CN112995865A - Mems芯片及其加工方法、及mems麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种MEMS芯片及其加工方法，以及MEMS麦克风，MEMS芯片包括硅衬底、振膜层、和背极板，硅衬底内形成有空腔，空腔自硅衬底的第一侧向第二侧延伸，以具有位于硅衬底第一侧的第一开口、及位于硅衬底第二侧的第二开口，空腔在第一开口和第二开口之间具有扩大段，空腔在扩大段的横截面积大于其在第一开口及第二开口处的横截面积。在本发明提供的MEMS芯片中，空腔的体积由于扩大段的设置增大，以获得更好的声学性能，同时在硅衬底两侧的开口面积小于扩大段的横截面积，使得声传感器芯片的尺寸无需随后腔体积的增大而增大，而可以被制造为较小的尺寸，控制MEMS芯片制造成本的上升。
Description
技术领域
本发明涉及微机电加工技术领域，具体地，涉及MEMS芯片及其加工方法、及MEMS麦克风。
背景技术
MEMS芯片通常封装形成的前腔和后腔，前腔等效于亥姆霍兹谐振器，影响着麦克风的高频响应，后腔为声学空间影响着麦克风的低频响应，为了获得更好的声学性能，应尽可能减小前腔体积并增加后腔体积。
对于声孔形成于顶部的麦克风，其后腔为硅衬底通过干法或湿法工艺形成的空腔。然而增加该空腔尺寸通常意味着增加声传感器芯片的尺寸，显然的，这会导致制造成本的上升。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种声学性能更好，同时减少制造成本上升的MEMS芯片及其加工方法、及MEMS麦克风。
为实现上述目的，本发明提出MEMS芯片，包括：
硅衬底，所述硅衬底内形成有贯穿所述硅衬底的第一侧和第二侧的空腔，以具有位于所述硅衬底第一侧的第一开口、及位于所述硅衬底第二侧的第二开口；
振膜层，设于所述硅衬底的第一侧，且覆盖所述第一开口；以及，
背极板，所述背极板设于所述振膜层背向所述硅衬底的一侧，所述背极板上开设有音孔；
其中，所述空腔在所述第一开口和所述第二开口之间具有扩大段，所述空腔在所述扩大段的横截面积大于其在所述第一开口及所述第二开口处的横截面积。
在一实施例中，所述空腔还具有第一平直段，所述第一平直段位于所述第一开口和所述扩大段之间，且邻接于所述第一开口设置，所述空腔在所述第一平直段的横截面积小于其在所述扩大段的横截面积。
在一实施例中，所述空腔具有第二平直段，所述第二平直段位于所述第二开口和所述扩大段之间，且邻接于所述第二开口设置，所述空腔在所述第二平直段的横截面积小于其在所述扩大段的横截面积。
为实现上述目的，本发明还提出一种MEMS麦克风，包括如上所述的MEMS芯片。
为实现上述目的，本发明提出一种MEMS芯片的加工方法，包括：
提供一MEMS芯片组件，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底、振膜层和背极板，所述背极板上开设有音孔，所述硅衬底具有面向所述振膜层的第一侧和背离所述振膜层的第二侧，所述振膜层与所述硅衬底之间具有牺牲层；
从所述硅衬底的所述第二侧采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底的所述第一侧和所述第二侧的基准孔；
采用各向同性刻蚀技术对所述基准孔的侧壁进行刻蚀，以形成空腔。
为实现上述目的，本发明提出一种MEMS芯片的加工方法，包括：
提供一MEMS芯片组件，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底、振膜层和背极板，所述背极板上开设有音孔，所述硅衬底具有面向所述振膜层的第一侧和背离所述振膜层的第二侧，所述振膜层与所述硅衬底之间具有牺牲层；
从所述硅衬底的所述第二侧采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底进行预刻蚀，形成向所述硅衬底的所述第一侧延伸的凹槽；
在所述凹槽的侧壁沉积保护层；
采用各向同性刻蚀技术对所述凹槽的底壁进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底的所述第一侧和所述第二侧的空腔。
为实现上述目的，本发明提出一种MEMS芯片的加工方法，包括：
提供一MEMS芯片组件，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底、振膜层和背极板，所述背极板上开设有音孔，所述硅衬底具有面向所述振膜层的第一侧和背离所述振膜层的第二侧，所述振膜层与所述硅衬底之间具有牺牲层；
从所述硅衬底的所述第二侧采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底的所述第一侧和所述第二侧的基准孔；
