專利名稱：電容式微型硅麥克風(fēng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于基于硅エ藝的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，具體涉及ー種電容式微型娃麥克風(fēng)及其制備方法。
背景技術(shù)：
MEMS技術(shù)是近年來高速發(fā)展的一項高新技術(shù)，與傳統(tǒng)對應(yīng)器件相比，MEMS器件在體積、功耗、重量及價格方面都有十分明顯的優(yōu)勢，而且其采用先進的半導(dǎo)體制造エ藝，可以實現(xiàn)MEMS器件的批量制造，目前市場上，MEMS器件的主要應(yīng)用實例包括壓カ傳感器、カロ速度計及硅麥克風(fēng)等。對于硅麥克風(fēng)，將其裝配至電路板通常采用自動化表面貼裝エ藝，該エ藝需經(jīng) 歷高溫，而傳統(tǒng)駐極體麥克風(fēng)(ECM)在高溫下會發(fā)生電荷泄漏，致使ECM失效，因此ECM的裝配只能采用手工裝配。而電容式微型硅麥克風(fēng)可以耐受高溫，所以能采用表面貼裝エ藝以實現(xiàn)自動裝配，另外電容式微型硅麥克風(fēng)在小型化、性能、可靠性、環(huán)境耐受性、成本及量產(chǎn)能力等方面都比ECM有優(yōu)勢，因此采用MEMS技術(shù)制造的微型硅麥克風(fēng)已迅速作為ECM的代替者開始占領(lǐng)手機、PDA、MP3及助聽器等消費電子產(chǎn)品市場。雖然對微型硅麥克風(fēng)的研究已經(jīng)開展有二十余年，具體實現(xiàn)電容式微型硅麥克風(fēng)的方法很多，但電容式微型硅麥克風(fēng)通常包括ー個在四周進行固定的振動膜、ー個帶有聲孔的背極板以及在兩者之間的微小空氣間隙。通常電容式硅麥克風(fēng)是在硅襯底上采用常規(guī)的半導(dǎo)體エ藝逐步淀積絕緣層、電容第一極板(可為背極板或振動膜)、犧牲層以及電容第ニ極板(可為背極板或振動膜)形成。電容第一與第二極板材料可采用多種或多層材料得到(比如摻雜多晶硅，金屬與氮化硅復(fù)合膜等);犧牲層材料可采用多種材料(如氧化硅，鍺等)。多層薄膜的淀積導(dǎo)致制造エ藝比較復(fù)雜，從而大大增加了制造成本。此外，微型硅麥克風(fēng)制作中面臨的ー個主要問題就是振動膜以及背極板應(yīng)カ的控制。現(xiàn)有薄膜制備手段基本采用淀積，通過淀積得到的振動膜會存在較大的殘余應(yīng)カ，通常包括熱失配應(yīng)カ和本征應(yīng)カ兩種。殘余應(yīng)カ對微型硅麥克風(fēng)特性具有較大影響，嚴重時甚至使其失效不能工作。再有，大的殘余張應(yīng)カ也會顯著降低振動膜的機械靈敏度，而振動膜的機械靈敏度又與麥克風(fēng)的關(guān)鍵指標——靈敏度成正比，因此大的殘余應(yīng)カ將會間接導(dǎo)致麥克風(fēng)靈敏度的降低。還有，大的殘余壓應(yīng)カ也可能導(dǎo)致振動膜發(fā)生屈曲，從而使麥克風(fēng)性能不穩(wěn)定甚至失效。因此，提高麥克風(fēng)靈敏度已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注的焦點，現(xiàn)有通過采用改進制備方法淀積的エ藝條件的方法，或采用ー些附加工藝如退火等來減小振動膜的殘余應(yīng)力，但是采用這種方法對減小殘余應(yīng)カ的效果不大，而且重復(fù)性不好，實現(xiàn)也較為復(fù)雜；另外一個途徑就是使振動膜除了一個或多個窄臂、以及與外界進行電學(xué)連接外，其余部分皆為自由的。這樣就使振動膜完全釋放應(yīng)力，從而使振動膜的機械靈敏度對殘余應(yīng)カ不敏感，但該種方式常導(dǎo)致加工エ藝復(fù)雜度大大增加。因此，如何解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提供一種可制造性更強、エ藝簡單、產(chǎn)品均勻性更好、體積更小、成本更低、性能更高的微型硅麥克風(fēng)制造方法實已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種體積小、成本低、性能高的電容式微型硅麥克風(fēng)及其制備方法，進而以提高電容式微型硅麥克風(fēng)的均勻性以及成品率。