麦克风及其制作方法与流程

文档序号:15456238发布日期:2018-09-15 01:09阅读:1188来源:国知局

本发明涉及半导体技术领域,特别是涉及一种麦克风及其制作方法。



背景技术:

麦克风是一种能把声音能量转化为电能的传感器件,电容式微型机电系统(Condenser MEMS)麦克风的原理就是通过声压引起振动模的振动,进而改变电容而引起电压的改变。当今,随着科技的发展与需求的不断增长,人们对Condenser MEMS麦克风的需求量也越来越多,特别是高信噪比的麦克风需求量在高速增长。

一般而言,麦克风的封装根据进气的方式不同有两种模式,底部模式(bottom type)比顶部模式(top type)有更大的背腔(Back volume),也意味着底部模式的麦克风有着更高的SNR(信噪比),但是底部模式的麦克风气压测试(air pressure test,APT)性能较差。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种麦克风及其的制作方法,提高麦克风的性能。

为解决上述技术问题,本发明提供一种麦克风的制作方法,包括:

提供前端结构;

在所述前端结构上形成第一背板层;

在所述第一背板层上形成第一间隔层,所述第一间隔层具有第一牺牲部分;

在所述第一间隔层上形成振动膜层;

在所述振动膜层上形成第二间隔层,所述第二间隔层具有第二牺牲部分,所述第二牺牲部分与所述第一牺牲部分相对应;

在所述第二间隔层上形成第二背板层;以及

去除所述第二牺牲部分、第一牺牲部分和所述前端结构位于所述第一牺牲部分正下方的部分以形成基座。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述前端结构包括衬底,位于所述衬底上的第一介质层及位于所述衬底上被所述第一介质层围绕的第二介质层。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述第一背板层具有多个第一声孔,所述振动膜层具有多个振动孔,所述第二背板层具有多个第二声孔,所述第一牺牲部分覆盖所述多个第一声孔所在区域。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述多个第一声孔所在区域位于所述第二介质层上。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,在所述第一背板层上形成第一间隔层,所述第一间隔层具有第一牺牲部分的步骤包括:

沉积第一氧化层,所述第一氧化层覆盖所述第一背板层;

在所述第一氧化层中的两侧形成沟槽,所述沟槽位于所述第一介质层上方;

在所述沟槽中形成第一氮化层;

进行平坦化工艺,使得所述第一氧化层和第一氮化层上表面齐平,所述第一氮化层之间的第一氧化层作为所述第一牺牲部分。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,在所述第一间隔层上形成振动膜层的步骤包括:

图案化所述第一牺牲部分,形成多个第一凹陷和第二凹陷;

沉积振动膜材料层,覆盖所述第一间隔层的上表面和侧壁,且所述振动膜材料层一端暴露出所述第一背板,另一端覆盖所述第一背板和所述前端结构;

在所述振动膜材料层上形成多个振动孔,暴露出所述第一氧化层和第一氮化层,获得所述振动膜层。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述第一凹陷的深度比第二凹陷的深度深。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述第一凹陷上宽下窄,所述第二凹陷呈环形,且上下宽度一致。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述振动膜层对应所述第一凹陷处形成缓冲支柱,所述振动膜层对应所述第二凹陷处形成褶皱。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,在所述振动膜层上形成第二间隔层,所述第二间隔层具有第二牺牲部分,所述第二牺牲部分与所述第一牺牲部分相对应的步骤包括:

沉积第二氧化层,所述第二氧化层覆盖所述振动膜层;

刻蚀所述第二氧化层,保留与所述第一牺牲部分相对应的部分,作为第二牺牲部分;

在所述第二牺牲部分两侧沉积第二氮化层;

进行平坦化工艺,使得所述第二牺牲部分和第二氮化层上表面齐平。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,在所述第二间隔层上形成第二背板层的步骤包括:

图案化所述第二牺牲部分,形成多个第三凹陷;

沉积第二背板材料层,覆盖所述第二间隔层的上表面和侧壁,并覆盖所述振动膜层,且所述第二背板材料层一端连接所述第一背板,另一端通过所述振动膜层与所述第一背板隔离;

在所述第二背板材料层上形成多个第二声孔,暴露出所述第二牺牲部分和第二氮化层,获得所述第二背板层。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述第三凹陷上宽下窄,且具有第一深度。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述第二背板层对应所述第三凹陷处形成缓冲支柱。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,图案化所述第二牺牲部分,形成多个第三凹陷的同时,还包括:

图案化所述第二氮化层,形成多个第四凹陷。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,所述第二背板层对应所述第四凹陷处形成紧固支柱。

