Mems麦克风及其形成方法_2

文档序号:9582204阅读:来源:国知局

[0056]需要说明的是,本实施例的支撑区II为环形封闭结构,仅起到示例作用。作为变形例,支撑区II也可为相互分立的多个,该多个支撑区II沿环绕振动区I的周向方向间隔分布。
[0057]在具体实施例中,导电极板11具有导电性,作为MEMS麦克风的下极板。第三牺牲层33用来隔离导电极板11与第一晶圆10,防止两者之间发生杂质扩散,同时还能防止漏电。对第三牺牲层33和导电极板11的材料,需考虑两者在同一刻蚀条件下的刻蚀选择比要求。例如,在后续刻蚀第三牺牲层33的条件下,导电极板11相对第三牺牲层33具有较小刻蚀选择比,以免导电极板11遭到刻蚀。本实施例中,导电极板11的材料为SiGe,第三牺牲层33的材料为Ge。但不限于此,除此之外,导电极板和第三牺牲层的材料还可选择其他材料,以满足上述刻蚀选择比的要求。
[0058]在具体实施例中,第一晶圆10可以为硅晶圆,也可以是锗、锗硅、砷化镓晶圆或绝缘体上硅晶圆。本领域的技术人员可以根据需要选择晶圆,因此晶圆的类型不应限制本发明的保护范围。本实施例中的第一晶圆10选择硅晶圆,因为在硅晶圆上实施本技术方案要比在上述其他晶圆上实施本技术方案的成本低。
[0059]参照图4、图5,图4为俯视图,图5为图4沿BB方向的剖面结构示意图,对应振动区I的位置,在导电极板11中形成若干间隔分布的通孔110,通孔110露出第三牺牲层33。通孔110的孔径及分布密度可根据产品要求进行设定,不构成对本发明保护范围的限制。
[0060]在具体实施例中,通孔110的形成方法包括:在导电极板11上形成图形化的掩模层(图中未示出),例如光刻胶层,该图形化的掩模层定义通孔的位置;接着,以图形化的掩模层为掩模,刻蚀导电极板11以形成若干间隔分布的通孔110 ;之后去除图形化的掩模层。
[0061]结合参照图6、图7,图6为俯视图,图7为图6沿CC方向的剖面结构示意图,对应振动区I和支撑区II的位置,在导电极板11上和通孔110中形成第一牺牲层31,通孔110中的第一牺牲层高于导电极板11且通孔110中的第一牺牲层与导电极板11上的第一牺牲层基本持平。
[0062]在本实施例中,第一牺牲层31的材料与第三牺牲层33的材料相同,这样后续第一牺牲层31和第三牺牲层33可在同一刻蚀步骤中去除,这可以节省工艺时间。除此之外,第一牺牲层31与第三牺牲层33的材料也可不同。第一牺牲层31的形成方法包括:沉积牺牲材料层,该牺牲材料层覆盖导电极板11并填充满通孔110 ;接着对牺牲材料层表面进行平坦化处理,如化学机械研磨;紧接着,使用光刻、刻蚀工艺,去除电连接区III位置的牺牲层材料层部分,导电极板11对应振动区I和支撑区II位置剩余的牺牲材料层作为第一牺牲层31。
[0063]结合参照图8、图9,图8为俯视图,图9为图8沿DD方向的剖面结构示意图,对应支撑区II的位置,在第一牺牲层31中形成若干凹槽310,该若干凹槽310沿环绕振动区I的周向方向间隔分布,凹槽310贯穿第一牺牲层31的侧壁。凹槽310在MEMS麦克风中作为排出上、下极板之间空气的通道。
[0064]在具体实施例中,使用光刻、刻蚀工艺来形成若干凹槽310。对凹槽310的特征尺寸,可根据产品要求进行设定,在此不再赘述。
[0065]在本实施例中,凹槽310并未露出导电极板11。但不限于此,作为变形例,若凹槽露出导电极板也是可行的。
[0066]结合参照图10、图11,图10为俯视图,图11为图10沿EE方向的剖面结构示意图,在凹槽310中形成第二牺牲层32,第二牺牲层32填充满凹槽310,第二牺牲层32的表面与第一牺牲层31表面基本持平。
[0067]在本实施例中,第二牺牲层32的材料与第一牺牲层31的材料不同。在后续去除第二牺牲层时,不会去除支撑区位置的第一牺牲层。对应第一牺牲层31的材料为Ge,第二牺牲层32的材料选择S12或Si3N4。除此之外,第一牺牲层31、第二牺牲层32的材料还可为其他可行材料。
[0068]参照图12、图13,图12为俯视图,图13为图12沿FF方向的剖面结构示意图,重复形成第一牺牲层31、凹槽310 (参照图9)和第二牺牲层32的步骤一次,在导电极板11上形成两层第一牺牲层31和凹槽310,该两层第一牺牲层31叠置在一起,第二牺牲层32均对应支撑区II的位置。
