CN108124227B - 麦克风及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种麦克风及其制造方法，涉及半导体技术领域。该麦克风包括：衬底，该衬底形成有贯穿衬底的开口；位于该衬底上覆盖开口的第一电极板层；在该衬底上的支撑结构层，该支撑结构层包括：用于附接第二电极板层的电极附接部和用于阻挡第一电极板层与第二电极板层接触的阻挡部，该支撑结构层、第一电极板层和衬底形成空腔；以及位于阻挡部的靠近第一电极板层的表面上的导电材料层，其中该导电材料层与该第二电极板层隔离开。本发明可以减少麦克风的电极板层上的电荷，减小漏电流，从而可以提高麦克风的器件性能。

Description

麦克风及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种麦克风及其制造方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，电子产品越来越趋向于往微型化及薄型化的方向进行设计。在电声领域的产品中，麦克风是一种把声音能量转化为电能的传感器件。电容器MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)麦克风的原理是通过声压引起振动模的振动，进而改变电容。麦克风的主要结构有振动模、空腔和背板等。
MEMS麦克风漏电流的测试方法是在电容两极板施加电压，测试两极板之间的电流，该电流称为漏电流(leakage)。如图1所示，在电容的第一电极板(其为麦克风的振动膜)101和第二电极板102 之间施加电压，测试漏电流。该漏电流的电流值越小，说明两极板之间的绝缘性越好，麦克风的性能越好。
发明内容
本发明的发明人发现，麦克风的电极板上有电荷存在，导致电容的漏电流较大，从而导致麦克风的性能较差。
本发明的一个实施例的目的之一是：提供一种麦克风。本发明的一个实施例的目的之一是：提供一种麦克风的制造方法。本发明可以减少电极板上的电荷，减小漏电流，从而提高麦克风的性能。
根据本发明的第一方面，提供了一种麦克风，包括：
衬底，所述衬底形成有贯穿所述衬底的开口；
位于所述衬底上覆盖所述开口的第一电极板层；
在所述衬底上的支撑结构层，所述支撑结构层包括：用于附接第二电极板层的电极附接部和用于阻挡所述第一电极板层与所述第二电极板层接触的阻挡部，所述支撑结构层、所述第一电极板层和所述衬底形成空腔；以及
位于所述阻挡部的靠近所述第一电极板层的表面上的导电材料层，其中所述导电材料层与所述第二电极板层隔离开。
在一个实施例中，所述导电材料层的材料包括多晶硅、金或铂。
在一个实施例中，所述阻挡部包括与所述电极附接部连接的第一部分和位于所述第一部分下面的第二部分，所述第二部分突出于所述第二电极板层，其中，所述导电材料层至少位于所述第二部分上。
在一个实施例中，所述导电材料层位于所述第二部分上以及所述第一部分的下表面上。
在一个实施例中，所述第二部分的横向宽度小于所述第一部分的横向宽度。
在一个实施例中，所述第一部分的横向宽度的范围为2μm至4μm；所述第二部分的横向宽度的范围为1μm至2μm。
在一个实施例中，所述麦克风还包括：位于所述电极附接部的靠近所述第一电极板层的表面上的所述第二电极板层。
在一个实施例中，所述第二电极板层形成有贯穿所述第二电极板层的第一通孔；所述支撑结构层形成有贯穿所述支撑结构层且与所述第一通孔相对准的第二通孔；其中，所述第一通孔与所述第二通孔一起作为贯穿所述第二电极板层和所述支撑结构层并且到所述空腔的通孔。
在一个实施例中，所述衬底的材料包括硅；所述第一电极板层和所述第二电极板层的材料分别包括多晶硅；所述支撑结构层的材料包括氮化硅。
在一个实施例中，所述支撑结构层形成有露出所述第一电极板层的第三通孔和露出所述第二电极板层的第四通孔。
在一个实施例中，所述麦克风还包括：至少形成在所述第三通孔中与所述第一电极板层接触的第一连接件；以及至少形成在所述第四通孔中与所述第二电极板层接触的第二连接件。
在一个实施例中，所述第一电极板层形成有向所述衬底凸起的凸起部。
根据本发明的第一方面，提供了一种麦克风的制造方法，包括：
提供半导体结构，所述半导体结构包括：衬底，在所述衬底上的第一牺牲层，在所述第一牺牲层上的第一电极板层，在所述第一电极板层上的第二牺牲层，所述第二牺牲层形成有第一凹陷；
在所述第二牺牲层上形成图案化的第二电极板层以及至少位于所述第一凹陷中的导电材料层，所述导电材料层与所述第二电极板层隔离开；
在形成所述第二电极板层和所述导电材料层后的半导体结构上形成图案化的支撑结构层，所述支撑结构层包括：用于附接所述第二电极板层的电极附接部和用于阻挡所述第一电极板层与所述第二电极板层接触的阻挡部，所述阻挡部的一部分形成在所述第一凹陷中的导电材料层上；
对所述衬底执行刻蚀以形成开口，所述开口露出所述第一牺牲层下表面的一部分；以及
去除所述第二牺牲层以形成由所述支撑结构层、所述第一电极板层和所述衬底形成的空腔，以及去除所述第一牺牲层的一部分。
在一个实施例中，所述导电材料层的材料包括多晶硅、金或铂。
在一个实施例中，所述阻挡部包括与所述电极附接部连接的第一部分和位于所述第一部分下面的第二部分，所述第二部分突出于所述第二电极板层，其中，所述导电材料层至少位于所述第二部分上。
在一个实施例中，所述导电材料层位于所述第二部分上以及所述第一部分的下表面上。
在一个实施例中，所述第二部分的横向宽度小于所述第一部分的横向宽度。
