麦克风结构及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种麦克风结构及其制备方法。


背景技术：

2.微机电(micro electro-mechanical system，简称mems)麦克风在各类消费设备，机动车辆和工业应用中广泛使用。一支mems麦克风的声学传感器和数模转换器集成在一块硅片上，只占用印刷电路板(printed circuit board，简称pcb)上很小的空间，让麦克风可以和信号处理器直接相连。
3.在目前的麦克风制程中，位于晶圆边缘(wafer edge)的背孔底部尺寸(bottom cd)与顶部尺寸(top cd)的差异远大于位于晶圆中心(wafer center)的背孔底部尺寸与顶部尺寸的差异，晶圆边缘与晶圆中心一致性较差，进而影响麦克风的良率。
4.因此，如何避免晶圆边缘的背孔底部尺寸与顶部尺寸的差异远大于位于晶圆中心的背孔底部尺寸与顶部尺寸的差异，是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有技术中的上述不足之处，提供一种麦克风结构及其制备方法。
6.一方面，本技术根据一些实施例，提供了一种麦克风结构的制备方法，包括：
7.提供衬底；
8.在所述衬底的第一面形成背腔边界定义槽；
9.于所述背腔边界定义槽内形成背腔边界定义部；
10.从所述衬底的第二面刻蚀所述衬底，形成麦克风第一背腔，以使所述背腔边界定义部裸露于所述麦克风第一背腔，并定义所述麦克风第一背腔靠近所述衬底第一面的底部边界；所述第一面与所述第二面相对。
11.在其中一个实施例中，所述于所述背腔边界定义槽内形成背腔边界定义部，包括：
12.在所述衬底的第一面形成限制层，所述限制层填充所述背腔边界定义槽并覆盖所述第一面；所述限制层填充所述背腔边界定义槽的部分为所述背腔边界定义部。
13.在其中一个实施例中，所述麦克风结构的制备方法还包括：
14.去除所述背腔边界定义部，形成麦克风第二背腔；
15.其中，所述麦克风第二背腔和所述麦克风第一背腔共同构成麦克风背腔。
16.在其中一个实施例中，所述麦克风结构的制备方法还包括：
17.去除所述背腔边界定义部，形成麦克风第二背腔；在去除所述背腔边界定义部的过程中，同步去除位于所述背腔边界定义部背离所述衬底侧的所述限制层；
18.其中，所述麦克风第二背腔和所述麦克风第一背腔共同构成麦克风背腔。
19.在其中一个实施例中，所述衬底包括硅衬底；所述限制层包括氧化硅层；
20.其中，所述限制层的去除部分使用缓冲氧化物刻蚀液刻蚀去除。
21.在其中一个实施例中，所述从所述衬底的第二面刻蚀所述衬底，形成麦克风第一背腔，包括：
22.采用深反应离子刻蚀工艺对所述衬底进行刻蚀，以形成所述麦克风第一背腔。
23.在其中一个实施例中，在形成所述麦克风第一背腔之前，所述麦克风结构的制备方法还包括：
24.于所述衬底形成所述背腔边界定义部的一侧形成前层膜层。
25.另一方面，本技术还根据一些实施例，提供一种麦克风结构；所述麦克风结构采用如前述任一实施例所述的麦克风结构的制备方法制备而得到。
26.在其中一个实施例中，所述麦克风结构还包括麦克风第二背腔；
27.所述麦克风第二背腔与所述麦克风第一背腔相连通，且所述麦克风第二背腔位于所述麦克风第一背腔靠近所述衬底第一面的底部的外围。
28.在其中一个实施例中，所述麦克风结构还包括：沿远离所述衬底的方向层叠设置于所述衬底第一面的限制层和前层膜层；
29.所述麦克风背腔包括：相连通的麦克风第一背腔和麦克风第二背腔；其中，
30.所述麦克风第二背腔包括位于衬底内的第一部分以及位于所述限制层中的第二部分；其中，所述第一部分和所述第二部分相连通，且所述第一部分位于所述麦克风第一背腔靠近所述衬底第一面的底部的外围，所述第二部分位于所述第一部分和所述麦克风第一背腔底部靠近所述前层膜层的一侧。
31.本技术提供的麦克风结构及其制备方法，至少具有如下有益效果：
32.本技术提供的麦克风结构的制备方法，在刻蚀衬底以形成麦克风第一背腔的过程中，通过预先形成的背腔边界定义部，定义麦克风第一背腔的底部边界，避免在同一晶圆的不同部位上，制备而得的麦克风第一背腔底部尺寸与顶部尺寸的差异不一致的问题，提升晶圆边缘与晶圆中心一致性，进而提升制备而得的麦克风结构的良率。
