CN102238463A - 一种将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法及芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明所提供的一种将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法，将硅麦克风器件和集成电路的制作交叉进行，先将硅麦克风器件的可动极板和固定极板以及制作于硅片的第一表面，之后再将相应的集成电路制作于硅片上相对于第一表面的第二表面，最后形成硅麦克风器件的声孔、空气隙、背腔结构，这样硅麦克风器件可动极板和固定极板制作过程中的高温工艺不会损害到集成电路，集成电路制作工艺又不会损害硅麦克风器件的机械结构，本发明还提供一种将硅麦克风器件与集成电路单片集成的芯片。
Description
技术领域
本发明涉及一种将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法及集成硅麦克风器件与集成电路的芯片。
背景技术
麦克风是一种将声音信号转化为电信号的换能器；电容式麦克风的基本结构包括作为电容一极的振动膜和作为电容另外一极的背极板，当声音信号作用于麦克风，声压导致振动膜发生振动，改变振动膜与背极板之间的间隙，从而引起两极板间的电容发生改变，此电容变化经由后续处理电路转化为电信号。
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)是近年来高速发展的一项新技术，采用先进的半导体制造工艺，可实现MEMS器件的批量制造。与采用传统的技术制造的对应器件相比，MEMS器件在耐高温、体积、功耗、重量以及价格方面有十分明显的优势。利用MEMS技术制造的电容式微硅麦克风正迅速成为ECM(Electret Condenser Microphone，驻极体电容麦克风)产品的替代者，近几年电容式微硅麦克风的市场占有率有着相当高的增长。
目前，MEMS器件和IC(Integrated circuit，集成电路)一般采用多片集成方法集成化，及由不同的厂商采用不同的工艺流程来分别独立完成电路和MEMS器件的制造，然后再将两者混合封装集成为一个功能单元；这种方法的好处是制造工艺难度小，MEMS器件的设计及制造可单独优化；该种方法在多种MEMS器件集成中都有应用，例如压阻型传感器、压电型传感器等，该种方法的缺点是MEMS器件与集成电路之间的电气连接通路较长且易受干扰信号影响。
对于某些易受干扰的应用，如高输出阻抗的压电式及电容式等类型的传感器，MEMS器件和IC进行单片集成则更为优势，可有效提高器件整体性能并降低干扰噪声的影响；电容式硅麦克风即MEMS麦克风具有的高输出阻抗的特点，导致其受环境干扰噪音和寄生电容的影响较大，因此硅麦克风采用单片集成方式相对于多片集成方法可在器件整体性能、尺寸、功耗等方面有较大的提高。
实现MEMS麦克风和IC单片集成的制造工艺有三种：第一，先完成MEMS器件的制造，然后再在同一硅片的同一侧完成IC的制造；第二，先做完标准的IC，然后在同一硅片的同一侧完成MEMS工艺；其中，第一种方法的缺点是有可能引入污染，导致IC失效，且可能导致设备污染；第二种方法的好处是可避免第一种方法可能导致的污染，并可充分利用现有成熟的标准IC制造流程，有助于提高成品率及降低对设备的投资；缺点是在完成IC后，为不影响IC性能，在其后MEMS器件制造过程中不能有高温工艺；因为IC制造流程完成后，作为金属电极的铝等金属不能承受400℃以上的高温，另外高温也可能导致电路器件性能发生变化。
因此，如何解决现有技术存在的问题而在同一硅片上完成标准的IC和MEMS麦克风器件的制造，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有的将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法，无论是先完成硅麦克风器件的制作还是先完成集成电路的制作，都会对硅麦克风器件或集成电路造成损害的问题。
为解决上述技术问题本发明提供如下技术方案：
一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的方法，包括步骤：
