麦克风传感器及其制备方法与流程

本发明涉及微机电系统技术领域，特别是涉及一种麦克风传感器及其制备方法。

背景技术：

微机电系统(microelectromechanicalsystems，简称mems)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，是一种采用半导体工艺制造微型机电器件的技术。与传统机电器件相比，mems器件在耐高温、小体积、低功耗方面具有十分明显的优势。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一，它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。

运用微机电系统技术制备麦克风传感器具有有益的电学性能，并且尺寸较小，因此在多种设备上都有应用，诸如移动电话和集成电路(ic)录音机。然而，在现有技术中，为了实现mems器件与其它器件实现整合，需要使用特殊的仪器及材料，工艺复杂，成本昂贵。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种麦克风传感器及其制备方法，制备方法简单，在现有的晶圆厂可以完成，无需特殊的仪器及材料，降低了成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种麦克风传感器，包括：

第一基底，所述第一基底具有第一面和与所述第一面相背的第二面，所述第一基底包括第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有控制电路，所述第二区域的第一面具有振动膜开口；

第二基底，所述第二基底包括第三面和与所述第三面相背的第四面，所述第二基底的第三面键合在所述第一基底的第二面，所述第三面具有一导电区域，所述导电区域具有多个声学孔；

所述第一基底和第二基底之间形成一空腔，所述空腔正对所述振动膜开口，所述振动膜开口和空腔之间的第一基底形成振动电极，所述声学孔与所述空腔导通；

所述第四面具有背面开口，所述背面开口正对所述空腔，所述背面开口和空腔之间的第二基底形成固定电极，所述背面开口与所述声学孔导通。

进一步的，在所述麦克风传感器中，所述第二面和第三面之间具有一介质层，所述空腔位于所述介质层中。

进一步的，在所述麦克风传感器中，所述第一基底中还包括气孔，所述气孔导通所述空腔和振动膜开口。

进一步的，在所述麦克风传感器中，所述第二基底为半导体基底，所述导电区域的材料为掺杂的半导体材料。

进一步的，在所述麦克风传感器中，所述控制电路位于所述第一基底的第一面，所述第一基底为半导体基底，所述振动电极的材料为掺杂的半导体材料。

进一步的，在所述麦克风传感器中，所述麦克风传感器还包括通孔结构，将所述导电区域从所述第一基底的第一面电性导出。

进一步的，在所述麦克风传感器中，所述第一基底包括半导体材料层以及互连层，所述半导体材料层位于第二面，所述。互连层位于第一面。

进一步的，在所述麦克风传感器中，所述振动膜开口形成于所述互连层中，所述振动膜开口和空腔之间的半导体材料层形成振动电极。

根据本发明的另一面，还提供如上任意一种所述麦克风传感器的制备方法，包括：

提供第一基底，所述第一基底具有第一面和与所述第一面相背的第二面，所述第一基底包括第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有控制电路；

提供第二基底，所述第二基底包括第三面和与所述第三面相背的第四面，所述第三面具有一导电区域，所述导电区域具有多个声学孔；

将所述第二基底的第三面键合在所述第一基底的第二面，所述第一基底和第二基底之间形成一空腔，所述空腔正对所述第二区域，所述声学孔与所述空腔导通；

在所述第二区域的第一面形成一振动膜开口，所述空腔正对所述振动膜开口，所述振动膜开口和空腔之间的第一基底形成振动电极；

在所述第四面形成背面开口，所述背面开口正对所述空腔，所述背面开口和空腔之间的第二基底形成固定电极，所述背面开口与所述声学孔导通。

进一步的，在所述麦克风传感器的制备方法中，在将所述第二基底的第三面键合在所述第一基底的第二面的步骤之前，还包括：

在所述声学孔的底部形成一停止层，所述停止层的材料与所述第二基底的材料不同。

与现有技术相比，本发明提供的麦克风传感器及其制备方法具有以下优点：

在所述麦克风传感器及其制备方法中，通过将所述第一基底和第二基底进行键合形成空腔，然后在所述第二基底背离所述第一基底的一面形成背面开口，所述背面开口与所述声学孔导通，以实现mems结构的形成，所述麦克风传感器可以在现有的晶圆厂可以完成，无需特殊的仪器及材料，制备方法简单，降低了制备成本。

进一步的，所述第二基底为半导体基底，所述导电区域的材料为掺杂的半导体材料；或/和，所述控制电路位于所述第一基底的第一面，所述第一基底为半导体基底，所述振动电极的材料为掺杂的半导体材料，通过对所述第一基底和第二基底进行掺杂，使得部分所述第一基底和第二基底具有导电性，以用于形成振动电极和固定电极。

