一种基于硅硅键合工艺的微型麦克风制备方法 技术领域 本发明涉及一种微型麦克风制备方法， 尤其是一种基于硅硅键合工艺的微型麦克 风制备方法。
背景技术 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 技术是几年来高速发展的一项高新 技术， 与传统对应器件相比， MEMS 器件在体积、 功耗、 重量等方面都具有十分明显的优势， 而且其采用先进的半导体制造工艺， 可以实现 MEMS 器件的批量制造， 能极好的控制生产成 本， 提高器件的一致性。对于目前的 MEMS 产品， 加速度计、 压力传感器、 陀螺仪、 微镜、 硅麦 克风等都已经实现了批量生产， 在相应的市场上都占有了一定的份额。
硅麦克风耐高温、 耗电量小以及体积小等特点， 使得它在移动电话、 助听器、 笔记 本电脑、 PDA、 摄像机等视听产品以及国防、 国家安全等相关领域应用将更加广泛。 从麦克风 市场的预测和发展来看， 硅麦克风成为传统驻极体麦克风的替代产品已经毋庸置疑， 它提
供了令声学工程师相当满意的相似的甚至更好的声学性能。 硅麦克风在几年以后将会成为 麦克风市场上的主要产品。
为了开发出高灵敏度和宽带宽的麦克风， 高性能振膜的制作至关重要， 振膜制作 面临的一个主要问题就是振膜应力的控制。现有薄膜的制作主要采用淀积的方法得到， 通 过淀积得到的振膜会存在较大的残余应力， 残余应力对微型硅麦克风的性能有较大影响， 大的残余应力能大幅度降低麦克风的灵敏度， 压应力还能减小麦克风的耐压能力， 严重时 能使得麦克风无法正常工作。 另外， 背极板的制作也至关重要， 刚性背极是硅麦克风有良好 频率特性和低噪声的前提条件。
目前改善振膜残余应力通常有两种方法， 一是通过附加工艺， 用退火的方式， 这种 方式对工艺的控制要求极高， 重复性不是很好 ； 另外一种是通过结构调整， 如制作自由膜或 纹膜结构， 但这种结构的制作会导致工艺复杂度的增加， 可能需要添加多步工艺， 来控制振 膜。 而实现刚性背极也是麦克风制作过程中的一大难点， 目前也是有两种主要方法来解决， 一是制作厚背极， 但是通过常规的淀积工艺很难得到需要的厚背极 ； 还有一种方法是通过 结构调整来提高背极板的刚性， 但也是要增加工艺的复杂度。 发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足， 提供一种基于硅硅键合工艺的微型 麦克风制备方法， 其灵敏度高、 噪声低、 频带宽、 成品率高， 制备工艺简单。
按照本发明提供的技术方案， 所述基于硅硅键合工艺的微型麦克风制备方法包括 如下步骤 ：
a、 提供连接板与背极板， 所述连接板与背极板上均生长有氧化层 ； b、 将背极板放 置在连接板上， 所述背极板对应于生长氧化层的表面与连接板上对应于生长有氧化层的表 面相接触， 背极板与连接板通过对应的氧化层键合固定 ； c、 对上述背极板进行刻蚀， 使氧化层上方相对应背极板的厚度为 4 ～ 10μm ； d、 在厚度为 4 ～ 10μm 的背极板上生长有绝缘 键合层 ； e、 提供基板， 并在基板上凹设有安装槽 ； f、 在基板对应于设置安装槽的表面及安 装槽的内周面上均生长有绝缘支撑层 ； g、 在基板对应于生长有绝缘支撑层的表面上淀积 振膜 ； h、 选择性的掩蔽和刻蚀所述振膜， 得到位于安装槽内的振膜 ； i、 将背极板放置在基 板上， 背极板上对应于生长有绝缘键合层表面与基板对应于生长有绝缘支撑层的表面相接 触， 