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CN109246565A - 硅麦克风及其制造方法 - Google Patents

硅麦克风及其制造方法 Download PDF

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CN109246565A
CN109246565A CN201810950172.3A CN201810950172A CN109246565A CN 109246565 A CN109246565 A CN 109246565A CN 201810950172 A CN201810950172 A CN 201810950172A CN 109246565 A CN109246565 A CN 109246565A
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CN
China
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backboard
silicon substrate
diaphragm body
vibrating diaphragm
vibrating membrane
Prior art date
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Pending
Application number
CN201810950172.3A
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English (en)
Inventor
李小刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
Original Assignee
Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd filed Critical Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
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Publication of CN109246565A publication Critical patent/CN109246565A/zh
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/04Microphones

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Signal Processing (AREA)
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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

本发明提供的硅麦克风结构和制造硅麦克风的方法,所述硅麦克风结构包括一振膜体和一背板体;所述振膜体包括位于其第一表面的振动膜和从所述振膜体的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处的腔体,所述振膜体的第一表面与所述振膜体的第二表面相对;所述背板体包括背板和位于所述背板的第一表面的边缘区域上的支撑层,所述背板的中间区域还包括有多个声孔;所述背板体以所述背板的第一表面朝向所述振膜体的第一表面的方式键合在所述振膜体上,使得所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域通过所述支撑层间隔开,以形成以空气间隙,所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域相对应。本发明工艺简单,产品灵敏度高。

Description

硅麦克风及其制造方法
技术领域
本发明涉及基于硅工艺的微机电系统(MEMS)技术领域,更具体地,涉及一种硅麦克风及其制造方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)技术是基于传统半导体技术发展起来的一种高新技术,其使用微电子精密制造技术使得能够制造小型机电元件(从几微米到几百微米),与传统采用机械方式加工制作的对应器件相比,MEMS器件在体积、功耗、重量甚至性能方面都有十分明显的优势,由于采用类似半导体电路的制造工艺,可以实现器件的批量制造,并且在参数一致性方面优势明显,目前市场上的MEMS器件的有压力传感器、加速度计、陀螺仪及硅麦克风等。
