CN106465022B - Mems麦克风和用于防止mems麦克风中的漏电的方法 - Google Patents
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Abstract
用于防止MEMS麦克风中的漏电的系统和方法。在一个实施例中,MEMS麦克风包括半导体基板、电极、第一绝缘层和经掺杂的区。第一绝缘层被形成在电极与半导体基板之间。经掺杂的区被注入在其中半导体基板与第一绝缘层接触的半导体基板的至少一部分中。经掺杂的区还被电耦合到电极。
Description
相关申请
本申请要求于2014年4月1日提交并且标题为“DOPED SUBSTRATE REGIONS INMEMS MICROPHONES”的美国临时申请号61/973,507的优先权,所述美国临时申请号61/973,507的全部内容通过引用被并入。
背景技术
本发明的实施例涉及防止MEMS麦克风中的半导体基板与电极之间的漏电。
在MEMS麦克风中,电极(例如,可移动膜、静止前板)与半导体基板的重叠创建对由于与两个组件的表面接触的非绝缘颗粒引起的漏电(或其他形式的泄漏)的敏感性。绝缘保护涂覆物通常被涂到MEMS麦克风以防止漏电/短路。然而,由非绝缘颗粒造成的导电路径可以在沉积任何涂覆物之前的制造过程期间被创建。
发明内容
本发明的一个实施例提供MEMS麦克风。MEMS麦克风包括半导体基板、电极、第一绝缘层和经掺杂的区。经掺杂的区被注入在其中半导体基板与第一绝缘层接触的半导体基板的至少一部分中。经掺杂的区被电耦合到电极。在一些实施方式中,半导体基板包括N型多数载流子并且经掺杂的区包括P型多数载流子。在其他实施方式中,半导体基板包括P型多数载流子并且经掺杂的区包括N型多数载流子。在一些实施方式中,电极包括从由可移动电极和静止电极构成的组中选择的至少一种类型的电极。在一些实施方式中,MEMS麦克风还包括专用集成电路。在一些实施方式中,经掺杂的区被电耦合到专用集成电路。在其他实施方式中,经掺杂的区被电耦合到在MEMS麦克风外部的专用集成电路。
在另一实施例中,提供具有两个绝缘层的MEMS麦克风。在一个示例中,MEMS麦克风包括半导体基板、电极、第一绝缘层、经掺杂的区和第二绝缘层。经掺杂的区被注入在其中半导体基板与第一绝缘层接触的半导体基板的至少一部分中。经掺杂的区被电耦合到电极。第二绝缘层被形成在半导体基板与经掺杂的区之间。经掺杂的区包括第一多个多数载流子并且半导体基板包括第二多个多数载流子。第一多个多数载流子和第二多个多数载流子包括从由P型多数载流子和N型多数载流子构成的组中选择的至少一种类型的多数载流子。在一些实施方式中,第一多个多数载流子是与第二多个多数载流子相同类型的多数载流子。在其他实施方式中,第一多个多数载流子是与第二多个多数载流子不同类型的多数载流子。
本发明还提供用于防止MEMS麦克风中的漏电的方法。在一个实施例中,方法包括在半导体基板与电极之间形成第一绝缘层。方法还包括将经掺杂的区注入到半导体基板中,使得经掺杂的区被提供在其中半导体基板与第一绝缘层接触的半导体基板的至少一部分中。方法还包括将电极电耦合到经掺杂的区。在一些实施方式中,方法还包括将P型多数载流子注入到经掺杂的区中以及将N型多数载流子注入到半导体基板中。在其他实施方式中,方法还包括将N型多数载流子注入到经掺杂的区中以及将P型多数载流子注入到半导体基板中。在一些实施方式中,电极包括从由可移动电极和静止电极构成的组中选择的至少一种类型的电极。在一些实施方式中,方法还包括将经掺杂的区电耦合到在MEMS麦克风内部的专用集成电路。在其他实施方式中,方法还包括将经掺杂的区电耦合到在MEMS麦克风外部的专用集成电路。
在另一实施例中,本发明还提供用于使用除了其他东西以外的两个绝缘层来防止MEMS麦克风中的漏电的方法。在一个示例中,方法包括在半导体基板与电极之间形成第一绝缘层。方法还包括将经掺杂的区注入到半导体基板中,使得经掺杂的区被提供在其中半导体基板与第一绝缘层接触的半导体基板的至少一部分中。方法还包括将电极电耦合到经掺杂的区。方法还包括在半导体基板与经掺杂的区之间形成第二绝缘层。在一些实施方式中,方法还包括将第一多个多数载流子注入到经掺杂的区中以及将第二多个多数载流子注入到半导体基板中。第一多个多数载流子和第二多个多数载流子包括从由P型多数载流子和N型多数载流子构成的组中选择的至少一种类型的多数载流子。在一些实施方式中,第一多个多数载流子是与第二多个多数载流子相同类型的多数载流子。在其他实施方式中,第一多个多数载流子是与第二多个多数载流子不同类型的多数载流子。
通过考虑详细描述和附图,本发明的其他方面将变得明显。
附图说明
