[发明专利]微机电系统换能器和其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用于微机电系统(MEMS：Micro Electro MechanicalSystem)传感器的微机电系统换能器，这些传感器例如用于微型电容式传声器、振动传感器、压力传感器和加速度传感器。

本发明还涉及MEMS换能器的制造方法。

本申请要求日本专利申请No.2007-341440、日本专利申请No.2007-341426的优先权，其内容通过参考合并于此。

背景技术

在诸如专利文献1、2、3和非专利文献1这样的各种文献中已经开发和公开了各种类型的微型电容式传声器，这些传声器通过利用半导体装置的制造过程而被制造。

专利文献1：日本公开专利申请，No.H09-508777

专利文献2：日本公开专利申请，No.2004-506394

专利文献3：美国专利，No.4,776,019

非专利文献1：由Japanese Institute of Electrical Engineers(日本电气工程师学会)出版的MSS-01-34

电容式传声器被称为MEMS传声器，这样的传声器每个都被设计为隔膜和板件(利用薄膜形成以便形成平行板电容器的相对电极)彼此分开并支承在基板上方。当隔膜由于声波而振动时，其发生位移，以便改变传声器的静电电容，以使得静电电容的变化被转换为电信号。用作电容式传声器的MEMS换能器在其表面上覆盖有保护膜，其中，保护膜中形成有通孔，以便暴露电极。具有绝缘特性的保护膜用来保护MEMS换能器不受化学腐蚀(由于水、氧气和钠)及物理损坏的影响。

由于热膨胀系数的不同，相对高的应力产生在沉积于硅基板和氧化硅膜上的沉积膜上，该沉积膜由氮化物材料和氧化氮材料制成。当氮化物材料和氧化氮材料用作保护膜时，在具有机械结构的微机电系统换能器中可产生变形。这将损坏微机电系统换能器的机械功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种MEMS换能器，其被形成来保护其电极，而不损坏其机械功能。

本发明的另一目的是提供一种MEMS换能器的制造方法。

在本发明的一个实施例中，微机电系统换能器包括具有导电性的隔膜；具有导电性的板件；支承结构，用于对二者之间具有间隙层的隔膜和板件进行支承，其中，所述支承结构具有围绕所述间隙层的内壁；具有导电性的电极膜，用于覆盖形成在所述支承结构中的接触孔；以及保护膜，在所述内壁之外形成在所述支承结构上，以便覆盖所述电极膜的侧表面，其中，与形成在隔膜和板件之间的静电电容的变化相对应的电信号经由所述电极膜输出。

由于保护膜(例如，垫式保护膜)形成在支承结构的内壁之外，所以可以防止隔膜或板件由于保护膜的膜应力的直接影响而形状变形；这可以利用具有高膜应力的材料形成保护膜。电极膜(例如，限定垫的轮廓的垫式导电性膜)的侧表面的化学稳定性低，这是因为其在蚀刻中活化且因为诸如氯和氟这样的化学物质在蚀刻后得以保留。本发明允许具有低化学稳定性的电极膜的侧表面覆盖有由高保护性材料构成的保护膜，这些高保护性材料具有高膜应力。因此，可以保护电极膜而不损坏MEMS换能器的机械功能。

优选的是，保护膜由氮化硅或氮化硅氧化物(silicon oxide film)构成。

优选的是，支承结构包括具有硅基板和氧化硅膜(例如，表面绝缘膜)的多层结构，该氧化硅膜与所述硅基板连结但不与其周边连结，并且其中，保护膜形成于在硅基板的周边和硅氧化物膜的周边之间延伸的区域中。这防止可移动离子进入硅基板和硅氧化物膜之间的连结表面的边缘。

在适用于MEMS结构的制造方法中，通过支承结构对二者之间具有间隙层的膈膜和板件进行支承，所述支承结构包括围绕所述间隙层的内壁；在所述支承结构中形成接触孔；形成具有导电性的电极膜，该电极膜覆盖所述接触孔；以及形成保护膜，该保护膜用于覆盖所述支承结构的内壁之外的电极膜的侧表面。

在本发明的另一实施例中，MEMS换能器包括：具有导电性的隔膜；具有导电性的板件；绝缘构件，用于使所述隔膜和所述板件绝缘；电极膜(例如，垫式导电膜)，由导电性膜构成，以便覆盖形成在所述绝缘构件中的接触孔；以及保护膜(例如，垫式保护膜)，有限地形成在所述电极膜的一部分表面中和形成在该电极膜在所述绝缘构件的表面上的周围区域中，由此，覆盖所述电极膜的侧表面，其中，与形成在所述隔膜和所述板件之间的静电电容的变化相对应的电信号从所述电极膜输出。