CN105430581B - 一种麦克风结构的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种麦克风结构及其形成方法，结构包括：衬底，所述衬底具有第一表面、以及与第一表面相对的第二表面；位于所述衬底的第一表面的电容结构；位于所述衬底内的背腔，所述衬底的第二表面暴露出所述背腔的顶部，所述背腔的底部暴露出所述电容结构，所述背腔包括位于所述电容结构表面的第一开口、以及位于所述第一开口顶部的第二开口，所述第二开口底部暴露出所述第一开口，且所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸。所述麦克风结构的灵敏度提高。

Description

一种麦克风结构的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种麦克风结构及其形成方法。

背景技术

近年来，随着半导体技术的迅猛发展，电子产品愈来愈趋向于往微型化及薄型化的方向进行设计。在电声领域的产品当中，麦克风用于将声波转换为电信号，而目前市面上可见的许多电子产品中皆已设置有微机电(MEMS) 麦克风。与常见的驻极体麦克风(ECM)相比，微机电麦克风具备有更强的耐热、抗振、防射频干扰的能力。而且，微机电麦克风制造工艺简单、且易于与其它半导体器件集成，能够简化生产流程、降低生产成本、提高器件集成度。

图1是一种微机电麦克风的剖面结示意图，包括：衬底100，所述衬底100 具有第一表面101、以及与第一表面101相对的第二表面102；位于所述衬底100 的第一表面101上的振膜110；位于所述振膜110上的背板120，所述背板120内具有若干开口121，所述背板120和所述振膜110之间具有空腔130；位于所述衬底100内的背腔140。

其中，所述振膜110和背板120能够构成电容结构，当振膜110在声波的作用下产生振动时，会引起所述振膜110和背板120之间的距离发生变化，从而致使所述电容结构的电容值发生改变，以此将声波信号转化为了电信号。

然而，现有的微机电麦克风的灵敏度较差，其灵敏度有待进一步提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种麦克风结构及其形成方法，所形成的麦克风结构灵敏度提高。

为解决上述问题，本发明提供一种麦克风结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底具有第一表面、以及与第一表面相对的第二表面；在所述衬底的第一表面形成电容结构；在所述衬底的第二表面形成背腔，所述背腔的底部暴露出所述电容结构，所述背腔包括位于所述电容结构表面的第一开口、以及位于所述第一开口顶部的第二开口，所述第二开口底部暴露出所述第一开口，且所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸。

可选的，所述第二开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，所述背腔的侧壁呈阶梯状。

可选的，所述背腔的形成工艺包括：在衬底的第二表面形成暴露出部分衬底第二表面的第一掩膜层，所述第一掩膜层暴露出与第二开口顶部的位置和形状一致的区域；以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀所述衬底的第二表面，在所述衬底内形成第二开口；在形成所述第二开口之后，去除所述第一掩膜层；在去除所述第一掩膜层之后，在所述衬底的第二表面以及第二开口底部的部分表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层暴露出与第一开口顶部的位置和形状一致的区域；以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二开口底部衬底，直至暴露出所述电容结构为止，在第二开口底部形成第一开口。

可选的，所述第一掩膜层和第二掩膜层为光刻胶层。

可选的，形成第二开口的刻蚀工艺、以及形成第一开口的刻蚀工艺为深反应离子刻蚀工艺。

可选的，所述背腔的形成工艺包括：在衬底的第二表面形成第三掩膜层，所述第三掩膜层暴露出部分衬底的第二表面，且所述第三掩膜层暴露出与第一开口顶部的位置和形状一致的区域；在所述第三掩膜层表面形成第四掩膜层，所述第四掩膜层暴露出部分第三掩膜层的表面和衬底第二表面，且所述第四掩膜层暴露出与第二开口顶部的位置和形状一致的区域，所述第四掩膜层的厚度大于第三掩膜层的厚度；以所述第四掩膜层和第三掩膜层为掩膜，刻蚀所述衬底，直至所述第四掩膜层暴露出的部分第三掩膜层被去除为止，暴露出部分衬底的第二表面，在衬底内形成第三开口；以所述第四掩膜层为掩膜，刻蚀所暴露出的部分衬底以及第三开口底部，直至暴露出电容结构的表面为止，由第三开口底部刻蚀形成第一开口，由暴露出的部分衬底刻蚀形成第二开口。

可选的，所述第三掩膜层为光刻胶负胶；所述第四掩膜层为光刻胶正胶。

可选的，形成第三开口的工艺为深反应离子刻蚀工艺；刻蚀所暴露出的部分衬底以及第三开口底部的工艺为深反应离子刻蚀工艺。

可选的，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面；所述第二开口的侧壁相对于衬底的第二表面倾斜，所述第二开口的侧壁与第一开口的侧壁相连接，且所述第二开口的顶部尺寸大于底部尺寸。

