專(zhuān)利名稱(chēng)：一種采用共晶鍵合與soi硅片的mems硅麥克風(fēng)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MEMS硅麥克風(fēng)及其制備方法，尤其是一種采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)及其制備方法，屬于硅麥克風(fēng)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
麥克風(fēng)能把人的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)，電腦，電話機(jī)， 照相機(jī)及攝像機(jī)等。傳統(tǒng)的駐極體電容式麥克風(fēng)采用特氟龍作為振動(dòng)薄膜，不能承受在印刷電路板回流焊接工藝近300度的高溫，從而只能與集成電路的組裝分開(kāi)，單獨(dú)手工裝配， 大大增加了生產(chǎn)成本。近三十年的MEMS (Microelectromechanical Systems)技術(shù)與工藝的發(fā)展,特別是基于硅芯片MEMS技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了許多傳感器(如壓力傳感器，加速度計(jì)，陀螺儀等)的微型化和低成本。MEMS硅麥克風(fēng)已開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化，在高端手機(jī)的應(yīng)用上，逐漸取代傳統(tǒng)的駐極體電容式麥克風(fēng)。MEMS麥克風(fēng)主要還是采用電容式的原理，由一個(gè)振動(dòng)薄膜和背極板組成，振動(dòng)薄膜與背極板之間有一個(gè)幾微米的間距，形成電容結(jié)構(gòu)。高靈敏的振動(dòng)薄膜感受到外部的音頻聲壓信號(hào)后，改變振動(dòng)薄膜與背極板間的距離，從而形成電容變化。MEMS麥克風(fēng)后接 CMOS放大器把電容變化轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)的變化,再放大后變成電輸出。人的語(yǔ)音聲壓信號(hào)非常微弱，振動(dòng)薄膜必須非常靈敏。振動(dòng)膜通常采用常規(guī)的半導(dǎo)體加工工藝一淀積得到，材料可采用多種或多層材料得到(比如摻雜多晶硅，金屬與氮化硅復(fù)合膜等)。由于材料的熱膨脹系數(shù)不同和高溫工藝，制備后的振動(dòng)薄膜會(huì)有不同程度的殘留應(yīng)力，大大影響了振動(dòng)薄膜的靈敏度。所以，用多晶硅作為振動(dòng)薄膜時(shí)，在制備后一般會(huì)采用附加退火工藝，來(lái)調(diào)節(jié)殘留應(yīng)力降到最低；若用氮化硅作為振動(dòng)薄膜，在制備時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體間的比例來(lái)降低殘留應(yīng)力。但采用這種方法對(duì)減小殘余應(yīng)力的效果不大，而且重復(fù)性不好，實(shí)現(xiàn)也較為復(fù)雜。另外，也可以采用改變振動(dòng)薄膜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，把一般的平板型振動(dòng)薄膜改為紋膜，浮膜，或在振動(dòng)薄膜上切割微小的槽，從而達(dá)到減少殘留應(yīng)力、增加靈敏度的目的。但改變振動(dòng)薄膜結(jié)構(gòu)的方法會(huì)造成制備工藝復(fù)雜化，增加成本，降低良率。背極板除了與振動(dòng)薄膜形成電容以外，還具有控制麥克風(fēng)的頻帶，降低聲學(xué)噪聲等功能。它需要具有一定的剛度，不會(huì)因外部的振動(dòng)或聲壓而形變。除此以外，一般的設(shè)計(jì)還需在背極板上制備數(shù)百至上千個(gè)直徑為幾微米的穿孔，用來(lái)調(diào)節(jié)麥克風(fēng)的頻帶和降低聲
學(xué)噪聲。

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，提供一種采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)及其制備方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制備方便，提高電容式硅麥克風(fēng)的良率與靈敏度。