麦克风及其制造方法与流程

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种麦克风及其制造方法。

背景技术：

微机电系统(mems)麦克风通常包括衬底、贯穿衬底的背孔和在衬底上覆盖背孔的前侧器件。背孔的形貌关系到麦克风的性能，因此，形成背孔的步骤是一个关键的步骤。

然而，本申请的发明人发现，利用现有的制造工艺所形成的背孔存在如下问题：

一方面，晶片的中心部分和边缘部分所形成的背孔靠近振动膜的拐角处的形貌不一致。中心部分的背孔靠近振动膜的拐角处的表面为光滑表面，这使得振动膜在向背孔方向振动时与衬底的接触为线接触；而边缘部分的背孔靠近振动膜的拐角处会有缺口，并且拐角处的表面不光滑，这使得振动膜在向背孔方向振动时与衬底的接触为点接触，从而容易导致振动膜的损坏。

另一方面，晶片的中心部分和边缘部分所形成的背孔的侧壁的倾斜角不一致。边缘部分的背孔的侧壁的倾斜角相对更大，这使得边缘部分的背孔上的振动膜与衬底重叠的部分可能会不满足设计要求，从而影响麦克风的信噪比等性能。

技术实现要素：

本申请的一个目的在于提供一种麦克风及其制造方法，以解决上面提到的至少一个问题。

根据本申请的一方面，提供了一种麦克风的制造方法，包括：提供衬底；形成从所述衬底的表面延伸到所述衬底中的环形开口；在所述环形开口中形成隔离材料，以形成环形隔离部；在形成所述环形隔离部后的衬底之上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成前侧器件；以及以所述环形隔离部和所述绝缘层作为蚀刻停止层对所述衬底的底面进行刻蚀，从而形成背孔。

在一个实施例中，通过热氧化工艺在所述环形孔中形成隔离材料。

在一个实施例中，所述热氧化工艺还使得所述衬底的表面被氧化，从而形成氧化层；其中，以所述环形隔离部、所述氧化层和所述绝缘层作为蚀刻停止层对所述衬底的底面进行刻蚀，从而形成背孔。

在一个实施例中，所述以所述环形隔离部和所述绝缘层为蚀刻停止层对所述衬底的底面进行刻蚀包括：(a)将所述衬底翻转，以将所述衬底的底面朝上；(b)对所述衬底的底面进行刻蚀，从而形成第一凹槽；(c)在所述第一凹槽的底部和侧壁上形成聚合物；(d)去除所述第一凹槽的底部的聚合物，以露出所述衬底；(e)对露出的衬底进行各向同性刻蚀，以形成第二凹槽；将所述第二凹槽作为所述第一凹槽，重复步骤(c)、(d)和(e)，以使得所述各向同性刻蚀停止在所述绝缘层和所述环形隔离部上。

在一个实施例中，在不同的步骤(e)中，对露出的衬底进行各向同性刻蚀的刻蚀速率相同。

在一个实施例中，所述环形开口包括圆形环开口或方形环开口。

在一个实施例中，所述前侧器件包括：在所述绝缘层上的第一电极板；在所述第一电极板上的牺牲层；和在所述牺牲层上的第二电极板。

在一个实施例中，所述方法还包括：去除所述绝缘层的至少一部分和所述环形隔离部；以及去除所述牺牲层，以在所述第一电极板与所述第二电极板之间形成空腔。

在一个实施例中，去除所述绝缘层与所述背孔对应的部分以及在所述衬底上与该部分邻接的一部分，保留所述绝缘层位于所述第一电极板的边缘下的部分。

根据本申请的另一方面，提供了一种麦克风，包括：衬底，所述衬底具有背孔；所述背孔包括：第一部分，其孔径从上至下基本相同；和在所述第一部分下的第二部分，其孔径从上至下逐渐减小。

在一个实施例中，所述麦克风还包括：在所述衬底之上覆盖所述背孔的第一电极板；和在所述第一电极板上方的第二电极板；其中，所述第一电极板与所述第二电极板之间具有空腔。

在一个实施例中，所述麦克风还包括：在所述衬底与所述第一电极板之间的绝缘层。

根据本申请的又一方面，提供了一种麦克风的制造方法，包括：提供衬底；形成从所述衬底的表面延伸到所述衬底中的环形开口；在所述环形开口中形成隔离材料以形成环形隔离部，并且在所述衬底的表面形成氧化层；在所述氧化层之上形成前侧器件；以及以所述环形隔离部和所述氧化层为蚀刻停止层对所述衬底的底面进行刻蚀，从而形成背孔。