在一个实施例中，所述第一部分的横向宽度的范围为2μm至4μm；所述第二部分的横向宽度的范围为1μm至2μm。
在一个实施例中，所述第二电极板层和所述导电材料层的材料相同；形成所述第二电极板层和所述导电材料层的步骤包括：在所述第二牺牲层上形成具有导电性能的覆盖层，所述覆盖层的部分形成在所述第一凹陷中；以及对所述覆盖层执行图案化，其中位于所述第二牺牲层上的所述覆盖层的部分作为所述第二电极板层，至少在所述第一凹陷中的所述覆盖层的部分作为所述导电材料层，并且使得所述导电材料层与所述第二电极板层隔离开。
在一个实施例中，在所述第二牺牲层上形成图案化的第二电极板层的步骤中，所述第二电极板层形成有贯穿所述第二电极板层的第一通孔；在形成所述支撑结构层的步骤中，所述支撑结构层形成有贯穿所述支撑结构层且与所述第一通孔相对准的第二通孔；其中，所述第一通孔与所述第二通孔一起作为贯穿所述第二电极板层和所述支撑结构层并且到所述第二牺牲层的通孔。
在一个实施例中，在形成所述支撑结构层的步骤中，所述支撑结构层还形成有露出所述第一电极板层的第三通孔和露出所述第二电极板层的第四通孔；在对所述衬底执行刻蚀以形成开口之前，所述制造方法还包括：至少在所述第三通孔中形成与所述第一电极板层接触的第一连接件；以及至少在所述第四通孔中形成与所述第二电极板层接触的第二连接件。
在一个实施例中，所述衬底的材料包括硅；所述第一电极板层和所述第二电极板层的材料分别包括多晶硅；所述支撑结构层的材料包括氮化硅。
在一个实施例中，提供半导体结构的步骤包括：提供衬底；在所述衬底上形成图案化的第一牺牲层；在所述第一牺牲层上形成图案化的第一电极板层；在所述第一电极板层上形成第二牺牲层；以及对所述第二牺牲层进行图案化以形成第一凹陷。
在一个实施例中，在形成所述第一电极板层的步骤中，所述第一电极板层形成有向所述衬底凸起的凸起部。
在一个实施例中，所述第一牺牲层包括：位于所述衬底上的第一部分牺牲层和位于所述第一部分牺牲层上的第二部分牺牲层；在所述衬底上形成图案化的第一牺牲层的步骤包括：在所述衬底上形成第一部分牺牲层；对所述第一部分牺牲层执行图案化以形成露出所述衬底的第二凹陷；在所述第一部分牺牲层上形成第二部分牺牲层，其中所述第二部分牺牲层的部分形成在所述第二凹陷中从而使得所述第二部分牺牲层形成有第三凹陷；以及对所述第二部分牺牲层和所述第一部分牺牲层进行刻蚀以形成露出所述衬底并且间隔开的多个第四凹陷；其中，在后续的形成第一电极板层的步骤中，所述第一电极板层的部分形成在所述第三凹陷中从而使得所述第一电极板层形成面向所述衬底的凸起部。
在一个实施例中，所述第二牺牲层包括：在所述第一电极板层上的第三部分牺牲层和在所述第三部分牺牲层上的第四部分牺牲层；形成所述第二牺牲层的步骤包括：在所述第一电极板层上形成第三部分牺牲层；对所述第三部分牺牲层执行图案化以形成露出所述第一电极板层的第五凹陷；以及在所述第三部分牺牲层上形成第四部分牺牲层，所述第四部分牺牲层的部分形成在所述第五凹陷中从而使得所述第四部分牺牲层形成有第一凹陷。
在一个实施例中，所述第二牺牲层还包括：至少位于所述第四部分牺牲层的表面上的第五部分牺牲层；形成所述第二牺牲层的步骤还包括：在至少所述第四部分牺牲层的表面上形成所述第五部分牺牲层，所述第五部分牺牲层的部分形成在所述第一凹陷的底部和侧壁上；其中，在形成所述第二电极板层和所述导电材料层的步骤中，所述第二电极板层和所述导电材料层形成在所述第五部分牺牲层上。
在一个实施例中，在形成所述支撑结构层之前，所述方法还包括：在所述第二电极板层的侧表面上形成间隔物。
本发明中，在麦克风的结构中包括了阻挡部，该阻挡部可以防止第一电极板层(即振动膜)在振动时与第二电极板层接触，从而可以保护第一电极板层。由于在阻挡部上形成了导电材料层，因此在第一电极板层振动的过程中，该第一电极板层被阻挡部顶住时，由于尖端集电原理，第一电极板层上的电荷会被收集到阻挡部上的导电材料层上。当第一电极板层与阻挡部分开时，被收集在导电材料层上的电荷由于尖端放电原理而被释放出，从而可以减小麦克风电容器的电极板上的电荷，减小漏电流，从而可以提高器件性能。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1是示意性地示出现有技术中测试MEMS麦克风漏电流的电路连接示意图。
图2是示出根据本发明一个实施例的麦克风的制造方法的流程图。
图3A至图3G是示意性地示出根据本发明一个实施例的麦克风的制造过程中若干阶段的结构的横截面示意图。
图4A至图4C是示意性地示出根据本发明一个实施例的形成图 3A所示的半导体结构的若干阶段的结构的横截面示意图。
图5A至图5O是示意性地示出根据本发明另一个实施例的麦克风的制造过程中若干阶段的结构的横截面示意图。
图6是示意性地示出根据本发明一个实施例的用于光刻的掩模版的部分的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明的发明人发现，麦克风的电极板上有电荷存在，例如电极板上有带电荷(比如静电荷)的缺陷，导致电容的漏电流较大，从而导致麦克风的性能较差。为了减少电极板上的电荷，本发明提供了下面的方案。
图2是示出根据本发明一个实施例的麦克风的制造方法的流程图。图3A至图3G是示意性地示出根据本发明一个实施例的麦克风的制造过程中若干阶段的结构的横截面示意图。下面结合图2、图3A 至图3G来详细描述根据本发明一个实施例的麦克风的制造过程。