背极板与基板利用绝缘键合层与绝缘支撑层相键合固定 ； j、 刻蚀基板上方的连接板与 氧化层， 去除背极板上方的连接板与氧化层 ； k、 选择性的掩蔽和刻蚀背极板， 在背极板上 得到下电极孔， 所述下电极孔与安装槽相连通， 且对应于振膜的一端 ； l、 在上述背极板上淀 积电极层， 所述电极层覆盖在背极板的表面， 并填充在下电极孔的底部 ； m、 选择性的掩蔽和 刻蚀电极层， 得到位于背极板与振膜上的电极 ； n、 刻蚀振膜上方的背极板， 得到位于背极板 上的若干声孔， 所述声孔位于振膜上方， 并与安装槽相连通 ； o、 刻蚀上述基板对应于设有背 极板的另一端， 得到位于振膜下方的声腔 ； p、 刻蚀振膜下方的绝缘支撑层， 使振膜与声腔相 连。
所述氧化层为二氧化硅。 所述连接板的材料为单晶硅。 所述电极的材料为铝、 镉或 金。所述振膜的材料为导电多晶硅或绝缘材料与金属材料的复合层。所述绝缘支撑层为二 氧化硅或氮化硅。所述绝缘键合层为二氧化硅。所述声孔形状为圆形、 方形或椭圆形。所 述振膜、 背极板分别与对应的电极电性连接。所述背极板为掺杂的单晶硅。
本发明的优点 ： 所述背极板为掺杂的单晶硅， 通过对应的硅片减薄工艺， 背极板的 厚度可控， 能够满足较强的刚性要求。 所述电极的材料范围更广， 不需要考虑抗氢氟酸腐蚀 的问题， 去除了材料释放工艺， 避免了因释放而产生的粘连问题。 成品率高， 工艺实现简单， 能够满足小尺寸的要求。 附图说明
图 1 ～图 18 为本发明具体实施工艺步骤的示意图， 其中 ： 图 1 为本发明连接板的结构示意图。 图 2 为本发明背极板的结构示意图。 图 3 为连接板与背极板相键合固定后的结构示意图。 图 4 为对背极板减薄后的结构示意图。 图 5 为背极板上生长绝缘键合层后的结构示意图。 图 6 为本发明基板的结构示意图。 图 7 为基板上生长绝缘支撑层后的结构示意图。 图 8 为基板上淀积振膜后的结构示意图。 图 9 为刻蚀振膜后的结构示意图。 图 10 为背极板与基板相键合固定后的结构示意图。 图 11 为刻蚀连接板后的结构示意图。 图 12 为刻蚀氧化层后的结构示意图。 图 13 为背极板上得到下电极孔后的结构示意图。 图 14 为背极板上淀积电极层后的结构示意图。 图 15 为得到电极后的结构示意图。图 16 为背极板上得到声孔后的结构示意图。 图 17 为基板上刻蚀出声腔后的结构示意图。 图 18 为刻蚀绝缘支撑层后的结构示意图。具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的微型麦克风制备方法， 主要利用硅硅键合的工艺， 形成电容式的微型麦 克风。
所述基于硅硅键合工艺的微型麦克风制备方法包括如下步骤 ：
a、 提供连接板 1 与背极板 2， 所述连接板 1 与背极板 2 上均生长有氧化层 4 ； 所述 连接板 1 为单晶硅， 背极板 2 的材料为掺杂的单晶硅 ； 氧化层 4 为二氧化硅， 连接板 1 与背 极板 2 利用对应的氧化层 4 相键合固定 ； 连接板 1 主要用于背极板 2 的减薄工艺的可靠性 ； 连接板 1 与背极板 2 的结构分别如图 1 和图 2 所示 ；
b、 将背极板 2 上对应于生长有氧化层 4 的表面放置在连接板 1 上对应于生长有氧 化层 4 的表面， 背极板 2 与连接板 1 通过对应的氧化层 4 键合固定 ； 连接板 1 与背极板 2 利 用硅硅键合， 可靠性高 ； 连接板 1 与背极板 2 键合固定后的结构如图 3 所示 ； c、 对上述背极板 2 进行刻蚀， 并双面抛光， 使氧化层 4 上方相对应背极板 2 的厚度 为 4 ～ 10μm， 如图 4 所示 ；
