CN112383871A - 麦克风部件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种麦克风部件及其制作方法，所述制作方法包括提供导电背板、多晶硅振膜、衬底和支撑结构，所述支撑结构设置在衬底上，所述多晶硅振膜和导电背板均设置在支撑结构上，所述衬底具有贯穿的背腔，所述导电背板和多晶硅振膜之间形成牺牲层，刻蚀牺牲层以在导电背板和多晶硅振膜之间形成空腔，形成空腔后对麦克风部件执行氧化处理，以利用紫外线臭氧光解氧化技术在多晶硅振膜的表面上形成氧化硅层。本发明通过在多晶硅振膜的表面形成氧化硅层，提高了麦克风部件在高温高湿环境下的灵敏度稳定性，改善麦克风的性能，同时还能简化退火工艺，降低生产成本。

Description

麦克风部件及其制作方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种麦克风部件及其制作方法。

背景技术

微型麦克风广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑、助听器等电子产品中。目前微麦克风正呈现出微型化、低成本、高精度、集成化的发展趋势。传统的通过组装方法形成的麦克风，不仅体积大，而且精度低，难以满足上述发展趋势。与传统麦克风相比，基于CMOS工艺和MEMS工艺形成的硅微型麦克风，可借助集成电路（IC）工艺强大的基础设施，实现高精度的批量制造，具有体积小、成本低及精度高的优点。此外，基于CMOS工艺和MEMS工艺形成的硅微型麦克风还可以实现与接口电路的单片集成，有效抑制了引线互联及封装所引入的寄生对麦克风性能的影响。因此基于CMOS工艺和MEMS工艺形成的硅微型麦克风成为微型麦克风发展的主流。

根据不同的转换原理，硅微型麦克风主要包括压电式、压阻式及电容式等三种类型。在商用领域中，电容式硅微型麦克风应用最为广泛，这是因为电容式硅微型麦克风具有高灵敏度以及低功耗等优点。电容式硅微型麦克风呈可变电容器结构，由可动极板（振膜）和固定极板（背板）组成，并在极板之间施加固定偏压。在声压作用下，振膜发生振动，改变极板间距，并引起电容发生变化，电容变化引起振膜与背板间的电荷重新分布，从而实现声音信号到电学信号（声-电）转换。

目前电容式硅微型麦克风通常用掺杂的多晶硅做为振膜。多晶硅具有高迁移率，易于实现大面积生长，制备成本低等优良特性，被广泛用于微电子产品中。在此应用中，要求多晶硅振膜具有较小的张应力且膜内有小的应力梯度，如果多晶硅振膜内应力过大，会使电容式硅微型麦克风结构层形变甚至断裂，造成器件失效，所以，控制制备工艺条件，使其具有较小的张应力，成为MEMS制造工艺中的一个很关键的问题。一般在生长多晶硅后会做离子注入，且通过生长条件和退火温度（退火温度有些高达1000℃以上）等来调节多晶硅振膜的应力。对多晶硅振膜进行高温退火是麦克风部件工艺中较为靠前的工艺（前端工艺），为避免高温退后影响其他器件结构，该高温退火工艺一般为最后一道高温退火工艺。而且目前多晶硅振膜在高温高湿环境下的灵敏度稳定性也不高，同时也容易发生漏电的问题。

因此，提供一种新型的麦克风部件及其制作方法是亟待需要解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种麦克风部件及其制作方法，用于解决现有技术中麦克风部件，尤其是微型麦克风部件在高温高湿环境下灵敏度稳定性不高、容易发生漏电以及生产成本高等问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种麦克风部件的制作方法，所述制作方法包括：

步骤一：提供导电背板、多晶硅振膜、衬底和支撑结构，所述支撑结构设置在所述衬底上，所述多晶硅振膜和所述导电背板均设置在所述支撑结构上，所述衬底具有贯穿的背腔，所述导电背板和所述多晶硅振膜之间形成有牺牲层；

步骤二：刻蚀所述牺牲层，以在所述导电背板和所述多晶硅振膜之间形成空腔；

步骤三：形成所述空腔后，对所述麦克风部件执行氧化处理，以利用紫外线臭氧光解氧化技术在所述多晶硅振膜的表面上形成氧化硅层。

可选地，所述空腔和所述背腔设置在所述多晶硅振膜的相对两侧，所述多晶硅振膜上形成有泄气孔，所述泄气孔连通所述空腔和所述背腔；所述制作方法还包括：在所述泄气孔的内壁上形成氧化硅层。