可选的，所述背腔的形成工艺包括：在衬底的第二表面形成第五掩膜层，所述第五掩膜层暴露出部分衬底的第二表面，且所述第五掩膜层暴露出与第二开口顶部的位置和形成一致的区域；以所述第五掩膜层为掩膜，采用第一刻蚀工艺刻蚀所述衬底，在所述衬底内形成第二开口，所述第二开口的侧壁相对于衬底的第二表面倾斜，且所述第二开口的顶部尺寸大于底部尺寸；以所述第五掩膜层为掩膜，采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第二开口的底部，直至暴露出电容结构为止，在第二开口的底部形成第一开口。

可选的，所述第一刻蚀工艺为各向异性的湿法刻蚀工艺；所述第二刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺。

可选的，所述衬底的第二表面的晶向为<100>。

可选的，所述电容结构包括：位于衬底第一表面的第一牺牲层；位于所述第一牺牲层表面的振膜；位于所述振膜和第一牺牲层表面的第二牺牲层；位于所述第二牺牲层表面的背板，所述背板内具有若干暴露出第二牺牲层的开口。

可选的，还包括：在形成所述背腔之后，所述第一开口底部暴露出部分第一牺牲层表面，去除所述第一开口底部的部分第一牺牲层和第二牺牲层，在所述第一开口底部暴露出所述振膜，且在振膜和背板之间形成空腔。

可选的，去除所述第一牺牲层和第二牺牲层的工艺为湿法刻蚀工艺。

可选的，所述第一牺牲层和第二牺牲层的材料为氧化硅。

相应的，本发明还提供一种采用上述任一项方法所形成的麦克风结构，包括：衬底，所述衬底具有第一表面、以及与第一表面相对的第二表面；位于所述衬底的第一表面的电容结构；位于所述衬底内的背腔，所述衬底的第二表面暴露出所述背腔的顶部，所述背腔的底部暴露出所述电容结构，所述背腔包括位于所述电容结构表面的第一开口、以及位于所述第一开口顶部的第二开口，所述第二开口底部暴露出所述第一开口，且所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸。

可选的，所述第二开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，所述背腔的侧壁呈阶梯状。

可选的，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面；所述第二开口的侧壁相对于衬底的第二表面倾斜，所述第二开口的侧壁与第一开口的侧壁相连接，且所述第二开口的顶部尺寸大于底部尺寸。

可选的，所述电容结构包括：位于衬底第一表面的振膜；位于所述振膜上的背板，所述背板内具有若干暴露出第二牺牲层的开口，所述背板和所述振膜之间具有空腔。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的形成方法中，在衬底的第一表面形成电容结构，所述电容结构用于接收声波。之后对所述衬底的第二表面形成背腔，所述背腔底部暴露出所述电容结构，而所述背腔包括位于所述电容结构表面的第一开口、以及位于所述第一开口顶部的第二开口，所述第二开口底部暴露出所述第一开口。所述内的空气与所述电容结构接触，能够传递声波至所述电容结构，由于所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸，相较于侧壁垂直于衬底表面的背腔来说，所述第二开口和第一开口的体积更大，因此能够使更多的空气流入所述背腔中，使得电容结构接触到更多的空气。同时，所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸均小于所述第二开口的尺寸，因此所述第一开口暴露出的电容结构的面积较小，从而无需增大所述电容结构的面积即可增加所述电容结构接触到的空气量。因此，所形成的麦克风结构的灵敏度提高，而所占用的空间面积较小，有利于所形成的麦克风结构适应于微型化和集成化的技术需求。

进一步，所述第二开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，由于所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸，因此所述背腔的侧壁呈阶梯状。相较于侧壁垂直于衬底表面的背腔来说，所述第二开口和第一开口的体积较大，进入所述第一开口和第二开口的空气较多，使所述电容结构能够与更多空气接触，提高了所形成的麦克风结构的灵敏度。

进一步，所述背腔的形成工艺包括在衬底的第二表面形成第三掩膜层；在所述第三掩膜层表面形成第四掩膜层，所述第四掩膜层暴露出部分第三掩膜层的表面和衬底第二表面，且所述第四掩膜层的厚度大于第三掩膜层的厚度。所述第三开口和第四开口作为刻蚀形成背腔的掩膜，首先，以所述第四掩膜层和第三掩膜层为掩膜，刻蚀所述衬底的第二表面，由于所述第四掩膜的厚度大于第三掩膜，因此在刻蚀所述衬底时，所述第三掩膜也受到刻蚀，直至由所述第四掩膜层暴露出的部分第三掩膜层被去除，并暴露出部分衬底的第二表面，在衬底内形成第三开口。之后，再以所述第四掩膜层为掩膜，刻蚀所暴露出的部分衬底以及第三开口底部，直至暴露出电容结构的表面为止，由第三开口底部刻蚀形成第一开口，由暴露出的部分衬底刻蚀形成第二开口。由于以所述第三掩膜层和第四掩膜层为掩膜进行刻蚀时，所述第二开口和第一开口能够仅以一次刻蚀工艺形成，从而使得形成麦克风结构的工艺简化，能够减少工艺时间和工艺成本。

