具有偏向控制的压电麦克风及其制造方法与流程

本揭示内容是有关于半导体制造以及有关于所产生的装置。特别是，本揭示内容是有关于一种具有偏向控制且防止粘滞(stiction)的压电麦克风。

背景技术：

压电麦克风为通过与实体接触来感测声频振动且对空气不敏感的一种装置。压电麦克风可用来作为漏音探针与用于气体声学测试，且有不限于空气的许多其他用途。

请参考图1，现有压电麦克风是由以下各物形成：有实心铝铜(alcu)的密封环帽盖结构103的隔膜101、穿过隔膜101的中部的沟槽105、焊垫107、以及从在沟槽105第一侧的隔膜101伸出且在沟槽105第二侧的隔膜101上方悬空的桥接物109。密封环帽盖结构103、焊垫107和桥接物109均由实心alcu形成。再者，潜在粘滞往往在操作期间存在。此外，需要数个硬掩膜以达到在桥接物109、隔膜101之间的所欲间隙厚度。

因此，亟须一种方法，能够形成可控制放松装置的偏向失配小于隔膜与桥接物之间的间隙厚度的压电麦克风，以防止桥接物与隔膜的潜在粘滞，以及减少得到桥接物与隔膜之间的目标间隙厚度所需的硬掩膜数，以及所产生的装置。

技术实现要素：

本揭示内容的一方面为一种形成压电麦克风的方法，其控制放松偏向失配到小于隔膜与互锁/挡止件的间隙厚度。

本揭示内容的另一方面为一种形成防止潜在粘滞的压电麦克风的方法。

本揭示内容的另一方面为一种用较少个硬掩膜来形成压电麦克风的方法。

本揭示内容的附加方面及其他特征会在以下说明中提出以及部分在本领域一般技术人员审查以下内容或学习本揭示内容的实施后会明白。按照随附权利要求书的特别提示，可实现及得到本揭示内容的优点。

根据本揭示内容，有些技术效果部分可用一种方法达成，其包括：形成隔膜于具有第一及第二牺牲层设置于其相对两面上的硅(si)衬底上方，该隔膜形成于该第一牺牲层上；形成第一硬掩膜(hm)于该隔膜上方；形成穿过该第一hm且部分穿过该隔膜的第一及第二通孔，藉此暴露上金属薄膜包围各通孔的一部分；形成第一垫层于该第一及该第二通孔中以及于该暴露上金属薄膜上方；形成沟槽到在该第一及该第二通孔之间的该第一牺牲层中以及在该沟槽与第二通孔之间的间隙；图案化在该隔膜上方、在该第一及该第二通孔、该沟槽及该间隙中的第二hm且暴露该第一垫层在该第一及该第二通孔周围的区域；以及形成第二垫层于该第二hm上方以及于在该第一及该第二通孔周围的暴露区域中以形成数个垫结构。

本揭示内容的数个方面包括：用以下步骤形成该隔膜：形成种子层于该第一牺牲层上方；图案化在该种子层上方的下金属薄膜；图案化在第一装置层上方的中间金属薄膜；形成该上金属薄膜于第二装置层上方；以及形成钝化层于该上金属薄膜上方。

其他方面包括：通过平坦化该hm将第二hm图案化到有100纳米至1000纳米的厚度，然后蚀刻该hm以形成该第二间隙且暴露该第一垫层在该第一及该第二通孔周围的区域。其他方面包括：图案化该第二hm以形成在该第一通孔与该沟槽之间向下延伸到该上薄膜的第二间隙，藉此也形成该第二垫层于该第二间隙中以形成从该间隙伸出且在该沟槽和该隔膜的一部分上方的互锁/挡止件结构。附加方面包括：形成一hm于该第二垫层上方到有1μm至5μm的厚度；从该硅衬底移除该第二牺牲层；以及形成第二沟槽，其穿过该硅衬底的中部且穿过该第一牺牲层在该第一沟槽下面的部分。其他方面进一步包括：用气相氩氟酸(vhf)蚀刻制程完全移除该hm。其他方面包括：形成该第二垫层，其通过图案化该第二垫层，然后向下蚀刻该第二垫层到该第二hm。其他方面进一步包括：形成由氮化铝(aln)组成的该种子层，形成钼(mo)、钛(ti)、铂(pt)、铝(al)等等的该金属薄膜，该种子层有20纳米(nm)至200纳米的厚度，该金属薄膜有20纳米至200纳米的厚度，第一及第二装置层有100纳米至1000纳米的厚度，以及该钝化层有20纳米至200纳米的厚度。

