CN111225329A - 麦克风及其制备方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种麦克风及其制备方法和电子设备，所述制备方法先提前形成上背极板的周边图形,然后再做保护层的材料沉积,最后形成上背极板传声所需的通孔图形。这种方法，将上背极板侧壁上的保护层和上背极板上的隔离材料层同时形成，由此，可以将现有的上背极板侧壁上的缓冲层+阻挡层的双层保护结构减薄为仅有阻挡层的一层结构，将现有的氮化硅+多晶硅+氮化硅的三层的上背极板结构减薄为氮化硅+多晶硅的双层结构，进而简化工艺，减少麦克风的膜层数量，改善了因薄膜堆叠应力过大带来的晶圆翘曲问题以及因薄膜应力不匹配带来的薄膜剥落问题，保证了麦克风的性能。

Description

麦克风及其制备方法和电子设备

技术领域

本发明涉及麦克风生产制造技术领域，特别涉及一种麦克风及其制备方法和电子设备。

背景技术

MEMS(微型机电系统)麦克风是一种用微机械加工技术制作出来的声电换能器，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着电子设备的小巧化、薄型化发展，MEMS麦克风被越来越广泛地运用到这些设备上。其中一种双背极MEMS麦克风的基本结构包括：一个位于中间的振膜和分居所述振膜两侧的两个背极板，即上背极板(TBP,top back plate)和下背极板(BBP,bottom back plate)，其中，每个所述背极板采用两层氮化硅薄膜之间夹设一层多晶硅薄膜的三明治结构，振膜和每个背极板之间均有空腔，且振膜在两个背极板的空腔之间振动,把声音信号转换成电信号。

现有的双背极MEMS麦克风的制备工艺复杂，薄膜过多,且容易出现因薄膜之间的应力不匹配而造成薄膜剥落的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种麦克风及其制备方法和电子设备，能够简化麦克风的结构和制作工艺，提高麦克风性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种麦克风的制备方法，包括：

提供一具有下背极板、振膜和绝缘层的衬底，所述下背极板和振膜自下而上依次层叠，所述绝缘层覆盖在所述下背极板上并将所述振膜掩埋在内，且所述下背极板与所述振膜之间通过所述绝缘层间隔开；

沉积上背极导电层于所述绝缘层上，并依次刻蚀所述上背极导电层和所述绝缘层，以形成第一接触孔、第二接触孔和沟槽，所述第一接触孔暴露出所述下背极板的部分上表面，所述第二接触孔暴露出所述振膜的部分上表面，所述沟槽的底面位于所述振膜的下方且所述沟槽用于限定出上背极板区域的边界；

形成阻挡层于所述上背极导电层的上表面以及所述第一接触孔、第二接触孔和沟槽的侧壁上；以及，

刻蚀所述上背极板区域中的所述阻挡层和所述上背极导电层，至暴露出所述绝缘层的表面，以形成具有多个第三通孔的上背极板。

可选地，依次刻蚀所述上背极导电层和所述绝缘层的步骤包括：

刻蚀所述上背极导电层，直至暴露出所述绝缘层的上表面，以限定出所述上背极板区域，且在所述上背极板区域的所述上背极导电层中形成第一开口、第二开口和第三开口，所述第一开口对准所述下背极板向外引出的区域，所述第二开口对准所述振膜向外引出的区域，所述第三开口限定出所述上背极板区域的边界；以及

分别沿所述第一开口、第二开口和第三开口刻蚀所述绝缘层，以形成对应所述第一开口的第一接触孔、对应所述第二开口的第二接触孔和对应所述第三开口的沟槽。

可选地，所述阻挡层覆盖在所述上背极板的外侧壁和所述绝缘层的外侧壁上的部分整体上呈直线型或阶梯型。

可选地，在刻蚀所述上背极板区域中的所述上背极导电层以形成所述第三通孔之前或之后，先刻蚀所述上背极板区域的边缘区域中的所述阻挡层，直至暴露出所述上背极导电层的上表面，以形成第三接触孔。

可选地，所述下背极板具有多个贯穿所述下背极板的第一通孔，所述振膜具有多个贯穿所述振膜的第二通孔，所述绝缘层填满所述第一通孔和所述第二通孔。

可选地，所述下背极板为两层绝缘介质隔离层夹设一层下背极导电层的三层堆叠结构。

可选地，提供具有所述下背极板、振膜和绝缘层的所述衬底的步骤包括：

提供一基底，并在所述基底的表面上依次形成第一介质层和下背极板材料层；

刻蚀所述下背极板材料层至暴露出所述第一介质层的上表面，以形成具有多个第一通孔的下背极板；

在所述下背极板和第一介质层的上方依次覆盖第二介质层和振膜材料层，并且第二介质层填满所述第一通孔并将所述下背极板掩埋在内；

刻蚀所述振膜材料层至暴露出第二介质层的上表面，以形成具有多个第二通孔的振膜；以及

沉积第三介质层于所述振膜和所述第二介质层的表面上，所述第三介质层填满所述第二通孔，并将所述振膜掩埋在内，且所述第一介质层、第二介质层和第三介质层组成所述绝缘层。

可选地，在形成所述上背极板之后，还包括：

从所述基底背向所述下背极板的表面刻蚀所述基底，以形成贯穿所述基底的贯通孔；以及，

去除所述贯通孔区域对应的所述绝缘层，以暴露出所述第一通孔和第二通孔，并在所述振膜和所述下背极板之间以及所述振膜和所述上背极板之间分别形成空腔，且剩余的所述绝缘层用于将所述上背极板导电层的边缘、所述振膜的边缘、所述下背极板的边缘均粘接固定在所述基底上，并对各个所述边缘进行支撑。