进一步，所述第三掩膜层为光刻胶负胶；所述第四掩膜层为光刻胶正胶。由于所述第四掩膜层形成于第三掩膜层表面，且所述第四掩膜层，需要暴露出部分第三掩膜层，为了避免在形成第四掩膜层的光刻显影过程中，去除所需暴露出的部分第三掩膜层，所述第三掩膜层采用光刻胶负胶，而所述光刻胶负胶被受到光照之后，受到光照的部分不易溶解，从而能够暴露所述第三掩膜层的图形。

进一步，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面；所述第二开口的侧壁相对于衬底的第二表面倾斜，所述第二开口的侧壁与第一开口的侧壁相连接，且所述第二开口的顶部尺寸大于底部尺寸。相较于侧壁垂直于衬底表面的背腔来说，所述第二开口和第一开口的体积较大，进入所述第一开口和第二开口的空气较多，使所述电容结构能够与更多空气接触，提高了所形成的麦克风结构的灵敏度。

进一步，所述背腔的形成工艺包括在衬底的第二表面形成第五掩膜层，；以所述第五掩膜层为掩膜，采用第一刻蚀工艺刻蚀所述衬底，在所述衬底内形成第二开口，所述第二开口的侧壁相对于衬底的第二表面倾斜，且所述第二开口的顶部尺寸大于底部尺寸；以所述第五掩膜层为掩膜，采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第二开口的底部，直至暴露出电容结构为止，在第二开口的底部形成第一开口。由于仅形成一层第五掩膜层即可刻蚀形成背腔，从而减少了所需形成的掩膜层数量，而且，也减少了需要制备的光刻掩膜版的数量，使得工艺得到简化、工艺时间缩减，且制造成本降低。

进一步，所述第一刻蚀工艺为各向异性的湿法刻蚀工艺，所述各向异性的湿法刻蚀工艺对于各个晶向的刻蚀速率不同，当所述衬底为具有晶向的衬底时，所述各向异性的湿法刻蚀工艺能够形成侧壁倾斜的第二开口。而所述第二刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺，所述各向异性的干法刻蚀工艺在垂直于衬底表面的方向上具有较高的刻蚀速率，因此能够形成侧壁垂直于衬底表面的第一开口，而且依旧能够使第二开口的侧壁保持倾斜。

本发明的结构中，背腔包括位于所述电容结构表面的第一开口、以及位于所述第一开口顶部的第二开口，所述第二开口底部暴露出所述第一开口。由于所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸，因此，由所述第一开口和第二开口构成的背腔体积较大，能够使更多的空气在所述背腔内流通，以便所述电容结构接收到更多声波；而且，由于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸小于第二开口的顶部尺寸，因此所述第一开口底部暴露出的电容结构的面积较小，从而所述第一开口和所述电容结构所占用的空间较小，有利于减小所述麦克风结构的尺寸，提高所述麦克风结构的集成度。

附图说明

图1是一种微机电麦克风的剖面结示意图

图2至图8是本发明一实施例的麦克风结构的形成过程的剖面结示意图；

图9至图12是本发明另一实施例的麦克风结构的形成过程的剖面结示意图；

图13至图15是本发明另一实施例的麦克风结构的形成过程的剖面结示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，现有的微机电麦克风的灵敏度较差。

经过研究发现，对于所述微机电麦克风来说，请继续参考图1，所述振膜 110接触到的空气越多，所述微机电麦克风的灵敏度也越高。具体的，所述振膜110接收到的声波也越多，则所述振膜110与背板120之间的距离变化越剧烈，即所述振膜110与背板120构成的电容结构的电容值变化越剧烈，则由所发微机电麦克风输出的电信号强度越高，即灵敏度越高。

为了增加所述振膜接触到的空气量，一种方法是增加所述背腔140暴露出的振膜110的面积，然而，增加背腔140底部暴露出的振膜110面积，会导致所述振膜110所占用的空间面积增大，继而导致所形成的微机电麦克风的体积增大，不利于所述微机电麦克风的微型化和集成化。

为了解决上述问题，本发明提出了一种麦克风结构及其形成方法。其中，所述麦克风结构中的背腔包括位于所述电容结构表面的第一开口、以及位于所述第一开口顶部的第二开口，所述第二开口底部暴露出所述第一开口。由于所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸，因此，由所述第一开口和第二开口构成的背腔体积较大，能够使更多的空气在所述背腔内流通，以便所述电容结构接收到更多声波；而且，由于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸小于第二开口的顶部尺寸，因此所述第一开口底部暴露出的电容结构的面积较小，从而所述第一开口和所述电容结构所占用的空间较小，有利于减小所述麦克风结构的尺寸，提高所述麦克风结构的集成度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2至图8是本发明实施例的麦克风结构的形成过程的剖面结示意图。

请参考图2，提供衬底200，所述衬底具有第一表面201、以及与第一表面201相对的第二表面202。

所述衬底200为硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅衬底、绝缘体上锗衬底、玻璃衬底或III-V族化合物衬底(例如氮化镓衬底或砷化镓衬底等)；在本实施例中，所述衬底200为硅衬底。