硅麦克风的研究已经开展有二十余年,包括发展了基于压电效应、压阻效应和电容式的结构,其中电容式硅麦克风是目前最主流的结构。电容式硅麦克风制作中面临的一个主要问题就是振动膜应力的控制。膜应力是在膜形成之后,在膜中存在的残余应力。现有薄膜制备手段基本采用淀积,通过淀积得到的振动膜会存在较大的残余应力,通常包括热失配应力和本征应力两种。残余应力对硅麦克风特性具有较大影响,严重时甚至使其失效不能工作。再有,大的残余张应力也会显著降低振动膜的机械灵敏度,而振动膜的机械灵敏度又与麦克风的关键指标——灵敏度成正比,因此大的残余应力将会间接导致麦克风灵敏度的降低。大的残余压应力甚至可能导致振动膜发生屈曲,从而使麦克风性能不稳定或者失效。比如对于薄膜张应力的情况,所得到的薄膜将处于张应力状态,除非该薄膜结构被设计得能够产生应变并消除该应力。
因此,降低薄膜应力以提高麦克风灵敏度已成为本领域技术人员关注的焦点,现有通过采用改进制备方法淀积的工艺条件的方法,或采用一些附加工艺如退火等来减小振动膜的残余应力,但是采用目前这种实现方法,其工艺都比较复杂。
发明内容
本发明提出一种硅麦克风及其制造方法,以简化制造工艺,提高硅麦克风的灵敏度。
根据本发明的第一方面,提出一种制造硅麦克风方法,包括:
形成一振膜体和一背板体;
所述振膜体的第一表面设置有振动膜,在所述振膜体中还设置有从所述振膜体的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处的腔体,所述振膜体的第一表面与所述振膜体的第二表面相对;
所述背板体包括背板和位于所述背板的第一表面的边缘区域上的支撑层,所述背板的中间区域设置有多个声孔;
将所述背板体以所述背板的第一表面朝向所述振膜体的第一表面的方式键合在所述振膜体上,使得所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域通过所述支撑层间隔开,以形成以空气间隙,所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域相对应。
优选地,所述键合的方式为硅硅键合。
优选地,在所述振动膜第一表面的中间区域上形成凸起结构,所述振动膜的第一表面即为所述振膜体的第一表面。
优选地,形成所述凸起结构的方法包括:在所述振膜体第一表面上形成一层第一绝缘层;选择性的刻蚀所述第一绝缘层以在所述振动膜第一表面的中间区域上形成所述凸起结构。
优选地,还包括在所述振动膜上刻蚀一个用于释放空气的通孔。
优选地,所述腔体靠近所述振膜体第二表面方向的开口小于靠近所述振动膜方向的开口。
优选地,形成所述振膜体的方法包括:提供一第一SOI硅基,所述第一SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基为所述振动膜;依次选择性地腐蚀所述第一SOI硅基中第一埋氧层下方的硅基以及所述第一埋氧层以形成位于所述振动膜的中间区域下方的所述腔体,其中,所述第一SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基厚度小于所述第一埋氧层下方的硅基厚度。
优选地,所述第一埋氧层作为腐蚀所述第一埋氧层下方的硅基的阻挡层。
优选地,形成所述振膜体的方法包括:提供一单晶硅;向所述单晶硅的第一表面进行掺杂以形成一层掺杂层,所述掺杂层的掺杂结深为预定深度;从所述单晶硅的第二表面的中间区域面开始腐蚀直至所述掺杂层处以形成所述腔体,其中,所述掺杂层为所述振膜体中的所述振动膜。
优选地,向所述单晶硅的第一表面进行掺杂的掺杂剂为硼。
优选地,形成所述背板体的方法包括:提供一第二SOI硅基,在所述第二SOI硅基的第一表面的边缘区域上形成所述支撑层;在所述第二SOI硅基第一表面的硅基中形成背板,其中,所述第二SOI硅基第一表面的硅基为距离所述第二SOI硅基中第二埋氧层近的一侧的硅基。
优选地,形成所述支撑层的方法包括:在所述第二SOI硅基的第一表面上形成第二绝缘层;选择性的刻蚀所述第二绝缘层以在所述第二SOI硅基的第一表面的边缘区域上形成所述支撑层。
优选地,形成所述背板的方法包括:选择性的刻蚀所述第二SOI硅基第一表面其中一侧边缘区域的硅基以形成所述背板的图案。
优选地,还包括选择性的刻蚀所述背板的中间区域以形成多个所述声孔。
优选地,还包括在所述振膜体的第二表面形成一层第三绝缘层。
优选地,将所述振膜体和所述背板体键合在一起之后,刻蚀所述第二SOI硅基第二表面的硅基直至所述第二埋氧层;刻蚀所述第二埋氧层和所述第三绝缘层,其中,所述第三绝缘层用于保护所述振膜体第二表面的硅基被刻蚀。
优选地,还包括在被所述背板裸露的所述振动膜的边缘区域上形成第一导电金属。
优选地,当所述背板设置为导电时,所述方法还包括在所述背板未被刻蚀的另一侧边缘区域上形成第二导电金属。
优选地,当所述背板设置为不导电时,所述方法还包括在所述背板未被刻蚀的另一侧边缘区域和中心区域上形成第二导电金属。
优选地,所述振动膜与所述支撑层直接键合在一起。
根据本发明的第二方面,提供一种硅麦克风,包括:
一振膜体和一背板体;
所述振膜体包括位于其第一表面的振动膜和从所述振膜体的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处的腔体,所述振膜体的第一表面与所述振膜体的第二表面相对;