可选地，提供具有所述下背极板、振膜和绝缘层的所述衬底的步骤包括：

提供下背极板基底，并在所述下背极板基底的表面上依次形成第一介质层和振膜材料层；

刻蚀所述振膜材料层和第一介质层至暴露出所述下背极板基底的上表面，以形成具有多个第二通孔的振膜；

从所述下背极板基底背向所述振膜的表面刻蚀所述下背极板基底，以形成凹槽于所述下背极板基底中；

从所述下背极板基底背向所述振膜的表面刻蚀所述凹槽中的所述下背极板基底，以形成具有多个贯穿所述下背极基底的第一通孔的下背极板。

可选地，在形成所述上背极板之后，还包括：

从所述下背极板的第一通孔和所述上背极板的第三通孔处，刻蚀去除相应的所述绝缘层，以暴露出所述第一通孔和第二通孔，并在所述振膜和所述下背极板之间以及所述振膜和所述上背极板之间分别形成空腔，且剩余的所述绝缘层用于将所述上背极板导电层的边缘以及所述振膜的边缘均粘接固定在所述下背极板上，并对各个所述边缘进行支撑。

本发明还提供一种麦克风，包括：

一衬底，所述衬底具有下背极板、振膜和绝缘层，所述下背极板和振膜自下而上依次层叠，且所述绝缘层填充在所述下背极板的边缘与所述振膜的边缘之间以及覆盖在所述振膜的边缘之上，所述绝缘层将所述下背极板和所述振膜之间围成一空腔；

一上背极板导电层，所述上背极板导电层设置在所述振膜和所述绝缘层的上方，且所述上背极板导电层的边缘通过所述绝缘层粘结到所述下背极板上且将所述上背极板与所述振膜之间围成另一空腔，所述上背极板导电层中具有贯穿所述上背极板导电层的多个第三通孔、一第一接触孔和一第二接触孔，所述第二接触孔暴露出所述振膜的部分上表面，所述第一接触孔暴露出所述下背极板的部分上表面；以及，

一阻挡层，所述阻挡层覆盖在所述上背极板导电层的外侧壁和上表面上，还覆盖在所述第一接触孔和所述第二接触孔的侧壁上以及所述绝缘层的外侧壁上。

可选地，所述阻挡层覆盖在所述上背极板的外侧壁和所述绝缘层的外侧壁上的部分整体上呈直线型或阶梯型。

可选地，所述下背极板的至少一侧边缘长于所述振膜的边缘，所述第一接触孔暴露出所述下背极板的所述边缘的部分上表面。

可选地，所述第一接触孔和第二接触孔分居所述下背极板的两侧上方。

可选地，所述阻挡层覆盖在所述上背极板的边缘区域的部分中形成有第三接触孔，所述第三接触孔暴露出所述上背极导电层的上表面。

可选地，所述下背极板具有多个贯穿所述下背极板的第一通孔，所述振膜具有多个贯穿所述振膜的第二通孔。

可选地，所述麦克风还包括基底，所述基底具有贯穿孔，所述贯穿孔外围的所述基底的上表面上形成有所述绝缘层，所述阻挡层的底部延伸覆盖在所述绝缘层外侧壁的基底的上表面上。

可选地，所述下背极板为两层绝缘介质隔离层夹设一层下背极导电层的三层堆叠结构。

本发明还提供一种电子设备，具有至少一个麦克风，所述麦克风采用本发明所述的麦克风的制备方法制得，或者，所述麦克风为本发明所述的麦克风。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的麦克风的制备方法，先提前形成上背极板的周边图形(包括用于限定上背极板区域的沟槽以及分别用于将下背极板和振膜向外引出的接触孔),然后再做保护层的材料沉积,最后形成上背极板传声所需的通孔图形(即第三通孔)。这种方法，将上背极板侧壁上的保护层和上背极板上的隔离材料层同时形成，由此，可以将现有的上背极板侧壁上的缓冲层+阻挡层的双层保护结构减薄为仅有阻挡层的一层结构，也可以将现有的氮化硅+多晶硅+氮化硅的三层的上背极板结构减薄为氮化硅+多晶硅的双层结构，进而简化了工艺，减少了麦克风的膜层数量，改善了因薄膜堆叠应力过大带来的晶圆翘曲问题以及因薄膜应力不匹配带来的薄膜剥落问题，保证了麦克风的性能。

2、本发明的麦克风，将现有的上背极板侧壁上的缓冲层+阻挡层的双层保护结构减薄为仅有阻挡层的一层结构，将现有的氮化硅+多晶硅+氮化硅的三层的上背极板结构减薄为氮化硅+多晶硅的双层结构，减少了麦克风的膜层数量，从而可以改善因薄膜堆叠应力过大带来的晶圆翘曲问题以及因薄膜应力不匹配带来的薄膜剥落问题，保证了麦克风的性能。本发明的麦克风优选为采用本发明的麦克风的制备方法制备，以简化工艺，降低成本。

3、本发明的电子设备，其麦克风由于采用了本发明的麦克风或者采用本发明的麦克风的制备方法制备，因此性能得以改善，制作成本得以降低。

附图说明

图1A至图1F是一种双背极MESM麦克风的制备方法中的器件结构剖面示意图；

图2是本发明具体实施例的麦克风的制备方法流程图；

图3A至图3F是本发明一实施例的麦克风的制备方法中的器件结构剖面示意图；

图4A至图4C是本发明另一实施例的麦克风的制备方法中的器件结构剖面示意图；

图5为本发明一实施例的麦克风的器件结构剖面示意图。

其中，附图标记如下：

100、200-基底；1001、2001-贯通孔；101、201-绝缘层；102、202-下背极板；1021-第一通孔；103、203-振膜；1031-第二通孔；104、204-上背极板；2041-第一氮化硅层；2042-多晶硅层；2043-第二氮化硅层；1041-绝缘介质隔离层；1042-上背极导电层；1044、2044-第三通孔；1045、2045-第一开口；1046、2046-第二开口；1047、2047-第三开口；1051、2051-第一接触孔；1052、2052-第二接触孔；1053、2053-沟槽；1054、2054-第三接触孔；106、206-缓冲层；107、207-阻挡层。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的技术方案作详细的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

