CN103974182A - 电容式微硅麦克风的制造方法 - Google Patents

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：提供具有正面和背面的衬底；S2：在衬底的正面淀积绝缘材料以形成第一绝缘层；S3：在第一绝缘层上形成背极板；S4：在背极板上形成若干声孔；S5：在背极板上淀积绝缘材料以形成第二绝缘层，在第二绝缘层上形成振动体，于振动体上形成若干通孔；S6：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通衬底；以及，S8：去除部分第一氧化层以露出背极板，去除振动体和背极板之间的部分第二氧化层，且未去除的第二氧化层形成用以支撑振动体的密封环，所形成的密封环和背极板、振动体围设形成腔体。

Description

电容式微硅麦克风的制造方法

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。1996年2月6日美国专利No. 5,490,220揭示了一种固态电容器和麦克风设备，在此文件中，振动体为悬浮状态，振动体四周无固定，仅有一个窄臂连接至外部以实现电气连接功能。该种结构加工工艺复杂，且四周不完全固定的振动体结构，在封装后，会使得声腔和背腔相连通，降低了电容式微硅麦克风的低频特性。

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制造方法简单，且可提高低频性能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淀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淀积工艺淀积形成背极板；

S4：在所述背极板上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成若干声孔；

S5：在所述背极板上采用低压化学气相淀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形成振动体，于所述振动体上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成若干通孔；

S6：形成金属压焊点；

S7：在所述衬底上采用深硅刻蚀制作背腔，所述背腔自所述衬底的背面朝正面延伸并贯通所述衬底；

以及，S8：采用缓冲氢氟酸溶液湿法腐蚀去除部分第一氧化层以露出背极板，去除振动体和背极板之间的部分第二氧化层，且未去除的第二氧化层形成用以支撑振动体的密封环，所形成的密封环和背极板、振动体围设形成腔体。

作为本发明的进一步改进，所述振动体的材料为多晶硅。

作为本发明的进一步改进，所述S5步骤包括：采用低压化学气相沉积工艺在第二绝缘层上淀积多晶硅以形成可动敏感层；在所述可动敏感层上形成环形窄槽以定义形成振动体，所述窄槽围设在所述振动体的外围。

作为本发明的进一步改进，所述振动体形状为圆形。

作为本发明的进一步改进，所述背极板通过在所述第一绝缘层上淀积多晶硅-氮化硅-多晶硅复合材料形成。

作为本发明的进一步改进，所述S5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，所述凸点的材料为多晶硅。

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，所述凹槽通过在所述第二绝缘层上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成。

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采用常规加工工艺实现，从而节约了加工设备的改造成本，且制造方法简单，保证了通过该制造方法所制成的电容式微硅麦克风具有良好的低频性能，提高了电容式微硅麦克风的低频响应特性，由于在振动体上开设有阻尼孔，所以可防止电容式微硅麦克风封装后声腔成为密封空间，使振动体的灵敏度免受温度的影响，从而使该电容式微硅麦克风不受温度的影响，提高了该电容式微硅麦克风的灵敏度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中电容式微硅麦克风的局部剖视图。

图2至图11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。

具体实施方式

请参见图1和图11，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、形成在衬底1正面11且具有导电功能的背极板31、悬空设置在背极板31上的振动体52、设置在衬底1正面11和背极板31之间用以支撑背极板31的第一支撑部22、设置在振动体52和背极板31之间用以支撑振动体52的第二支撑部42、分别形成在振动体52和背极板31上的若干金属压焊点14、以及形成在背极板31和振动体52之间的腔体8。振动体52和背极板31形成一电容，振动体52和背极板31分别作为该电容的两个电极板。

衬底1可以为低阻硅。衬底1用以起支撑作用。衬底1包括自衬底1的背面12朝正面11凹陷以露出背极板31的背腔13。

振动体52呈圆形，振动体52和背极板31之间设置的第二支撑部42为密封环。形成在背极板31和振动体52之间的腔体8由密封环42、振动体52和背极板31围设形成。振动体52上开设有阻尼孔54，该阻尼孔54将腔体8与外部连通。在本实施例中，该阻尼孔54的数量为一个，当然，也可以设置多个。通过阻尼孔54可防止电容式微硅麦克风封装后声腔（未图示）成为密封空间，使振动体52的灵敏度免受温度的影响，从而使电容式微硅麦克风不受温度的影响，提高了电容式微硅麦克风的灵敏度。

