本发明涉及mems器件技术领域，更具体地，涉及mems微硅麦克风结构及其制造方法。
背景技术：
近年来mems微硅麦克风得到了迅速发展，并在智能手机、笔记本电脑、蓝牙耳机、智能音箱等消费电子产品中得到广泛应用。mems微硅麦克风主要包含了一个mems芯片和ic芯片，通过mems芯片将声音信号转换成电信号。电容式微硅麦克风由刚性穿孔背极板和弹性振膜构成可变电容，当外部声压作用在振膜上引起振膜的振动，从而使其电容发生变化，进而改变振膜与背板间的电势，实现声压信号与电信号的转换。
目前，电容式硅麦克风大多采用一个振膜和一个背板结构来构成一个可变电容，其灵敏度和信噪比有限。随着高端手机和智能音箱等消费产品的快速发展，市场迫切需要高灵敏度、低噪声的硅麦克风。美国专利(申请号分别为us20110075865a1和us9503823b2)提供了一种基于mems技术的双背板硅麦克风，通过将弹性振膜设置于两个穿孔背板之间，从而形成两个可变电容，大大提高了硅麦克风的灵敏度和信噪比。然而，双背板麦克风中的两个背板都具有穿透的声孔，且暴露在mems芯片的外面，极易受到细微灰尘、湿气等外界环境的污染，譬如造成背板与振膜相连接而漏电，振膜与背板发生粘附等，影响了硅麦克风的可靠性。
技术实现要素：
本发明所要解决的问题在于提供一种mems器件及其制造方法，其中，通过将背极板层放置在第一振膜层以及第二振膜层之间，可以减少外界环境对背极板层的污染，并且所形成的两个可变电容器组成差分式电容结构，从而提高mems器件的性能。
根据本发明的一方面，提供一种mems器件，包括：衬底，所述衬底具有第一空腔；第一牺牲层，位于所述衬底上，所述第一牺牲层中具有第二空腔；第一振膜层，位于所述第一牺牲层上，所述第一振膜层的至少一部分由所述第一牺牲层支撑；第二牺牲层，位于所述第一振膜层上，所述第二牺牲层中具有第三空腔；背极板层，位于所述第二牺牲层上，所述背极板层的至少一部分由所述第二牺牲层支撑，使得所述背极板层与所述第一振膜层形成第一电容器；第三牺牲层，位于所述背极板层上，所述第三牺牲层中具有第四空腔；第二振膜层，位于所述第三牺牲层上，所述第二振膜层的至少一部分由所述第三牺牲层支撑，使得所述第二振膜层与所述背极板层形成第二电容器，其中，所述mems器件还包括用于限定所述第二至第四空腔至少之一的横向尺寸的多个停止层。
优选地，所述第一振膜层包括第一开口，使得所述第二空腔与所述第三空腔连通。
优选地，所述第二振膜层包括第二开口，使得所述第四空腔与外界环境连通。
优选地，所述背极板层包括第三开口，使得所述第三空腔与所述第四空腔连通。
优选地，所述多个停止层包括：第一停止层，位于所述第二空腔内壁，以所述第一停止层为硬掩模，形成所述第二空腔；第二停止层，位于所述第三空腔内壁，以所述第二停止层为硬掩模，形成所述第三空腔；第三停止层，位于所述第四空腔的内壁，以所述第三停止层为硬掩模，形成所述第四空腔。
优选地，所述第一停止层和所述第一振膜层围绕所述第二空腔，所述第二停止层和所述背极板层围绕所述第三空腔，所述第三停止层和所述第二振膜层围绕所述第四空腔。
优选地，所述第一停止层、所述第二停止层和所述第三停止层沿着垂直于主平面的方向彼此对准。
优选地，还包括：钝化层，至少覆盖所述第三牺牲层的表面以及所述第二振膜层邻近所述第三牺牲层的一部分表面。
优选地，还包括：防粘附层，所述防粘附层位于所述第一空腔、所述第二空腔、所述第三空腔和所述第四空腔至少之一的内壁。
优选地，还包括：第一导电通道，从上至下穿过所述钝化层、所述第三牺牲层、所述第二牺牲层，到达所述第一振膜层；第二导电通道，从上至下穿过所述钝化层和所述第三牺牲层，到达所述背极板层；以及第三导电通道，从上至下穿过所述钝化层，到达所述第二振膜层。
根据本发明的另一方面，提供一种mems器件的制造方法，其中，包括：在衬底上依次形成第一牺牲层、第一振膜层、第二牺牲层、背极板层、第三牺牲层以及第二振膜层；在所述衬底中形成第一空腔；经由所述第一空腔，在所述第一牺牲层中形成第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔彼此连通，所述第一振膜层的至少一部分由所述第一牺牲层支撑；在所述第二牺牲层中形成第三空腔，所述背极板层的至少一部分由所述第二牺牲层支撑，使得所述背极板层与所述第一振膜层形成第一电容器；以及在所述第三牺牲层中形成第四空腔，所述第二振膜层的至少一部分由所述第三牺牲层支撑，使得所述背极板层与所述第二振膜层形成第二电容器，其中，所述制造方法还包括形成多个停止层用于限定所述第二至第四空腔至少之一的横向尺寸。
