单片集成芯片及其制作方法_2

文档序号:9399753阅读:来源:国知局
如下一种技术方案:一种单片集成芯片,包括一硅基片、设于硅基片第一区域内的集成电路以及设于第二区域内与集成电路电气连接的电容式微硅麦克风,所述硅基片包括一硅器件层及位于硅器件层下的硅衬底,所述硅器件层为第一极板,所述单片集成芯片还包括设于第二区域内且位于所述第一极板上方的第二极板以及位于第一、第二极板之间的空腔,所述第一极板上设有上下贯穿且与所述空腔连通的若干声孔,所述第二极板为可动的悬臂梁式结构,悬于所述空腔的上方,所述第二极板为采用低温淀积工艺形成。
[0023]作为本发明进一步改进的技术方案,所述硅基片还包括设于所述硅衬底与所述硅器件层之间的介质层,所述硅衬底上设有自下向上贯穿所述硅衬底的背腔,所述背腔同样向上贯穿所述介质层并与所述声孔连通。
[0024]作为本发明进一步改进的技术方案,所述单片集成芯片的第二区域内,在所述硅器件层上还设有支撑所述第二极板的若干锚点,所述锚点连续或者间断的分布在所述第二极板的边缘。
[0025]相较于现有技术,本发明单片集成芯片的制作方法,包括在完成标准半导体工艺的硅基片上采用低温工艺形成声音敏感膜41、牺牲层3等结构组成电容式微硅麦克风,以实现电容式微硅麦克风与硅基片上已有电路达成集成,如此使得集成电路中的金属导电层不需要经过高温的炙烤,从而使得集成电路的性能稳定。另外采用悬臂梁结构设计第二极板,使得其具有较强的灵敏度,如此可将集成电路器件同微型硅麦克风集成在一起形成具有高灵敏度的单片集成芯片。
【附图说明】
[0026]图1是本发明单片集成芯片制作方法的第一步所呈现的剖面结构示意图。
[0027]图2是本发明单片集成芯片制作方法的第二步所呈现的剖面结构示意图。
[0028]图3是本发明单片集成芯片制作方法的第三步所呈现的剖面结构示意图。
[0029]图4是本发明单片集成芯片制作方法的第四步所呈现的剖面结构示意图。
[0030]图5是本发明单片集成芯片制作方法的第五步所呈现的剖面结构示意图。
[0031]图6是本发明单片集成芯片制作方法的第六步所呈现的剖面结构示意图。
[0032]图7是本发明单片集成芯片制作方法的第七步所呈现的剖面结构示意图。
[0033]图8是本发明单片集成芯片的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]本发明的目的在于提供一种无需经历高温的集成电路与电容式微硅麦克风单片集成的单片集成芯片及其制作方法,用于实现电路器件与MEMS器件的单片集成。请参图1至图7所示,以下将以基于SOI (Silicon-On-1nsulator,绝缘衬底上的娃)基片的集成电路(未标号)和电容式微娃麦克风(未标号)单片集成为例,进行详细说明。
[0035]请参图1所示,首先提供一 SOI硅基片1,所述SOI硅基片I包括一位于下方的硅衬底13、位于上方的硅器件层11以及位于硅衬底13与硅器件层11之间的介质层12。所述硅器件层11的上表面为所述SOI硅基片I的第一表面111,所述硅衬底13的下表面为第二表面112。所述SOI硅基片I在第一表面111上设有用于生成集成电路的第一区域A和用于生成电容式微硅麦克风的第二区域B。所述介质层12为绝缘氧化硅层。接着按照标准半导体工艺流程在所述第一区域A上生成与电容式微硅麦克风电气连接的集成电路,所述集成电路可为场效应晶体管、电阻电容等。在本实施方式中仅以金属氧化物场效应晶体管为例进行说明。在第一区域A上生成场氧化层21、介质绝缘层22、金属导电层23以及钝化层24等。同时在生成集成电路的同时,所述第一区域A内介质绝缘层22、金属导电层23进一步延伸至所述第二区域22,即所述第二区域上有与制作集成电路时一同制作的介质绝缘层22和金属导电层23。
