CN114827881A - 背腔形成方法、具有背腔的器件、mems麦克风及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种背腔形成方法、具有背腔的器件、MEMS麦克风的制备方法及MEMS麦克风；其中，背腔形成方法包括：提供衬底，衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面；从第一表面对衬底进行刻蚀，形成至少一个凹槽；在凹槽内填充牺牲层；从第二表面对衬底进行刻蚀，形成贯穿衬底的至少两个子背腔，与一凹槽对应的两个相邻的子背腔从凹槽的延伸方向的两侧暴露出牺牲层，衬底在位于两个相邻的子背腔之间的部分未被刻蚀而形成支撑轴，支撑轴与对应的牺牲层在垂直于衬底的方向上连接；去除牺牲层，以使相邻的各子背腔之间通过凹槽连通，形成背腔；如此，解决了在背腔的深处刻蚀工艺难以控制的问题，提高了器件工作可靠性。

Description

背腔形成方法、具有背腔的器件、MEMS麦克风及制备方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种背腔形成方法、具有背腔的器件、MEMS麦克风的制备方法及MEMS麦克风。

背景技术

在半导体技术领域中，常常涉及具有背腔的器件，例如，MEMS器件、微加热板器件等。针对具有背腔的器件而言，在制备其背腔时通常是从衬底的背面进行刻蚀以形成的。

然而，随着刻蚀工艺从衬底的背面向衬底的内部逐渐进行，刻蚀的精度越来越难以控制。特别是在刻蚀至衬底的正面时，经常出现背腔在正面的开口位置和尺寸不符合设计要求的问题，例如，在某些需要被刻蚀掉的位置处没有刻穿，而在某些位置又刻蚀过多。最终，导致器件存在缺陷，可靠性降低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种背腔形成方法、具有背腔的器件、MEMS麦克风的制备方法及MEMS麦克风。

为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：

第一个方面，在本实施例中提供了一种背腔形成方法，所述方法包括：

提供衬底，所述衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面；

从所述第一表面对所述衬底进行刻蚀，形成至少一个凹槽；

在所述凹槽内填充牺牲层；

从所述第二表面对所述衬底进行刻蚀，形成贯穿所述衬底的至少两个子背腔，与一所述凹槽对应的两个相邻的所述子背腔从所述凹槽的延伸方向的两侧暴露出所述牺牲层，所述衬底在位于所述两个相邻的子背腔之间的部分未被刻蚀而形成支撑轴，所述支撑轴与对应的所述牺牲层在垂直于所述衬底的方向上连接；

去除所述牺牲层，以使相邻的各所述子背腔之间通过所述凹槽连通，形成背腔。

可选的，从所述第二表面对所述衬底进行刻蚀的步骤，采用深反应离子刻蚀工艺执行；所述子背腔的开口尺寸沿所述第二表面至所述第一表面的方向上增大。

可选的，所述凹槽的深度大于或等于1μm。

可选的，所述支撑轴的远离所述第二表面的端部的宽度不小于5μm。

可选的，与一所述背腔对应的所述凹槽和所述子背腔分别形成在所述衬底的第一区域和第二区域，在所述第一区域和所述第二区域围成的区域内部还包括第三区域，所述衬底位于所述第三区域的部分未被刻蚀而形成支撑柱。

第二个方面，在本实施例中提供了一种具有背腔的器件，所述具有背腔的器件采用如前述实施例中任一所述的背腔形成方法中的步骤制备得到。

第三个方面，在本实施例中提供了一种MEMS麦克风的制备方法，包括前述实施例中任一所述的背腔形成方法中的步骤；

在所述凹槽内填充牺牲层之后，所述方法还包括：

在所述衬底和所述牺牲层上形成阻挡层；

在所述阻挡层上形成声学传感结构。

第四个方面，在本实施例中提供了一种MEMS麦克风，包括：

衬底，具有彼此相对的第一表面和第二表面；

声学传感结构，位于所述衬底的第一表面的上方；

在所述衬底中形成有背腔以及支撑轴；其中，所述背腔在垂直于所述衬底的方向上与所述声学传感结构对齐，所述背腔包括至少两个贯穿所述衬底的子背腔以及从所述第一表面连通相邻两所述子背腔的凹槽；所述支撑轴由所述衬底中位于所述凹槽与所述第二表面之间并且位于相邻两所述子背腔之间的部分形成；所述支撑轴的远离所述第二表面的端部的宽度不小于5μm。