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述米用共晶鍵合與SOI娃片的MEMS娃麥克風(fēng),包括背極板及位于所述背極板下方的振膜體；所述背極板與振膜體通過(guò)共晶鍵合連接；所述振膜體包括SOI硅基，所述SOI硅基包括振動(dòng)薄膜，所述SOI硅基內(nèi)的中心區(qū)刻蝕有深坑， 所述深坑從SOI硅基對(duì)應(yīng)形成振動(dòng)薄膜另一側(cè)的表面延伸到振動(dòng)薄膜；所述背極板內(nèi)設(shè)有貫通背極板的分離槽，背極板通過(guò)分離槽形成相分離的第一極板區(qū)域及第二極板區(qū)域; 所述第二極板區(qū)域內(nèi)設(shè)有若干貫通第二極板區(qū)域的聲孔，所述聲孔與下方的深坑相對(duì)應(yīng)分布；第二極板區(qū)域?qū)?yīng)設(shè)置聲孔且鄰近振動(dòng)薄膜的區(qū)域表面與振動(dòng)薄膜間具有氣隙；所述第一極板區(qū)域?qū)?yīng)于遠(yuǎn)離振動(dòng)薄膜的表面設(shè)有第一金屬焊盤(pán)，所述第一金屬焊盤(pán)與第一極板區(qū)域歐姆接觸，并與振動(dòng)薄膜電連接；第二極板區(qū)域?qū)?yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)薄膜的表面設(shè)有第二金屬焊盤(pán)，所述第二金屬焊盤(pán)與第二極板區(qū)域歐姆接觸，且第二極板區(qū)域?qū)?yīng)的背極板通過(guò)絕緣介質(zhì)層與振動(dòng)薄膜絕緣隔離。所述振動(dòng)薄膜對(duì)應(yīng)鄰近背極板的表面淀積有第二電連接金屬，所述第二電連接金屬與振動(dòng)薄膜歐姆接觸；背極板對(duì)應(yīng)鄰近振動(dòng)薄膜的表面淀積有第一電連接金屬，所述第一電連接金屬同時(shí)覆蓋第一極板區(qū)域、第二極板區(qū)域?qū)?yīng)的表面，第一電連接金屬與第一極板區(qū)域歐姆接觸，且第一電連接金屬通過(guò)絕緣介質(zhì)層與第二極板區(qū)域絕緣隔離；背極板通過(guò)第一電連接金屬及第二電連接金屬與振膜體共晶鍵合連接。所述背極板的材料包括硅，SOI硅基對(duì)應(yīng)形成振動(dòng)薄膜的下方設(shè)有埋氧層及支撐層，所述埋氧層與振動(dòng)薄膜分別形成于支撐層上。所述聲孔的孔徑為40 μ πΓ ΟΟ μ m。所述背極板的厚度為20(Γ400 μ m,振膜體的厚度為250 450 μ m。一種采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)制備方法，所述MEMS硅麥克風(fēng)制備方法包括如下步驟
a、提供背極板，并在所述背極板一側(cè)的中心區(qū)刻蝕有淺坑；
b、在上述背極板對(duì)應(yīng)的表面均形成絕緣介質(zhì)層，且所述絕緣介質(zhì)層覆蓋淺坑對(duì)應(yīng)的表
面；
C、選擇性地掩蔽和刻蝕背極板對(duì)應(yīng)形成淺坑一側(cè)表面的絕緣介質(zhì)層，得到所需的第一接觸孔及位于淺坑內(nèi)的第一定位孔，所述第一接觸孔與第一定位孔均從絕緣介質(zhì)層的表面延伸到背極板；
d、選擇性地掩蔽和刻蝕背極板對(duì)應(yīng)形成淺坑另一側(cè)表面的絕緣介質(zhì)層，得到所需的第二接觸孔、第二定位孔、第三定位孔及第三接觸孔，所述第二接觸孔、第二定位孔、第三定位孔及第三接觸孔均從絕緣介質(zhì)層的表面延伸到背極板，第二接觸孔與第一接觸孔相對(duì)應(yīng)分布；
e、采用剝離技術(shù)，在上述背極板對(duì)應(yīng)形成淺坑的表面形成所需的第一電連接金屬，并在另一側(cè)表面形成金屬焊盤(pán)層；所述第一電連接金屬層填充在第一接觸孔內(nèi)，并與背極板歐姆接觸；金屬焊盤(pán)層填充在第二接觸孔及第三接觸孔內(nèi)，并與背極板歐姆接觸；
f、濕法刻蝕上述背極板，在上述第二定位孔對(duì)應(yīng)區(qū)域刻蝕形成貫通背極板的分離槽， 使得背極板分離形成第一極板區(qū)域及第二極板區(qū)域，并形成位于第一極板區(qū)域上的第一金屬焊盤(pán)及位于第二極板區(qū)域上的第二金屬焊盤(pán)；且在第三定位孔與第一定位孔對(duì)應(yīng)的區(qū)域刻蝕形成貫通背極板的若干聲孔；
g、提供振膜體，所述振膜體包括SOI硅基，所述SOI硅基包括振動(dòng)薄膜；
h、在上述SOI硅基對(duì)應(yīng)的表面形成掩膜層；
i、選擇性地掩蔽和刻蝕所述掩膜層，并利用濕法刻蝕所述SOI硅基的支撐層，得到所需貫通支撐層的坑區(qū)；
j、再次利用濕法刻蝕上述SOI硅基，去除上述掩膜層及SOI硅基內(nèi)相應(yīng)的埋氧層，得到與坑區(qū)相對(duì)應(yīng)的深坑；
k、采用剝離技術(shù)，在振動(dòng)薄膜的表面形成所需第二電連接金屬；
