CN101590996A

CN101590996A - 微机电系统麦克风

Info

Publication number: CN101590996A
Application number: CNA2008101093525A
Authority: CN
Inventors: 施惠绅; 陈忠志
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-02

Abstract

一种微机电系统麦克风，其包括第一电极、第二电极与第一介电层。第一电极配置于基底上。第一电极具有第一可挠部分。第二电极配置于第一电极与基底之间。第二电极的材料包括多晶硅或多晶硅化金属。第一介电层部分地配置于第一电极与第二电极之间，以使第一可挠部分悬空。

Description

微机电系统麦克风

技术领域

本发明涉及一种微机电系统麦克风(microelectromechanical systemmicrophone，MEMS microphone)结构，且特别涉及可以简化工艺以及具有延展性佳、低阻值、高灵敏度以及抗蚀刻特性的电极的一种微机电系统麦克风。

背景技术

随着技术不断进步，目前已达到利用微加工技术来制作各式各样的微机电系统装置。举例而言，这些微机电系统装置例如包括马达、泵浦、阀、开关、感应器、像素及麦克风等。

由于采用微机电系统技术所制作的麦克风具有重量轻、体积小及信号品质佳等优点，所以微机电系统麦克风逐渐成为微型麦克风的主流。此外，由于移动电话的需求日益增加，且移动电话在声音品质上的要求亦日益提高，再加上助听器技术也已逐渐成熟，因此使得高品质微型麦克风的需求急速增加。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种微机电系统麦克风，可以使其工艺与互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)或非易失性存储器(non-volatile memory)的工艺整合，以减少工艺步骤。

本发明的另一目的就是在提供一种微机电系统麦克风，其具有延展性佳、低阻值、高灵敏度以及抗蚀刻特性的电极。

本发明提出一种微机电系统麦克风，其包括第一电极、第二电极与第一介电层。第一电极配置于基底上。第一电极具有第一可挠部分。第二电极配置于第一电极与基底之间。第二电极的材料包括多晶硅或多晶硅化金属。第一介电层部分地配置于第一电极与第二电极之间，以使第一可挠部分悬空。

依照本发明实施例所述的微机电系统麦克风，上述的第一电极的材料例如为多晶硅、多晶硅化金属、金属或合金。

依照本发明实施例所述的微机电系统麦克风，上述的第一电极例如为多层结构，此多层结构的材料例如为多晶硅/多晶硅化金属(X/Y表示X与Y的叠合层)、铝/铜、钛/铝、氮化钛/钛/铝铜合金/氮化钛/钛、氮化钛/铝铜合金/氮化钛、氮化钛/钛/氮化钛或氮化钛/钛。

依照本发明实施例所述的微机电系统麦克风，上述的第一可挠部分例如为网状或条状。

依照本发明实施例所述的微机电系统麦克风，上述的第二电极例如具有第二可挠部分，且第一可挠部分与第二可挠部分至少部分重叠。

依照本发明实施例所述的微机电系统麦克风，上述的第二可挠部分例如为网状或条状。

依照本发明实施例所述的微机电系统麦克风，还可以具有至少部分地配置于第二电极与基底之间的第二介电层。

本发明另提出一种微机电系统麦克风，其包括第一电极、第二电极与第一介电层。第一电极配置于基底上。第一电极具有第一可挠部分。第二电极配置于第一电极与基底之间。第二电极为第一多层结构。第一介电层部分地配置于第一电极与第二电极之间，以使第一可挠部分悬空。

依照本发明实施例所述的微机电系统麦克风，上述的第一多层结构的材料例如为多晶硅/多晶硅化金属或多晶硅/多晶硅化金属/钛/氮化钛/钨/铝。

依照本发明实施例所述的微机电系统麦克风，上述的第一电极为第二多层结构，此第二多层结构的材料例如为多晶硅/多晶硅化金属、铝/铜、钛/铝、氮化钛/钛/铝铜合金/氮化钛/钛、氮化钛/铝铜合金/氮化钛、氮化钛/钛/氮化钛或氮化钛/钛。

本发明的微机电系统麦克风在制作过程中可以与金属氧化物半导体或非易失性存储器的工艺整合，因此可以减少工艺步骤以简化工艺，且使得微机电系统麦克风的电极具有延展性佳、低阻值、高灵敏度以及抗蚀刻的特性。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A为依照本发明一实施例所绘示的微机电系统麦克风的剖面示意图。