图1为传统MEMS麦克风的截面侧视图。
图2为图1的区域的放大视图。
图3为包括经掺杂的区的MEMS麦克风的截面侧视图。
图4为图3的区域的放大视图。
图5为包括经掺杂的区的MEMS麦克风的截面侧视图 。
图6为包括SOI层的MEMS麦克风的截面侧视图。
图7为包括SOI层的MEMS麦克风的截面侧视图。
图8为包括ASIC的MEMS麦克风的截面侧视图。
图9为MEMS麦克风和ASIC的系统级视图。
图10为包括经掺杂的区的MEMS麦克风的截面侧视图。
图11为包括经掺杂的区的MEMS麦克风的截面侧视图。
图12为包括经掺杂的区的MEMS麦克风的截面侧视图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前,应理解本发明不限于其到以下的应用:在以下描述中被阐述或在以下绘图中被图示的构造的细节以及组件的布置。本发明容许其他实施例并且能够以各种方式被实践或者被实现。
而且,应理解,在本文中使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被看作限制。“包括”、“包含”或“具有”及其变型在本文中的使用意味着涵盖其后列出的项和其等同物以及附加的项。术语“安装”、“连接”和“耦合”被广泛使用并且涵盖直接和间接两者的安装、连接和耦合。此外,“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合,而是可以包括无论是直接还是间接的电连接或耦合。
还应注意,多个不同结构组件可以用于实施本发明。此外,并且如在随后段落中描述的那样,在绘图中图示的具体配置旨在例示本发明的实施例。替换的配置是可能的。
图1图示传统的MEMS麦克风100。传统的MEMS麦克风100包括可移动电极105(例如膜)、静止电极110(例如前板)、半导体基板115、第一绝缘层120、第二绝缘层125以及第三绝缘层130。可移动电极105与半导体基板115重叠。这一重叠在可移动电极105与半导体基板115之间创建间隙135。间隙135创建对由于与两个组件的表面接触的非绝缘颗粒引起的漏电以及对或其他形式的泄漏的敏感性。非绝缘颗粒包括例如来自半导体基板115中的孔侧壁的小的硅碎片或薄的被释放的硅梁(beam of silicon)以及来自用于制造MEMS麦克风100的光致抗蚀剂的有机颗粒。
图2为图1中的区域140的放大的视图。如图2中所图示,绝缘保护涂覆物145已经被涂覆于间隙135。然而,在可移动电极105与半导体基板115之间捕捉到非绝缘颗粒150,从而造成短路。
除了其他组件以外,MEMS麦克风300包括可移动电极305、静止电极310、半导体基板315、第一绝缘层320、经掺杂的区325、金属层间电介质(“IMD”)层330以及钝化层335,如图3中所图示。可移动电极305与半导体基板315重叠。静止电极310被定位在可移动电极305上方。在一些实施方式中,第一绝缘层320包括场氧化物。在其他实施方式中,第一绝缘层320包括不同类型的氧化物。例如,第一绝缘层320可以包括热或基于等离子体的氧化物(例如,低压化学气相沉积氧化物、等离子体增强化学气相沉积氧化物)。IMD层330被定位在可移动电极305与静止电极310之间。IMD层330电隔离CMOS过程中的金属线。在一些实施方式中,IMD层330包括未经掺杂的正硅酸乙酯。钝化层335被邻近于IMD层330定位并且被耦合到静止电极310。钝化层335保护氧化物免受污染和潮湿。污染和潮湿造成电流泄漏并且使晶体管、电容器等的电性能降级。在一些实施方式中,钝化层335包括氮化硅。在其他实施方式中,钝化层335包括二氧化硅。
作用于可移动电极305的声学和环境压力造成可移动电极305在箭头345和350的方向上的移动。可移动电极305相对于静止电极310的移动造成可移动电极305与静止电极310之间的电容中的改变。这一改变电容生成指示作用于可移动电极305的声学和环境压力的电信号。
图4为图3中的区域340的放大的视图。经掺杂的区325被注入在半导体基板315中,使得其与第一绝缘层320接触。经掺杂的区325电耦合到可移动电极305。半导体基板315包含P型多数载流子并且经掺杂的区325包含N型多数载流子。在一些实施方式中,经掺杂的区325包含浓度大致为1×1016cm-3的N型多数载流子。在一些实施方式中,半导体基板315包含N型多数载流子并且经掺杂的区325包含P型多数载流子。在一些实施方式中,经掺杂的区325包含浓度大致为1×1016cm-3的P型多数载流子。经掺杂的区325防止非绝缘颗粒345在可移动电极305与半导体基板315之间的间隙350中创建泄漏路径。P型多数载流子包括例如硼、铝和周期表中的任何其他III族元素。N型多数载流子包括例如磷、砷和周期表中的任何其他V族元素。