A：提供一硅片，其具有用于制作硅麦克风器件的第一表面，以及用于制作集成电路的第二表面；所述第一表面和第二表面相对；
B：在所述第一表面上热生长氧化层；在所述氧化层上形成第一多晶硅层；在所述第一多晶硅层上形成牺牲层，在所述牺牲层上形成第二多晶硅层；
C：在所述第二表面按照标准半导体工艺流程生成集成电路；
D：于所述第二多晶硅层上光刻形成一声孔区域图形以及第一焊盘区域图形；根据所述声孔区域图形和第一焊盘区域图形对第二多晶硅层进行刻蚀，直至露出所述牺牲层，以形成一声孔区域，所述声孔区域包括贯穿第二多晶硅层的声孔；对第一焊盘区域图形限定的牺牲层区域进一步刻蚀，直至露出第一多晶硅层；
E：在第一焊盘区域图形限定的第一多晶硅层上形成第一导电电极，在第二多晶硅层上形成第二导电电极；以及在集成电路上形成集成电路导电电极；
F：在所述第二表面上，对应于所述声孔区域光刻形成一背腔图形，根据所述背腔图形对所述第二表面和氧化层进行刻蚀，直至露出所述第一多晶硅层，以形成背腔；
G：对牺牲层位于所述声孔区域和第一多晶硅层之间的部分进行刻蚀，以形成声孔区域和第一多晶硅之间与所述通孔连通的空气隙；
其中步骤F和步骤G的顺序可以互换。
为解决上述技术问题本发明还提供了如下技术方案：
一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的芯片，包括：
一硅片，其具有一第一表面以及与第一表面相对的第二表面；
在所述第一表面上的氧化层；
在所述氧化层上的第一多晶硅层硅，作为硅麦克风器件的可动极板；
在所述第一多晶硅层上的牺牲层，在所述牺牲层上的第二多晶硅层，作为硅麦克风器件的固定极板；
在所述第二表面上的集成电路；
其中，所述第二多晶硅层上具有声孔区域，所述声孔区域具有至少一贯穿所述第二多晶硅层的声孔；所述声孔区域和第二多晶硅层之间具有一与所述通孔连通的空气隙；所述第一多晶硅层具有第一电极，所述第二多晶硅层具有第二电极；所述集成电路具有集成电路导电电极；
以及，与所述声孔区域相对应，贯穿所述氧化层和所述硅片的背腔。
与现有技术相比本发明具有如下有益效果：本发明所提供的一种将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法，将硅麦克风器件和集成电路的制作交叉进行，先将硅麦克风器件的可动极板和固定极板以及制作于硅片的第一表面，之后再将相应的集成电路制作于硅片上相对于第一表面的第二表面，最后形成硅麦克风器件的声孔、空气隙、背腔结构，这样硅麦克风器件可动极板和固定极板制作过程中的高温工艺不会损害到集成电路，集成电路制作工艺又不会损害硅麦克风器件的机械结构。
附图说明
图1至图6为本发明实施例提供的一种将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法的流程示意图；图7为本发明实施例集成电路的结构图；其中附图标记表示如下：
10：硅片； 50：第二多晶硅层；
11：第一表面； 51：声孔区域；
12：第二表面； 52：第一焊盘区域；
20：氧化层； 51a：声孔；
30：第一多晶硅层； 53：第二导电电极；
40：牺牲层； 54：第一导电电极；
55a、55b：集成电路导电电极； 56：空气隙；
57：背腔； 60：钝化层；
61：填充层； 62：绝缘介质层；
63：金属导电层； 64：源漏掺杂区；
65：栅氧化层； 67：栅导电层；
70：集成电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法进行详细说明：
图1至图6为本发明实施例提供的一种将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法的流程示意图；
如图1至图6所示：将硅麦克风器件和集成电路单片集成的方法，具体包括如下步骤：
首先，如图1所示：提供一硅片10，其具有用于制作硅麦克风器件的第一表面11，以及用于制作集成电路的第二表面12；所述第一表面和第二表面相对；
然后，如图1所示：在所述第一表面上热生长氧化层20；在所述氧化层上形成第一多晶硅层30，作为硅麦克风器件的可动极板，其中第一多晶硅层的形成采用淀积和掺杂的方法；在所述第一多晶硅层上形成牺牲层40，所述牺牲层的材料可以是磷硅玻璃或氧化硅，所述牺牲层可采用淀积、蒸镀、旋涂等方法形成；在所述牺牲层上形成第二多晶硅层50，其中第二多晶硅的形成采用淀积和掺杂的方法；