采用各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔的侧壁进行腐蚀，形成空腔。
为实现上述目的，本发明提出一种MEMS芯片的加工方法，包括：
提供一MEMS芯片组件，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底、振膜层和背极板，所述背极板上开设有音孔，所述硅衬底具有面向所述振膜层的第一侧和背离所述振膜层的第二侧，所述振膜层与所述硅衬底之间具有牺牲层；
从所述硅衬底的所述第二侧采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底进行预刻蚀，以形成向所述硅衬底的所述第一侧延伸的凹槽；
在所述凹槽的侧壁沉积保护层；
采用干性各向异性刻蚀技术对所述对所述凹槽的底壁进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底的所述第一侧和所述第二侧的基准孔；
采用各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔的侧壁进行腐蚀，形成空腔。
在一实施例中，所述硅衬底的硅片晶向为<100>。
在一实施例中，其特征在于，所述在所述凹槽的侧壁沉积保护层的步骤包括：
在所述凹槽的所述侧壁和所述底壁沉积保护层；
去除所述凹槽的所述底壁上的所述保护层。
本发明提供的MEMS芯片包括硅衬底、振膜层、和背极板，硅衬底内形成有空腔，空腔自硅衬底的第一侧向第二侧延伸，以具有位于硅衬底第一侧的第一开口、及位于硅衬底第二侧的第二开口，振膜层设于硅衬底的第一侧，且覆盖第一开口，背极板设于振膜层背向硅衬底的一侧，背极板上开设有音孔，其中，空腔在第一开口和第二开口之间具有扩大段，空腔在扩大段的横截面积大于其在第一开口及第二开口处的横截面积。在本发明提供的MEMS芯片中，空腔的体积由于扩大段的设置增大，以获得更好的声学性能，同时在硅衬底两侧的开口面积小于扩大段的横截面积，使得声传感器芯片的尺寸无需随后腔体积的增大而增大，而可以被制造为较小的尺寸，控制MEMS芯片制造成本的上升。
本发明提供的MEMS芯片的加工方法，通过常规刻蚀工艺的配合实现如上所述的MEMS芯片的结构，从而达到增大后腔体积，改善声学性能，并控制MEMS芯片制造成本上升的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的MEMS芯片一实施例的剖切结构示意图；
图2为本发明提供的MEMS芯片另一实施例的剖切结构示意图；
图3为图1中MEMS芯片在加工过程中的第一结构示意图；
图4为图1中MEMS芯片在加工过程中的第二结构示意图；
图5为图2中MEMS芯片在加工过程中的第三结构示意图；
图6为图2中MEMS芯片在加工过程中的第四结构示意图；
图7为图2中MEMS芯片在加工过程中的第五结构示意图；
图8为图2中MEMS芯片在加工过程中的第六结构示意图；
图9为本发明提供的发生装置的加工方法第一实施例的流程示意图；
图10为本发明提供的发生装置的加工方法第二实施例的流程示意图；
图11为本发明提供的发生装置的加工方法第三实施例的流程示意图；
图12为本发明提供的发生装置的加工方法第四实施例的流程示意图；
图13为本发明提供的发生装置的加工方法第五实施例的流程示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1和图2，本发明提出一种MEMS芯片1，该MEMS芯片1可用于MEMS麦克风、超声波传感器等音响传感器。在本实施例中，MEMS芯片1用于MEMS麦克风。
MEMS芯片1包括硅衬底100、振膜层200和背极板300，硅衬底100内形成有贯穿硅衬底100第一侧101和第二侧102的空腔10，以具有位于硅衬底100第一侧101的第一开口11、及位于硅衬底100第二侧102的第二开口12，振膜层200设于硅衬底100的第一侧101且覆盖第一开口11，背极板300设于振膜层200背向硅衬底100的一侧，背极板300上开设有音孔301。音孔301接收声音，空腔10作为声学空间，振膜层200的中部中空地支承在硅衬底100的第一开口11，由声音的驱动而振动，从而直接接收音频信号，经过MEMS微电容传感器传输给微集成电路，实现对声音的识别。