经掺杂的区325的深度和多数载流子的浓度影响经掺杂的区325能够防止漏电的最大的电压和非绝缘颗粒尺寸。例如,包含N型多数载流子的12微米深的经掺杂的区325能够防止高达100伏特的漏电。在图4中,非绝缘颗粒345的尺寸太小而无法在可移动电极305与半导体基板315之间创建泄漏路径。图5图示足够大以在可移动电极305与半导体基板315之间创建泄漏路径的非绝缘颗粒355。
在一些实施方式中,除了其他组件以外,MEMS麦克风600包括可移动电极605、静止电极610、半导体基板615、第一绝缘层620、经掺杂的区625、IMD层630、钝化层635以及第二绝缘层640,如图6中所图示。可移动电极605被电耦合到经掺杂的区625。第一绝缘层620包括场氧化物。第二绝缘层包括绝缘体上硅(“SOI”)晶片。第二绝缘层640沉积在半导体基板615与经掺杂的区625之间。第二绝缘层640在半导体基板615与经掺杂的区625之间提供电隔离。半导体基板615和经掺杂的区625两者包含P型多数载流子。在一些实施方式中,半导体基板615和经掺杂的区625两者包含N型多数载流子。
在一些实施方式中,除了其他组件以外,MEMS麦克风700包括可移动电极705、静止电极710、半导体基板715、第一绝缘层720、经掺杂的区725、IMD层730、钝化层735以及第二绝缘层740,如图7中所图示。可移动电极705电耦合到经掺杂的区725。第一绝缘层720包括场氧化物。第二绝缘层740包括SOI晶片。半导体基板715包含P型多数载流子并且经掺杂的区725包含N型多数载流子。在一些实施方式中,半导体基板715包含N型多数载流子并且经掺杂的区725包含P型多数载流子。
在一些实施方式中,除了其他组件以外,MEMS麦克风800包括可移动电极805、静止电极810、半导体基板815、第一绝缘层820、经掺杂的区825、IMD层830、钝化层835以及专用集成电路(“ASIC”)840,如图8中所图示。可移动电极805电耦合到经掺杂的区825。第一绝缘层820包括场氧化物。ASIC 840被集成到MEMS麦克风800中,例如在IMD层830中。ASIC 840被电耦合到经掺杂的区825。经掺杂的区825可以在经掺杂的区825与半导体基板815之间引入寄生物(例如,电容)。在一些实施方式中,ASIC 840被配置为维持(support)所增加的寄生物。在一些实施方式中,ASIC 840与MEMS麦克风800分开,如图9中所图示。
在一些实施方式中,除了其他组件以外,MEMS麦克风1000包括可移动电极1005、静止电极1010、半导体基板1015、第一绝缘层1020、经掺杂的区1025、IMD层1030以及钝化层1035,如图10中所图示。第一绝缘层1020包括场氧化物。静止电极1010与半导体基板1015重叠。可移动电极1005被定位在静止电极1010上方。静止电极1010被电耦合到经掺杂的区1025。IMD层1030被定位在可移动电极1005与静止电极1010之间。钝化层1035被邻近于IMD层1030定位并且被耦合到可移动电极1005。半导体基板1015包含P型多数载流子并且经掺杂的区1025包含N型多数载流子。在一些实施方式中,半导体基板1015包含N型多数载流子并且经掺杂的区1025包含P型多数载流子。
以上讨论的MEMS麦克风针对ASIC过程被设计。经掺杂的区也可以用于针对非ASIC过程被设计的MEMS麦克风1100中。在一些实施方式中,除了其他组件以外,MEMS麦克风1100包括可移动电极1105、静止电极1110、半导体基板1115、第一绝缘层1120、经掺杂的区1125以及IMD层1130,如图11中所图示。可移动电极1105被电耦合到经掺杂的区1125。在一些实施方式中,第一绝缘层1120包括场氧化物。在其他实施例中,第一绝缘层1120包括例如不同类型的氧化物或一种类型的氮化物。可移动电极1105与半导体基板1115重叠。静止电极1110被定位在可移动电极1105上方。IMD层1130被定位在可移动电极1105与静止电极1110之间。IMD层1130包括例如氧化硅或氮化硅。
