專利名稱：一種基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型麥克風(fēng)制備方法，尤其是一種基于硅硅鍵合工藝的微型麥克 風(fēng)制備方法。
背景技術(shù)：
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)技術(shù)是幾年來高速發(fā)展的一項高新 技術(shù)，與傳統(tǒng)對應(yīng)器件相比，MEMS器件在體積、功耗、重量等方面都具有十分明顯的優(yōu)勢， 而且其采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝，可以實現(xiàn)MEMS器件的批量制造，能極好的控制生產(chǎn)成 本，提高器件的一致性。對于目前的MEMS產(chǎn)品，加速度計、壓力傳感器、陀螺儀、微鏡、硅麥 克風(fēng)等都已經(jīng)實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，在相應(yīng)的市場上都占有了一定的份額。硅麥克風(fēng)耐高溫、耗電量小以及體積小等特點，使得它在移動電話、助聽器、筆記 本電腦、PDA、攝像機等視聽產(chǎn)品以及國防、國家安全等相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用將更加廣泛。從麥克風(fēng) 市場的預(yù)測和發(fā)展來看，硅麥克風(fēng)成為傳統(tǒng)駐極體麥克風(fēng)的替代產(chǎn)品已經(jīng)毋庸置疑，它提 供了令聲學(xué)工程師相當(dāng)滿意的相似的甚至更好的聲學(xué)性能。硅麥克風(fēng)在幾年以后將會成為 麥克風(fēng)市場上的主要產(chǎn)品。為了開發(fā)出高靈敏度和寬帶寬的麥克風(fēng)，高性能振膜的制作至關(guān)重要，振膜制作 面臨的一個主要問題就是振膜應(yīng)力的控制?，F(xiàn)有薄膜的制作主要采用淀積的方法得到，通 過淀積得到的振膜會存在較大的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力對微型硅麥克風(fēng)的性能有較大影響， 大的殘余應(yīng)力能大幅度降低麥克風(fēng)的靈敏度，壓應(yīng)力還能減小麥克風(fēng)的耐壓能力，嚴(yán)重時 能使得麥克風(fēng)無法正常工作。另外，背極板的制作也至關(guān)重要，剛性背極是硅麥克風(fēng)有良好 頻率特性和低噪聲的前提條件。目前改善振膜殘余應(yīng)力通常有兩種方法，一是通過附加工藝，用退火的方式，這種 方式對工藝的控制要求極高，重復(fù)性不是很好；另外一種是通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，如制作自由膜或 紋膜結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)的制作會導(dǎo)致工藝復(fù)雜度的增加，可能需要添加多步工藝，來控制振 膜。而實現(xiàn)剛性背極也是麥克風(fēng)制作過程中的一大難點，目前也是有兩種主要方法來解決， 一是制作厚背極，但是通過常規(guī)的淀積工藝很難得到需要的厚背極；還有一種方法是通過 結(jié)構(gòu)調(diào)整來提高背極板的剛性，但也是要增加工藝的復(fù)雜度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于硅硅鍵合工藝的微型 麥克風(fēng)制備方法，其靈敏度高、噪聲低、頻帶寬、成品率高，制備工藝簡單。