并縮小使振動(dòng)膜在結(jié)構(gòu)上與硅基板1相連接的束縛部12的面積(部分束縛 結(jié)構(gòu))。還有，當(dāng)決定了振動(dòng)膜6的構(gòu)成材料時(shí)，振動(dòng)膜剛度&便可由下記(式5)表示。S0 = (σ XA)/(6XL1) = (σ X6XL2XΤ)/(6XLi)= σ XT X (L2/L1)…(式 5)在(式5)中，σ是振動(dòng)膜6的應(yīng)力(作用在振動(dòng)膜6每單位面積上的力)，A是 位于束縛部12上的振動(dòng)膜6的截面面積，Ll是相鄰束縛部12中心間的距離，L2是束縛部 12的直徑，T是振動(dòng)膜6的膜厚。在此，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜剛度&進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖3所示，采用氣隙層11上的振動(dòng)膜6與硅基板1分離、即未與硅基板1接觸 的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，來自束縛部12的拉應(yīng)力施加在氣隙層11上的振動(dòng)膜6上。為此，振 動(dòng)膜6與硅基板1并沒有接觸。其結(jié)果是，由于與硅基板1之間的熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的 剩余應(yīng)力不會(huì)作用在振動(dòng)膜6上。也就是說，利用來自束縛部12的拉應(yīng)力，能夠防止振動(dòng) 膜6與硅基板1接觸。另一方面，若具有拉應(yīng)力的絕緣膜9、10產(chǎn)生的影響過大，則在非束縛部(振動(dòng)膜 6和硅基板1未受到束縛的部分)，便會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)膜6向上彎曲的現(xiàn)象。于是，為了抑制振 動(dòng)膜6向上彎曲，而將具有壓應(yīng)力的絕緣膜8設(shè)置在基板去除區(qū)域5的內(nèi)側(cè)。這樣一來，就能夠利用具有壓應(yīng)力的絕緣膜8產(chǎn)生的影響抑制具有拉應(yīng)力的絕緣膜9、10的影響。其結(jié) 果是，獲得能夠抑制振動(dòng)膜6在非束縛部向上彎曲的效果。如上所述，通過布置成使具有拉應(yīng)力的絕緣膜和具有壓應(yīng)力的絕緣膜層疊，并讓 具有壓應(yīng)力的絕緣膜位于具有拉應(yīng)力的絕緣膜的內(nèi)側(cè)，便能夠抑制起因于振動(dòng)膜內(nèi)的層間 應(yīng)力差的膜變形，所以能夠獲得所期望的振動(dòng)剛度。因此，參照(式幻，在例如將束縛部12的直徑25的長(zhǎng)度L2設(shè)定為相鄰束縛部12 中心間距離Ll的50%的情況下，與未形成彼此留出間隔的多個(gè)束縛部12，振動(dòng)膜6的一周 都被硅基板1束縛住的情況相比，能夠?qū)⒄駝?dòng)膜6每單位長(zhǎng)度的張力&降低到大約50%。 這是因?yàn)槟軌蛞种普駝?dòng)膜6變形的緣故。其結(jié)果是，根據(jù)(式1)及(式4)，不使聲換能器 的靈敏度S下降就能夠?qū)⒖蓜?dòng)電極面積Sdia縮小到50%，因而能夠減小芯片的尺寸。如上所述，本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的聲換能器的顯著特征在于振動(dòng)膜具 有電極和具有壓應(yīng)力的絕緣膜疊層而成的多層結(jié)構(gòu)，并且具有壓應(yīng)力的絕緣膜布置在電極 的內(nèi)側(cè)。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，即便是在拉應(yīng)力作用于振動(dòng)膜和部分連接硅基板的束縛部的情 況下，也能夠抑制振動(dòng)膜在非束縛部因拉應(yīng)力影響過大而向上彎曲。其結(jié)果是，能夠進(jìn)一步 抑制起因于振動(dòng)膜層間應(yīng)力差的膜變形。還有，優(yōu)選的是振動(dòng)膜還包括具有拉應(yīng)力的絕緣膜，并且具有拉應(yīng)力的絕緣膜形 成到振動(dòng)膜的端部。在該結(jié)構(gòu)下，拉應(yīng)力就很容易作用在束縛部。為此，將具有壓應(yīng)力的絕 緣膜布置在電極內(nèi)側(cè)而獲得的效果就會(huì)進(jìn)一步提高。此外，在本實(shí)施方式中，對(duì)如圖1至圖3所示按照下電極7、具有拉應(yīng)力的絕緣膜 9、具有壓應(yīng)力的絕緣膜8及具有拉應(yīng)力的絕緣膜10的順序疊層而成的振動(dòng)膜6進(jìn)行了說 明。也就是說，對(duì)在具有壓應(yīng)力的絕緣膜8的正下方設(shè)置有具有拉應(yīng)力的絕緣膜9的振動(dòng) 膜6進(jìn)行了說明。不過，也可以構(gòu)成為不將具有拉應(yīng)力的絕緣膜9布置在具有壓應(yīng)力的絕 緣膜8的正下方，而將具有拉應(yīng)力的絕緣膜9形成在下電極7的下表面。