如图2所示，在步骤S202，提供半导体结构，该半导体结构包括：衬底，在该衬底上的第一牺牲层，在该第一牺牲层上的第一电极板层，在该第一电极板层上的第二牺牲层，该第二牺牲层形成有第一凹陷。
图3A是示意性地示出了根据本发明一个实施例的麦克风的制造过程中在步骤S202的结构的横截面示意图。如图3A所示，提供半导体结构，该半导体结构可以包括：衬底301，在该衬底301上的第一牺牲层311，在该第一牺牲层311上的第一电极板层321，在该第一电极板层321上的第二牺牲层312。该第二牺牲层312形成有第一凹陷331。该衬底301的材料例如可以包括硅。该第一牺牲层311的材料例如可以包括二氧化硅。该第一电极板层321的材料例如可以包括多晶硅。该第二牺牲层312的材料例如可以包括二氧化硅。关于该半导体结构的形成过程将在后面详细描述。
回到图2，在步骤S204，在第二牺牲层上形成图案化的第二电极板层以及至少位于第一凹陷中的导电材料层，该导电材料层与该第二电极板层隔离开。
图3B是示意性地示出了根据本发明一个实施例的麦克风的制造过程中在步骤S204的结构的横截面示意图。如图3B所示，在第二牺牲层312上形成图案化的第二电极板层322以及至少位于第一凹陷 331中的导电材料层323。该导电材料层323与该第二电极板层322 隔离开。该第二电极板层322的材料例如可以包括多晶硅。该导电材料层323的材料例如可以包括：多晶硅、金或铂等。本领域技术人员可以理解，导电材料层的材料还可以为其他不溶于酸的金属材料。在一个实施例中，导电材料层可以形成在第一凹陷的底部和侧壁上。在另一个实施例中，导电材料层还可以延展到第二牺牲层312的顶表面上，如图3B所示。
在一个实施例中，第二电极板层322和导电材料层323的材料可以相同。在一个实施例中，形成第二电极板层和导电材料层的步骤可以包括：例如通过沉积工艺在第二牺牲层312上形成具有导电性能的覆盖层，该覆盖层的部分形成在第一凹陷中。可选地，该形成第二电极板层和导电材料层的步骤还可以包括：对该覆盖层执行图案化，其中位于第二牺牲层上的覆盖层的部分作为第二电极板层，至少在第一凹陷中的覆盖层的部分作为导电材料层，并且使得该导电材料层与该第二电极板层隔离开。相比现有技术，该实施例可以不增加光罩的数量，因而可以不增加制造成本，便于规模量产。
在一个实施例中，可以采用图6所示的掩模版执行光刻和刻蚀以对上面所述的覆盖层进行图案化。在形成上述覆盖层后，通过图6所示的掩模版，将未被掩模版遮挡的部分覆盖层刻蚀去除，留下被掩模版遮挡的部分覆盖层，从而形成第二电极板层和导电材料层。这里，该掩模版的一部分622用于图案化得到第二电极板层322，该掩模版的另一部分623用于形成图案化的导电材料层323。其中，该部分623 的第一部分6231用于图案化得到导电材料层323在第二牺牲层312 上外延的部分，该部分623的第二部分6232用于图案化得到导电材料层323在第一凹陷中的部分。需要说明的是，图6中的虚线仅是为了说明的方便，并不代表掩模版存在该虚线。
在另一个实施例中，第二电极板层322和导电材料层323的材料可以不同。在另一个实施例中，形成第二电极板层和导电材料层的步骤可以包括：在第二牺牲层312上分别形成图案化的第二电极板层 322和导电材料层323。
在本发明一个实施例中，如图3B所示，在第二牺牲层312上形成图案化的第二电极板层322的步骤中，该第二电极板层322形成有贯穿该第二电极板层的第一通孔341。该第一通孔341露出第二牺牲层312的部分顶表面。
回到图2，在步骤S206，在形成第二电极板层和导电材料层后的半导体结构上形成图案化的支撑结构层，该支撑结构层包括：用于附接第二电极板层的电极附接部和用于阻挡第一电极板层与第二电极板层接触的阻挡部(stopper)，该阻挡部的一部分形成在第一凹陷中的导电材料层上。
图3D是示意性地示出了根据本发明一个实施例的麦克风的制造过程中在步骤S206的结构的横截面示意图。如图3D所示，在形成第二电极板层322和导电材料层323后的半导体结构上形成图案化的支撑结构层350。该支撑结构层350可以包括：用于附接第二电极板层 322的电极附接部351和用于阻挡第一电极板层321与第二电极板层 322接触的阻挡部352。该阻挡部352的一部分形成在第一凹陷331 中的导电材料层323上。该支撑结构层350的材料例如可以包括氮化硅。
在一个实施例中，如图3D所示，该阻挡部352可以包括与电极附接部351连接的第一部分3521和位于该第一部分3521下面的第二部分3522。第二部分3522突出于第二电极板层322，其中，导电材料层323可以至少位于该第二部分上。例如，该导电材料层可以位于第二部分上以及第一部分的下表面上。
需要说明的是，虽然图3D所示结构的横截面图中没有示出第一部分3521与电极附接部351连接，但是本领域技术人员应该理解，在图中未示出的部分，第一部分3521与电极附接部351可以连接起来。
在一个实施例中，如图3D所示，第二部分3522的横向宽度小于第一部分3521的横向宽度。例如，第一部分3521的横向宽度的范围可以为2μm至4μm，例如可以为3μm。例如，第二部分3522的横向宽度的范围可以为1μm至2μm，例如可以为1.5μm。
在一个实施例中，在形成支撑结构层的步骤中，如图3D所示，该支撑结构层350形成有贯穿该支撑结构层且与第一通孔341相对准的第二通孔342。其中，第一通孔341与第二通孔342一起作为贯穿第二电极板层322和支撑结构层350并且到第二牺牲层312的通孔340。