然后，如图1所示：第二多晶硅层上形成钝化层60，具体可采用淀积、蒸镀等方式；所述钝化层的材料可以是氮化硅或磷硅玻璃或氧化硅，以在制作集成电路的过程中避免，第一表面上的各层受到集成电路工艺的损害；
然后，如图2所示：在所述第二表面按照标准半导体工艺流程生成相应的集成电路70，例如为驱动及控制硅麦克风芯片工作而生成的场效应管、电阻电容等，所生成的集成电路是以金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)为代表的集成电路部分，如图7所示：所述的MOSFET集成电路包括：填充层61、绝缘介质层62、金属导电层63、源漏掺杂区64、栅氧化层65、栅导电层67；
然后，如图3所示：通过刻蚀将所述的钝化层剥离，以进行下一步骤；
然后，如图3所示：于所述第二多晶硅层上光刻形成一声孔区域图形以及第一焊盘区域图形；根据所述声孔区域图形和第一焊盘区域图形对第二多晶硅层进行干法/湿法刻蚀，直至露出所述牺牲层，以形成一声孔区域51，所述声孔区域包括声孔51a，所述声孔可以为多个，且贯穿第二多晶硅层；及形成第一焊盘区域52；如图4所示：对第一焊盘区域图形限定的牺牲层区域进一步干法/湿法刻蚀，直至露出第一多晶硅层；
然后，如图5所示：在第一焊盘区域图形限定的第一多晶硅层上形成第一导电电极54，在第二多晶硅层上形成第二导电电极53；以及在集成电路的栅导电层67上根据实际需要形成集成电路导电电极55a、55b；述第一导电电极、第二导电电极、集成电路导电电极均可以由物理气相淀积或化学镀或者电镀的方法形成；其中，所述的第一导电电极和第二导电电极用以根据实际需要与集成电路导电电极连接，集成电路通过上述连接对硅麦克风进行驱动及控制；
然后，如图6所示：于所述第二表面对应所述声孔区域光刻形成一背腔图形，根据所述背腔图形对所述第二表面和氧化层进行干法/湿法刻蚀，根据所述背腔图形采用各向异性腐蚀液湿法刻蚀或者干法刻蚀对第二表面进行刻蚀，直至氧化层，然后采用干法刻蚀刻蚀掉对应声孔区域的部分氧化层，直至露出所述第一多晶硅层以形成背腔57；
然后，如图6所示：对牺牲层位于所述声孔区域和第一多晶硅层之间的部分进行干法/湿法刻蚀，以形成声孔区域和第一多晶硅之间的空气隙56；
以上的形成背腔和空气隙的步骤可以互换。
本发明所提供的一种将硅麦克风器件与集成电路单片集成的方法，将硅麦克风器件和集成电路的制作交叉进行，先将硅麦克风器件的可动极板和固定极板以及制作于硅片的第一表面，之后再将相应的集成电路制作于硅片上相对于第一表面的第二表面，最后形成硅麦克风器件的声孔、空气隙、背腔结构，这样硅麦克风器件可动极板和固定极板制作过程中的高温工艺不会损害到集成电路，集成电路制作工艺又不会损害硅麦克风器件的机械结构。
下面结合附图对本发明实施例提供的将硅麦克风器件与集成电路单片集成的芯片进行详细说明：
如图6所示：将硅麦克风器件和集成电路单片集成的芯片，包括：
一硅片10，其具有一第一表面11以及与第一表面相对的第二表面12；
在所述第一表面上的氧化层20；
在所述氧化层上的第一多晶硅层30，作为硅麦克风器件的可动极板；
在所述第一多晶硅层上的牺牲层40，其中所述牺牲层的材料可以是磷硅玻璃或氧化硅；在所述牺牲层上的第二多晶硅层50，作为硅麦克风器件的固定极板；
在所述第二表面上的集成电路70；
其中，所述第二多晶硅层上具有声孔区域51，所述声孔区域具有至少一贯穿所述第二多晶硅层的声孔51a；所述声孔区域和第二多晶硅层之间具有一与所述通孔连通的空气隙56；所述第一多晶硅层具有第一电极53，所述第二多晶硅层具有第二电极54；所述集成电路具有集成电路导电电极55；其中，所述的第一导电电极和第二导电电极用以根据实际需要与集成电路导电电极连接，集成电路通过上述连接对硅麦克风进行驱动及控制；
以及，与所述声孔区域相对应，贯穿所述氧化层和所述硅片的背腔57。