在該結(jié)構(gòu)下，具有 拉應(yīng)力的絕緣膜9和具有拉應(yīng)力的絕緣膜10就以下電極7的面內(nèi)方向?yàn)檩S成為上下對(duì)稱 的結(jié)構(gòu)。為此，能夠進(jìn)一步抑制起因于振動(dòng)膜6的層間應(yīng)力差的膜變形。(第二實(shí)施方式)下面，參照?qǐng)D4至圖6，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的聲換能器進(jìn)行說明。以 下所示的各幅圖、各種形狀、材料以及數(shù)值等都僅為所列舉出的優(yōu)選示例而已，本發(fā)明并不 局限于所示內(nèi)容。只要是在不脫離發(fā)明精神的范圍內(nèi)，本發(fā)明便不受記載內(nèi)容的限制，能夠 加以適當(dāng)改變。進(jìn)而，在不產(chǎn)生矛盾的范圍內(nèi)，也能將本實(shí)施方式與其它實(shí)施方式相結(jié)合。 此外，在此以聲換能器作為MEMS器件的示例加以說明，不過本發(fā)明能適用于所有的MEMS器 件。首先，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的聲換能器進(jìn)行說明。圖4是本發(fā)明的第 二實(shí)施方式所涉及的聲換能器的剖視圖。圖5表示的是本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的聲 換能器的振動(dòng)膜的平面結(jié)構(gòu)，圖6表示的是本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振 動(dòng)膜的剖面結(jié)構(gòu)。此外，圖6表示的是圖5的VI-VI線處的剖面形狀。在此，第二實(shí)施方式 除了振動(dòng)膜6的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式不同以外，其它構(gòu)成都與第一實(shí)施方式相同。因此，詳 細(xì)地說明圖5及圖6。此外，因?yàn)閷?duì)聲換能器的工作情況及表示聲換能器特性的靈敏度所要 做的說明與第一實(shí)施方式相同，所以省略對(duì)此所做的說明。
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由圖5可以看出，振動(dòng)膜6的平面形狀為近似正六邊形，束縛部12的平面形狀為 近似圓形。不過，振動(dòng)膜6的平面形狀不僅限于近似正六邊形，即便是近似四邊形、近似六 邊形等多邊形形狀及近似圓形形狀也無妨。束縛部的平面形狀不僅限于近似圓形，即便是 近似四邊形或者近似六邊形等多邊形形狀也無妨。用符號(hào)M表示相鄰束縛部12中心間的 距離(設(shè)為L(zhǎng)i)，用符號(hào)25表示束縛部12的直徑(設(shè)為L(zhǎng)2)。由圖6可以看出振動(dòng)膜6由為幾乎無應(yīng)力的多晶硅等導(dǎo)電膜的下電極7、形成在 其下的具有_500MPa -IOOMPa的壓應(yīng)力的由氧化硅等形成的絕緣膜8a、分別覆蓋絕緣膜 8a的下表面及側(cè)面的具有IOOOMPa 2000MPa的拉應(yīng)力的由氮化硅等形成的絕緣膜9a、形 成在下電極7上的具有-500MPa -IOOMPa的壓應(yīng)力的由氧化硅等形成的絕緣膜8b、以及 分別覆蓋絕緣膜8b的上表面及側(cè)面的具有IOOOMPa 2000MPa的拉應(yīng)力的由氮化硅等形 成的絕緣膜IOa構(gòu)成。能夠利用例如使用了四乙氧基硅烷的CVD法形成具有_500MPa -IOOMPa的壓應(yīng) 力的氧化硅膜。還有，即便是利用硅烷類氣體由CVD法形成的氧化硅膜，只要其是具有壓應(yīng) 力的絕緣膜，就能夠獲得相同的效果。能夠利用例如使用了硅烷類氣體和氨氣的CVD法形成具有IOOOMPa 2000MPa的 拉應(yīng)力的氮化硅膜。由圖5及圖6可以看出，用箭頭示出了加在下電極7、絕緣膜8a、絕緣膜Sb、絕緣膜 9a及絕緣膜IOa上的應(yīng)力的方向。振動(dòng)膜6由具有壓應(yīng)力的絕緣膜8a及Sb、幾乎無應(yīng)力 的下電極7以及具有拉應(yīng)力的絕緣膜9a及IOa構(gòu)成。具有壓應(yīng)力的絕緣膜8a及8b設(shè)置 在基板去除區(qū)域5的內(nèi)側(cè)。另一方面，具有拉應(yīng)力的絕緣膜9a及IOa形成在下電極7上的 幾乎整個(gè)面上。為此，如圖5及圖6所示，來自束縛部12的拉應(yīng)力便施加在氣隙層11上的 振動(dòng)膜6上。進(jìn)而，優(yōu)選在幾乎無應(yīng)力的下電極7的上側(cè)設(shè)置絕緣膜8b和絕緣膜10a，在該下 電極7的下側(cè)設(shè)置絕緣膜M和絕緣膜9a。再者，優(yōu)選絕緣膜M的膜厚與絕緣膜8b的膜 厚相等，絕緣膜9a的膜厚與絕緣膜IOa的膜厚相等。這是因?yàn)閮?yōu)選使振動(dòng)膜6在剖面方向 上的應(yīng)力分布夾著下電極7對(duì)稱。在此，與第一實(shí)施方式同樣地對(duì)本實(shí)施方式的聲換能器的振動(dòng)膜剛度&進(jìn)行詳細(xì) 的說明。