在一个实施例中，所述在所述氧化层之上形成前侧器件包括：在所述氧化层上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成所述前侧器件；其中，以所述环形隔离部、所述氧化层和所述绝缘层作为蚀刻停止层对所述衬底的底面进行刻蚀，从而形成背孔。

在一个实施例中，通过热氧化工艺在所述环形孔中形成隔离材料，并且在所述衬底的表面形成氧化层。

在一个实施例中，所述以所述环形隔离部和所述氧化层为蚀刻停止层对所述衬底的底面进行刻蚀包括：(a)将所述衬底翻转，以将所述衬底的底面朝上；(b)对所述衬底的底面进行刻蚀，从而形成第一凹槽；(c)在所述第一凹槽的底部和侧壁上形成聚合物；(d)去除所述第一凹槽的底部的聚合物，以露出所述衬底；(e)对露出的衬底进行各向同性刻蚀，以形成第二凹槽；将所述第二凹槽作为所述第一凹槽，重复步骤(c)、(d)和(e)，以使得所述各向同性刻蚀停止在所述氧化层和所述环形隔离部上。

在一个实施例中，在不同的步骤(e)中，对露出的衬底进行各向同性刻蚀的刻蚀速率相同。

在一个实施例中，所述环形开口包括圆形环开口或方形环开口。

在一个实施例中，所述前侧器件包括：在所述氧化层上的第一电极板；在所述第一电极板上的牺牲层；和在所述牺牲层上的第二电极板。

在一个实施例中，所述方法还包括：去除所述氧化层的至少一部分和所述环形隔离部；以及去除所述牺牲层，以在所述第一电极板与所述第二电极板之间形成空腔。

在一个实施例中，去除所述氧化层与所述背孔对应的部分以及在所述衬底上与该部分邻接的一部分，保留所述氧化层位于所述第一电极板的边缘下的部分。

本申请实施例的麦克风由于形成了环形隔离部，因此，在对衬底进行刻蚀时可以自对准地停止在环形隔离部上，从而可以避免背孔靠近第一电极板的拐角处产生缺口。这样，拐角处的表面可以为光滑表面，改善了第一电极板容易损坏的问题。

另外，由于形成了环形隔离部，因此，可以提前设计好第一电极板的尺寸以及环形隔离部与第一电极板交叠部分的尺寸，从而使得第一电极板与衬底重叠的部分的尺寸可以固定，避免由于背孔的侧壁的倾斜角的不同导致的第一电极板与衬底重叠的部分的不同，提升了晶片的边缘部分的麦克风的性能，提高了晶片上的麦克风的性能的一致性。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征、方面及其优点将会变得清楚。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，其描述了本申请的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本申请的原理，在附图中：

图1是根据本申请一个实施例的麦克风的制造方法的流程图；

图2a-图2h示出了根据本申请一个实施例的麦克风的制造方法的各个阶段的示意图；

图3a-图3f示出了根据本申请一个实现方式的对衬底的底面进行刻蚀来形成背孔的各个阶段的示意图；

图4是根据本申请另一个实施例的麦克风的制造方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应理解，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不应被理解为对本申请范围的限制。

此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。

以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论，但在适用这些技术、方法和装置情况下，这些技术、方法和装置应当被视为本说明书的一部分。

应注意，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要对其进行进一步讨论。

发明人发现，在形成背孔的刻蚀工艺中，晶片的中心部分和边缘部分的刻蚀速率不同，边缘部分的刻蚀速率更大，因此，边缘部分会倾向于向侧向刻蚀，从而使得边缘部分的背孔靠近振动膜的拐角处具有缺口。因此，如果能提高中心部分和边缘部分的背孔的刻蚀深度的一致性，即能改善背孔靠近振动膜的拐角处形成缺口的问题。

然而，发明人发现，利用现有的机台进行背孔的刻蚀时，如果提高中心部分和边缘部分的背孔的刻蚀深度的一致性，则会使得边缘部分的背孔的侧壁的倾斜角更大。另外，如果减小边缘部分的背孔的侧壁的倾斜角，则边缘部分的背孔靠近振动膜的拐角处产生缺口的问题会更严重。因此，如何能兼顾这两个问题成为了一个关键问题。据此，发明人提出了如下技术方案。