进一步的，在所述声学孔的底部形成一停止层，所述停止层的材料与所述第二基底的材料不同，当在所述第四面形成背面开口，所述停止层有利于控制所述背面开口的深度。

附图说明

图1为本发明一实施例中麦克风传感器及其制备方法的流程图；

图2至图10为本发明一实施例的麦克风传感器及其制备方法中器件结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的麦克风传感器及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种麦克风传感器，包括：第一基底，所述第一基底具有第一面和与所述第一面相背的第二面，所述第一基底包括第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有控制电路，所述第二区域的第一面具有振动膜开口；第二基底，所述第二基底包括第三面和与所述第三面相背的第四面，所述第二基底的第三面键合在所述第一基底的第二面，所述第三面具有一导电区域，所述导电区域具有多个声学孔；所述第一基底和第二基底之间形成一空腔，所述空腔正对所述振动膜开口，所述振动膜开口和空腔之间的第一基底形成振动电极，所述声学孔与所述空腔导通；所述第四面具有背面开口，所述背面开口正对所述空腔，所述背面开口和空腔之间的第二基底形成固定电极，所述背面开口与所述声学孔导通。

其中，通过将所述第一基底和第二基底进行键合形成空腔，然后在所述第二基底背离所述第一基底的一面形成背面开口，所述背面开口与所述声学孔导通，以实现mems结构的形成，所述麦克风传感器可以在现有的晶圆厂可以完成，无需特殊的仪器及材料，制备方法简单，降低了制备成本。

本发明还提供一种麦克风传感器及其制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤s11，提供第一基底，所述第一基底具有第一面和与所述第一面相背的第二面，所述第一基底包括第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有控制电路；

步骤s12，提供第二基底，所述第二基底包括第三面和与所述第三面相背的第四面，所述第三面具有一导电区域，所述导电区域具有多个声学孔；

步骤s13，将所述第二基底的第三面键合在所述第一基底的第二面，所述第一基底和第二基底之间形成一空腔，所述空腔正对所述第二区域，所述声学孔与所述空腔导通；

步骤s14，在所述第二区域的第一面形成一振动膜开口，所述空腔正对所述振动膜开口，所述振动膜开口和空腔之间的第一基底形成振动电极；

步骤s15，在所述第四面形成背面开口，所述背面开口正对所述空腔，所述背面开口和空腔之间的第二基底形成固定电极，所述背面开口与所述声学孔导通。

以下结合图2至图10，具体说明本发明的麦克风传感器及其制备方法，图2至图10为本发明一实施例的麦克风传感器及其制备方法中器件结构的示意图。

首先，进行步骤s11，如图2所示，提供第一基底100，所述第一基底100具有第一面101和与所述第一面101相背的第二面102，所述第一基底100包括第一区域100b和第二区域100a，所述第一区域100b上设置有控制电路130，所述第二区域100a用于制备麦克风传感器。所述控制电路为cmos器件，所述cmos器件可以包括逻辑器件和存储器件等，一般的，所述cmos器件包括源极、栅极、漏极以及互连结构，此为本领域的技术人员可以理解的，在此不作赘述。

在图2中，所述第一基底100为半导体基底，所述第一基底100包括半导体材料层110以及互连层120，所述半导体材料层110可以进行掺杂，使得至少部分所述半导体材料层110具有导电性，以用于制备所述振动电极。在本实施例中，所述控制电路130位于所述第一基底100的第一面101，在其它实施例中，所述控制电路130位于所述第一基底100的第二面102。

必要时，还需要对所述第一基底100的第二面102进行减薄。具体的，如图3所示，将所述第一基底100的第一面101与一键合基底300进行键合，然后再对将所述第一基底100的第二面102进行减薄，以将所述第一基底100中半导体材料层110减薄至合适的厚度，以使得后续制备的振动电极具有合适的厚度，所述键合基底300可以为半导体晶圆。

然后，进行步骤s12，如图4所示，提供第二基底200，所述第二基底200包括第三面201和与所述第三面201相背的第四面202，所述第三面201具有一导电区域200a，所述导电区域200a用于形成固定电极。所述导电区域200a具有多个声学孔203。在本实施例中，所述第二基底200为半导体基底，可以向所述第二基底200内进行掺杂以形成所述导电区域200a。

