微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)及其制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聲電轉(zhuǎn)換裝置，具體地說，涉及一種微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)及其制造方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]近年來利用微機(jī)電系統(tǒng)工藝集成的微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)(Micro-Electro-Mechanical-System Microphone，簡稱MEMS)開始被批量應(yīng)用到手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品中，其封裝體積比傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)小，因此受到大部分麥克風(fēng)生產(chǎn)商的青睞。
[0003]而目前應(yīng)用較多且性能較好的MEMS麥克風(fēng)成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作工藝繁瑣、并且振膜包括透氣孔，使得MEMS麥克風(fēng)聲壓降低，使振膜的應(yīng)力增大，以至于MEMS麥克風(fēng)靈敏性降低。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明主要解決現(xiàn)的技術(shù)問題是提供一種性能良好，結(jié)構(gòu)簡單的MEMS麥克風(fēng)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了 MEMS克風(fēng)，包括振膜和與該振膜間隔設(shè)置以形成一聲傳感電容結(jié)構(gòu)的背板，所述振膜和背板之間形成一聲腔，所述背板上設(shè)有多個連通所述聲腔的聲學(xué)通孔，所述麥克風(fēng)還包括一用于支撐所述聲傳感電容結(jié)構(gòu)的基座，所述基座底部設(shè)有半導(dǎo)體氧化硅應(yīng)力平衡層。
[0006]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)還包括前腔和背腔，所述前腔設(shè)置在所述振膜頂部，所述背腔設(shè)置在所述背板底部。
[0007]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)還包括保護(hù)層、第一結(jié)構(gòu)層、第二結(jié)構(gòu)層、第三結(jié)構(gòu)層，所述保護(hù)層和第一結(jié)構(gòu)層依次層疊設(shè)置于所述振膜頂部，所述第二結(jié)構(gòu)層設(shè)置于所述振膜和背板之間，所述第三結(jié)構(gòu)層設(shè)置于所述背板與所述基座之間。
[0008]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述第一、第二、和第三結(jié)構(gòu)層由半導(dǎo)體氧化硅絕緣層材料制成，所述振膜和背板由多晶硅摻雜或單晶硅摻雜導(dǎo)電材料制成，所述基座由硅材料制成。
[0009]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述振膜與背板之間還設(shè)有固定于所述背板上且用于防止振膜與背板電導(dǎo)通的防粘凸起。
[0010]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述防粘凸起由半導(dǎo)體氧化硅絕緣材料制成。
[0011]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)還設(shè)有貫穿所述保護(hù)層、第一結(jié)構(gòu)層、振膜、以及第二結(jié)構(gòu)層的第一連接孔和貫穿所述保護(hù)層以及第一結(jié)構(gòu)層的第二連接孔，所述第一連接孔和第二連接孔內(nèi)分別設(shè)有電連接所述聲傳感電容結(jié)構(gòu)的第一電極和第二電極。
[0012]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)還包括貫穿所述保護(hù)層、第一結(jié)構(gòu)層、振膜、以及第二結(jié)構(gòu)層的透氣孔，所述透氣孔為所述背腔和聲腔透氣。
[0013]本發(fā)明還提供一種微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法，該方法包括如下步驟:
[0014]步驟SI，制作振膜晶圓，包括:
[0015]步驟S11，提供依次層疊設(shè)置的振膜層、第一絕緣層和保護(hù)層，從而形成具有SOI結(jié)構(gòu)的振膜晶圓；
[0016]步驟S12，熱氧化所述振膜晶圓，在所述振膜晶圓頂部和底部分別制作第二絕緣層和第三絕緣層；
[0017]步驟S13，刻蝕所述振膜晶圓，在所述振膜晶圓頂部刻蝕出聲腔、第一連接孔和透氣孔；
[0018]步驟S2，制作背板晶圓，包括:
[0019]步驟S21，提供包括依次層疊設(shè)置的背板層、第四絕緣層和基座，從而形成具有SOI結(jié)構(gòu)的背板晶圓；
[0020]步驟S22，熱氧化所述背板晶圓，在所述背板晶圓頂部制作第五絕緣層，在所述背板晶圓底部制作半導(dǎo)體氧化硅應(yīng)力平衡層；
[0021]步驟S23，刻蝕所述背板晶圓，在所述背板晶圓頂部刻蝕出第一連接孔、透氣孔、防粘凸起和多個貫穿背板層的聲學(xué)孔；
[0022]步驟S3，將所述振膜晶圓的第二絕緣層和所述背板晶圓的第五絕緣層健合固定，所述振膜晶圓上的聲腔與所述背板晶圓上的聲學(xué)孔相連通，所述振膜晶圓上的第一連接孔與所述背板晶圓上的第一連接孔相連通，所述振膜晶圓上的透氣孔與所述背板晶圓上的透氣孔相連通；
[0023]步驟S4,對所述背板晶圓進(jìn)行刻蝕，在所述背板晶圓底部蝕刻形成直達(dá)所述背板層的背腔；
[0024]步驟S5，對所述振膜晶圓進(jìn)行晶元減薄，將所述第三絕緣層全部清除；
[0025]步驟S6，對所述振膜晶圓進(jìn)行刻蝕，以使所述第一連接孔和透氣孔貫穿所述振膜晶圓，且在所述振膜晶圓頂部蝕刻形成第二連接孔和直達(dá)所述振膜層的前腔；
[0026]步驟S8，在所述第一連接孔和第二連接孔內(nèi)分別蝕刻形成兩個連接盤；
[0027]步驟S9，對上述兩個連接盤進(jìn)行金屬化，以形成位于第一連接孔內(nèi)的第一電極和位于第二連接孔內(nèi)的第二電極；
[0028]步驟S10，完成所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制作。