所述背板体包括背板和位于所述背板的第一表面的边缘区域上的支撑层,所述背板的中间区域还包括有多个声孔;
所述背板体以所述背板的第一表面朝向所述振膜体的第一表面的方式键合在所述振膜体上,使得所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域通过所述支撑层间隔开,以形成以空气间隙,所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域相对应。
优选地,所述键合的方式为硅硅键合。
优选地,还包括位于所述振动膜第一表面的中间区域上的凸起结构。
优选地,所述振动膜还包括一个用于释放空气的通孔。
优选地,所述腔体靠近所述振膜体第二表面方向的开口小于靠近所述振动膜方向的开口。
优选地,所述振动膜为SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基,其中,所述第一SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基厚度小于所述第一埋氧层下方的硅基厚度。
优选地,所述振动膜为高浓度掺杂硼的单晶硅层。
优选地,所述背板的其中一侧边缘裸露出所述振动膜的边缘区域。
优选地,还包括位于被所述背板裸露的所述振动膜边缘区域上的第一导电金属。
优选地,还包括位于所述背板另一侧边缘上的第二导电金属。
优选地,当所述背板设置为不导电时,所述硅麦克风还包括位于所述背板中间区域的第二导电金属。
本发明提供的硅麦克风结构和制造硅麦克风的方法,所述背板和振膜体都采用SOI硅基材料以及整体工艺设计,使得本发明的光刻工艺相对于现有技术大大简化,另外,所述振动膜与所述背板通过键合的方式键合在一起,使得形成所述振动膜与所述背板之间的空气间隙的工艺更加简单。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述,本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:
图1为根据本发明实施例的硅麦克风的结构示意图;
图2a-2k为制造本发明实施例的硅麦克风的方法的各个步骤的示意性截面图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中,相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,可能未示出某些公知的部分。为了简明起见,可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解,在描述器件的结构时,当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时,可以指直接位于另一层、另一个区域上面,或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且,如果将器件翻转,该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形,本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中,“A直接位于B中”表示A位于B中,并且A与B直接邻接,而非A位于B中形成的掺杂区中。
在本申请中,术语“半导体结构”指在制造半导体器件的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称,包括已经形成的所有层或区域。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节,例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术,以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样,可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明提供的硅麦克风包括一振膜体和一背板体;所述振膜体包括位于第一表面的振动膜和从所述振膜体的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处的腔体,所述振膜体的第一表面与所述振膜体的第二表面相对;所述背板体包括背板和位于所述背板的第一表面的边缘区域上的支撑层,所述背板的中间区域还包括有多个声孔;所述背板体以所述背板的第一表面朝向所述振膜体的第一表面的方式键合在所述振膜体上,使得所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域通过所述支撑层间隔开,以形成以空气间隙,所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域相对应。