所述衬底200的第一表面201用于形成电容结构，所述电容结构用于接收声波，并将其转换为电信号输出；后续对所述衬底200的第二表面202进行刻蚀，能够在所述衬底200内形成暴露出所述电容结构的背腔，所述空气能够进入所述背腔内，将声波传递到所述电容结构。

请参考图3，在所述衬底200的第一表面201形成电容结构210。

本实施例中，所述电容结构210包括：位于衬底200第一表面201的第一牺牲层211；位于所述第一牺牲层211表面的振膜212；位于所述振膜212 和第一牺牲层211表面的第二牺牲层213；位于所述第二牺牲层213表面的背板214，所述背板214内具有若干暴露出第二牺牲层213的开口215。

所述第一牺牲层211和第二牺牲层213的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或无定形碳，所述第一牺牲层211和第二牺牲层213需要选取易于被去除的材料，且所选取的材料需要与所述振膜212和背板214的材料之间具有较高的刻蚀选择性，以保证后续去除背腔底部的第一牺牲层211和第二牺牲层213之后，对振膜212和背板214的损伤较小；本实施例中，所述第一牺牲层211和第二牺牲层213的材料为氧化硅。

所述振膜212覆盖于部分第一牺牲层211的表面，所述振膜212的位置即后续需要形成背腔的对应区域，以保证后续形成的背腔底部能够暴露出所述振膜212。所述振膜212和背板214作为电容结构的两个电极，后续去除振膜212和背板214之间的第二牺牲层213之后，能够在所述振膜212和背板 214之间形成空腔，所述空腔作为电容结构中的介质。由于所述背板具有若干开口215，当后续去除第二牺牲层213之后，所述开口215与所述空腔连通，当声波引发振膜212振动时，空腔内的空气自所述开口215排出，从而使所述振膜212和背板214之间的距离发生变化，即所述振膜212和背板214之间的电容值发生变化，以此将声波转化为电信号输出。由于所述振膜212和背板214作为电容结构的两个电极，因此所述振膜212和背板214的材料为导电材料，例如金属，而且所述振膜212和背板214之间不接触。此外，所述振膜212位于部分第一牺牲层211表面，则所述第二牺牲层213位于未被振膜覆盖的第一牺牲层211表面，即所述第二牺牲层213与第一牺牲层211 相接触，后续能够通过刻蚀工艺去除所述背腔底部的第二牺牲层213和第一牺牲层211。

后续需要在所述衬底200的第二表面202内形成背腔，所述背腔的底部暴露出所述电容结构210，所述背腔包括位于所述电容结构210表面的第一开口、以及位于所述第一开口顶部的第二开口，所述第二开口底部暴露出所述第一开口，且所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸。

在本实施例中，所述第二开口的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202，所述背腔的侧壁呈阶梯状。以下将结合附图对本实施例所述背腔的形成工艺进行详细说明。

请参考图4，在衬底200的第二表面202形成暴露出部分衬底200第二表面202的第一掩膜层221。所述第一掩膜层221暴露出与第二开口顶部的位置和形状一致的区域。

所述第一掩膜层221用于作为掩膜刻蚀形成第二开口。本实施例中，所述第一掩膜层221为光刻胶层，所述第一掩膜层221的形成工艺包括：在衬底200的第二表面202涂布光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光显影，以去除需要形成第二开口的对应区域的光刻胶膜，形成所述第一掩膜层221。本实施例中，所述第一掩膜层221能够为光刻胶正胶或光刻胶负胶。

请参考图5，以所述第一掩膜层221为掩膜，刻蚀所述衬底200的第二表面202，在所述衬底200内形成第二开口232。

所述形成第二开口232的工艺为各向异性的干法刻蚀工艺，所形成的第二开口232的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202。在本实施例中，所述衬底200为硅衬底，而形成第二开口232的刻蚀工艺为深反应离子刻蚀(Deep Reaction Ion Etching，简称DRIE)工艺，所述深反应离子刻蚀工艺能够形成深宽比较大的第二开口232，从而使更多的空气能够进入所述第二开口232内，以提高所形成的麦克风结构的灵敏度；而且，所形成的第二开口232的侧壁形貌和垂直度良好，有利于控制所形成的第二开口232的特征尺寸、并且有利于缩减所形成的麦克风结构的尺寸。

请参考图6，在形成所述第二开口232之后，去除所述第一掩膜层221(如图5所示)；在去除所述第一掩膜层221之后，在所述衬底200的第二表面202 以及第二开口230底部的部分表面形成第二掩膜层222，所述第二掩膜层222 暴露出与第一开口顶部的位置和形状一致的区域。

所述第二掩膜层222用于作为掩膜刻蚀形成第一开口。本实施例中，所述第二掩膜层222为光刻胶层，所述第二掩膜层222的形成工艺包括：在衬底200的第二表面202、以及第二开口232内涂布光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光显影，去除部分第二开口232内的光刻胶膜，并暴露出需要形成第一开口的第二开口232底部对应区域，形成所述第二掩膜层222。本实施例中，所述第二掩膜层222能够为光刻胶正胶或光刻胶负胶。