33.本技术提供的麦克风结构采用前述方法实施例提供的麦克风结构的制备方法制备而得到，因此，前述麦克风结构的制备方法所能实现的技术效果，该麦克风结构也均能实现，此处不再详述。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1中的(a)图为一种传统麦克风制程中，提供位于晶圆中心的衬底所得结构的截面结构示意图；图1中的(b)图为一种传统麦克风制程中，于位于晶圆中心的衬底上形成氧化层和前层膜层所得结构的截面结构示意图；图1中的(c)图为一种传统麦克风制程中，刻蚀衬底以于晶圆中心形成背孔所得结构的截面结构示意图；
36.图2中的(a)图为一种传统麦克风制程中，提供位于晶圆边缘的衬底所得结构的截面结构示意图；图2中的(b)图为一种传统麦克风制程中，于位于晶圆边缘的衬底上形成氧化层和前层膜层所得结构的截面结构示意图；图2中的(c)图为一种传统麦克风制程中，刻
蚀衬底以于晶圆边缘形成背孔所得结构的截面结构示意图；
37.图3为本技术一实施例提供的麦克风结构的制备方法的流程图；
38.图4为本技术一实施例提供的麦克风结构的制备方法中，步骤s1所得结构的截面结构示意图；
39.图5为本技术一实施例提供的麦克风结构的制备方法中，步骤s2所得结构的截面结构示意图；
40.图6为本技术一实施例提供的麦克风结构的制备方法中，步骤s2所得结构的俯视结构示意图；
41.图7中的(a)图和(b)图分别为本技术不同实施例提供的麦克风结构的制备方法中，步骤s3所得结构的截面结构示意图；
42.图8为本技术一实施例提供的麦克风结构的制备方法中，形成前层膜层后所得结构的截面结构示意图；
43.图9为本技术一实施例提供的麦克风结构的制备方法中，步骤s4所得结构的截面结构示意图；图9亦为本技术一实施例提供的麦克风结构的截面结构示意图；
44.图10中的(a)图和(b)图分别为本技术不同实施例提供的麦克风结构的制备方法中，形成麦克风第二背腔后所得结构的截面结构示意图；图10中的(a)图和(b)图亦分别为本技术不同实施例提供的麦克风结构的截面结构示意图。
45.附图标记说明：
46.10、衬底；101、背腔边界定义槽；102、背腔边界定义部；20、麦克风背腔；201、麦克风第一背腔；202、麦克风第二背腔；30、限制层；40、前层膜层。
具体实施方式
47.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的首选实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容更加透彻全面。
48.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
49.应当明白，当元件或层被称为“在
…
的第二面”、“在
…
的第一面”时，其可以直接地在其它元件的第一面或第二面，或者可以存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将麦克风第一背腔称为麦克风第二背腔，且类似地，可以将麦克风第二背腔称为麦克风第一背腔；麦克风第一背腔与麦克风第二背腔为不同的背腔。
50.应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
51.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白，当术语“组成”和/或“包括”在该说明书中使用时，可以确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。同时，在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
52.这里参考作为本技术的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本技术的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本技术的范围。
53.传统麦克风制程如图1及图2所示，其中图1示出了在晶圆中心形成背孔的过程中所得结构的截面结构示意图，图2示出了在晶圆边缘形成背孔的过程中所得结构的截面结构示意图。一般的，包括提供衬底10，如图1和图2中的(a)图所示；于衬底10上形成由下至上依次层叠的氧化层30和前层膜层40，如图1和图2中的(b)图所示；刻蚀衬底10以形成背孔，如图1和图2中的(c)图所示。
54.请继续参阅图1及图2，图1中的(c)图a'b'示出了在传统的麦克风制备方法中位于晶圆中心的背孔底部尺寸与顶部尺寸的差异，图2中的(c)图f'g'示出了在传统的麦克风制备方法中位于晶圆边缘的背孔底部尺寸与顶部尺寸的差异。如图1和图2所示，位于晶圆边缘的背孔底部尺寸与顶部尺寸的差异远大于位于晶圆中心的背孔底部尺寸与顶部尺寸的差异，晶圆边缘与晶圆中心一致性较差，进而影响麦克风的良率。