可选地，刻蚀所述牺牲层之前，还包括：

对所述麦克风部件执行退火处理；

退火处理后，刻蚀牺牲层以在所述导电背板和所述多晶硅振膜之间形成所述空腔。

可选地，对所述麦克风部件执行氧化处理的具体步骤包括：

将所述麦克风部件放入一密闭腔室；

向所述密闭腔室内通入氧气和保护气体，并在紫外光照射下使所述多晶硅振膜的表面形成氧化硅层。

可选地，紫外光照的温度为50℃~150℃；通入氧气和/或保护气体的速率为10 L/min~30 L/min。

可选地，所述保护气体包括氮气，氧气和所述保护气体形成混合气体，并且所述氧气在所述混合气体中的体积含量为25%~75%。

可选地，所述牺牲层的材料为氧化硅。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明还提供一种麦克风部件，由根据前述任一所述的制作方法制作而成。

可选地，所述氧化硅层的厚度为所述多晶硅振膜的厚度的0.01倍~0.1倍。

如上所述，本发明通过在刻蚀牺牲层形成空腔后利用紫外线臭氧光解氧化技术在多晶硅振膜的表面上形成氧化硅层，使得麦克风部件在高温高湿环境下的灵敏度较为稳定，不会产生较大的变化，确保了麦克风在高温高湿环境下的性能，并且也降低了在高温高湿环境下的漏电风险。特别的，在多晶硅振膜的表面形成氧化硅层后，由于氧化硅层可以适当调整多晶硅振膜的应力，为此，则允许在前端工艺中执行高温退火处理时适当调高多晶硅的应力，从而降低了在制作麦克风部件时的退火温度，简化了退火工艺，降低了生产成本。

如上所述，本发明利用紫外线臭氧光解氧化技术对麦克风部件执行氧化处理，该技术应用是在后端工艺中实现的，也就是说并不在炉管中执行氧化处理，这样做，一方面工艺简单，可进一步降低生产成本，另一方面该技术所实现的温度比较低，不会破坏前端工艺的结构，可较好的管控多晶硅振膜的应力，保证麦克风部件的性能。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。

图1为现有技术中麦克风部件的结构示意图。

图2为本发明优选实施例中麦克风部件的结构示意图。

图3为本发明优选实施例中制备麦克风部件的流程图。

具体实施方式

发明人针对现有技术存在的问题进行了分析，并参考图1，在现有的麦克风部件中，当声音如图中箭头所示作用于振膜2（多晶硅）的上表面时，会引起振膜2振动，改变导电板1和振膜2之间的间距，引起电容值变化，从而实现声音信号转换成电信号。其中，振膜2的应力会影响麦克风的性能，为此，需要将振膜2的应力控制在规定的范围内。在现有技术中，在制作振膜2时，会在多晶硅淀积并进行离子注入，且通过生长调节和退火温度等调节振膜2的应力，确保麦克风的性能。

发明人进一步发现：掺杂的振膜2在高温高湿环境下表面容易被氧化变软，导致灵敏度会有较大的变化，造成麦克风的性能不佳，如声音音量较低，尤其是应力越小的振膜2的灵敏度变化更大，可能直接会导致产品在高温高湿环境下失效。此外，振膜2直接暴露在空气中，在高温高湿环境下也容易发生漏电问题。另外，高温退火的温度高，退火工艺复杂，生产成本高。针对这些问题，目前还没有给出有效的解决措施。

对此，本发明提出了一种新的麦克风部件及其制作方法。

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优选实施例做详细的说明。

图2为本发明优选实施例中麦克风部件的结构示意图。如图2所示，本实施例提供一种麦克风部件，包括导电背板20、多晶硅振膜30、支撑结构40和衬底70。所述导电背板20具有若干间隔分布的通孔21，通孔21通常为圆形孔，排布方式可为蜂窝状排列，通孔21的作用是调节多晶硅振膜30与导电背板20间的空气阻尼，避免阻碍多晶硅振膜30的运动。其中所述多晶硅振膜30和导电背板20均设置在支撑结构40上。所述支撑结构40设置在衬底70上，并用来支撑多晶硅振膜30和导电背板20。优选的，所述多晶硅振膜30的一部分固定在支撑结构40上，另一部分悬空设置。进一步的，所述多晶硅振膜30上形成有泄气孔（未图示），所述泄气孔的作用是进一步降低空气阻尼，避免阻碍多晶硅振膜30的运动。此外，所述导电背板20和多晶硅振膜30之间形成有空腔50，空腔50为多晶硅振膜30提供振动空间。所述导电背板20和多晶硅振膜30用于与外部电路电连接，所述导电背板20和多晶硅振膜30构成一个电容。当声音作用于多晶硅振膜30的上表面S1时，会引起多晶硅振膜30振动，改变导电背板20和多晶硅振膜30之间的间距，引起电容值变化，从而实现声音信号转换成电信号。

