CN103974181B - 电容式微硅麦克风的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电容式微硅麦克风的制造方法，包括如下步骤：S1：提供衬底；S2：在衬底的正面淀积绝缘材料以形成第一绝缘层；S3：在第一绝缘层上淀积导电物质以形成可动敏感层，在所形成的可动敏感层上形成若干窄槽以定义振动体、围设在振动体的外围的框体以及连接框体和振动体的梁；S4：在可动敏感层上淀积绝缘材料以形成第二绝缘层，在第二绝缘层上淀积导电物质以制作背极板；S5：在背极板上形成若干声孔；S6：在所述可动敏感层和所述背极板上形成金属压焊点；S7：在衬底上形成背腔，背腔自衬底的背面朝正面延伸并贯穿衬底；以及，S8：去除部分第一绝缘层以于衬底背面露出振动体并使振动体和梁悬空，去除振动体、梁与背极板之间的第二绝缘层。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容式微硅麦克风的制造方法，属于微电子机械系统领域。
背景技术
MEMS技术是近年来高速发展的一项高新技术，它采用先进的半导体制造工艺，实现MEMS器件的批量制造，与对应的传统器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量以及价格方面有十分明显的优势。市场上，MEMS器件的主要应用实例包括压力传感器、加速度计及硅麦克风等。
装配麦克风至电路板的自动化表面贴装工艺需经历高温，传统驻极体麦克风（ECM）在高温下会发生电荷泄漏，致使ECM失效，因此ECM的装配只能采用手工装配。电容式微硅麦克风可以耐受高温，能采用表面贴装工艺以实现自动装配，另外电容式微硅麦克风在小型化、性能、可靠性、环境耐受性、成本及量产能力上与ECM比都有相当优势，采用MEMS技术制造的电容式微硅麦克风将迅速作为ECM的代替者迅速占领手机、PDA、MP3及助听器等消费电子产品市场。
虽然对电容式微硅麦克风的研究已经开展有二十余年，具体实现电容式微硅麦克风的方法很多，但电容式微硅麦克风制作中遇到的一个主要问题就是振动体应力的控制。现有薄膜制备手段基本采用淀积，通过淀积得到的振动体会存在较大的残余应力，通常包括热失配应力和本征应力两种。残余应力对电容式微硅麦克风特性有很大影响，甚至使其失效不能工作。大的残余张应力会显著降低振动体的机械灵敏度，而振动体的机械灵敏度与电容式微硅麦克风的关键指标——灵敏度成正比，因此大的残余应力会降低电容式微硅麦克风的灵敏度。另外大的残余压应力可能导致振动体发生屈曲，从而使电容式微硅麦克风失效。
提高电容式微硅麦克风灵敏度可通过改进制备方法——淀积，或采用一些附加工艺如退火等来减小振动体的残余应力，但是采用这种方法对减小残余应力的效果不大，而且重复性不好，实现也较为复杂；另外一个重要途径就是对振动体结构的设计进行优化，使振动体的机械灵敏度，但现有工艺中其加工工艺复杂。
有鉴于此，有必要对现有的电容式微硅麦克风的制造方法予以改进以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高灵敏度和减小体积的电容式微硅麦克风的制造方法。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种电容式微硅麦克风的制造方法，包括如下步骤：
S1：提供具有正面和背面的衬底；
S2：在所述衬底的正面采用低压化学气相沉积工艺淀积绝缘材料以形成第一绝缘层；
S3：在所述第一绝缘层上采用低压化学气相沉积工艺淀积导电物质以形成可动敏感层，在所形成的可动敏感层上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成若干窄槽以定义振动体、围设在振动体的外围的框体以及连接框体和振动体的梁；
S4：在所述可动敏感层上采用低压化学气相沉积工艺淀积绝缘材料以形成第二绝缘层，在所述第二绝缘层上采用低压化学气相沉积工艺淀积导电物质以形成背极板；
S5：在所述背极板上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成若干声孔；
S6：在所述可动敏感层和所述背极板上形成金属压焊点；
S7：在所述衬底上进行深硅刻蚀制作背腔，所述背腔自所述衬底的背面朝正面延伸并贯穿所述衬底；
以及，S8：采用缓冲氢氟酸溶液湿法腐蚀去除部分第一绝缘层以于衬底背面露出振动体并使所述振动体和梁悬空，去除振动体、梁与背极板之间的第二绝缘层。
作为本发明的进一步改进，所述S4步骤还包括：在所述第二绝缘层上形成若干凹槽，于所述凹槽内淀积导电物质以形成凸点。
作为本发明的进一步改进，所述凹槽通过在第二绝缘层上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成。