為實現(xiàn)前述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種電容式微型硅麥克風(fēng)，包括襯底和振動膜，所述襯底包括正面、與所述正面相對設(shè)置的背面、自正面內(nèi)凹形成的若干個聲孔、自所述聲孔底端連通形成的上腔體、懸空于所述上腔體上的背極板、以及自背面內(nèi)凹形成的下腔體，所述振動膜懸空設(shè)置于所述背極板上，所述上腔體與下腔體連通形成所述電容式微型娃麥克風(fēng)的背腔。作為本實用新型的進ー步改進，所述背腔包括一個整體圖形或者多個圖形的組
ロ O作為本實用新型的進ー步改進，所述背腔的剖面形狀為T形。作為本實用新型的進ー步改進，所述下腔體由若干個小腔體組合而成。作為本實用新型的進ー步改進，所述聲孔截面形狀包括圓形或矩形。作為本實用新型的進ー步改進，所述振動膜設(shè)有若干個與襯底連接的支撐點，所述支撐點通過柔性梁與振動膜連接。作為本實用新型的進ー步改進，所述柔性梁包括螺旋梁。作為本實用新型的進ー步改進，所述支撐點和螺旋梁均由在所述振動膜內(nèi)開設(shè)的窄槽形成。作為本實用新型的進ー步改進，所述支撐點與襯底之間設(shè)有絕緣層。作為本實用新型的進ー步改進，所述電容式微型硅麥克風(fēng)還包括由所述振動膜朝背極板延伸形成的凸點，所述凸點懸空設(shè)置于背極板上方。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有體積小、成本低、性能高的優(yōu)點。其通過與襯底正面內(nèi)凹形成聲孔、在襯底內(nèi)部掏空形成的上腔體、以及自所述背面內(nèi)凹形成的下腔體，然后由腔體和下腔體形成背腔，從而使得背極板的圖形及尺寸可以不必考慮背腔的圖形及尺寸進行獨立優(yōu)化，可充分利用硅片正面的面積，而不必増加芯片尺寸，從而也利于來進一歩的調(diào)節(jié)電容式硅麥克風(fēng)的聲學(xué)阻尼，使整體電容式硅麥克風(fēng)達到ー個高性能指標，此外，背極板獨立設(shè)計又可増加器件信噪比。

圖I至圖14為本實用新型具體實施方式
中制備電容式微型硅麥克風(fēng)的エ藝流程圖。圖15為圖14中電容式微型硅麥克風(fēng)的仰視圖。圖16為本實用新型具體實施方式
中電容式微型硅麥克風(fēng)的另一種結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖17為圖16中電容式微型硅麥克風(fēng)的仰視圖。圖18至圖22為本實用新型具體實施方式
中電容式微型硅麥克風(fēng)的另一種制備方法的部分エ藝流程圖。
具體實施方式
請參照圖14、15, —種電容式微型娃麥克風(fēng)包括娃基片I (即襯底)、振動膜和金屬焊點10，該硅基片I包括正面12和與該正面12相對設(shè)置的背面13、自該正面12內(nèi)凹形成的若干個聲孔3、由聲孔3底端(在硅基片I內(nèi)部)連通形成的上腔體4、懸空于上腔體4上的背極板5、以及自背面13內(nèi)凹形成的下腔體11。所述聲孔截面形狀為矩形，所述上腔體4與下腔體11連通形成該電容式微型硅麥克風(fēng)的背腔30。由于所述 背腔30由上腔體4和下腔體11組合而成，請參見圖I至14，從硅基片I正面12部分掏空形成懸空背極板5，在形成背極板5的同時形成上腔體4，再從硅基片I背面13采用光刻、刻蝕エ藝刻蝕出下腔體11，最后連通上腔體4和下腔體11形成背腔30，故，背極板5的圖形及尺寸可以不考慮背腔30的圖形及尺寸，按照聲學(xué)要求進行獨立設(shè)計。在本附圖中，所述下腔體11為ー個整體掏空形狀，但除此之外，其亦可形成其他整體形狀或多個圖形的組合，如圖16、17所示，下腔體11由4個小腔體(未標示)組成，然后每個小腔體與上腔體4連通從而形成一種整體式的背腔30，故背腔30的剖面形狀包括但不僅限于T形。所述振動膜5懸空設(shè)置于所述背極板5上，振動膜84設(shè)有若干個與硅基片I連接的支撐點85，所述支撐點85設(shè)置于振動膜84的中間部位，所述支撐點85與硅基片I之間設(shè)有絕緣層6。由于振動膜84的應(yīng)カ會影響電容式微型娃麥克風(fēng)的靈敏度,而在大規(guī)模生產(chǎn)過程中，很難控制淀積薄膜應(yīng)カ的均勻性和一致性，故在本實施例中，所述支撐點85通過螺旋梁83與振動膜84連接解決此問題。由于螺旋梁83為柔性梁結(jié)構(gòu)，其可以完全釋放振動膜殘余應(yīng)力，在此，也可以采用其他柔性梁結(jié)構(gòu)，如弓形梁結(jié)構(gòu)等。所述支撐點85和螺旋梁83均由在振動膜84內(nèi)開設(shè)的窄槽82所形成(請參見圖9)。為了防止振動膜84與背極板5黏附在一起，所述振動膜84朝背極板5延伸形成有凸點81，該凸點81懸空設(shè)置于背極板5的上方。