I、背極板通過(guò)第一電連接金屬與振動(dòng)薄膜上的第二電連接金屬共晶鍵合，使得背極板與振膜體對(duì)應(yīng)連接后形成所需的硅麥克風(fēng)。所述第一電連接金屬與第二電連接金屬的材料包括Al-Ge、Au-Ge或Au。所述淺坑的深度為2 4μ m。所述第一金屬焊盤(pán)與第二金屬焊盤(pán)的材料包括鋁或金。所述絕緣介質(zhì)層與掩膜層均為氧化硅層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)背極板與振膜體形成電容式的硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)；背極板上設(shè)置分離槽及若干聲孔，通過(guò)分離槽將背極板分離形成第一極板區(qū)域與第二極板區(qū)域，第一極板區(qū)域上的第一金屬焊盤(pán)通過(guò)與第一電連接金屬、第二電連接金屬對(duì)應(yīng)配合后將振膜體上的振動(dòng)薄膜的電信號(hào)向外引出，第二極板區(qū)域上的第二金屬焊盤(pán)能夠?qū)⒈硺O板作為電容的另一極的電信號(hào)向外引出，便于后續(xù)采用倒裝焊工藝的封裝；聲孔的直徑設(shè)計(jì)為50微米左右， 使用兩面同時(shí)濕法腐蝕工藝，節(jié)約了加工時(shí)間及生產(chǎn)成本，減小了麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)尺寸；降低了因定位而引起的產(chǎn)品失效的風(fēng)險(xiǎn)；振動(dòng)薄膜由絕緣體上硅片的器件層擔(dān)當(dāng)，簡(jiǎn)化了制作工藝且降低了振動(dòng)薄膜的應(yīng)力、提高了產(chǎn)品的一致性及良率；絕緣介質(zhì)層保證了共晶鍵合后電容兩極的電絕緣；制作工藝簡(jiǎn)單、靈敏度高、一致性好且生產(chǎn)良率高，該麥克風(fēng)可使用倒裝焊工藝和ASIC封裝為一體，且能使用SMT工藝進(jìn)行后續(xù)印刷電路板貼裝，方便可靠。


圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1對(duì)應(yīng)的俯視圖。圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4 14為本發(fā)明具體工藝步驟實(shí)施剖視圖，其中
圖4為本發(fā)明背極板上得到淺坑后的剖視圖。圖5為本發(fā)明背極板上得到絕緣介質(zhì)層后的剖視圖。圖6為本發(fā)明刻蝕得到第一接觸孔與第一定位孔后的剖視圖。圖7為本發(fā)明刻蝕得到第二接觸孔、第三接觸孔、第二定位孔及第三定位孔后的 首1J視圖。圖8為本發(fā)明形成第一電連接金屬與金屬焊盤(pán)層后的剖視圖。圖9為本發(fā)明刻蝕得到分離槽及聲孔后的剖視圖。圖10為本發(fā)明SOI硅基上形成掩膜層后的剖視圖。圖11為本發(fā)明刻蝕形成坑區(qū)后的剖視圖。
圖12為本發(fā)明刻蝕形成深坑后的剖視圖。圖13為本發(fā)明形成第二電連接金屬后的剖視圖。圖14為本發(fā)明通過(guò)共晶鍵合形成硅麥克風(fēng)后的剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖廣圖14所示本發(fā)明包括背極板I、分離槽2、氣隙3、絕緣介質(zhì)層4、第一金屬焊盤(pán)5、第二金屬焊盤(pán)6、聲孔7、第一電連接金屬8、第二電連接金屬9、振膜體10、振動(dòng)薄膜11、埋氧層12、支撐層13、深坑14、第一極板區(qū)域15、第二極板區(qū)域16、第一接觸孔17、第一定位孔18、第二接觸孔19、第二定位孔20、第三接觸孔21、掩膜層22、淺坑23、第三定位孔24及坑區(qū)25。如圖I、圖2、圖3和圖14所示本發(fā)明的MEMS硅麥克風(fēng)包括背極板I及位于所述背極板I下方的振膜體10 ;所述背極板I與振膜體10通過(guò)共晶鍵合連接；所述振膜體10包括SOI硅基，所述SOI硅基包括振動(dòng)薄膜11，所述SOI硅基內(nèi)的中心區(qū)刻蝕有深坑14，所述深坑14從SOI硅基對(duì)應(yīng)形成振動(dòng)薄膜11另一側(cè)的表面延伸到振動(dòng)薄膜11 ;所述背極板I 內(nèi)設(shè)有貫通背極板I的分離槽2，背極板I通過(guò)分離槽2形成相分離的第一極板區(qū)域15及第二極板區(qū)域16。所述第二極板區(qū)域16內(nèi)設(shè)有若干貫通第二極板區(qū)域16的聲孔7，所述聲孔7與下方的深坑14相對(duì)應(yīng)分布；第二極板區(qū)域16對(duì)應(yīng)設(shè)置聲孔7且鄰近振動(dòng)薄膜11的區(qū)域表面與振動(dòng)薄膜11間具有氣隙3 ;所述第一極板區(qū)域15對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)離振動(dòng)薄膜11的表面設(shè)有第一金屬焊盤(pán)5，所述第一金屬焊盤(pán)5與第一極板區(qū)域15歐姆接觸，并與振動(dòng)薄膜11電連接；第二極板區(qū)域16對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)薄膜11的表面設(shè)有第二金屬焊盤(pán)6，所述第二金屬焊盤(pán) 6與第二極板區(qū)域16歐姆接觸，且第二極板區(qū)域16對(duì)應(yīng)的背極板I通過(guò)絕緣介質(zhì)層4與振動(dòng)薄膜11絕緣隔離。