优选地，还包括：在所述第一振膜层中形成第一开口，在形成所述第三空腔的步骤中，蚀刻剂从所述第二空腔经由所述第一开口蚀刻所述第二牺牲层。
优选地，还包括：在所述第二振膜层中形成第二开口，在形成所述第四空腔的步骤中，蚀刻剂经由所述第二开口蚀刻所述第三牺牲层。
优选地，还包括：在所述背极板层中形成第三开口，使得所述第三空腔与所述第四空腔连通。
优选地，形成多个停止层的步骤包括：在形成所述第一牺牲层和所述第一振膜层的步骤之间，在所述第一牺牲层中形成所述第一停止层；在形成所述第二牺牲层和所述背极板层的步骤之间，在所述第二牺牲层中形成所述第二停止层；以及在形成所述第三牺牲层和所述第二振膜层的步骤之间，在所述第三牺牲层中形成所述第三停止层。
优选地，所述第一停止层和所述第一振膜层围绕所述第二空腔，所述第二停止层和所述背极板层围绕所述第三空腔，所述第三停止层和所述第二振膜层围绕所述第四空腔。
优选地，所述第一停止层、所述第二停止层和所述第三停止层沿着垂直于主平面的方向彼此对准。
优选地，在形成所述第二振膜层之后，还包括：形成钝化层，至少覆盖所述第三牺牲层的表面以及所述第二振膜层邻近所述第三牺牲层的一部分表面。
优选地，在形成所述第四空腔的步骤之后，还包括：形成防粘附层，所述防粘附层位于所述第一空腔、所述第二空腔、所述第三空腔和所述第四空腔至少之一的内壁。
优选地，在形成所述第二振膜层的步骤之后，还包括：形成第一导电通道，从上至下穿过所述钝化层、所述第三牺牲层、所述第二牺牲层，到达所述第一振膜层；形成第二导电通道，从上至下依次穿过所述钝化层和所述第三牺牲层，到达所述背极板层；以及形成第三导电通道，从上至下穿过所述钝化层，到达所述第二振膜层。
根据本发明实施例的mems器件，通过将背极板层放置在第一振膜层以及第二振膜层之间，可以减少外界环境对背极板层的污染；并且所形成的两个可变电容器组成的差分式电容结构，不仅可以提高mems器件的灵敏度，而且可以提高mems器件的信噪比。
通过分别将位于第一牺牲层、第二牺牲层以及第三牺牲层中的第一停止层、第二停止层以及第三停止层作为硬掩模，形成第二空腔、第三空腔以及第四空腔，有效的控制了横向腐蚀深度，可以减少电容式硅麦克风两侧的寄生电容，有利于提高麦克风的灵敏度和可靠性。
通过在衬底与第一振膜层之间、第一振膜层与背极板层之间、背极板层与第二振膜层、第一停止层、第二停止层、第三停止层以及钝化层的所有裸露的表面上形成防粘附层，防粘附层为具有疏水性和低表面粘附力的材料，在不影响mems器件性能的前提下，可以加强对mems器件的保护。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据本发明实施例的mems器件剖面图；
图2a至图2m示出根据本发明实施例的mems器件的制造方法中各个步骤对应的剖面图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“a直接在b上面”或“a在b上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，“a直接位于b中”表示a位于b中，并且a与b直接邻接，而非a位于b中形成的掺杂区中。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明实施例的mems器件主要用于麦克风。
图1示出根据本发明实施例的mems器件剖面图。