作为本发明的进一步改进，所述凸点采用低压化学气相沉积工艺形成。
作为本发明的进一步改进，所述凸点与所述声孔错位设置。
作为本发明的进一步改进，所述声孔位于所述振动体的正上方。
作为本发明的进一步改进，在所述可动敏感层上还形成有若干短缝，所述短缝自所述窄槽沿梁的侧边朝所述振动体或框体延伸。
作为本发明的进一步改进，所述S3步骤还包括：在所述可动敏感层上还形成有若干短缝，所述短缝自所述窄槽沿梁的侧边分别朝振动体和框体延伸。
作为本发明的进一步改进，所述梁为柔性梁。
作为本发明的进一步改进，所述振动体的形状为矩形，所述梁设置在所述振动体的四个端脚。
本发明的有益效果是：本发明的电容式微硅麦克风的制造方法通过在所形成的可动敏感层上形成若干窄槽以定义出振动体、围设在振动体的外围且固定在第一绝缘层上的框体、以及连接框体和振动体的梁，然后使该振动体悬空，使振动体能够充分释放残余应力，从而提高了电容式微硅麦克风的灵敏度，并且减小了电容式微硅麦克风的体积，除此以外，通过上述制造方法可在不同批次中可得到均匀性和一致性的电容式微硅麦克风，而且还能降低在后续封装时所引入的应力对麦克风灵敏度造成的影响。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中实施例一的电容式微硅麦克风的局部剖视图。
图2为图1中电容式微硅麦克风的可动敏感层的结构示意图。
图3至图12为本发明具体实施方式中电容式微硅麦克风的工艺流程图。
图13为本发明具体实施方式中第二种振动体的结构示意图。
图14为本发明具体实施方式中第三种振动体的结构示意图。
图15为本发明具体实施方式中实施例二的电容式微硅麦克风的结构示意图。
具体实施方式
请参见图1和图12，本发明一实施例中的电容式微硅麦克风包括具有正面11和背面12的衬底1、设置在衬底1正面11且具有导电功能的可动敏感层3、设置在可动敏感层3上且具有导电功能的背极板72、设置在衬底1正面11和可动敏感层3之间且用以支撑可动敏感层3的第一支撑部23、设置在可动敏感层3和背极板72之间且用以支撑背极板72的第二支撑部62、分别形成在可动敏感层3和背极板72上的若干金属压焊点14、以及形成在背极板72和可动敏感层3之间的腔体8。背极板72上开设有若干声孔73。
请结合图2，可动敏感层3包括振动体32、围设在该振动体32外围的框体33、形成在振动体32和框体33之间的若干窄槽4、以及自振动体32朝框体33延伸以连接振动体32和框体33的梁31。振动体32和梁31为悬空设置，该悬空的振动体32为可动敏感层3中的可动结构。第一支撑部23位于框体33与衬底1之间。第二支撑部62位于框体33和背极板72之间。腔体8形成在振动体32和背极板72之间。振动体32和背极板72形成一电容，振动体32和背极板72分别作为该电容的两个电极板。
窄槽4的数量为四个，且分别设置在振动体32的周边。上述振动体32、框体33和梁31通过在可动敏感层3上开设窄槽4定义而成。梁31为柔性梁，数量为四个。振动体32的形状呈矩形，四个柔性梁31分别设置在振动体32的四个端脚上。诚然，该振动体32和梁31还可以为其他形状，如图13、图14所示的形状。
可动敏感层3还包括设置在梁31外围的短缝34。在本实施例中，该短缝34自窄槽4沿梁31的侧边分别朝框体33和振动体32延伸。诚然，该短缝34也可以自窄槽4沿梁31的侧边仅朝振动体32延伸形成，或者该短缝34自窄槽4沿梁31的侧边仅朝框体33延伸形成。
衬底1为低阻硅，或者有金属覆盖表面的玻璃。衬底1用以起支撑作用。衬底1包括自背面12朝正面11凹陷并贯穿该衬底1以露出振动体32的背腔13。背极板72上设置有朝向振动体32的防粘着结构71。该防粘着结构71为自背极板72朝振动体32突伸所形成的凸点。该凸点71与背极板72上的声孔73错位设置。通过该凸点71能够有效的防止背极板72黏附到振动体32上。
在本实施例中，可动敏感层3与衬底1为两个独立的部分，且可动敏感层3通过第一支撑部23支撑并固定在衬底1的上方，但除本实施例外，该可动敏感层3也可以为衬底1的一部分，即将可动敏感层3和衬底1合并。
上述电容式微硅麦克风通过在可动敏感层3上设置振动体32、围设在振动体32外围的框体33、以及连接框体33和振动体32的梁31，使振动体32能够充分的释放残余应力，从而使电容式微硅麦克风具有高灵敏度和体积小的优点，同时，又由于背极板72上设置有朝向振动体32的防粘着结构71，所以能够有效的防止背极板72黏附到振动体32上。
