[发明专利]谐振式换能器及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及一种谐振式换能器，更具体地，涉及一种保证电极之间绝缘的电极分离结构。

背景技术

谐振式换能器是一种通过检测形成在硅衬底上的谐振器的谐振频率的变化来测量所施加的物理量的器件。谐振式换能器广泛应用在发送器或类似器件中作为MEMS（微机电系统）器件，例如压力传感器、加速度传感器、角速度传感器、振荡器等。

在谐振式换能器中，两端固定的长板状谐振器的平面侧形成为与硅衬底平行并且谐振器在硅衬底的垂直方向上振动。然而，专利文献1公开了谐振器的平面侧形成为与硅衬底垂直并且谐振器在硅衬底的横向方向上振动。因此，简化了加工工艺，使得能够高精度地并且低成本地制造谐振式换能器。

图18是说明这样一种谐振式换能器的结构的示图，其中，长板状谐振器的平面侧形成为与硅衬底垂直，以使得谐振器在硅衬底的横向方向上振动。图18示出了谐振器部分的截面图。

如图18所示，在谐振式换能器300中，绝缘体上硅（SOI）衬底具有这样一种结构，其中将由氧化膜制成的埋置氧化物(BOX)层311嵌入在硅衬底310和表面硅层（有源层320的下部）之间。通过对由硅制成的有源层320进行处理，在SOI衬底上形成谐振器330、第一固定电极341和第二固定电极342。形成氧化膜360和由多晶硅350制成的壳体351。

第一固定电极341和第二固定电极342被形成为将谐振器330夹在其间。在谐振器330的周围，形成真空室370。还在谐振器330的端侧上形成电极，该电极在图18中未示出并用作谐振器电极331。

图19是示出有源层320的掩模图案的示例的示图。第一固定电极341和第二固定电极342是施加具有相同幅度或电平的正偏压和负偏压的电极。谐振器电极331是施加频率等于谐振器330的谐振频率的交流信号的电极。然而，在这种情况下，可以改变分别施加至各电极的电压和信号的组合。此外，固定电极的数量有时可以设置为一个。

因为谐振器330和谐振器电极331需要与第一固定电极341和第二固定电极342绝缘，所以在掩模图案中，在谐振器电极331和第一固定电极341之间设置了电极分离间隙WH。在谐振器电极331和第二固定电极342之间也设置了电极分离间隙WH。在谐振器330和第一固定电极341之间设置了谐振器间隙WV。在谐振器330和第二固定电极342之间也设置了谐振器间隙WV。因为将用于分离有源层320的干法蚀刻的蚀刻速率设为相同速率，所以电极分离间隙WH和谐振器间隙WV具有相同的宽度。

图20A至图20C和图21A至图21C是说明了谐振式换能器300的制造过程并且示出了图19中包括电极分离间隙WH的A-A截面和包括谐振器间隙WV的B-B截面的示图。

如图20A所示，在包括衬底310、BOX层311和有源层的SOI衬底的初始有源层上，进行包含高浓度硼的硅层的外延生长以形成有源层320。

之后，通过使用上述掩模图案对有源层320进行干法蚀刻。从而，如图20B所示，形成分离有源层320的沟槽。

为了进行具有窄宽度线路的光蚀刻，该线路在后续制造过程中形成蚀刻沟道，晶片的表面需要保持平坦。因此，如图20C所示，以氧化膜360掩埋分离有源层320的沟槽。通过等离子体化学气相沉积（CVD）或低压化学气相沉积(LP-CVD)来以氧化膜360掩埋这些沟槽。然而，因为沟槽的开口部分很窄，所以掩埋部分中一般会形成空隙（空间）。

此外，如图21A中所示，形成了多晶硅膜350并且使得晶片的表面变平。之后，如图21B所示，在谐振器330的附近形成蚀刻沟道。该蚀刻沟道作为用于移除谐振器330周围的氧化膜360（即，牺牲层）的蚀刻液或蚀刻气体的引入开口。

之后，如图21C所示，通过使用蚀刻沟道来蚀刻牺牲层以释放谐振器330。然后，通过在规定的环境下形成多晶硅膜来进行真空密封以掩埋蚀刻沟道并形成真空室370。此外，形成孔和电极焊盘，通过它们可以分别允许各电极接触。由此，制造了图18所示的谐振式换能器300。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]JP-A-2012-58127

图22A是在蚀刻牺牲层之前的有源层320的水平截面图。如图22A所示，谐振器330和第一固定电极341之间的部分以及谐振器330和第二固定电极342之间的部分，还有谐振器电极331和第一固定电极341之间的部分以及谐振器电极331和第二固定电极342之间的部分，都被氧化膜360掩埋。在氧化膜360中，连续形成空隙。