需要说明的是，附图中的第一通孔和第二通孔仅是示意性的，在一些实施例中，第二通孔(例如第二通孔342)的横向宽度(或直径) 大于第一通孔(第一通孔341)的横向宽度(或直径)，这样有利于减小或克服制造工艺的偏差等。
在一个实施例中，在形成支撑结构层的步骤中，该支撑结构层350 还形成有露出第一电极板层321的第三通孔343和露出第二电极板层 322的第四通孔344。
关于形成支撑结构层的过程可以结合图3C和图3D来描述。在一个实施例中，形成支撑结构层的步骤可以包括：如图3C所示，例如通过沉积工艺在图3B所示的结构上形成支撑结构层350。可选地，该形成支撑结构层的步骤还可以包括：对该支撑结构层350执行刻蚀以形成图3D所示的结构。
回到图2，在步骤S208，对衬底执行刻蚀以形成开口，该开口露出第一牺牲层下表面的一部分。
图3F是示意性地示出了根据本发明一个实施例的麦克风的制造过程中在步骤S208的结构的横截面示意图。如图3F所示，对衬底301 执行刻蚀以形成开口390，该开口390露出第一牺牲层311下表面的一部分。
在一个实施例中，在对衬底执行刻蚀以形成开口之前，所述制造方法还可以包括：如图3E所示，至少在第三通孔343中形成与第一电极板层321接触的第一连接件361；以及至少在第四通孔344中形成与第二电极板层322接触的第二连接件362。接下来对衬底执行刻蚀以形成开口，形成图3F所示的结构。在一个实施例中，如图3E所示，在第三通孔343的底部和侧壁上形成第一连接件361，该第一连接件还可以延展到支撑结构层350的顶表面上。在一个实施例中，如图3E所示，在第四通孔344的底部和侧壁上形成第二连接件362，该第二连接件还可以延展到支撑结构层350的顶表面上。该第一连接件和该第二连接件的材料例如可以分别包括诸如铜或钨等金属。
回到图2，在步骤S210，去除第二牺牲层以形成由支撑结构层、第一电极板层和衬底形成的空腔，以及去除第一牺牲层的一部分。
图3G是示意性地示出了根据本发明一个实施例的麦克风的制造过程中在步骤S210的结构的横截面示意图。如图3G所示，例如通过 BOE(Buffered Oxide Etch，缓冲氧化物刻蚀)工艺去除第二牺牲层 312以形成由支撑结构层350、第一电极板层321和衬底301形成的空腔370，以及去除第一牺牲层311的一部分。例如，可以以氢氟酸作为刻蚀液，从通孔340注入来去除第二牺牲层312，从而形成空腔370，以及从开口390注入来去除第一牺牲层311的一部分。
至此，提供了根据本发明一个实施例的麦克风的制造方法。
在一个实施例中，在形成支撑结构层之前，所述制造方法还可以包括：在第二电极板层的侧表面上形成间隔物。
通过上述制造方法，还形成了根据本发明一个实施例的麦克风。如图3G所示，该麦克风可以包括衬底301，该衬底301形成有贯穿该衬底的开口390。该衬底的材料例如可以包括硅。该麦克风还可以包括：位于衬底301上覆盖开口390的第一电极板层(该第一电极板层可以作为振动膜)321。该第一电极板层的材料例如可以包括多晶硅。该麦克风还可以包括：在衬底301上的支撑结构层350。该支撑结构层的材料例如可以包括氮化硅。该支撑结构层350可以包括：用于附接第二电极板层322的电极附接部351和用于阻挡第一电极板层321与第二电极板层322接触的阻挡部352。该支撑结构层350、该第一电极板层321和该衬底301形成空腔(该空腔可以作为振动腔)370。该麦克风还可以包括：位于阻挡部352的靠近第一电极板层321的表面上的导电材料层323。其中该导电材料层323与第二电极板层322隔离开。例如，该导电材料层的材料可以包括多晶硅、金或铂等。可选地，该麦克风还可以包括：位于电极附接部351的靠近第一电极板层 321的表面上的第二电极板层322。该第二电极板层的材料例如可以包括多晶硅。
在该实施例中，在麦克风的结构中包括了阻挡部，该阻挡部可以防止第一电极板层(即振动膜)在振动时与第二电极板层接触，从而可以保护第一电极板层。由于在阻挡部上形成了导电材料层，因此在第一电极板层振动的过程中，该第一电极板层被阻挡部顶住时，由于尖端集电原理，第一电极板层上的电荷会被收集到阻挡部上的导电材料层上。当第一电极板层与阻挡部分开时，被收集在导电材料层上的电荷由于尖端放电原理而被释放出，从而可以减小麦克风电容器的电极板上的电荷，减小漏电流，从而可以提高器件性能。
在忽略重力的影响下，在对本发明的麦克风外加偏压的情况下，麦克风的电容器的第一电极板层和第二电极板层由于电场的作用相互吸引而发生形变，当两极板的电压达到吸合电压(例如吸合电压为 18V)时，第一电极板层将顶住阻挡部。一般情况下，在外加电压(例如20V)大于吸合电压(18V)的情况下测试漏电流。本发明的发明人研究发现，相比现有技术的麦克风，本发明的麦克风的漏电流降低很多，例如可以降低到现有技术麦克风的漏电流的30％至66％，因此可以极大地提高麦克风的器件性能，也可以提高器件的良率。
在一个实施例中，如图3G所示，阻挡部352可以包括与电极附接部351连接(图中未示出)的第一部分3521和位于该第一部分3521 下面的第二部分3522。该第二部分3522突出于第二电极板层322，其中，导电材料层323至少位于第二部分3522上。例如，该导电材料层323可以位于第二部分3522上以及第一部分3521的下表面上。