在本实施例中，背极板72设置在振动体32的上方。诚然，请参见图15，该背极板72可设置在振动体32的下方。此时，该电容式微硅麦克风包括具有正面11和背面12的衬底1、形成在衬底1正面11的背极板72、设置在背极板72上的可动敏感层3。可动敏感层3包括振动体32、围设在振动体32外围的框体33、形成在振动体32和框体33之间的若干窄槽4、自振动体32朝框体33延伸以连接振动体32和框体33的梁31、以及设置在梁31外围的短缝34。振动体32和梁31悬空设置，振动体32与背极板72之间形成有腔体8，短缝34自窄槽4朝振动体32延伸。衬底1包括自衬底1背面12朝正面11凹陷以露出背极板72的背腔13。框体33与背极板72之间设置有第二支撑部62。振动体32设置有朝向背极板72的防粘着结构71。该防粘着结构71为自振动体32朝背极板72突伸所形成的凸点，凸点71与背极板72上的声孔73错位设置。
该电容式微硅麦克风通过在可动敏感层3上设置振动体32、围设在振动体32外围的框体33、以及连接框体33和振动体32的梁31，使振动体32能够充分的释放残余应力，从而使电容式微硅麦克风具有高灵敏度和体积小的优点，同时，又由于振动体32上设置有朝向背极板72的防粘着结构71，所以能够有效的防止振动体32黏附到背极板72上。
请参见图3至图12，本发明一实施例中的电容式微硅麦克风的制造方法包括S1至S8步骤。
请参见图3，S1：提供具有正面11和背面12的衬底1。该衬底1可以为低阻硅，或者有金属覆盖表面的玻璃。该衬底1用以起支撑作用。
S2：在衬底1的正面11采用低压化学气相淀积（LPCVD）工艺淀积绝缘材料以形成第一绝缘层2。该绝缘材料可为二氧化硅。
S3：请参见图4，在第一绝缘层2上采用低压化学气相淀积（LPCVD）工艺淀积导电物质以形成可动敏感层3。该导电物质可为多晶硅。可动敏感层3具有导电功能。
请参见图5和图2，在所形成的可动敏感层3上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成若干窄槽4以定义振动体32、围设在振动体32的外围的框体33以及连接框体33和振动体32的梁31。窄槽4的数量为四个。振动体32由窄槽4决定大小。在本实施例中，振动体32的形状为矩形，梁31为柔性梁，且数量为四个。四个柔性梁31分别设置在振动体32的四个端脚上。诚然，该振动体32和梁31还可以为其他形状，如图13、图14所示的形状。
在本步骤中，在可动敏感层3上还形成有若干短缝34。短缝34采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺所形成。短缝34自窄槽4沿梁31的侧边分别朝框体33和振动体32延伸。诚然，该短缝34也可以自窄槽4沿梁31的侧边仅朝振动体32延伸形成，或者该短缝34自窄槽4沿梁31的侧边仅朝框体33延伸形成。
请结合图6至图8，S4：在可动敏感层3上采用低压化学气相淀积（LPCVD）工艺淀积绝缘材料以形成第二绝缘层6，在第二绝缘层6上采用低压化学气相淀积（LPCVD）工艺淀积导电物质以形成背极板72。本步骤中还包括：在第二绝缘层6上形成凹槽61，于凹槽61内淀积导电物质以形成凸点71。绝缘材料可为氧化硅，导电物质可为多晶硅。
上述S4步骤具体由S41至S43步骤完成。
请参见图6，S41：在可动敏感层3上采用低压化学气相淀积（LPCVD）工艺淀积氧化硅以形成第二绝缘层6。
请参见图7，S42：在第二绝缘层6上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成若干凹槽61。所形成的凹槽61位于振动体32的正上方。
请参见图8，S43：采用低压化学气相沉积（LPCVD）工艺在第二绝缘层6上淀积多晶硅以形成背极板72。背极板72具有导电功能。在本步骤中，由于在S42步骤中于第二绝缘层6上形成有若干凹槽，所以，在形成背极板72的同时，多晶硅将凹槽填充以形成凸点71。该凸点71用以防止背极板72黏附到振动体32上。由于，在S6步骤中凹槽形成在振动体32的正上方，而凸点71又是多晶硅填充凹槽所形成，所以，凸点71位于振动体32的正上方。
请参见图9，S5：在背极板72上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成若干圆孔73，该圆孔73即定义为声孔。声孔73与S7步骤中形成的凸点71错位设置。声孔73位于振动体32的正上方。
请参见图10，S6：采用光刻腐蚀等工艺局部腐蚀以露出用以制作金属压焊点的部位，然后采用溅射、光刻、腐蚀等工艺在用以制作金属压焊点的部位形成金属压焊点14。
请参见图11，S7：采用双面光刻工艺，从衬底1的背面12进行深硅刻蚀制作背腔13。该背腔13自衬底1的背面12朝正面11延伸并贯穿衬底1。在本步骤中，第一绝缘层2作为自停止层，深硅刻蚀自停止在自停止层2上。