如圖6所示，采用氣隙層11上的振動(dòng)膜6與硅基板1分離、即未與硅基板1接觸 的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，來自束縛部12的拉應(yīng)力施加在氣隙層11上的振動(dòng)膜6上。為此，振 動(dòng)膜6與硅基板1并沒有接觸。其結(jié)果是，由于與硅基板1之間的熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的 剩余應(yīng)力不會(huì)作用在振動(dòng)膜6上。也就是說，利用起因于具有拉應(yīng)力的絕緣膜9a及IOa的 來自束縛部12的拉應(yīng)力，能夠防止振動(dòng)膜6與硅基板1接觸。在本實(shí)施方式中，在幾乎無應(yīng)力的下電極7的下表面設(shè)置絕緣膜8a，在該下電極7 的上表面設(shè)置絕緣膜Sb。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，振動(dòng)膜6在剖面方向上的應(yīng)力分布夾著下電極7對(duì) 稱，其結(jié)果是，能夠抑制起因于振動(dòng)膜6內(nèi)的層間應(yīng)力差的膜變形。進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選在幾乎無應(yīng)力的下電極7的下表面設(shè)置絕緣膜8a和 絕緣膜9a，在該下電極7的上表面設(shè)置絕緣膜8b和絕緣膜10a。還有，優(yōu)選絕緣膜8a的 膜厚與絕緣膜8b的膜厚相等，絕緣膜9a的膜厚與絕緣膜IOa的膜厚相等。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，振動(dòng)膜6在剖面方向上的應(yīng)力分布夾著下電極7對(duì)稱，其結(jié)果是，能夠進(jìn)一步抑制起因于振動(dòng) 膜6內(nèi)的層間應(yīng)力差的膜變形。在此，若具有拉應(yīng)力的絕緣膜產(chǎn)生的影響過大，則在非束縛部(振動(dòng)膜6和硅基板 1未受到束縛的部分)，便會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)膜6向上彎曲的現(xiàn)象。于是，為了抑制振動(dòng)膜6向上 彎曲，而形成了具有壓應(yīng)力的絕緣膜8a及Sb。這樣一來，就能夠利用具有壓應(yīng)力的絕緣膜 8a及8b產(chǎn)生的影響抑制具有拉應(yīng)力的絕緣膜9a及IOa的影響。其結(jié)果是，能夠抑制振動(dòng) 膜6在非束縛部向上彎曲。因此，參照已在第一實(shí)施方式中說明過的(式5)，在例如將束縛部12的直徑25的 長(zhǎng)度L2設(shè)定為相鄰束縛部12中心間的距離Ll的50%的情況下，與未形成彼此留出間隔的 多個(gè)束縛部12，振動(dòng)膜6的一周都被硅基板1束縛住的情況相比，能夠?qū)⒄駝?dòng)膜6每單位長(zhǎng) 度的張力&降低到大約50%。這是因?yàn)槟軌蛞种普駝?dòng)膜6變形的緣故。其結(jié)果是，根據(jù)已 在第一實(shí)施方式中說明過的(式1)及(式4)，不使聲換能器的靈敏度S下降就能夠?qū)⒖蓜?dòng) 電極面積Sdia縮小到50%，因而能夠減小芯片的尺寸。如上所述，本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的聲換能器的顯著特征在于振動(dòng)膜成 為將電極、具有壓應(yīng)力的第一絕緣膜和具有壓應(yīng)力的第二絕緣膜疊層起來的多層結(jié)構(gòu)。也 就是說，與第一實(shí)施方式的不同之處在于在振動(dòng)膜內(nèi)增加了一層具有壓應(yīng)力的絕緣膜。根 據(jù)該結(jié)構(gòu)，即便是在拉應(yīng)力作用于將振動(dòng)膜和硅基板部分連接起來的束縛部的情況下，也 能夠進(jìn)一步抑制振動(dòng)膜在非束縛部因拉應(yīng)力影響過大而向上彎曲。其結(jié)果是，能夠進(jìn)一步 抑制起因于振動(dòng)膜的層間應(yīng)力差的膜變形。還有，優(yōu)選具有壓應(yīng)力的第一絕緣膜形成在電極之上，具有壓應(yīng)力的第二絕緣膜 形成在電極之下。通過這樣布置，很容易使振動(dòng)膜在剖面方向上的應(yīng)力分布夾著電極對(duì)稱。 為此，更容易獲得上述效果。還有，優(yōu)選振動(dòng)膜有兩層具有拉應(yīng)力的絕緣膜，具有拉應(yīng)力的第一絕緣膜形成在 具有壓應(yīng)力的第一絕緣膜之上，具有拉應(yīng)力的第二絕緣膜形成在具有壓應(yīng)力的第二絕緣膜 之下。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，拉應(yīng)力更容易作用在束縛部。為此，將具有壓應(yīng)力的絕緣膜布置在電極 內(nèi)側(cè)而獲得的效果就會(huì)進(jìn)一步提高。還有，很容易使振動(dòng)膜在剖面方向上的應(yīng)力分布夾著 電極對(duì)稱。