一种mems麦克风及其制作方法和电子装置的制造方法_2

文档序号:9740823阅读:来源:国知局
面,参考图1A-1D对现有的一种MEMS麦克风的制作方法做进一步描述。
[0037]首先,如图1A所示,提供半导体衬底100,在所述半导体衬底100的正面形成有牺牲层101,还形成有被所述牺牲层101包围的振动膜102,在所述牺牲层101上与所述振动膜102对应的区域形成有间隔的定极板103,在所述间隔的定极板103之间形成有限位结构104,所述限位结构104的一部分位于所述牺牲层101内。
[0038]在所述半导体衬底100的背面形成图案化的光刻胶层105。
[0039]接着,如图1B所示,以图案化的光刻胶层105为掩膜,采用深反应离子刻蚀的方法刻蚀半导体衬底100,直到暴露牺牲层101,形成腔体106。
[0040]然而深反应离子刻蚀由于刻蚀深度大,很容易导致刻蚀后腔体106尺寸的均匀性差,其刻蚀均匀性范围在15%左右,然而麦克风装置对于腔体106的尺寸的变化非常敏感,腔体106均匀性差会影响麦克风的声噪比,使麦克风的性能降低。
[0041]接着,如图1C所示,去除光刻胶层105和所述腔体106对应的牺牲层101,以释放振动膜102。同时在振动膜102和定极板103之间形成空腔107。
[0042]接着,对形成的MEMS麦克风芯片进行封装。麦克风则是由振动膜102的震动导致空腔107内空间变化产生信号差,电路通过捕捉电容变化量进行信号的识别和处理。
[0043]鉴于上述问题的存在,本发明提出一种新的制作方法,以改善暴露振动膜的腔体尺寸的均匀性。
[0044]实施例一
[0045]下面将结合图2A-2F和图3对本发明的MEMS麦克风的制作方法进行详细描述。
[0046]其中,图2A-2F示出了本发明一个实施方式来制作MEMS麦克风的工艺过程中各步骤所获得的器件的剖视图;图3示出了根据本发明一个实施方式来制作MEMS麦克风的工艺流程图。
[0047]执行步骤301,提供半导体衬底。
[0048]如图2A所示,提供半导体衬底200,在所述半导体衬底200的正面形成有牺牲层201,在所述牺牲层201内形成有被所述牺牲层201包围的振动膜202,在所述牺牲层201上与所述振动膜202对应的区域形成有间隔的若干定极板203,在所述间隔的定极板203之间形成有限位结构204,其中,所述限位结构204的一部分位于所述牺牲层201内。
[0049]所述半导体衬底200可以是以下所提到的材料中的至少一种:硅、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。半导体衬底200上可以被定义有源区。
[0050]所述牺牲层201可以选用与所述半导体衬底200以及在被牺牲层包围的振动膜202具有较大刻蚀选择比的材料,例如可选用氧化物层,例如氧化硅和掺碳氧化硅(S1C)等材料,但并不局限于上述示例。可选地,牺牲层201可以为热氧化的氧化硅、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)。
[0051]所述振动膜202的材料例如为导电材料,如Al、W、Cu等金属,或者掺杂的多晶硅或非晶硅或SiGe等材料,并不局限于某一种。在该实施例中,所述振动膜202选用多晶硅。所述振动膜202用作下电极。
[0052]在一个示例中,形成被牺牲层201包围的所述振动膜202的步骤包括:首先在所述半导体衬底上沉积第一牺牲层,在所述第一牺牲层上形成振动膜材料层,图案化所述振动膜材料层形成振动膜202,之后,在振动膜202上形成与第一牺牲层为相同材料的第二牺牲层,第一牺牲层和第二牺牲层的叠层构成牺牲层201,并包围振动膜202。
[0053]在所述牺牲层201上形成有若干定极板203,用于形成电容器的上电极,其中,所述定极板203可以选用本领域常用的导电材料,如Al、W、Cu等金属,或者掺杂的多晶硅或非晶硅或SiGe等材料,并不局限于某一种,在该实施例中可以选择多晶硅作为所述定极板203。
[0054]形成所述定极板203的方法包括但不局限于下述步骤:在所述牺牲层上形成导电材料层;在所述导电材料层上形成图案化的掩膜层;以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述导电材料层,以在所述振动膜202上方形成相互间隔的定极板203,最后去除所述掩膜层。
[0055]在一个示例中,在所述定极板203的间隔内还形成有限位结构204 (stoperstructure),以避免振动膜202 (Membrane)因震动幅度过大导致失效。其中所述限位结构204的材料可以选用氮化物层,例如SiN,但并不局限于该材料。典型地,所述限位结构204的一部分位于所述牺牲层201内。可采用本领域技术人员熟知的任何方法形成所述限位结构204,在此不作赘述。
[0056]执行步骤302,在所述半导体衬底的背面定义激光切割标记。
[0057]具体地,如图2A所示,在该步骤中反转所述半导体衬底200,以露出所述半导体衬底200的背面,在所述半导体衬底200的背面定义激光切割标记205。所述激光切割标记205用于对之后步骤中激光切割位置进行定位。所述激光切割标记205位于半导体衬底200背面对应定极板203的区域边缘。其中,半导体衬底200背面对应定极板203的区域为预定形成腔体的区域。可选地,使激光切割标记205的外侧边缘与预定形成腔体的区域边缘对齐,以便于控制腔体的尺寸。形成的激光切割标记205为凹槽。
[0058]执行步骤303,对半导体衬底的背面进行激光切割,直到暴露所述牺牲层,形成切割口。
[0059]如图2B所示,以所述激光切割标记205为起始位置对半导体衬底200的背面进行激光切割,直到暴露所述牺牲层201,形成切割口 206。形成的切割口位于半导体衬底200背面对应定极板203的区域的边缘,即预定形成腔体的区域边缘。激光切割过程中对激光切割机没有特殊要求,采用业界通用的激光切割机即可,激光切割的过程中可以通过调整激光器的功率以及受台移动速度控制激光切割口 206的深度和宽度,例如切割深度为370?390 μ m,宽度约3?5 μ m。上述激光切割深度和宽度仅是示例性地,其中切割深度的大小依赖于半导体衬底的厚度,厚度不同切割深度也不同,而切割宽度可根据实际工艺需要进行调整,值得一提的是,为了保证最终形成腔体的尺寸的精度,控制切割口 206宽度不宜过大,较佳的为3?5μπι。形成的切割口 206尺寸均匀,与半导体衬底200的表面垂直。
[0060]在一个示例中,激光切割使用由DISCO制成的氩基离子激光束工具。激光切割的运行功率在激光束的温度约2000°C时约为0.4W至4W。
[0061]执行步骤304,在所述半导体衬底的背面和所述切割口内形成图案化的光刻胶层,暴露所述切割口内侧的所述半导体衬底。
[0062]如图2C所示,具体地,在半导体衬底200的背面涂覆光刻胶并进行曝光和显影,形成定义有腔体图案的光刻胶层207。由于对应预定形成腔体边缘区域的半导体衬底200已经被激光切割形成了切割口 206,故本步骤中,只需暴露切割口 206内侧的半导体衬底200即可。进一步地,还可以使所述光刻胶层207定义的腔体图案的尺寸略小于预定形成的腔体的尺寸,使所述光刻胶层207覆盖很小一部分切割口 206以内的半导体衬底200。
[0063]执行步骤305,以
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