55.基于此，本技术根据一些实施例，提供一种麦克风结构及其制备方法。
56.请参阅图3，在其中一个实施例中，麦克风结构的制备方法可以具体包括如下步骤：
57.s1：提供衬底。
58.s2：在衬底的第一面形成背腔边界定义槽。
59.s3：于背腔边界定义槽内形成背腔边界定义部。
60.s4：从衬底的第二面刻蚀衬底，形成麦克风第一背腔，以使背腔边界定义部裸露于麦克风第一背腔，并定义麦克风第一背腔靠近衬底第一面的底部边界。
61.需要说明的是，在本技术中，第一面与第二面相对。
62.上述实施例中的麦克风结构的制备方法，在刻蚀衬底以形成麦克风第一背腔的过程中，通过预先形成的背腔边界定义部，在从衬底的第二面刻蚀衬底以形成麦克风第一背腔的过程中，对麦克风第一背腔侧壁的倾斜程度进行限制，进而定义麦克风第一背腔的底部边界，避免在同一晶圆的不同部位上，制备而得的麦克风第一背腔底部尺寸与顶部尺寸的差异不一致的问题，提升晶圆边缘与晶圆中心一致性，进而提升制备而得的麦克风结构的良率。
63.可以理解，在本技术可能的实施例中，无论是在晶圆中心形成的麦克风第一背腔，还是在晶圆边缘形成的麦克风第一背腔，底部边界均由背腔边界定义部定义。也即在本技术中，底部边界的形状仅与背腔边界定义部有关，与其在晶圆上位于晶圆中心或晶圆边缘无关。
64.下面结合图4至图10，对本技术一些实施例提供的麦克风结构的制备方法进行更详细的描述。
65.对于步骤s1，请参阅图4，提供衬底10。
66.本技术对于衬底10的材质并不做具体限定。作为示例，衬底10包括但不限于硅(si)衬底、蓝宝石衬底、玻璃衬底、碳化硅(sic)衬底、氮化镓(ga n)衬底或砷化镓(gaas)衬底等等中的任意一种或几种。
67.对于步骤s2，请参阅图5及图6，在衬底10的第一面m1形成背腔边界定义槽101。其中，图5示出了步骤s2所得结构的截面结构示意图，图6示出了步骤s2所得结构的俯视结构示意图。
68.背腔边界定义槽101是一个形成于衬底10的第一面m1的凹槽，本技术对于背腔边界定义槽101的形式并不做具体限定。作为示例，背腔边界定义槽101的形状可以包括但不仅限于环形；如图6所示，当背腔边界定义槽101为环形时，其落在衬底10的第一面m1上的正投影形状为圆形。
69.对于步骤s3，请参阅图7，于背腔边界定义槽101内形成背腔边界定义部102。
70.本技术对于背腔边界定义部102的材质并不做具体限定。作为示例，背腔边界定义部102可以包括但不仅限于二氧化硅(sio2)层。
71.作为示例，如图7所示，可以采用如下的方式在背腔边界定义槽101内形成背腔边界定义部102，比如：在衬底10的第一面形成限制层30，以填充背腔边界定义槽101并覆盖第一面。
72.在上述实施例中，可以将限制层30填充背腔边界定义槽101的部分作为背腔边界定义部102。
73.本技术对于限制层30的材质并不做具体限定。作为示例，限制层30可以包括但不仅限于二氧化硅层。
74.需要说明的是，如图7中的(a)图所示，限制层30与背腔边界定义部102二者可以为同样的材质；在本技术另一些可能的实施例中，如图7中的(b)图所示，限制层30与背腔边界定义部102二者可以为不同的材质，这也是允许的。可以根据实际需求选择限制层30与背腔边界定义部102的材质。
75.请参与图8，在其中一个实施例中，在从衬底10的第二面m2刻蚀衬底10以形成麦克风第一背腔201(它们将在后面进行描述)之前，麦克风结构的制备方法还可以包括如下步骤：
76.于衬底10形成背腔边界定义部102的一侧形成前层膜层40。
77.本技术对于前层膜层40的结构并不做具体限定。前层膜层40可以包括但不仅限于振膜；可以理解，前层膜层40可以为单层膜结构，也可以为叠层复合结构。
78.对于步骤s4，请参阅图9，从衬底10的第二面m2刻蚀衬底10，形成麦克风第一背腔201，以使背腔边界定义部102裸露于麦克风第一背腔201，并定义麦克风第一背腔201靠近衬底10第一面m1的底部边界。
79.需要说明的是，在本技术实施例中衬底10的第一面m1与第二面m2相对。
80.作为示例，步骤s4中形成的麦克风第一背腔201侧壁可以为斜面；具体的，麦克风第一背腔201靠近衬底10第一面m1的一侧更为宽阔。此时，背腔边界定义部102能够用于定
义麦克风第一背腔201靠近衬底10第一面m1一侧的形状。
81.如图9所示，图9中的ab示出了在本技术提供的制备方法中麦克风第一背腔201底部尺寸与顶部尺寸的差异。
82.本技术对于从衬底10的第一面m1刻蚀衬底10以形成麦克风第一背腔201的方式并不做具体限定。作为示例，从衬底10的第二面m2刻蚀衬底10以形成麦克风第一背腔201的步骤可以采用如下的方法进行，比如：