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法包括 如下步驟a、提供連接板與背極板，所述連接板與背極板上均生長有氧化層；b、將背極板放 置在連接板上，所述背極板對應(yīng)于生長氧化層的表面與連接板上對應(yīng)于生長有氧化層的表 面相接觸，背極板與連接板通過對應(yīng)的氧化層鍵合固定；c、對上述背極板進(jìn)行刻蝕，使氧化層上方相對應(yīng)背極板的厚度為4 10 y m ；d、在厚度為4 10 y m的背極板上生長有絕緣 鍵合層；e、提供基板，并在基板上凹設(shè)有安裝槽；f、在基板對應(yīng)于設(shè)置安裝槽的表面及安 裝槽的內(nèi)周面上均生長有絕緣支撐層；g、在基板對應(yīng)于生長有絕緣支撐層的表面上淀積 振膜；h、選擇性的掩蔽和刻蝕所述振膜，得到位于安裝槽內(nèi)的振膜；i、將背極板放置在基 板上，背極板上對應(yīng)于生長有絕緣鍵合層表面與基板對應(yīng)于生長有絕緣支撐層的表面相接 觸，背極板與基板利用絕緣鍵合層與絕緣支撐層相鍵合固定；j、刻蝕基板上方的連接板與 氧化層，去除背極板上方的連接板與氧化層；k、選擇性的掩蔽和刻蝕背極板，在背極板上 得到下電極孔，所述下電極孔與安裝槽相連通，且對應(yīng)于振膜的一端；1、在上述背極板上淀 積電極層，所述電極層覆蓋在背極板的表面，并填充在下電極孔的底部；m、選擇性的掩蔽和 刻蝕電極層，得到位于背極板與振膜上的電極；n、刻蝕振膜上方的背極板，得到位于背極板 上的若干聲孔，所述聲孔位于振膜上方，并與安裝槽相連通；0、刻蝕上述基板對應(yīng)于設(shè)有背 極板的另一端，得到位于振膜下方的聲腔；P、刻蝕振膜下方的絕緣支撐層，使振膜與聲腔相 連。所述氧化層為二氧化硅。所述連接板的材料為單晶硅。所述電極的材料為鋁、鎘或 金。所述振膜的材料為導(dǎo)電多晶硅或絕緣材料與金屬材料的復(fù)合層。所述絕緣支撐層為二 氧化硅或氮化硅。所述絕緣鍵合層為二氧化硅。所述聲孔形狀為圓形、方形或橢圓形。所 述振膜、背極板分別與對應(yīng)的電極電性連接。所述背極板為摻雜的單晶硅。本發(fā)明的優(yōu)點所述背極板為摻雜的單晶硅，通過對應(yīng)的硅片減薄工藝，背極板的 厚度可控，能夠滿足較強的剛性要求。所述電極的材料范圍更廣，不需要考慮抗氫氟酸腐蝕 的問題，去除了材料釋放工藝，避免了因釋放而產(chǎn)生的粘連問題。成品率高，工藝實現(xiàn)簡單， 能夠滿足小尺寸的要求。
圖16為背極板上得到聲孔后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖17為基板上刻蝕出聲腔后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖18為刻蝕絕緣支撐層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的微型麥克風(fēng)制備方法，主要利用硅硅鍵合的工藝，形成電容式的微型麥 克風(fēng)。所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法包括如下步驟a、提供連接板1與背極板2，所述連接板1與背極板2上均生長有氧化層4 ；所述 連接板1為單晶硅，背極板2的材料為摻雜的單晶硅；氧化層4為二氧化硅，連接板1與背 極板2利用對應(yīng)的氧化層4相鍵合固定；連接板1主要用于背極板2的減薄工藝的可靠性； 連接板1與背極板2的結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示；b、將背極板2上對應(yīng)于生長有氧化層4的表面放置在連接板1上對應(yīng)于生長有氧 化層4的表面，背極板2與連接板1通過對應(yīng)的氧化層4鍵合固定；連接板1與背極板2利 用硅硅鍵合，可靠性高；連接板1與背極板2鍵合固定后的結(jié)構(gòu)如圖3所示；c、對上述背極板2進(jìn)行刻蝕，并雙面拋光，使氧化層4上方相對應(yīng)背極板2的厚度 為4 