以下結(jié)合附圖對本實用新型中制作電容式微型硅麥克風(fēng)的エ藝流程圖進行詳細描述。實施方式一第一步請參照圖1、2所不,提供一娃基片I，即襯底，在此，所述娃基片為單晶娃材料，然后在硅基片I正面12采用淀積エ藝制作氧化硅薄膜2形成深硅刻蝕的掩膜。第二步請參照圖2、3所示，采用光刻、腐蝕掩膜及各向異性深硅刻蝕エ藝在硅基片I上形成深槽3。深槽3的分布即可決定背極板的大小及形狀；在此，所述深槽3截面的形狀為矩形，當(dāng)然亦可為圓形等其他多種形狀；該深槽3的分布、形狀、尺寸可根據(jù)聲學(xué)性能的需要進行設(shè)計。第三步，請參照圖4所示，采用各向同性深硅刻蝕エ藝在深槽3的下方形成上腔體4，上腔體4的尺寸即由深槽3的分布所決定。與此同時，在硅基片I上形成背極板5，該背極板5為硅基片I的一部分，也為單晶硅材料，為網(wǎng)狀懸空結(jié)構(gòu)，因此在機械性能及厚度方面比一般采用LPCVD等方法制作的背極板更優(yōu)。此時深槽3即成為聲孔，可完成聲音傳遞及調(diào)節(jié)阻尼的作用，而深槽3的深度可通過調(diào)整各向同性及各向異性深槽刻蝕エ藝的參數(shù)來進行調(diào)節(jié)，具體可根據(jù)聲學(xué)性能的需要進行設(shè)計，設(shè)計靈活性大大優(yōu)于采用LPCVD制作背極板并形成聲孔的方法。第四步，請參照圖5、6所示，去除氧化硅薄膜2，然后采用低壓氣相淀積(LPCVD)等エ藝在硅基片I上淀積氧化硅以形成絕緣層6，該絕緣層6同時形成在上腔體4內(nèi)，在該上腔體6內(nèi)形成的絕緣層作為刻蝕下腔體的刻蝕自停止層61。第五步，請參照圖7、8所示，在絕緣層6上采用光刻、腐蝕エ藝形成凹槽7(dimple)，然后采用LPCVDエ藝在絕緣層上淀積ー層多晶硅層8，此時，在凹槽7處的多晶硅形成了凸點81 (bump)，該凸點81起到防止振動膜84與背極板5黏附在一起的功能。第六步，請參照圖9、10所示，在多晶硅層8上采用光刻、刻蝕エ藝形成窄槽82，從而定義出振動膜84、螺旋梁83、支撐點85，振動膜84通過螺旋梁83連接支撐點85。螺旋梁83可以有效的釋放應(yīng)力，因此使得聲學(xué)性能受LPCVD多晶硅層8的影響很小。除使用上 述螺旋梁結(jié)構(gòu)以外，亦可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，采用其他柔性梁結(jié)構(gòu)，如弓形梁結(jié)構(gòu)等。第七步，請參照圖11所示，采用光刻腐蝕等エ藝局部腐蝕氧化硅露出硅基片I用以制作壓焊點。第八步，請參照圖12所示，采用濺射、光刻、腐蝕等エ藝形成金屬壓焊點10。第九步，請參照圖13所示，采用雙面光刻，深硅刻蝕于硅基片I的背面13形成下腔體11，自停止于自停止層61。第十步，請參照圖14所示，采用濕法腐蝕等エ藝，從下腔體11進行濕法腐蝕，去除自停止層61，使上腔體4和下腔體11之間連通形成背腔，所述下腔體11為ー個整體掏空形狀，但除此之外，其亦可形成其他整體形狀或多個圖形的組合，如圖16、17所示，下腔體11由4個小腔體111組成,然后每個小腔體111與上腔體4連通從而形成一種整體式的背腔30，故所述背腔的剖面形狀包括但不僅限于T形；以及腐蝕背極板5和振動膜84之間的絕緣層6，其余部分保留所述絕緣層6，如支撐點85與襯底之間，從而使得振動膜84成為可動結(jié)構(gòu)，實施例ニ 在本實施例中，該電容式微型娃麥克風(fēng)的制備方法與實施例I基本相同，主要區(qū)別在于“背極板的制備方法”，在本實施例中，所述硅基片I’采用晶向為〈111〉的硅片，背極板5’的制備方法采用如下エ藝制備第一歩請參見圖18、19，于硅基片I’上淀積氧化硅2’作為刻蝕掩膜，然后采用光刻、刻蝕并進行各向異性硅刻蝕形成深槽3’。