请参照图1，衬底100中具有第一空腔101。第一牺牲层201位于衬底100上，第一牺牲层201中具有第二空腔204，第二空腔204可以与第一空腔101对应，第一空腔101和第二空腔204彼此连通。第一振膜层301位于第一牺牲层201上，第一振膜层301的至少一部分由第一牺牲层201支撑，第一振膜层301包括第一开口302，位于第一振膜301层中间的第一开口302可以作为声孔，位于两边的第一开口302可以作为释放孔。第二牺牲层401位于第一振膜层301上，第二牺牲层401中具有第三空腔404，第三空腔404与第一空腔101、第二空腔204对应，并且通过第一开口302将第二空腔204和第三空腔404连通。背极板层501位于第二牺牲层401上，背极板层501的至少一部分由第二牺牲层401支撑，使得背极板层501与第一振膜层301形成第一电容器。背极板层501包括多个第三开口502，第三开口502位于第三空腔404以内。第三牺牲层601位于背极板层501上，第三牺牲层601中具有第四空腔604，第四空腔604与第一空腔101、第二空腔204、第三空腔404对应，并且第三开口502将第三空腔404和第四空腔604连通。第二振膜层701位于第三牺牲层601上，第二振膜层701的至少一部分由第三牺牲层601支撑，使得背极板层501与第二振膜层701形成第二电容器，第二振膜层701包括第二开口702，位于第二振膜701层中间的第二开口702可以作为声孔，位于两边的第二开口702可以作为释放孔。
钝化层801至少覆盖第三牺牲层601的表面以及第二振膜层701邻近所述第三牺牲层601的一部分表面；具体地，钝化层801位于第三牺牲层601上表面、第二振膜层701侧面以及第二振膜层701的至少部分上表面。
防粘附层802位于第一空腔101、第二空腔204、第三空腔404和第四空腔604至少之一的内壁；具体地，防粘附层802位于衬底100与第一振膜层301之间、第一振膜层301与背极板层501之间、背极板层501与第二振膜层701、第一停止层203、第二停止层403、第三停止层603以及钝化层801所有裸露的表面上。
第二空腔204内壁设置第一停止层203，第一停止层203位于衬底100与第一振膜层301之间，将第二空腔204与第一停止层203间隔，以第一停止层203为硬掩模，形成第二空腔204。第三空腔404内壁设置第二停止层403，第二停止层403位于第一振膜层301与背极板层501之间，将第三空腔404与第二停止层403间隔，以第二停止层403为硬掩模，形成第三空腔404。第四空腔604内壁设置第三停止层603，第三停止层603位于背极板层501与第二振膜层701之间，将第四空腔604与第三停止层603间隔，以第三停止层603为硬掩模，形成第四空腔604。第一停止层203和第一振膜层301限定第二空腔204，第二停止层403和背极板层501限定第三空腔404，第三停止层603和第二振膜层701限定第四空腔604。优选地，第一停止层203、第二停止层403和第三停止603层沿着垂直于主平面的方向彼此对准。
本发明实施例的mems器件还包括第一导电通道304、第二导电通道503以及第三导电通道704。第一导电通道304从上至下穿过钝化层801、第三牺牲层601、第二牺牲层401，到达第一振膜层301；具体地，第一导电通道304一端达到第一振膜层301上表面，穿过第二牺牲层401、第三牺牲层601、钝化层801以及防粘附层802，使得第一导电通道304的另一端暴露。第二导电通道503从上至下依次穿过钝化层801和第三牺牲层601，到达背极板层501；具体地，第二导电通道503一端达到背极板层501上表面，穿过第三牺牲层601、钝化层801以及防粘附层802，使得第二导电通道503的另一端暴露。第三导电通道704从上至下穿过钝化层801，到达第二振膜层701；具体地，第三导电通道704一端达到第二振膜层701上表面，穿过钝化层801以及防粘附层802，使得第三导电通道704的另一端暴露。
根据本发明实施例的mems器件，通过将背极板层501放置于第一振膜层301以及第二振膜层701之间，可以减少外界环境对背极板层501的污染，从而提高mems器件性能；并且所形成的两个可变电容器组成差分式电容结构，不仅可以提高mems器件的灵敏度，而且可以提高mems器件的信噪比。
通过分别将位于第一牺牲层201、第二牺牲层401以及第三牺牲层601中的第一停止层203、第二停止层403以及第三停止层603作为硬掩模，形成第二空腔204、第三空腔404以及第四空腔604，有效的控制了横向腐蚀深度，可以减少电容式硅麦克风两侧的寄生电容，有利于提高麦克风的灵敏度和可靠性。