本揭示内容的另一方面包括一种方法，其包括：在覆盖硅衬底的牺牲层上形成隔膜；形成第一hm于该隔膜上方；形成穿过该第一hm且部分穿过该隔膜的第一及第二通孔，在该第一及该第二通孔周围的间隙及区域，在该第一及该第二通孔周围的该间隙及区域延伸穿过该第一hm到该隔膜；图案化在该第一及该第二通孔中以及在形成于该通孔周围的区域上方的第一垫层，以形成一凸块结构于该间隙中；在该第一通孔与该凸块结构之间形成穿过该隔膜到该第一牺牲层的沟槽；图案化在该隔膜上面、在该第一及该第二通孔中、在该沟槽中且在该凸块结构上方的第二hm，藉此暴露该第一垫层在该第一及该第二通孔周围的部分；以及形成第二垫层于该该第一垫层的暴露部分上方以形成数个垫结构。

数个方面包括：该第一垫层经形成厚度有0.1μm至0.2μm，该凸块结构经形成厚度有0.1μm至0.2μm，以及该第二垫层经形成厚度有200纳米至2000纳米。其他方面进一步包括：在该第一通孔与该第一间隙之间形成穿过该隔膜的该沟槽的步骤进一步包括：形成在该第一间隙与该第二通孔的间延伸穿过该隔膜的上金属薄膜的第二间隙。其他方面包括：图案化该第二hm以在该第一通孔与该沟槽之间也形成第二间隙，以及形成该第二垫层于该第二间隙中以形成从该第二间隙伸出且在该凸块结构上方的互锁/挡止件结构。其他方面包括：图案化该第二hm通过平坦化到有0.1μm至0.5μm的高度，然后予以蚀刻以暴露该第一垫层在该第一及该第二通孔周围的部分。

本揭示内容的另一方面包括一种装置，其包括：硅层与在该硅层的一面上的牺牲氧化物层，以及具有种子层、数个金属薄膜、钝化层及穿过其中部的沟槽的隔膜；第一及第二密封环和帽盖结构，延伸进入该隔膜且以一预定距离分离；沟槽，其在该第一及该第二密封结构的间延伸穿过该隔膜；焊垫，其邻近且接触该第二密封环和帽盖结构；以及互锁/挡止件，其在该沟槽上方且在该隔膜的一部分上方从该隔膜延伸于该沟槽与该第一密封环和帽盖结构之间。

其他方面包括：该互锁/挡止件在该隔膜上方延伸的部分与该隔膜以0.1μm至0.5μm的间隙分离。其他方面包括：从该隔膜伸出且在该沟槽与该第二密封环和帽盖结构之间设置于该互锁/挡止件结构下的凸块结构。其他方面又包括：该第一密封环和帽盖结构延伸穿过该钝化层、第三金属薄膜及第二金属薄膜的第一区段以接触第一金属薄膜的第一区段，该密封环和帽盖结构有氧化物设置于其中，以及该第二密封环和帽盖结构延伸穿过该钝化层及该第三金属薄膜以延伸到该第二金属薄膜的第三区段。其他方面进一步包括：该第一及该第二密封环和帽盖结构经形成有200纳米至2000纳米的厚度且由alcu形成，以及该凸块结构由alcu形成且有0.1μm至0.2μm的厚度。