(第二實(shí)施方式的制造方法)下面，對(duì)第二實(shí)施方式所涉及的聲換能器即MEMS麥克風(fēng)的制造方法的一個(gè)示例 進(jìn)行說明。此外，對(duì)與圖4所示的構(gòu)成部件相同的構(gòu)成部件標(biāo)注同一符號(hào)，不過并未被本構(gòu) 成部件所限定。本實(shí)施方式中所記載的部件終歸僅為一個(gè)示例而已。首先，如圖7(a)所示，利用熱氧化法或者CVD法，在晶片狀硅基板1上形成第一氧 化硅膜2。接著，利用光刻法及蝕刻法，將開口部有選擇地形成在第一氧化硅膜2中與由后 面的工序所形成的基板去除區(qū)域5相對(duì)應(yīng)的區(qū)域。接著，如圖7(b)所示，在硅基板1上，形成由摻雜了例如磷等雜質(zhì)的多晶硅形成的 第一犧牲層27，覆蓋住第一氧化硅膜2的開口部。然后，如圖8(a)所示，利用CVD法，在第一犧牲層27及第一氧化硅膜2上形成第 二氧化硅膜3。在此，第一氧化硅膜2及第二氧化硅膜3的一部分成為由后面工序所形成的 束縛部12。接著，在第二氧化硅膜3中形成鉸接槽(hinge groove) 0最終該鉸接槽作為振動(dòng)膜的鉸接部殘留下來。在此，當(dāng)在平面圖中看振動(dòng)膜時(shí)，多個(gè)鉸接部形成在該振動(dòng)膜的外 緣部，當(dāng)在剖面圖中看振動(dòng)膜時(shí)，則成為連續(xù)凹凸起伏的形狀。利用鉸接部來調(diào)整例如構(gòu)成 振動(dòng)膜的膜的應(yīng)力，從而能夠提高該振動(dòng)膜的振動(dòng)特性。隨后，如圖8(b)所示，利用CVD法在第二氧化硅膜3上形成氮化硅膜9a。接著， 在氮化硅膜9a上形成氧化硅膜(TE0S( = Tetra-EthyI-Ortho-Si 1 icate,正硅酸乙酯) 膜)8a。然后，對(duì)氧化硅膜8a進(jìn)行圖案化，使相當(dāng)于基板去除區(qū)域5的部分殘留下來。然后，如圖9 (a)所示，利用CVD法在氧化硅膜8a和氮化硅膜9a上，形成成為下電 極的摻雜了例如磷等雜質(zhì)的第一多晶硅膜7A。接著，利用CVD法，在第一多晶硅膜7A上形 成氧化硅膜8b。然后，對(duì)氧化硅膜8b進(jìn)行圖案化，使與氧化硅膜8a相對(duì)應(yīng)的部分殘留下 來。接著，如圖9 (b)所示，對(duì)第一多晶硅膜7A及氮化硅膜9a進(jìn)行圖案化，使構(gòu)成振動(dòng) 膜的部分殘留下來，從而由第一多晶硅膜7A形成下電極7。然后，如圖10 (a)所示，利用CVD法，在第二氧化硅膜3、下電極7及氧化硅膜8b上 形成氮化硅膜10a。之后，對(duì)已形成的氮化硅膜IOa進(jìn)行圖案化，使作為振動(dòng)膜的一部分殘 存的部分和其它必要的部分殘留下來。由此，形成了在下電極7的上表面及下表面都設(shè)置 有氧化硅膜8a、8b和氮化硅膜9a、IOa的振動(dòng)膜6。接著，如圖10(b)所示，在硅基板1上的整個(gè)面上，形成由氧化硅形成的第二犧牲 層18A，進(jìn)而，在已形成的第二犧牲層18A中的與由后面的工序所形成的用來防止附著的阻 擋(stopper)部及墊部20、21相對(duì)應(yīng)的部分形成槽部。阻擋部是為了防止后面工序所形成 的振動(dòng)膜和固定膜附著(sticking)而朝振動(dòng)膜一側(cè)突出地形成在固定膜中的凸部。然后，如圖11(a)所示，使第二犧牲層18A中與由后面的工序所形成的墊部20、21 相對(duì)應(yīng)的部分開口。接著，如圖11 (b)所示，利用CVD法，在硅基板1上的整個(gè)面上，依次形成氮化硅膜 15及摻雜了例如磷等雜質(zhì)的第二多晶硅膜14A。之后，在已形成的氮化硅膜15及第二多晶 硅膜14A中與由后面的工序所形成的聲孔19相對(duì)應(yīng)的部分形成多個(gè)開口部。然后，如圖12(a)所示，利用CVD法，在硅基板1上的整個(gè)面上形成氮化硅膜16。 之后，在已形成的氮化硅膜16中與由后面的工序所形成的聲孔19相對(duì)應(yīng)的部分形成開口 部。由此，形成了在由多晶硅形成的上電極14的上表面及下表面都設(shè)置有絕緣膜(氮化硅 膜)15、16的固定膜13。隨后，如圖12(b)所示，在硅基板1上的整個(gè)面上，形成由氧化硅形成的第一保護(hù) 膜四，在硅基板1的背面的整個(gè)面上，形成由氧化硅形成的第二保護(hù)膜30。接著，有選擇地 蝕刻第二保護(hù)膜中的基板去除區(qū)域5，形成開口圖案。之后，以各個(gè)保護(hù)膜四、30為掩模，從 背面進(jìn)行貫穿硅基板1的蝕刻，由此在硅基板1中形成基板去除區(qū)域5。此時(shí)，還除去了已 形成在基板去除區(qū)域5的正上方的第一犧牲層27。接著，如圖13所示，對(duì)形成有基板去除區(qū)域5的硅基板1進(jìn)行濕蝕刻。即，除去第 一保護(hù)膜四及第二保護(hù)膜30，并從已形成在固定膜13中的多個(gè)聲孔19進(jìn)行蝕刻，除去第 二犧牲層18A。進(jìn)而，除去第一氧化硅膜2、第二氧化硅膜3中振動(dòng)膜6的下側(cè)部分，使多個(gè) 束縛部12殘留下來。然后，為了防止振動(dòng)膜6和固定膜13之間的粘著即所謂的附著，進(jìn)行 在干燥時(shí)沒有受到液體表面張力影響的超臨界干燥。