通过在衬底100与第一振膜层301之间、第一振膜层301与所述背极板层501之间、背极板层501与第二振膜层701、第一停止层203、第二停止层403、第三停止层603以及钝化层801的所有裸露的表面上形成防粘附层802，防粘附层802为具有疏水性和低表面粘附力的材料，在不影响mems器件性能的前提下，可以加强对mems器件的保护。
图2a至图2m示出根据本发明实施例的mems器件的制造方法中各个步骤对应的剖面图。
如图2a所示，通过热氧化、低压化学气相淀积或者等离子增强型化学气相淀积的方法，在衬底100上形成第一牺牲层201。第一牺牲层201可以是二氧化硅层，厚度可以为0.5～2μm。对第一牺牲层201进行光刻、刻蚀，在第一牺牲层201中形成第一通孔202，第一通孔202可位于远离第一牺牲层201中心的位置。
随后，如在图2b所示中，对第一通孔202进行沉积，形成第一停止层203。该沉积方法可以是低压化学气相淀积的方法、等离子增强型化学气相淀积等。沉积形成的材料可以是氮化硅，或者其他合适的耐腐蚀材料。然后采用光刻或者刻蚀的方式，将第一停止层203的上表面与第一牺牲层201的上表面平行。
随后，如在图2c所示中，采用低压化学气相淀积的方式，在第一停止层203以及至少部分第一牺牲层201上形成第一振膜层301。第一振膜层301的侧边缘可以不到达第一牺牲层201的侧边缘，使得第一牺牲层201靠近侧边缘的上表面至少部分暴露。第一振膜层301可以由掺杂多晶硅形成。通过光刻和刻蚀工艺，对第一振膜层301图形化形成第一开口302，位于第一振膜301层中间的第一开口302可以作为声孔，位于两边的第一开口302可以作为释放孔。第一振膜层301可以为多晶硅层，其厚度可以为0.3～1.0um。
随后，如在图2d所示中，采用低压化学气相淀积(lpcvd)或者等离子增强型化学气相淀积(pecvd)的方法，在第一振膜层301的上表面、第一振膜层301的侧边以及第一牺牲层201暴露的上表面形成第二牺牲层401。再对第二牺牲层401进行光刻或者刻蚀，在第二牺牲层401中形成第二通孔402，该第二通孔402可以位于第一振膜层301的第一开口302之外，以及第一振膜层301之上，优选地，第二通孔402与第一牺牲层201的第一通孔202对应。第二牺牲层401可以是二氧化硅层，其厚度可以为1.0～4.0μm。
随后，如在图2e所示中，对第二通孔402进行沉积，形成第二停止层403，优选地，第二停止层403与第一停止层203对应。该沉积方法可以是低压化学气相淀积的方法、等离子增强型化学气相淀积等。沉积形成的材料可以是氮化硅，或者其他合适的耐腐蚀材料。然后采用光刻或者刻蚀的方式，将第二停止层403的上表面与第二牺牲层401的上表面平行。
随后，如在图2f所示中，采用低压化学气相淀积的方式，在第二停止层403以及至少部分第二牺牲层401上形成背极板层501。然后通过光刻和刻蚀工艺进行图形化，形成第三开口502，第三开口502可以为声孔。背极板层501的侧边缘可不到达第二牺牲层401的侧边缘，使得第二牺牲层401靠近侧边缘的上表面至少部分暴露，优选地，背极板层501的一个侧边缘与第一振膜层301一个侧边缘对应，背极板层501的另一个侧边缘不到达第一振膜层301的另一个侧边缘。背极板层501可以为掺杂的多晶硅层，其厚度可以为1.0～3.0um。
随后，如在图2g所示中，采用低压化学气相淀积(lpcvd)或者等离子增强型化学气相淀积(pecvd)的方法，在背极板层501的上表面、背极板层501的侧边以及第二牺牲层401暴露的上表面形成第三牺牲层601。再对第三牺牲层601进行光刻或者刻蚀，在第三牺牲层601中形成第三通孔602，该第二通孔402可以位于第一振膜层301的第一开口302之外，以及背极板层501之上，优选地，第三通孔602与第二牺牲层401的第二通孔402、第一牺牲层201的第一通孔202对应。第二牺牲层401可以是二氧化硅层，其厚度可以为1.0～4.0μm。
随后，如在图2h所示中，对第三通孔602进行沉积，形成第三停止层603，优选地，第三停止层603与第一停止层203、第二停止层403对应。该沉积方法可以是低压化学气相淀积的方法、等离子增强型化学气相淀积等。沉积形成的材料可以是氮化硅，或者其他合适的耐腐蚀材料。然后采用光刻或者刻蚀的方式，将第三停止层603的上表面与第三牺牲层601的上表面平行。
