專利名稱：微硅麥克風及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基于硅工藝的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，具體涉及一種微硅麥克風及其制備方法。
背景技術(shù)：
對于聲學領(lǐng)域來說，許多傳統(tǒng)加工技術(shù)制造的麥克風器件一致性和穩(wěn)定性差、可靠性低，限制了麥克風在高保真和語音識別方面的應用。硅MEMS加工技術(shù)是一種新的加工手段，其加工方法和能力還有待于不斷被發(fā)明、創(chuàng)新并被實用化。微硅麥克風即電容式麥克風，具有噪聲小、失真小、靈敏度高等特點，其結(jié)構(gòu)為采用擴硼的單晶硅膜作為電容的一個極板，電容的另外一個極板為摻雜的多晶硅薄膜，單晶硅極板上設(shè)有若干個釋放孔，空氣通過釋放孔時，引起多晶硅薄膜振動，進而兩個極板之間的電容發(fā)生變化，通過電容的變化得到空氣振動的信息。目前微硅麥克風的多晶硅膜表面平滑，在使用過程中易發(fā)生粘附，出現(xiàn)波形畸變的問題。該麥克風的釋放孔加工工藝也需先進行濃硼擴散形成自停止層后，在EPW溶液(乙二胺NH2(CH2)2NH2，鄰苯二酚C6H4(OH)2，水H2O)中進行腐蝕才能形成，由于長時間的濃硼擴散會在硅片上產(chǎn)生較大的應力，該麥克風還存在結(jié)構(gòu)應力大、穩(wěn)定性差、成本高的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述微硅麥克風結(jié)構(gòu)和加工工藝的缺陷，提供了一種微硅麥克風及其制備方法，可有效地避免在平膜結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的波形畸變問題，制備的麥克風結(jié)構(gòu)應力小、穩(wěn)定性好且可靠性高。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容一種微硅麥克風，包括作為電容極板的單晶硅膜和多晶硅薄膜，兩膜之間留有空隙，多晶硅薄膜為可動極板，單晶硅薄膜上設(shè)有若干個釋放孔，在單晶硅膜和多晶硅薄膜之間還設(shè)有絕緣層，絕緣層上設(shè)抗腐蝕層，其特征在于在多晶硅薄膜上形成加強筋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與單晶硅薄膜上的釋放孔相對應，加強筋結(jié)構(gòu)鑲嵌在釋放孔中。
所述加強筋結(jié)構(gòu)的排列方式可為縱向加強筋與橫向加強筋交錯排列。
所述加強筋結(jié)構(gòu)可分布在多晶硅薄膜的中部，位于多晶硅薄膜的邊緣處沒有加強筋結(jié)構(gòu)。
抗腐蝕層可包括氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜緩沖層、再一層氮化硅薄膜。
一種制備微硅麥克風的方法，包括(1)單晶硅極板的制備；(2)用淀積方法制得絕緣層和抗腐蝕層；(3)利用ICP對單晶硅極板進行深槽刻蝕；(4)再用淀積方法制得犧牲層，犧牲層部分填充單晶硅極板上的凹槽；(5)進行多晶硅薄膜淀積，淀積的多晶硅將凹槽填充滿后形成加強筋結(jié)構(gòu)；(6)單晶硅極板背腔的制備，單晶硅極板上的凹槽與背腔相通，形成釋放孔；(7)用濺射的方法制得電極；(8)腐蝕掉犧牲層，多晶硅極板得到釋放；(9)劃片得到成品。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明利用ICP技術(shù)對單晶硅極板進行深槽刻蝕，接下來的犧牲層淀積與多晶硅薄膜淀積時，通過填充單晶硅極板上的凹槽，在多晶硅薄膜上可形成加強筋結(jié)構(gòu)，且該凹槽通過單晶硅極板背腔的制備和腐蝕犧牲層形成釋放孔。在多晶硅薄膜上形有加強筋，可加強多晶硅薄膜的強度，避免在平膜結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的波形畸變問題，本發(fā)明工藝流程簡單，工藝兼容好，使得以前加工工藝的不經(jīng)濟步驟不再必要，全部利于目前常用的硅MEMS工藝，所制備的麥克風成本低、結(jié)構(gòu)應力小、穩(wěn)定性好且可靠性高。


圖1單晶硅極板的熱氧化、第一次光刻；圖2氧化硅腐蝕、硼擴散；圖3掩膜去除；圖4淀積支撐絕緣層；圖5光刻、腐蝕支撐絕緣層；圖6抗腐蝕層淀積、光刻，刻蝕；圖7釋放孔光刻、刻蝕；圖8犧牲層淀積、光刻、刻蝕；
圖9結(jié)構(gòu)層淀積、光刻、刻蝕；圖10背腔圖形光刻、腐蝕；圖11犧牲層腐蝕、釋放結(jié)構(gòu)；圖12為無加強筋的多晶硅薄膜；圖13為帶有加強筋的多晶硅薄膜。
1、硅片，2、硼擴散區(qū)，3、二氧化硅支撐絕緣層，4、氮化硅抗腐蝕層，5、PSG犧牲層，6、多晶硅結(jié)構(gòu)層，7、加強筋，8、釋放孔。
具體實施例方式
參考圖1-圖11，制作微硅麥克風的工藝集成方案如下一，擴硼的單晶硅極板的制備1、熱生長擴硼所需的掩膜材料二氧化硅，2、光刻，3、腐蝕掉部分二氧化硅，得到二氧化硅圖形，4、短時間擴硼得到單晶硅極板的圖形，5、腐蝕掉用作掩模的二氧化硅。