經(jīng)由以上步驟，就能夠形成第二實(shí)施方式所涉及的MEMS麥克風(fēng)。也就是說，形成 了由氮化硅膜9a、氧化硅膜8a、由多晶硅形成的下電極7、氧化硅膜8b及氮化硅膜IOa構(gòu)成 的振動(dòng)膜6。還形成了由氮化硅膜15、由多晶硅形成的上電極14及氮化硅膜16構(gòu)成的固 定膜13。在固定膜13和振動(dòng)膜6之間，形成了通過除去第二犧牲層18A而形成的氣隙層 17。第二犧牲層18A的殘存部分成為支撐固定膜13的支撐部18。(第二實(shí)施方式的一變形例)下面，參照?qǐng)D14至圖16對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的一變形例所涉及的聲換能器 進(jìn)行說明。圖14是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的一變形例所涉及的聲換能器的剖視圖。圖15 表示的是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的一變形例所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的平面結(jié)構(gòu)，圖16 表示的是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的一變形例所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的剖面結(jié)構(gòu)。此 外，圖16表示的是圖15的XVI-XVI線處的剖面形狀。在此，第二實(shí)施方式的一變形例除了在結(jié)構(gòu)上將振動(dòng)膜和硅基板連接起來的束縛 部的構(gòu)造與第二實(shí)施方式不同以外，其它構(gòu)成都與第二實(shí)施方式相同。也就是說，在本變形 例中，并不是部分地束縛住振動(dòng)膜的周緣部分和硅基板，而是幾乎整面地束縛住該振動(dòng)膜 的周緣部分和硅基板。當(dāng)采用這一結(jié)構(gòu)時(shí)，因?yàn)榉鞘`部的面積很小，所以很難出現(xiàn)振動(dòng)膜 向上彎曲的現(xiàn)象。不過，仍需要通過抑制振動(dòng)膜的變形，來降低靈敏度特性的變動(dòng)。在這種 情況下，使振動(dòng)膜6構(gòu)成為在幾乎無應(yīng)力的下電極7的上側(cè)設(shè)置絕緣膜8b和絕緣膜10a， 在該下電極7的下側(cè)設(shè)置絕緣膜8a和絕緣膜9a，由此很容易使振動(dòng)膜6在剖面方向上的 應(yīng)力分布對(duì)稱。其結(jié)果是，很容易抑制起因于振動(dòng)膜6內(nèi)的層間應(yīng)力差的膜變形。還有，使 絕緣膜8a的膜厚和絕緣膜8b的膜厚相等，進(jìn)而使絕緣膜9a的膜厚和絕緣膜IOa的膜厚相 等，從而若使振動(dòng)膜6在剖面方向上的應(yīng)力分布夾著下電極7對(duì)稱，就能夠進(jìn)一步抑制起因 于振動(dòng)膜6內(nèi)的層間應(yīng)力差的膜變形。這樣一來，使由疊層結(jié)構(gòu)形成的振動(dòng)膜6內(nèi)的應(yīng)力 分布對(duì)稱的結(jié)果是能夠抑制起因于振動(dòng)膜6內(nèi)的層間應(yīng)力差的膜變形。因此，能夠抑制上 下電極間的距離Cltl即氣隙電容Ca產(chǎn)生變動(dòng)，從而能夠獲得所期望的靈敏度特性。(第三實(shí)施方式)下面，參照?qǐng)D17至圖19，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的聲換能器進(jìn)行說明。 以下所示的各幅圖、各種形狀、材料以及數(shù)值等都僅為所列舉出的優(yōu)選示例而已，并不局限 于所示內(nèi)容。只要是在不脫離發(fā)明精神的范圍內(nèi)，本發(fā)明便不受記載內(nèi)容的限制，能夠加以 適當(dāng)改變。進(jìn)而，在不產(chǎn)生矛盾的范圍內(nèi)，也能將本實(shí)施方式與其它實(shí)施方式相結(jié)合。此外， 在此以聲換能器作為MEMS器件的示例加以說明，不過本發(fā)明能適用于所有的MEMS器件。圖17是本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的聲換能器的剖視圖。圖18表示的是本發(fā) 明的第三實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的平面結(jié)構(gòu)，圖19表示的是本發(fā)明的第三 實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的剖面結(jié)構(gòu)。此外，圖19表示的是圖18的XIX-XIX 線處的剖面形狀。