随后，如在图2i所示中，采用低压化学气相淀积的方式，在第三停止层603以及至少部分第三牺牲层601上形成第二振膜层701。第二振膜层701的侧边缘可以不到达第三牺牲层601的侧边缘，使得第三牺牲层601靠近侧边缘的上表面至少部分暴露，具体地，第二振膜层701一个侧边缘不到达第三牺牲层601的侧边缘，第二振膜层701的另一个侧边缘不到达背极板层501的另一个侧边缘。第二振膜层701可以由掺杂多晶硅形成。通过光刻和刻蚀工艺，对第二振膜层701图形化形成第二开口702，位于第二振膜701层中间的第二开口702可以作为声孔，位于两边的第二开口702可以作为释放孔。第二开口702位于第三通孔602之间，即第二开口702位于第三停止层603之间。优选地，第二开口702与第一开口302对应。第一振膜层301可以为多晶硅层，其厚度可以为0.3～1.0um。
随后，如在图2j所示中，通过光刻和刻蚀第二牺牲层401和第三牺牲层601，分别形成第二振膜层701的第一通道和背极板层501的第二通道。第一通道一端达到第一振膜层301上表面，穿过第二牺牲层401、第三牺牲层601，使得第一振膜层301的至少部分上表面暴露。第二通道一端达到背极板层501上表面，穿过第三牺牲层601，使得背极板层501的至少部分上表面暴露。
然后通过光刻和刻蚀等工艺，分别在第一通道中形成第一导电通道304、在第二通道中形成第二导电通道503、在第二振膜层701上表面形成第三导电通道704。第一导电通道304一端达到第一振膜层301上表面，穿过第二牺牲层401、第三牺牲层601，使得第一导电通道304的另一端暴露。第二导电通道503一端达到背极板层501上表面，穿过第三牺牲层601，使得第二导电通道503的另一端暴露。第三导电通道704一端达到位于第二振膜层701上表面，另一端暴露。形成第一导电通道304、第二导电通道503以及第三导电通道704的材料可以是au或者al等金属，也可以是cr-au或者ti–pt-au等合金，也可以是纯铝al、铝硅或者ti-tin-al-si混合物等，其高度可以为0.5～2um。
随后，如在图2k所示中，采用等离子增强型化学气相淀积(pecvd)的方法，在第三牺牲层601、第二振膜层701的侧面以及第二振膜层701的至少部分上表面形成钝化层801，具体地，钝化层801位于第二振膜层701的第二开口702之外。钝化层801的上表面的高度低于第一导电通道304、第二导电通道503以及第三导电通道704。钝化层801可以是耐腐蚀材料，例如氮化硅。
随后，如在图2l所示中，对衬底100下表面进行化学机械抛光cmp或减薄工艺，使得衬底100的厚度合适。然后通过双面光刻和刻蚀的方法，刻蚀衬底100下表面，直到第一牺牲层201处，形成第一空腔101。第一空腔101位于第一停止层203之内。
随后，如在图2m所示中，通过氢氟酸或缓冲氧化物刻蚀液(bufferedoxideetch，boe)选择性湿法腐蚀的方式，以第一停止层203为硬掩模，通过第一空腔101先腐蚀第一牺牲层201，形成第二空腔204；以第二停止层403为硬掩模，通过第一振膜层301的第一开口302来腐蚀第二牺牲层401，形成第三空腔404；以第三停止层603为硬掩模，通过第二振膜层701的第二开口702来腐蚀第三牺牲层601，形成第四空腔604，从而完成结构的释放。
随后，如在图1所示中，在第一空腔101、第二空腔204、第三空腔404和第四空腔604至少之一的内壁形成防粘附层802；具体地，在衬底100与第一振膜层301之间、第一振膜层301与背极板层501之间、背极板层501与第二振膜层701、第一停止层203、第二停止层403、第三停止层603以及钝化层801所有裸露的表面上形成防粘附层802。防粘附层802优选为一层薄的sam有机膜或者原子层淀积的三氧化二铝，其厚度为1～10nm，该厚度并不影响后续产品的打线等，由于sam有机膜或三氧化二铝的疏水性和低表面粘附力，形成了本发明实施例mems器件的防粘附层802。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。