本发明实施例所提供的一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的芯片，包括：一硅片10，其具有一第一表面11以及与第一表面相对的第二表面12；硅麦克风器件的相关结构基于第一表面形成，集成电路的相关结构基于第二表面形成，由此便于将硅麦克风器件和集成电路的制作交叉进行，先将硅麦克风器件的可动极板和固定极板以及制作于硅片的第一表面，之后再将相应的集成电路制作于硅片上相对于第一表面的第二表面，最后形成硅麦克风器件的声孔、空气隙、背腔结构，这样硅麦克风器件可动极板和固定极板制作过程中的高温工艺不会损害到集成电路，集成电路制作工艺又不会损害硅麦克风器件的机械结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的方法，其特征在于包括步骤：
A：提供一硅片，其具有用于制作硅麦克风器件的第一表面，以及用于制作集成电路的第二表面；所述第一表面和第二表面相对；
B：在所述第一表面上热生长氧化层；在所述氧化层上形成第一多晶硅层；在所述第一多晶硅层上形成牺牲层，在所述牺牲层上形成第二多晶硅层；
C：在所述第二表面按照标准半导体工艺流程生成集成电路；
D：于所述第二多晶硅层上光刻形成一声孔区域图形以及第一焊盘区域图形；根据所述声孔区域图形和第一焊盘区域图形对第二多晶硅层进行刻蚀，直至露出所述牺牲层，以形成一声孔区域，所述声孔区域包括贯穿第二多晶硅层的声孔；对第一焊盘区域图形限定的牺牲层区域进一步刻蚀，直至露出第一多晶硅层；
E：在第一焊盘区域图形限定的第一多晶硅层上形成第一导电电极，在第二多晶硅层上形成第二导电电极；以及在集成电路上形成集成电路导电电极；
F：在所述第二表面上，对应于所述声孔区域光刻形成一背腔图形，根据所述背腔图形对所述第二表面和氧化层进行刻蚀，直至露出所述第一多晶硅层，以形成背腔；
G：对牺牲层位于所述声孔区域和第一多晶硅层之间的部分进行刻蚀，以形成声孔区域和第一多晶硅之间与所述通孔连通的空气隙；
其中步骤F和步骤G的顺序可以互换。
2.根据权利要求1所述的一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的方法，其特征在于：在步骤B和C之间包括在所述第二多晶硅层上形成钝化层的步骤；以及在步骤C和D之间包括将所述钝化层剥离的步骤。
3.根据权利要求2所述的一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的方法，其特征在于：所述钝化层的材料可以是氮化硅或磷硅玻璃或氧化硅。
4.根据权利要求1所述的一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的方法，其特征在于：所述牺牲层的材料可以是磷硅玻璃或氧化硅。
5.根据权利要求1所述的一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的方法，其特征在于：所述第一导电电极、第二导电电极、集成电路导电电极均可以由物理气相淀积或化学镀或者电镀的方法形成。
6.根据权利要求1所述的一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的方法，其特征在于：步骤F中形成背腔的具体步骤为：根据所述背腔图形采用各向异性腐蚀液湿法刻蚀或者干法刻蚀对第二表面进行刻蚀，直至氧化层，然后刻蚀掉对应声孔区域的部分氧化层，直至露出所述第一多晶硅层。
7.一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的芯片，其特征在于：包括：
一硅片，其具有一第一表面以及与第一表面相对的第二表面；
在所述第一表面上的氧化层；
在所述氧化层上的第一多晶硅层硅，作为硅麦克风器件的可动极板；
在所述第一多晶硅层上的牺牲层，在所述牺牲层上的第二多晶硅层，作为硅麦克风器件的固定极板；
在所述第二表面上的集成电路；
其中，所述第二多晶硅层上具有声孔区域，所述声孔区域具有至少一贯穿所述第二多晶硅层的声孔；所述声孔区域和第二多晶硅层之间具有一与所述通孔连通的空气隙；所述第一多晶硅层具有第一电极，所述第二多晶硅层具有第二电极；所述集成电路具有集成电路导电电极；
以及，与所述声孔区域相对应，贯穿所述氧化层和所述硅片的背腔。
8.根据权利要求7所述的一种将硅麦克风器件和集成电路单片集成的芯片，其特征在于：所述牺牲层的材料可以是磷硅玻璃或氧化硅。
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