本揭示内容的另一方面包括一种结构，该结构包括一种方法，该方法包括：提供一隔膜，其具有钝化层在种子层及数个金属薄膜上且有数个形成的通孔，该方法包括：图案化在该隔膜上方的第一硬掩膜以暴露第一及第二通孔与上金属薄膜在该第一及该第二通孔周围的区域；形成第一垫层于该第一及该第二通孔中以及于该上金属薄膜的暴露区域上；在该第一及该第二通孔之间形成把该隔膜分成第一及第二区段的沟槽以及在该沟槽与该第二通孔之间的间隙以截断该上金属薄膜；图案化在该隔膜上面且在该第一及该第二通孔中、在该沟槽中以及在该间隙中的第二硬掩膜；以及形成第二垫层以形成在该第一通孔上方的第一密封环和帽盖结构与在该第二通孔上方的第二密封环和帽盖结构，以及与该第二密封环和帽盖结构接触的焊垫。

其他方面包括：其中图案化该第二硬掩膜的步骤在该隔膜的该第一区段上形成在该第一通孔与该沟槽之间的第二间隙以暴露该上金属薄膜，以及该第二垫层也形成互锁/挡止件结构，其从该第二间隙伸出且在该沟槽与该隔膜的该第二区段的一部分上方。其他方面进一步包括：在图案化该第一硬掩膜期间，暴露延伸到该上金属薄膜的第三间隙，以及该第一垫层经形成有凸块图案在该第三间隙中以形成在该互锁/挡止件结构在该隔膜的该第二区段上面延伸的部分下坐在下面的凸块结构。其他方面又包括：其中该第二硬掩膜经形成有0.1μm至0.5μm。其他方面包括：该第一垫层及凸块结构经形成有0.1μm至0.2μm的厚度。其他方面包括：该第二垫层经形成有200纳米至2000纳米的厚度。

本领域技术人员由以下详细说明可明白本揭示内容的其他方面及技术效果，其中仅以预期可实现本揭示内容的最佳模式举例描述本揭示内容的具体实施例。应了解，本揭示内容能够做出其他及不同的具体实施例，以及在各种明显的方面，能够修改数个细节而不脱离本揭示内容。因此，附图及说明内容本质上应被视为图解说明用而不是用来限定。

附图说明

在此用附图举例说明而不是限定本揭示内容，图中类似的元件用相同的附圖標記表示。

图1的横截面图示意图示现有压电麦克风；

图2至图21的横截面图根据一示范具体实施例示意图示压电麦克风装置的制造制程步骤；

图22及图23的横截面图根据另一示范具体实施例示意图示压电麦克风装置的制造制程步骤；

图24的上视图根据本揭示内容的一示范具体实施例图示压电麦克风的隔膜及通孔；

图25a为图24中的一部分的放大上视图，其图示该等通孔；

图25b的另一视图图示设置密封环于通孔周围的图25a；以及

图25c的另一视图图示设置金属帽盖于密封环上方以形成密封环/金属帽盖结构的图25b。

具体实施方式

为了解释，在以下的说明中，提出许多特定细节供彻底了解示范具体实施例。不过，显然在没有该等特定细节下或用等价配置仍可实施示范具体实施例。在其他情况下，众所周知的结构及装置用方块图图示以免不必要地混淆示范具体实施例。此外，除非另有说明，在本发明说明书及权利要求书中表示成分、反应条件等等的数量、比例及数值性质的所有数字应被理解为在所有情况下可用措辞“约”来修饰。

本揭示内容针对且解决压电麦克风的控制受限的当前问题，此问题是由于放松装置在桥接物与隔膜的间隙的偏向失配而造成。本揭示内容也针对且解决防止彼的桥接物及隔膜出现粘滞的当前问题。根据本揭示内容的数个具体实施例，压电麦克风经形成有一互锁(interlock)/挡止件结构在一隔膜上面。也根据本揭示内容的一具体实施例，压电麦克风可经形成有一微凸块结构在一互锁/挡止件下面。也根据本揭示内容的一具体实施例，可以桥接物与隔膜的间隙厚度为目标而使用较少硬掩膜形成压电麦克风。

此外，本领域技术人员由以下详细说明可明白本揭示内容的其他方面、特征及技术效果，其中仅以预期可实现本揭示内容的最佳模式举例描述本揭示内容的具体实施例。本揭示内容能够做出其他及不同的具体实施例，而且能够修改其在各种不同方面的数个细节。因此，附图及说明内容本质上应被视为图解说明用而不是用来限定。