d、 在厚度为 4 ～ 10μm 的背极板 2 上生长有绝缘键合层 11， 所述绝缘键合层 11 为 二氧化硅或氮化硅， 背极板 2 利用绝缘键合层 11 与基板 3 相键合与绝缘 ； 当绝缘键合层 11 为二氧化硅时， 只需要对背极板 2 进行氧化就可得到 ； 背极板 2 上生长绝缘键合层 11 后的 结构如图 5 所示 ；
e、 提供基板 3， 并在基板 3 上凹设有安装槽 12 ； 通过对基板 3 进行光刻， 得到安装 槽 12 ； 所述安装槽 12 的腔体可以作为电容式麦克风的上极板与下极板间的间隙 ； 安装槽 12 的刻蚀深度， 决定了电容式麦克风的上、 下极板间的间隙， 所述间隙的大小能直接影响硅 麦克风的灵敏度、 噪声、 可靠性等性能 ； 通过在基板 3 上光刻得到安装槽 12， 避免了需要通 过填充牺牲层材料的方法形成电容间隙， 不会引起振膜 5 与背极板 2 间的粘连问题， 提高了 成品率， 工艺操作简单 ； 所述基板 3 为单晶硅， 其结构如图 6 所示 ；
f、 在基板 3 对应于设置安装槽 12 的表面及安装槽 12 的内周面上均生长有绝缘支 撑层 13， 如图 7 所示 ；
所述绝缘支撑层 13 为二氧化硅， 通过将基板 3 对应的表面进行氧化就能够得到绝 缘支撑层 13， 绝缘支撑层 13 可以作为基板 3 的键合层 ；
g、 在基板 3 对应于生长有绝缘支撑层 13 的表面上淀积振膜 5， 如图 8 所示 ；
所述振膜 5 覆盖在基板 3 对应设置安装槽 12 的表面， 所述安装槽 12 的内壁生也 覆盖有振膜 5 ； 振膜 5 为导电多晶硅或绝缘材料与金属材料的复合层 ；
h、 选择性的掩蔽和刻蚀所述振膜 5， 得到位于安装槽 12 内的振膜 5， 如图 9 所示 ；
选择性的掩蔽和刻蚀振膜 5， 去除基板 3 对应于设置安装槽 12 表面的振膜 5， 同时 保留安装槽 12 内的振膜 5 ； 安装槽 12 的振膜 5 作为电容式麦克风的下极板 ；
i、 将背极板 2 上对应于生长有绝缘键合层 11 表面放置在基板 3 对应于生长有绝
缘支撑层 13 的表面， 背极板 2 与基板 3 利用绝缘键合层 11 与绝缘支撑层 13 相键合固定， 如图 10 所示 ；
所述背极板 2 利用绝缘键合层 11 与基板 3 上的绝缘支撑层 13 硅硅键合固定， 基 板 2 对应于设置绝缘键合层 11 的表面位于安装槽 12 的槽口， 将安装槽 12 的槽口封闭 ； 所 述背极板 2 与振膜 5 分别形成电容式麦克风的两个极板， 振膜 5 与背极板 2 间对应于安装 槽 12 的间隙， 作为电容式极板间的间隙 ；
j、 刻蚀基板 3 上方的连接板 1 与氧化层 4， 去除背极板 2 上方的连接板 1 与氧化层 4， 如图 11 和图 12 所示 ；
所述连接板 1 的作用仅仅是为了提高背极板 2 的减薄工艺与抛光质量， 在形成电 容式麦克风的结构上没有功能性作用， 因此可以将连接板 1 腐蚀掉 ； 连接板 1 可以采用湿法 腐蚀， 腐蚀到氧化层 4 为止 ； 接着对背极板 2 上的氧化层 4 进行腐蚀， 将背极板 2 上方的氧 化层 4 全部去除掉， 使背极板 2 对应于与基板 3 相连的另一端表面全部露出 ；