如图1所示为本发明实施例的硅麦克风结构示意图,在本实施例中,所述硅麦克风包括振膜体115和背板体,所述背板体包括背板109和位于所述背板的第一表面的边缘区域上支撑层107,所述背板的中间区域设置有多个声孔108;所述振膜体115包括设置在其第一表面的振动膜112和从所述振膜体的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处的腔体110,所述振膜体的第一表面与所述振膜体的第二表面相对;所述背板体以所述背板109的第一表面朝向所述振膜体115的第一表面的方式键合在所述振膜体115上,使得所述振动膜112的中间区域和所述背板109的中间区域通过所述支撑层107间隔开,以形成以空气间隙118,所述振动膜112的中间区域和所述背板109的中间区域相对应。
具体地,所述背板109第一表面的支撑层107与所述振动膜112通过键合的方式直接接触,例如,可以通过硅硅键合的方式连接;所述硅硅键合的方法为:先将所述支撑层107与所述振动膜112接触的面进行适当的清洗和活化;在室温下将两者贴合在一起使其依靠短程的分子间作用力吸合在一起;将贴合的振膜体115和背板体在O2或N2环境下经过数小时的高温退火处理,使界面发生物理化学反应,增加键合强度以形成整体结构。
在本实施例中,所述硅麦克风还包括位于所述振动膜第一表面的中间区域的凸起结构103,以防止振动膜112在运动过程中粘附到所述背板109上,所述凸起结构103的高度小于所述支撑层107的高度;其中,所述振动膜112的第一表面即为所述振膜体115的第一表面;所述振动膜112还包括位于所述振动膜112中间区域的通孔104,用于释放所述空气间隙的气压,减小其对所述振动膜产生的应力,增加所述振动膜的灵敏度,更进一步地,所述通孔104位于所述振动膜112中间区域的边缘处为最优位置;如图1所示,所述背板109的图案为其中一侧的边缘被刻蚀,以裸露所述振动膜112的边缘处,所述硅麦克风还包括位于被所述背板109裸露的所述振动膜112边缘处的第一导电金属117以及位于所述背板109另一侧边缘上的第二导电金属111。
在本实施例中,所述振膜体115包括SOI硅基,所述SOI硅基包括振动膜112、第一埋氧层113和衬底基板114;所述振动膜112为SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基,其中,所述SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基厚度小于所述第一埋氧层下方的硅基厚度;在所述第一埋氧层113和所述衬底基板114包括一腔体110,所述腔体110位于所述振动膜的中间区域的下方,从所述衬底基板114的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处,由刻蚀所述衬底基板114和第一埋氧层113形成,为声波进入提供通道,所述第一埋氧层113作为刻蚀所述衬底基板114的阻挡层。所述腔体110的形状为上大下小,也就是说所述腔体110靠近所述振动膜的方向的开口大于靠近所述振膜体的第二表面的方向的开口,如此设计可提高硅麦克风在高频段的灵敏度响应。
因为单晶硅薄膜具有残余应力小、机械振动性能极优的特点,在本实施例中,所述背板体和所述振膜体都采用单晶硅材料以减小应力,提高硅麦克风的灵敏度。
在本实施例中,所述背板和所述振动膜都被设计为具有导电性,例如,可通过掺杂杂质使其具有导电性,可直接作为电容的两个极板,所述金属电极包括位于所述振动膜112被所述背板109裸露的边缘区域的第一电极117和位于所述背板上远离所述第一电极117的另一边缘区域的第二电极111。当然,本领域技术人员若为了减小寄生电容,将所述背板109设计为不导电,则背板109的中心区域上也会设置第二电极,以金属导电层作为平板电容的一个极板。
另外,在本实施例中,所述振动膜和所述背板都设计为正方形,当然,本领域技术人员也可根据需求将其设置为其他形状,例如,圆形、八边形等。
本发明所提出的所述硅麦克风的工作原理为:声波通过腔体110传递到振动膜112,引起振动膜112向背板109运动,则振动膜112和背板109之间的距离就会变小,两者形成的平板电容值就会增大,通过电路检测出该电容值的变化,实现声波信号向电信号的转换。
在另一实施例中,所述振膜体115也可采用高浓度掺杂硼的单晶硅材料,也即所述振动膜为高掺杂硼的单晶硅,在所述单晶硅的上表面掺杂硼,然后通过湿法腐蚀单晶硅的背面形成腔体,因为腐蚀液对于高掺杂硼的腐蚀很慢,所以可以起到自腐蚀停止的作用。因为掺杂的单晶硅具有导电性,则可以直接作为电容的极板来使用。
如图2a-2k所示为制造本发明实施例的硅麦克风的各个阶段的截面图,制造所述硅麦克风的方法包括:
形成一振膜体和一背板体;
所述振膜体的第一表面设置有振动膜,在所述振膜体中还设置有从所述振膜体的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处的腔体,所述振膜体的第一表面与所述振膜体的第二表面相对;