本发明对支撑结构40的结构和制作方式不作限定，具体可采用现有的麦克风工艺来形成支撑结构40，例如在衬底70（如晶圆）上生长牺牲层来形成支撑结构40，牺牲层可采用现有的结构，本发明对其不作详细描述。此外，所述衬底70具有贯穿的背腔80而暴露出多晶硅振膜30。在一些实施例中，所述空腔50和背腔80设置在多晶硅振膜30的相对两侧，也即多晶硅振膜30设置在衬底70和导电背板20之间。进一步的，所述泄气孔连通空腔50和背腔80。在另外的实施例中，导电背板20设置在衬底70和多晶硅振膜30之间，此时，所述空腔50和背腔80设置在导电背板20的相对两侧（未图示）。

此外，本发明对形成多晶硅振膜30的方式也没有要求，也可采用现有麦克风工艺得到，举例来说，可在牺牲层上沉积多晶硅，然后离子注入后快速退火得到多晶硅振膜30，之后刻蚀牺牲层，即可在导电背板20和多晶硅振膜30之间形成空腔50而暴露出多晶硅振膜30。同样的，本发明对导电背板20的结构和制作方式也未作任何限定，亦可采用现有麦克风工艺得到，例如在牺牲层上沉积多晶硅材料来形成导电背板20。

其中，所述多晶硅振膜30的表面形成有保护层，所述保护层是在形成空腔50后利用紫外线臭氧光解氧化技术在多晶硅振膜30的表面形成的氧化硅层60。此处，应理解，通过前端工艺形成麦克风部件后，再在后端工艺中通过紫外线臭氧光解氧化技术在麦克风部件的多晶硅振膜30的表面上形成氧化硅层60，优选地，该氧化硅层60为最外层的结构，也即在形成氧化硅层60后，不会在该氧化硅层60上设置额外的结构。

具体而言，所述多晶硅振膜30暴露在空腔50的表面上形成有氧化硅层60，本实施例中，所述多晶硅振膜30暴露在空腔50的上表面S1形成有氧化硅层60。进一步的，所述多晶硅振膜30暴露在背腔80的表面上还形成有氧化硅层60，本实施例中，所述多晶硅振膜30暴露在背腔80的下表面S2形成有氧化硅层60。优选的，所述泄气孔的内壁S3亦形成有氧化硅层60。本发明对氧化硅层60的厚度没有限定，具体可根据实际情况设置。一般的，氧化硅层60的厚度不能过小，否则保护效果不佳，且氧化硅层60的厚度也不能过大，否则会影响多晶硅振膜30的振动空间。本实施例中，所述氧化硅层60的厚度优选为多晶硅振膜30的厚度的0.01倍~0.1倍。优选的，所述氧化硅层60均匀覆盖在多晶硅振膜30的表面上，保护效果更好。此处的“均匀覆盖”是指氧化硅材料在多晶硅振膜30的表面的厚度相同。

应知晓，本发明提供的麦克风部件由于其多晶硅振膜30的表面存在氧化硅层60的保护，避免了麦克风部件在高温高湿环境下由于多晶硅振膜30被氧化而导致灵敏度变化太大的问题，使得本发明提供的麦克风部件在在高温高湿环境下的灵敏度较为稳定，不会产生较大的变化，确保了麦克风部件在高温高湿环境下的性能，并且也降低了在高温高湿环境下的漏电风险。尤其的，表面氧化硅层60的形成，使得多晶硅振膜30的应力可以在高温退火后得到进一步调整，以便降低麦克风部件的退火温度，从而简化退火工艺，并降低对设备的要求，最终降低生产成本。应理解，在现有技术中，由于多晶硅振膜的应力对高温温度较为敏感，故一般通过调节高温退火温度来控制应力，因此，对温度控制精度要求高，而退火温度越高，越能减小应力，但退火工艺温度也有上限要求（如1000℃），使得应力的控制也达到了极限。并且一旦经过高温退火处理后，后续无法再通过退火调节多晶硅的应力，因此，麦克风部件的性能基本上也无法再进一步提升。而本发明可以在麦克风部件在经过退火处理后，在后端工艺中再对麦克风部件执行氧化处理，以利用氧化处理来调整麦克风部件的应力，这样做，有助于在前端工艺中执行退火处理时提高多晶硅振膜的应力，从而降低退火温度，简化退火工艺，降低对设备的要求，最终降低生产成本。