为了获得更好的声学性能，应尽可能增加后腔体积。在现有技术中，通常通过增加硅衬底100第一侧101到第二侧102的尺寸，或扩大第一开口11和/或第二开口12的面积，达到增加后腔体积、提升声学性能的目的。但是前者会导致MEMS芯片1整体体积增大，后者需要传感器芯片尺寸需要随之增大，从而导致制造成本的上升。为此，在本实施例中，请参阅图1和图2，空腔10在第一开口11和第二开口12之间具有扩大段20，空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。可以理解，空腔10的扩大段20在自硅衬底100的第一侧101向第二侧102的方向上，其截面面积可以逐渐增大，再逐渐减小，实现空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。第一开口11和第二开口12的面积可以相同，也可以不同，只要均小于扩大段20的最小横街面积即可。通过这种结构，使得空腔10整体的体积增大，同时，第一开口11和第二开口12保持相对较小的尺寸，使得传感器芯片的尺寸无需随之增大，达到避免或者减少MEMS芯片1成本上升的目的。
在上一实施例的基础上，扩大段20可以自硅衬底100的第一侧101一直延伸至第二侧102，也可以仅在第一侧101和第二侧102之间局部设置。若扩大段20临近第一开口11设置，将导致硅衬底100第一侧101和空腔10内壁邻接处形成形状较为尖锐的倒角，这一方面不利于对振膜的支承，另一方面硅衬底100在该倒角处也容易破损变形。为此，提供第一平直段，第一平直段位于第一开口11和扩大段20之间，且邻接于第一开口11设置，空腔10在第一平直段的横截面积小于其在扩大段20的横截面积，最好空腔10内壁在第一平直段呈直线延伸。如此，使得空腔10整体结构更稳定。
在另一实施例中，请继续参阅图2，空腔10具有第二平直段21，第二平直段21位于第二开口12和扩大段20之间，且邻接于第二开口12设置，空腔10在第二平直段21的横截面积小于其在扩大段20的横截面积。可以理解，若扩大段20临近第二开口12设置，将导致硅衬底100第二侧102和空腔10内壁邻接处形成形状较为尖锐的倒角，这将导致硅衬底100在该倒角处也容易破损变形。为此，提供第二平直段21，第二平直段21位于第二开口12和扩大段20之间，且邻接于第二开口12设置，空腔10在第二平直段21的横截面积小于其在扩大段20的横截面积，最好空腔10内壁在第二平直段21呈直线延伸。该实施例可以与上一实施例结合实施，使得空腔10在第一侧101和第二侧102的两端均具有平直段。
基于上述MEMS芯片1的具体结构，提出本发明MEMS芯片1的加工方法的实施例。
参照图9，图9为本发明MEMS芯片1的加工方法第一实施例的流程示意图，提出MEMS芯片1的加工方法第一实施例。
步骤S11：提供一MEMS芯片组件，请参阅图3，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底100、振膜层200和背极板300，所述背极板300上开设有音孔301，所述硅衬底100具有面向所述振膜层200的第一侧101和背离所述振膜层200的第二侧102，所述振膜层200与所述硅衬底100之间具有牺牲层400；
在本步骤中，牺牲层400可以为热氧生长的氧化硅、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积的无掺杂氧化硅(USG)、掺磷的氧化硅(PSG)或掺有硼磷的氧化硅(BPSG)等，也可以为本领域所熟知的其他任意合适的牺牲材料。在硅衬底100刻蚀形成空腔10后，牺牲层400可以通过刻蚀的方法至少部分地去除，实现该MEMS芯片1所需的结构。
步骤S12：从所述硅衬底100的所述第二侧102采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底100进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底100的所述第一侧101和所述第二侧102的基准孔30；
请继续参阅图3，从硅衬底100的第二侧102采用各向异性刻蚀技术向硅衬底100第一侧101进行刻蚀，在本步骤中，既可以采用各向异性湿法刻蚀技术，也可采用各向异性干法刻蚀技术，直至刻蚀至位于硅衬底100第一侧101的牺牲层400，形成贯穿硅衬底100第一侧101和第二侧102基准孔30。
步骤S13：采用各向同性刻蚀技术对所述基准孔30的侧壁进行刻蚀，以形成空腔10。
在本步骤中，采用各向同性刻蚀技术对步骤S12中形成的基准孔30的侧壁进行刻蚀，硅衬底100的材料在各个方向上刻蚀速率相同，形成自基准孔30的侧壁内凹的侧壁，形成截面面积自第一侧101向中部逐渐增大，从中部向第二侧102逐渐减小的空腔10，该空腔10具有在硅衬底100的第一侧101形成的第一开口11，和在第二侧102形成的第二开口12，空腔10连通第一开口11和第二开口12。