可选的,对于所述的麦克风的制作方法,在所述第二间隔层上形成第二背板层之后,在去除所述第二牺牲部分、第一牺牲部分和所述前端结构位于所述第一牺牲部分正下方的部分以形成基座之前,还包括:

在所述第二背板层上形成金属垫。

本发明还提供一种麦克风,包括:

基座;

跨设于所述基座上的第一背板层;

位于所述第一背板层上的第一间隔层;

位于所述第一间隔层上的振动膜层;

位于所述振动膜层上的第二间隔层;

位于所述第二间隔层上的第二背板层。

可选的,对于所述的麦克风,所述第一背板层具有多个第一声孔,所述振动膜层具有多个振动孔,所述第二背板层具有多个第二声孔。

可选的,对于所述的麦克风,所述振动膜层具有间隔排列的多个缓冲支柱和褶皱。

可选的,对于所述的麦克风,所述第二背板层具有多个缓冲支柱和多个紧固支柱,所述紧固支柱设置于所述第二间隔层中。

可选的,对于所述的麦克风,还包括位于第二背板层上的金属垫。

本发明提供的麦克风的制作方法,包括:提供前端结构;在所述前端结构上形成第一背板层;在所述第一背板层上形成第一间隔层,所述第一间隔层具有第一牺牲部分;在所述第一间隔层上形成振动膜层;在所述振动膜层上形成第二间隔层,所述第二间隔层具有第二牺牲部分,所述第二牺牲部分与所述第一牺牲部分相对应;在所述第二间隔层上形成第二背板层;以及去除所述第二牺牲部分、第一牺牲部分和所述前端结构位于所述第一牺牲部分正下方的部分以形成基座。由此,获得的麦克风是双背板结构,增大了放大信号,提高APT性能,能应对各种封装模式;并且双背板结构能够消除间隔层和背板的底切,降低了电化学腐蚀的影响,从而使得本发明所的麦克风能很好的适应当前市场的各类高端产品的需求。

附图说明

图1为一种麦克风的结构示意图;

图2位本发明一实施例中麦克风的制作方法的流程图;

图3-图4为本发明一实施例中提供前端结构的示意图;

图5为本发明一实施例中形成第一背板层的示意图;

图6-7为本发明一实施例中形成第一间隔层的示意图;

图8-9为本发明一实施例中形成振动膜层的示意图;

图10为本发明一实施例中形成第二间隔层的示意图;

图11-图12为本发明一实施例中形成第二背板层的示意图;

图13为本发明一实施例中获得的麦克风的示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的麦克风及其制作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。

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。

请参考图1,示出了一种麦克风的结构示意图,具体来说,是一种底部模式(bottom type)的麦克风,其包括基座1,振动膜层2,间隔层3及背板层4。但是发明人在长期的研究中发现,这种结构的麦克风,声压是直接作用于振动膜层2上,这样会导振动膜层2的破损,从而使得气压测试(air pressure test,APT)失败。

于是,发明人提出一种新的麦克风及其制造方法,采用上下两层背板的结构,以解决这一问题。

本发明的麦克风的制作方法,包括:

步骤S11,提供前端结构;

步骤S12,在所述前端结构上形成第一背板层;

步骤S13,在所述第一背板层上形成第一间隔层,所述第一间隔层具有第一牺牲部分;

步骤S14,在所述第一间隔层上形成振动膜层;

步骤S15,在所述振动膜层上形成第二间隔层,所述第二间隔层具有第二牺牲部分,所述第二牺牲部分与所述第一牺牲部分相对应;

步骤S16,在所述第二间隔层上形成第二背板层;以及

步骤S17,去除所述第二牺牲部分、第一牺牲部分和所述前端结构位于所述第一牺牲部分正下方的部分以形成基座。

下面对本发明的麦克风及其制作方法进行详细说明。

请参考图2及图3-图13,本发明的麦克风的制作方法,包括如下步骤:

如图3-图4所示,执行步骤S11,提供前端结构。具体的,所述前端结构包括衬底10,所述衬底10可以选择为单晶硅或者多晶硅,本实施例中采用单晶硅。所述衬底10上形成有第一介质层11,例如所述第一介质层11可以是氮化硅材质,可以通过沉积后,进行光刻刻蚀获得。如图4所示,在第一介质层11形成后,进行第二介质层12的形成,所述第二介质层12可以是氧化硅材质,被第一介质层11围绕。所述前端结构的提供可以按照现有技术完成,本发明并不进行特别限定。