在一个实施例中，如图3G所示，第二部分3522的横向宽度小于第一部分3521的横向宽度。这样更利于尖端集电和放电的实现。例如，第一部分3521的横向宽度的范围可以为2μm至4μm，例如可以为3μm。例如，第二部分3522的横向宽度的范围可以为1μm至2μm，例如可以为1.5μm。
在一个实施例中，如图3G所示，第二电极板层322形成有贯穿该第二电极板层的第一通孔341。在一个实施例中，如图3G所示，支撑结构层350形成有贯穿该支撑结构层且与第一通孔341相对准的第二通孔342。其中，该第一通孔341与该第二通孔342一起作为贯穿第二电极板层322和支撑结构层350并且到空腔370的通孔340。该通孔340可以用作麦克风的声孔。
在一个实施例中，如图3G所示，该支撑结构层350形成有露出第一电极板层321的第三通孔343和露出第二电极板层322的第四通孔344。
在一个实施例中，如图3G所示，该麦克风还可以包括：至少形成在第三通孔343中与第一电极板层321接触的第一连接件361；以及至少形成在第四通孔344中与第二电极板层322接触的第二连接件 362。在一个实施例中，如图3G所示，该第一连接件361可以形成在第三通孔343的底部和侧壁上。该第一连接件361还可以延展到支撑结构层350的顶表面上。在一个实施例中，如图3G所示，第二连接件362可以形成在第四通孔344的底部和侧壁上。该第二连接件362 还可以延展到支撑结构层350的顶表面上。该第一连接件和该第二连接件的材料例如可以分别包括诸如铜或钨等金属。
在一个实施例中，如图3G所示，该麦克风还可以包括：位于衬底301与第一电极板层321之间的第一牺牲层311。该第一牺牲层的材料例如可以包括二氧化硅。
图4A至图4C是示意性地示出根据本发明一个实施例的形成图 3A所示的半导体结构的若干阶段的结构的横截面示意图。下面结合图4A至图4C以及图3A详细说明形成半导体结构的过程。提供半导体结构的步骤可以包括以下步骤。
首先，如图4A所示，提供衬底301。该衬底301可以为硅衬底。
接下来，如图4A所示，在衬底301上形成图案化的第一牺牲层 311。例如，先通过例如沉积工艺在衬底301上形成第一牺牲层311，然后对该第一牺牲层311执行刻蚀以形成图4A所示的图案化的第一牺牲层311。
接下来，如图4B所示，在第一牺牲层311上形成图案化的第一电极板层321。例如，先通过例如沉积工艺在如4A所示的结构上形成第一电极板层321，然后对该第一电极板层321执行刻蚀以形成图4B 所示的图案化的第一电极板层321。
接下来，如图4C所示，(例如通过沉积工艺)在第一电极板层 321上形成第二牺牲层312。
接下来，如图3A所示，(例如通过光刻和刻蚀工艺)对第二牺牲层312进行图案化以形成第一凹陷331。
至此，提供了形成图3A所示的半导体结构的制造方法。
在一个实施例中，在形成第一电极板层的步骤中，该第一电极板层形成有向衬底凸起的凸起部。
在一个实施例中，第一牺牲层可以包括：位于衬底上的第一部分牺牲层和位于第一部分牺牲层上的第二部分牺牲层。在一个实施例中，在衬底上形成图案化的第一牺牲层的步骤可以包括：在衬底上形成第一部分牺牲层。可选地，该步骤还可以包括：对该第一部分牺牲层执行图案化以形成露出衬底的第二凹陷。可选地，该步骤还可以包括：在该第一部分牺牲层上形成第二部分牺牲层，其中该第二部分牺牲层的部分形成在第二凹陷中从而使得第二部分牺牲层形成有第三凹陷。可选地，该步骤还可以包括：对第二部分牺牲层和第一部分牺牲层进行刻蚀以形成露出衬底并且间隔开的多个第四凹陷。其中，在后续的形成第一电极板层的步骤中，第一电极板层的部分形成在第三凹陷中从而使得第一电极板层形成面向衬底的凸起部。
在一个实施例中，第二牺牲层可以包括：在第一电极板层上的第三部分牺牲层和在该第三部分牺牲层上的第四部分牺牲层。在一个实施例中，形成第二牺牲层的步骤可以包括：在第一电极板层上形成第三部分牺牲层。可选地，该步骤还可以包括：对第三部分牺牲层执行图案化以形成露出第一电极板层的第五凹陷。可选地，该步骤还可以包括：在第三部分牺牲层上形成第四部分牺牲层，该第四部分牺牲层的部分形成在第五凹陷中从而使得该第四部分牺牲层形成有第一凹陷。
在一个实施例中，第二牺牲层还可以包括：至少位于第四部分牺牲层的表面上的第五部分牺牲层。在一个实施例中，形成第二牺牲层的步骤还可以包括：在至少第四部分牺牲层的表面上形成第五部分牺牲层，该第五部分牺牲层的部分形成在第一凹陷的底部和侧壁上；其中，在形成第二电极板层和导电材料层的步骤中，该第二电极板层和该导电材料层形成在第五部分牺牲层上。
图5A至图5O是示意性地示出根据本发明另一个实施例的麦克风的制造过程中若干阶段的结构的横截面示意图。下面结合图5A至图5O详细描述根据本发明另一个实施例的麦克风的制造过程。
首先，如图5A，提供衬底501。该衬底501可以为硅衬底。
接下来，如图5A所示，(例如通过沉积工艺)在衬底501上形成第一部分牺牲层(例如二氧化硅)5111。然后，(例如通过光刻和刻蚀工艺)对该第一部分牺牲层5111执行图案化以形成露出衬底的第二凹陷532。
接下来，如图5B所示，(例如通过沉积工艺)在第一部分牺牲层5111上形成第二部分牺牲层(例如二氧化硅)5112。其中该第二部分牺牲层5112的部分形成在第二凹陷532中从而使得该第二部分牺牲层形成有第三凹陷533。在该步骤中，该第一部分牺牲层5111和该第二部分牺牲层5112可以一起作为第一牺牲层511。