所述背板体包括背板和位于所述背板的第一表面的边缘区域上的支撑层,所述背板的中间区域设置有多个声孔;
将所述背板体以所述背板的第一表面朝向所述振膜体的第一表面的方式键合在所述振膜体上,使得所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域通过所述支撑层间隔开,以形成以空气间隙,所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域相对应。
首先以振膜体和背板体材料为SOI硅基为例,具体描述制造所述硅麦克风的步骤:
如图2a,提供一SOI硅基101,在所述SOI硅基101的第一表面和第二表面形成第一绝缘层102,在本实施例中,所述第一绝缘层102为氧化层,通过氧化工艺形成。其中,所述SOI硅基为单晶硅,所述SOI硅基101的第一表面为距离所述SOI硅基101中的第一埋氧层113近的表面,所述SOI硅基101的第二表面与所述第一表面相对。
如图2b,在所述SOI硅基101的第一表面形成凸起结构103,通过选择性的刻蚀所述SOI硅基101第一表面的第一绝缘层102形成多个凸起结构103,所述SOI硅基101中的第一埋氧层113上面的硅基为振动膜112,所述凸起结构103是防止所述振动膜运动过程中粘附到后续工艺中所形成的背板上,所述凸起结构位于所述振动膜的第一表面的中间区域。其中,所述振动膜的第一表面即为所述SOI硅基的第一表面,所述第一埋氧层113上面的硅基厚度小于所述第一埋氧层113下面的硅基厚度。在本实施例中,所述凸起结构103选择为3个,当然,本领域的技术人员也可根据硅麦克风具体设计要求或性能要求选择任意个数的凸起结构。
如图2c,在所述SOI硅基101中的第一埋氧层113上面的硅基中刻蚀一个通孔104以形成所述振动膜112的图案,所述通孔104从所述SOI硅基101的第一表面开始,停止于所述第一埋氧层113上,所述通孔104用于释放所述振动膜和后续工艺中所形成的背板之间空气间隙中的气压,以消除压缩的空气对所述振动膜112产生力的作用,增加所述振动膜的灵敏度。
图2d,提供一SOI硅基105,在所述SOI硅基105的第一表面上形成第二绝缘层106,在本实施例中,所述第二绝缘层106为氧化层,通过氧化工艺形成。在本实施例中,所述氧化层的厚度为3μm。其中,所述SOI硅基105的第一表面为距离所述SOI硅基105中的第二埋氧层120近的表面,所述SOI硅基105的第二表面与所述第一表面相对。
图2e,光刻并刻蚀所述第二绝缘层106以形成支撑层107,以在后续工艺中用于间隔所述振动膜112和背板,以在振动膜和背板之间形成一空气间隙,在本实施例中,所述支撑层的个数为2个,当然,本领域的技术人员也可根据需要任意设置;另外,在本实施例中,所述支撑层为绝缘支撑层,本领域的技术人员也可选择其他可以有相同作用的材料作为支撑层。
图2f,刻蚀所述SOI硅基105中第二埋氧层120上面的硅基的其中一侧的边缘区域以裸露出所述第二埋氧层120的边缘区域,形成背板109的图案,并同时通过刻蚀的工艺在背板109的中间区域形成多个声孔108。其中,所述背板的中间区域与所述振动膜的中间区域相对应。在本实施例中,所述声孔108的个数为4个,当然,本领域的技术人员也可根据需要任意选择所述声孔的个数。
图2g,通过键合的方式将所述SOI硅基101第一表面的振动膜112和所述SOI硅基105第一表面上的支撑层107键合在一起,使得所述SOI硅基101位于所述SOI硅基105的下方,所述振动膜112的中间区域和所述背板109的中间区域通过所述支撑层109间隔开,以形成以空气间隙。
在本实施例中,选择硅硅键合的方式进行键合,当然,本领域的技术人员也可采用其他键合方式进行键合。具体所述硅硅键合的方法为:先将所述支撑层107与所述振动膜112接触的面进行适当的清洗和活化;在室温下将两者贴合在一起使其依靠短程的分子间作用力吸合在一起;将贴合的振膜体115和背板体在O2或N2环境下经过数小时的高温退火处理,使界面发生物理化学反应,增加键合强度以形成整体结构。
另外,在本实施例中,所述SOI硅基101位于所述SOI硅基105键合后,所述多个凸起结构位于两个所述支撑层的中间,当然,在此所述凸起结构和所述绝缘支撑层的位置关系不做具体限制,本领域技术人员也可根据硅麦克风结构设计自行设置。
图2h,从所述SOI硅基101的第二表面的第一绝缘层102开始选择性地向上刻蚀直至停止于所述第一埋氧层113处,然后再继续刻蚀所述第一埋氧层113直至裸露出所述振动膜112,形成底部腔体110,为声波进入提供通道,所述腔体位于所述振动膜中间区域的下方。所述腔体的形状为上大下小,也即,所述腔体110靠近所述振动膜方向的开口大于靠近所述SOI硅基101第二表面方向的开口。其中,所述第一埋氧层113作为刻蚀其下方硅基的阻挡层。
图2i,通过正面湿法腐蚀去除所述SOI硅基105的第二表面的硅基,停止于所述SOI硅基105的第二埋氧层120,所述第一绝缘层102这步工艺中用于保护所述SOI硅基101中第二埋氧层113下面的硅基被刻蚀。