在此，第三實(shí)施方式除了形成在振動(dòng)膜中的具有拉應(yīng)力的氮化硅膜等絕 緣膜IOa的平面形狀與第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式不同以外，其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式 及第二實(shí)施方式都相同。因此，參照?qǐng)D18及圖19，對(duì)與第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式不同 的部分進(jìn)行詳細(xì)的說明。此外，因?yàn)閷?duì)聲換能器的工作情況及表示聲換能器特性的靈敏度所要做的說明與第一實(shí)施方式相同，所以省略對(duì)此所做的說明。還有，圖17至圖19表示的 是對(duì)圖4至圖6所示的振動(dòng)膜的結(jié)構(gòu)加以改變的變形例，不過也可以對(duì)圖1至圖3所示的 振動(dòng)膜的結(jié)構(gòu)加以改變。由圖18及圖19可以看出，與第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式相同，在第三實(shí)施方式 中，具有經(jīng)由束縛部12部分地與硅基板1連接的振動(dòng)膜6。進(jìn)而，在形成于構(gòu)成振動(dòng)膜6的 下電極7上的具有拉應(yīng)力的氮化硅膜等絕緣膜IOa中，設(shè)置有選擇性地除去束縛部12及其 附近部分而形成的區(qū)域沈。換言之，形成在下電極7上的具有拉應(yīng)力的絕緣膜IOa形成在 束縛部12的周邊部以外的部分。與第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式所涉及的聲換能器相比，能夠期待第三實(shí)施方式 所涉及的聲換能器憑借上述結(jié)構(gòu)獲得以下效果。即，由于束縛部12部分地與振動(dòng)膜6連接， 所以具有容易引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)。因而，像第三實(shí)施方式那樣，通過設(shè)置選擇性地除去束 縛部12及其附近部分而形成的區(qū)域沈，便能夠緩解束縛部12的應(yīng)力集中。其結(jié)果是，振動(dòng) 膜6的耐破壞性增強(qiáng)，從而能夠提高加工成品率。此外，通過在形成于下電極7下側(cè)的具有拉應(yīng)力的絕緣膜9a中設(shè)置選擇性地除去 束縛部12及其附近部分而形成的區(qū)域，也能夠獲得相同的效果，但這并未在圖17至圖19 中圖示出來。還有，通過在形成于下電極7的上表面及下表面的具有拉應(yīng)力的絕緣膜10a、 9a中都設(shè)置選擇性地除去束縛部12及其附近部分而形成的區(qū)域，便能夠進(jìn)一步獲得增強(qiáng) 振動(dòng)膜6的耐破壞性的效果。(第四實(shí)施方式)下面，參照?qǐng)D20至圖22，對(duì)本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的聲換能器進(jìn)行說明。 以下所示的各幅圖、各種形狀、材料以及數(shù)值等都僅為所列舉出的優(yōu)選示例而已，并不局限 于所示內(nèi)容。只要是在不脫離發(fā)明精神的范圍內(nèi)，本發(fā)明便不受記載內(nèi)容的限制，能夠加以 適當(dāng)改變。進(jìn)而，在不產(chǎn)生矛盾的范圍內(nèi)，也能將本實(shí)施方式與其它實(shí)施方式相結(jié)合。此外， 在此以聲換能器作為MEMS器件的示例加以說明，不過本發(fā)明能適用于所有的MEMS器件。圖20是本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的聲換能器的剖視圖。圖21表示的是本發(fā) 明的第四實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的平面結(jié)構(gòu)，圖22表示的是本發(fā)明的第四 實(shí)施方式所涉及的聲換能器的振動(dòng)膜的剖面結(jié)構(gòu)。此外，圖22表示的是圖21的XXII-XXII 線處的剖面形狀。在此，第四實(shí)施方式除了形成在振動(dòng)膜6中的具有壓應(yīng)力的氧化硅膜等 絕緣膜8c的形狀與第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式不同以外，其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式及 第二實(shí)施方式都相同。因此，參照?qǐng)D22及圖21，對(duì)與第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式不同的 部分進(jìn)行詳細(xì)的說明。此外，因?yàn)閷?duì)聲換能器的工作情況及表示聲換能器特性的靈敏度所 要做的說明與第一實(shí)施方式相同，所以省略對(duì)此所做的說明。還有，圖20至圖22表示的是 對(duì)圖1至圖3所示的振動(dòng)膜的結(jié)構(gòu)加以改變的變形例，不過也可以對(duì)圖4至圖6所示的振 動(dòng)膜的結(jié)構(gòu)加以改變。由圖21及圖22可以看出，與第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式相同，在本實(shí)施方式 中，具有經(jīng)由束縛部12部分地與硅基板1連接的振動(dòng)膜6。在形成于下電極7上的、構(gòu)成振 動(dòng)膜6的具有壓應(yīng)力的由氧化硅等形成的絕緣膜8c中，形成有彼此近似成直線交叉的多個(gè) 槽部。具有壓應(yīng)力的絕緣膜8c構(gòu)成為由上述多個(gè)槽部分隔成多個(gè)部分。換言之，具有壓 應(yīng)力的絕緣膜8c具有由多個(gè)槽部圖案化為島狀的平面形狀。