图1是根据本申请一个实施例的麦克风的制造方法的流程图。图2a-图2h示出了根据本申请一个实施例的麦克风的制造方法的各个阶段的示意图。

下面结合图1、图2a-图2h对根据本申请一个实施例的麦克风的制造方法进行详细说明。

如图1所示，首先，在步骤102，提供衬底201，如图2a所示。

衬底201例如可以是硅衬底、锗衬底等元素半导体衬底，或者也可以是砷化镓等化合物半导体衬底。衬底201的厚度例如为约725微米左右。

接下来，在步骤104，形成从衬底201的表面延伸到衬底201中的环形开口202，如图2b所示。

在一个实现方式中，可以在衬底201上形成图案化的硬掩模层，例如硅的氮化物、硅的氧化物或硅的氮氧化物等；然后，以图案化的硬掩模层为掩模对衬底201进行刻蚀，从而形成环形开口202。环形开口202的深度和宽度可以根据实际情况进行调整。示例性地，环形开口202的深度可以为约30微米，宽度可以为约1微米。

在一个实施例中，环形开口202可以包括圆形环开口或方形环开口。然而，本申请并不限于此，环形开口202也可以是其他形状的环形开口，只要环形开口202围成的衬底201区域的截面图构成封闭图形即可。

然后，在步骤106，在环形开口202中形成隔离材料，以形成环形隔离部203，如图2c所示。

优选地，可以通过热氧化工艺在环形孔202中形成隔离材料。在一个实施例中，热氧化工艺还可以使得衬底201的表面被氧化，从而形成氧化层204。在形成氧化层204之后，可以通过额外的工艺去除氧化层204，或者，也可以在之后的工艺中再将其去除。在其他的实施例中，也可以通过沉积的方式在在环形孔202中沉积隔离材料。

之后，在步骤108，在形成环形隔离部203后的衬底201之上形成绝缘层205，如图2d所示。绝缘层205可以作为后续形成背孔的刻蚀工艺的蚀刻停止层。

示例性地，绝缘层205例如可以是硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物等。绝缘层205的厚度范围可以为1.5-2.5微米，例如2微米左右。

需要说明的是，如果衬底201的表面上具有氧化层204，则绝缘层205形成在氧化层204上。氧化层204和绝缘层205共同可以作为后续形成背孔的刻蚀工艺的蚀刻停止层。

之后，在步骤110，在绝缘层205上形成前侧器件206，如图2e所示。

在一个实施例中，前侧器件206可以包括在绝缘层205上的第一电极板216(也可以称为振动膜)、在第一电极板216上的牺牲层226和在牺牲层226上的第二电极板236。在一个实施例中，前侧器件206还可以包括在第二电极板236上的支撑层246。优选地，支撑层246可以具有阻挡第一电极板216和第二电极板236接触的阻挡部。

示例性地，第一电极板216和第二电极板236的材料例如可以是多晶硅等，牺牲层226的材料例如可以是硅的氧化物等，支撑层246的材料例如可以是硅的氮化物等。

应理解，图2e给出的前侧器件206仅仅是示例性地，前侧器件还可以包括其他部分，例如与第一电极板216和第二电极板236接触的接触件等。

之后，在步骤112，以环形隔离部203和绝缘层205作为蚀刻停止层对衬底201的底面进行刻蚀，从而形成贯穿衬底201的背孔207，如图2f所示。背孔207的深度例如可以是约400微米左右。

这里，如果衬底201的表面具有氧化层204，则以环形隔离部203氧化层204和绝缘层205共同作为蚀刻停止层对衬底201的底面进行刻蚀，从而形成背孔207。也就是说，在这种情况下，刻蚀可以停止在氧化层204中，也可以停止在绝缘层205中。

由于形成了环形隔离部203，因此，在对衬底201进行刻蚀时可以自对准地停止在环形隔离部203上，阻挡了衬底201的侧向刻蚀，从而可以避免背孔207靠近第一电极板216的拐角处，也即圆圈所示位置被过刻蚀，由此可以避免拐角处产生缺口。这样，拐角处的表面可以为光滑表面，改善了第一电极板216容易损坏的问题。