k、 选择性的掩蔽和刻蚀背极板 2， 在背极板 2 上得到下电极孔 6， 所述下电极孔 6 与安装槽 12 相连通， 且对应于振膜 5 的一端， 如图 13 所示 ；
所述下电极孔 6 从背极板 2 的表面延伸到振膜 5 的一端， 通过下电极孔 6 能够在 振膜 5 上形成电极 7 ； l、 在上述背极板 2 上淀积电极层 15， 所述电极层 15 覆盖在背极板 2 的表面， 并填 充在下电极孔 6 的底部， 如图 14 所示 ；
所述电极层 15 可以选用常用的镉、 金等金属， 还可以选用铝等 IC 工艺常用的金 属；
m、 选择性的掩蔽和刻蚀电极层 15， 得到位于背极板 2 与振膜 5 上的电极 7， 如图 15 所示 ；
通过刻蚀电极层 15， 得到位于背极板 2 以及振膜 5 上的电极 7 ； 所述振膜 5 上的电 极 7 即是通过下电极孔 6 底部的电极层 15 获得 ； 所述电极 7 分别与背极板 2 与振膜 5 电性 连接 ；
n、 刻蚀振膜 5 上方的背极板 2， 得到位于背极板 2 上的若干声孔 8， 所述声孔 8 位 于振膜 5 上方， 并与安装槽 12 相连通， 如图 16 所示 ；
所述声孔 8 按振膜 5 的形状以阵列方式排列， 声孔 8 可以用于形成过滤一定频率 或一定频率范围的声学滤波器， 传播声压， 调节振膜 5 与背极板 2 之间的阻尼， 减小噪声， 声 孔 8 的形状可以为圆形， 方形， 椭圆形等任意形状， 不同形状的声孔， 具有不同的性能影响 ； 如声孔 8 为圆形时， 有利于释放空气压力， 更有效减小压膜阻尼， 但是会增加工艺制作的复 杂性 ； 声孔 8 为方形时， 制作简单， 但是会引起应力集中问题， 也会影响麦克风的性能 ；
o、 刻蚀上述基板 3 对应于设有背极板 2 的另一端， 得到位于振膜 5 下方的声腔 9， 如图 17 所示 ；
声腔 9 的大小直接影响麦克风的性能， 特别是低频特性 ； 在不影响芯片尺寸的前 提下， 尽量增大声腔 9 ； 声腔 9 的形状可以根据不同的工艺， 形成圆形或方形， 由于受振膜 5 形状及麦克风性能的影响， 声腔 9 的形状也需要根据振膜 5 的形状来设计 ；
p、 刻蚀振膜 5 下方的绝缘支撑层 13， 使振膜 5 与声腔 9 相连， 如图 18 所示。
通过对振膜 5 下方的绝缘支撑层 13 刻蚀， 释放出振膜 5 结构， 使振膜 5 的下端面
与声腔 9 相连， 振膜 5 作为声腔 9 的上端面 ； 也可以不刻蚀绝缘支撑层 13， 形成一种复合结 构。
如图 18 所示 ： 为本发明制备方法得到的微型麦克风结构， 使用时， 所述振膜 5 及背 极板 2 上相对应的电极 7 分别与对应的外部接线端连接 ； 当有声音进入声孔 8 或声腔 9 内 时， 声音会引起振膜 5 的形变。所述振膜 5 与背极板 2 形成电容式结构， 当振膜 5 发生对应 的形变后， 通过检测麦克风的外部接线端相应的输出信号， 能够得到对应的声音信号。
本发明所述背极板 2 为掺杂的单晶硅， 通过对应的硅片减薄工艺， 背极板 2 的厚度 可控， 能够满足较强的刚性要求。所述电极 7 的材料选用方便， 不需要考虑抗氢氟酸腐蚀的 问题， 去除了释放工艺， 避免了因释放而产生的粘连问题 ； 工艺操作简单 ； 成品率高， 工艺 实现简单， 能够满足小尺寸的要求。 采用硅硅键合技术制备的硅麦克风， 避免了常规的牺牲 层制备和释放工艺， 振膜 5 与背极板 2 间距可任意调整， 背极板 2 厚度可控， 不存在所谓的 软背极效应， 成品率高， 芯片尺寸小， 适合于批量生产。