在本实施例中，通过上述MEMS芯片1的加工方法，使得MEMS芯片1内的空腔10具有如下形状：空腔10在第一开口11和第二开口12之间具有扩大段20，空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。可以理解，空腔10的扩大段20在自硅衬底100的第一侧101向第二侧102的方向上，其截面面积可以逐渐增大，再逐渐减小，实现空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。通过这种结构，使得空腔10整体的体积增大，同时，第一开口11和第二开口12保持相对较小的尺寸，使得传感器芯片的尺寸无需随之增大，达到避免或者减少MEMS芯片1成本上升的目的。
参照图10，图10为本发明MEMS芯片1的加工方法第二实施例的流程示意图，提出MEMS芯片1的加工方法第二实施例。
步骤S21：提供一MEMS芯片组件，请参阅图2，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底100、振膜层200和背极板300，所述背极板300上开设有音孔301，所述硅衬底100具有面向所述振膜层200的第一侧101和背离所述振膜层200的第二侧102，所述振膜层200与所述硅衬底100之间具有牺牲层400；
在本步骤中，牺牲层400可以为热氧生长的氧化硅、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积的无掺杂氧化硅(USG)、掺磷的氧化硅(PSG)或掺有硼磷的氧化硅(BPSG)等，也可以为本领域所熟知的其他任意合适的牺牲材料。在硅衬底100刻蚀形成空腔10后，牺牲层400可以通过刻蚀的方法至少部分地去除，实现该MEMS芯片1所需的结构。
步骤S22：从所述硅衬底100的所述第二侧102采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底100进行预刻蚀，形成向所述硅衬底100的所述第一侧101延伸的凹槽40；
请继续参阅图5，从硅衬底100的第二侧102采用各向异性刻蚀技术向硅衬底100第一侧101进行刻蚀，在本步骤中，既可以采用各向异性湿法刻蚀技术，也可采用各向异性干法刻蚀技术，直至刻蚀至硅衬底100的中部区域，并距离硅衬底100的第一侧101有一定间隔，形成并未贯穿硅衬底100第一侧101和第二侧102的凹槽40，该凹槽40向自硅衬底100的第二侧102向第一侧101延伸。
步骤S23：在所述凹槽40的侧壁沉积保护层50；
在本步骤中，请参阅图7，在凹槽40的侧壁沉积有保护层50，保护层50与牺牲层400同样可以为热氧生长的氧化硅、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积的无掺杂氧化硅(USG)、掺磷的氧化硅(PSG)或掺有硼磷的氧化硅(BPSG)等，也可以为本领域所熟知的其他任意合适的牺牲材料。在后续加工步骤中可以通过刻蚀的方法至少部分地去除，实现该MEMS芯片1所需的结构。
步骤S24：采用各向同性刻蚀技术对所述凹槽40的底壁进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底100的所述第一侧101和所述第二侧102的空腔10。
在本步骤中，请参阅图8，通过各向同性刻蚀技术对凹槽40的底壁处的硅衬底100进行刻蚀，硅衬底100的材料在各个方向上刻蚀速率相同，形成自基准孔30的侧壁内凹的侧壁，形成空腔10，该空腔10的截面面积自第一侧101向中部逐渐增大，构成扩大段20，该空腔10的截面面积在扩大段20和第二侧102之间基本不变，构成平直段，该空腔10具有在硅衬底100的第一侧101形成的第一开口11，和在第二侧102形成的第二开口12，空腔10连通第一开口11和第二开口12。
在本实施例中，通过上述MEMS芯片1的加工方法，使得MEMS芯片1内的空腔10具有如下形状：空腔10在第一开口11和第二开口12之间具有扩大段20，空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。可以理解，空腔10的扩大段20在自硅衬底100的第一侧101向第二侧102的方向上，其截面面积可以逐渐增大，再逐渐减小，实现空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。通过这种结构，使得空腔10整体的体积增大，同时，第一开口11和第二开口12保持相对较小的尺寸，使得传感器芯片的尺寸无需随之增大，达到避免或者减少MEMS芯片1成本上升的目的。
并且在第二开口12和扩大段20之间还具有平直段，空腔10在平直段的横截面积小于其在扩大段20的横截面积，且基本呈直线延伸。如此，避免硅衬底100第二侧102和空腔10内壁邻接处形成形状较为尖锐的倒角，使得硅衬底100在该倒角处也不容易破损变形，结构更加稳定。
参照图11，图11为本发明MEMS芯片1的加工方法第三实施例的流程示意图，提出MEMS芯片1的加工方法第三实施例。