请参考图7，以所述第二掩膜层222为掩膜，刻蚀所述第二开口232底部衬底200，直至暴露出所述电容结构210为止，在第二开口232底部形成第一开口231。

形成的第二开口232底部暴露出所述第一开口231，所述第一开口231与第二开口232相互贯通，所述第一开口231和第二开口232能够形成背腔230。在本实施例中，所形成的第一开口231和第二开口232的侧壁均垂直于衬底 200的第二表面202，而且，所形成的第二开口232顶部尺寸和底部尺寸大于所述第一开口231的底部尺寸和顶部尺寸，使得所述背腔230的侧壁呈阶梯状。由于所述第二开口232的顶部尺寸和底部尺寸较大，所述第二开口232的体积也较大，能够允许更多的空气进入所述背腔230内，从而使得后续暴露出的振膜212能够与更多的空气接触，由于声波通过空气传播，则所形成的麦克风结构的灵敏度提高。同时，由于所述第一开口231的顶部尺寸和底部尺寸较小，则所述第一开口231底部后续暴露出的振膜面积也较小，因此，所述振膜的面积无需过大，即可提高所形成的麦克风结构的灵敏度，避免了振膜占据过多的有效面积，使得衬底200的第一表面201能够形成更多的有效器件，从而有利于所形成的麦克风结构的微型化和集成化。

所述形成第一开口231的工艺为各向异性的干法刻蚀工艺，所形成的第一开口231的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202。在本实施例中，所述衬底200为硅衬底，而形成第一开口231的刻蚀工艺为深反应离子刻蚀工艺，所述深反应离子刻蚀工艺进行至暴露出第一牺牲层211表面为止；所形成的第一开口231的侧壁形貌和垂直度良好，则所形成的第一开口231的特征尺寸能够精确控制。

请参考图8，在形成所述背腔230之后，所述第一开口231底部暴露出部分第一牺牲层211表面，去除所述第一开口231底部的部分第一牺牲层211 和第二牺牲层213，在所述第一开口231底部暴露出所述振膜212，且在振膜 212和背板214之间形成空腔216。

去除所述第一牺牲层211和第二牺牲层213的工艺为各向同性的刻蚀工艺，所述各向同性的刻蚀工艺在各个方向上均具有较高的刻蚀速率，因此，在去除第一开口231底部暴露出的所述第一牺牲层211和第二牺牲层213时，还能够以平行于衬底200表面的方向进行刻蚀，并去除衬底200第一表面201 的部分第一牺牲层211和第二牺牲层。由于所述第一牺牲层211和第二牺牲层213相接触，因此，所述各向同性的刻蚀工艺能够在去除第一开口231底部的第一牺牲层211之后，能够自暴露出的第二牺牲层213表面进行刻蚀，直至去除背板214和振膜212之间的第二牺牲层213，并形成空腔216。所述振膜212和背板214作为电容结构的两个电极，所述空腔216作为两个电极之间的介质，由于所述背板214具有若干开口215，在去除所述第二牺牲层 213之后，所述开口215与所述空腔216连通，空气能够在所述空腔216和外部间流通。

在本实施例中，去除所述第一牺牲层211和第二牺牲层213的刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺；由于所述第一牺牲层211和第二牺牲层213的材料为氧化硅，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液为氢氟酸溶液。在其它实施例中，所述刻蚀工艺能够为各向同性的干法刻蚀工艺。

在另一实施例中，所述第二开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，所述背腔的侧壁呈阶梯状，且所述第一开口和第二开口通过一次刻蚀工艺形成。以下将结合图9至图12 对所述背腔的形成工艺进行详细说明。

在图3的基础上，请继续参考图9，在衬底200的第二表面202形成第三掩膜层223，所述第三掩膜层223暴露出部分衬底200的第二表面202，且所述第三掩膜层223暴露出与第一开口顶部的位置和形状一致的区域。

所述第三掩膜层223和后续形成的第四掩膜层共同作为刻蚀形成背腔的掩膜。本实施例中，所述第三掩膜层223为光刻胶负胶，所述第三掩膜层223 的形成工艺包括：在衬底200的第二表面202涂布光刻胶负胶膜；对所述光刻胶负胶膜进行曝光，在需要形成第一开口以外的区域形成曝光区；采用显影工艺去除所述曝光区以外的区域，以暴露出需要形成第一开口的对应区域。

由于所述第三掩膜层223采用光刻胶负胶膜，而所述光刻胶负胶膜受到光照的区域不易被显影液溶解，从而，在后续采用光刻胶正胶在所述第三掩膜层223表面形成第四掩膜层时，所形成的第四掩膜层能够暴露所述第三掩膜层223的图形，而且显影液不会去除所暴露出的第三掩膜层223。

在本实施例中，后续形成的第四掩膜层所暴露出的部分第三掩膜层223 需要在刻蚀形成背腔的过程中被去除，因此所述第三掩膜层223的厚度较薄，所述第三掩膜层223的厚度为2μm～3μm。