一种双背极MEMS麦克风的制备方法，包括以下步骤：

首先，请参考图1A，提供形成有下背极板202和振膜203的衬底，所述衬底还包括基底200以及绝缘层201，所述下背极板202中具有多个贯通所述下背极板202的第一通孔2021，所述振膜203中具有多个贯通所述振膜203的第二通孔2031，绝缘层201分别将下背极板202与基底200之间以及下背极板202与振膜203之间隔离开来，且所述绝缘层201填满第一通孔2021和第二通孔2031，并将下背极板202和振膜203完全掩埋在内。

接着，请参考图1B，在绝缘层201的表面上沉积上背极板204的材料层，包括自下而上依次层叠的所述第一氮化硅层2041、多晶硅层2042以及第二氮化硅层2043，并通过光刻和刻蚀工艺，依次刻蚀第二氮化硅层2043、多晶硅层2042以及第一氮化硅层2041，刻蚀停止在绝缘层201的上表面，以形成上背极板204，所述上背极板204具有多个第三通孔2044、对准部分下背极板202的第一开口2045、对准部分振膜的第二开口2046以及用于定义上背极板204的边界的第三开口2047。

然后，请参考图1B和1C，通过牺牲层填充、光刻、刻蚀等手段的多次循环，将上背极板204及第三通孔2044保护起来，且实现：一方面沿第一开口2045向下刻蚀至暴露出下背极板202的上表面，以形成用于将下背极板202向外引出的第一接触孔2051；另一方面沿第二开口1046向下刻蚀至暴露出振膜203的上表面，以形成用于将振膜203向外引出的第二接触孔2052；还沿第三开口2047向下刻蚀至暴露出基底200的上表面，以形成界定麦克风区域的沟槽2053。

接着，请参考图1D，沉积氧化硅作为一层缓冲层206,缓冲层206填满各个第三通孔2044，然后，刻蚀去除沟槽2053底壁、第一接触孔2051底壁以及第二接触孔2052底壁上的缓冲层206，同时形成用于将上背极板204向外引出的第三接触孔2054，第三接触孔2054暴露出上背极板204的部分多晶硅层2042的上表面。

然后，请参考图1E，沉积氮化硅作为阻挡层207，并把不需要的阻挡层207去掉，剩余的阻挡层207仅覆盖在上背极板204的顶部边缘以及沟槽2053的侧壁和部分底壁上，阻挡层207暴露出第一接触孔1051、第二接触孔2052以及第三接触孔2054。

之后，请参考图1F，从基底200背面刻蚀，以形成贯穿基底200的贯穿孔2001，并进一步通过湿法刻蚀等手段去除与所述贯通孔2001相对应位置的绝缘层201以及填充在第三通孔2044中的缓冲层206，以暴露出第一通孔2021、第二通孔2022以及第三通孔2044，同时在振膜203与下背极板202以及振膜203和上背极板204之间分别形成振膜振动的空腔，从而获得双背极MEMS麦克风结构。

上述双背极MEMS麦克风结构存及其制备方法在一些缺陷：

1、双背极MEMS麦克风的上背极板和下背极板本身各需要三层薄膜的制作，且其侧壁上还需要形成缓冲层206和阻挡层207层叠的双层保护结构，制作工艺复杂，且每层膜层产生的应力叠加起来,会造成晶圆(即基底200)的翘曲逐渐变大,影响到后续工艺的曝光的精度；

2、双背极MEMS麦克风的薄膜过多，薄膜之间的应力不匹配,容易造成薄膜剥落。

为了改善上述缺陷，本发明一实施例的技术方案将上背极板侧壁上的保护层和上背极板上的隔离材料层(即多晶硅层上方的第二氮化硅层、缓冲氧化层以及阻挡层)同时形成，由此，将现有的上背极板侧壁上的缓冲层+阻挡层的双层保护结构减薄为仅有阻挡层的一层结构，将氮化硅+多晶硅+氮化硅的三层的上背极板结构减薄为氮化硅+多晶硅的双层结构，进而简化工艺，减少麦克风的膜层数量，以改善因薄膜应力带来的晶圆翘曲和薄膜剥落问题，并保证麦克风的性能。

请参考图2，本发明一实施例提供一种麦克风的制备方法，包括以下步骤：

S1，提供一具有下背极板、振膜和绝缘层的衬底，所述下背极板和振膜自下而上依次层叠，所述绝缘层覆盖在所述下背极板上并将所述振膜掩埋在内，且所述下背极板与所述振膜之间通过所述绝缘层间隔开；

S2，沉积上背极导电层于所述绝缘层上，并依次刻蚀所述上背极导电层和所述绝缘层，以形成第一接触孔、第二接触孔和沟槽，所述第一接触孔暴露出所述下背极板的部分上表面，所述第二接触孔暴露出所述振膜的部分上表面，所述沟槽的底面位于所述振膜的下方且所述沟槽用于限定出上背极板区域的边界；