[0036]请参图2所示,在所述第二区域B内,部分去除介质绝缘层22及金属导电层23以部分暴露出所述SOI硅基片I的硅器件层11,然后采用光刻胶作掩膜,采用各向异性反应离子刻蚀工艺在所述硅器件层11上进行刻蚀形成背极板图形,直至所述SOI硅基片I的介质层12停止,并且得到若干贯穿所述硅器件层11的若干声孔113。已经形成背极板图形及声孔113的所述娃器件层11为所述电容式微娃麦克风的第一极板。
[0037]请参图3所示,本实施方式中,在所述硅衬底13的上方,采用低于400°C的低温淀积工艺淀积非晶碳形成牺牲层3。所述牺牲层3在所述硅器件层11顶部生长的同时也会在所述声孔113内部生长。在其他实施方式中,所述牺牲层3也可以利用等离子体增强化学气相沉积形成非晶碳层作为牺牲层3,所述等离子体增强化学气相沉积的温度为350°C?450°C。根据实际需要形成的MEMS的种类进行确定所形成的牺牲层3的厚度。
[0038]请参图4所示,在所述牺牲层3上采用低于400°C的低压气相淀积工艺或等离子体增强气相淀积工艺,生成多晶硅锗(Poly Sil-xGex)薄膜层4所述多晶硅锗薄膜层4除了覆盖在所述牺牲层3上,还覆盖在介质绝缘层22上。在上述工艺过程中需要采用硅烷、锗烷、硼烷等做为反应物,同时根据需要调节各反应物的流量、压力、比例等来形成所需要的硅锗比例,这样可得到满足一定应力及耐腐蚀要求的多晶硅锗薄膜。
[0039]接下来,请参图5所示,对所述多晶硅锗薄膜4进行光刻及刻蚀,以形成悬臂梁式的麦克风电容的第二极板41,在本实施例中第二极板41为声音敏感膜41。同时,通过所述多晶硅锗薄膜4也实现了与金属导电层23进行电气连接的目的,进而使所述电容式微硅麦克风与所述集成电路实现两者的电气连接。所述声音敏感膜4的形状可为圆形、矩形,多边形等。在本实施方式中,所述第二极板41为悬臂梁式结构,目的在于提高小尺寸声音敏感膜4的敏感度,并容易释放应力。
[0040]请参图6所示,在所述硅基片I的所述硅衬底13的下表面,即第二表面112对应于第二区域B处进行光刻,随后采用各向异性腐蚀液湿法腐蚀或者干法刻蚀去除介质层12下方的部分硅衬底13,由此形成背腔131。该背腔131具有传递声音、调节频响等功能。在本实施方式中,所述各向异性腐蚀液为氢氧化钾(KOH)腐蚀液或四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液。所述干法刻蚀为深槽反应离子刻蚀。
[0041]请参图7所示,自所述背腔131进一步向上通过稀释的氢氟酸溶液或者气相氢氟酸腐蚀掉介质层12,接着用干法氧离子或者氢氟酸硫酸溶液腐蚀掉声孔113内柱状非碳晶及所述硅器件层11上的平坦的非晶碳层,即腐蚀掉所述牺牲层3,从而使得第二极板41成为可动结构。并且在所述声音敏感膜41与所述硅器件层11之间的形成了空腔5。所述牺牲层3被腐蚀后所留下的部分,即覆盖在介质绝缘层22上的部分,形成所述锚点31,所述锚点31位于所述声音敏感膜41的边缘用来支撑所述声音敏感膜41。所述锚点31可连续处于声音敏感膜41的全部边缘,也可连续或者间断地分散处于所述声音敏感膜41的边缘的。
[0042]如此,经过上述众多步骤,则制作完成一具有集成电路和电容式微硅麦克风的单片集成芯片100。所述单片集成芯片100包括一硅基片1、设于硅基片第一区域A内的集成电路以及设于第二区域B
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