接下来，如图5C所示，对第二部分牺牲层5112和第一部分牺牲层5111进行刻蚀以形成露出衬底并且间隔开的多个第四凹陷534。
接下来，如图5D所示，(例如通过沉积工艺)在第二部分牺牲层5112上形成图案化的第一电极板层521。在该步骤中，该第一电极板层521的部分形成在第三凹陷533中从而使得该第一电极板层形成面向衬底的凸起部5211。此外，在该步骤中，该第一电极板层521的部分还形成在第四凹陷534中从而将第一牺牲层511的一些部分与该第一牺牲层的其他部分隔离。
接下来，如图5E所示，(例如通过沉积工艺)在第一电极板层 521上形成第三部分牺牲层(例如二氧化硅)5121。
接下来，如图5F所示，(例如通过光刻和刻蚀工艺)对该第三部分牺牲层5121执行图案化以形成露出第一电极板层的第五凹陷535。
接下来，如图5G所示，(例如通过沉积工艺)在第三部分牺牲层5121上形成第四部分牺牲层(例如二氧化硅)5122。该第四部分牺牲层5122的部分形成在第五凹陷535中从而使得该第四部分牺牲层形成有第一凹陷531。可选地，还可以(例如通过光刻和刻蚀工艺)对该第四部分牺牲层5122执行图案化以露出第一电极板层521的部分和衬底501的部分。在该步骤中，该第三部分牺牲层5121和该第四部分牺牲层5122可以一起作为第二牺牲层512。
接下来，如图5H所示，在至少第四部分牺牲层5122的表面上形成第五部分牺牲层(例如二氧化硅)5123。该第五部分牺牲层的部分形成在第一凹陷531的底部和侧壁上。该第五部分牺牲层5123的厚度可以为几千埃，例如可以为
Figure BDA0001164585170000161
在该步骤中，该第三部分牺牲层5121、该第四部分牺牲层5122和该第五部分牺牲层5123可以一起作为第二牺牲层512。该第五部分牺牲层可以减小在后续刻蚀步骤对第四部分牺牲层5122的损害，也可以减小后续刻蚀步骤对衬底的损害。
接下来，如图5I所示，在第五部分牺牲层5123上形成图案化的第二电极板层522以及至少位于第一凹陷531中的导电材料层523，该导电材料层523与该第二电极板层522隔离开。在该步骤中，该第二电极板层522形成有贯穿该第二电极板层的第一通孔541。该第一通孔541露出第五部分牺牲层5123的部分顶表面。
接下来，如图5J所示，在第二电极板层522的侧表面上形成间隔物581。可选地，在该步骤中，还可以在导电材料层的侧表面上形成间隔物581。在本发明的实施例中，在形成间隔物的过程中还可以去除位于衬底501、第一牺牲层511、第一电极板层521、第三部分牺牲层5121和第四部分牺牲层5122上的第五部分牺牲层5123的一部分。
接下来，如图5K所示，例如通过沉积工艺在图5J所示的结构上形成支撑结构层550。
接下来，如图5L所示，对该支撑结构层550执行刻蚀以形成图案化的支撑结构层。该支撑结构层550可以包括：用于附接第二电极板层522的电极附接部551和用于阻挡第一电极板层521与第二电极板层522接触的阻挡部552。该阻挡部552可以包括与电极附接部551连接(图中未示出)的第一部分5521和位于该第一部分5521下面的第二部分5522。该支撑结构层550可以形成有贯穿该支撑结构层且与第一通孔541相对准的第二通孔542。其中，第一通孔541与第二通孔542一起作为贯穿第二电极板层522和支撑结构层550并且到第二牺牲层512的通孔540。该支撑结构层550还可以形成有露出第一电极板层521的第三通孔543和露出第二电极板层522的第四通孔 544。
接下来，如图5M所示，至少在第三通孔543中形成与第一电极板层521接触的第一连接件561；以及至少在第四通孔544中形成与第二电极板层522接触的第二连接件562。
接下来，如图5N所示，对衬底501执行刻蚀以形成开口590，该开口590露出第一部分牺牲层5111下表面的一部分。该开口590可以包括靠近第一电极板层521的第一部分开口591和在该第一部分开口 591下面的第二部分开口592。在一个实施例中，第一部分开口591的宽度小于第二部分开口592的宽度。
接下来，如图5O所示，(例如通过BOE工艺)去除第二牺牲层 512以形成由支撑结构层550、第一电极板层521和衬底501形成的空腔570，以及去除第一牺牲层511的一部分。
至此提供了根据本发明另一个实施例的麦克风的制造方法。
通过上述制造方法，还形成了根据本发明另一个实施例的麦克风。如图5O所示，该麦克风可以包括：衬底501、第一电极板层521、第二电极板层522、支撑结构层550、导电材料层523、第一连接件561 和第二连接件562。这些结构及其所包含的结构具有分别与图3G中的衬底301、第一电极板层321、第二电极板层322、支撑结构层350、导电材料层323、第一连接件361和第二连接件362相同或相似的结构部分。关于相同或相似的结构部分这里不再赘述。下面仅对这些结构中与图3G不同的结构部分进行说明。
在一个实施例中，如图5O所示，第一电极板层521形成有向衬底501凸起的凸起部5211。该凸起部可以防止在第一电极板层振动过程中与衬底粘连，保护第一电极板层。
在一个实施例中，如图5O所示，第一电极板层521形成有与衬底501接触的部分。该部分将第一牺牲层511的部分隔离起来，从而可以在去除第一牺牲层的一部分的步骤中保留该部分的第一牺牲层。
在一个实施例中，如图5O所示，衬底501形成有贯穿该衬底的开口590。该开口590可以包括靠近第一电极板层521的第一部分开口591和在该第一部分开口591下面的第二部分开口592。在一个实施例中，第一部分开口591的宽度小于第二部分开口592的宽度。