上述振动体52为由多晶硅所制成的多晶硅层。通过采用多晶硅制成振动体52，使得在制备该电容式微硅麦克风的时候，无需在振动体52上另外开设通孔以形成金属压焊点，从而有助于节约成本。

振动体52上设置有朝向背极板31的防粘着结构51。该防粘着结构51为自振动体52朝背极板31突伸形成的凸点。通过该凸点51能有效的防止振动体52黏附到背极板31上。

背极板31上设置有若干个声孔32。声孔32设置在振动体52的正下方。声孔32与凸点51错位设置。背极板31为由多晶硅-氮化硅-多晶硅复合材料所制成的多晶硅-氮化硅-多晶硅复合层。由于采用多晶硅-氮化硅-多晶硅复合材料制成背极板31，所以，在高温工艺后有助于提高背极板31的张应力。

在本实施例中，背极板31和衬底1为两个独立的部分，且背极板31通过第一支撑部22支撑并固定在衬底1的上方，但除本实施例外，该背极板31也可以为衬底1的一部分。即背极板31和衬底1合并。

上述电容式微硅麦克风通过振动体52和背极板31之间设置有用以支撑振动体52的密封环42，且腔体8由密封环42、振动体52和背极板31围设形成，使电容式微硅麦克风具有良好的低频性能，提高了电容式微硅麦克风的低频响应特性。同时在振动体52上开设有阻尼孔54，防止了电容式微硅麦克风封装后声腔成为密封空间，使振动体的灵敏度免受温度的影响，从而提高了该电容式微硅麦克风的灵敏度。

请参见图2至图11，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2，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。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。

请参见图3，S3：在第一绝缘层2上采用低压化学气相淀积（LPCVD）工艺淀积多晶硅-氮化硅-多晶硅复合材料以形成多晶硅-氮化硅-多晶硅复合层31。该多晶硅-氮化硅-多晶硅复合层31定义为背极板31。通过采用多晶硅-氮化硅-多晶硅复合材料制成背极板31，所以在高温工艺后有助于提高背极板31的张应力。该背极板31具有导电功能。

请参见图4，S4：在背极板31上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成若干圆孔32。该圆孔73即定义为声孔。

请参见图5至图8，S5：在背极板31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4，在第二绝缘层4上形成圆形的振动体52，于振动体52上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成通孔54。在本步骤中，还包括在第二绝缘层4上形成凹槽41，于凹槽41内淀积导电物质以形成凸点51。绝缘材料可为二氧化硅，导电物质可为多晶硅。

该S5步骤具体包括S51至S54步骤。

请参见图5，S51：在背极板31上采用低压化学气相淀积（LPCVD）工艺淀积二氧化硅以形成第二绝缘层4。

请参见图6，S52：在第二绝缘层4上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成若干凹槽41。该凹槽41与声孔错位设置。

请参见图7，S53：采用低压化学气相淀积（LPCVD）工艺在第二绝缘层4上淀积多晶硅以形成可动敏感层5。在形成该可动敏感层5的同时，多晶硅将第二绝缘层4上的凹槽填充以形成凸点51。由于S52步骤中形成的凹槽与声孔错位设置，而凸点51是填充凹槽所形成的，所以，凸点51与声孔错位设置。

请参见图8，S54：在可动敏感层上形成环形窄槽53以定义形成圆形的振动体52。窄槽53围设在振动体52的外围。振动体52设置在声孔的正上方。由于可动敏感层的材料为多晶硅，从而使得在制备该电容式微硅麦克风的时候，无需在振动体52上另外开设通孔以形成金属压焊点，从而有助于节约成本。凸点51设置在振动体52的正下方。通过该凸点51防止振动体52黏附到背极板31上。