lOiim，如圖4所示；d、在厚度為4 10 y m的背極板2上生長有絕緣鍵合層11，所述絕緣鍵合層11為 二氧化硅或氮化硅，背極板2利用絕緣鍵合層11與基板3相鍵合與絕緣；當(dāng)絕緣鍵合層11 為二氧化硅時，只需要對背極板2進(jìn)行氧化就可得到；背極板2上生長絕緣鍵合層11后的 結(jié)構(gòu)如圖5所示；e、提供基板3，并在基板3上凹設(shè)有安裝槽12 ；通過對基板3進(jìn)行光刻，得到安裝 槽12 ；所述安裝槽12的腔體可以作為電容式麥克風(fēng)的上極板與下極板間的間隙；安裝槽 12的刻蝕深度，決定了電容式麥克風(fēng)的上、下極板間的間隙，所述間隙的大小能直接影響硅 麥克風(fēng)的靈敏度、噪聲、可靠性等性能；通過在基板3上光刻得到安裝槽12，避免了需要通 過填充犧牲層材料的方法形成電容間隙，不會引起振膜5與背極板2間的粘連問題，提高了 成品率，工藝操作簡單；所述基板3為單晶硅，其結(jié)構(gòu)如圖6所示；f、在基板3對應(yīng)于設(shè)置安裝槽12的表面及安裝槽12的內(nèi)周面上均生長有絕緣支 撐層13，如圖7所示；所述絕緣支撐層13為二氧化硅，通過將基板3對應(yīng)的表面進(jìn)行氧化就能夠得到絕 緣支撐層13，絕緣支撐層13可以作為基板3的鍵合層；g、在基板3對應(yīng)于生長有絕緣支撐層13的表面上淀積振膜5，如圖8所示；所述振膜5覆蓋在基板3對應(yīng)設(shè)置安裝槽12的表面，所述安裝槽12的內(nèi)壁生也 覆蓋有振膜5 ；振膜5為導(dǎo)電多晶硅或絕緣材料與金屬材料的復(fù)合層；h、選擇性的掩蔽和刻蝕所述振膜5，得到位于安裝槽12內(nèi)的振膜5，如圖9所示；選擇性的掩蔽和刻蝕振膜5，去除基板3對應(yīng)于設(shè)置安裝槽12表面的振膜5，同時 保留安裝槽12內(nèi)的振膜5 ；安裝槽12的振膜5作為電容式麥克風(fēng)的下極板；i、將背極板2上對應(yīng)于生長有絕緣鍵合層11表面放置在基板3對應(yīng)于生長有絕
6緣支撐層13的表面，背極板2與基板3利用絕緣鍵合層11與絕緣支撐層13相鍵合固定， 如圖10所示；所述背極板2利用絕緣鍵合層11與基板3上的絕緣支撐層13硅硅鍵合固定，基 板2對應(yīng)于設(shè)置絕緣鍵合層11的表面位于安裝槽12的槽口，將安裝槽12的槽口封閉；所 述背極板2與振膜5分別形成電容式麥克風(fēng)的兩個極板，振膜5與背極板2間對應(yīng)于安裝 槽12的間隙，作為電容式極板間的間隙；j、刻蝕基板3上方的連接板1與氧化層4，去除背極板2上方的連接板1與氧化層 4，如圖11和圖12所示；所述連接板1的作用僅僅是為了提高背極板2的減薄工藝與拋光質(zhì)量，在形成電 容式麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)上沒有功能性作用，因此可以將連接板1腐蝕掉；連接板1可以采用濕法 腐蝕，腐蝕到氧化層4為止；接著對背極板2上的氧化層4進(jìn)行腐蝕，將背極板2上方的氧 化層4全部去除掉，使背極板2對應(yīng)于與基板3相連的另一端表面全部露出；k、選擇性的掩蔽和刻蝕背極板2，在背極板2上得到下電極孔6，所述下電極孔6 與安裝槽12相連通，且對應(yīng)于振膜5的一端，如圖13所示；所述下電極孔6從背極板2的表面延伸到振膜5的一端，通過下電極孔6能夠在 振膜5上形成電極7;1、在上述背極板2上淀積電極層15，所述電極層15覆蓋在背極板2的表面，并填 充在下電極孔6的底部，如圖14所示；所述電極層15可以選用常用的鎘、金等金屬，還可以選用鋁等IC工藝常用的金 屬；m、選擇性的掩蔽和刻蝕電極層15，得到位于背極板2與振膜5上的電極7，如圖15 所示；通過刻蝕電極層15，得到位于背極板2以及振膜5上的電極7 ；所述振膜5上的電 極7即是通過下電極孔6底部的電極層15獲得；所述電極7分別與背極板2與振膜5電性 