CN112533119A - Mems麦克风及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MEMS麦克风及其制备方法。上述MEMS麦克风的制备方法包括如下步骤：提供具有硅表面的硅基板；在硅基板上形成封闭的腔体；在硅基板上开设多个间隔的声孔，每个声孔具有两个开口，一个开口与腔体连通，另一个开口位于硅表面上；在硅基板上形成包括第一填充部、第二填充部以及遮蔽部的牺牲层；在遮蔽部上形成多晶硅层；在硅基板远离硅表面的一侧开设凹槽；去除第一填充部、第二填充部以及部分遮蔽部，使凹槽与腔体连通以形成背腔，且多晶硅层、剩余遮蔽部和硅基板围设形成空腔，空腔与多个声孔远离腔体的开口连通，得到MEMS麦克风。上述MEMS麦克风的制备方法能够降低硅基板上叠层的厚度，从而降低了工艺的难度。

Description

MEMS麦克风及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种MEMS麦克风及其制备方法。

背景技术

传统的MEMS麦克风的制备方法多采用多晶硅层-牺牲层-多晶硅层的结构。随着性能要求的逐步提高，牺牲层的厚度达到3μm～4μm，而背板的厚度达到2μm～3μm，导致台阶厚度高，这对于光刻腐蚀的要求都很高，增加了工艺的难度。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够降低工艺难度的MEMS麦克风的制备方法。

此外，还提供一种MEMS麦克风。

提供硅基板，所述硅基板具有硅表面；

在所述硅基板上形成封闭的腔体；

在所述硅基板上开设多个间隔的声孔，每个所述声孔具有两个开口，每个所述声孔的一个所述开口与所述腔体连通，另一个所述开口位于所述硅基板的所述硅表面上；

在所述硅基板上形成牺牲层，所述牺牲层包括填充所述空腔的第一填充部、填充所述声孔的第二填充部以及遮蔽所述硅基板的所述硅表面的遮蔽部；

在所述遮蔽部远离所述硅表面的一侧形成多晶硅层；

在所述硅基板远离所述硅表面的一侧开设凹槽；及

去除所述牺牲层的所述第一填充部、所述第二填充部以及部分所述遮蔽部，使所述凹槽与所述腔体连通以形成背腔，且所述多晶硅层、剩余所述遮蔽部和所述硅基板围设形成空腔，所述空腔与多个所述声孔远离所述腔体的所述开口连通，得到MEMS麦克风。

在其中一个实施例中，所述在所述硅基板上形成封闭的腔体的步骤包括：

从靠近所述硅表面的一侧对所述硅基板进行深槽刻蚀，以在所述硅基板上形成多个间隔的槽体；

在氢气及至少1000℃的高温条件下，对所述硅基板进行退火处理，以使多个所述槽体消失，得到封闭的所述腔体。

在其中一个实施例中，所述槽体的宽度为0.1μm～1.0μm，所述槽体的深度为1μm～10μm，相邻两个所述槽体的间距为0.1μm～1.0μm。

在其中一个实施例中，所述从靠近所述硅表面的一侧对所述硅基板进行深槽刻蚀的步骤包括：先在所述硅表面上沉积掩膜层，对所述掩膜层进行刻蚀，以使所述掩膜层图形化，再从形成有所述掩膜层的一侧对所述硅基板进行刻蚀，以在所述硅基板上形成多个间隔的所述槽体，然后剥离去除所述掩膜层。

在其中一个实施例中，所述在所述硅基板上形成封闭的腔体的步骤之后，所述在所述硅基板上开设多个间隔的声孔的步骤之前，还包括采用外延沉积的方式在所述硅表面上形成外延层的步骤，所述在所述硅基板上开设多个间隔的声孔的步骤的同时，在所述外延层上开设多个通孔，且每个所述通孔与一个所述声孔连通。