请参考图10，在所述第三掩膜层223表面形成第四掩膜层224，所述第四掩膜层224暴露出部分第三掩膜层223的表面和衬底200第二表面202，且所述第四掩膜层224暴露出与第二开口顶部的位置和形状一致的区域，所述第四掩膜层224的厚度大于第三掩膜层223的厚度。

本实施例中，所述第四掩膜层224为光刻胶正胶，所述第四掩膜层224 的形成工艺包括：在衬底200的第二表面202和第三掩膜层223表面涂布光刻胶正胶膜；对所述光刻胶正胶膜进行曝光，在需要形成第二开口的对应区域形成曝光区；采用显影工艺去除所述光刻胶正胶膜的曝光区，以暴露出需要形成第二开口的第三掩膜层223表面和衬底200的第二表面202。

由于所述第四掩膜层224为光刻胶正胶，而所述光刻胶正胶膜受到光照的区域会被显影液溶解，由于所述第四掩膜层224还需要暴露出部分第三掩膜层223表面，因此位于光刻胶正膜底部的部分第三掩膜层223也会受到曝光。由于所述第三掩膜层223本身为光刻胶负胶膜的曝光区，因此即使在去除所述光刻胶正膜的曝光区时，显影液也不会去除所述第三掩膜层223，从而保证了所述第四掩膜层224能够暴露出部分第三掩膜层223。

在本实施例中，后续形成的第四掩膜层所暴露出的部分第三掩膜层223 需要在刻蚀形成背腔的过程中被去除，同时，所述第四掩膜层224和剩余的第三掩膜层223还需要作为继续刻蚀衬底直至暴露出电容结构210表面的掩膜，因此所述第四掩膜层224的厚度较厚。在本实施例中，所述第四掩膜层 224与所述第三掩膜层223的厚度比大于或等于2:1。

请参考图11，以所述第四掩膜层224和第三掩膜层223为掩膜，刻蚀所述衬底200，直至所述第四掩膜层224暴露出的部分第三掩膜层223被去除为止，暴露出部分衬底200的第二表面202，在衬底202内形成第三开口233。

刻蚀形成所述第三开口233的工艺为异性的干法刻蚀工艺，所形成的第三开口233的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202。由于所述第三掩膜层 223暴露出需要形成第一开口的对应区域，因此，刻蚀形成的第三开口233的形状和位置与后续形成的第一开口一致。而且，由于所述第三掩膜层223的厚度较薄，而所述刻蚀工艺还能够对所述第三掩膜层223进行刻蚀，直至暴露出未被第四掩膜层224覆盖的衬底200第二表面202，而所述第四掩膜层 224的厚度较厚，在所暴露出的第三掩膜层223被去除之后，所述第四掩膜层 224依旧能够作为后续刻蚀工艺的掩膜。

在本实施例中，所述衬底200为硅衬底，而形成第三开口233的刻蚀工艺为深反应离子刻蚀(Deep Reaction Ion Etching，简称DRIE)工艺，所述深反应离子刻蚀工艺能够形成深宽比较大的第三开口233，而且，所形成的第三开口233的侧壁形貌和垂直度良好，有利于控制所形成的第三开口233以及后续形成的第一开口的特征尺寸。

请参考图12，以所述第四掩膜层224为掩膜，刻蚀所暴露出的部分衬底 200以及第三开口233(如图11所示)底部，直至暴露出电容结构210的表面为止，由第三开口233底部刻蚀形成第一开口231，由暴露出的部分衬底 200刻蚀形成第二开口232。

刻蚀形成的第一开口231与第二开口232相互贯通，所述第一开口231 和第二开口232能够形成背腔230。刻蚀所述第三开口233底部和衬底200第二表面202的工艺为异性的干法刻蚀工艺，能够使所形成的第一开口231和第二开口232的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202，而且，所形成的第二开口232顶部尺寸和底部尺寸大于所述第一开口231的底部尺寸和顶部尺寸，使得所述背腔230的侧壁呈阶梯状。

所述形成第一开口231和第二开口232的工艺为各向异性的干法刻蚀工艺，所形成的第一开口231和第二开口232的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202。在本实施例中，所述衬底200为硅衬底，而刻蚀所述衬底200第二表面202和第三开口233底部的工艺为深反应离子刻蚀工艺，直至暴露出第一牺牲层211表面为止；所形成的第一开口231和第二开口232的侧壁形貌和垂直度良好。

由于所述第一开口231和第二开口232以所述第三掩膜层223和第四掩膜层224为掩膜进行刻蚀而形成，因此所述第一开口231和第二开口232进行通过一次刻蚀工艺即可形成，从而能够使形成麦克风结构的工艺得到简化，且工艺时间和工艺成本得到降低。

在形成所述第一开口231和第二开口232之后，请继续参考图8，在形成所述背腔230之后，所述第一开口230底部暴露出部分第一牺牲层211表面，去除所述第一开口231底部的部分第一牺牲层211和第二牺牲层213，在所述第一开口231底部暴露出所述振膜212，且在振膜212和背板214之间形成空腔216。

