Mems麦克风及其形成方法_2

文档序号:9691480阅读:来源:国知局
的具体实施例做详细的说明。
[0056]参照图3,提供第一晶圆10,第一晶圆10的正面S1具有第一区I和第二区II,第二区II环绕第一区I,在第一区I形成有导电极板11。在第一晶圆10中形成有集成电路(图中未出),该集成电路具有第一电极1和第二电极2,其中导电极板11与第一电极1电连接。
[0057]该导电极板11导电,将作为MEMS麦克风的下极板。在具体实施例中,导电极板11的材料为掺杂有离子的S1、SiGe或Ge,还可为其他金属如A1。
[0058]在具体实施例中,第一晶圆10可以为硅晶圆,也可以是锗、锗硅、砷化镓晶圆或绝缘体上硅晶圆。本领域的技术人员可以根据需要选择晶圆,因此晶圆的类型不应限制本发明的保护范围。本实施例中的第一晶圆10选择硅晶圆,因为在硅晶圆上实施本技术方案要比在上述其他晶圆上实施本技术方案的成本低。
[0059]参照图4,在第一区I形成覆盖、且包围导电极板11的第一牺牲层12。导电极板11上的第一牺牲层部分定义了导电极板11与其上的膜片之间的间隙,导电极板11侧壁的第一牺牲层部分将导电极板隔离开来。
[0060]在具体实施例中,第一牺牲层12的材料为Si02、Si3N4、或Si02/Si3N4的叠层结构。对第一牺牲层12材料的选择应考虑到:在后续刻蚀去除第一牺牲层的条件下,不会刻蚀损伤导电极板和各膜片。
[0061]第一牺牲层12的形成方法包括:在第一晶圆10上沉积牺牲层材料,该牺牲层材料覆盖导电极板11和第二电极2 ;图形化牺牲层材料,露出第一晶圆10上表面、部分或全部第二电极2,导电极板11上和侧壁的剩余牺牲层材料,作为第一牺牲层12。
[0062]参照图5、6,图5为俯视图,图6为图5沿BB方向的剖面结构示意图,在第一区I形成位于第一牺牲层12侧壁的第一支撑部13、位于第一支撑部13和第一牺牲层12上的第一膜片14,该第一支撑部13导电。其中第一膜片14作为MEMS麦克风的一个振动膜,第一膜片14通过第一牺牲层12与导电极板11相互隔开,在后续去除第一牺牲层后在第一膜片14与导电极板11之间形成间隙,间隙将为第一膜片14振动提供空间。第一支撑部13通过第一牺牲层12与第一膜片14相互隔开、且与第二电极2电连接。在后续去除第一牺牲层后,第一膜片14悬空,第一支撑部13起到支撑第一膜片14的作用。而且,第一支撑部13通过第二电极2将第一膜片14与第一晶圆10中的集成电路电连接,第一支撑部13与导电极板11相互隔开,可避免后续第一膜片14与导电极板11短接。
[0063]需要说明的是,在图5中,虚线框表示第一支撑部13,因第一支撑部13被第一膜片14所覆盖,故不可见,而用虚线表示。
[0064]本实施例中,第一支撑部13的数量为四个,并沿周向方向均匀排布,起到支撑作用。但不限于此,第一支撑部13的数量可以是2个、3个或4个以上的多个。该多个第一支撑部13的分布应满足后续对第一膜片14的支撑要求。除此之外,第一支撑部13还可是环形封闭结构。
[0065]相比于环形结构的第一支撑部,使用多个数量的第一支撑部,后续第一膜片边缘未与第一支撑部接触的部分,能释放第一膜片遭到声音冲击的部分的应力,避免第一膜片本身的应力消耗声音的能量,使得声音的能量充分转换为第一膜片的振动机械能,进而增强第一膜片的振动灵敏性,提升MEMS麦克风的灵敏性。这是因为,第一膜片本身存在应力,若第一支撑部为环形而形成一个封闭的区域,第一膜片遭到声音冲击后,其本身的应力得不到释放,可能会消耗声音的能量,这会降低第一膜片的振动灵敏性。
[0066]在本实施例中,第一膜片14和第一支撑部13为一体结构,并同时形成。第一膜片14和第一支撑部13的形成方法包括:
[0067]首先,在第一晶圆10和第一牺牲层12上沉积形成膜片材料层(图中未示出),该膜片材料可以是SiGe、Ge或其他具有弹性的金属,以确保第一膜片受到声音作用力而振动变形后还能回复原状,第一晶圆10上的膜片材料层部分高于第一牺牲层12。
[0068]在沉积形成该膜片材料层后,可对膜片材料层表面进行化学机械研磨,以使膜片材料层表面平坦。
[0069]接着,在膜片材料层上形成图形化的掩模层,如光刻胶层,该图形化的掩模层定义第一膜片14的位置。
[0070]紧接着以图形化的掩模层为掩模,刻蚀膜片材料层至露出第一晶圆10,这样第一牺牲层12侧壁的膜片材料层部分作为第一支撑部13,第一支撑部13上和第一牺牲层12上的膜片材料层部分作为第一膜片14。
[0071 ] 最后,去除图形化的掩模层。
[0072]作为变形例,第一支撑部和第一膜片还可分别单独形成。也就是,首先在第一牺牲层侧壁形成第一支撑部,然后在第一支撑部和第一牺牲层上形成第一膜片。这时,第一牺牲层和第一支撑部的形成顺序不受限制。
