專利名稱：一種基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微型麥克風制備方法，尤其是一種基于硅硅鍵合工藝的微型麥克 風制備方法。
背景技術：
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)技術是幾年來高速發(fā)展的一項高新 技術，與傳統(tǒng)對應器件相比，MEMS器件在體積、功耗、重量等方面都具有十分明顯的優(yōu)勢， 而且其采用先進的半導體制造工藝，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 克風等都已經(jīng)實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，在相應的市場上都占有了一定的份額。硅麥克風耐高溫、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、國家安全等相關領域應用將更加廣泛。從麥克風 市場的預測和發(fā)展來看，硅麥克風成為傳統(tǒng)駐極體麥克風的替代產(chǎn)品已經(jīng)毋庸置疑，它提 供了令聲學工程師相當滿意的相似的甚至更好的聲學性能。硅麥克風在幾年以后將會成為 麥克風市場上的主要產(chǎn)品。為了開發(fā)出高靈敏度和寬帶寬的麥克風，高性能振膜的制作至關重要，振膜制作 面臨的一個主要問題就是振膜應力的控制?，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力，殘余應力對微型硅麥克風的性能有較大影響， 大的殘余應力能大幅度降低麥克風的靈敏度，壓應力還能減小麥克風的耐壓能力，嚴重時 能使得麥克風無法正常工作。另外，背極板的制作也至關重要，剛性背極是硅麥克風有良好 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，重復性不是很好；另外一種是通過結構調(diào)整，如制作自由膜或 紋膜結構，但這種結構的制作會導致工藝復雜度的增加，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 結構調(diào)整來提高背極板的剛性，但也是要增加工藝的復雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種基于硅硅鍵合工藝的微型 麥克風制備方法，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)明提供的技術方案，所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法包括 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，所述背極板對應于生長氧化層的表面與連接板上對應于生長有氧化層的表 面相接觸，背極板與連接板通過對應的氧化層鍵合固定；c、對上述背極板進行刻蝕，使氧化層上方相對應背極板的厚度為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，并在基板上凹設有安裝槽；f、在基板對應于設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，背極板上對應于生長有絕緣鍵合層表面與基板對應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、刻蝕上述基板對應于設有背 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電多晶硅或絕緣材料與金屬材料的復合層。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構示意圖。圖17為基板上刻蝕出聲腔后的結構示意圖。圖18為刻蝕絕緣支撐層后的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的微型麥克風制備方法，主要利用硅硅鍵合的工藝，形成電容式的微型麥 克風。所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風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的結構分別如圖1和圖2所示；b、將背極板2上對應于生長有氧化層4的表面放置在連接板1上對應于生長有氧 化層4的表面，背極板2與連接板1通過對應的氧化層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鍵合固定后的結構如圖3所示；c、對上述背極板2進行刻蝕，并雙面拋光，使氧化層4上方相對應背極板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；當絕緣鍵合層11 為二氧化硅時，只需要對背極板2進行氧化就可得到；背極板2上生長絕緣鍵合層11后的 結構如圖5所示；e、提供基板3，并在基板3上凹設有安裝槽12 ；通過對基板3進行光刻，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，其結構如圖6所示；f、在基板3對應于設置安裝槽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對應的表面進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對應設置安裝槽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為導電多晶硅或絕緣材料與金屬材料的復合層；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對應于設置安裝槽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作為電容式麥克風的下極板；i、將背極板2上對應于生長有絕緣鍵合層11表面放置在基板3對應于生長有絕
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對應于設置絕緣鍵合層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的兩個極板，振膜5與背極板2間對應于安裝 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 容式麥克風的結構上沒有功能性作用，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 雜性；聲孔8為方形時，制作簡單，但是會引起應力集中問題，也會影響麥克風的性能；0、刻蝕上述基板3對應于設有背極板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結構，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，形成一種復合結 構。如圖18所示為本發(fā)明制備方法得到的微型麥克風結構，使用時，所述振膜5及背 極板2上相對應的電極7分別與對應的外部接線端連接；當有聲音進入聲孔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形成電容式結構，當振膜5發(fā)生對應 的形變后，通過檢測麥克風的外部接線端相應的輸出信號，能夠得到對應的聲音信號。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。采用硅硅鍵合技術制備的硅麥克風，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，成品率高，芯片尺寸小，適合于批量生產(chǎn)。
權利要求
一種基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，其特征是，所述微型麥克風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)對應于生長氧化層(4)的表面與連接板(1)上對應于生長有氧化層(4)的表面相接觸，背極板(2)與連接板(1)通過對應的氧化層(4)鍵合固定；(c)、對上述背極板(2)進行刻蝕，使氧化層(4)上方相對應背極板(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)上凹設有安裝槽(12)；(f)、在基板(3)對應于設置安裝槽(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)上對應于生長有絕緣鍵合層(11)表面與基板(3)對應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)對應于設有背極板(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)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，其特征是所述氧 化層(4)為二氧化硅。
3.根據(jù)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，其特征是所述連 接板(1)的材料為單晶硅。
4.根據(jù)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，其特征是所述電 極(7)的材料為鋁、鎘或金。
5.根據(jù)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，其特征是所述振 膜(5)的材料為導電多晶硅或絕緣材料與金屬材料的復合層。
6.根據(jù)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，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)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，其特征是所述絕 緣鍵合層(11)為二氧化硅。
8.根據(jù)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，其特征是所述聲 孔(8)形狀為圓形、方形或橢圓形。
9.根據(jù)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，其特征是所述振 膜(5)、背極板(2)分別與對應的電極(7)電性連接。
10.根據(jù)權利要求1所述基于硅硅鍵合工藝的微型麥克風制備方法，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、刻蝕上述基板對應于設有背極板的另一端，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:無錫芯感智半導體有限公司