图1B为图1A中的上电极的上视示意图。

图2A为依照本发明另一实施例所绘示的微机电系统麦克风的剖面示意图。

图2B为图2A中的上电极与下电极的上视示意图。

图3为依照本发明再一实施例所绘示的微机电系统麦克风的剖面示意图。

图4为依照本发明又一实施例所绘示的微机电系统麦克风的剖面示意图。

图5为依照本发明又一实施例所绘示的微机电系统麦克风的剖面示意图。

附图标记说明

10、10’、10”、10”’、10””：微机电系统麦克风

20：金属氧化物半导体 30：PIP电容器

40：MIM电容器 50：非易失性存储器

100：基底 102：第一电极

102a、104a：第一部分 102b、104b：第二部分

103：氧化层 104、104’：第二电极

105、106、108：介电层 110、110’、112、112’：可挠部分

114：网眼 202：栅极

204：栅介电层 206：掺杂区

210：内连线 210a：插塞

210a’：金属层 210a”：阻障层

210b：导线 302、402：下电极

304、404：上电极 306、406：电容介电层

502：穿隧介电层 504：浮置栅极

506：栅间介电层 508：控制栅极

具体实施方式

图1A为依照本发明一实施例所绘示的微机电系统麦克风的剖面示意图。由于本发明的微机电系统麦克风的工艺可以与互补式金属氧化物半导体的工艺整合而达到减少工艺步骤的目的，因此在以下实施例中将同时以配置于基底上的金属氧化物半导体与微机电系统麦克风来对本发明作说明。

请参照图1A，微机电系统麦克风10与金属氧化物半导体20分别配置于基底100的不同区域。金属氧化物半导体20包括配置于基底100上的栅极202、位于栅极202与基底100之间的栅介电层204以及位于栅极202二侧的基底100中的掺杂区206。此外，介电层208配置于基底100上并覆盖金属氧化物半导体20，且介电层208中具有内连线210。内连线210由插塞210a与导线210b组成。插塞210a包括金属层210a’与阻障层210a”。金属层210a’的材料例如为钨或铝。阻障层210a”的材料例如为钛/氮化钛或钽/氮化钽。导线210b的材料例如为氮化钛/铝铜合金/氮化钛或氮化钽/铜/氮化钽，其中氮化钛、氮化钽作为阻障材料之用。此外，在其他实施例中，亦可使用双镶嵌(dual damascene)工艺来形成上述的插塞与导线，而插塞与导线的材料可以是金属(例如铜)或合金。在本实施例中，内连线210与栅极202电性连接。在其他实施例中，内连线210也可以与掺杂区206电性连接。

微机电系统麦克风10包括第一电极102、第二电极104、介电层106与介电层108。第一电极102配置于基底100上，且第一电极102具有可挠部分110。第二电极104配置于第一电极102与基底100之间。在本实施例中，第二电极104具有可挠部分112。在另一实施例中，第二电极104也可以不具有可挠部分。可挠部分110与可挠部分112至少部分地重叠。可挠部分110、112例如为网状或条状。在本实施例中，可挠部分110、112为网状结构，亦即在第一电极102的可挠部分110以及第二电极104的可挠部分112中分别具有多个网眼(mesh)114，如图1B所示。在另一实施例中(如图2A与图2B所示)，微机电系统麦克风10’中的可挠部分110’、112’例如为交错配置的条状结构。当然，在其他实施例中(未绘示)，第二电极104也可以是一整片的结构。

此外，介电层106部分地配置于第一电极102与第二电极104之间，以使第一电极102的可挠部分110悬空。介电层108至少部分地配置于第二电极104与基底100之间。当然，在另一实施例中，也可以视实际需求而省略介电层108的配置。在本实施例中，介电层108配置于整个第二电极104与基底100之间。当然，在其他实施例中(未绘示)，介电层108也可以与介电层106相同而部分地配置于第二电极104与基底100之间，以使第二电极104的可挠部分112悬空。

由于本发明的微机电系统麦克风的工艺可与金属氧化物半导体的工艺整合，因此微机电系统麦克风中各膜层的材料皆与金属氧化物半导体中各膜层的材料相对应。

详细地说，一般栅极202的形成方法是先形成一层多晶硅层，然后再进行图案化工艺。因此，在制作栅极202的过程中，可以同时在欲形成金属氧化物半导体的区域以及欲形成微机电系统麦克风的区域形成多晶硅层，然后再利用图案化工艺同时将上述两个区域的多晶硅层图案化，以分别形成栅极202与第二电极104。当然，上述的多硅层亦可视实际需求而替换为多晶硅化金属层，或者替换为多晶硅层与多晶硅化金属层的组合。也就是说，在微机电系统麦克风10中的第二电极104的材料为多晶硅、多晶硅化金属或其组合。

此外，介电层108也可以在形成栅介电层204时同时形成。

在另一实施例中，第一电极102的制作亦可与导线210b的制作整合，因此第一电极102的材料可以与导线210b相同。

在另一实施例中，也可以将第二电极104的制作步骤与栅极202以及导线210b的制作步骤整合。因此，第二电极104的材料例如是多晶硅/多晶硅化金属/钛/氮化钛/钨/铝。

特别一提的是，本发明的微机电系统麦克风的工艺也可与金属氧化物半导体的工艺以及多晶硅-绝缘层-多晶硅(polysilicon-insulator-polysilicon，PIP)电容器(如图3所示)或金属-绝缘层-金属(metal-insulator-metal，MIM)电容器(如图4所示)的工艺整合。