連接；n、刻蝕振膜5上方的背極板2，得到位于背極板2上的若干聲孔8，所述聲孔8位 于振膜5上方，并與安裝槽12相連通，如圖16所示；所述聲孔8按振膜5的形狀以陣列方式排列，聲孔8可以用于形成過濾一定頻率 或一定頻率范圍的聲學(xué)濾波器，傳播聲壓，調(diào)節(jié)振膜5與背極板2之間的阻尼，減小噪聲，聲 孔8的形狀可以為圓形，方形，橢圓形等任意形狀，不同形狀的聲孔，具有不同的性能影響； 如聲孔8為圓形時，有利于釋放空氣壓力，更有效減小壓膜阻尼，但是會增加工藝制作的復(fù) 雜性；聲孔8為方形時，制作簡單，但是會引起應(yīng)力集中問題，也會影響麥克風(fēng)的性能；0、刻蝕上述基板3對應(yīng)于設(shè)有背極板2的另一端，得到位于振膜5下方的聲腔9， 如圖17所示；聲腔9的大小直接影響麥克風(fēng)的性能，特別是低頻特性；在不影響芯片尺寸的前 提下，盡量增大聲腔9 ；聲腔9的形狀可以根據(jù)不同的工藝，形成圓形或方形，由于受振膜5 形狀及麥克風(fēng)性能的影響，聲腔9的形狀也需要根據(jù)振膜5的形狀來設(shè)計；p、刻蝕振膜5下方的絕緣支撐層13，使振膜5與聲腔9相連，如圖18所示。通過對振膜5下方的絕緣支撐層13刻蝕，釋放出振膜5結(jié)構(gòu)，使振膜5的下端面
7與聲腔9相連，振膜5作為聲腔9的上端面；也可以不刻蝕絕緣支撐層13，形成一種復(fù)合結(jié) 構(gòu)。如圖18所示為本發(fā)明制備方法得到的微型麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)，使用時，所述振膜5及背 極板2上相對應(yīng)的電極7分別與對應(yīng)的外部接線端連接；當(dāng)有聲音進(jìn)入聲孔8或聲腔9內(nèi) 時，聲音會引起振膜5的形變。所述振膜5與背極板2形成電容式結(jié)構(gòu)，當(dāng)振膜5發(fā)生對應(yīng) 的形變后，通過檢測麥克風(fēng)的外部接線端相應(yīng)的輸出信號，能夠得到對應(yīng)的聲音信號。本發(fā)明所述背極板2為摻雜的單晶硅，通過對應(yīng)的硅片減薄工藝，背極板2的厚度 可控，能夠滿足較強的剛性要求。所述電極7的材料選用方便，不需要考慮抗氫氟酸腐蝕的 問題，去除了釋放工藝，避免了因釋放而產(chǎn)生的粘連問題；工藝操作簡單；成品率高，工藝 實現(xiàn)簡單，能夠滿足小尺寸的要求。采用硅硅鍵合技術(shù)制備的硅麥克風(fēng)，避免了常規(guī)的犧牲 層制備和釋放工藝，振膜5與背極板2間距可任意調(diào)整，背極板2厚度可控，不存在所謂的 軟背極效應(yīng)，成品率高，芯片尺寸小，適合于批量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
一種基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是，所述微型麥克風(fēng)的制備方法包括如下步驟(a)、提供連接板(1)與背極板(2)，所述連接板(1)與背極板(2)上均生長有氧化層(4)；(b)、將背極板(2)放置在連接板(1)上，所述背極板(2)對應(yīng)于生長氧化層(4)的表面與連接板(1)上對應(yīng)于生長有氧化層(4)的表面相接觸，背極板(2)與連接板(1)通過對應(yīng)的氧化層(4)鍵合固定；(c)、對上述背極板(2)進(jìn)行刻蝕，使氧化層(4)上方相對應(yīng)背極板(2)的厚度為4～10μm；(d)、在厚度為4～10μm的背極板(2)上生長有絕緣鍵合層(11)；(e)、提供基板(3)，并在基板(3)上凹設(shè)有安裝槽(12)；(f)、在基板(3)對應(yīng)于設(shè)置安裝槽(12)的表面及安裝槽(12)的內(nèi)周面上均生長有絕緣支撐層(13)；(g)、在基板(3)對應(yīng)于生長有絕緣支撐層(