CN1942023B - 制作微型麦克风装置及其热氧化层与低应力结构层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作微型麦克风装置及其热氧化层与低应力结构层的方法。所述方法包括：提供基底，并在基底的正面形成多个沟槽。接着在沟槽的内壁与基底的正面形成热氧化层并填满沟槽。之后在热氧化层上形成第一结构层，且在第一结构层中注入掺杂，再在第一结构层上形成第二结构层，并进行退火工艺，以降低第一结构层与第二结构层的应力。随后定义第一结构层与第二结构层的图案，以形成多个隔膜。最后将第二结构层固定于承载基底上，并利用深蚀刻技术在基底的背面形成多个对应隔膜的腔体，且腔体具有垂直的侧壁，并暴露出部分的第一结构层。

Description

制作微型麦克风装置及其热氧化层与低应力结构层的方法

技术领域

本发明涉及一种制作微型麦克风装置的方法，更具体而言涉及一种可缩短热氧化层的工艺时间以及降低结构层应力的方法。

背景技术

利用微机电技术制作的微型麦克风装置由于具有体积小与可靠度佳等优点，已逐渐取代传统麦克风装置成为市场主流，其中电容式微型麦克风装置由于具有高灵敏度、低自生噪声(self-noise)与低失真(distortion)等特点，为目前应用最广的微型麦克风装置。

请参考图1至图6。图1至图6为根据现有技术制作电容式微型麦克风装置的方法的示意图，其中为方便说明图1至图6仅绘示出单一电容式微型麦克风装置。如图1所示，首先，提供基底10，并在基底10的正面形成氧化层12，其中氧化层12作为牺牲层之用，用于支撑后续制作的结构层，且氧化层12在后续结构层形成后会被去除，以使结构层形成悬浮的隔膜。一般而言，为使隔膜可有效而灵敏地响应由音压所产生的震动，氧化层12的厚度必须达到数微米以上，但若欲利用热氧化方式形成厚度为数微米以上的氧化层12，需耗费相当长的时间。举例来说，若氧化层12的厚度需达到4微米，则约需花费50小时左右时间，因此根据现有技术的氧化层12多利用沉积方式来形成。然而，利用沉积方式制作的氧化层12的物理特性较差，例如与基底10的附着性较差，容易导致工艺成品率不佳。

如图2所示，随后在氧化层12的表面沉积结构层14，其中结构层14作为电容式微型麦克风的电容上的电极。然而结构层14的应力会随着结构层14的厚度增加而增加，因此会导致结构层14的平坦度欠佳，同时对于结构层14的厚度较厚的电容式微型麦克风装置而言，根据现有技术的方法所制作的结构层14将无法符合装置的性能要求。

如图3与图4所示，接着利用光刻与蚀刻技术去除部分结构层14，以定义出隔膜的位置，其中图3为俯视示意图，而图4则为图3沿剖线AA’方向的剖面示意图。如图5所示，将结构层14通过黏着层16固定于承载基底18上，接着进行非等向性湿蚀刻工艺，例如利用氢氧化钾(KOH)作为蚀刻液，由基底10的背面蚀刻由硅材料所组成的基底10，而在基底10的背面形成多个腔体20，其中各腔体20的侧壁如图5所示呈现向外倾斜状。最后如图6所示，经由腔体20蚀刻掉部分的氧化层12，使部分结构层14形成悬浮状态，即完成根据现有技术的制作电容式微型麦克风装置的方法。

上述现有技术的制作电容式微型麦克风装置的方法具有以下缺点。首先，为获致足够的厚度，根据现有技术的方法利用化学气相沉积方法形成氧化层，然而，利用化学气相沉积方式制作的氧化层与基底间的附着性较差，容易导致工艺成品率不佳。其次，现有技术方法所制作的结构层在厚度较厚的情况下具有高应力与低平坦度的问题，无法符合装置的性能要求。再者，现有技术方法所制作的腔体具有向外倾斜的侧壁，因此导致电容式微型麦克风装置的集成度无法进一步提升。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种制作微型麦克风装置的方法，以解决现有技术无法克服的难题。

本发明的另一个目的在于提供一种制作热氧化层的方法，以解决现有技术无法克服的难题。

本发明的又一个目的在于提供一种制作低应力结构层的方法，以解决现有技术无法克服的难题。

为获致上述目的，本发明公开了一种制作微型麦克风装置的方法。上述方法包含有：提供基底；在基底的正面形成多个沟槽；进行热氧化工艺，于沟槽的内壁与基底的正面形成热氧化层，且热氧化层填满沟槽；在该热氧化层上形成第一结构层；在第一结构层中注入多个掺杂；在第一结构层上形成第二结构层；进行退火工艺，以降低第一结构层与第二结构层的应力；定义第一结构层与第二结构层的图案，以形成多个隔膜；以及将第二结构层固定于承载基底上，并利用深蚀刻技术在基底的背面形成多个对应隔膜的腔体，腔体具有垂直的侧壁，且腔体暴露出部分的第一结构层。