在一些实施方式中,除了其他组件以外,MEMS麦克风1200包括可移动电极1205、静止电极1210、半导体基板1215、经掺杂的区1225以及IMD层1230,如图12中所图示。可移动电极1205不与半导体基板1215重叠。可移动电极1205被电耦合到经掺杂的区1205。静止电极1210被定位在可移动电极1205上方。IMD层1230被定位在可移动电极1205与静止电极1210之间。可移动电极1205经由IMD层1230在物理上被耦合到静止电极1210。IMD层1230将可移动电极1205与静止电极1210电隔离。在一些实施方式中,IMD层1230包括未经掺杂的正硅酸乙酯。在其他实施方式中,IMD层1230包括例如氧化硅或氮化硅。
因此,除了其他东西以外,本发明提供防止MEMS麦克风中的漏电的系统和方法。本发明的各种特征和优点在所附权利要求中被阐述。
Claims (18)
1.一种MEMS麦克风,包括:
半导体基板;
电极;
第一绝缘层,所述第一绝缘层被形成在所述电极与所述半导体基板之间;以及
经掺杂的区,所述经掺杂的区被注入在所述半导体基板的至少一部分中,
其中,所述半导体基板与所述第一绝缘层接触,并且所述经掺杂的区被电耦合到所述电极,并且
其中,第二绝缘层形成在所述半导体基板与所述经掺杂的区之间。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,其中,所述经掺杂的区包括P型多数载流子并且所述半导体基板包括N型多数载流子。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,其中,所述经掺杂的区包括N型多数载流子并且所述半导体基板包括P型多数载流子。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,其中,所述经掺杂的区包括第一多个多数载流子并且所述半导体基板包括第二多个多数载流子,并且其中所述第一多个多数载流子和所述第二多个多数载流子包括从由P型多数载流子和N型多数载流子构成的组中选择的至少一种类型的多数载流子。
5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风,其中,所述第一多个多数载流子是与所述第二多个多数载流子相同类型的多数载流子。
6.根据权利要求4所述的MEMS麦克风,其中,所述第一多个多数载流子是与所述第二多个多数载流子不同类型的多数载流子。
7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,其中,所述电极包括从由可移动电极和静止电极构成的组中选择的至少一种类型的电极。
8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,还包括专用集成电路,其中所述经掺杂的区被电耦合到所述专用集成电路。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,其中,所述经掺杂的区被电耦合到在所述MEMS麦克风外部的专用集成电路。
10.一种用于防止MEMS麦克风中的漏电的方法,所述方法包括:
在半导体基板与电极之间形成第一绝缘层;
将经掺杂的区注入到所述半导体基板中,使得所述经掺杂的区被提供在其中所述半导体基板与所述第一绝缘层接触的所述半导体基板的至少一部分中;
将所述电极电耦合到所述经掺杂的区;以及
在所述半导体基板与所述经掺杂的区之间形成第二绝缘层。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括将P型多数载流子注入到所述经掺杂的区中以及将N型多数载流子注入到所述半导体基板中。
12.根据权利要求10所述的方法,还包括将N型多数载流子注入到所述经掺杂的区中以及将P型多数载流子注入到所述半导体基板中。
13.根据权利要求10所述的方法,还包括将第一多个多数载流子注入到所述经掺杂的区中以及将第二多个多数载流子注入到所述半导体基板中,其中所述第一多个多数载流子和所述第二多个多数载流子包括从由P型多数载流子和N型多数载流子构成的组中选择的至少一种类型的多数载流子。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述第一多个多数载流子是与所述第二多个多数载流子相同类型的多数载流子。
15.根据权利要求13所述的方法,其中,所述第一多个多数载流子是与所述第二多个多数载流子不同类型的多数载流子。
16.根据权利要求10所述的方法,其中,所述电极包括从由可移动电极和静止电极构成的组中选择的至少一种类型的电极。
17.根据权利要求10所述的方法,还包括将所述经掺杂的区电耦合到在所述MEMS麦克风内部的专用集成电路。
18.根据权利要求10所述的方法,还包括将所述经掺杂的区电耦合到在所述MEMS麦克风外部的专用集成电路。
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