图2j,通过湿法腐蚀去除所述SOI硅基105中的第二埋氧层120和所述SOI硅基101的下表面的第一绝缘层102。
图2k,在所述背板109和所述振动膜112上分别形成导电金属。具体地,在被所述背板109的一侧边缘区域裸露的所述振动膜112的边缘区域上形成第一导电金属117,在所述背板的另一侧边缘区域上形成第二导电金属111,所述第一导电金属117和所述第二导电金属111不在同一平面,且位于相对的两个边缘区域。另外,通常所述背板和所述振动膜都会被设计具有导电性,但若为了减小寄生电容,所述背板可以被设计为不导电,则第二导电金属111还包括位于所述背板中间区域上的导电金属,以所述导电金属作为电容的一个极板。
在另一实施例中,所述背板体也可不采用SOI硅基,而是采用单晶硅,具体形成方法如下:提供一单晶硅;向所述单晶硅的第一表面进行掺杂以形成一层掺杂层,所述掺杂层的掺杂结深为预定深度,所述掺杂层为高浓度掺杂;从所述单晶硅的第二表面的中间区域面开始腐蚀直至停止于所述掺杂层处以形成所述腔体,其中,所述掺杂层为所述振膜体中的所述振动膜。所述掺杂工艺中的掺杂剂为硼,所述腐蚀液为KOH或TMAH(四甲基氢氧化铵)等,在形成腔体的过程中,因为腐蚀液在高浓度掺杂硼的硅基中腐蚀很慢,因此可以起到自腐蚀停止的作用。
因为单晶硅薄膜具有残余应力小、机械振动性能极优的特点,在本实施例中,所述背板和所述振膜体都采用单晶硅材料以减小应力,提高硅麦克风的灵敏度。
本发明提供的硅麦克风结构和制造硅麦克风的方法,所述背板和振膜体都采用SOI硅基材料以及整体工艺设计,使得本发明的光刻工艺相对于现有技术大大简化,另外,所述振动膜与所述背板通过键合的方式键合在一起,使得形成所述振动膜与所述背板之间的空气间隙的工艺更加简单。
依照本发明的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (31)

1.一种制造硅麦克风方法,其特征在于,包括:
形成一振膜体和一背板体;
所述振膜体的第一表面设置有振动膜,在所述振膜体中还设置有从所述振膜体的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处的腔体,所述振膜体的第一表面与所述振膜体的第二表面相对;
所述背板体包括背板和位于所述背板的第一表面的边缘区域上的支撑层,所述背板的中间区域设置有多个声孔;
将所述背板体以所述背板的第一表面朝向所述振膜体的第一表面的方式键合在所述振膜体上,使得所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域通过所述支撑层间隔开,以形成以空气间隙,所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域相对应。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述键合的方式为硅硅键合。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括在所述振动膜第一表面的中间区域上形成凸起结构,所述振动膜的第一表面即为所述振膜体的第一表面。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,形成所述凸起结构的方法包括:
在所述振膜体第一表面上形成一层第一绝缘层;
选择性的刻蚀所述第一绝缘层以在所述振动膜第一表面的中间区域上形成所述凸起结构。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,还包括在所述振动膜上刻蚀一个用于释放空气的通孔。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述腔体靠近所述振膜体第二表面方向的开口小于靠近所述振动膜方向的开口。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,形成所述振膜体的方法包括:
提供一第一SOI硅基,所述第一SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基为所述振动膜;
依次选择性地腐蚀所述第一SOI硅基中第一埋氧层下方的硅基以及所述第一埋氧层以形成位于所述振动膜的中间区域下方的所述腔体,
其中,所述第一SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基厚度小于所述第一埋氧层下方的硅基厚度。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第一埋氧层作为腐蚀所述第一埋氧层下方的硅基的阻挡层。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,形成所述振膜体的方法包括:
提供一单晶硅;
向所述单晶硅的第一表面进行掺杂以形成一层掺杂层,所述掺杂层的掺杂结深为预定深度;
从所述单晶硅的第二表面的中间区域面开始腐蚀直至所述掺杂层处以形成所述腔体,