为获致上述目的，本发明还公开一种制作热氧化层的方法。上述方法包含有：提供基底；在基底的表面形成多个沟槽；以及进行热氧化工艺，在沟槽的内壁与基底的表面形成热氧化层，且热氧化层填满沟槽；其中热氧化层的厚度等于沟槽的深度与形成于该表面的热氧化层的厚度的总和。

为获致上述目的，本发明又公开一种制作低应力结构层的方法。上述方法包含有：提供基底；在基底的表面形成第一结构层；在第一结构层中注入多个掺杂；在第一结构层上形成第二结构层；以及进行退火工艺，以降低第一结构层与第二结构层的应力，其中第一结构层与第二结构层构成低应力结构层。

为了更近一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与辅助说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1至图6为根据现有技术的制作电容式微型麦克风装置的方法示意图。

图7至图15为根据本发明的优选实施例的制作微型麦克风装置的方法示意图。

附图标记说明

10基底          12氧化层

14结构层        16黏着层

18承载基底      20腔体

50基底          52沟槽

54热氧化层      56第一结构层

58第二结构层    60黏着层

62承载基底      64腔体

具体实施方式

请参考图7至图15。图7至图15为根据本发明的优选实施例的制作微型麦克风装置的方法示意图，其中为放大本发明的特征，图中仅绘示出单一微型麦克风装置，且本发明制作微型麦克风装置的方法可区分为三个主要阶段，其中第一阶段为制作热氧化层的步骤(如图7至图9所示)，第二阶段为制作结构层的步骤(如图10至图13所示)，第三阶段则为制作腔体的步骤(如图14至图15所示)。如图7所示，首先提供基底50，例如硅基底或硅覆绝缘基底，随后利用深蚀刻技术，例如感应耦合等离子体深蚀刻技术、X光深蚀刻技术或电子回旋共振等离子体深蚀刻技术等于基底50的正面形成多个沟槽52，其中在本实施例中沟槽52的线宽为4微米且沟槽52的深度为10微米。

如图8与图9所示，接着进行热氧化工艺，在基底50的正面与沟槽52的内壁形成热氧化层54，其中热氧化层54会在沟槽52的内壁开始成长，而当热氧化层54的厚度达到约2微米的情况下即可填满沟槽52，而值得注意的是沟槽52的布局密度根据热氧化层54的体积增加率决定，一般而言所形成的二氧化硅的体积约为未氧化前硅的体积的2.2倍，因此通过事先精密计算可使得生成的热氧化层54在填满沟槽52的情况下，亦完全取代沟槽52以外的区域而生成完整的热氧化层54，而同时热氧化层54也会形成于基底50的正面，因此在本实施例中，最终所形成的热氧化层54的厚度为沟槽52的深度与基底50的正面所形成的热氧化层54的厚度的总和，大约为12微米。由上述可知本发明利用预先在基底50的正面形成沟槽52，再形成厚度为12微米的热氧化层54的作法，其实际工艺时间相当于直接在基底50上形成约2微米的热氧化层所需的时间，因此可大幅缩减热氧化工艺的时间。

如图10所示，接着进行制作结构层的步骤。首先，在热氧化层54的表面沉积第一结构层56，其中第一结构层56的材料可为单晶硅(singlecrystalline silicon)、非晶硅(amorphous crystalline silicon)、半非晶硅(semi-amorphous crystalline silicon)或多晶硅(poly crystalline silicon)等。接着再进行离子注入工艺，将掺杂注入第一结构层56中。如图11所示，接着在第一结构层56的表面再沉积第二结构层58，其中第二结构层58的材料可为单晶硅、非晶硅、半非晶硅或多晶硅等。随后再进行退火工艺，以降低第一结构层56与第二结构层58的应力，用于构成低应力结构层。

值得说明的是随着第一结构层56与第二结构层58所使用的材料的不同，所产生的应力方向也有所不同，在此状况下应根据应力方向在离子注入工艺中选用的不同种类的掺杂。举例来说，若第一结构层56与第二结构层58所使用的材料为非晶硅或多晶硅，一般容易产生压缩应力，在此状况下选用硼离子作为掺杂可在退火工艺后提供拉伸应力，进而调整第一结构层56与第二结构层58的应力，使之降低。另外，若第一结构层56与第二结构层58所使用的材料为半非晶硅，一般而言容易产生拉伸应力，在此状况下选用磷离子作为掺杂可在退火工艺后提供压缩应力，进而调整第一结构层56与第二结构层58的应力。另外，除了利用离子注入工艺调整第一结构层56与第二结构层58的应力的作法外，也可通过选用不同材料分别作为第一结构层56与第二结构层58的材料，或是控制第一结构层56与第二结构层58的厚度的比例方式，来达到降低应力的功效。