在本发明的实施例中，阻挡部可以防止第二电极板层与第一电极板层接触；并且在阻挡部上形成导电材料层，利用导电材料的尖端具有收集电荷和释放电荷的原理，可以减小麦克风电容器的电极板上的电荷，减小漏电流，从而可以提高器件性能，也可以提高器件的良率。
进一步地，第一电极板层的凸起部可以防止在第一电极板层振动过程中与衬底粘连，保护第一电极板层。
进一步地，相比现有技术，本发明的一些实施例可以不增加光罩的数量，因而可以不增加制造成本，便于规模量产。
至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (28)

1.一种麦克风，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底形成有贯穿所述衬底的开口；
位于所述衬底上覆盖所述开口的第一电极板层；
在所述衬底上的支撑结构层，所述支撑结构层包括：用于附接第二电极板层的电极附接部和用于阻挡所述第一电极板层与所述第二电极板层接触的阻挡部，所述支撑结构层、所述第一电极板层和所述衬底形成空腔；
位于所述阻挡部的靠近所述第一电极板层的表面上的导电材料层，其中所述导电材料层与所述第二电极板层隔离开；以及
位于所述衬底与所述第一电极板层之间的第一牺牲层；
其中，所述第一电极板层形成有与所述衬底接触的部分，所述第一电极板层的该部分将第一牺牲层的部分隔离起来。
2.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述导电材料层的材料包括多晶硅、金或铂。
3.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述阻挡部包括与所述电极附接部连接的第一部分和位于所述第一部分下面的第二部分，所述第二部分突出于所述第二电极板层，
其中，所述导电材料层至少位于所述第二部分上。
4.根据权利要求3所述的麦克风，其特征在于，
所述导电材料层位于所述第二部分上以及所述第一部分的下表面上。
5.根据权利要求3所述的麦克风，其特征在于，
所述第二部分的横向宽度小于所述第一部分的横向宽度。
6.根据权利要求3至5任意一项所述的麦克风，其特征在于，
所述第一部分的横向宽度的范围为2μm至4μm；
所述第二部分的横向宽度的范围为1μm至2μm。
7.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，还包括：
位于所述电极附接部的靠近所述第一电极板层的表面上的所述第二电极板层。
8.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述第二电极板层形成有贯穿所述第二电极板层的第一通孔；
所述支撑结构层形成有贯穿所述支撑结构层且与所述第一通孔相对准的第二通孔；
其中，所述第一通孔与所述第二通孔一起作为贯穿所述第二电极板层和所述支撑结构层并且到所述空腔的通孔。
9.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述衬底的材料包括硅；
所述第一电极板层和所述第二电极板层的材料分别包括多晶硅；
所述支撑结构层的材料包括氮化硅。
10.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述支撑结构层形成有露出所述第一电极板层的第三通孔和露出所述第二电极板层的第四通孔。
11.根据权利要求10所述的麦克风，其特征在于，还包括：
至少形成在所述第三通孔中与所述第一电极板层接触的第一连接件；以及
至少形成在所述第四通孔中与所述第二电极板层接触的第二连接件。
12.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述第一电极板层形成有向所述衬底凸起的凸起部。
13.一种麦克风的制造方法，其特征在于，包括：
提供半导体结构，所述半导体结构包括：衬底，在所述衬底上的第一牺牲层，在所述第一牺牲层上的第一电极板层，在所述第一电极板层上的第二牺牲层，所述第二牺牲层形成有第一凹陷；
在所述第二牺牲层上形成图案化的第二电极板层以及至少位于所述第一凹陷中的导电材料层，所述导电材料层与所述第二电极板层隔离开；
在形成所述第二电极板层和所述导电材料层后的半导体结构上形成图案化的支撑结构层，所述支撑结构层包括：用于附接所述第二电极板层的电极附接部和用于阻挡所述第一电极板层与所述第二电极板层接触的阻挡部，所述阻挡部的一部分形成在所述第一凹陷中的导电材料层上；
对所述衬底执行刻蚀以形成开口，所述开口露出所述第一牺牲层下表面的一部分；以及
去除所述第二牺牲层以形成由所述支撑结构层、所述第一电极板层和所述衬底形成的空腔，以及去除所述第一牺牲层的一部分；
其中，所述第一电极板层形成有与所述衬底接触的部分，所述第一电极板层的该部分将第一牺牲层的部分隔离起来。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述导电材料层的材料包括多晶硅、金或铂。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述阻挡部包括与所述电极附接部连接的第一部分和位于所述第一部分下面的第二部分，所述第二部分突出于所述第二电极板层，