S3，形成阻挡层于所述上背极导电层的上表面以及所述第一接触孔、第二接触孔和沟槽的侧壁上；以及，

S4，刻蚀所述上背极板区域中的所述阻挡层和所述上背极导电层，至暴露出所述绝缘层的表面，以形成具有多个第三通孔的上背极板。

请参考图3A，在本发明一实施例的步骤S1中，提供具有所述下背极板、振膜和绝缘层的衬底的具体过程包括：

首先，提供一基底100，所述基底100的材质可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、玻璃、蓝宝石、硅锗化合物、绝缘层上硅(Silicon On Insulator，SOI)结构或硅上外延层结构。然后可以采用热氧化工艺、热氮化工艺、涂覆或化学气相沉积等工艺，在所述基底100的表面上形成第一介质层(未图示)，然后通过化学气相沉积工艺在第一介质层的表面上沉积下背极板材料层(未图示)，所述下背极板材料层的结构优选为两层绝缘介质隔离层夹设一层下背极导电层(例如是多晶硅或金属)的三层堆叠结构，第一介质层的厚度决定了待形成的下背极板102与基底100之间的空腔的高度，所述两层绝缘介质隔离层一方面用于在后续形成下背极板102和基底100之间的空腔以及下背极板102和振膜103之间的空腔时保护下背极导电层，以保证下背极导电层的导电性能，另一方面还用于增强下背极板102的机械性能，此外还用于避免下背极板102与振膜103、基底100直接电相连而发生短路现象，以保证形成的振膜103与下背极板102和上背极板104一起作用产生电信号，实现声-电转换。每层所述绝缘介质隔离层的材质相对于包括所述第一介质层在内的绝缘层101具有较高刻蚀选择比，例如为氮化硅，以避免在去除所述绝缘层101的过程中消耗太多。在本发明的其他实施例中，所述第一介质层还可以是聚甲基丙烯酸甲酯等有机聚合物材料。

接着，可以通过光刻胶掩膜等工艺，刻蚀所述下背极材料层至暴露出所述第一介质层的上表面，以形成具有多个第一通孔(即声孔或音孔)1021的下背极板102，所有的第一通孔1021位于所述下背极板的感应部分，用于传导声音及平衡声压。该刻蚀步骤还可以刻蚀去除下背极材料层的边缘部分，以界定出所述下背极板102的边界。

然后，先采用涂覆或化学气相沉积等工艺，在所述下背极板102和第一介质层的上方覆盖第二介质层(未图示)，所述第二介质层填满所述第一通孔1021并覆盖所述下背极板102的上表面和边界外侧壁，以将所述下背极板102完全掩埋在内；再采用物理气相沉积或化学气相沉积等工艺沉积振膜材料层(未图示)于第二介质层的上表面上，所述振膜材料层可为具有导电性的单层结构(例如多晶硅层或金属层)，也可以为由绝缘层(例如为氧化硅或氮化硅)和导电层(例如多晶硅层或金属层)层叠而成的双层结构或三层结构。

接着，可以通过光刻胶掩膜等工艺，刻蚀所述振膜材料层至暴露出第二介质层的上表面，以形成具有多个第二通孔1031的振膜103。所有的第二通孔1031位于所述振膜的感应部分，用于传导声音及平衡声压。该刻蚀步骤还可以刻蚀去除振膜材料层的边缘部分，以界定出所述振膜103的边界。

最后，采用化学气相沉积工艺沉积第三介质层(未图示)于所述振膜103和所述第二介质层的表面上，所述第三介质层103填满所述第二通孔1031，并覆盖所述振膜103的上表面和边界外侧壁，以将所述振膜103掩埋在内，且所述第一介质层、第二介质层和第三介质层组成绝缘层101，第三介质层覆盖在振膜103上方的厚度决定了振膜103与后续形成的上背极板104之间的空腔的高度。

本实施例中，界定出的所述下背极板102的至少一侧边缘(即边界)长于所述振膜103的边缘(即边界)，以提供后续用于将所述下背极板102向外引出的第一接触孔1051的形成区域。

在一个优选的实施例中，为了防止振膜103与下背极板102之间的粘连，可以在振膜103的下表面上设置凸向所述下背极板102的上表面的凸起或凹陷结构。在一个实施例中，可以在第二介质层的上表面先形成凸起或凹陷结构，从而使振膜103的下表面上形成凹陷或凸起结构。

在一个优选的实施例中，为了防止振膜103与后续形成的上背极板104之间的粘连，可以在振膜103的上表面上设置凸向所述上背极板104的下表面的凸起或凹陷结构。

在步骤S2中，首先，请参考图3A，可以采用化学气相沉积工艺沉积用于制作上背极板104的材料层于所述绝缘层101上，所述材料层优选为绝缘介质隔离层1041以及上背极导电层1042依次层叠的双层结构，所述绝缘介质隔离层1041一方面用于在后续形成上背极板104和振膜103之间的空腔时保护上背极导电层1042，以保证上背极导电层1042的导电性能，另一方面还用于增强上背极板104的机械性能，此外还用于避免上背极板104与振膜103直接电相连而发生短路现象，以保证形成的振膜103与下背极板102和上背极板104一起作用产生电信号，实现声-电转换。所述绝缘介质隔离层1041的材质相对于所述绝缘层101具有较高刻蚀选择比的材质，例如为氮化硅，以避免在去除所述绝缘层101的过程中消耗太多。

在步骤S2中，然后，请参考图3B，采用图形化掩膜工艺，掩膜刻蚀所述上背极导电层1042以及绝缘介质隔离层1041，直至暴露出所述绝缘层101的上表面，以限定出上背极板区域(即作为上背极板104的区域)并形成第一开口1045、第二开口1046和第三开口1047，所述第一开口1045对准所述下背极板102向外引出的区域，所述第二开口1046对准所述振膜103向外引出的区域，所述第三开口1047限定出上背极板104的边界。