发明人通过实验也证明了氧化硅层60的设置可使多晶硅振膜30在高温高湿环境下较为稳定，且灵敏度的变化可以降低66.67%，即在高温高湿环境下的灵敏度稳定性好，性能佳，因此，取得了较为明显的效果。而且由于氧化硅层60的保护，在高温高湿环境下，也避免了漏电的风险，提高了安全性。

本发明实施例中，通过紫外线臭氧光解氧化技术（UV/O3）在多晶硅振膜30的表面生长氧化硅层60，应理解，利用UV/O3氧化技术来生成氧化硅的好处在于，该氧化技术能够在后端工艺中实现，也即不在前端工艺的炉管中执行，一方面工艺简单，对设备要求不高，便于实施，从而有效降低生产成本，另一方面该技术所实现的温度比较低，不会破坏前端工艺的结构，可较好的管控多晶硅振膜的应力，保证麦克风部件的性能。

UV/O3氧化的作用机理为：首先，氧气（分子式O2）被紫外光照射后产生臭氧（分子式O3），中间产物是被激发的单态氧（O¹D），该两种物质都具有极强的氧化性，能氧化周围的多晶硅（Si），从而在多晶硅振膜30的表面生成氧化硅。

在一优选的操作中，可通过如下方式实现对麦克风部件的氧化处理，包括：

首先，将麦克风部件放入一密闭腔室中；

然后，向所述密闭腔室内通入氧气和保护气体，并在紫外光照射下使所述多晶硅振膜的表面形成氧化硅。

进一步优选的，在执行氧化处理时，紫外光照的温度优选为50℃~150℃，该温度范围内，可达到较好的氧化效果。应知晓，本发明对所述保护气体的选用没有要求，包括但不限于氮气（分子式N2），还可以是其他惰性气体，而且保护气体和氧气可同时通入密闭腔室，也可以先通入保护气体，再通入氧气。优选的，同时通入氧气和氮气，进一步的，通入氧气和/或保护气体的速率优选为10 L/min~30 L/min。此外，本发明对氧化反应的时间没有特别的限制，通常的，为了达到较好的氧化效果，适当增加反应时间，例如可控制在10分钟以内，如5分钟。另外，可通过调节氧气含量来调节氧化程度，从而调节应力。进一步的，氧气和保护气体在密闭容器内形成混合气体，优选的，所述保护气体为氮气，更优选的，所述氧气在所述混合气体中的体积含量为25%~75%。本发明对执行氧化处理的机台的种类没有限定，普通的加热炉配置UV灯即可实现麦克风部件的氧化处理。

进一步的，在执行氧化处理时，可对除了多晶硅振膜30以外的其他结构进行防护，以免其他结构被氧化，如对导电背板20和支撑结构40进行防护，避免被氧化。本发明对防护方式不作要求，例如可以是在需要保护的部位贴保护膜，在氧化后，再将保护膜去除即可。在其他实施例中，也可对除了多晶硅振膜30以外的其他结构不作防护，例如导电背板20如果被氧化，也可以防止导电背板20在高温高湿环境下漏电的问题。

如图3所示，本发明还提供一种麦克风部件的制作方法，包括：

步骤S11：提供多晶硅振膜30、导电背板20、支撑结构40和衬底70，导电背板20和多晶硅振膜30之间形成有牺牲层；

步骤S12：刻蚀牺牲层，以在导电背板20和多晶硅振膜30之间形成空腔50；

步骤S13：形成空腔50后，对麦克风部件执行氧化处理，以利用紫外线臭氧光解氧化技术在多晶硅振膜30的表面上形成氧化硅层60。

需要说明的是，步骤S11中，支撑结构和牺牲层可以是同时形成的同种材料，也可以是不同材料，也可以部分支撑结构和牺牲层时同时形成的同种材料，这里不做限定。在至少部分支撑结构和牺牲层是同时形成的同种材料的实施方式中，在步骤S11中虽然文字上区分了支撑结构和牺牲层，但实际上至少部分支撑结构和牺牲层是同一层，步骤S12的刻蚀前，至少部分支撑结构和牺牲层是无法区分的。