请参见图12和图2，S8：采用缓冲氢氟酸溶液（BOE）湿法腐蚀等工艺，从背腔13进行湿法腐蚀，从而去除部分第一绝缘层以于衬底1的背面露出振动体32并使该振动体32、梁31悬空，去除振动体32、梁31与背极板72之间的第二绝缘层以形成腔体8。悬空的振动体32为可动敏感层中的可动结构。上述振动体32和背极板72形成一电容，振动体32和背极板72分别作为该电容的两个电极板。在本步骤中，第一绝缘层中未被去除的部分仅保留在框体33与衬底1之间，该部分的第一绝缘层命名为第一支撑部23。第一支撑部23用以支撑可动敏感层。第二绝缘层中未被去除的部分仅保留在框体33和背极板72之间，该部分的第二绝缘层命名为第二支撑部62。第二支撑部62用以支撑背极板72。
上述电容式微硅麦克风的制造方法通过在所形成的可动敏感层3上形成若干窄槽4以定义出振动体32、围设在振动体32的外围且固定在第一绝缘层2上的框体33、以及连接框体33和振动体32的梁31，然后使该振动体32悬空，使振动体32能够充分释放残余应力，从而提高了电容式微硅麦克风的灵敏度，并且减小了电容式微硅麦克风的体积，除此以外，通过上述制造方法可在不同批次中可得到均匀性和一致性的电容式微硅麦克风，而且还能降低在后续封装时所引入的应力对麦克风灵敏度造成的影响。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。
Claims (10)
1.一种电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述电容式微硅麦克风的制造方法包括如下步骤：
S1：提供具有正面和背面的衬底；
S2：在所述衬底的正面采用低压化学气相沉积工艺淀积绝缘材料以形成第一绝缘层；
S3：在所述第一绝缘层上采用低压化学气相沉积工艺淀积导电物质以形成可动敏感层，在所形成的可动敏感层上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成若干窄槽以定义振动体、围设在振动体的外围的框体以及连接框体和振动体的梁；
S4：在所述可动敏感层上采用低压化学气相沉积工艺淀积绝缘材料以形成第二绝缘层，在所述第二绝缘层上采用低压化学气相沉积工艺淀积导电物质以形成背极板；
S5：在所述背极板上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成若干声孔；
S6：在所述可动敏感层和所述背极板上形成金属压焊点；
S7：在所述衬底上进行深硅刻蚀制作背腔，所述背腔自所述衬底的背面朝正面延伸并贯穿所述衬底；
以及，S8：采用缓冲氢氟酸溶液湿法腐蚀去除部分第一绝缘层以于衬底背面露出振动体并使所述振动体和梁悬空，去除振动体、梁与背极板之间的第二绝缘层。
2.根据权利要求1所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述S4步骤还包括：在所述第二绝缘层上形成若干凹槽，于所述凹槽内淀积导电物质以形成凸点。
3.根据权利要求2所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述凹槽通过在第二绝缘层上采用光刻、腐蚀掩膜和各向异性刻蚀工艺形成。
4.根据权利要求2所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述凸点采用低压化学气相沉积工艺形成。
5.根据权利要求2所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述凸点与所述声孔错位设置。
6.根据权利要求5所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述声孔位于所述振动体的正上方。
7.根据权利要求1或2所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述S3步骤还包括：在所述可动敏感层上还形成有若干短缝，所述短缝自所述窄槽沿梁的侧边朝所述振动体或框体延伸。
8.根据权利要求1或2所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述S3步骤还包括：在所述可动敏感层上还形成有若干短缝，所述短缝自所述窄槽沿梁的侧边分别朝振动体和框体延伸。
9.根据权利要求1所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述梁为柔性梁。
10.根据权利要求1所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述振动体的形状为矩形，所述梁设置在所述振动体的四个端脚。
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