在步骤S2中，然后，请参考图3C，可以借助牺牲层填充和去除工艺来分别沿所述第一开口1045、第二开口1046和第三开口1047刻蚀所述绝缘层，以形成对应所述第一开口1045的第一接触孔1051、对应所述第二开口1046的第二接触孔1052和对应所述第三开口1047的沟槽1053，所述第一接触孔1051暴露出所述下背极板102边缘的部分上表面，所述第二接触孔1052暴露出所述振膜103边缘的部分上表面，所述沟槽1053的底面位于所述振膜103的下方且所述沟槽1053用于限定出上背极板区域的边界，并使得最终形成的麦克风与基底100上形成的其他器件之间隔离。第一接触孔1051和第二接触孔1052能够用于在填充导电材料后将下背极板102和振膜103向外引出，且可使用于传声的上背极导电层部分与其他区域的上背极导电层部分之间相隔离，进而可避免各个器件之间相互干扰。具体地，例如先采用干法刻蚀工艺同时沿第一开口1045、第二开口1046和第三开口1047刻蚀所述绝缘层101至暴露出振膜103的上表面(即振膜103中具有导电性的材料层)，以形成第二接触孔1052，然后填充牺牲层(未图示)于第二接触孔1052中，并继续沿第一开口1045和第三开口1047向下刻蚀所述绝缘层101，至暴露出所述下背极板102的上表面(即下背极板102中具有导电性的材料层的上表面)，以形成第一接触孔1051，接着填充牺牲层(未图示)于第一接触孔1051中，并继续沿第三开口1047向下刻蚀所述绝缘层101，至暴露出所述基底100的上表面，以形成沟槽1053，之后去除填充在所述第一接触孔1051和第二接触孔1052中的牺牲层。在本发明的其他实施例中，还可以直接掩蔽上背极导电层1042，并按照相应先后的顺序来先后掩蔽和暴露第一开口1045、第二开口1046和第三开口1047，以分别沿第一开口1045、第二开口1046和第三开口1047且沿每个被暴露出的开口刻蚀所述绝缘层101，以最终形成第一接触孔1051和第二接触孔1052以及沟槽1053。沟槽1053的截面形状可以是上宽下窄的倒梯形或矩形。

本实施例中，在步骤S2中形成的第一接触孔1051、第二接触孔1052均位于传声区的外围，第一接触孔1051位于下背极板102的边缘区域上，第二接触孔1052位于振膜103的边缘区域上，且第一接触孔1051、第二接触孔1052分居下背极板102的两侧，能够避免第一接触孔1051和第二接触孔1052的形成过程中出现坍塌的问题，还能够使得第一接触孔1051、第二接触孔1052距离较大，避免出现下背极板102和振膜103之间的短路问题，从而保证最终形成的麦克风的可靠性。

在步骤S3中，首先，请参考图3D，可以采用化学气相沉积或原子层沉积等工艺，在所述上背极导电层1042的上表面以及所述第一接触孔1051、第二接触孔1052和沟槽1053的侧壁上覆盖阻挡层106，所述阻挡层106优选采用与所述绝缘层101不同的材质，从而在后续采用刻蚀剂去除部分所述绝缘层以形成空腔时，可避免所述刻蚀剂对所述阻挡层106造成侵蚀，进而可保护上背极导电层1042。具体的，阻挡层106的材质例如为氮化硅或氮氧化硅；然后，可以通过图形化掩膜工艺刻蚀去除沟槽1053的底壁、第一接触孔1051的底壁、第二接触孔1053的底壁以及用于将上背极导电层1042向外引出的区域上的阻挡层，以形成第三接触孔1054，并暴露出沟槽1053底部的基底100表面、第一接触孔1051底部的下背极板102的上表面(即下背极板102中具有导电性的材料层的上表面)以及第二接触孔1052底部的振膜103的上表面。

进一步地，可以通过金属插塞填充工艺或者金属互连工艺，形成分别填充于所述第一接触孔1051、第二接触孔1052以及第三接触孔1054中的引出电结构(未图示)，所述引出电结构可以是填满相应的接触孔的导电插塞，也可以是厚度较薄且覆盖在相应的接触孔的侧壁和底壁上的引线。

在步骤S4中，请参考图3E，首先，可以先沉积牺牲层(未图示)，以将沟槽1053以及具有相应的引出电结构的第一接触孔1051、第二接触孔1052、第三接触孔1054均填满，牺牲层的顶面可以高于或齐平于上背极导电层1042上的阻挡层106的顶面；然后，借助图形化掩膜，刻蚀所述上背极板区域中的部分所述阻挡层106及其下方的所述上背极导电层1042，至暴露出所述绝缘层的表面，以形成具有多个第三通孔1044的上背极板104。接着可以去除所述牺牲层，以重新暴露出沟槽1053以及具有相应的引出电结构的第一接触孔1051、第二接触孔1052以及第三接触孔1054。由此剩余的阻挡层106一部分作为保护上背极板104的侧壁保护层，另一部分直接作为上背极板104的一部分，以保护上背极板104中间的多晶硅等导电材料。

之后，请参考图3F，可以先从所述基底100背向所述下背极板102的表面刻蚀所述基底100，以形成贯穿所述基底100的贯通孔1001；然后，采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，刻蚀去除所述贯通孔1001区域对应的所述绝缘层101，以暴露出所述第一通孔1021和第二通孔1031，并在所述振膜103和所述下背极板102之间以及所述振膜103和所述上背极板104之间分别形成空腔。至此形成了一种麦克风，其中，振膜103中的第二通孔1031可以将所述振膜103上下两侧的空腔连通，进而可有效平衡所述振膜103上下两侧的空腔之间的压力，减小阻尼作用。

