CN1787694A

CN1787694A - 硅晶微麦克风的制作方法

Info

Publication number: CN1787694A
Application number: CN 200410100284
Authority: CN
Inventors: 龚诗钦; 林中源; 黄尧民; 郑权贤; 薛树远
Original assignee: Merry Electronics Co Ltd
Current assignee: Merry Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-14

Abstract

本发明是一种硅晶微麦克风的制作方法，该硅晶微麦克风以半导体工艺与硅微细加工制作而成，其主要包含有一具有一共振室的硅基板、一振动膜、一设有若干音孔的背板，以及一金属焊垫，制作容易，成本低廉，且适于大量生产。

Description

硅晶微麦克风的制作方法

技术领域

本发明与微麦克风有关，特别是指一种硅晶微麦克风的制法，不仅满足小尺寸与薄型化的要求，同时具有高灵敏度与高可靠度的表现，且有利于大量生产。

背景技术

现今的可携式电子产品，例如MP3随身听、手机、PDA等等，其发展趋势不仅是要更加轻巧，更要求多功能的整合，而麦克风为一般可携式电子产品中常见的零组件，自然也朝向轻、薄、短、小的趋势发展，且同时要求更佳的效能与输出表现。

目前公知的微麦克风，请参阅图1所示，美国第5573679专利公开一微麦克风7，该麦克风7的振动膜71与背板72是利用氮化硅(SiliconNitride)为材料，由于氮化硅为一绝缘材料，因此，该振动膜71与该背板72必须分别增设一导电层73 & 74以作为电极，除了使该麦克风7的尺寸增加外，制作成本相对亦较高。

再请参阅图2所示，美国第5888845专利公开另一微麦克风8，该微麦克风8的振动膜81是利用磊晶片(Epitaxy Wafers)制作而成，材料成本较一般硅晶片要昂贵许多；此外，该微麦克风8的背板82则必须先以一金属层83作为电镀种子层(Seed Layer)，再利用微电镀(Micro Plating)工艺于该金属层83的顶面电镀一金属厚膜84，以提高该背板82的刚性；然而，该金属厚膜84的厚度均匀性不易控制，且缺乏保护层(Passivation)，容易影响产品的品质。

如图3所示，美国第6140689专利公开一微麦克风9，该微麦克风9是将其背板92设于内侧，而将其振动膜91设于最外侧，再加上该振动膜91的厚度极小，因此容易受到外界环境的影响而不利晶片操作，易造成良率下降。

因此，如何兼顾尺寸、效能与制作良率的要求是目前亟待进一步克服的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硅晶微麦克风的制法，其具有小尺寸与高灵敏度的优点。

本发明的次一目的在于提供一种硅晶微麦克风的制法，其利用半导体工艺与硅微细加工技术来制作，工艺简单、组装容易，具有低成本，可大量生产的特性。

为实现上述目的，本发明提供的硅晶微麦克风的制作方法，其包含有下列步骤：

(a)提供一硅基板，且该硅基板的顶、底面分别有一介电层，随后于该硅基板的顶面沉积多晶硅材料，并掺杂硼或磷离子后进行回火以形成一振动膜，再将该振动膜进行微影蚀刻以得到所设计的图形；