在S54步骤中，在形成振动体52后，于振动体52上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成通孔54。该通孔54通过在振动体52上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成。通过在振动体52上开设通孔54可防止电容式微硅麦克风封装后声腔成为密封空间，使振动体52的灵敏度免受温度的影响，从而使电容式微硅麦克风不受温度的影响，提高了电容式微硅麦克风的灵敏度。在此，通孔54主要起防止产生声学阻尼的作用，所以将通孔54命名为阻尼孔。在本实施例中，该阻尼孔54的数量为一个，当然，也可以设置多个。

请参见图9，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10，S7：采用双面光刻工艺，从衬底1的背面12采用深硅刻蚀制作背腔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11，S8：采用缓冲氢氟酸溶液（BOE）湿法腐蚀去除部分第一氧化层以露出背极板31，去除振动体52和背极板31之间的部分第二氧化层，并且未去除的第二氧化层形成用以支撑振动体52的密封环42，所形成的密封环42、背极板31和振动体52围设形成腔体8。

上述电容式微硅麦克风的制造方法采用常规加工工艺实现，从而节约了加工设备的改造成本，且制造方法简单，而该制造方法通过先形成背极板31，再形成振动体52，最后形成环形的密封环42，且由该密封环42、背极板31和振动体52围设形成腔体8，从而保证了通过该制造方法所制成的电容式微硅麦克风具有良好的低频性能，提高了电容式微硅麦克风的低频响应特性，由于在振动体52上开设有阻尼孔54，所以可防止电容式微硅麦克风封装后声腔成为密封空间，使振动体52的灵敏度免受温度的影响，从而使该电容式微硅麦克风不受温度的影响，提高了该电容式微硅麦克风的灵敏度。

综上所述，上述电容式微硅麦克风具有如下优点：

1、由于振动体52呈圆形，且振动体52通过环形的密封环42支撑，所以保证了该电容式微硅麦克风具有良好的低频性能，提高了电容式微硅麦克风的低频响应特性。

2、由于振动体52上开设有阻尼孔54，所以可防止电容式微硅麦克风封装后声腔成为密封空间，使振动体52的灵敏度免受温度的影响，从而使该电容式微硅麦克风不受温度的影响，提高了该电容式微硅麦克风的灵敏度。

3、由于背极板31采用多晶硅-氮化硅-多晶硅复合材料，所以在高温工艺后可提高背极板31的张应力。

4、由于振动体52采用多晶硅，所以使得在制备该电容式微硅麦克风的时候，无需在振动体52上另外开设通孔形成金属压焊点，从而有助于节约成本。

5、电容式微硅麦克风的制造方法采用常规加工工艺实现，从而节约了加工设备的改造成本，且制造方法简单。

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 (9)

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淀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淀积工艺淀积形成背极板；

S4：在所述背极板上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成若干声孔；

S5：在所述背极板上采用低压化学气相淀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形成振动体，于所述振动体上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成若干通孔；

S6：形成金属压焊点；

S7：在所述衬底上采用深硅刻蚀制作背腔，所述背腔自所述衬底的背面朝正面延伸并贯通所述衬底；

以及，S8：采用缓冲氢氟酸溶液湿法腐蚀去除部分第一氧化层以露出背极板，去除振动体和背极板之间的部分第二氧化层，且未去除的第二氧化层形成用以支撑振动体的密封环，所形成的密封环和背极板、振动体围设形成腔体。

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：所述振动体的材料为多晶硅。

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S5步骤包括：采用低压化学气相沉积工艺在第二绝缘层上淀积多晶硅以形成可动敏感层；在所述可动敏感层上形成环形窄槽以定义形成振动体，所述窄槽围设在所述振动体的外围。

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：所述振动体形状为圆形。

5.根据权利要求1至4项中任意一项所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述背极板通过在所述第一绝缘层上淀积多晶硅-氮化硅-多晶硅复合材料形成。

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S5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。

7.根据权利要求6所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述凸点的材料为多晶硅。

8.根据权利要求6所述的电容式微硅麦克风，其特征在于：所述凸点与所述声孔错位设置。

9.根据权利要求6所述的电容式微硅麦克风的制造方法，其特征在于：所述凹槽通过在所述第二绝缘层上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成。