二，二氧化硅絕緣層材料的制作1、用淀積的方法得到二氧化硅絕緣層，2、光刻，3、腐蝕掉部分二氧化硅，得到絕緣層的圖形。
三，抗腐蝕層材料制作1、先淀積氮化硅，再淀積氧化硅，接著淀積氮化硅，從而得到多層氮化硅抗腐蝕層，2、光刻，3、刻蝕掉部分氮化硅得到抗腐蝕層的圖形。
四，利用ICP對單晶硅極板進行深槽刻蝕ICP為Inductively Coupled Plasma感應耦合等離子體的縮寫，該技術(shù)為在反應氣體中施加強電場及磁場，進而產(chǎn)生高密度等離子體，該等離子體能與硅反應，從而實現(xiàn)對硅的深槽刻蝕；1、光刻，2、用ICP技術(shù)刻蝕釋放孔，釋放孔長為30微米，寬為10微米，深為20微米，排列方式為縱向釋放孔與橫向釋放孔交錯排列，每個釋放孔間距為10微米。
五，犧牲層材料的制備1、用淀積的方法得到犧牲層(PSG，磷硅玻璃)，2、光刻，3、刻蝕掉部分PSG得到犧牲層的圖形；淀積犧牲層的同時，單晶硅極板上的凹槽也部分填充，形成深度相同的相似凹槽。
六，多晶硅極板的制備1、用淀積的方法得到多晶硅層，2、摻雜，3、退火，4、光刻，5、刻蝕掉部分多晶硅得到多晶硅極板的圖形，淀積的多晶硅將犧牲層上的凹槽填充，形成加強筋結(jié)構(gòu)。
七，背腔的制備1、光刻，2、腐蝕得到背腔，將單晶硅極板上的凹槽與背腔連通，形成釋放孔。
八，電極的制備1，濺射，2光刻，3腐蝕掉部分金屬得到電極的圖形。
九，腐蝕掉犧牲層(PSG)，結(jié)構(gòu)得到釋放犧牲層腐蝕掉后多晶硅極板被釋放，變?yōu)榭蓜訕O板。
十，劃片得到成品。
參考圖12，原微硅麥克風的多晶硅膜表面平滑。參考圖13，本發(fā)明多晶硅薄膜上帶有加強筋結(jié)構(gòu)，增加了薄膜的剛度，具有較小的應力。多晶硅薄膜上的加強筋與釋放孔對應，加強筋長為22微米，寬為2微米，高為20微米，排列方式也與釋放孔相對應，為縱向加強筋與橫向加強筋交錯排列，兩個加強筋的間距為18微米。為了具有較好的彈性，將加強筋分布在單晶硅薄膜的中部，即相距多晶硅薄膜邊緣20微米的范圍內(nèi)不設(shè)加強筋結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種微硅麥克風，包括作為電容極板的單晶硅薄膜和多晶硅薄膜，兩膜之間留有空隙，多晶硅薄膜為可動極板，單晶硅薄膜上設(shè)有若干個釋放孔，在單晶硅薄膜和多晶硅薄膜之間還設(shè)有絕緣層，絕緣層上設(shè)抗腐蝕層，其特征在于在多晶硅薄膜上形成加強筋結(jié)構(gòu)，該加強筋結(jié)構(gòu)與單晶硅薄膜上的釋放孔相對應，加強筋結(jié)構(gòu)鑲嵌在釋放孔中。
2.如權(quán)利要求1所述的微硅麥克風，其特征在于所述加強筋結(jié)構(gòu)的排列方式為縱向加強筋與橫向加強筋交錯排列。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微硅麥克風，其特征在于所述加強筋結(jié)構(gòu)分布在多晶硅薄膜的中部，位于多晶硅薄膜的邊緣處沒有加強筋結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的微硅麥克風，其特征在于所述抗腐蝕層包括氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜緩沖層、再一層氮化硅薄膜。
5.一種制備微硅麥克風的方法，包括(1)單晶硅極板的制備；(2)用淀積方法制得絕緣層和抗腐蝕層；(3)利用ICP對單晶硅極板進行深槽刻蝕；(4)再用淀積方法制得犧牲層，犧牲層部分填充單晶硅極板上的凹槽；(5)進行多晶硅薄膜淀積，淀積的多晶硅將凹槽填充滿后形成加強筋結(jié)構(gòu)；(6)單晶硅極板背腔的制備，單晶硅極板上的凹槽與背腔相通，形成釋放孔；(7)用濺射的方法制得電極；(8)腐蝕掉犧牲層，多晶硅極板得到釋放；(9)劃片得到成品。
6.如權(quán)利要求5所述的制備微硅麥克風的方法，其特征在于抗腐蝕層的制備為先淀積氮化硅，再淀積氧化硅，接著淀積氮化硅。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微硅麥克風及其制備方法，屬于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)加工技術(shù)領(lǐng)域，該微硅麥克風包括作為電容極板的單晶硅薄膜和多晶硅薄膜，多晶硅薄膜為可動極板，單晶硅薄膜上設(shè)有若干個釋放孔，在多晶硅薄膜上形成加強筋結(jié)構(gòu)，該加強筋結(jié)構(gòu)與單晶硅薄膜上的釋放孔相對應，且鑲嵌在釋放孔中。本發(fā)明的制備方法是利用ICP技術(shù)進行深槽刻蝕的制造工藝，該工藝既可以得到釋放孔，又可實現(xiàn)帶有加強筋結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜，工藝流程簡單，工藝兼容好，所制備的麥克風成本低、結(jié)構(gòu)應力小、穩(wěn)定性好且可靠性高。
文檔編號H04R19/01GK1684546SQ200410033638
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者張大成, 胡維, 喬東海, 李婷, 王瑋, 田大宇, 羅葵, 李靜, 阮勇 申請人:北京大學