[0029]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述第一、第二、第三、第四和第五絕緣層為半導(dǎo)體氧化硅絕緣材料層，所述振膜層和背板層為多晶硅摻雜或單晶硅摻雜導(dǎo)電材料層，所述基座為硅材料層。
[0030]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的MEMS麥克風(fēng)振膜無透氣孔使得MEMS麥克風(fēng)具有高聲壓特性，并且由于振膜的低應(yīng)力使MEMS麥克風(fēng)具有高靈敏度特性。該方法生產(chǎn)的MEMS麥克風(fēng)制作工藝流程簡單、工藝成本低、易于批量化生產(chǎn)。
【【附圖說明】】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0032]圖1是本發(fā)明提供的微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)一較佳實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2是圖1所示微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)的仰視圖。
[0034]圖3是圖1所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)的俯視圖。
[0035]圖4是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中準(zhǔn)備振膜晶圓的示意圖。
[0036]圖5是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中振膜晶圓制作熱氧化層的示意圖。
[0037]圖6是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中刻蝕振膜晶圓結(jié)構(gòu)的示意。
[0038]圖7是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中準(zhǔn)備背板晶圓的示意圖。
[0039]圖8是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中背板晶圓制作熱氧化層的示意圖。
[0040]圖9是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中刻蝕背板晶圓結(jié)構(gòu)的示意。
[0041]圖10是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中振膜晶圓片和背板晶圓片健合示意圖。
[0042]圖11是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中刻蝕背腔示意圖。
[0043]圖12是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中減薄和刻蝕振膜示意圖。
[0044]圖13是本發(fā)明微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)制造方法中金屬化連接盤示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0045]下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0046]本發(fā)明公開了一種微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)，請同時參閱圖1、圖2和圖3，圖1是本發(fā)明提供的微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)一較佳實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1所示微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)的仰視圖，圖3是圖1所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)的俯視圖。所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)I包括振膜11和與該振膜11間隔設(shè)置以形成一聲傳感電容結(jié)構(gòu)的背板12，所述振膜11和背板12之間形成一聲腔10，所述背板12上設(shè)有多個連通所述聲腔10的聲學(xué)通孔100，所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)I還包括一用于支撐所述聲傳感電容結(jié)構(gòu)的基座13，所述基座13底部設(shè)有半導(dǎo)體氧化硅應(yīng)力平衡層14。所述半導(dǎo)體氧化硅應(yīng)力平衡層14提高了所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)I制作工藝的一致性和性能的一致性。
[0047]所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)I還包括前腔15和背腔16，所述前腔15設(shè)置在所述振膜11頂部，所述背腔16設(shè)置在所述背板12底部。
[0048]所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)I還包括保護(hù)層17、第一結(jié)構(gòu)層18a、第二結(jié)構(gòu)層18b、第三結(jié)構(gòu)層18c，所述保護(hù)層17和第一結(jié)構(gòu)層18a依次層疊設(shè)置于所述振膜11頂部，所述第二結(jié)構(gòu)層18b設(shè)置于所述振膜11和背板12之間，所述第三結(jié)構(gòu)層18c設(shè)置于所述背板12與所述基座13之間。
[0049]所述第一 18a、第二 18b、和第三結(jié)構(gòu)層18c由半導(dǎo)體氧化硅絕緣層材料制成，所述振膜11和背板12由多晶硅摻雜或單晶硅摻雜導(dǎo)電材料制成，所述基座13由硅材料制成。
[0050]所述振膜11與背板12之間還設(shè)有固定于所述背板12上且用于防止振膜11與背板12電導(dǎo)通的防粘凸起181。
[0051]所述防粘凸起181由半導(dǎo)體氧化娃絕緣材料制成。
[0052]所述微型機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)還設(shè)有貫穿所述保護(hù)層17、第一結(jié)構(gòu)層18a、振膜11、以及第二結(jié)構(gòu)層18b的第一連接孔191和貫穿所述保護(hù)層17以及第一結(jié)構(gòu)層18a的第二連接孔193，所述第一連接孔191和