另外，由于形成了环形隔离部203，因此，可以提前设计好第一电极板的尺寸以及环形隔离部203与第一电极板216交叠部分的尺寸，从而使得第一电极板216与衬底201重叠的部分的尺寸可以固定，避免由于背孔207的侧壁的倾斜角的不同导致的第一电极板216与衬底201重叠的部分的不同，提升了晶片的边缘部分的麦克风的性能，提高了晶片上的麦克风的性能的一致性。

参见图2f，所形成的背孔207可以包括第一部分217和在第一部分217下的第二部分227。第一部分217的孔径从上至下基本相同，而第二部分227的孔径从上至下逐渐减小，也即，背孔207在衬底201的底部的开口的尺寸相对其他部分来说是最小的。注意，本文中的“基本相同”是指在半导体工艺偏差范围内的相同。

应理解，第一部分217的孔径从上至下基本相同可以理解为第一部分217沿着衬底201的方向的截面面积从上至下基本相同。类似地，第二部分227的孔径从上至下逐渐减小可以理解为第二部分227沿着衬底201的方向的截面面积从上至下基本逐渐减小。

需要指出的是，虽然图2f所示出的背孔207的第二部分227从环形隔离部203的底部延伸到衬底201的底部，但是这仅仅是示意性地。在一个实施例中，第二部分227也可以从环形隔离部203的底部以上的部分延伸到衬底201的底部，如图2g所示。

在形成背孔207之后，如图2h所示，还可以去除绝缘层205的至少一部分和环形隔离部203。一种情况下，可以将绝缘层205全部去除；另一种情况下，参见图2g，可以去除绝缘层205与背孔207对应的部分以及绝缘层205在衬底201上与该部分邻接的一部分，保留绝缘层205位于第一电极板216的边缘下的部分。

此外，在衬底201上具有氧化层204时，还可以去除氧化层204的至少一部分。

另外，还可以去除牺牲层226，以在第一电极板216与第二电极板236之间形成空腔208。

因此，本申请还提供了一种麦克风。参见图2h，麦克风可以包括衬底201，衬底201具有背孔207。背孔207包括第一部分217和在第一部分217下的第二部分227。第一部分217的孔径从上至下基本相同，而第二部分227的孔径从上至下逐渐减小。

在一个实施例中，麦克风还可以包括在衬底201之上覆盖背孔207的第一电极板216和在第一电极板216上方的第二电极板236。第一电极板216与第二电极板236之间具有空腔208。

在一个实施例中，麦克风还可以包括在衬底201与第一电极板216之间的绝缘层205。在一个实施例中，麦克风还可以包括在衬底201与绝缘层205之间的氧化层204。

图3a-图3f示出了根据本申请一个实现方式的对衬底201的底面进行刻蚀来形成背孔207的各个阶段的示意图。需要说明的是，为了更清楚地示出背孔207的形成过程，图3a-图3f主要示出了衬底201、环形隔离部203和绝缘层205，并未示出麦克风的前侧器件206。

首先，如图3a所示，将衬底201翻转，以将衬底201的底面朝上。这里，衬底201的底面上可以形成有氧化物301。

接下来，如图3b所示，对衬底201的底面进行刻蚀，从而形成第一凹槽303。

例如，可以在氧化物301上形成图案化的掩模层302，例如光致抗蚀剂等，以定义第一凹槽303的形状和位置，也即定义了背孔307在衬底201的底部的开口的大小和位置。然后，以掩模层302为掩模对衬底201的底面进行刻蚀。例如，可以以含氟离子的等离子体对衬底201进行刻蚀以形成第一凹槽303。

然后，如图3c所示，在第一凹槽303的底部和侧壁上形成聚合物304，例如聚氟化碳((cfx)-n)等。

之后，如图3d所示，去除第一凹槽303的底部的聚合物304，以露出衬底201。例如，可以用含氟化硫的阳离子(sfx+)的等离子体刻蚀去除第一凹槽303的底部的聚合物304。

之后，如图3e所示，对露出的衬底201进行各向同性刻蚀，以形成第二凹槽305。在对露出的衬底201进行各向同性刻蚀时，剩下的在第一凹槽303的侧壁上的聚合物304a可以保护没有露出的衬底201不被刻蚀。