(b)于该振动膜上沉积形成一牺牲层；

(c)沉积一绝缘层于该牺牲层上；

(d)在该绝缘层上方沉积多晶硅材料，掺杂硼或磷离子后进行回火以形成一背板，而后微影蚀刻出所需的图形；

(e)沉积一保护层于该背板，再微影蚀刻出一接触窗；

(f)溅镀或蒸镀二导电焊垫于该接触窗的位置，且分别于该背板、该振动膜电性连接；

(g)蚀刻该保护层、该背板与该绝缘层，进而形成复数个音孔；

(h)去除该硅基板底面部分的介电层，再蚀刻该硅基板，之后将该硅基材顶面的介电层去除而形成一共振室；以及

(i)去除该牺牲层。

其中该硅基板的介电层由二氧化硅或氮化硅所组成。

其中该振动膜的厚度为0.1-4.0μm。

其中该牺牲层为低温氧化物或磷硅玻璃材质。

其中该牺牲层的厚度为0.5-5.0μm。

其中该绝缘层为一氮化硅材料。

其中该绝缘层厚度为0.1-2.0μm。

其中该背板厚度为1.0-6.0μm。

其中该保护层为一氮化硅材料。

其中该焊垫的材质选自铝、金、铬、铂、钛、镍、铜、银材料所构成的群组。

其中该焊垫的厚度为0.1-1.5μm。

其沉积技术采用低压化学气相沉积或电浆辅助化学气相沉积法。

该共振室的蚀刻采用非等向性化学湿式蚀刻或诱导式耦合电浆干式蚀刻技术。

该牺牲层的蚀刻技术采用化学湿式蚀刻技术，所使用的化学蚀刻液包含氢气酸，缓冲式氧化物蚀刻液。

化学湿式蚀刻后所配合的干燥工艺是利用有机物干燥技术。

该牺牲层的蚀刻技术采用氢氟酸蒸气蚀刻或等向性反应式离子干式蚀刻的干式蚀刻技术。

附图说明

图1为一公知微麦克风的示意图。

图2为另一公知微麦克风的示意图。

图3为又一公知微麦克风的示意图。

图4为本发明硅晶微麦克风的制作流程图。

图5为本发明硅晶微麦克风一实施例的示意图。

图6为本发明硅晶微麦克风另一实施例的示意图。

具体实施方式

本发明的技术内容与特点，举出以下实施例，并配合附图说明如下：

首先，请参阅图4，本发明硅晶微麦克风1，主要包含有一硅基板1a、一背板4、一振动膜2，及二金属焊垫51&52，该硅晶微麦克风的制作流程包含下列步骤：

(a)如图4(A)所示，先提供该N型或P型的硅基板1a，其晶格方向为(100)，且该硅基板1a相对的顶、底面分别设有二氧化硅或氮化硅等化合物所组成的一介电层1b，再以低压化学气相沉积法沉积多晶硅(Polysilicon)材料于该硅基板1a的顶面以形成该振动膜2，并将硼或磷离子掺杂(Doping)于该振动膜2后进行回火(Annealing)，使该振动膜2成为一P型或N型半导体材质的低应力薄膜，厚度约0.1-4.0μm，而后可进行微影蚀刻以得到所设计的图形。

(b)利用低压化学气相沉积或电浆辅助化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)来形成一牺牲层3，该牺牲层3由低温氧化物(LOW Temperature Oxide，LTO)所构成(本实施例中为磷硅玻璃(Phosphorous Silicon Glass，PSG))，厚度约为0.5-5.0μm，随即可进行微影蚀刻，其结果如图4(B)所示。

由于低温氧化物致密度较一般高温热气化物来的低，因此蚀刻速率较快，有利于后续硅微细加上。

(c)以低压化学气相沉积或电浆辅助化学气相沉积技术沉积一氮化硅的绝缘层41，厚度约0.1-2.0μm，如图4(C)。

(d)如图4(D)所示，利用低压化学气相沉积法，在该绝缘层41上方沉积厚度约1.0-6.0μm的多晶硅薄膜，掺杂硼或磷离子后，再高温回火以形成该背板4，且该背板4设有突状结构4a，而后可微影蚀刻出所需的图形。

(e)如图4(E)所示，利用低压化学气相沉积或电浆辅助化学气相沉积的技术，沉积一氮化硅材料的保护层42于该背板4上，厚度约为0.1-2.0μm，具有结构保护、电性隔绝与增加刚性的作用，再利用微影蚀刻技术制作一接触窗50。

(f)利用半导体溅镀工艺(Sputtering)或蒸镀工艺(Evaporation)在该背板4上镀上金属材质，可采用铝、金、铬、铂、鈇、镍、铜、银等或其合金，厚度约0.1-1.5μm，再利用半导体工艺的剥蚀技术(Lift-Off)或湿式蚀刻将金属图形定义，以形成该二焊垫51 & 52于该接触窗50的位置，且分别于该背板4、该振动膜2电性连接，如图4(F)所示。