步骤S31：提供一MEMS芯片组件，请参阅图3，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底100、振膜层200和背极板300，所述背极板300上开设有音孔301，所述硅衬底100具有面向所述振膜层200的第一侧101和背离所述振膜层200的第二侧102，所述振膜层200与所述硅衬底100之间具有牺牲层400；
在本步骤中，牺牲层400可以为热氧生长的氧化硅、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积的无掺杂氧化硅(USG)、掺磷的氧化硅(PSG)或掺有硼磷的氧化硅(BPSG)等，也可以为本领域所熟知的其他任意合适的牺牲材料。在硅衬底100刻蚀形成空腔10后，牺牲层400可以通过刻蚀的方法至少部分地去除，实现该MEMS芯片1所需的结构。
步骤S32：从所述硅衬底100的所述第二侧102采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底100进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底100的所述第一侧101和所述第二侧102的基准孔30；
请继续参阅图3，从硅衬底100的第二侧102采用各向异性刻蚀技术向硅衬底100第一侧101进行刻蚀，在本步骤中，既可以采用各向异性湿法刻蚀技术，也可采用各向异性干法刻蚀技术，直至刻蚀至位于硅衬底100第一侧101的牺牲层400，形成贯穿硅衬底100第一侧101和第二侧102基准孔30。
步骤S33：采用各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔30的侧壁进行腐蚀，形成空腔10。
在本步骤中，请参阅图4，采用各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔30的侧壁进行腐蚀，由于硅衬底100本身的微观结构，即构成硅衬底100的硅片具有一定的晶向，使得硅衬底100的材料自基准孔30的侧壁呈弯折凹陷状，形成截面面积自第一侧101向中部逐渐增大，从中部向第二侧102逐渐减小的空腔10，该空腔10具有在硅衬底100的第一侧101形成的第一开口11，和在第二侧102形成的第二开口12，空腔10连通第一开口11和第二开口12。
在本实施例中，通过上述MEMS芯片1的加工方法，使得MEMS芯片1内的空腔10具有如下形状：空腔10在第一开口11和第二开口12之间具有扩大段20，空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。可以理解，空腔10的扩大段20在自硅衬底100的第一侧101向第二侧102的方向上，其截面面积可以逐渐增大，再逐渐减小，实现空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。通过这种结构，使得空腔10整体的体积增大，同时，第一开口11和第二开口12保持相对较小的尺寸，使得传感器芯片的尺寸无需随之增大，达到避免或者减少MEMS芯片1成本上升的目的。并且，通过各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔30的侧壁进行腐蚀，形成该结构，该结构的形状取决于硅衬底100本身选材的晶向，在一实施例中，硅衬底100的硅片晶向为<100>，如此形成具有扩大段20的空腔10，并且通过上述加工方式，发生装置加工的成品同一性好。
参照图12，图12为本发明MEMS芯片1的加工方法第四实施例的流程示意图，提出MEMS芯片1的加工方法第四实施例。
步骤S41：提供一MEMS芯片组件，请参阅图3，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底100、振膜层200和背极板300，所述背极板300上开设有音孔301，所述硅衬底100具有面向所述振膜层200的第一侧101和背离所述振膜层200的第二侧102，所述振膜层200与所述硅衬底100之间具有牺牲层400；
在本步骤中，牺牲层400可以为热氧生长的氧化硅、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积的无掺杂氧化硅(USG)、掺磷的氧化硅(PSG)或掺有硼磷的氧化硅(BPSG)等，也可以为本领域所熟知的其他任意合适的牺牲材料。在硅衬底100刻蚀形成空腔10后，牺牲层400可以通过刻蚀的方法至少部分地去除，实现该MEMS芯片1所需的结构。
步骤S42：从所述硅衬底100的所述第二侧102采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底100进行预刻蚀，形成向所述硅衬底100的所述第一侧101延伸的凹槽40；