具體地，所述振動(dòng)薄膜11對(duì)應(yīng)鄰近背極板I的表面淀積有第二電連接金屬9，所述第二電連接金屬9與振動(dòng)薄膜11歐姆接觸；背極板I對(duì)應(yīng)鄰近振動(dòng)薄膜11的表面淀積有第一電連接金屬8,所述第一電連接金屬8同時(shí)覆蓋第一極板區(qū)域15、第二極板區(qū)域16對(duì)應(yīng)的表面，第一電連接金屬8與第一極板區(qū)域15歐姆接觸，且第一電連接金屬8通過(guò)絕緣介質(zhì)層4與第二極板區(qū)域16絕緣隔離；背極板I通過(guò)第一電連接金屬8及第二電連接金屬 9與振膜體10共晶鍵合連接。第一電連接金屬8通過(guò)第一極板區(qū)域15與第一金屬焊盤(pán)5電連接，從而能使得硅麥克風(fēng)的兩個(gè)電容電極位于同一平面上；由于第一電連接金屬8通過(guò)第二電連接金屬9與振動(dòng)薄膜11電連接，從而第一金屬焊盤(pán)5能與振動(dòng)薄膜11電連接,從而第一金屬焊盤(pán)5能作為振膜體10的引出電極；第二金屬焊盤(pán)6與第二極板區(qū)域16電連接，從而第二金屬焊盤(pán)6作為背極板I的引出電極。第一金屬焊盤(pán)5與第二金屬焊盤(pán)6再通過(guò)引線鍵合或倒裝焊工藝可與外部CMOS電路連接。聲孔7的孔徑為40 μ πΓ ΟΟ μ m，一般將聲孔7的孔徑取為50 μ m，背極板I的材料為硅，背極板I的厚度為300 μ m,聲孔7的大小、數(shù)量、位置以及分離槽2的結(jié)構(gòu)都可以按需要進(jìn)行設(shè)定，以能夠得到所需的帶寬與較低的聲學(xué)噪音為準(zhǔn)。所述振膜體10由絕緣體上硅片(SOI硅基)加工而成，所述SOI硅基包括支撐層13、位于支撐層13上的埋氧層12及位于所述埋氧層12上的振動(dòng)薄膜11 ;振動(dòng)薄膜11為 SOI硅基的器件層。所述振動(dòng)薄膜11具有較好的導(dǎo)電性，作為電容的一極。為形成所需結(jié)構(gòu)的振動(dòng)薄膜11，對(duì)SOI硅基進(jìn)行刻蝕，刻蝕得到貫通支撐體13及埋氧層12的深坑14。貫通支撐體13的坑采用濕法刻蝕硅工藝刻蝕，貫通埋氧層12的坑采用濕法刻蝕氧化硅工藝刻蝕。第二電連接金屬9與第一電連接金屬8采用剝離技術(shù)形成，第一電連接金屬8與第二電連接金屬9均為可進(jìn)行共晶鍵合的金屬，且共熔溫度高于300°C，如A1-Ge、Au-Ge、Au
坐寸ο如圖Γ14所示上述結(jié)構(gòu)的MEMS硅麥克風(fēng)，可以通過(guò)下述工藝步驟實(shí)現(xiàn)
a、提供背極板1，并在所述背極板I一側(cè)的中心區(qū)刻蝕有淺坑23 ；
如圖4所示所述背極板I的材料為硅，背極板I具有良好的導(dǎo)電性能，背極板I作為硅麥克風(fēng)的一極，背極板I的厚度為300 μ m ;通過(guò)RIE (反應(yīng)性離子刻蝕，Reactive Ion Etching)刻蝕在背極板I上得到淺坑23，所述淺坑23的深度為2. 5^3 μ m，通過(guò)淺坑23能夠提供背極板I與振動(dòng)薄膜11間的氣隙3 ；
b、在上述背極板I對(duì)應(yīng)的表面均形成絕緣介質(zhì)層4，且所述絕緣介質(zhì)層4覆蓋淺坑23 對(duì)應(yīng)的表面；
如圖5所示所述絕緣介質(zhì)層4為二氧化硅，所述絕緣介質(zhì)層4通過(guò)熱氧化得到，絕緣介質(zhì)層4覆蓋在背極板I相應(yīng)的表面上，同時(shí)對(duì)應(yīng)形成淺坑23表面上也形成絕緣介質(zhì)層4， 通過(guò)絕緣介質(zhì)層4能夠使得背極板I與振動(dòng)薄膜11間的隔離絕緣；同時(shí)，絕緣介質(zhì)層4能夠作為濕法腐蝕聲孔的掩膜層；
C、選擇性地掩蔽和刻蝕背極板I對(duì)應(yīng)形成淺坑23 —側(cè)表面的絕緣介質(zhì)層4，得到所需的第一接觸孔17及位于淺坑23內(nèi)的第一定位孔18，所述第一接觸孔17與第一定位孔18 均從絕緣介質(zhì)層4的表面延伸到背極板I ;
如圖6所示所述第一接觸孔17與第一定位孔18均從絕緣介質(zhì)層4表面延伸到背極板I上，同時(shí)沒(méi)有刻蝕的絕緣介質(zhì)層4依然會(huì)保留在背極板I上；通過(guò)第一接觸孔17能夠使得第一電連接金屬8與背極板I歐姆接觸，通過(guò)第一定位孔18能夠用于形成聲孔7及分離槽2 ;所述刻蝕也是采用RIE刻蝕方法；