请参照图3，在制作栅极202时，同时形成PIP电容器30的下电极302与微机电系统麦克风10”的第二电极的第一部分104a。在制作电容介电层306时，同时形成介电层105。在制作PIP电容器30的上电极304时，同时形成微机电系统麦克风10”的第二电极的第二部分104b。因此，第一部分104a、第二部分104b的材料分别与下电极302、上电极304的材料相同，例如为多晶硅、多硅化金属或其组合。在本实施例中，第一部分104a与第二部分104b对准。在另一实施例中，第一部分104a与第二部分104b也可以是交错配置。

请参照图4，在制作栅极202时，同时形成微机电系统麦克风10”’的第二电极104。在制作MIM电容器40的下电极402时，同时形成微机电系统麦克风10”’的第一电极的第一部分102a。在制作电容介电层406时，同时形成介电层107。在制作MIM电容器40的上电极404时，同时形成微机电系统麦克风10”’的第一电极的第二部分102b。因此，第一部分102a、第二部分102b的材料分别与下电极402、上电极404的材料相同，例如为铝/铜、钛/铝、氮化钛/钛/铝铜合金/氮化钛/钛、氮化钛/铝铜合金/氮化钛、氮化钛/钛/氮化钛或氮化钛/钛。在其他实施例中，也可以仅在制作下电极402或上电极404时，同时形成微机电系统麦克风10”’的第二电极。此外，在另一实施例中，也可以不需要形成介电层107而将第一部分102a、第二部分102b堆叠来形成微机电系统麦克风10”’的第二电极。

另外，本发明的微机电系统麦克风的工艺也可与非易失性存储器的工艺整合(如图5所示)。请参照图5，非易失性存储器50包括堆叠于基底100上的穿隧介电层502、浮置栅极504、栅间介电层506与控制栅极508。在形成浮置栅极504时，同时形成微机电系统麦克风10””的第二电极104。在形成控制栅极508时，同时形成微机电系统麦克风10””的第一电极102。因此，第一电极102、第二电极104的材料分别与控制栅极508、浮置栅极504的材料相同，例如为多晶硅、多晶硅化金属或多晶硅/多晶硅化金属。

由于本发明的微机电系统麦克风中的第一电极与第二电极是由上述各种材料所形成，因此第一电极与第二电极可以具有延展性佳、低阻值、高灵敏度以及抗蚀刻的特性。特别是，一般在制作微机电系统麦克风的过程中，会在形成第一电极之后进行蚀刻工艺来将可挠部分下方的介电层移除，以使可挠部分悬空。因此，以氮化钛/钛为材料可以使第一电极在蚀刻过程中具有更佳的抗蚀刻性，其中氮化钛的厚度优选为1000

而钛的厚度优选为100

)。

综上所述，本发明将微机电系统麦克风的工艺与金属氧化物半导体或非易失性存储器的工艺整合，因此可以达到简化工艺的目的，且微机电系统麦克风的电极可以具有延展性佳、低阻值、高灵敏度以及抗蚀刻的特性。

虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种微机电系统麦克风，包括：

第一电极，配置于基底上，该第一电极具有第一可挠部分；

第二电极，配置于该第一电极与该基底之间，该第二电极的材料包括多晶硅或多晶硅化金属；以及

第一介电层，部分地配置于该第一电极与该第二电极之间，以使该第一可挠部分悬空。

2.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该第一电极的材料包括多晶硅、多晶硅化金属、金属或合金。

3.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该第一电极为多层结构，该多层结构的材料包括多晶硅/多晶硅化金属、铝/铜、钛/铝、氮化钛/钛/铝铜合金/氮化钛/钛、氮化钛/铝铜合金/氮化钛、氮化钛/钛/氮化钛或氮化钛/钛。

4.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该第一可挠部分为网状或条状。

5.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该第二电极具有第二可挠部分，且该第一可挠部分与该第二可挠部分至少部分重叠。

6.如权利要求5所述的微机电系统麦克风，其中该第二可挠部分为网状或条状。

7.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，还包括第二介电层，至少部分地配置于该第二电极与该基底之间。

8.一种微机电系统麦克风，包括：

第一电极，配置于基底上，该第一电极具有第一可挠部分；

第二电极，配置于该第一电极与该基底之间，该第二电极为第一多层结构；以及

9.如权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中该第一多层结构的材料包括多晶硅/多晶硅化金属或多晶硅/多晶硅化金属/钛/氮化钛/钨/铝。

10.如权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中该第一电极的材料包括多晶硅、多晶硅化金属、金属或合金。

11.如权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中该第一电极为第二多层结构，该第二多层结构的材料包括多晶硅/多晶硅化金属、铝/铜、钛/铝、氮化钛/钛/铝铜合金/氮化钛/钛、氮化钛/铝铜合金/氮化钛、氮化钛/钛/氮化钛或氮化钛/钛。

12.如权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中该第一可挠部分为网状或条状。

13.如权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中该第二电极具有第二可挠部分，且该第一可挠部分与该第二可挠部分至少部分重叠。

14.如权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中该第二可挠部分为网状或条状。

15.如权利要求8所述的微机电系统麦克风，还包括第二介电层，至少部分地配置于该第二电极与该基底之间。