13)的表面上淀積振膜(5)；(h)、選擇性的掩蔽和刻蝕所述振膜(5)，得到位于安裝槽(12)內(nèi)的振膜(5)；(i)、將背極板(2)放置在基板(3)上，背極板(2)上對應(yīng)于生長有絕緣鍵合層(11)表面與基板(3)對應(yīng)于生長有絕緣支撐層(13)的表面相接觸，背極板(2)與基板(3)利用絕緣鍵合層(11)與絕緣支撐層(13)相鍵合固定；(j)、刻蝕基板(3)上方的連接板(1)與氧化層(4)，去除背極板(2)上方的連接板(1)與氧化層(4)；(k)、選擇性的掩蔽和刻蝕背極板(2)，在背極板(2)上得到下電極孔(6)，所述下電極孔(6)與安裝槽(12)相連通，且對應(yīng)于振膜(5)的一端；(l)、在上述背極板(2)上淀積電極層(15)，所述電極層(15)覆蓋在背極板(2)的表面，并填充在下電極孔(6)的底部；(m)、選擇性的掩蔽和刻蝕電極層(15)，得到位于背極板(2)與振膜(5)上的電極(7)；(n)、刻蝕振膜(5)上方的背極板(2)，得到位于背極板(2)上的若干聲孔(8)，所述聲孔(8)位于振膜(5)上方，并與安裝槽(12)相連通；(o)、刻蝕上述基板(3)對應(yīng)于設(shè)有背極板(2)的另一端，得到位于振膜(5)下方的聲腔(9)；(p)、刻蝕振膜(5)下方的絕緣支撐層(13)，使振膜(5)與聲腔(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述氧 化層(4)為二氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述連 接板(1)的材料為單晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述電 極(7)的材料為鋁、鎘或金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述振 膜(5)的材料為導(dǎo)電多晶硅或絕緣材料與金屬材料的復(fù)合層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述絕緣支撐層(13)為二氧化硅或氮化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述絕 緣鍵合層(11)為二氧化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述聲 孔(8)形狀為圓形、方形或橢圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述振 膜(5)、背極板(2)分別與對應(yīng)的電極(7)電性連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述背 極板(2)為摻雜的單晶硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風(fēng)制備方法，其包括如下步驟a、提供連接板與背極板；b、將背極板與連接板鍵合固定；c、對背極板進(jìn)行減薄；d、減薄后的背極板上生長絕緣鍵合層；e、提供基板；f、在基板上生長有絕緣支撐層；g、在基板淀積振膜；h、得到安裝槽內(nèi)的振膜；i、將背極板與基板鍵合固定；j、刻蝕基板上方的連接板與氧化層；k、在背極板上得到下電極孔；l、在上述背極板上淀積電極層；m、得到位于背極板與振膜上的電極；n、得到位于背極板上的若干聲孔；o、刻蝕上述基板對應(yīng)于設(shè)有背極板的另一端，得到位于振膜下方的聲腔。本發(fā)明靈敏度高、噪聲低、頻帶寬、成品率高，制備工藝簡單。
文檔編號H04R31/00GK101854578SQ20101019672
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者劉同慶, 沈紹群 申請人:無錫芯感智半導(dǎo)體有限公司