d、選擇性地掩蔽和刻蝕背極板I對(duì)應(yīng)形成淺坑23另一側(cè)表面的絕緣介質(zhì)層4，得到所需的第二接觸孔19、第二定位孔20、第三定位孔24及第三接觸孔21，所述第二接觸孔19、 第二定位孔20、第三定位孔24及第三接觸孔21均從絕緣介質(zhì)層4的表面延伸到背極板1， 第二接觸孔19與第一接觸孔17相對(duì)應(yīng)分布；
如圖7所示為了能夠使得第一金屬焊盤(pán)5及第二金屬焊盤(pán)6與背極板I歐姆接觸，采用RIE刻蝕方法，選擇性地掩蔽和刻蝕絕緣介質(zhì)層4，能同時(shí)得到第二接觸孔19、第二定位孔20、第三定位孔24及第三接觸孔21，第二接觸孔19位于第一接觸孔17的正上方，第二接觸孔19及第三接觸孔21均位于淺坑23的外圈；當(dāng)形成第二接觸孔19及第三接觸孔21 后，金屬焊盤(pán)材料能夠填充在第二接觸孔19及第三接觸孔21內(nèi)；第二定位孔20與第三定位孔24均位于淺坑23的正上方，并與淺坑23內(nèi)的第一定位孔18相對(duì)應(yīng)；因此，在使用硅濕法刻蝕時(shí)，通過(guò)第一定位孔18、第二定位孔20及第三定位孔24的對(duì)應(yīng)配合，能夠形成所需的分離槽2及聲孔7;
e、采用剝離技術(shù)，在上述背極板I對(duì)應(yīng)形成淺坑23的表面形成所需的第一電連接金屬8，并在另一側(cè)表面形成金屬焊盤(pán)層；所述第一電連接金屬層8填充在第一接觸孔17內(nèi)，并與背極板I歐姆接觸；金屬焊盤(pán)層填充在第二接觸孔19及第三接觸孔21內(nèi)，并與背極板I 歐姆接觸；
如圖8所示蒸鍍或?yàn)R射所需的金屬材料，然后通過(guò)剝離技術(shù)，能夠得到所需的第一電連接金屬8及金屬焊盤(pán)層，第一電連接金屬8覆蓋在背極板I 一端對(duì)應(yīng)形成淺坑23外的絕緣介質(zhì)層4表面，并填充在第一接觸孔17內(nèi)，從而能形成第一電連接金屬8與背極板I的歐姆接觸；金屬焊盤(pán)層分別填充第二接觸孔19及第三接觸孔21內(nèi)并覆蓋在相應(yīng)的絕緣介質(zhì)層4上；金屬焊盤(pán)層的材料一般為鋁或金，第一電連接金屬8的材料為能夠形成共晶鍵合所需的材料；金屬焊盤(pán)層的厚度為廣2 μ m ;
f、濕法刻蝕上述背極板I，在上述第二定位孔20與第一定位孔18對(duì)應(yīng)區(qū)域刻蝕形成貫通背極板I的分離槽2，使得背極板I分離形成第一極板區(qū)域15及第二極板區(qū)域16，并形成位于第一極板區(qū)域15上的第一金屬焊盤(pán)5及位于第二極板區(qū)域16上的第二金屬焊盤(pán) 6 ;且在第三定位孔24與第一定位孔18對(duì)應(yīng)的區(qū)域刻蝕形成貫通背極板I的若干聲孔7 ；
如圖9所示為了能夠形成分離槽2及聲孔7，需要對(duì)背極板I兩面同時(shí)濕法腐蝕，所述濕法腐蝕的溶液為T(mén)MAH (氫氧化四甲銨，Tetramethy lammonium Hydroxide, TMAH)或KOH (氫氧化鉀);兩面同時(shí)腐蝕時(shí)，能夠減少腐蝕時(shí)間，且能減小麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)尺寸，從而能節(jié)約成本；濕法腐蝕得到分離槽2后，能夠使得背極板I形成第一極板區(qū)域15與第二極板區(qū)域 16,金屬焊盤(pán)層分離形成第一金屬焊盤(pán)5及第二金屬焊盤(pán)6,第一金屬焊盤(pán)5位于第一極板區(qū)域15上，第二金屬焊盤(pán)6位于第二極板區(qū)域16上；同時(shí)，形成的聲孔7位于第二極板區(qū)域16內(nèi)，刻蝕形成分離槽2及聲孔7時(shí)，相應(yīng)的絕緣介質(zhì)層4作為腐蝕的掩膜層；
g、提供振膜體10，所述振膜體10包括SOI硅基，所述SOI硅基包括振動(dòng)薄膜11；
所述振膜體10采用SOI硅基，SOI硅基包括支撐層13、埋氧層12及振動(dòng)薄膜11 ;當(dāng)
采用SOI硅基后，在刻蝕形成深坑14過(guò)程中，采用KOH溶液濕法腐蝕時(shí)，能夠腐蝕到埋氧層 12停止，便于精確控制刻蝕得到深坑14的深度；采用SOI硅基也能夠提高硅麥克風(fēng)的靈敏度；
h、在上述SOI硅基對(duì)應(yīng)的表面形成掩膜層22；
如圖10所示所述掩膜層22為氧化硅，掩膜層22通過(guò)對(duì)SOI硅基熱氧化得到；S0I硅基的厚度為350 μ m，振動(dòng)薄膜11的厚度為2 3 μ m ;
i、選擇性地掩蔽和刻蝕所述掩膜層22，并利用濕法刻蝕所述SOI硅基的支撐層13，得到所需貫通支撐層13的坑區(qū)25 ；
如圖11所示利用RIE刻蝕將SOI硅基對(duì)應(yīng)形成振動(dòng)薄膜11另一側(cè)表面的掩膜層22 刻蝕，去除中心區(qū)的掩膜層22 ;利用SOI硅基上保留的掩膜層22作為遮擋層，對(duì)SOI硅基進(jìn)行濕法腐蝕，所述濕法腐蝕的液體為KOH ;濕法刻蝕后，能夠?qū)⒖訁^(qū)25從SOI硅基的表面刻蝕延伸到埋氧層12 ;此時(shí)，濕法刻蝕時(shí)，是對(duì)支撐層13進(jìn)行硅濕法腐蝕；所述坑區(qū)25與需要得到的深坑14相對(duì)應(yīng)；