图2至图21的横截面图根据一示范具体实施例示意图示用于形成具有在隔膜的上之互锁/挡止件结构的压电麦克风装置的一种加工流程。图22及图23的横截面图根据本揭示内容的另一示范具体实施例示意图示一种用于形成压电麦克风的加工流程，该压电麦克风具有在隔膜之上的互锁/挡止件结构与在互锁/挡止件下面的隔膜上的微凸块结构。

如图2所示，硅(si)层201设有形成于正面201a上的牺牲层203a与形成于背面201b上的牺牲层203b。牺牲层203a及203b可由经形成厚度有0.5微米(μm)至5μm的氧化物形成。此外，例如，用氧化或用电浆增强化学气相沉积(pecvd)制程可形成牺牲层203a及203b。

翻到图3，种子层305可形成于在硅(si)层201正面201a上的氧化物层203a上。种子层305可由例如氮化铝(aln)形成。种子层305经形成厚度有20纳米(nm)至200纳米。用例如溅镀沉积制程可形成种子层305。可在种子层305上形成厚度有20纳米至200纳米的第一金属薄膜307。第一金属薄膜307例如可由mo、ti、pt或al形成，且可通过溅镀或物理气相沉积(pvd)制程铺设。

如图4所示，第一金属薄膜307可加以图案化以形成第一金属薄膜区段307a与第二金属薄膜区段307b。第一金属薄膜区段307a与第二薄膜区段307b将用作底部电极。

如图5所示，第一装置层505可形成于第一金属薄膜区段307a及第二金属薄膜区段307b上方。第一装置层505经形成厚度有100纳米至1000纳米。例如，用溅镀或物理气相沉积制程可形成第一装置层505。第二金属薄膜507沉积于第一装置层505上。

如图6所示，第二金属薄膜507可加以图案化以形成第一金属薄膜区段507a、第二金属薄膜区段507b及第三金属薄膜区段507c。例如，用蚀刻制程可图案化第二金属薄膜507。第二金属薄膜507的其余图案，包括金属薄膜区段507a、507b及507c，将用作中间电极。

如图7所示，第二装置层705可形成于金属薄膜区段507a、507b及507c上方。第二装置层705经形成厚度有100纳米至1000纳米。例如，用溅镀或物理气相沉积制程可形成第二装置层705。在第二装置层705上可形成厚度有20纳米至200纳米的第三金属薄膜707，接着形成钝化层709于第三金属薄膜707上。钝化层709可例如由aln形成。例如，用原子层沉积或溅镀制程可形成第二装置层705、第三金属薄膜707及钝化层709。该种子层、金属薄膜、装置层及钝化层形成隔膜711。

翻到图8，在钝化层709上可形成厚度有10纳米至500纳米的硬掩膜803。例如，可由电浆四乙基氧基硅烷(plasmatetraethyloxysilane，pteos)形成硬掩膜803。接下来，可形成第一通孔809。通过蚀刻穿过硬掩膜803、穿过钝化层709、穿过第三金属薄膜707以及部分穿过第二装置层705，可形成第一通孔809。

如图9所示，可形成第二通孔911。通过蚀刻穿过硬掩膜803、钝化层709、第三金属薄膜707、第二装置层705、金属薄膜区段507a以及部分穿过第一装置层505，可形成第二通孔911。由于形成第一及第二通孔809及911，第三金属薄膜707便被分成第一区段707a、第二区段707b及第三区段707c。

翻到图10，使用掩膜(为求方便未图示)，硬掩膜803在第一及第二通孔809及911周围的部分被向下蚀刻到钝化层709。进行湿式蚀刻以使第一通孔809向下延伸到金属薄膜区段507c且使第二通孔911向下延伸到金属薄膜区段307a。此制程暴露金属薄膜区段707a及707b包围通孔911的部分与金属薄膜区段707b及707c包围第一通孔809的部分。结果，硬掩膜803可被分成区段803a及803b，同时钝化层709可被分成区段709a及709b。