相应的，本发明的实施例还提供一种采用上述方法所形成的麦克风结构，请继续参考图8，包括：衬底200，所述衬底200具有第一表面201、以及与第一表面201相对的第二表面202；位于所述衬底200的第一表面201的电容结构210；位于所述衬底200内的背腔230，所述衬底200的第二表面202暴露出所述背腔230的顶部，所述背腔230的底部暴露出所述电容结构210，所述背腔230包括位于所述电容结构210表面的第一开口231、以及位于所述第一开口231顶部的第二开口232，所述第二开口232底部暴露出所述第一开口 231，且所述第二开口232的顶部尺寸大于所述第一开口231的顶部尺寸和底部尺寸。

所述电容结构210包括：位于衬底200第一表面201的振膜212；位于所述振膜212上的背板214，所述背板214内具有若干开口215，所述背板214 和所述振膜212之间具有空腔216。

本实施例中，所述第二开口232的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面 202，所述第一开口231的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202，所述背腔230的侧壁呈阶梯状。

在另一实施例中，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面；所述第二开口的侧壁相对于衬底的第二表面倾斜，所述第二开口的侧壁与第一开口的侧壁相连接，且所述第二开口的顶部尺寸大于底部尺寸。以下将结合图13至图15对本实施例的形成工艺进行详细说明。

在图3的基础上，请继续参考图13，在衬底200的第二表面202形成第五掩膜层225，所述第五掩膜层225暴露出部分衬底200的第二表面202，且所述第五掩膜层225暴露出与第二开口顶部的位置和形成一致的区域。

所述第五掩膜层225作为后续刻蚀形成第二开口和第一开口的掩膜，由于后续形成的第二开口采用湿法刻蚀工艺形成，能够形成侧壁相对于衬底200 表面倾斜的第二开口，而后续形成的第一开口通过以各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀第二开口底部形成，因此，仅需形成一层第五掩膜层225即可形成第一开口和第二开口，减少了所需形成的掩膜层数量，而且，还减少了需要制备的光刻掩膜版的数量，从而减少工艺时间和工艺成本。

本实施例中，所述第五掩膜层225为光刻胶层，所述第五掩膜层225的形成工艺包括：在衬底200的第二表面202涂布光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光显影，以去除需要形成第二开口的对应区域的光刻胶膜，形成所述第五掩膜层225。本实施例中，所述第五掩膜层225能够为光刻胶正胶或光刻胶负胶。

请参考图14，以所述第五掩膜层225为掩膜，采用第一刻蚀工艺刻蚀所述衬底，在所述衬底200内形成第二开口232，所述第二开口232的侧壁相对于衬底200的第二表面202倾斜，且所述第二开口232的顶部尺寸大于底部尺寸。

所述第一刻蚀工艺为各向异性的湿法刻蚀工艺，所述各向异性的湿法刻蚀工艺对于各个晶向的刻蚀速率不同；具体的，所述各向异性的湿法刻蚀工艺在<111>晶向上的刻蚀速率较慢，而在<100>晶向和<110>晶向上的刻蚀速率较快。

在本实施例中，所述衬底200为单晶硅衬底，且所述衬底200的第二表面202的晶向为<100>晶向，采用所述各向异性的湿法刻蚀工艺能够形成侧壁相对于衬底200的第二表面202倾斜的第二开口232，且所述第二开口232的顶部尺寸大于底部尺寸，所述第二开口232的侧壁表面的晶向为<111>晶向。所述各向湿法刻蚀工艺的刻蚀液为碱性溶液，所述碱性溶液为氢氧化钾 (KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化锂(LiOH)、氨水(NH₄OH)或四甲基氢氧化铵(TMAH)中的一种或多种组合。

请参考图15，以所述第五掩膜层225为掩膜，采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第二开口232的底部，直至暴露出电容结构210为止，在第二开口232的底部形成第一开口231。

所述第二刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺，所述各向异性的干法刻蚀工艺在垂直于衬底200第二表面202的方向上具有较高的刻蚀速率，因此能够形成侧壁垂直于衬底200表面的第一开口231，而且依旧能够使第二开口 232的侧壁保持倾斜。

所形成的第二开口232底部与所述第一开口231相互贯通，所述第一开口231和第二开口232能够形成背腔230。在本实施例中，所形成的第一开口 231侧壁均垂直于衬底200表面，而且，所述第二开口232顶部尺寸大于底部尺寸，而所述第二开口232的底部尺寸与所述第一开口231的底部尺寸和顶部尺寸一致。由于所述第二开口232的顶部尺寸大于底部尺寸，所述第二开口232的体积也较大，能够允许更多的空气进入所述背腔230内，从而使所形成的麦克风结构的灵敏度提高。同时，由于所述第一开口231的底部尺寸较小，则所述第一开口231底部后续暴露出的振膜面积也较小，所述振膜占据的有效面积较少，有利于所形成的麦克风结构的微型化和集成化。

所述形成第一开口231的工艺为各向异性的干法刻蚀工艺，所形成的第一开口231的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202。在本实施例中，所述衬底200为硅衬底，所述刻蚀工艺进行至暴露出第一牺牲层211表面为止，所述各向异性的干法刻蚀工艺的参数包括：刻蚀气体包括Cl₂、HBr或Cl₂和 HBr混合，HBr的流量为200sccm～800sccm，Cl₂的流量为20sccm～100sccm，惰性气体的流量为50sccm～1000sccm，压力为2毫托～200毫托，刻蚀时间为15s～60s。