可选的，所述子背腔的开口尺寸沿所述第二表面至所述第一表面的方向上增大。

可选的，所述凹槽的深度大于或等于1μm。

可选的，所述MEMS麦克风还包括：支撑柱；与一所述背腔对应的所述凹槽和所述子背腔分别位于所述衬底的第一区域和第二区域，在所述第一区域和所述第二区域围成的区域内部还包括第三区域，所述支撑柱由所述衬底中位于所述第三区域而未被刻蚀的部分形成。

一方面，本申请实施例所提供的背腔形成方法、具有背腔的器件及MEMS麦克风的制备方法，通过从第一表面对衬底进行刻蚀，形成至少一个凹槽；在凹槽内填充牺牲层；从第二表面对衬底进行刻蚀，形成贯穿衬底的至少两个子背腔，与一凹槽对应的两个相邻的子背腔从凹槽的延伸方向的两侧暴露出牺牲层，衬底在位于两个相邻的子背腔之间的部分未被刻蚀而形成支撑轴，支撑轴与对应的牺牲层在垂直于衬底的方向上连接；去除牺牲层，以使相邻的各子背腔之间通过凹槽连通，形成背腔；如此，解决了在背腔的深处刻蚀工艺难以控制的问题，保证了背腔在靠近衬底的第一表面处的形貌和尺寸，进而保证了未被刻蚀而形成的支撑轴的形貌和尺寸；减小了器件缺陷，提高了器件工作可靠性；在MEMS麦克风的制备方法中采用前述背腔形成方法的步骤，可以减少MEMS麦克风的器件缺陷，提高MEMS麦克风的可靠性。另一方面，本申请实施例所提供的MEMS麦克风，通过在衬底中形成有背腔以及支撑轴；背腔在垂直于衬底的方向上与声学传感结构对齐，背腔包括至少两个贯穿衬底的子背腔以及从第一表面连通相邻两子背腔的凹槽；支撑轴由衬底中位于凹槽与第二表面之间并且位于相邻两子背腔之间的部分形成；支撑轴的远离第二表面的端部的宽度不小于5μm；如此，提供了一种缺陷较少、可靠性较高的MEMS麦克风，并且由于凹槽和支撑轴的位置设置及结构特点，支撑轴具有强度较高的端部，从而防止了在后续工艺中发生破损断裂。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1a和图1b分别为具有背腔的器件的底视图和顶视图；

图2至图5b为一对比实施例中具有背腔的器件在背腔形成过程中的结构剖面示意图；

图6为经过图2至图5b对应的背腔形成过程后获得的具有背腔的器件的电镜图；

图7为本申请实施例提供的背腔形成方法的流程示意图；

图8至图14c为本申请实施例提供的背腔形成方法在背腔形成过程中的结构剖面示意图；

图15为一变形实施例中在背腔形成过程中的结构剖面示意图；

图16为采用本申请实施例提供的背腔形成方法形成的具有背腔的器件的平面示意图；

图17为采用本申请实施例提供的背腔形成方法形成的具有背腔的器件的电镜图；

图18为本申请实施例提供的MEMS麦克风的制备方法的流程示意图；

图19a至图19c为本申请实施例提供的MEMS麦克风的结构剖面示意图。

附图标记说明：

100、200——衬底；101、201——第一表面；102、202——第二表面；203——凹槽；181、281——第一子背腔；182、282——第二子背腔；180、280——背腔；1051、2051——第一支撑轴；1052、2052——第二支撑轴；206——支撑柱；110、210——阻挡层；120、220——器件功能层；230——牺牲层；221——振膜；222——背板；223——绝缘层；224——空腔；228——声学传感结构。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向（旋转90度或其它取向）并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

首先，请参考图1a和图1b。图1a和图1b分别为具有背腔的器件的底视图和顶视图；可以理解地，通过将Wafer（晶圆）背面向上进行观察可以获得图1a，通过将Wafer正面向上进行观察可以获得图1b。如图所示，该背腔的外侧壁的轮廓基本呈圆形，并通过三个支撑轴而划分成三个子背腔，图1b中虚线BA、BD、BF分别示出了三个支撑轴所在的位置，每两相邻的支撑轴之间即为一个子背腔所在的位置。

接下来，请参考图2至图5b。在一对比实施例中，具有背腔的器件在背腔形成过程中包括如下步骤：提供衬底100，该衬底100具有彼此相对的第一表面101和第二表面102；根据器件的实际设计需求，在衬底100的第一表面101上依次沉积阻挡层110和其他器件功能层120；然后，从衬底100的第二表面102进行刻蚀，形成贯穿衬底100的背腔180，并且在相邻子背腔之间未被刻蚀的衬底形成支撑轴（可参考图5a中1051或图5b中1052），每一支撑轴的朝向第一表面101的端部与阻挡层110之间存在空隙，从而使得相邻子背腔在第一表面101可以连通。