j、再次利用濕法刻蝕上述SOI硅基，去除上述掩膜層22及SOI硅基內(nèi)相應(yīng)的埋氧層 12，得到與坑區(qū)25相對(duì)應(yīng)的深坑14 ；
如圖12所示再次濕法刻蝕時(shí)，為對(duì)氧化硅進(jìn)行的刻蝕；對(duì)埋氧層12進(jìn)行濕法刻蝕后，能夠得到所需的深坑14，深坑14刻蝕到振動(dòng)薄膜11為止；由于埋氧層12與掩膜層22均為氧化硅，因此SOI硅基表面的掩膜層22能夠同時(shí)去除，去除振動(dòng)薄膜11表面的掩膜層 22后，能夠?qū)⒄駝?dòng)薄膜12作為電容的另一極引出；
k、采用剝離技術(shù)，在振動(dòng)薄膜11的表面形成所需第二電連接金屬9 ；
為了能夠?qū)崿F(xiàn)共晶鍵合且將振動(dòng)薄膜11向外引出，通過(guò)剝離技術(shù)在振動(dòng)薄膜11表面形成第二電連接金屬9，所述第二電連接金屬9與振動(dòng)薄膜11歐姆接觸；第二電連接金屬9 與第一電連接金屬8使得背極板I能與振膜體10共晶鍵合成一體；
I、背極板I通過(guò)第一電連接金屬8與振動(dòng)薄膜11上的第二電連接金屬9共晶鍵合，使得背極板I與振膜體10對(duì)應(yīng)連接后形成所需的硅麥克風(fēng)。在實(shí)際操作時(shí)，為了方便背極板I與振膜體10連接鍵合，在制備工藝中，形成分離槽2時(shí)，第一極板區(qū)域15與第二極板區(qū)域16保持一定連接，從而能夠使得第一極板區(qū)域15 與第二極板區(qū)域16同時(shí)通過(guò)共晶鍵合與振膜體10連接為一體；在劃片時(shí)，再將分離槽2內(nèi)對(duì)應(yīng)連接第一極板區(qū)域15與第二極板區(qū)域16的部分去掉，使得背極板I形成相互分離的第一極板區(qū)域15與第二極板區(qū)域16，確保作為硅麥克風(fēng)的兩個(gè)電極部分作用。為了能夠形成所需的硅麥克風(fēng)，需要將背極板I與振膜體10連接在一起；連接時(shí)， 通過(guò)第一電連接金屬8與第二電連接金屬9共晶鍵合后達(dá)到所需的連接；同時(shí)第一電連接金屬8與第二電連接金屬9電連接后，能夠達(dá)到第一金屬焊盤(pán)5與振動(dòng)薄膜11的電連接， 同時(shí)第二金屬焊盤(pán)6與第二極板區(qū)域16歐姆接觸，第二極板區(qū)域16通過(guò)絕緣介質(zhì)層4與第一電連接金屬8、第二電連接金屬9及振動(dòng)薄膜11絕緣隔離，因此能夠在同一平面上形成所需硅麥克風(fēng)的兩個(gè)電極，能方便與外部CMOS信號(hào)放大電路連接。如圖f圖14所示使用時(shí)，將第一金屬焊盤(pán)5、第二金屬焊盤(pán)6通過(guò)引線鍵合或倒裝焊工藝與外部CMOS放大電路相連。工作時(shí)，振動(dòng)薄膜11與背極板硅基I間形成電容結(jié)構(gòu)；當(dāng)外部有聲音從深坑14進(jìn)入時(shí)，進(jìn)入的聲音會(huì)對(duì)振動(dòng)薄膜11產(chǎn)生作用力，振動(dòng)薄膜 11的表面受到作用力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的形變。當(dāng)振動(dòng)薄膜11發(fā)生形變時(shí)，振動(dòng)薄膜11與背極板硅基I間形成的電容結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)變化，通過(guò)外接CMOS信號(hào)放大電路可檢測(cè)對(duì)應(yīng)的聲音信號(hào)。本發(fā)明背極板I與振膜體10形成電容式的硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)；背極板I上設(shè)置分離槽 2及若干聲孔7，通過(guò)分離槽2將背極板I分離形成第一極板區(qū)域15與第二極板區(qū)域16， 第一極板區(qū)域15上的第一金屬焊盤(pán)5通過(guò)與第一電連接金屬8、第二電連接金屬9對(duì)應(yīng)配合后將振膜體10上的振動(dòng)薄膜11的信號(hào)向外引出，第二極板區(qū)域16上的第二金屬焊盤(pán)6 能夠?qū)⒈硺O板I作為電容的另一極向外引出，便于后續(xù)采用倒裝焊工藝的封裝；聲孔7的直徑設(shè)計(jì)為50微米左右，使用兩面同時(shí)濕法腐蝕工藝，節(jié)約了加工時(shí)間及生產(chǎn)成本，減小了麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)尺寸；降低了因定位而引起的產(chǎn)品失效的風(fēng)險(xiǎn)；振動(dòng)薄膜11由絕緣體上硅片的器件層擔(dān)當(dāng)，簡(jiǎn)化了制作工藝且降低了振動(dòng)薄膜11的應(yīng)力、提高了產(chǎn)品的一致性及良率；絕緣介質(zhì)層4保證了共晶鍵合后電容兩極的電絕緣；制作工藝簡(jiǎn)單、靈敏度高、一致性好且生產(chǎn)良率高，該麥克風(fēng)可使用倒裝焊工藝和ASIC封裝為一體，且能使用SMT (表面貼裝技術(shù)，Surface Mounted Technology)工藝進(jìn)行后續(xù)印刷電路板貼裝,方便可靠。