在其中一个实施例中，所述在所述遮蔽部远离所述硅表面的一侧形成多晶硅层的步骤之后，所述在所述硅基板远离所述硅表面的一侧开设凹槽的步骤之前，还包括：

对所述多晶硅层和所述牺牲层的所述遮蔽部进行刻蚀，以使部分所述硅表面裸露；

在所述硅表面和所述多晶硅层上形成导电层，并图形化所述导电层，以在所述硅表面和所述多晶硅层上分别得到第一电连接部和第二电连接部。

在其中一个实施例中，所述在所述硅基板上形成牺牲层的步骤包括：采用热氧化的方式及气相沉积的方式中的至少一种在所述硅基板上形成所述牺牲层。

在其中一个实施例中，所述去除所述牺牲层中的所述第一填充部、所述第二填充部以及部分所述遮蔽部的步骤包括：采用缓冲刻蚀液对所述硅基板进行腐蚀，以去除所述牺牲层的所述第一填充部、所述第二填充部以及部分所述遮蔽部。

一种MEMS麦克风，包括硅基板、支撑件及多晶硅层，所述硅基板具有硅表面，所述硅基板开设有背腔及多个间隔的声孔，每个所述声孔具有两个开口，每个所述声孔的一个所述开口位于所述硅表面上，另一个所述开口与所述背腔连通，所述支撑件设置在所述硅表面上，所述多晶硅层设置在所述支撑件上，并与所述硅基板间隔，以使所述硅基板、支撑件及多晶硅层共同围设形成空腔，且所述空腔与多个所述声孔的远离所述背腔的所述开口连通。

在其中一个实施例中，所述硅表面和所述多晶硅层上还分别层叠有第一电连接部和第二电连接部。

上述MEMS麦克风的制备方法通过在硅基板上形成腔体和多个声孔，从而使得硅基板可以作为背板。在硅基板上形成牺牲层，能够填充腔体及声孔并遮蔽硅表面。且由于部分牺牲层填充声孔，因此，形成在硅表面上的牺牲层呈现一定的形状，从而使得形成在牺牲层上的多晶硅层也呈现一定的图形，能够作为振膜结构。最后在硅基板上开设凹槽，然后去除部分牺牲层，使得凹槽与腔体连通形成背腔，声孔被释放，且多晶硅层、剩余遮蔽部和硅基板围设形成空腔，得到麦克风结构。上述MEMS麦克风的制备方法通过在硅基板上形成封闭的腔体及多个声孔，使得硅基板的一部分能够形成背板，然后在硅基板上形成牺牲层和多晶硅层，较传统的在硅基板上依次形成第一多晶硅层-牺牲层-第一多晶硅层的方式，使得硅基板上叠层的厚度降低，且减少了第一多晶硅层，从而降低了麦克风的工艺难度。

附图说明

图1为一实施方式的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图；

图2为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S110中的硅基板的结构示意图；

图3为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S121得到的槽体和硅基板的结构示意图；

图4为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S122得到的腔体和硅基板的结构示意图；

图5为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S130得到的声孔和硅基板的结构示意图；

图6为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S140得到的牺牲层和声孔、硅基板的结构示意图；

图7为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S150得到的多晶硅层和牺牲层、硅基板的结构示意图；

图8为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S160得到的硅基板和牺牲层、多晶硅层的结构示意图；

图9为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S170得到的第一电连接部、第二电连接部和多晶硅层、硅基板的结构示意图；

图10为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S180得到的凹槽和硅基板、牺牲层、多晶硅层的结构示意图；

图11为图1所示的MEMS麦克风的制备方法的工艺流程图中步骤S190得到的麦克风的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，一实施方式的MEMS麦克风的制备方法，包括如下步骤S110～步骤S190：

步骤S110：提供硅基板，硅基板具有硅表面。

具体地，请参阅图2，硅基板300具有硅表面301和与硅表面相对的背面303。

步骤S120：在硅基板上形成封闭的腔体。

具体地，步骤S120包括：

步骤S121：从靠近硅表面的一侧对硅基板进行深槽刻蚀，以在硅基板上形成多个间隔的槽体。

其中，槽体的宽度为0.1μm～1.0μm，槽体的深度为1μm～10μm，相邻两个槽体的间距为0.1μm～1.0μm。

具体地，步骤S121包括：先在硅表面上沉积掩膜层，对掩膜层进行刻蚀，以使掩膜层图形化，再从形成有掩膜层的一侧对硅基板进行刻蚀，以在硅基板上形成多个间隔排列的槽体，然后剥离去除掩膜层。其中，掩膜层的材料可以为本领域常用的材料，沉积掩膜层和对掩膜层进行刻蚀的步骤为本领域常用的步骤，在此不再赘述。