请参考图5,执行步骤S12,在所述前端结构上形成第一背板层13。具体的,所述第一背板层13具有多个第一声孔131,所述第一背板层13可以是多晶硅材质,经由沉积工艺沉积在前端结构上。然后进行光刻刻蚀过程,在第一背板层13的中间部分132处形成多个第一声孔131,其中,所述中间部分132指的是位于所述第二介质层12上方的部分,即所述多个第一声孔131所在区域位于所述第二介质层12上。所述第一声孔131的数量及尺寸规格可以依据实际需求而定。举例而言,所述第一声孔131的孔径为6μm-8μm,所述第一背板层13的厚度可以为1.8μm-2.4μm。

请参考图6-图7,执行步骤S13,在所述第一背板层13上形成第一间隔层,所述第一间隔层具有第一牺牲部分142。具体的,所述第一牺牲部分142覆盖所述多个第一声孔131所在区域,可以是首先沉积第一氧化层14,所述第一氧化层14覆盖所述第一背板层13,如图6所示,对所述第一氧化层14进行光刻刻蚀过程,在所述第一氧化层14中的两侧形成沟槽141,所述沟槽141位于所述第二介质层13上方;然后,结合图7所示,在所述沟槽141中形成第一氮化层15;接着进行平坦化工艺,例如是化学机械研磨(CMP)工艺,使得所述第一氧化层14和第一氮化层15上表面齐平,所述第一氮化层15之间的第一氧化层14作为所述第一牺牲部分142。

其中,所述第一氧化层14的材质可以选择为氧化硅,所述第一氮化层15的材质可以选择为氮化硅,所述沟槽141的宽度可以为0.7μm-0.9μm。以及,在平坦化之后,所述第一间隔层的厚度为2.6μm-3.2μm。

请参考图8-图9,执行步骤S14,在所述第一间隔层上形成振动膜层16。具体的,所述振动膜层16具有多个振动孔163,如图8所示,图案化所述第一牺牲部分142,形成多个第一凹陷143和第二凹陷144;所述多个第一凹陷143和第二凹陷144的形成可以通过光刻、回流(reflow)、刻蚀等过程完成,此过程为本领域技术人员所知晓。在本实施例中,所述第一凹陷143的深度比第二凹陷144的深度深,例如,所述第一凹陷143的深度为0.8μm-1.2μm。所述第二凹陷144呈环状,其直径可以为280μm-300μm,深度为0.3μm-0.6μm,宽度为5.5μm-6.5μm。可选的,所述第一凹陷143上宽下窄,所述第二凹陷144上下宽度一致。所述多个第一凹陷143和第二凹陷144的存在将改变后续形成的振动膜层16的结构和形状,从而提高振动膜层16的质量。需要说明的是,图8中第一凹陷143和第一声孔131仅是示意,只是为了更好的展现出第一凹陷143、第二凹陷144的结构,并不能够理解成第一凹陷143和第二凹陷144的尺寸大于第一声孔131的尺寸,其他视图(以及后续的第三凹陷171)同理。

请参考图9,沉积振动膜材料层,覆盖所述第一间隔层的上表面和侧壁,且所述振动膜材料层一端暴露出所述第一背板13,另一端覆盖所述第一背板13和所述前端结构;然后在所述振动膜材料层上形成多个振动孔163,暴露出所述第一氧化层14和第一氮化层15,获得所述振动膜层16,所述振动孔163的孔径可以是1μm-2μm。所述振动孔163有着利于后续刻蚀时的酸液透过,缓冲振动膜层16,以及进行测试等作用。

如图8-图9所示,所述振动膜层16对应所述第一凹陷143处形成缓冲支柱162,所述振动膜层16对应所述第二凹陷144处形成褶皱161。所述缓冲支柱162和褶皱161的规格与对应的第一凹陷143和第二凹陷144相一致。由此,所述缓冲支柱162可以防止振动膜层16与第一背板13之间的接触,而褶皱161则可以提高振动膜层16的性能,防止破损。

请参考图10,执行步骤S15,在所述振动膜层16上形成第二间隔层,所述第二间隔层具有第二牺牲部分17,所述第二牺牲部分17与所述第一牺牲部分相对应。具体的,可以是先沉积第二氧化层,所述第二氧化层覆盖所述振动膜层16;然后刻蚀所述第二氧化层,保留与所述第一牺牲部分相对应的部分,作为第二牺牲部分17;之后在所述第二牺牲部分17两侧沉积第二氮化层18;进行平坦化工艺,例如CMP工艺,使得所述第二牺牲部分17和第二氮化层18上表面齐平。