在形成所述背腔230之后，所述第一开口231底部暴露出部分第一牺牲层211表面，去除所述第一开口231底部的部分第一牺牲层211和第二牺牲层213，在所述第一开口231底部暴露出所述振膜212，且在振膜212和背板 214之间形成空腔216。

相应的，本发明的实施例还提供一种采用上述方法所形成的麦克风结构，请继续参考图15，本实施例的麦克风结构相较于前述实施例的麦克风结构，区别在于：所述第一开口231的侧壁垂直于所述衬底200的第二表面202；所述第二开口232的侧壁相对于衬底200的第二表面202倾斜，所述第二开口 232的侧壁与第一开口231的侧壁相连接，且所述第二开口232的顶部尺寸大于底部尺寸。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种麦克风结构的形成方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底具有第一表面、以及与第一表面相对的第二表面；

在所述衬底的第一表面形成电容结构；

在所述衬底的第二表面形成背腔，所述背腔的底部暴露出所述电容结构，所述背腔包括位于所述电容结构表面的第一开口、以及位于所述第一开口顶部的第二开口，所述第二开口底部暴露出所述第一开口，所述第一开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，且所述第二开口的顶部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸；

当所述第二开口的侧壁垂直于所述衬底的第二表面，所述背腔的侧壁呈阶梯状，所述背腔的形成工艺包括：在衬底的第二表面形成第三掩膜层，所述第三掩膜层暴露出部分衬底的第二表面，且所述第三掩膜层暴露出与第一开口顶部的位置和形状一致的区域；在所述第三掩膜层表面形成第四掩膜层，所述第四掩膜层暴露出部分第三掩膜层的表面和衬底第二表面，且所述第四掩膜层暴露出与第二开口顶部的位置和形状一致的区域，所述第四掩膜层的厚度大于第三掩膜层的厚度；以所述第四掩膜层和第三掩膜层为掩膜，刻蚀所述衬底，直至所述第四掩膜层暴露出的部分第三掩膜层被去除为止，暴露出部分衬底的第二表面，在衬底内形成第三开口；以所述第四掩膜层为掩膜，刻蚀所暴露出的部分衬底以及第三开口底部，直至暴露出电容结构的表面为止，由第三开口底部刻蚀形成第一开口，由暴露出的部分衬底刻蚀形成第二开口；

当所述第二开口的侧壁相对于衬底的第二表面倾斜，所述第二开口的侧壁与第一开口的侧壁相连接，且所述第二开口的顶部尺寸大于底部尺寸，所述背腔的形成工艺包括：在衬底的第二表面形成第五掩膜层，所述第五掩膜层暴露出部分衬底的第二表面，且所述第五掩膜层暴露出与第二开口顶部的位置和形成一致的区域；以所述第五掩膜层为掩膜，采用第一刻蚀工艺刻蚀所述衬底，在所述衬底内形成第二开口，所述第二开口的侧壁相对于衬底的第二表面倾斜，且所述第二开口的顶部尺寸大于底部尺寸；以所述第五掩膜层为掩膜，采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第二开口的底部，直至暴露出电容结构为止，在第二开口的底部形成第一开口。

2.如权利要求1所述的麦克风结构的形成方法，其特征在于，所述第三掩膜层为光刻胶负胶；所述第四掩膜层为光刻胶正胶。

3.如权利要求1所述的麦克风结构的形成方法，其特征在于，形成第三开口的工艺为深反应离子刻蚀工艺；刻蚀所暴露出的部分衬底以及第三开口底部的工艺为深反应离子刻蚀工艺。

4.如权利要求1所述的麦克风结构的形成方法，其特征在于，所述第一刻蚀工艺为各向异性的湿法刻蚀工艺；所述第二刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺。

5.如权利要求1所述的麦克风结构的形成方法，其特征在于，所述衬底的第二表面的晶向为<100>。

6.如权利要求1所述的麦克风结构的形成方法，其特征在于，所述电容结构包括：位于衬底第一表面的第一牺牲层；位于所述第一牺牲层表面的振膜；位于所述振膜和第一牺牲层表面的第二牺牲层；位于所述第二牺牲层表面的背板，所述背板内具有若干暴露出第二牺牲层的开口。

7.如权利要求6所述的麦克风结构的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述背腔之后，所述第一开口底部暴露出部分第一牺牲层表面，去除所述第一开口底部的部分第一牺牲层和第二牺牲层，在所述第一开口底部暴露出所述振膜，且在振膜和背板之间形成空腔。

8.如权利要求7所述的麦克风结构的形成方法，其特征在于，去除所述第一牺牲层和第二牺牲层的工艺为湿法刻蚀工艺。

9.如权利要求6所述的麦克风结构的形成方法，其特征在于，所述第一牺牲层和第二牺牲层的材料为氧化硅。