请参阅图3，通过步骤S121能够在硅基板300上形成多个槽体310，且多个槽体310间隔排列，槽体310的开口均设在硅表面301上。

步骤S122：在氢气及至少1000℃的高温条件下，对硅基板进行退火处理，以使多个槽体被硅基板中的硅原子填充，并在硅基板上形成腔体。

具体地，高温条件为1000℃～1200℃。

由于高温和氢气环境，位于槽体附近的硅原子发生迁移及重排，使得多个槽体被硅原子填充，而在基板上形成腔体。

请参阅图4，通过对硅基板进行深槽刻蚀处理和退火处理，能够在硅基板300上形成封闭的腔体320。

硅基板的硅表面距腔体的距离为1μm～2μm。在实际使用中，可以根据背板厚度的要求，调整是否需要形成外延层。如背板的厚度需求为3μm，硅基板的硅表面距腔体的距离为1μm，因此，需要在硅表面上形成外延层，使外延层距腔体的距离为3μm。具体地，采用外延沉积的方式在硅表面上形成外延层。需要说明的是，当硅基板的硅表面距腔体的距离满足背板厚度要求时，外延层可以省略。具体地，背板的厚度为2μm～3μm。

在本实施方式中，位于腔体和硅表面之间的硅基板构成了背板，也即在本实施方式中采用硅基板的一部分作为背板，然后再在背板上面形成牺牲层和振膜，从而使得硅基板上的叠层的厚度减小，进而降低了光刻腐蚀的工艺难度。

步骤S130：在硅基板上开设多个间隔的声孔，每个声孔具有两个开口，每个声孔的一个开口与腔体连通，另一个开口位于硅表面上。

具体地，步骤S130包括：在硅基板的硅表面上沉积掩膜层，对掩膜层进行刻蚀，以使掩膜层图形化。然后从形成有掩膜层的一侧对硅基板进行刻蚀，以在硅基板上形成多个间隔的声孔。

请参阅图5，通过步骤S130能够在硅基板上形成多个声孔330，从而使得硅基板能够作为背板。

步骤S140：在硅基板上形成牺牲层，牺牲层包括填充腔体的第一填充部、填充声孔的第二填充部以及遮蔽硅表面的遮蔽部。

具体地，遮蔽部的厚度为1μm～4μm。

在硅基板上形成牺牲层的步骤可以为本领域常用的形成牺牲层的步骤，如采用气相沉积的方式及热氧化的方式中的至少一种在硅基板上形成牺牲层。

请参阅图6，通过步骤S140能够形成牺牲层400，牺牲层400包括第一填充部410、第二填充部420及遮蔽部430。由于硅基板上形成有声孔，所以形成的牺牲层具有一定的图案，在对应声孔的位置牺牲层上具有凹形槽。牺牲层400在后续步骤中能够部分被去除。

步骤S150：在遮蔽部远离硅表面的一侧形成多晶硅层。

具体地，形成多晶硅层的步骤可以为本领域常用的形成多晶硅层的步骤。多晶硅层的厚度为0.2μm～1.0μm。

具体地，请参阅图7，由于牺牲层400上对应声孔的位置具有多个凹形槽，所以形成的多晶硅层500对应位置也具有凹形槽，从而使多晶硅层500具有一定的图形，使得多晶硅层500能够作为MEMS麦克风的振膜。