图5a为以图1b中EC所在的位置为截面获得的结构剖面示意图。该图中示出了两个子背腔（下称“第一子背腔181”和“第二子背腔182”）以及位于第一子背腔181和第二子背腔182之间的第一支撑轴1051（虚线BD对应的支撑轴）。第一子背腔181和第二子背腔182的开口尺寸沿第二表面102至第一表面101的方向上增大，并在衬底100的第一表面101连通。

图5b为以图1b中ABC所在的位置为截面获得的结构剖面示意图。该图中示出了第二子背腔182和第二支撑轴1052（虚线BA对应的支撑轴），并且示出了第二支撑轴1052沿延伸方向上的剖面示意图。如图所示，第二支撑轴1052朝向衬底100的第一表面101的端部与阻挡层110之间存在空隙；可以理解，与第一子背腔181和第二子背腔182之间连通的情况类似，该空隙为第一子背腔181和另一子背腔（图1b中位于虚线BA与BF之间的子背腔，下称“第三子背腔”）之间连通的区域。

进一步结合图6所示的电镜图可以发现，在该对比实施例中，背腔180在衬底100的第一表面101的开口位置和尺寸已经不符合设计要求。在A点朝向B点的一侧（请参考图5b或图6中椭圆虚线框所示位置），衬底不易被刻蚀进而造成第一子背腔181和第三子背腔在该位置并未按照设计要求而连通；在支撑轴的中间区域（请参考图6中虚线箭头所指向的区域），又出现刻蚀过多的问题。可以看出，在通过对比实施例提供的方法制备得到的器件中，支撑轴的朝向第一表面101的端部与阻挡层110之间的间距难以控制。

此外，在实际工艺中，往往采用DRIE（Deep Reactive Ion Etching，深反应离子刻蚀）工艺形成背腔180。利用DRIE工艺具有倾斜角的特性，执行DRIE工艺所得到的顶部特征尺寸（top CD）和底部特征尺寸（bottom CD）之间具有偏差，子背腔的开口尺寸逐渐增大，相应的，支撑轴的宽度逐渐减薄，最终在靠近阻挡层110的一侧衬底被刻穿，从而使得相邻子背腔连通，支撑轴的端部与阻挡层110存在间距。由于支撑轴的宽度逐渐减薄，在靠近第一表面101的一侧，支撑轴的端部变得非常薄，其剖面形状类似于三角形的尖角（请参考图5a中第一支撑轴1051的顶端），这造成支撑轴在后续的溶液清洗（strip）等工艺中容易受损。不仅如此，随着刻蚀工艺的进行，薄的端部继续被刻蚀，会产生大量粒子（partical），造成器件污染。进一步参考图6中右侧放大倍数更高的电镜图，支撑轴端部的表面存在毛刺，这些毛刺容易被震落，造成器件被污染。

基于此，本申请实施例提供了一种背腔形成方法。图7为本申请实施例提供的背腔形成方法的流程示意图；如图所示，该方法包括：

步骤702，提供衬底，衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面；

步骤704，从第一表面对衬底进行刻蚀，形成至少一个凹槽；

步骤706，在凹槽内填充牺牲层；

步骤708，从第二表面对衬底进行刻蚀，形成贯穿衬底的至少两个子背腔，与一凹槽对应的两个相邻的子背腔从凹槽的延伸方向的两侧暴露出牺牲层，衬底在位于两个相邻的子背腔之间的部分未被刻蚀而形成支撑轴，支撑轴与对应的牺牲层在垂直于衬底的方向上连接；

步骤710，去除牺牲层，以使相邻的各子背腔之间通过凹槽连通，形成背腔。

可以理解的，通过上述方法，解决了在背腔的深处刻蚀工艺难以控制的问题，保证了背腔在靠近衬底的第一表面处的形貌和尺寸，进而保证了未被刻蚀而形成的支撑轴的形貌和尺寸，进而减小了器件缺陷，提高了器件工作可靠性。

还应该理解的是，虽然上述流程示意图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。而且，上述流程示意图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，也不必然是依次进行。

下面，结合图8至图14c示出的背腔形成方法在背腔形成过程中的结构剖面示意图，对本申请实施例提供的背腔形成方法及其有益效果做进一步详细说明。

首先，请参考图8，提供衬底200，衬底200具有彼此相对的第一表面201和第二表面202。

这里，衬底200可以为半导体衬底或玻璃衬底。衬底200的材料可以是以下材料中的至少一种：硅（Si）、绝缘体上硅（SOI）、绝缘体上层叠硅（SSOI）、绝缘体上层叠锗化硅（S-SiGeOI）、绝缘体上锗化硅（SiGeOI）以及绝缘体上锗（GeOI）等。