其中,所述掺杂层为所述振膜体中的所述振动膜。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,向所述单晶硅的第一表面进行掺杂的掺杂剂为硼。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,形成所述背板体的方法包括:
提供一第二SOI硅基,
在所述第二SOI硅基的第一表面的边缘区域上形成所述支撑层;
在所述第二SOI硅基第一表面的硅基中形成背板,其中,所述第二SOI硅基第一表面的硅基为距离所述第二SOI硅基中第二埋氧层近的一侧的硅基。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,形成所述支撑层的方法包括:
在所述第二SOI硅基的第一表面上形成第二绝缘层;
选择性的刻蚀所述第二绝缘层以在所述第二SOI硅基的第一表面的边缘区域上形成所述支撑层。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,形成所述背板的方法包括:选择性的刻蚀所述第二SOI硅基第一表面其中一侧边缘区域的硅基以形成所述背板的图案。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,还包括选择性的刻蚀所述背板的中间区域以形成多个所述声孔。
15.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,还包括在所述振膜体的第二表面形成一层第三绝缘层。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,将所述振膜体和所述背板体键合在一起之后,
刻蚀所述第二SOI硅基第二表面的硅基直至所述第二埋氧层;
刻蚀所述第二埋氧层和所述第三绝缘层,
其中,所述第三绝缘层用于保护所述振膜体第二表面的硅基被刻蚀。
17.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,还包括在被所述背板裸露的所述振动膜的边缘区域上形成第一导电金属。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,当所述背板设置为导电时,所述方法还包括在所述背板未被刻蚀的另一侧边缘区域上形成第二导电金属。
19.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,当所述背板设置为不导电时,所述方法还包括在所述背板未被刻蚀的另一侧边缘区域和中心区域上形成第二导电金属。
20.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述振动膜与所述支撑层直接键合在一起。
21.一种硅麦克风,其特征在于,包括:
一振膜体和一背板体;
所述振膜体包括位于其第一表面的振动膜和从所述振膜体的第二表面延伸至所述振动膜的中间区域处的腔体,所述振膜体的第一表面与所述振膜体的第二表面相对;
所述背板体包括背板和位于所述背板的第一表面的边缘区域上的支撑层,所述背板的中间区域还包括有多个声孔;
所述背板体以所述背板的第一表面朝向所述振膜体的第一表面的方式键合在所述振膜体上,使得所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域通过所述支撑层间隔开,以形成以空气间隙,所述振动膜的中间区域和所述背板的中间区域相对应。
22.根据权利要求21所述的硅麦克风,其特征在于,所述键合的方式为硅硅键合。
23.根据权利要求21所述的硅麦克风,其特征在于,还包括位于所述振动膜第一表面的中间区域上的凸起结构。
24.根据权利要求23所述的硅麦克风,其特征在于,所述振动膜还包括一个用于释放空气的通孔。
25.根据权利要求24所述的硅麦克风,其特征在于,所述腔体靠近所述振膜体第二表面方向的开口小于靠近所述振动膜方向的开口。
26.根据权利要求25所述的硅麦克风,其特征在于,所述振动膜为SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基,其中,所述第一SOI硅基中第一埋氧层上方的硅基厚度小于所述第一埋氧层下方的硅基厚度。
27.根据权利要求25所述的硅麦克风,其特征在于,所述振动膜为高浓度掺杂硼的单晶硅层。
28.根据权利要求21所述的硅麦克风,其特征在于,所述背板的其中一侧边缘裸露出所述振动膜的边缘区域。
29.根据权利要求28所述的硅麦克风,其特征在于,还包括位于被所述背板裸露的所述振动膜边缘区域上的第一导电金属。
30.根据权利要求29所述的硅麦克风,其特征在于,还包括位于所述背板另一侧边缘上的第二导电金属。
31.根据权利要求30所述的硅麦克风,其特征在于,当所述背板设置为不导电时,所述硅麦克风还包括位于所述背板中间区域的第二导电金属。
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