如图12与图13所示，接着利用光刻与蚀刻技术去除部分第一结构层56与第二结构层58，以定义出隔膜的位置，其中图12为俯视示意图，而图13则为图12沿剖线BB’方向的剖面示意图。

如图14所示，接着进行制作腔体的步骤。将第二结构层58的表面通过黏着层60固定于承载基底62，例如晶片上，接着利用深蚀刻技术在基底50的背面形成多个对应隔膜的腔体64，其中深蚀刻技术可为感应耦合等离子体深蚀刻技术、X光深蚀刻技术或电子回旋共振等离子体深蚀刻技术等，且各腔体64具有垂直的侧壁，并暴露出部分热氧化层54。最后如图15所示，通过腔体64蚀刻掉部分的热氧化层54，使部分第一结构层56与第二结构层58形成悬浮状态，即完成本发明制作微型麦克风装置的方法。

值得说明的是本发明的方法并不限于制作电容式微型麦克风装置，也可应用于制作各式微型麦克风装置或其它具有悬浮隔膜结构的装置，例如微传感器。此外，本发明制作热氧化层的方法并不限于制作微型麦克风装置，而可应用于其它任何热氧化层的制作，用于缩减热氧化工艺的时间。另外，利用控制结构层的材料与厚度比例不同，配合选用不同掺杂以降低应力的作法也不限于制作微型麦克风装置。

综上所述，本发明制作电容式微型麦克风装置的方法包含有以下优点：

(1)制作热氧化层的时间大幅缩短。

(2)具有低应力结构层。

(3)腔体具有垂直的侧壁，可提升装置集成度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种制作微型麦克风装置的方法，包含有：

提供基底；

在所述基底的正面形成多个沟槽；

进行热氧化工艺，在所述沟槽的内壁与所述基底的所述正面形成热氧化层，且所述热氧化层填满所述沟槽；

在所述热氧化层上形成第一结构层；

在所述第一结构层中注入多个掺杂；

在所述第一结构层上形成第二结构层；

进行退火工艺，以降低所述第一结构层与所述第二结构层的应力；以及

将所述第二结构层固定于承载基底上，并利用深蚀刻技术在所述基底的背面形成多个对应隔膜的腔体，所述腔体具有垂直的侧壁，且所述腔体暴露出部分的所述第一结构层。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述沟槽利用感应耦合等离子体深蚀刻技术、X光深蚀刻技术或电子回旋共振等离子体深蚀刻技术来形成。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述热氧化层的厚度等于所述沟槽的深度与形成在所述正面的所述热氧化层的厚度的总和。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一结构层与所述第二结构层的材料包含有单晶硅、非晶硅或多晶硅。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述掺杂包含有硼离子或磷离子。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一结构层与所述第二结构层的应力通过控制所述掺杂的浓度加以调整。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一结构层与所述第二结构层的应力通过控制所述第一结构层与所述第二结构层的厚度比例加以调整。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述腔体利用感应耦合等离子体深蚀刻技术、X光深蚀刻技术或电子回旋共振等离子体深蚀刻技术来形成。

9.如权利要求1所述的方法，还包含有：在所述退火工艺之后定义所述第一结构层与所述第二结构层的图案，以形成多个隔膜。

10.一种制作热氧化层的方法，包含有：

提供基底；

在所述基底的表面形成多个沟槽；以及

进行热氧化工艺，在所述沟槽的内壁与所述基底的所述表面形成热氧化层，且所述热氧化层填满所述沟槽；

其中，所述热氧化层的厚度等于所述沟槽的深度与形成在所述表面的所述热氧化层的厚度的总和。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述沟槽利用感应耦合等离子体深蚀刻技术、X光深蚀刻技术或电子回旋共振等离子体深蚀刻技术来形成。

12.一种制作低应力结构层的方法，包含有：

提供基底；

在所述基底的表面形成第一结构层；

在所述第一结构层中注入多个掺杂；

在所述第一结构层上形成第二结构层；以及

进行退火工艺，以降低所述第一结构层与所述第二结构层的应力，其中所述第一结构层与所述第二结构层即构成低应力结构层。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一结构层与所述第二结构层的材料包含有单晶硅、非晶硅或多晶硅。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述掺杂包含有硼离子或磷离子。

15.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一结构层与所述第二结构层的应力通过控制所述掺杂的浓度加以调整。

16.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一结构层与所述第二结构层的应力通过控制所述第一结构层与所述第二结构层的厚度比例加以调整。

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