衬底200的第一表面201和第二表面202又可以分别称为顶表面和底表面，或分别称为上表面和下表面。衬底的顶表面通常是形成器件的一面，除非另行指明。在忽略第一表面201和第二表面202的平整度的情况下，通过衬底200可以定义出两个相互垂直的方向——垂直于衬底的方向（图中Y方向）和平行于衬底的方向（图中X方向）。其中，垂直于衬底的方向也为后续在衬底上沉积各材料层的层叠方向，或称器件的高度方向；而平行于衬底的方向即为平行于衬底所在平面的方向，衬底所在平面可以理解为第一表面201或第二表面202，或者严格意义上讲衬底厚度方向上的中心面。换言之，垂直于衬底的方向大致与第一表面201或第二表面202垂直，平行于衬底的方向大致与第一表面201或第二表面202平行。

为了便于下文描述，将衬底200中的一个背腔的预设形成区域划分为包括第一区域和第二区域。其中，第一区域为凹槽的预设形成区域，第二区域为子背腔的预设形成区域；当然，本申请并不排除还可以划分包括其他区域的情况。

接下来，请参考图9，从第一表面201对衬底200进行刻蚀，形成至少一个凹槽203。

这里，可以具体为对衬底200的第一区域进行刻蚀。第一区域还可以为与后续支撑轴的形成位置相对应的区域。

第一区域的形状，即凹槽203沿平行于衬底的方向的形状，可以为条形、圆形、环形等；第一区域的数量可以为一个或多个。当第一区域的形状为条形时，该条形具体可以为直线长条形，也可以为弯曲的条形（例如为S形）。当第一区域的数量为多个时，多个第一区域可以相互平行，相互交叉，或者不实际交叉而是延长线相互交叉。

作为本申请的一种具体实施方式，与一背腔对应的凹槽203和子背腔分别形成在衬底200的第一区域和第二区域，在第一区域和第二区域围成的区域内部还包括第三区域，衬底200位于第三区域的部分未被刻蚀而形成支撑柱206。

在一具体器件中，第一区域的形状为条形且数量为多个，多个条形的延长线相互交叉。请参考图16，与图1b类似地，图中虚线BA、BD、BF分别示出了支撑轴所在的位置，也可认为是第一区域的位置；第一区域为直线长条形，且各自的延长线汇聚于B点。这里，B点所在的区域即对应于第三区域，可见位于第三区域内的第一表面201并未被刻蚀，衬底中位于第三区域的部分在后续制备得到的器件中将形成为支撑柱。下文将以图16示出的结构为例进行说明。

刻蚀形成凹槽203的步骤可以采用干法刻蚀工艺执行，也可以采用湿法刻蚀工艺执行，本申请对此并不做具体限制。

通过控制凹槽203的深度，能够精准地控制后续形成的支撑轴与阻挡层之间的间距。

可选的，凹槽203的深度大于或等于1μm。如此，与对比实施例相比，通过本实施例提供的方法制备得到的器件，支撑轴的朝向第一表面201的端部与第一表面201之间的间距可以控制在大于或等于1μm；不仅如此，由于凹槽203已经为子背腔之间预留了大于或等于1μm深度的连通区域，因此在后续背腔的刻蚀工序中，无需再为了保证连通距离而进行过度刻蚀。

凹槽203具有与延伸方向垂直的宽度方向，可选的，凹槽203的底部宽度大于或等于5μm。可以理解地，凹槽203的尺寸将决定后续在凹槽中填充的牺牲层的尺寸，而牺牲层的尺寸会在一定程度上影响支撑轴的与牺牲层接触的一端的端部尺寸；因此，将凹槽203的底部宽度设置在大于或等于5μm，将有助于后续支撑轴端部尺寸的控制。

接下来，请参考图10和图11，在凹槽203内填充牺牲层230。

这里，可以先形成厚度高于凹槽203深度的牺牲层230（如图10所示），从而保证凹槽203完全被牺牲层230填充；不可避免的，有部分牺牲层230形成在衬底200的第一表面201上。然后，通过平坦化工艺去除覆盖在第一表面201上的部分牺牲层230，最终使得保留下来的牺牲层230的外露表面与第一表面201基本共面（如图11所示）。经过平坦化工艺的处理，牺牲层230具有大致平整的表面。在实际工艺中，平坦化工艺具体可以选择化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP）工艺。

一方面，牺牲层230在最终形成的器件中需要被去除，因此需要选取易于被去除的材料；另一方面，为了防止在后续背腔刻蚀工序中牺牲层230也被刻蚀去除，因此牺牲层230的材料需要与衬底200的材料之间具有较高的刻蚀选择比。在实际应用中，牺牲层230的材料例如为二氧化硅。