[0073]在具体实施例中,第一膜片14的厚度范围氏的范围为0.5μπι?2μπι,可以确保MEMS麦克风具有较佳性能。如果氏小于0.5 μ m,第一膜片14较薄,在振动过程中容易损坏,而且第一膜片14的振动振幅太大,这样MEMS麦克风的灵敏度太高。如果氏大于2 μ m,第一膜片14较厚,第一膜片14的振动振幅会很小,MEMS麦克风的灵敏度太低。
[0074]在具体实施例中,第一膜片14与导电极板11之间的间距H2范围为Ιμπι?4μπι,可以确保MEMS麦克风具有较佳性能。如果Η2小于1 μ m,第一膜片14与导电极板11太过接近,第一膜片14在振动时可能会接触到导电极板11,造成电路短接。而且,即使第一膜片14不会接触到导电极板11,由于后续第一膜片14与导电极板11之间具有间隙,由于间隙狭小,第一膜片14在向下振动时会压缩间隙中的空气,空气对第一膜片14具有较强的阻尼作用,该阻尼作用会消耗声音的能量,这样声音信号转化输出的电信号是不准确的,不能反映真实的声音信号。如果H2大于4 μ m,则第一膜片14与导电极板11之间的间距太大,第一膜片14振动时引起的第一膜片14与导电极板11之间间距变化量相比间距本身太小,间距变化反馈到电容值的变化量也非常小,电容值变化量经处理后得到的电压信号不可测,这显然是不行的。
[0075]参照图7、图8,图7为俯视图,图8为图7沿CC方向的剖面结构示意图,在第一膜片14中形成第二通孔140,该第二通孔140露出第一牺牲层12。
[0076]在本实施例中,第二通孔140可作为后续刻蚀去除第一牺牲层12过程中,刻蚀气体或刻蚀剂的通道。除此之外,由于本实施例中,第一支撑部13并未完全包围第一牺牲层12,第一牺牲层12侧壁露出,因此,也可不形成第二通孔,刻蚀气体或刻蚀剂将通过相邻两第一支撑部之间的间隙刻蚀第一牺牲层。但是,需要说明的是,如果在其他实施例中,第一支撑部为环形,全包围第一牺牲层,则必须在第一膜片中形成第二通孔,以刻蚀去除第一牺牲层。
[0077]在具体实施例中,可使用光刻、刻蚀工艺形成第二通孔140。
[0078]在本实施例中,第二通孔140在第一晶圆10的正面S1上的投影形状为矩形,但不限于此。除此之外,还可为正方形、圆形或其他可行形状。
[0079]结合参照图9、图10,图9为俯视图,图10为图9沿DD方向的剖面结构示意图,在第一膜片14上对应第一牺牲层12的位置形成第二牺牲层15,第二牺牲层15覆盖对应第一牺牲层12位置的第一膜片部分、且填充满第二通孔140,第二通孔140中的第二牺牲层部分与第一膜片14上的第二牺牲层部分基本持平。
[0080]在具体实施例中,第二牺牲层15的材料可参考第一牺牲层,可使用与第一牺牲层相同的工艺步骤来形成第二牺牲层15。
[0081]在具体实施例中,第一膜片14上的第二牺牲层部分的厚度即为后续第二膜片与第一膜片14之间的间距,该间距范围与前文第一膜片14与导电极板11之间间距凡范围相同。
[0082]结合参照图11、图12,图11为俯视图,图12为图11沿EE方向的剖面结构示意图,在第一膜片14上形成位于第二牺牲层15侧壁的第二支撑部16、位于第二支撑部16和第二牺牲层15上的第二膜片17,第二支撑部16对应第一支撑部13的位置,第二支撑部16导电,还在后续去除第二牺牲层15后起到支撑第二膜片17的作用。
[0083]在具体实施例中,第二支撑部16对应第一支撑部13的位置,也就是第二支撑部16和第一支撑部13关于第一膜片14相对。如果第二支撑部16与第一支撑部13错位设置,第一膜片14在振动时,在第一支撑部13位置持续受到第一支撑部13施加的竖直朝上的压力,在第二支撑部16位置持续受到第二支撑部16施加的竖直朝下的压力,在这两个位置不同且方向相反的压力作用下,第一支撑部13和第二支撑部16附近的第一膜片部分极易崩裂。而如果第二支撑部16与第一支撑部13的位置相对,第一膜片14在同一位置遭到两方向相反的压力作用,两压力相互抵消,不会引起第一膜片14的损伤。
[0084]在具体实施例中,第二膜片17的材料可参考第一膜片14,第二支撑部16的材料可参考第一支撑部13。另外,对第二膜片17的厚度范围与第一膜片14的厚度范围氏(参照图6)相同。对于第二膜片17与导电极板11之间的间距范围与比范围相同,这是由于第二膜片17的振动也会引起第二膜片17与导电极板11之间间距变化,进而引起电容值变化,所以第二膜片17与导电极板11之间的间距也会影响到MEMS麦克风的性能。
[0085]在具体实施例中,第二膜片17和第二支撑部16的形成工艺,可参考第一膜片14和第一支撑部13的形成步骤。第二膜片17和第二支撑部16可以在同一工艺步骤中形成,也可分别单独形成。
[0086]参照图13、图14,图11为俯视图,
当前第2页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1