其中，所述导电材料层至少位于所述第二部分上。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述导电材料层位于所述第二部分上以及所述第一部分的下表面上。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述第二部分的横向宽度小于所述第一部分的横向宽度。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述第一部分的横向宽度的范围为2μm至4μm；
所述第二部分的横向宽度的范围为1μm至2μm。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述第二电极板层和所述导电材料层的材料相同；
形成所述第二电极板层和所述导电材料层的步骤包括：
在所述第二牺牲层上形成具有导电性能的覆盖层，所述覆盖层的部分形成在所述第一凹陷中；以及
对所述覆盖层执行图案化，其中位于所述第二牺牲层上的所述覆盖层的部分作为所述第二电极板层，至少在所述第一凹陷中的所述覆盖层的部分作为所述导电材料层，并且使得所述导电材料层与所述第二电极板层隔离开。
20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
在所述第二牺牲层上形成图案化的第二电极板层的步骤中，所述第二电极板层形成有贯穿所述第二电极板层的第一通孔；
在形成所述支撑结构层的步骤中，所述支撑结构层形成有贯穿所述支撑结构层且与所述第一通孔相对准的第二通孔；
其中，所述第一通孔与所述第二通孔一起作为贯穿所述第二电极板层和所述支撑结构层并且到所述第二牺牲层的通孔。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，
在形成所述支撑结构层的步骤中，所述支撑结构层还形成有露出所述第一电极板层的第三通孔和露出所述第二电极板层的第四通孔；
在对所述衬底执行刻蚀以形成开口之前，所述制造方法还包括：
至少在所述第三通孔中形成与所述第一电极板层接触的第一连接件；以及
至少在所述第四通孔中形成与所述第二电极板层接触的第二连接件。
22.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述衬底的材料包括硅；
所述第一电极板层和所述第二电极板层的材料分别包括多晶硅；
所述支撑结构层的材料包括氮化硅。
23.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，提供半导体结构的步骤包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成图案化的第一牺牲层；
在所述第一牺牲层上形成图案化的第一电极板层；
在所述第一电极板层上形成第二牺牲层；以及
对所述第二牺牲层进行图案化以形成第一凹陷。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，
在形成所述第一电极板层的步骤中，所述第一电极板层形成有向所述衬底凸起的凸起部。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，
所述第一牺牲层包括：位于所述衬底上的第一部分牺牲层和位于所述第一部分牺牲层上的第二部分牺牲层；
在所述衬底上形成图案化的第一牺牲层的步骤包括：
在所述衬底上形成第一部分牺牲层；
对所述第一部分牺牲层执行图案化以形成露出所述衬底的第二凹陷；
在所述第一部分牺牲层上形成第二部分牺牲层，其中所述第二部分牺牲层的部分形成在所述第二凹陷中从而使得所述第二部分牺牲层形成有第三凹陷；以及
对所述第二部分牺牲层和所述第一部分牺牲层进行刻蚀以形成露出所述衬底并且间隔开的多个第四凹陷；
其中，在后续的形成第一电极板层的步骤中，所述第一电极板层的部分形成在所述第三凹陷中从而使得所述第一电极板层形成面向所述衬底的凸起部。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，
所述第二牺牲层包括：在所述第一电极板层上的第三部分牺牲层和在所述第三部分牺牲层上的第四部分牺牲层；
形成所述第二牺牲层的步骤包括：
在所述第一电极板层上形成第三部分牺牲层；
对所述第三部分牺牲层执行图案化以形成露出所述第一电极板层的第五凹陷；以及
在所述第三部分牺牲层上形成第四部分牺牲层，所述第四部分牺牲层的部分形成在所述第五凹陷中从而使得所述第四部分牺牲层形成有第一凹陷。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，
所述第二牺牲层还包括：至少位于所述第四部分牺牲层的表面上的第五部分牺牲层；
形成所述第二牺牲层的步骤还包括：
在至少所述第四部分牺牲层的表面上形成所述第五部分牺牲层，所述第五部分牺牲层的部分形成在所述第一凹陷的底部和侧壁上；
其中，在形成所述第二电极板层和所述导电材料层的步骤中，所述第二电极板层和所述导电材料层形成在所述第五部分牺牲层上。
28.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在形成所述支撑结构层之前，所述方法还包括：
在所述第二电极板层的侧表面上形成间隔物。
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