牺牲层230可以通过热氧化、低压力化学气相沉积、等离子体化学气相沉积等方法形成，本申请对此并不做具体限制。

接下来，请参考图12，本实施例还可以包括在衬底200和牺牲层230上形成阻挡层210的步骤。阻挡层210可以作为后续背腔刻蚀工序中的刻蚀停止层。

此外，本实施例还可以包括在阻挡层210上形成其他器件功能层220的步骤。器件功能层220可以根据实际形成的具有背腔的器件需求而对应的选择。本实施例中所提及的器件包括但不限于MEMS器件，例如还可以为微加热板器件等。实际形成的具有背腔的器件为MEMS器件，则器件功能层220可用于构成MEMS器件的微机械结构；或者，实际形成的具有背腔的器件为微加热板器件，则器件功能层220可包括加热板等结构。

接下来，请参考图13a-图13c，从第二表面202对衬底200进行刻蚀，形成贯穿衬底200的至少两个子背腔（可参考图中第一子背腔281和第二子背腔282），与一凹槽203对应的两个相邻的子背腔从凹槽203的延伸方向的两侧暴露出牺牲层230，衬底200在位于两个相邻的子背腔之间的部分未被刻蚀而形成支撑轴（可参考图中第一支撑轴2051和第二支撑轴2052），支撑轴与对应的牺牲层230在垂直于衬底200的方向上连接。

为了使得两个相邻的子背腔从凹槽203的延伸方向的两侧暴露出牺牲层230，与两个相邻的子背腔对应的第二区域可以与第一区域相邻接。

图13a为以图16中ABC所在的位置为截面获得的结构剖面示意图。该图中示出了第二子背腔282和第二支撑轴2052（虚线BA对应的支撑轴），并且在该图中第二支撑轴2052是以沿延伸方向上进行剖视的方式呈现。如图所示，第二支撑轴2052与牺牲层230在垂直于衬底200的方向上连接；换言之，第二支撑轴2052的厚度与牺牲层230的厚度之和大致等于衬底200被刻蚀之前的厚度。

图13b为以图16中EC所在的位置为截面获得的结构剖面示意图。该图中示出了两个子背腔——第一子背腔281和第二子背腔282，以及位于第一子背腔281和第二子背腔282之间的第一支撑轴2051（虚线BD对应的支撑轴）。在该图中第一支撑轴2051是以沿垂直于延伸方向的宽度方向上进行剖视的方式呈现的。

图13c为以图16中ABD所在的位置为截面获得的结构剖面示意图。该图中示出了第一支撑轴2051和第二支撑轴2052，并且在该图中第一支撑轴2051和第二支撑轴2052均是以沿延伸方向上进行剖视的方式呈现。

在实际工艺中，从第二表面202对衬底200进行刻蚀的步骤，可以采用深反应离子刻蚀工艺执行；子背腔的开口尺寸沿第二表面202至第一表面201的方向上增大；换言之，子背腔的开口尺寸沿着刻蚀方向变大。在MEMS麦克风的制备中，深反应离子刻蚀工艺能够形成深宽比较大的背腔，从而使更多的空气能够进入背腔内，以提高所形成的麦克风结构的灵敏度。

可以理解地，本申请实施例中由于预先在衬底200的第一表面201上刻蚀形成了凹槽，因而无需如对比实施例一样，借助DRIE工艺的具有倾斜角的特性并通过调节DRIE工艺的条件来实现子背腔的连通，进而避免了支撑轴的端部被刻蚀成尖角，防止了支撑轴的端部在后续工艺中发生破损断裂的问题；此外，采用本申请实施例提供的方法，在刻蚀过程中粒子和毛刺的问题得到了改善，因而降低了器件被污染的概率。

可以理解地，本申请实施例并不限于采用DRIE工艺实现背腔的刻蚀，并且不限于子背腔的开口尺寸沿第二表面202至第一表面201的方向上增大，这是由于本申请实施例中通过预先在衬底200的第一表面201上刻蚀形成了凹槽实现子背腔的连通。请参考图15，在一变形实施例中，子背腔的开口尺寸也可以沿第二表面202至第一表面201的方向上减小，进而支撑轴的远离第二表面202的端部的宽度也可以大于位于第二表面202的端部的宽度。