與第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式所涉及的聲換能器相比，能夠期待第四實(shí)施方式 所涉及的聲換能器憑借上述結(jié)構(gòu)獲得以下效果。即，具有壓應(yīng)力的絕緣膜8c設(shè)置在下電極 7的內(nèi)側(cè)，并被布置為集中在振動(dòng)膜6的中心部。為此，具有容易在振動(dòng)膜6的中心部部 分地引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)朝向振動(dòng)膜6中心部的壓應(yīng)力很強(qiáng)時(shí)，振動(dòng)膜6的中心 部就有可能向上方彎曲。于是，像第四實(shí)施方式那樣構(gòu)成為具有壓應(yīng)力的絕緣膜8c由多 個(gè)槽部分隔成多個(gè)部分，就能夠抑制應(yīng)力集中在振動(dòng)膜6的中心部。由此，能夠抑制振動(dòng)膜 6的中心部向上方彎曲。為此，能夠進(jìn)一步抑制起因于振動(dòng)膜6的層間應(yīng)力差的膜變形。此外，當(dāng)在下電極7的下側(cè)形成了具有壓應(yīng)力的絕緣膜時(shí)，也可以構(gòu)成為形成在 該下電極7下側(cè)的具有壓應(yīng)力的絕緣膜由多個(gè)槽部分隔成多個(gè)部分，但這并未在圖20至圖 22中圖示出來。這樣做也能夠獲得相同的效果。還可以構(gòu)成為形成在下電極7的上表面 及下表面的兩層具有壓應(yīng)力的絕緣膜都由多個(gè)槽部分隔成多個(gè)部分。在此，對(duì)所有實(shí)施方式中所說明的MEMS器件進(jìn)行說明。將利用 CMOS (complementary metal-oxide semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)所用的制造 工藝技術(shù)等把同時(shí)制造多個(gè)芯片的基板(晶片)分割成芯片，來制造電容式電容傳聲器或 者壓力傳感器等器件的技術(shù)稱作MEMS技術(shù)，將利用這種MEMS技術(shù)制造出來的器件稱作 MEMS器件。一產(chǎn)業(yè)實(shí)用性一本發(fā)明所涉及的聲換能器等MEMS器件通過控制多層結(jié)構(gòu)的低應(yīng)力振動(dòng)膜的應(yīng)力 分布來抑制振動(dòng)膜變形，從而能夠獲得所期望的特性，還能夠縮小振動(dòng)膜即可動(dòng)電極的面 積，對(duì)具有多層膜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)膜的MEMS器件等很有用。一符號(hào)說明一1-硅基板；2-第一氧化硅膜；3-第二氧化硅膜；4-硅基板的周邊部；5-基板去除 區(qū)域；6-振動(dòng)膜；7-下電極；7A-第一多晶硅膜；8-具有壓應(yīng)力的絕緣膜；8a-具有壓應(yīng)力 的絕緣膜(氧化硅膜)；8b-具有壓應(yīng)力的絕緣膜(氧化硅膜)；8c-具有壓應(yīng)力的絕緣膜； 9-具有拉應(yīng)力的絕緣膜；9a-具有拉應(yīng)力的絕緣膜(氮化硅膜)；10-具有拉應(yīng)力的絕緣膜； IOa-具有拉應(yīng)力的絕緣膜(氮化硅膜)；11-氣隙層；12-束縛部；13-固定膜；14-上電極； 14A-第二多晶硅膜；15-絕緣膜(氮化硅膜)；16-絕緣膜(氮化硅膜)；17-氣隙層；18-支 撐部；18A-第二犧牲層；19-聲孔(acoustic hole) ；20-下電極的墊部；21-上電極的墊部； 22-第一開口部；23-第二開口部；24-相鄰束縛部間的距離；25-束縛部的直徑；26-束縛部 及其附近的絕緣膜去除區(qū)域；27-第一犧牲層；29-第一保護(hù)膜；30-第二保護(hù)膜。
權(quán)利要求