步骤S160：对多晶硅层和牺牲层的遮蔽部进行刻蚀，以使部分硅表面裸露。

请参阅图8，对多晶硅层和牺牲层的遮蔽部进行刻蚀，从而使硅表面部分裸露，便于后续在硅表面上沉积形成第一电连接部。

步骤S170：在硅表面和多晶硅层上形成导电层，并图形化导电层，以在硅表面和多晶硅层上分别得到第一电连接部和第二电连接部。

具体地，导电层的材料可以为常用的金属，如铝、金等。图形化导电层的方法可以采用光刻、湿法腐蚀等常规方法。

请参阅图9，通过步骤S160和步骤S170能够在硅表面和多晶硅层上分别形成第一电连接部610和第二电连接部620，从而能够通过第一电连接部610和第二电连接部620将背板和振膜连接起来。

步骤S180：在硅基板远离硅表面的一侧开设凹槽。

具体地，步骤S180包括：先从远离硅表面的一侧对硅基板进行研磨，再通过光刻或腐蚀的方式在硅基板上形成凹槽。在光刻或腐蚀的过程中，牺牲层的第一填充部可以作为光刻或腐蚀的停止层，使得形成凹槽的过程中不会对声孔造成破坏。

请参阅图10，通过步骤S180能够在硅基板上形成凹槽340。

步骤S190：去除牺牲层中的第一填充部、第二填充部以及部分遮蔽部，使凹槽与腔体连通以形成背腔，且多晶硅层、剩余遮蔽部和硅基板围设形成空腔，空腔与多个声孔远离腔体的开口连通，得到MEMS麦克风。

具体地，步骤S190包括：采用缓冲刻蚀液对硅基板进行腐蚀，以去除牺牲层中的第一填充部、第二填充部以及部分遮蔽部。

请参阅图11，通过步骤S190能够去除部分牺牲层，从而使凹槽和腔体连通形成背腔350，多个声孔被释放，且背板和振膜之间形成空腔，得到MEMS麦克风的结构。

传统的MEMS麦克风的制备方法通常是在硅基板上依次形成多晶硅层、牺牲层和多晶硅层，使得硅基板上形成的叠层的厚度较厚，而对每层进行光刻腐蚀的过程中，光刻的精度在2μm～3μm，而叠层的厚度较厚，从而使光刻腐蚀的工艺难度增强。

而上述MEMS麦克风的制备方法至少具有以下优点：

(1)上述MEMS麦克风的制备方法通过在硅基板上形成腔体和多个声孔，从而使得硅基板可以作为背板。在硅基板上形成牺牲层，能够填充腔体及声孔并遮蔽硅表面。且由于部分牺牲层填充声孔，因此，形成在硅表面上的牺牲层呈现一定的形状，从而使得形成在牺牲层上的多晶硅层也呈现一定的图形，能够作为振膜结构。最后在硅基板上开设凹槽，然后去除部分牺牲层，使得凹槽与腔体连通形成背腔，声孔被释放，且多晶硅层、剩余遮蔽部和硅基板围设形成空腔，得到麦克风结构。上述MEMS麦克风的制备方法通过在硅基板上形成封闭的腔体及多个声孔，使得硅基板的一部分能够形成背板，然后在硅基板上形成牺牲层和多晶硅层，较传统的在硅基板上依次形成第一多晶硅层-牺牲层-第一多晶硅层的方式，使得硅基板上叠层的厚度降低，且减少了第一多晶硅层，从而降低了麦克风的工艺难度。

(2)上述MEMS麦克风的制备方法能够减少硅基板上叠层的厚度，从而使得在相同条件下，能够制备更厚的牺牲层和多晶硅层，满足不同麦克风的需求。

一实施方式的MEMS麦克风，包括硅基板、支撑件和多晶硅层。其中，硅基板具有硅表面，且硅基板开设有背腔及多个间隔的声孔，每个声孔具有两个开口，每个声孔的一个开口位于硅表面上，另一个开口与背腔连通。支撑件设置在硅表面上，多晶硅层设置在支撑件上，并与硅基板间隔，以使硅基板、支撑层及多晶硅层共同围设形成空腔，且空腔与多个声孔的远离背腔的开口连通。