支撑轴的远离第二表面202的端部的宽度不小于5μm；进一步地，可以在5μm至40μm的范围内；更进一步地，可以在5μm至30μm的范围内。在具体应用中，支撑轴的远离第二表面202的端部的宽度例如为10μm±5%。这里，支撑轴的端部的宽度应当理解为该支撑轴的端部在介于两个子背腔之间的尺寸，如图中第一支撑轴2051的端部的宽度为该第一支撑轴2051的端部在介于第一子背腔281和第二子背腔282之间的尺寸。相较于对比实施例中不考虑或者不设定支撑轴端部的宽度，为了实现子背腔之间连通，支撑轴端部的宽度只能工艺中被动的得到，本申请实施例可以将支撑轴的端部的宽度设置为不小于5μm，因而支撑轴具有强度较高的端部，防止了在后续工艺中发生破损断裂，提高了器件的良率以及工作可靠性。

子背腔贯穿衬底200是指子背腔从衬底200的第二表面202延伸至第一表面201，暴露出阻挡层210。在刻蚀形成子背腔的过程中，阻挡层210作为刻蚀停止层。阻挡层210的材料可以与牺牲层230的材料相同；在实际应用中，阻挡层210和牺牲层230的材料可以均为二氧化硅。在后续工艺中，暴露出的部分阻挡层210可以和牺牲层230在同一工序中被去除。

在刻蚀形成子背腔的过程中，牺牲层230延伸方向两侧的衬底材料被完全去除；子背腔暴露出牺牲层230的侧壁。

作为本申请的一种具体实施方式，与一背腔对应的凹槽203和子背腔分别形成在衬底200的第一区域和第二区域，在第一区域和第二区域围成的区域内部还包括第三区域（请参考图16），衬底200位于第三区域的部分未被刻蚀而形成支撑柱206。

支撑柱206的上、下表面大致与衬底200的第一表面201和第二表面202分别共面。支撑柱206的厚度明显大于各支撑轴的厚度。如此，支撑柱206可以使具有背腔的衬底的结构得到强化，加强器件的抗震动强度。

结合图16可以理解，支撑轴的一端与背腔的外侧壁连接，另一端与支撑柱206连接。

接下来，请参考图14a-图14c，去除牺牲层230，以使相邻的各子背腔之间通过凹槽203连通，形成背腔280。

在本实施例中，去除牺牲层230可以采用vHF工艺（氢氟酸蒸汽刻蚀工艺），也可以采用湿法刻蚀工艺实现。对应于牺牲层230的材料选择为二氧化硅，湿法刻蚀工艺的刻蚀液可以选择为氢氟酸溶液。此外，也可以采用各向同性的干法刻蚀工艺实现对牺牲层230的去除。

可以理解地，在本申请实施例中，背腔280包括各个子背腔以及凹槽203。这与对比实施例中背腔280仅包括各个子背腔，各个子背腔开口底端直接连通完全不同。

各个子背腔的外轮廓以及凹槽的外轮廓联合构成整个背腔的外轮廓。在图16对应的具体实施方式中，整个背腔的外轮廓（外侧壁的轮廓）基本呈圆形。三个支撑轴可以以大致均匀地分布在该圆形的半径位置处。在其他实施方式中，每两相邻的支撑轴之间的夹角和/或间距也可以相等，从而为背腔提供均匀的支撑作用。在相邻的两支撑轴之间（或支撑轴与整个背腔的外侧壁之间）为一个子背腔。如图16中虚线BA、BD、BF分别示出了三个支撑轴所在的位置（可参考图中第一区域），每两相邻的支撑轴之间即为一个子背腔所在的位置（可参考图中第二区域）。而在该圆形的圆心位置处，还包括支撑柱206（可参考图中第三区域）。从而凹槽位于整个背腔的外侧壁与支撑柱206之间。

基于此，本申请实施例还提供一种具有背腔的器件，其采用如前述任一实施例提供的背腔形成方法中的步骤制备得到。

本申请实施例还提供一种MEMS麦克风的制备方法。图18为本申请实施例提供的MEMS麦克风的制备方法的流程示意图；如图所示，该方法包括：

步骤702，提供衬底，衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面；

步骤704，从第一表面对衬底进行刻蚀，形成至少一个凹槽；

步骤706，在凹槽内填充牺牲层；

步骤7071，在衬底和牺牲层上形成阻挡层；

步骤7072，在阻挡层上形成声学传感结构。

步骤708，从第二表面对衬底进行刻蚀，形成贯穿衬底的至少两个子背腔，与一凹槽对应的两个相邻的子背腔从凹槽的延伸方向的两侧暴露出牺牲层，衬底在位于两个相邻的子背腔之间的部分未被刻蚀而形成支撑轴，支撑轴与对应的牺牲层在垂直于衬底的方向上连接；