第二步請參見圖20，采用LPCVD再淀積ー層氧化硅20，同時，深槽3’的側(cè)壁及底部也形成一層氧化娃。第三步請參見圖21，采用各向異性刻蝕去除深槽3’底部的氧化硅，再采用各向異性硅刻蝕，將深槽3’的深度變深。而由于深槽3’側(cè)壁已經(jīng)有氧化硅，所以深槽3’的寬度不會變大。第四步請參見圖22，采用KOH或TMAH濕法腐蝕深槽3’的下方形成上腔體4’，由于腐蝕是各向異性，而硅基片I’為〈111〉晶向，因此最后腐蝕出如圖所示的上空腔4’。除上述“背極板的制備方法”與實施例一不同以外，其余步驟同實施例一，故在此不再贅述。盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本實用新型的范圍和精神的情況下，各種改進、増加以及取代是可能的。·
權(quán)利要求1.一種電容式微型娃麥克風(fēng),包括襯底和振動膜,所述襯底包括正面、與所述正面相對設(shè)置的背面，其特征在于所述襯底還包括自正面內(nèi)凹形成的若干個聲孔、自所述聲孔底端連通形成的上腔體、懸空于所述上腔體上的背極板、以及自背面內(nèi)凹形成的下腔體，所述振動膜懸空設(shè)置于所述背極板上，所述上腔體與下腔體連通形成所述電容式微型硅麥克風(fēng)的背腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容式微型娃麥克風(fēng)，其特征在于所述背腔包括一個整體圖形或者多個圖形的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電容式微型硅麥克風(fēng)，其特征在于所述背腔的剖面形狀為T形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式微型硅麥克風(fēng)，其特征在于所述下腔體由若干個小腔體組合而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容式微型硅麥克風(fēng)，其特征在于所述聲孔截面形狀包括圓形或矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容式微型娃麥克風(fēng)，其特征在于所述振動膜設(shè)有若干個與襯底連接的支撐點，所述支撐點通過柔性梁與振動膜連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電容式微型硅麥克風(fēng)，其特征在于所述柔性梁包括螺旋梁。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容式微型硅麥克風(fēng)，其特征在于所述支撐點和螺旋梁均由在所述振動膜內(nèi)開設(shè)的窄槽形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電容式微型硅麥克風(fēng)，其特征在于所述支撐點與襯底之間設(shè)有絕緣層。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容式微型娃麥克風(fēng)，其特征在于所述電容式微型娃麥克風(fēng)還包括由所述振動膜朝背極板延伸形成的凸點，所述凸點懸空設(shè)置于背極板上方。
專利摘要本實用新型屬于基于硅工藝的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，具體涉及一種電容式微型硅麥克風(fēng)及其制備方法。一種電容式微型硅麥克風(fēng)，包括襯底和振動膜，所述襯底包括正面、與所述正面相對設(shè)置的背面、自正面內(nèi)凹形成的若干個聲孔、自所述聲孔底端連通形成的上腔體、懸空于所述上腔體上的背極板、以及自背面內(nèi)凹形成的下腔體，所述振動膜懸空設(shè)置于所述背極板上，所述上腔體與下腔體連通形成所述電容式微型硅麥克風(fēng)的背腔。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有體積小、成本低、性能高的優(yōu)點。
文檔編號H04R19/04GK202444620SQ20122005975
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者李剛, 梅嘉欣, 胡維 申請人:蘇州敏芯微電子技術(shù)有限公司