本实施方式的MEMS麦克风可以由上述MEMS麦克风的制备方法制备得到。

在其中一个实施例中，硅表面和多晶硅层上还分别层叠有第一电连接部和第二电连接部。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供硅基板，所述硅基板具有硅表面；

在所述硅基板上形成封闭的腔体；

在所述硅基板上开设多个间隔的声孔，每个所述声孔具有两个开口，每个所述声孔的一个所述开口与所述腔体连通，另一个所述开口位于所述硅基板的所述硅表面上；

在所述硅基板上形成牺牲层，所述牺牲层包括填充所述腔体的第一填充部、填充所述声孔的第二填充部以及遮蔽所述硅基板的所述硅表面的遮蔽部；

在所述遮蔽部远离所述硅表面的一侧形成多晶硅层；

在所述硅基板远离所述硅表面的一侧开设凹槽；及

去除所述牺牲层的所述第一填充部、所述第二填充部以及部分所述遮蔽部，使所述凹槽与所述腔体连通以形成背腔，且所述多晶硅层、剩余所述遮蔽部和所述硅基板围设形成空腔，所述空腔与多个所述声孔远离所述腔体的所述开口连通，得到MEMS麦克风。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述在所述硅基板上形成封闭的腔体的步骤包括：

从靠近所述硅表面的一侧对所述硅基板进行深槽刻蚀，以在所述硅基板上形成多个间隔的槽体；

在氢气及至少1000℃的高温条件下，对所述硅基板进行退火处理，以使多个所述槽体被所述硅基板中的硅原子填充，并在所述硅基板上形成所述腔体。

3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述槽体的宽度为0.1μm～1.0μm，所述槽体的深度为1μm～10μm，相邻两个所述槽体的间距为0.1μm～1.0μm。

4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述从靠近所述硅表面的一侧对所述硅基板进行深槽刻蚀的步骤包括：先在所述硅表面上沉积掩膜层，对所述掩膜层进行刻蚀，以使所述掩膜层图形化，再从形成有所述掩膜层的一侧对所述硅基板进行刻蚀，以在所述硅基板上形成多个间隔的所述槽体，然后剥离去除所述掩膜层。

5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述在所述硅基板上形成封闭的腔体的步骤之后，所述在所述硅基板上开设多个间隔的声孔的步骤之前，还包括采用外延沉积的方式在所述硅表面上形成外延层的步骤，所述在所述硅基板上开设多个间隔的声孔的步骤的同时，在所述外延层上开设多个通孔，且每个所述通孔与一个所述声孔连通。

6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述在所述遮蔽部远离所述硅表面的一侧形成多晶硅层的步骤之后，所述在所述硅基板远离所述硅表面的一侧开设凹槽的步骤之前，还包括：

对所述多晶硅层和所述牺牲层的所述遮蔽部进行刻蚀，以使部分所述硅表面裸露；

在所述硅表面和所述多晶硅层上形成导电层，并图形化所述导电层，以在所述硅表面和所述多晶硅层上分别得到第一电连接部和第二电连接部。

7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述在所述硅基板上形成牺牲层的步骤包括：采用热氧化的方式及气相沉积的方式中的至少一种在所述硅基板上形成所述牺牲层。

8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述去除所述牺牲层的所述第一填充部、所述第二填充部以及部分所述遮蔽部的步骤包括：采用缓冲刻蚀液对所述硅基板进行腐蚀，以去除所述牺牲层的所述第一填充部、所述第二填充部以及部分所述遮蔽部。

9.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括硅基板、支撑件及多晶硅层，所述硅基板具有硅表面，所述硅基板开设有背腔及多个间隔的声孔，每个所述声孔具有两个开口，每个所述声孔的一个所述开口位于所述硅表面上，另一个所述开口与所述背腔连通，所述支撑件设置在所述硅表面上，所述多晶硅层设置在所述支撑件上，并与所述硅基板间隔，以使所述硅基板、支撑件及多晶硅层共同围设形成空腔，且所述空腔与多个所述声孔的远离所述背腔的所述开口连通。

10.根据权利要求9所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述硅表面和所述多晶硅层上还分别层叠有第一电连接部和第二电连接部。

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