83.采用深反应离子刻蚀工艺(deep reactive ion etching，简称drie，属于干法腐蚀工艺的一种)对衬底10进行刻蚀，以形成麦克风第一背腔201。
84.请参阅图10中的(a)图，在其中一个实施例中，麦克风结构的制备方法还可以包括如下步骤：
85.去除背腔边界定义部102，形成麦克风第二背腔202。
86.在上述实施例中，麦克风第二背腔202可以与麦克风第一背腔201共同构成麦克风背腔20。
87.请继续参阅图10中的(a)图，当衬底10的第一面形成有填充背腔边界定义槽101并覆盖第一面的限制层30时，去除背腔边界定义部102以形成麦克风第二背腔202的步骤，可以采用如下的方法进行，比如：
88.在去除背腔边界定义部102的过程中，同步去除限制层30位于背腔边界定义部102背离衬底10侧的部分，以形成麦克风第二背腔202。
89.作为示例，去除背腔边界定义部102以形成麦克风第二背腔202的步骤，可以采用如下的方式进行，比如：
90.使用缓冲氧化物刻蚀液(buffered oxide etch，简称boe，可以由49％的氢氟酸与水或氟化铵与水混合而成)刻蚀去除。
91.需要说明的是，请参阅图10中的(b)图，在其中一个实施例中，限制层30与背腔边界定义部102二者为不同材质。在上述实施例中，限制层30则不会在去除背腔边界定义部102的过程中被去除。
92.应该理解的是，虽然图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
93.另一方面，本技术还根据一些实施例，提供一种麦克风结构。
94.该麦克风结构可以采用如前述任一方法实施例提供的麦克风结构的制备方法制备而得到。可以理解，前述麦克风结构的制备方法所能实现的技术效果，该麦克风结构也均能实现。
95.请继续参阅图9，在其中一个实施例中，麦克风结构可以包括麦克风第一背腔201。
96.作为示例，麦克风第一背腔201侧壁可以为斜面；具体的，麦克风第一背腔201靠近衬底10第一面m1的一侧更为宽阔。
97.请继续参阅图10，在其中一个实施例中，麦克风结构还可以包括麦克风第二背腔
202。
98.具体的，麦克风第二背腔202与麦克风第一背腔201相连通，且麦克风第二背腔202位于麦克风第一背腔201靠近衬底10第一面的底部的外围。
99.在本技术实施例中，麦克风第二背腔202可以与麦克风第一背腔201共同构成麦克风背腔20。
100.请继续参阅图9至图10，在其中一个实施例中，麦克风结构可以包括衬底10，以及设置于衬底10第二面m2的麦克风背腔20。
101.其中，麦克风背腔20的纵截面边界呈台阶状，且麦克风背腔20靠近衬底10第一面m1的部分纵截面边界与衬底10垂直。
102.在上述实施例提供的麦克风结构中，麦克风背腔具有台阶状的纵截面，靠近衬底10第一面m1的部分纵截面边界能够使得同一晶圆不同部位上的麦克风背腔底部尺寸与顶部尺寸的差异一致，提升晶圆边缘与晶圆中心一致性，进而提升制备麦克风结构的良率。
103.需要说明的是，在本技术实施例中，麦克风背腔靠近衬底10第一面m1的部分纵截面边界与衬底10垂直，应当包括麦克风背腔靠近衬底10第一面m1的部分纵截面边界与衬底10近似垂直的情况。
104.如图9所示，麦克风背腔靠近衬底10第一面m1的部分纵截面边界与衬底10之间的夹角α为90
°
。
105.请继续参阅图10中的(a)图，在其中一个实施例中，麦克风结构还可以包括限制层30和前层膜层40。具体的，限制层30和前层膜层40沿远离衬底10的方向层叠设置于衬底10的第一面m1。
106.在上述实施例的基础上，麦克风背腔20可以包括相连通的麦克风第一背腔201和麦克风第二背腔202。
107.其中，麦克风第二背腔202包括位于衬底10内的第一部分a以及位于限制层30中的第二部分b。具体的，第一部分a和第二部分b相连通，且第一部分a位于麦克风第一背腔201靠近衬底10第一面m1的底部的外围；同时，第二部分b位于第一部分a和麦克风第一背腔201底部靠近前层膜层40的一侧。
108.需要注意的是，本技术实施例中的麦克风结构的制备方法均可用于制备对应的麦克风结构，故而方法实施例与结构实施例之间的技术特征，在不产生冲突的前提下可以相互替换及补充，以使得本领域技术人员能够获悉本技术的技术内容。
109.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
110.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。