由此，本实施例还提供一种麦克风，所述麦克风优选地通过上述的麦克风的制备方法来制得。请参考图3F，本实施例的麦克风包括衬底、上背极导电层1042以及阻挡层106，其中，所述衬底具有基底100、绝缘层101、下背极板102和振膜103，所述上背极导电层1041及其上表面上覆盖的阻挡层106构成上背极板104的主要部分。所述下背极板102、振膜103、上背极导电层104自下而上依次层叠，所述下背极板102和基底100之间、所述下背极板102和所述振膜103之间以及所述振膜103和所述上背极导电层1042之间均形成有空腔。所述下背极板102上设置有贯穿所述下背极板102的第一通孔1021，所述振膜103上设置有贯穿所述振膜103的第二通孔1031，所述上背极板104还包括贯穿所述阻挡层106及其下方覆盖的上背极板导电层1042的多个第三通孔1044。第三通孔1044的一端和第二通孔1031的一端均与振膜103和上背极导电层1042之间的空腔连通，第三通孔1044另一端与外界连通，第一通孔1021的一端和第二通孔1031的另一端均与振膜103和下背极板102之间的空腔连通，第一通孔1021的另一端与下背极板102和基底100之间的空腔连通。所述基底100中还有对应所有第一通孔1021的贯通孔1001，所述贯通孔1001贯穿基底100并将连通外界与下背极板102和基底100之间的空腔，此外，第二通孔1031和第三通孔1044均投影在所述贯穿孔1001的区域中，由此实现声音的有效传递。可选地，所述下背极板102为两层绝缘介质隔离层(例如为氮化硅或氮氧化硅)夹设一层下背极导电层(例如为多晶硅和/或金属)的三层堆叠结构。

绝缘层101设置在所述上背极板导电层1042的边缘区域和基底100之间，并将所述上背极板导电层1042的边缘、所述振膜103的边缘、所述下背极板102的边缘均粘接固定在所述基底100上，由此，一方面对上背极板104、振膜103和下背极板102进行支撑，另一方面，形成所述下背极板102和基底100之间、所述下背极板102和所述振膜103之间以及所述振膜103和所述上背极导电层1042之间的空腔。所述绝缘层101中还形成有第一接触孔1051和第二接触孔1052，所述第二接触孔1052的底部暴露出所述振膜103的边缘区域的部分上表面，所述第一接触孔1051的底部暴露出所述下背极板102的部分上表面。本实施例中，所述下背极板102的至少一侧边缘长于所述振膜103的边缘，所述第一接触孔1051暴露出所述下背极板长于所述振膜的边缘区域上。且所述第一接触孔1051和第二接触孔1052分居所述下背极板102的两侧上方。

所述阻挡层106不仅覆盖在所述上背极板导电层1042的外侧壁和上表面上，还覆盖在所述第一接触孔1051和所述第二接触孔1052的侧壁上以及所述绝缘层101的外侧壁上。所述阻挡层106覆盖在所述上背极板104的外侧壁和所述绝缘层101的外侧壁上部分呈直线型。本实施例中，所述阻挡层106覆盖在所述上背极导电层1042的边缘区域的部分中形成有第三接触孔1054，所述第三接触孔1054的底部暴露出所述上背极导电层1042的上表面。

本实施例中，所述上背极导电层1042面向所述振膜103的表面上还覆盖有一层绝缘介质隔离层1041，所述第三通孔1044也贯穿所述绝缘介质隔离层1041。由此，本实施例的上背极板104由绝缘介质隔离层1041、上背极导电层1042及上方覆盖的阻挡层106和贯穿三层的第三通孔1044组成。

上述各实施例中的麦克风及其制备方法中，均以形成的沟槽1053具有直线型的侧壁为例来进行说明的，但是本发明的技术方案并不限定于此，在本发明的一实施例的麦克风的制备方法中，也需要依次执行图2所示的步骤S1至S4，且请参考图4A至图4C，为了进一步保障麦克风与周围器件之间的隔离性能，在执行步骤S2之后且在执行步骤S3之前，即刻蚀形成具有直线型侧壁的沟槽1053之后，并在沉积阻挡层106之前，可以进一步对下背极板102一侧或两侧的沟槽1053面向下背极板边缘的侧壁上的绝缘介质隔离层1041和上背极导电层1042进行刻蚀，以将上背极板104内推，以调整沟槽1053面向下背极板102边缘的侧壁为阶梯型。之后在沉积阻挡层106之后，能够有效防止上背极板导电层1042和周边器件之间的电连接问题。该实施例的麦克风的制备方法中的S1至S4步骤与上述实施例中相同，在此不再赘述。相应的，在该实施例提供的麦克风的结构中，请参考图4C，所述沟槽1053面向所述下背极板102边缘的一侧侧壁为阶梯型，即上背极板104的外边缘短于绝缘层101的外边缘。该实施例提供的麦克风的其他部分的结构与上述实施例中相同，在此不再赘述。

上述各实施例中的麦克风及其制备方法，均是以下背极板和基底是两层不同的结构为例进行说明的，但是本发明的技术方案并不仅仅限定于此，还可以省略基底100，也可以看做是将基底100和下背极板102合二为一，以进一步简化工艺并有利于形成超薄的麦克风结构。请参考图5，在本发明的一实施例的麦克风的制备方法(即省略基底100的方案)中，也需要依次执行图2所示的步骤S1至S4，其步骤S2至S4与上述实施例中的步骤S2至S4相同，在此不再赘述，其步骤S1与上述实施例中的步骤S1不同，该实施例的步骤S1的具有过程包括：

首先，提供下背极板基底(未图示)，所述下背极板基底可以包括依次层叠的单晶硅层(未图示)以及一绝缘介质隔离层(未图示)，在所述下背极板基底(即单晶硅层上的所述以绝缘介质隔离层)的表面上依次形成第一介质层和振膜材料层；