为了支撑起空腔，较佳的，在所述第三面201上形成介质层210，所述介质层210中形成有一空腔开口211’，所述空腔开口211’导通所述声学孔203。此外，还可以在所述介质层210中形成一第一开口212，以用于形成通孔结构。所述第一开口212暴露出所述导电区域。

为了控制背面开口的深度，较佳的，在所述声学孔203的底部形成一停止层220，如图5所示，所述停止层220的材料与所述第二基底200的材料不同，一般的，所述停止层220的材料选择与所述第二基底200的刻蚀选择比较高的材料，例如氧化物、氮化物等等。

之后，进行步骤s13，如图6所示，将所述第二基底200的第三面102键合在所述第一基底100的第二面201，所述第一基底100和第二基底200之间形成一空腔211，所述空腔211正对所述第二区域100a，以用于形成麦克风传感器。

然后，选择性刻蚀所述第一基底100，如图7所示，在所述介质层210中形成第二开口121，在所述半导体材料层110中形成第三开口111，然后在所述第一开口212、第三开口111、第二开口121中填充导电材料，形成通孔结构，将所述导电区域从所述第一基底100的第一面101电性导出。

接着，进行步骤s14，如图8所示，在所述第二区域100a的第一面101形成一振动膜开口122，所述空腔211正对所述振动膜开口122，所述振动膜开口122和空腔211之间的第一基底100形成振动电极115。在本实施例中，所述振动膜开口122形成于所述互连层120中，所述振动膜开口120和空腔211之间的半导体材料层110形成振动电极115。较佳的，为了提高器件的性能，在所述振动电极115中形成气孔112，所述气孔112导通所述空腔211和振动膜开口122。所述气孔112的尺寸一般比较小，所述气孔112的个数一般为四个。

之后，进行步骤s15，如图9所示，在所述第四面202形成背面开口204，所述背面开口204正对所述空腔211，所述背面开口204和空腔211之间的第二基底200形成固定电极205，所述背面开口204与所述声学孔203导通。具体的，可以采用刻蚀的方法形成所述背面开口204，由于所述停止层220的材料与所述第二基底200的材料不同，所述停止层220和第二基底200的刻蚀选择比不同，当刻蚀到所述停止层220的时候，刻蚀停止，从而控制所述背面开口204的深度。

最后，可以采用湿法刻蚀等工艺，去除剩余的所述停止层220，形成如图10所示的麦克风传感器1。如图10所示，所述麦克风传感器1包括第一基底100和第二基底200，所述第一基底100具有第一面101和与所述第一面101相背的第二面12，所述第一基底100包括第一区域100b和第二区域100a，所述第一区域100b上设置有控制电路130，所述第二区域100a的第一面101具有振动膜开口122；所述第二基底200包括第三面201和与所述第三面201相背的第四面202，所述第二基底200的第三面201键合在所述第一基底100的第二面102，所述第三面201具有一导电区域200a，所述导电区域200a具有多个声学孔203；所述第一基底100和第二基底200之间形成一空腔211，所述空腔211正对所述振动膜开口122，所述振动膜开口122和空腔211之间的第一基底100形成振动电极115，所述声学孔203与所述空腔211导通；所述第四面202具有背面开口204，所述背面开口204正对所述空腔211，所述背面开口204和空腔211之间的第二基底200形成固定电极205，所述背面开口204与所述声学孔203导通。

通过将所述第一基底100和第二基底200进行键合形成空腔211，然后在所述第二基底200背离所述第一基底100的一面202形成背面开口204，所述背面开口204与所述声学孔203导通，以实现mems结构的形成，所述麦克风传感器1可以在现有的晶圆厂可以完成，无需特殊的仪器及材料，制备方法简单，降低了制备成本。

本发明的较佳实施例如上所述，但是，本发明并不限于上述公开的范围，例如：

所述麦克风传感器1的制备方法并不限于上述公开的制备方法，本领域的普通技术人员可以进行适当的改变，例如，可以直接在所述第二基底200的第三面直接形成所述空腔开口211’，然后键合所述第一基底100和第二基底200，所述空腔开口211’形成空腔211；

此外，所述固定电极205和振动电极115的材料并不限于掺杂的半导体材料，所述固定电极205和振动电极115的材料还可以为多晶硅层或金属层，例如，在所述第一基底100和第二基底200中沉积多晶硅膜，然后选择性刻蚀所述多晶硅膜至合适尺寸，用于制备所述固定电极205和振动电极115，根据本发明的上述描述，此为本领域的技术人员可以理解的，在此不作赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。