CN102368837A - 基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风及其制备方法，采用基于反应离子刻蚀和以HF为刻蚀液的湿法刻蚀工艺，反应离子干法刻蚀用于形成高深宽比结构，形成具有垂直侧壁的方腔结构，然后利用刻蚀液HF的湿法刻蚀，将振动膜与固定的电极膜之间的磷硅玻璃牺牲层刻蚀至穿通，形成一个内部中空侧壁有声孔的结构，支撑其上的振动薄膜，从而利用其电容变化将声音能量转化为电能。本发明在麦克风结构侧壁上刻蚀出声孔，不需要复杂的体微加工技术和精确的沉积工艺，能够比较容易地控制振动膜与电极之间的间隙距离，而且反应离子刻蚀和HF湿法刻蚀操作相对简单，整套工艺流程简单易行。

Description

基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电容式微麦克风，具体涉及一种基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风及其制备方法。
背景技术
1983年Royer等人利用硅微加工技术来制备麦克风，根据不同的换能原理，麦克风分为3类，压电式麦克风，电容式麦克风以及压阻式麦克风。由于电容式麦克风具有体积小、重量轻、抗冲击、灵敏度高以及宽广的频率响应等优点，大多数硅制麦克风都是根据电容式的换能原理进行制备。传统的电容式麦克风结构的制备方法结合了表面微加工和体微加工技术。
经对现有技术的文献检索发现，M Brauer等在《JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING》(微力学与微工程期刊)2001年第11卷319-322页上发表的“Silicon microphone based on surface and bulk micromachining”(基于表面和体微加工的硅制麦克风)，该文介绍的制备方法分为3个步骤，先生成外延层与沟渠，然后在外延层刻蚀声孔，最后从底部打开这些声孔。具体如下：首先通过气相外延工艺技术在一块重掺杂基片上生成一层2μm厚轻微掺杂的外延层，利用反应离子刻蚀技术在外延层刻蚀若干直径400nm的通声孔，并溅射一层1μm厚度的氧化物作为牺牲层，采用双极工艺生成电路，并沉积一层400nm厚度多晶硅薄膜，薄膜带有凸点，以防薄膜粘附在外延层上面，最后采用湿法刻蚀技术刻蚀基片，释放通声孔并去除牺牲层。这种制备方法步骤复杂，涉及到表面微加工和体微加工，为了得到精细的薄膜结构，需要非常精确的沉积工艺，而且对外延层掺杂、湿法刻蚀程度、氧化物的生长和结构的控制要求也很高，实际操作起来比较困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种基于反应离子刻蚀和湿法刻蚀工艺相结合的、相对简单易行的表面微加工麦克风的制备方法。 
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明所述的基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风的制备方法，该方法采用基于反应离子刻蚀和以HF为刻蚀液的湿法刻蚀工艺，反应离子干法刻蚀用于形成高深宽比结构，形成具有垂直侧壁的方腔结构，然后利用刻蚀液HF的湿法刻蚀，将振动膜与固定的电极膜之间的磷硅玻璃（PSG）牺牲层刻蚀至穿通，形成一个内部中空侧壁有声孔的结构，支撑其上的振动薄膜，从而利用其电容变化将声音能量转化为电能。
本发明上述方法包括如下步骤：
首先准备一块重掺杂p型抛光片作为衬底，利用LPCVD沉积多晶硅并用反应离子刻蚀出固定电极；
然后利用APCVD沉积一层磷硅玻璃，用反应离子刻蚀工艺图形化，得到一层振动膜和固定电极之间的间隙；
再利用LPCVD沉积一层多晶硅，用反应离子刻蚀工艺图形化，在侧壁上得到声孔；
接着再利用APCVD沉积一层磷硅玻璃，用反应离子刻蚀工艺图形化，再次得到一个振动膜和固定电极之间的间隙；
而后利用LPCVD沉积一层多晶硅，用反应离子刻蚀工艺图形化，得到振动膜；
最后采用湿法刻蚀去掉牺牲层，从而释放出麦克风结构。
本发明所述的基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风，包括具有垂直侧壁的方腔结构，方腔结构内的振动膜，位于振动膜一侧的固定电极，以及位于固定电极上方的检测电极，所述具有垂直侧壁的方腔结构的腔侧壁带有声孔，声音通过挤压振动膜使其发生形变，改变振动膜与固定电极之间的电容，检测电极检测可动电极与固定电极之间静电容的变化，将声音信号转为电信号。