请继续参阅图5，从硅衬底100的第二侧102采用各向异性刻蚀技术向硅衬底100第一侧101进行刻蚀，在本步骤中，既可以采用各向异性湿法刻蚀技术，也可采用各向异性干法刻蚀技术，直至刻蚀至硅衬底100的中部区域，并距离硅衬底100的第一侧101有一定间隔，形成并未贯穿硅衬底100第一侧101和第二侧102的凹槽40，该凹槽40向自硅衬底100的第二侧102向第一侧101延伸。
步骤S43：在所述凹槽40的侧壁沉积保护层50；
在本步骤中，请参阅图7，在凹槽40的侧壁沉积有保护层50，保护层50与牺牲层400同样可以为热氧生长的氧化硅、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积的无掺杂氧化硅(USG)、掺磷的氧化硅(PSG)或掺有硼磷的氧化硅(BPSG)等，也可以为本领域所熟知的其他任意合适的牺牲材料。在后续加工步骤中可以通过刻蚀的方法至少部分地去除，实现该MEMS芯片1所需的结构。
步骤S44：采用干性各向异性刻蚀技术对所述对所述凹槽40的底壁进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底100的所述第一侧101和所述第二侧102的基准孔30；
在本步骤中，从凹槽40的底壁采用各向异性刻蚀技术向硅衬底100第一侧101进行刻蚀，在本步骤中，既可以采用各向异性湿法刻蚀技术，也可采用各向异性干法刻蚀技术，直至刻蚀至位于硅衬底100第一侧101的牺牲层400，形成贯穿硅衬底100第一侧101和第二侧102基准孔30。可以理解，由于在步骤S43中，凹槽40的侧壁沉积有保护层50，基准孔30在第二侧102到中部之间的侧壁同样具有保护层50，而在中部至第一侧101之间的侧壁则未沉积保护层50。
步骤S43：采用各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔30的侧壁进行腐蚀，形成空腔10。
在本步骤中，采用各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔30的侧壁进行腐蚀，由于硅衬底100本身的微观结构，即构成硅衬底100的硅片具有一定的晶向，使得硅衬底100的材料自基准孔30的侧壁呈弯折凹陷状。如此形成空腔10，该空腔10的截面面积自第一侧101向中部具有截面局部增大而具有扩大段20，从中部向第二侧102的截面面积则基本不变，而具有平直段，该空腔10具有在硅衬底100的第一侧101形成的第一开口11，和在第二侧102形成的第二开口12，空腔10连通第一开口11和第二开口12。
在本实施例中，通过上述MEMS芯片1的加工方法，使得MEMS芯片1内的空腔10具有如下形状：空腔10在第一开口11和第二开口12之间具有扩大段20，空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。可以理解，空腔10的扩大段20在自硅衬底100的第一侧101向第二侧102的方向上，其截面面积可以逐渐增大，再逐渐减小，实现空腔10在扩大段20的横截面积大于其在第一开口11及第二开口12处的横截面积。通过这种结构，使得空腔10整体的体积增大，同时，第一开口11和第二开口12保持相对较小的尺寸，使得传感器芯片的尺寸无需随之增大，达到避免或者减少MEMS芯片1成本上升的目的。并且，通过各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔30的侧壁进行腐蚀，形成该结构，该结构的形状取决于硅衬底100本身选材的晶向，在一实施例中，硅衬底100的硅片晶向为<100>，如此形成具有扩大段20的空腔10，并且通过上述加工方式，发生装置加工的成品同一性好。
进一步，空腔10在第二开口12和扩大段20之间还具有平直段，空腔10在平直段的横截面积小于其在扩大段20的横截面积，且基本呈直线延伸。如此，避免硅衬底100第二侧102和空腔10内壁邻接处形成形状较为尖锐的倒角，使得硅衬底100在该倒角处也不容易破损变形，结构更加稳定。
基于上述MEMS芯片1的加工方法第二实施例或第四实施例，参照图13，图13为本发明MEMS芯片1的加工方法第五实施例的流程示意图，提出MEMS芯片1的加工方法第五实施例。
基于上述MEMS芯片1的加工方法第二实施例或第四实施例，在步骤S23或步骤S43中，在所述凹槽40的侧壁沉积保护层50的步骤包括：
S301：在所述凹槽40的所述侧壁和所述底壁沉积保护层50；
S302：去除所述凹槽40的所述底壁上的所述保护层50。