權(quán)利要求
1.一種米用共晶鍵合與SOI娃片的MEMS娃麥克風(fēng),包括背極板(I)及位于所述背極板(I)下方的振膜體(10);其特征是所述背極板(I)與振膜體(10)通過(guò)共晶鍵合連接；所述振膜體(10)包括SOI硅基，所述SOI硅基包括振動(dòng)薄膜(11)，所述SOI硅基內(nèi)的中心區(qū)刻蝕有深坑(14)，所述深坑(14)從SOI硅基對(duì)應(yīng)形成振動(dòng)薄膜(11)另一側(cè)的表面延伸到振動(dòng)薄膜(11);所述背極板(I)內(nèi)設(shè)有貫通背極板(I)的分離槽(2)，背極板(I)通過(guò)分離槽(2)形成相分離的第一極板區(qū)域(15)及第二極板區(qū)域(16);所述第二極板區(qū)域(16)內(nèi)設(shè)有若干貫通第二極板區(qū)域(16)的聲孔(7)，所述聲孔(7)與下方的深坑(14)相對(duì)應(yīng)分布； 第二極板區(qū)域(16)對(duì)應(yīng)設(shè)置聲孔(7)且鄰近振動(dòng)薄膜(11)的區(qū)域表面與振動(dòng)薄膜(11)間具有氣隙(3);所述第一極板區(qū)域(15)對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)離振動(dòng)薄膜(11)的表面設(shè)有第一金屬焊盤(pán)(5)，所述第一金屬焊盤(pán)(5)與第一極板區(qū)域(15)歐姆接觸，并與振動(dòng)薄膜(11)電連接；第二極板區(qū)域(16)對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)薄膜(11)的表面設(shè)有第二金屬焊盤(pán)(6)，所述第二金屬焊盤(pán)(6)與第二極板區(qū)域(16)歐姆接觸，且第二極板區(qū)域(16)對(duì)應(yīng)的背極板(I)通過(guò)絕緣介質(zhì)層(4 )與振動(dòng)薄膜(11)絕緣隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)，其特征是所述振動(dòng)薄膜(11)對(duì)應(yīng)鄰近背極板(I)的表面淀積有第二電連接金屬(9)，所述第二電連接金屬(9 )與振動(dòng)薄膜(11)歐姆接觸；背極板(I)對(duì)應(yīng)鄰近振動(dòng)薄膜(11)的表面淀積有第一電連接金屬(8)，所述第一電連接金屬(8)同時(shí)覆蓋第一極板區(qū)域(15)、第二極板區(qū)域(16)對(duì)應(yīng)的表面，第一電連接金屬(8)與第一極板區(qū)域(15)歐姆接觸，且第一電連接金屬(8)通過(guò)絕緣介質(zhì)層(4)與第二極板區(qū)域(16)絕緣隔離；背極板(I)通過(guò)第一電連接金屬(8)及第二電連接金屬(9)與振膜體(10)共晶鍵合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)，其特征是所述背極板(I)的材料包括硅，SOI硅基對(duì)應(yīng)形成振動(dòng)薄膜(11)的下方設(shè)有埋氧層(12)及支撐層(13)，所述埋氧層(12)與振動(dòng)薄膜(11)分別形成于支撐層(13)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)，其特征是所述聲孔(7)的孔徑為40μπΓ 00μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)，其特征是所述背極板(I)的厚度為20(Γ400μπι，振膜體(10)的厚度為250^450 μ m0