然后，刻蚀所述振膜材料层和第一介质层至暴露出所述下背极板基底的上表面，以形成具有多个第二通孔的振膜103；

接着，可以先在所述下背极板基底背向所述振膜103的表面上形成另一绝缘介质隔离层(未图示)，然后从所述另一绝缘介质隔离层背向所述振膜103的一侧刻蚀所述另一绝缘介质隔离层、下背极板基底，以形成凹槽于所述下背极板基底中；

接着，从所述下背极板基底背向所述振膜的表面刻蚀所述凹槽中的所述下背极板基底，以形成具有多个贯穿所述下背极基底的第一通孔1021的下背极板102，所述下背极板102为自下至上依次层叠的所述另一绝缘介质隔离层、所述单晶硅层和所述一绝缘介质隔离层三层堆叠的结构。

相应的，请参考图5，该实施例提供的麦克风的结构也省略了基底100，绝缘层101形成在下背极板102上，沟槽1053的底部可以暴露出下背极板102的上表面，也可以未暴露出下背极板的102的表面，阻挡层106填充在所述沟槽1053中可以使得上背极板104分别和下背极板102、振膜103绝缘隔离。该实施例提供的麦克风的其他部分的结构与上述实施例中相同，在此不再赘述。

综上所述，本发明的麦克风的制备方法，先提前形成上背极板的周边图形(包括用于限定上背极板区域的沟槽以及分别用于将下背极板和振膜向外引出的接触孔),然后再做保护层的材料沉积,最后形成上背极板传声所需的通孔图形(即第三通孔)。这种方法，将上背极板侧壁上的保护层和上背极板上的隔离材料层同时形成，由此，将现有的上背极板侧壁上的缓冲层+阻挡层的双层保护结构减薄为仅有阻挡层的一层结构，将现有的氮化硅+多晶硅+氮化硅的三层的上背极板结构减薄为氮化硅+多晶硅的双层结构，进而简化工艺，减少麦克风的膜层数量，以改善因薄膜堆叠应力过大带来的晶圆翘曲问题以及因薄膜应力不匹配带来的薄膜剥落问题，保证了麦克风的性能。

本发明的麦克风，将现有的上背极板侧壁上的缓冲层+阻挡层的双层保护结构减薄为仅有阻挡层的一层结构，将现有的氮化硅+多晶硅+氮化硅的三层的上背极板结构减薄为氮化硅+多晶硅的双层结构，减少了麦克风的膜层数量，从而可以改善因薄膜堆叠应力过大带来的晶圆翘曲问题以及因薄膜应力不匹配带来的薄膜剥落问题，保证了麦克风的性能。本发明的麦克风优选为采用本发明的麦克风的制备方法制备，以简化工艺，降低成本。

本发明的麦克风及其制备方法，适用于任意需要麦克风的电子设备及其制备，因此，本发明还提供一种电子设备，具有至少一个麦克风，所述麦克风采用本发明所述的麦克风的制备方法制得，或者，所述麦克风为本发明所述的麦克风。由于该电子设备采用了本发明的麦克风或者采用本发明的麦克风的制备方法制备，因此性能得以改善，制作成本得以降低。所述电子设备可以是各种耳机、音箱、手机、电脑、pad等需要安装麦克风的设备。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (18)

1.一种麦克风的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一具有下背极板、振膜和绝缘层的衬底，所述下背极板和振膜自下而上依次层叠，所述绝缘层覆盖在所述下背极板上并将所述振膜掩埋在内，且所述下背极板与所述振膜之间通过所述绝缘层间隔开；

沉积上背极导电层于所述绝缘层上，并依次刻蚀所述上背极导电层和所述绝缘层，以形成第一接触孔、第二接触孔和沟槽，所述第一接触孔暴露出所述下背极板的部分上表面，所述第二接触孔暴露出所述振膜的部分上表面，所述沟槽的底面位于所述振膜的下方且所述沟槽用于限定出上背极板区域的边界；

形成阻挡层于所述上背极导电层的上表面以及所述第一接触孔、第二接触孔和沟槽的侧壁上；以及，

刻蚀所述上背极板区域中的所述阻挡层和所述上背极导电层，至暴露出所述绝缘层的表面，以形成具有多个第三通孔的上背极板。

2.如权利要求1所述的麦克风的制备方法，其特征在于，依次刻蚀所述上背极导电层和所述绝缘层的步骤包括：

刻蚀所述上背极导电层，直至暴露出所述绝缘层的上表面，以限定出所述上背极板区域，且在所述上背极板区域的所述上背极导电层中形成第一开口、第二开口和第三开口，所述第一开口对准所述下背极板向外引出的区域，所述第二开口对准所述振膜向外引出的区域，所述第三开口限定出所述上背极板区域的边界；以及

分别沿所述第一开口、第二开口和第三开口刻蚀所述绝缘层，以形成对应所述第一开口的第一接触孔、对应所述第二开口的第二接触孔和对应所述第三开口的沟槽。

3.如权利要求1所述的麦克风的制备方法，其特征在于，所述沟槽的侧壁为直线型，或者，所述阻挡层覆盖在所述上背极板的外侧壁和所述绝缘层的外侧壁上的部分整体上呈直线型或阶梯型。

4.如权利要求1所述的麦克风的制备方法，其特征在于，在刻蚀所述上背极板区域中的所述上背极导电层以形成所述第三通孔之前或之后，先刻蚀所述上背极板区域的边缘区域中的所述阻挡层，直至暴露出所述上背极导电层的上表面，以形成第三接触孔。