步骤710，去除牺牲层，以使相邻的各子背腔之间通过凹槽连通，形成背腔。

其中，步骤702、704、706、708和710与前述实施例中背腔形成方法的对应步骤相同，这里不再赘述。事实上，可以根据实际需要，将前述实施例中背腔形成方法中提及的任一步骤或全部步骤应用到本实施例提供的MEMS麦克风的制备方法中。通过在MEMS麦克风的制备方法中采用前述背腔形成方法中的步骤，可以减少器件缺陷，提高MEMS麦克风的可靠性。

应当理解的是，虽然上述流程示意图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行；而且，这些步骤也不必然是依次进行，本申请并不排除至少两个步骤在同一时刻执行完成或者轮流交替完成的情况。步骤之间的执行时序还是应当根据具体的逻辑关系而确定。例如，步骤7071——在衬底和牺牲层上形成阻挡层，可以理解地，由于该步骤7071中阻挡层至少一部分形成在牺牲层上，因此在该步骤之前牺牲层已经形成，故步骤7071需要在步骤706——在凹槽内填充牺牲层之后执行；但是，该步骤7071并不必然在步骤708或步骤710之前执行。进一步地，如果在一具体实施方式中阻挡层210用作后续背腔刻蚀工序中的刻蚀停止层，则在刻蚀形成背腔之前需要先形成阻挡层210，故步骤7071在步骤708之前执行。

请参考图12，在衬底200和牺牲层230上形成阻挡层210。

阻挡层210可以使得声学传感结构228支撑于衬底200的第一表面201之上。例如，阻挡层210位于背腔和声学传感结构228之间的部分在后续工序中被去除，而残留部分形成为支撑结构。

在一具体实施方式中，阻挡层210可以作为后续背腔刻蚀工序中的刻蚀停止层。

阻挡层210的材料可以与牺牲层230的材料相同；在实际应用中，阻挡层210和牺牲层230的材料可以均为二氧化硅。在后续工序中，暴露出的部分阻挡层210可以和牺牲层230在同一工序中被去除。

在本实施例中，图12所示的器件功能层220具体为声学传感结构228。

请进一步参考图19a至图19c，声学传感结构228例如包括用以形成MEMS麦克风的振膜221、背板222、以及位于振膜221和背板222之间的空腔224。

振膜221的材料可以为导电材料，从而作为可变电容的下电极(或称下极板)；其材料具体例如包括多晶硅、SiGe或金属等。振膜221悬空于背腔上方。

背板222的材料也可以为导电材料，从而作为可变电容的上电极(或称上极板)；其材料具体例如包括金属等。背板222中可以具有若干开口，声波引发振膜221振动时，空腔224内的空气可以从背板222的开口排出。

声学传感结构228还可以包括绝缘层223，绝缘层223被部分去除从而形成空腔224，绝缘层223残留部分形成为振膜221与背板222之间的支撑结构。

振膜221与背板222作为可变电容的两个电极，空腔224作为可变电容中的介质。当声音传入MEMS麦克风时，引起振膜221振动，空腔224内的空气受到振膜221振动的挤压从背板222的开口排出，从而使得振膜221与背板222之间的电容值发生变化，以此将声波转化为电信号输出。

本申请实施例还提供一种MEMS麦克风，请参考图19a至图19c，该MEMS麦克风包括：

衬底200，具有彼此相对的第一表面201和第二表面202；

声学传感结构228，位于衬底200的第一表面201的上方；

在衬底200中形成有背腔280以及支撑轴（可参考图中第一支撑轴2051和第二支撑轴2052）；其中，背腔280在垂直于衬底200的方向上与声学传感结构228对齐，背腔280包括至少两个贯穿衬底200的子背腔（可参考图中第一子背腔281和第二子背腔282）以及从第一表面201连通相邻两子背腔的凹槽203；支撑轴由衬底200中位于凹槽203与第二表面202之间并且位于相邻两子背腔之间的部分形成；支撑轴的远离第二表面202的端部的宽度不小于5μm。

如此，提供了一种缺陷较少、可靠性较高的MEMS麦克风，并且由于凹槽和支撑轴的位置设置及结构特点，支撑轴具有强度较高的端部，从而防止了在后续工艺中发生破损断裂。

可以理解地，相较于对比实施例中不考虑或者不设定支撑轴端部的宽度，本实施例将支撑轴的端部的宽度设置为不小于5μm，因而支撑轴具有强度较高的端部，防止了在后续工艺中发生破损断裂，提高了器件的良率以及工作可靠性。

可选的，子背腔的开口尺寸沿第二表面202至第一表面201的方向上增大。如此，背腔280在朝向声学传感结构228一侧的开口尺寸得到了保障，避免出现只有较少量的空气能够进入声学传感结构228的情况。