1.一種微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，包括半導(dǎo)體基板、振動(dòng)膜以及固定膜，該振動(dòng)膜隔著束縛 部設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板上并具有第一電極，該固定膜隔著支撐部設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板 上，覆蓋所述振動(dòng)膜并具有第二電極，所述振動(dòng)膜和所述固定膜之間具有由形成在彼此相 向的區(qū)域的間隙形成的氣隙層，其特征在于所述束縛部將所述半導(dǎo)體基板和所述振動(dòng)膜部分地連接起來， 所述振動(dòng)膜具有所述第一電極和具有壓應(yīng)力的第一絕緣膜疊層形成的多層結(jié)構(gòu)， 所述第一絕緣膜設(shè)置在比所述第一電極的周緣更靠向內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于所述振動(dòng)膜包括具有拉應(yīng)力的第二絕緣膜及具有拉應(yīng)力的第三絕緣膜， 所述第二絕緣膜形成在所述第一絕緣膜之上， 所述第三絕緣膜形成在所述第一絕緣膜之下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于所述第二絕緣膜及所述第三絕緣膜中的至少之一形成在除所述束縛部的周邊部以外 的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于 在所述第一絕緣膜形成有彼此交叉的多個(gè)槽部，所述第一絕緣膜由所述槽部分隔成多個(gè)部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于 所述第二絕緣膜及所述第三絕緣膜是氮化硅膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于所述第一絕緣膜是氧化硅膜。
7.一種微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，包括半導(dǎo)體基板、振動(dòng)膜以及固定膜，該振動(dòng)膜隔著束縛 部設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板上并具有第一電極，該固定膜隔著支撐部設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板 上，覆蓋所述振動(dòng)膜并具有第二電極，所述振動(dòng)膜和所述固定膜之間具有由形成在彼此相 向的區(qū)域的間隙形成的氣隙層，其特征在于所述束縛部將所述半導(dǎo)體基板和所述振動(dòng)膜部分地連接起來， 所述振動(dòng)膜具有所述第一電極、具有壓應(yīng)力的第一絕緣膜及具有壓應(yīng)力的第二絕緣 膜疊層形成的多層結(jié)構(gòu)，所述第一絕緣膜形成在所述第一電極之上， 所述第二絕緣膜形成在所述第一電極之下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于所述振動(dòng)膜包括具有拉應(yīng)力的第三絕緣膜及具有拉應(yīng)力的第四絕緣膜， 所述第三絕緣膜形成在所述第一絕緣膜之上， 所述第四絕緣膜形成在所述第二絕緣膜之下。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于所述第三絕緣膜及所述第四絕緣膜中的至少之一形成在除所述束縛部的周邊部以外 的區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于 在所述第一絕緣膜形成有彼此交叉的多個(gè)槽部，所述第一絕緣膜由所述槽部分隔成多個(gè)部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于 在所述第二絕緣膜形成有彼此交叉的多個(gè)槽部，所述第二絕緣膜由所述槽部分隔成多個(gè)部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于 所述第三絕緣膜及所述第四絕緣膜是氮化硅膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的微電子機(jī)械系統(tǒng)器件，其特征在于所述第一絕緣膜及所述第二絕緣膜是氧化硅膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微電子機(jī)械系統(tǒng)器件。該微電子機(jī)械系統(tǒng)器件包括硅基板(1)、振動(dòng)膜(6)及固定膜(13)。該振動(dòng)膜(6)隔著束縛部(12)設(shè)置在硅基板(1)上并具有下電極(7)。該固定膜(13)隔著支撐部(18)設(shè)置在硅基板(1)上，覆蓋振動(dòng)膜(6)并具有上電極(14)。振動(dòng)膜(6)和固定膜(13)之間，具有由形成在彼此相向的區(qū)域的間隙形成的氣隙層(17)。束縛部(12)將硅基板(1)和振動(dòng)膜(6)部分地連接起來，振動(dòng)膜(6)具有下電極(7)和具有壓應(yīng)力的絕緣膜(8)疊層形成的多層結(jié)構(gòu)。絕緣膜(8)設(shè)置在比下電極(7)的周緣更靠向內(nèi)側(cè)。
文檔編號(hào)B81B3/00GK102066239SQ200980122969
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者三由裕一, 山岡徹, 竹內(nèi)祐介 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社