现有的麦克风在声音挤压振动膜时，内部的空气通过下方的传声孔传出，而本发明提出的设计结构是在麦克风结构侧壁上刻蚀出声孔，因此本发明与现有的麦克风制备方法相比，不需要复杂的体微加工技术和精确的沉积工艺，能够比较容易地控制振动膜与电极之间的间隙距离，而且反应离子刻蚀和HF湿法刻蚀操作相对简单，整套工艺流程简单易行。
附图说明
图1为本发明实施例中麦克风结构示意图。
图2为本发明实施例中制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图给发明的实施例作详细说明。本发明在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，本实施例包括以下几个步骤：
第一步：准备一块晶向为<111>的p型掺硼抛光片7作为衬底。采用LPCVD沉积一层多晶硅5，厚为0.6μm，用反应离子刻蚀工艺图形化，得到固定的电极6。
第二步：利用APCVD沉积一层磷硅玻璃8，厚1.6μm，用反应离子刻蚀工艺图形化，得到一层振动膜和固定电极3之间的间隙。
第三步：利用LPCVD沉积一层多晶硅，用反应离子刻蚀工艺图形化，在侧壁上得到声孔。
第四步：利用APCVD沉积一层磷硅玻璃8，厚1μm，用反应离子刻蚀工艺图形化，再次得到一个振动膜和固定电极3之间的间隙。
第五步：利用LPCVD沉积一层多晶硅，用反应离子刻蚀工艺图形化，得到振动膜。
第六步，最后沉积Au/Cr，并将基片置入HF刻蚀液中，对硅衬底进行湿法各刻蚀，HF刻蚀的条件为，先用体积浓度46%的HF溶液刻蚀3分钟，再用质量浓度40%的NH4F冲洗4分钟，然后用纯甲醇冲洗3次，每次2分钟，最后放入105℃的电炉烘干。就会出现如图1所示，方腔的腔侧壁带有声孔4，声音通过挤压振动膜使其发生形变，改变可动电极2（也即振动膜）与固定电极3之间的电容，检测电极1检测可动电极2与固定电极3之间静电容的变化，将声音信号转为电信号。
本发明是在麦克风结构侧壁上刻蚀出声孔，不需要复杂的体微加工技术和精确的沉积工艺，能够比较容易地控制振动膜与电极之间的间隙距离，而且反应离子刻蚀和HF湿法刻蚀操作相对简单，整套工艺流程简单易行。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风的制备方法，其特征在于，采用基于反应离子刻蚀和以HF为刻蚀液的湿法刻蚀工艺，反应离子干法刻蚀用于形成高深宽比结构，形成具有垂直侧壁的方腔结构，然后利用刻蚀液HF的湿法刻蚀，将振动膜与固定的电极膜之间的磷硅玻璃牺牲层刻蚀至穿通，形成一个内部中空侧壁有声孔的结构，支撑其上的振动薄膜，从而利用其电容变化将声音能量转化为电能。
2.根据权利要求1所述的基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先准备一块重掺杂p型抛光片作为衬底，利用LPCVD沉积多晶硅并用反应离子刻蚀出固定电极；
然后利用APCVD沉积一层磷硅玻璃，用反应离子刻蚀工艺图形化，得到一层振动膜和固定电极之间的间隙；
再利用LPCVD沉积一层多晶硅，用反应离子刻蚀工艺图形化，在侧壁上得到声孔；
接着再利用APCVD沉积一层磷硅玻璃，用反应离子刻蚀工艺图形化，再次得到一个振动膜和固定电极之间的间隙；
而后利用LPCVD沉积一层多晶硅，用反应离子刻蚀工艺图形化，得到振动膜；
最后采用湿法刻蚀去掉牺牲层，从而释放出麦克风结构。
3.根据权利要求2所述的基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风的制备方法，其特征在于，所述采用湿法刻蚀去掉牺牲层，具体为：沉积Au/Cr，并将基片置入HF刻蚀液中，对硅衬底进行湿法各刻蚀，HF刻蚀的条件为，先用浓度46%的HF溶液刻蚀3分钟，再用40%的NH4F冲洗4分钟，然后用纯甲醇冲洗3次，每次2分钟，最后放入105℃的电炉烘干。
4.一种采用权利要求1-3中任一项方法得到的基于表面微细加工工艺的电容式微麦克风，包括具有垂直侧壁的方腔结构，方腔结构内的振动膜，位于振动膜一侧的固定电极，以及位于固定电极上方的检测电极，所述具有垂直侧壁的方腔结构的腔侧壁带有声孔，声音通过挤压振动膜使其发生形变，改变振动膜与固定电极之间的电容，检测电极检测可动电极与固定电极之间静电容的变化，从而将声音信号转为电信号。
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