在本步骤中，先在凹槽40的内壁全部沉积保护层50，再通过刻蚀的方法将位于凹槽40底壁上的保护层50去除，加工更加简单易控。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种MEMS芯片，其特征在于，包括：
硅衬底，所述硅衬底内形成有贯穿所述硅衬底的第一侧和第二侧的空腔，以具有位于所述硅衬底第一侧的第一开口、及位于所述硅衬底第二侧的第二开口；
振膜层，设于所述硅衬底的第一侧，且覆盖所述第一开口；以及，
背极板，所述背极板设于所述振膜层背向所述硅衬底的一侧，所述背极板上开设有音孔；
其中，所述空腔在所述第一开口和所述第二开口之间具有扩大段，所述空腔在所述扩大段的横截面积大于其在所述第一开口及所述第二开口处的横截面积。
2.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述空腔还具有第一平直段，所述第一平直段位于所述第一开口和所述扩大段之间，且邻接于所述第一开口设置，所述空腔在所述第一平直段的横截面积小于其在所述扩大段的横截面积。
3.如权利要求1或2所述的MEMS芯片，其特征在于，所述空腔具有第二平直段，所述第二平直段位于所述第二开口和所述扩大段之间，且邻接于所述第二开口设置，所述空腔在所述第二平直段的横截面积小于其在所述扩大段的横截面积。
4.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括如权利要求1至3中任一项所述的MEMS芯片。
5.一种MEMS芯片的加工方法，其特征在于，包括：
提供一MEMS芯片组件，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底、振膜层和背极板，所述背极板上开设有音孔，所述硅衬底具有面向所述振膜层的第一侧和背离所述振膜层的第二侧，所述振膜层与所述硅衬底之间具有牺牲层；
从所述硅衬底的所述第二侧采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底的所述第一侧和所述第二侧的基准孔；
采用各向同性刻蚀技术对所述基准孔的侧壁进行刻蚀，以形成空腔。
6.一种MEMS芯片的加工方法，其特征在于，包括：
提供一MEMS芯片组件，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底、振膜层和背极板，所述背极板上开设有音孔，所述硅衬底具有面向所述振膜层的第一侧和背离所述振膜层的第二侧，所述振膜层与所述硅衬底之间具有牺牲层；
从所述硅衬底的所述第二侧采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底进行预刻蚀，形成向所述硅衬底的所述第一侧延伸的凹槽；
在所述凹槽的侧壁沉积保护层；
采用各向同性刻蚀技术对所述凹槽的底壁进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底的所述第一侧和所述第二侧的空腔。
7.一种MEMS芯片的加工方法，其特征在于，包括：
提供一MEMS芯片组件，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底、振膜层和背极板，所述背极板上开设有音孔，所述硅衬底具有面向所述振膜层的第一侧和背离所述振膜层的第二侧，所述振膜层与所述硅衬底之间具有牺牲层；
从所述硅衬底的所述第二侧采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底的所述第一侧和所述第二侧的基准孔；
采用各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔的侧壁进行腐蚀，形成空腔。
8.一种MEMS芯片的加工方法，其特征在于，包括：
提供一MEMS芯片组件，所述MEMS芯片组件包括依次叠设的硅衬底、振膜层和背极板，所述背极板上开设有音孔，所述硅衬底具有面向所述振膜层的第一侧和背离所述振膜层的第二侧，所述振膜层与所述硅衬底之间具有牺牲层；
从所述硅衬底的所述第二侧采用各向异性刻蚀技术对所述硅衬底进行预刻蚀，以形成向所述硅衬底的所述第一侧延伸的凹槽；
在所述凹槽的侧壁沉积保护层；
采用干性各向异性刻蚀技术对所述对所述凹槽的底壁进行刻蚀，形成贯穿所述硅衬底的所述第一侧和所述第二侧的基准孔；
采用各向异性湿法腐蚀技术对所述基准孔的侧壁进行腐蚀，形成空腔。
9.如权利要求7或8所述的MEMS芯片的加工方法，其特征在于，所述硅衬底的硅片晶向为<100>。
10.如权利要求6或8所述的MEMS芯片的加工方法，其特征在于，所述在所述凹槽的侧壁沉积保护层的步骤包括：
在所述凹槽的所述侧壁和所述底壁沉积保护层；
去除所述凹槽的所述底壁上的所述保护层。
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