在此蚀刻制程期间，可用与用来移除硬掩膜803的蚀刻制程不同的另一蚀刻制程来蚀刻第一装置层505、第二装置层705及钝化层709。例如，利用基于四甲基氢氧化铵(tetramethylammoniumhydroxide，tmah)的显影剂，可进行第一装置层505、第二装置层705及705’的湿式蚀刻。结果，钝化层709的区段，包括区段709a及709b，各自仍在金属薄膜区段707b及707c上，以及硬掩膜803的区段803a及803b各自仍在钝化层709的区段709a及709b上。区段803a及709a有相同的长度且区段803b及709b也有相同的长度，如图10所示。不过，区段803a与709a和区段803b与709b的长度可不同。

如图11所示，垫层1113可形成于通孔809及911中且于隔膜711包括区段803a及区段803b的表面上方。垫层1113例如可由alcu形成。垫层1113经形成厚度有0.1微米(μm)至0.2μm。垫层1113可用沉积制程形成。

接下来，在硬掩膜区段803a的外缘被掩膜且区段803b被掩膜时，其余的硬掩膜区段803a仍然暴露。使用掩膜，只从硬掩膜区段803a的暴露部分移除垫1113。例如，用蚀刻制程可移除垫1113。

翻到图12，图案化硬掩膜803以暴露硬掩膜区段803a的第一部分与硬掩膜区段803a的第二部分。然后，移除硬掩膜区段803a的暴露的第一及第二部分。结果，也移除直接在硬掩膜区段803a的移除的第一及第二部分下面的钝化层709a部分及金属薄膜区段707b部分，留下暴露第二装置层705的间隙1201及间隙1203。例如，可用蚀刻制程进行此移除制程。此移除制程的结果是，钝化层709a被分成区段709a1、区段709a2及区段709a3。此外，硬掩膜的区段803a被分成区段803a1、区段803a2及区段803a3，以及薄膜区段707b进一步被分成区段707b1、区段707b2及区段707b3。

翻到图13，图案化区段803a1、区段803a2及区段803a3以暴露间隙1201。然后，可形成在间隙1201内向下到氧化物层203的沟槽1305。具体而言，沟槽1305可在金属薄膜区段507b、507c之间延伸穿过第二装置层705，穿过在金属薄膜区段307a、307b之间的第一装置505，以及穿过种子层305。

翻到图14，在通孔809及911和沟槽1305中且于隔膜711的整个表面上方可形成厚度有1μm至5μm的第二硬掩膜1403。此第二硬掩膜1403例如可用沉积制程形成。

翻到图15，减少第二硬掩膜1403的厚度到100纳米至1000纳米。当硬掩膜1403由pteos形成时，可用氧化物平坦化制程减少。例如，用化学机械平坦化(cmp)或回蚀制程，可进行该氧化物平坦化制程。

翻到图16，图案化第二硬掩膜1403以暴露其中的多个区域。然后，移除第二硬掩膜1403的暴露区域以形成间隙1601、1603、1605及1607。间隙1601与1605各自包围第一及第二通孔。可用蚀刻制程移除该等暴露区域。间隙1601及1605向下延伸到垫1113，间隙1603向下延伸到薄膜区段707b1，以及间隙1607向下延伸到垫层1113。用蚀刻制程可移除第二硬掩膜1403的暴露区域以形成间隙1601、1603、1605及1607。

翻到图17，垫层1713可形成于第二硬掩膜1403上方以及间隙1601、1603、1605及1607中以覆盖整个隔膜711(未图示垫层1713的数个部分以图解说明下述蚀刻制程)。使用金属图案(为求方便未图示)可形成垫层1713。垫层1713经形成厚度有200纳米至2000纳米。然后，另一掩膜(为求方便未图示)用来移除垫层1713的一部分向下到第二硬掩膜1403。由于使用该掩膜进行选择性移除，所以4个垫层结构1715、1717、1719及1721仍然在第二硬掩膜1403之上延伸。在此所用的掩膜可为用来为蚀刻第二及第四结构1717及1721中的凹槽1717a及1721a做准备的金属图案掩膜。

如图18所示，硬掩膜1803形成于图17的结构的整个正面上方。硬掩膜1803经形成厚度有1μm至5μm且可由例如pteos的氧化物形成。例如，用溅镀沉积制程可形成硬掩膜1803。