(g)先利用微影工艺定义图案，再利用蚀刻技术蚀刻该保护层42、该背板4与该绝缘层41，进而形成复数个音孔43与蚀刻孔43a，如图4(G)所示。

(h)先利用微影工艺在该硅基板1a的底面定义一蚀刻窗口6(如图4(G)所示)，依据蚀刻选择性，并将该硅基板1a的介电层做为蚀刻罩幕(EtchingMask)，利用非等向性化学湿式蚀刻(Anisotropic Chemical Wet Etching)，如氢氧化钾(KOH)或氢氧化四甲铵(TMAH)等溶液进行蚀刻出一凹槽，之后再将该硅基材1a顶面的介电层1b去除而形成一共振室5，使得该振动膜2裸露于共振室5，结果如图4(H)。

(i)利用氢氟酸(Hydrofluoric Acid，HF)、缓冲式氧化物蚀刻液(BufferedOxide Etchant，BOE)或氢氟酸蒸气(HF Vapor)等方式将该牺牲层3完全去除，结果如图4(I)。

如此一来，即可完成本发明硅晶微麦克风1的制作，请参阅图4(I)、图5，该硅晶微麦克风1由下而上依序为该硅基板1a、该振动膜2、该绝缘层41、该背板4、该保护层42与该二焊垫51 & 52，其中该硅晶基板1a设有一共振室5，而该绝缘层41、该背板4与该保护层42则共同开设有复数个音孔43。

因此，该硅晶微麦克风1，可以该背板4与该振动膜2作为上、下电极，当该振动膜2受音压产生振动，同时造成电容值改变。

此外，该硅晶微麦克风1的背板4设有一突状结构4a的设计，可避免该振动膜2与该背板4形成黏著现象(Stiction)，因而可提升产品良率。

值得一提的是，若在步骤(i)中该牺牲层3的去除工艺上，若采用其他抗黏著效应(Anti-Stiction)的技术，如牺牲层干式蚀刻、氢氟酸蒸气蚀刻或有机物干燥等技术，将可省略突状结构4a的设计，而可得到本发明另一种硅晶微麦克风10结构，如图5所示。

又，在第一实施例中，在步骤(h)中该共振室5的蚀刻是采非等向性化学湿式蚀刻技术，可得到一侧壁为(111)方向的共振室5，若改用诱导式耦合电浆干式蚀刻技术(Inductively Coupled Plasma，ICP)，则可得到一垂直壁的共振室55，如图6所示。

因此，若如前述叙述变更步骤(h) & (i)则可得本发明另一种结构的硅晶微麦克风20。

本发明的单晶片硅晶麦克风的制作流程，是由半导体工艺与硅微细加工技术结合而成，每个步骤的详细内容如上所述，而上述仅为本发明的较佳实施例而已，其他等效变化的制作流程皆应为本发明涵盖的范围。

Claims

1.一种硅晶微麦克风的制作方法，其包含有下列步骤：

(b)于该振动膜上沉积形成一牺牲层；

(c)沉积一绝缘层于该牺牲层上；

(e)沉积一保护层于该背板，再微影蚀刻出一接触窗；

(i)去除该牺牲层。

2.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该硅基板的介电层由二氧化硅或氮化硅所组成。

3.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该振动膜的厚度为0.1-4.0μm。

4.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该牺牲层为低温氧化物或磷硅玻璃材质。

5.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该牺牲层的厚度为0.5-5.0μm。

6.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该绝缘层为一氮化硅材料。

7.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该绝缘层厚度为0.1-2.0μm。

8.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该背板厚度为1.0-6.0μm。

9.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该保护层为一氮化硅材料。

10.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该焊垫的材质选自铝、金、铬、铂、钛、镍、铜、银材料所构成的群组。

11.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其中该焊垫的厚度为0.1-1.5μm。

12.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，其沉积技术采用低压化学气相沉积或电浆辅助化学气相沉积法。

13.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，该共振室的蚀刻采用非等向性化学湿式蚀刻或诱导式耦合电浆干式蚀刻技术。

14.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，该牺牲层的蚀刻技术采用化学湿式蚀刻技术，所使用的化学蚀刻液包含氢氟酸，缓冲式氧化物蚀刻液。

15.依据权利要求14所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，化学湿式蚀刻后所配合的干燥工艺是利用有机物干燥技术。

16.依据权利要求1所述硅晶微麦克风的制作方法，其特征在于，该牺牲层的蚀刻技术采用氢氟酸蒸气蚀刻或等向性反应式离子干式蚀刻的干式蚀刻技术。