进一步的，在刻蚀牺牲层之前，还对麦克风部件执行退火处理，以调节多晶硅振膜30的应力。退火处理可采用现有的退火方式，但退火温度度相比于现有技术可以降低，且对退火设备要求不高。退火处理后，刻蚀牺牲层，以在导电背板20和多晶硅振膜30之间形成空腔50。优选的，牺牲层的材料为氧化硅。

应理解，执行退火处理之前，需要通过材料的淀积在衬底上形成导电背板、支撑结构和多晶硅振膜，由于本发明不涉及对此的改进，故不作详细描述。此外，本发明的麦克风部件还包括引出电极，形成在导电背板和多晶硅振膜上，用于与外部电路连接。

需说明的是，本发明优选实施例如上所述，但并不局限于上述实施例所提供的范围，例如氧化处理不限于UV/O3氧化技术，此外，图2所示的麦克风部件的结构仅作为示意来说明，而不应构成对本发明的限定。本发明的麦克风部件可应用于手机、数码相机、笔记本电脑、助听器等电子产品中，使得这些电子产品在高温高湿环境下的性能稳定，确保使用效果。

应理解，上述实施例具体公开了本发明优选实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明。本领域技术人员应当理解，在本申请文件公开内容的基础上，容易将本发明做适当修改，以实现与本发明所公开的实施例相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应该认识到，这样的相似构造不脱离本发明公开的范围，并且在不脱离本发明公开范围的情况下，它们可以进行各种改变、替换和变更。

Claims (9)

1.一种麦克风部件的制作方法，其特征在于，包括：

步骤一：提供导电背板、多晶硅振膜、衬底和支撑结构，所述支撑结构设置在所述衬底上，所述多晶硅振膜和所述导电背板均设置在所述支撑结构上，所述衬底具有贯穿的背腔，所述导电背板和所述多晶硅振膜之间形成有牺牲层；

步骤二：刻蚀所述牺牲层，以在所述导电背板和所述多晶硅振膜之间形成空腔；

步骤三：形成所述空腔后，对所述麦克风部件执行氧化处理，以利用紫外线臭氧光解氧化技术在所述多晶硅振膜的表面上形成氧化硅层。

2.根据权利要求1所述的麦克风部件的制作方法，其特征在于，所述空腔和所述背腔设置在所述多晶硅振膜的相对两侧，所述多晶硅振膜上形成有泄气孔，所述泄气孔连通所述空腔和所述背腔；所述制作方法还包括：在所述泄气孔的内壁上形成氧化硅层。

3.根据权利要求1所述的麦克风部件的制作方法，其特征在于，刻蚀所述牺牲层之前，还包括：

对所述麦克风部件执行退火处理；

退火处理后，刻蚀牺牲层以在所述导电背板和所述多晶硅振膜之间形成所述空腔。

4.根据权利要求1所述的麦克风部件的制作方法，其特征在于，对所述麦克风部件执行氧化处理的具体步骤包括：

将所述麦克风部件放入一密闭腔室；

向所述密闭腔室内通入氧气和保护气体，并在紫外光照射下使所述多晶硅振膜的表面形成氧化硅层。

5.根据权利要求4所述的麦克风部件的制作方法，其特征在于，紫外光照的温度为50℃~150℃；通入氧气和/或保护气体的速率为10 L/min~30 L/min。

6.根据权利要求5所述的麦克风部件的制作方法，其特征在于，所述保护气体包括氮气，氧气和所述保护气体形成混合气体，并且所述氧气在所述混合气体中的体积含量为25%~75%。

7.根据权利要求1-6中任一所述的麦克风部件的制作方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为氧化硅。

8.一种麦克风部件，其特征在于，由根据如权利要求1-7中任一项所述的麦克风部件的制作方法制作而成。

9.根据权利要求8所述的麦克风部件，其特征在于，所述氧化硅层的厚度为所述多晶硅振膜的厚度的0.01倍~0.1倍。

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