之后，将第二凹槽305作为第一凹槽304，重复图3c-图3e所示工艺，以使得各向同性刻蚀最终停止在绝缘层205和环形隔离部203上。之后，可以将硬掩模层302以及最终剩下的聚合物层304a去除，如图3f所示。

在一个实施例中，在重复图3c-图3e所示工艺时，每次对露出的衬底201进行各向同性刻蚀的刻蚀速率相同。

上述工艺所形成的背孔207的侧壁上具有锯齿(scallop)。如果衬底201中没有形成环形隔离部203，一般在在重复图3c-图3e所示工艺的前些次中，对露出的衬底201进行各向同性刻蚀的刻蚀速率比较大，但为了解决背孔207靠近第一电极板216的拐角处产生缺口的问题，在刻蚀即将停止在绝缘层301之前，可以减小后面在重复图3c-图3e所示工艺时对露出的衬底201进行各向同性刻蚀的刻蚀速率，如此可以减小背孔207的侧壁上形成的锯齿的尺寸。然而，由于晶片边缘对衬底201的刻蚀速率大于晶片中心对衬底201的刻蚀速率，故这种方式仍会形成缺口，而且背孔207靠近第一电极板216的拐角处的表面仍会有锯齿，这会使得第一电极板216容易损坏。另外，这种方式会降低每小时的流片数(wph)，增大工艺时间。

而本申请提出的麦克风的制造方法，由于形成了环形隔离部203，故不用考虑背孔207靠近第一电极板216的拐角处产生缺口的问题，从而可以将在重复图3c-图3e所示工艺时对露出的衬底201进行各向同性刻蚀的刻蚀速率设置为同一速率，增大了wph，减小了工艺时间。在一个实施例中，wph可以提高10％以上。

图4是根据本申请另一个实施例的麦克风的制造方法的流程图。

如图4所示，在步骤402，提供衬底，例如硅衬底等。

在步骤404，形成从衬底的表面延伸到衬底中的环形开口，例如方形环开口或圆形环开口，或者其他设计图形。

在步骤406，在环形开口中形成隔离材料以形成环形隔离部，并且在衬底的表面上形成氧化层。在一个实施例中，可以通过热氧化工艺在环形孔中形成隔离材料，并且在衬底的表面上形成氧化层。

在步骤408，在氧化层之上形成前侧器件。前侧器件可以参照上面的描述。在该实施例中，前侧器件中的第一电极板形成在氧化层上，而非绝缘层上。

在步骤410，以环形隔离部和氧化层为蚀刻停止层对衬底的底面进行刻蚀，从而形成背孔。

图4所示实施例与图1所示实施例相比，区别在于衬底的表面形成了氧化层，而没有形成绝缘层。由于在衬底中形成了环形隔离部，并且在衬底的表面上形成了氧化层，故可以以环形隔离部和氧化层作为蚀刻停止层对衬底的底面进行刻蚀，从而形成背孔。图4所示实施例可以实现与图1所示实施例类似的技术效果。

在另一个实施例中，如果氧化层的厚度作为蚀刻停止层不能满足要求，则可以在氧化层上形成绝缘层，然后在绝缘层上再形成前侧器件。这种情况下，可以以环形隔离部、氧化层和绝缘层共同作为蚀刻停止层对衬底的底面进行刻蚀，从而形成背孔。

在形成背孔后，也可以参照图2h所示，还可以去除氧化层204的至少一部分和环形隔离部203。一种情况下，可以将氧化层204全部去除；另一种情况下，参见图2g，可以去除氧化层204与背孔207对应的部分以及氧化层204在衬底201上与该部分邻接的一部分，保留氧化层204位于第一电极板216的边缘下的部分。

另外，还可以去除牺牲层226，以在第一电极板216与第二电极板236之间形成空腔208。

图4所示实施例中形成背孔的工艺可以参照上面对图3a-图3f的描述，只是最后以环形隔离部203和氧化层204作为蚀刻停止层，而非以环形隔离部203和绝缘层205作为蚀刻停止层对衬底201的底面进行刻蚀，从而形成背孔207。

至此，已经详细描述了根据本申请实施例的麦克风及其制造方法。为了避免遮蔽本申请的构思，没有描述本领域所公知的一些细节，本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。另外，本说明书公开所教导的各实施例可以自由组合。本领域的技术人员应该理解，可以对上面说明的实施例进行多种修改而不脱离如所附权利要求限定的本申请的精神和范围。