6.一種采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)制備方法，其特征是，所述MEMS硅麥克風(fēng)制備方法包括如下步驟(a)、提供背極板(1)，并在所述背極板(I)一側(cè)的中心區(qū)刻蝕有淺坑(23);(b)、在上述背極板(I)對(duì)應(yīng)的表面均形成絕緣介質(zhì)層(4)，且所述絕緣介質(zhì)層(4)覆蓋淺坑(23)對(duì)應(yīng)的表面；(C)、選擇性地掩蔽和刻蝕背極板(I)對(duì)應(yīng)形成淺坑(23) —側(cè)表面的絕緣介質(zhì)層(4)， 得到所需的第一接觸孔(17)及位于淺坑(23)內(nèi)的第一定位孔(18)，所述第一接觸孔(17) 與第一定位孔(18)均從絕緣介質(zhì)層(4)的表面延伸到背極板(I)；(d)、選擇性地掩蔽和刻蝕背極板(I)對(duì)應(yīng)形成淺坑(23)另一側(cè)表面的絕緣介質(zhì)層(4)，得到所需的第二接觸孔(19)、第二定位孔(20)、第三定位孔(24)及第三接觸孔(21)， 所述第二接觸孔(19)、第二定位孔(20)、第三定位孔(24)及第三接觸孔(21)均從絕緣介質(zhì)層(4)的表面延伸到背極板(1)，第二接觸孔(19)與第一接觸孔(17)相對(duì)應(yīng)分布；(e)、采用剝離技術(shù)，在上述背極板(I)對(duì)應(yīng)形成淺坑(23)的表面形成所需的第一電連接金屬(8)，并在另一側(cè)表面形成金屬焊盤(pán)層；所述第一電連接金屬層(8)填充在第一接觸孔(17)內(nèi)，并與背極板(I)歐姆接觸；金屬焊盤(pán)層填充在第二接觸孔(19)及第三接觸孔(21)內(nèi)，并與背極板(I)歐姆接觸；(f)、濕法刻蝕上述背極板(I)，在上述第二定位孔(20 )對(duì)應(yīng)區(qū)域刻蝕形成貫通背極板(I)的分離槽(2)，使得背極板(I)分離形成第一極板區(qū)域(15)及第二極板區(qū)域(16)，并形成位于第一極板區(qū)域(15)上的第一金屬焊盤(pán)(5)及位于第二極板區(qū)域(16)上的第二金屬焊盤(pán)(6);且在第三定位孔(24)與第一定位孔(18)對(duì)應(yīng)的區(qū)域刻蝕形成貫通背極板(I)的若干聲孔(7)；(g)、提供振膜體(10)，所述振膜體(10)包括SOI硅基，所述SOI硅基包括振動(dòng)薄膜(II)；(h)、在上述SOI硅基對(duì)應(yīng)的表面形成掩膜層(22)；(i)、選擇性地掩蔽和刻蝕所述掩膜層(22)，并利用濕法刻蝕所述SOI硅基的支撐層(13)，得到所需貫通支撐層(13)的坑區(qū)(25)；(j)、再次利用濕法刻蝕上述SOI硅基，去除上述掩膜層(22)及SOI硅基內(nèi)相應(yīng)的埋氧層(12)，得到與坑區(qū)(25)相對(duì)應(yīng)的深坑(14)；(k)、采用剝離技術(shù)，在振動(dòng)薄膜(11)的表面形成所需第二電連接金屬(9)；(I)、背極板(I)通過(guò)第一電連接金屬(8)和第二電連接金屬(9)與振動(dòng)薄膜(11)共晶鍵合，使得背極板(I)與振膜體(10)對(duì)應(yīng)連接后形成所需的硅麥克風(fēng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述第一電連接金屬(8)與第二電連接金屬(9)的材料包括Al-Ge、Au-Ge或Au。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述淺坑(23)的深度為2 4μπι。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述第一金屬焊盤(pán)(5)與第二金屬焊盤(pán)(6)的材料包括鋁或金。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)制備方法，其特征是所述絕緣介質(zhì)層(4)與掩膜層(22)均為氧化硅層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用共晶鍵合與SOI硅片的MEMS硅麥克風(fēng)及其制備方法，其包括背極板及振膜體；背極板與振膜體通過(guò)共晶鍵合連接；振膜體包括SOI硅基，SOI硅基包括振動(dòng)薄膜，SOI硅基內(nèi)刻蝕有深坑；背極板內(nèi)設(shè)有貫通背極板的分離槽，形成相分離的第一極板區(qū)域及第二極板區(qū)域；第二極板區(qū)域內(nèi)設(shè)有若干貫通第二極板區(qū)域的聲孔，聲孔與下方的深坑相對(duì)應(yīng)分布；第二極板區(qū)域?qū)?yīng)設(shè)置聲孔且鄰近振動(dòng)薄膜的區(qū)域表面與振動(dòng)薄膜間具有氣隙；第一極板區(qū)域上設(shè)有第一金屬焊盤(pán)；第二極板區(qū)域?qū)?yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)薄膜的表面設(shè)有第二金屬焊盤(pán)，第二極板區(qū)域?qū)?yīng)的背極板通過(guò)絕緣介質(zhì)層與振動(dòng)薄膜絕緣隔離。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制備方便，提高電容式硅麥克風(fēng)的良率與靈敏度。
文檔編號(hào)H04R19/04GK102611975SQ20121001907
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者繆建民 申請(qǐng)人:繆建民