可选的，凹槽203的深度大于或等于1μm。如此，支撑轴的朝向第一表面201的端部与第一表面201之间的间距可以控制在大于或等于1μm，保障了相邻子背腔之间的连通。

可选的，该MEMS麦克风还包括支撑柱206；与一背腔280对应的凹槽203和子背腔分别位于衬底200的第一区域和第二区域，在第一区域和第二区域围成的区域内部还包括第三区域，支撑柱206由衬底200中位于第三区域而未被刻蚀的部分形成。通过设置支撑柱206，可以使具有背腔280的衬底200的结构得到强化，加强MEMS麦克风的抗震动强度。

需要说明的是，本申请提供的MEMS麦克风实施例与背腔形成方法实施例以及MEMS麦克风的制备方法实施例属于同一构思；各实施例所记载的技术方案中各技术特征之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。但需要进一步说明的是，本申请实施例提供的MEMS麦克风，其各技术特征组合已经可以解决本申请所要解决的技术问题；因而，本申请实施例所提供的MEMS麦克风可以不受本申请实施例提供的MEMS麦克风的制备方法的限制，任何能够形成本申请实施例所提供的MEMS麦克风结构的制备方法所制备的MEMS麦克风均在本申请保护的范围之内。

应当理解，以上实施例均为示例性的，不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的，也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合，以形成可能没有被明确描述的本申请的另外的实施例。因此，上述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，不对本申请专利的保护范围进行限制。

Claims (11)

1.一种背腔形成方法，其特征在于，所述方法包括：

提供衬底，所述衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面；

从所述第一表面对所述衬底进行刻蚀，形成至少一个凹槽；

在所述凹槽内填充牺牲层；

从所述第二表面对所述衬底进行刻蚀，形成贯穿所述衬底的至少两个子背腔，与一所述凹槽对应的两个相邻的所述子背腔从所述凹槽的延伸方向的两侧暴露出所述牺牲层，所述衬底在位于所述两个相邻的子背腔之间的部分未被刻蚀而形成支撑轴，所述支撑轴与对应的所述牺牲层在垂直于所述衬底的方向上连接；

去除所述牺牲层，以使相邻的各所述子背腔之间通过所述凹槽连通，形成背腔。

2.根据权利要求1所述的背腔形成方法，其特征在于，从所述第二表面对所述衬底进行刻蚀的步骤，采用深反应离子刻蚀工艺执行；

所述子背腔的开口尺寸沿所述第二表面至所述第一表面的方向上增大。

3.根据权利要求1所述的背腔形成方法，其特征在于，所述凹槽的深度大于或等于1μm。

4.根据权利要求1所述的背腔形成方法，其特征在于，所述支撑轴的远离所述第二表面的端部的宽度不小于5μm。

5.根据权利要求1所述的背腔形成方法，其特征在于，与一所述背腔对应的所述凹槽和所述子背腔分别形成在所述衬底的第一区域和第二区域，在所述第一区域和所述第二区域围成的区域内部还包括第三区域，所述衬底位于所述第三区域的部分未被刻蚀而形成支撑柱。

6.一种具有背腔的器件，其特征在于，所述具有背腔的器件采用如权利要求1-5中任意一项所述的背腔形成方法中的步骤制备得到。

7.一种MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，包括如权利要求1-5中任意一项所述的背腔形成方法中的步骤；

在所述凹槽内填充牺牲层之后，所述方法还包括：

在所述衬底和所述牺牲层上形成阻挡层；

在所述阻挡层上形成声学传感结构。

8.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：

衬底，具有彼此相对的第一表面和第二表面；

声学传感结构，位于所述衬底的第一表面的上方；

在所述衬底中形成有背腔以及支撑轴；其中，所述背腔在垂直于所述衬底的方向上与所述声学传感结构对齐，所述背腔包括至少两个贯穿所述衬底的子背腔以及从所述第一表面连通相邻两所述子背腔的凹槽；所述支撑轴由所述衬底中位于所述凹槽与所述第二表面之间并且位于相邻两所述子背腔之间的部分形成；所述支撑轴的远离所述第二表面的端部的宽度不小于5μm。

9.根据权利要求8所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述子背腔的开口尺寸沿所述第二表面至所述第一表面的方向上增大。

10.根据权利要求8所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述凹槽的深度大于或等于1μm。

11.根据权利要求8所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述MEMS麦克风还包括：支撑柱；

与一所述背腔对应的所述凹槽和所述子背腔分别位于所述衬底的第一区域和第二区域，在所述第一区域和所述第二区域围成的区域内部还包括第三区域，所述支撑柱由所述衬底中位于所述第三区域而未被刻蚀的部分形成。

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