其中,所述第二氧化层的材质可以选择为氧化硅,所述第二氮化层18的材质可以选择为氮化硅,其厚度可以分别于第一氧化层和第二氮化层相对应(相同或者相差无几),也可以依据实际需求另行设计。以及,在平坦化之后,所述第二间隔层的厚度为2.6μm-3.2μm。

请参考图11-图12,执行步骤S16,在所述第二间隔层上形成第二背板层19。具体的,所述第二背板层19具有多个第二声孔191,可以是,首先图案化所述第二牺牲部分17,形成多个第三凹陷171;并且,可以同时图案化所述第二氮化层,形成多个第四凹陷181;例如,所述第三凹陷171的深度为0.8μm-1.2μm,所述第四凹陷181的深度为0.3μm-0.6μm。可选的,所述第三凹陷171上宽下窄,所述第四凹陷181上下宽度一致。所述多个第三凹陷171和第四凹陷181的存在将改变后续形成的第二背板层19的结构和形状,从而提高第二背板层19的质量。然后,沉积第二背板材料层,覆盖所述第二间隔层的上表面和侧壁,并覆盖所述振动膜层16,且所述第二背板材料层一端连接所述第一背板13,另一端通过所述振动膜层16与所述第一背板13隔离;之后,在所述第二背板材料层上形成多个第二声孔191,暴露出所述第二牺牲部分17和第二氮化层18,获得所述第二背板层19。所述第二声孔191的规格可以与第一声孔131相一致,且所述第二背板层19位于所述第二间隔层上方的厚度可以与第一背板层13相一致。

如图11-图12所示,所述第二背板层19对应所述第三凹陷171处形成缓冲支柱192,所述第二背板层19对应所述第四凹陷181处形成紧固支柱193,所述缓冲支柱192和紧固支柱193的规格与对应的第三凹陷171和第四凹陷181相一致。由此,所述缓冲支柱192可以防止振动膜层16与第二背板层19之间的接触,而紧固支柱193则可以使得第二背板层19更加稳固,防止脱离破损。

请继续参考图12,在所述第二背板层19上形成金属垫20,所述金属垫20的材质例如可以是铜、铬等,可以采用现有技术完成。

请参考图13,执行步骤S17,去除所述第二牺牲部分、第一牺牲部分和所述前端结构位于所述第一牺牲部分正下方的部分以形成基座。具体的,可以是通过所述第二声孔191、振动孔163、第一声孔131去除所述第二牺牲部分、第一牺牲部分,并去除所述前端结构位于所述多个第一声孔131所在区域(即第一背板层13的中间部分132)正下方的部分,对于前端结构具体去除的是第二介质层以及第二介质层下方的衬底,以形成基座10'。这一过程可以采用施法刻蚀来完成。

请继续参考图13,经过上述步骤,本发明获得的一种麦克风,包括:

基座10',所述基座包括衬底及第一介质层11;

跨设于所述基座10'上的第一背板层13,所述第一背板层13具有多个第一声孔131,所述多个第一声孔131所在区域为第一背板层13的中间部分132,且位于所述基座10'中间的空缺部分处;

位于所述第一背板层13上的第一间隔层,所述第一隔离层对应在所述基座10'上方,包括第一氧化层14和第一介质层15两部分;

位于所述第一间隔层上的振动膜层16,所述振动膜层16具有多个振动孔163,以及间隔排列的多个缓冲支柱162和褶皱161;

位于所述振动膜层16上的第二间隔层,所述第二间隔层对应在所述基座10'上方,所述第二间隔层包括第二介质层18;

位于所述第二间隔层上的第二背板层19,所述第二背板层19具有多个第二声孔191,所述第二背板19还具有多个缓冲支柱192和多个紧固支柱193,所述紧固支柱193设置于所述第二间隔层中;以及

位于第二背板层19上的金属垫20。

综上所述,本发明提供的麦克风的制作方法,包括:提供前端结构;在所述前端结构上形成第一背板层;在所述第一背板层上形成第一间隔层,所述第一间隔层具有第一牺牲部分;在所述第一间隔层上形成振动膜层;在所述振动膜层上形成第二间隔层,所述第二间隔层具有第二牺牲部分,所述第二牺牲部分与所述第一牺牲部分相对应;在所述第二间隔层上形成第二背板层;以及去除所述第二牺牲部分、第一牺牲部分和所述前端结构位于所述第一牺牲部分正下方的部分以形成基座。由此,获得的麦克风是双背板结构,增大了放大信号,提高APT性能,能应对各种封装模式;并且双背板结构能够消除间隔层和背板的底切,降低了电化学腐蚀的影响,从而使得本发明所的麦克风能很好的适应当前市场的各类高端产品的需求。

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。

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