5.如权利要求1至4中任一项所述的麦克风的制备方法，其特征在于，所述下背极板具有多个贯穿所述下背极板的第一通孔，所述振膜具有多个贯穿所述振膜的第二通孔，所述绝缘层填满所述第一通孔和所述第二通孔。

6.如权利要求5所述的麦克风的制备方法，其特征在于，提供具有所述下背极板、振膜和绝缘层的所述衬底的步骤包括：

提供一基底，并在所述基底的表面上依次形成第一介质层和下背极板材料层；

刻蚀所述下背极板材料层至暴露出所述第一介质层的上表面，以形成具有多个第一通孔的下背极板；

在所述下背极板和第一介质层的上方依次覆盖第二介质层和振膜材料层，并且第二介质层填满所述第一通孔并将所述下背极板掩埋在内；

刻蚀所述振膜材料层至暴露出第二介质层的上表面，以形成具有多个第二通孔的振膜；以及

沉积第三介质层于所述振膜和所述第二介质层的表面上，所述第三介质层填满所述第二通孔，并将所述振膜掩埋在内，且所述第一介质层、第二介质层和第三介质层组成所述绝缘层。

7.如权利要求6所述的麦克风的制备方法，其特征在于，在形成所述上背极板之后，还包括：

从所述基底背向所述下背极板的表面刻蚀所述基底，以形成贯穿所述基底的贯通孔；以及，

去除所述贯通孔区域对应的所述绝缘层，以暴露出所述第一通孔和第二通孔，并在所述振膜和所述下背极板之间以及所述振膜和所述上背极板之间分别形成空腔，且剩余的所述绝缘层用于将所述上背极板导电层的边缘、所述振膜的边缘、所述下背极板的边缘均粘接固定在所述基底上，并对各个所述边缘进行支撑。

8.如权利要求5所述的麦克风的制备方法，其特征在于，提供具有所述下背极板、振膜和绝缘层的所述衬底的步骤包括：

提供下背极板基底，并在所述下背极板基底的表面上依次形成第一介质层和振膜材料层；

刻蚀所述振膜材料层和第一介质层至暴露出所述下背极板基底的上表面，以形成具有多个第二通孔的振膜；

从所述下背极板基底背向所述振膜的表面刻蚀所述下背极板基底，以形成凹槽于所述下背极板基底中；

从所述下背极板基底背向所述振膜的表面刻蚀所述凹槽中的所述下背极板基底，以形成具有多个贯穿所述下背极基底的第一通孔的下背极板。

9.如权利要求8所述的麦克风的制备方法，其特征在于，在形成所述上背极板之后，还包括：

从所述下背极板的第一通孔和所述上背极板的第三通孔处，刻蚀去除相应的所述绝缘层，以暴露出所述第一通孔和第二通孔，并在所述振膜和所述下背极板之间以及所述振膜和所述上背极板之间分别形成空腔，且剩余的所述绝缘层用于将所述上背极板导电层的边缘以及所述振膜的边缘均粘接固定在所述下背极板上，并对各个所述边缘进行支撑。

10.一种麦克风，其特征在于，包括：

一衬底，所述衬底具有下背极板、振膜和绝缘层，所述下背极板和振膜自下而上依次层叠，且所述绝缘层填充在所述下背极板的边缘与所述振膜的边缘之间以及覆盖在所述振膜的边缘之上，所述绝缘层将所述下背极板和所述振膜之间围成一空腔；

一上背极板导电层，所述上背极板导电层设置在所述振膜和所述绝缘层的上方，且所述上背极板导电层的边缘通过所述绝缘层粘结到所述下背极板上且将所述上背极板与所述振膜之间围成另一空腔，所述上背极板导电层中具有贯穿所述上背极板导电层的多个第三通孔、一第一接触孔和一第二接触孔，所述第二接触孔暴露出所述振膜的部分上表面，所述第一接触孔暴露出所述下背极板的部分上表面；以及，

一阻挡层，所述阻挡层覆盖在所述上背极板导电层的外侧壁和上表面上，还覆盖在所述第一接触孔和所述第二接触孔的侧壁上以及所述绝缘层的外侧壁上。

11.如权利要求10所述的麦克风，其特征在于，所述阻挡层覆盖在所述上背极板的外侧壁和所述绝缘层的外侧壁上的部分整体上呈直线型或阶梯型。

12.如权利要求10所述的麦克风的制备方法，其特征在于，所述下背极板的至少一侧边缘长于所述振膜的边缘，所述第一接触孔暴露出所述下背极板的所述边缘的部分上表面。

13.如权利要求12所述的麦克风的制备方法，其特征在于，所述第一接触孔和第二接触孔分居所述下背极板的两侧上方。

14.如权利要求13所述的麦克风的制备方法，其特征在于，所述阻挡层覆盖在所述上背极板的边缘区域的部分中形成有第三接触孔，所述第三接触孔暴露出所述上背极导电层的上表面。

15.如权利要求10至14中任一项所述的麦克风，其特征在于，所述下背极板具有多个贯穿所述下背极板的第一通孔，所述振膜具有多个贯穿所述振膜的第二通孔。

16.如权利要求15所述的麦克风，其特征在于，所述麦克风还包括基底，所述基底具有贯穿孔，所述贯穿孔外围的所述基底的上表面上形成有所述绝缘层，所述阻挡层的底部延伸覆盖在所述绝缘层外侧壁的基底的上表面上。

17.如权利要求15所述的麦克风，其特征在于，所述下背极板为两层绝缘介质隔离层夹设一层下背极导电层的三层堆叠结构。

18.一种电子设备，其特征在于，具有至少一个麦克风，所述麦克风采用权利要求1至9任一项所述的麦克风的制备方法制得，或者，所述麦克风为权利要求10至17中任一项所述的麦克风。

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