[0069]其中,顶层第一牺牲层31中凹槽的分布密度小于底层第一牺牲层31中凹槽分布密度。参照图1,在MEMS麦克风工作时,振动膜2振动,间隙3中空气沿方向B流动,其中振动膜2和导电极板I之间的中间位置附近空气流量、流速最大。结合参照图13,底层第一牺牲层31中的凹槽靠近所述中间位置,因此,通过设置底层第一牺牲层31中凹槽分布密度大于顶层第一牺牲层31中凹槽分布密度,以使MEMS麦克风工作时,位于上、下极板之间位于中间位置的空气快速流出。
[0070]除本实施例方案外,还可以是:在导电极板上仅形成一层第一牺牲层。
[0071]在具体实施例中,两层第一牺牲层31的厚度之和H1范围为0.5μπι?5μπι。若在导电极板上仅形成一层第一牺牲层时,该一层第一牺牲层的厚度范围也为0.5μηι?5μηι。H1即为后续振动膜与导电极板之间间距,如果H1小于0.5 μ m,振动膜振动过程中,振动膜与导电极板之间的空气不能及时排出,振动膜振动过程遭到的空气阻力增加,MEMS麦克风的Q值较小,振动膜的灵敏度降低。如果H1大于5 μ m,当振动膜振动时,振动膜与导电极板之间间距变化相对于间距而言非常小,很难转化为有效的电容值变化信号,MEMS麦克风的灵敏度很低。
[0072]参照图14、图15,图14为俯视图,图15为图14沿GG方向的剖面结构示意图,在顶层第一牺牲层31和第二牺牲层32上形成振动膜12。
[0073]在本实施例中,振动膜12的材料为SiGe,这样在后续刻蚀去除第一牺牲层、第二牺牲层时,不会刻蚀掉振动膜12。除此之外,振动膜12的材料还可为掺杂有离子的Si或AL.
[0074]参照图16,在振动膜12上形成第二电极2且在导电极板11对应电连接区III位置形成第一电极I,第一电极1、第二电极2用来与外部电路电连接;之后,在导电极板11、第一电极1、振动膜12和第二电极2上形成钝化层13,导电极板11上的钝化层13高于振动膜12,且与振动膜12上的钝化层13基本持平,钝化层13可保护第一晶圆10正面SI上的器件。
[0075]在具体实施例中,钝化层13的材料为S12或其他可行材料。
[0076]参照图17,提供第二晶圆20,第二晶圆20具有正面SI’和背面S2’,第二晶圆20在后续工艺中起到支撑作用;
[0077]翻转第一晶圆10以使第一晶圆10的背面S2朝上,接着将钝化层13与第二晶圆20的正面SI’键合,键合工艺为本领域技术人员所熟知的工艺,在此不再赘述;
[0078]在第一晶圆10背面S2形成背腔14,背腔14对应振动区I的位置,背腔14贯穿第一晶圆10的正面SI,露出第三牺牲层33和第三牺牲层33的通孔中的第一牺牲层。在具体实施例中,使用光刻、刻蚀工艺形成背腔14。
[0079]结合参照图18,刻蚀去除对应振动区I位置的第一牺牲层31、第三牺牲层33和对应支撑区II位置的第二牺牲32,这样对应振动区I位置,背腔14露出导电极板11,导电极板11与振动膜13之间形成间隙30,在第一牺牲层31对应第二牺牲层32位置形成凹槽310,凹槽310贯穿第一牺牲层310侧壁,以连通间隙30与外部环境。对应支撑区II位置剩余的第一牺牲层31用来支撑振动膜12,剩余的第三牺牲层33用来支撑导电极板11及其上结构。
[0080]具体地,首先第一次刻蚀,去除对应振动区I位置的第一牺牲层31,至露出第二牺牲层32 ;接着,第二次刻蚀,去除第二牺牲层32。
[0081]在具体实施例中,第一次刻蚀可以是干法刻蚀或湿法刻蚀,刻蚀气体或刻蚀剂通过背腔14后刻蚀第三牺牲层33,并继续通过导电极板11的通孔刻蚀第一牺牲层31。第一牺牲层31和第三牺牲层33的材料均为Ge,刻蚀去除第一牺牲层31和第三牺牲层33的刻蚀气体或刻蚀剂可参照现有工艺进行选择,在此不再赘述。
[0082]在具体实施例中,第二次刻蚀为湿法刻蚀。第二牺牲层32的材料为S12,在湿法过程中使用的刻蚀剂为稀释氢氟酸溶液,该稀释氢氟酸溶液中,各成分之间的体积比范围为H2OiHF = 100:1?50:1,氢氟酸溶液的温度范围为22.5°C?23.5°C,刻蚀时间范围5min
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1