翻到图19，尽管结构(硬掩膜1803)的正面带有胶带(为求方便未图示)，然而在硅201b(参考图2)的背面上的氧化物层203被移除且剩余的硅201从背面201b减薄到有300μm至400μm的厚度。氧化物层203以及硅201的一部分可用cmp制程移除。在从背面201b移除硅的一部分后，另一掩膜可形成于硅101b的背面上方以暴露其一部分。

翻到图20，硅201b的暴露部分被蚀刻到在硅201a的正面上的氧化物层203或部分凿入氧化物层203。

翻到图21，移除硬掩膜1403以导致压电麦克风具有互锁/挡止件结构1717，第一密封环1715a和帽盖1715b结构1715，与第二密封环1719a和帽盖1719b结构1719，以及焊垫1721。例如，使用可移除在金属部件周围的硅及氧化物的气相氩氟酸(vhf)步骤可移除硬掩膜1403。用上述方式形成有硬掩膜形成于其中的密封环帽盖结构1715及1719在移除硬掩膜时会保护通孔及与其连接的薄膜层免受害于气相氩氟酸蚀刻，以及也保护通孔在操作期间免受害于在彼等周围的环境。

翻到图22，根据本揭示内容的另一具体实施例，在铺设施加于硬掩膜803(如以上在说明图10时所述)上方的掩膜期间，可铺设具有区段803a的附加暴露部分的替代掩膜。然后，如以上在图解说明图10时所述，在移除区段803a包围第一通孔809及第二通孔911的暴露部分、以及移除区段709a设置在区段803a的暴露部分下面的部分、以及移除区段803a包围第二通孔911的暴露部分与区段709a在其下面的部分的制程期间，以及如图11所示，在沉积垫层1113之前，凸块间隙2205可形成于硬掩膜区段803a的附加暴露部分中与区段709a在其下面的部分中。

具体而言，在如以上在说明图10时所述的通孔809及911的蚀刻制程期间，可移除区段803a的附加暴露部分与区段709a设置在其下面的部分以暴露区段707b的一部分，留下凸块间隙2505。然后，掩膜可用来形成在凸块间隙2505中的凸块图案。接下来，在垫层1113的沉积期间，如以上在说明图11时所述，有掩膜凸块图案设置于其上方的凸块间隙2205也填满垫层1113到有0.1至0.2μm的厚度，从而在凸块间隙2205中形成微凸块2207。

翻到图23，根据用图22描述的具体实施例，图21所产生的压电麦克风也会包括设置在互锁/挡止件结构1717下面的微凸块结构2207以防止互锁/挡止件结构1717与隔膜711在装置操作期间的潜在粘滞。

图24的上视图根据本揭示内容的一具体实施例图示压电麦克风的隔膜711及通孔(亦即，911)的实施例。

图25a的放大上视图图示图24在点线方块a内的部分，其图示在装设密封环及金属帽盖结构于其上之前的通孔(亦即，通孔911)。

图25b的另一视图图示密封环(亦即，1715a)设置于通孔(亦即，911)周围的图25a。

图25c的另一视图图示金属帽盖(亦即，1715b)设置于密封环(亦即，1715a)上面以形成密封环金属帽盖结构(亦即，1715)的第25b图。

本揭示内容的具体实施例可实现数种技术效果，包括提供一种压电麦克风，其具有可控制放松装置偏向失配到小于隔膜与互锁/挡止件的间隙厚度，防止麦克风在操作期间的潜在粘滞，以及界定互锁/挡止件与隔膜的间隙，同时以间隙厚度为目标而使用较少硬掩膜。本揭示内容在产业上可用于任何漏音探针与气体声学测试，以及不限于空气的许多其他用途。

在以上说明中，特别用数个示范具体实施例描述本揭示内容。不过，显然仍可做出各种修改及改变而不脱离本揭示内容更宽广的精神及范畴，如权利要求书所述。因此，本发明说明书及附图应被视为图解说明用而非限定。应了解，本揭示内容能够使用各种其他组合及具体实施例且在如本文所述的本发明概念范畴内能够做出任何改变或修改。