專利名稱：一種傳聲器芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅微電容傳聲器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改進(jìn)的傳聲器芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
硅微電容傳聲器由形成硅微電容的硅芯片部分和外圍電路部分組成，其中硅芯片部分由硅基片及其上的穿孔(聲學(xué)孔)背板、空氣隙、隔離層、振動(dòng)膜、金屬膜及金屬電極組成。通常的硅微電容傳聲器由于受制作方式的限制，一般空氣隙、隔離層、振動(dòng)膜均為方形的，如Micro Electro Mechanical Systems(MEMS)，1998 IEEE11th International Workshop p580-585，由P.-C.Hsu，C.H.Mastrangelo，andK.D.Wise所著的《A HIGH SENSITIVITY POLYSILICON DIAPHRAGM CONDENSERMICROPHONE》一文中所述的。在制作該硅微電容傳聲器時(shí)，從硅片背面的體刻蝕只能產(chǎn)生方形背板，之后用氫氟酸腐蝕，氫氟酸通過該方形背板上幾何尺度較小的聲學(xué)孔腐蝕二氧化硅層，進(jìn)行二氧化硅的犧牲層釋放，二氧化硅同時(shí)作為犧牲層和方形隔離層，腐蝕掉的中間的犧牲層部分形成空氣隙，釋放犧牲層后剩余的部分二氧化硅層作為方形隔離層。在氫氟酸腐蝕二氧化硅較慢的情況下幾乎不可能腐蝕出圓形空氣隙區(qū)域，而且過長時(shí)間的腐蝕將導(dǎo)致氮化硅振動(dòng)膜被破壞。這樣，在犧牲層和隔離層呈方形的情況下，振動(dòng)膜的應(yīng)力較大，尤其是在尖角處的應(yīng)力更大，產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)而導(dǎo)致傳聲器的靈敏度下降乃至?xí)r效破裂。采用上述制作工藝的話，即使制作圓形振動(dòng)膜，也必然與不規(guī)則(非圓形)空氣隙區(qū)域形成應(yīng)力集中的尖角。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有制作工藝制成的方形振動(dòng)膜在尖角處的應(yīng)力較大、因此導(dǎo)致傳聲器的靈敏度下降乃至?xí)r效破裂的缺陷，從而提供一種具有圓環(huán)形隔離層和圓形空氣隙的傳聲器芯片；并且分別使用兩種不同的薄膜材料作為圓環(huán)隔離層和圓形犧牲層的、具有高靈敏度的傳聲器芯片及其制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明提供的一種傳聲器芯片，包括一n-型硅基片1，在硅基片1的正面擴(kuò)散硼形成p+型攙雜層3，在p+型攙雜層3上面沉積二氧化硅，光刻、腐蝕成隔離層4，隔離層4上附著一層氮化硅做的振動(dòng)膜層6，振動(dòng)膜層6之上沉積金屬鋁膜，并光刻、腐蝕成圓形鋁膜9和方形鋁電極9；在硅基片1的背面有一層氮化硅保護(hù)膜10，從硅基片1的底面腐蝕出一梯形缺口，該梯形缺口的深度至p+型攙雜層3，在垂直于p+型攙雜層3的方向上腐蝕出聲學(xué)孔7形成穿孔背板，穿孔背板與氮化硅做的振動(dòng)膜層6之間為空氣隙8；其特征在于所述的隔離層4為圓環(huán)形，其厚度為0.5～5微米，內(nèi)徑為500～3000微米，徑向?qū)挾葹?0～300微米；所述的空氣隙8為圓形，其厚度為0.5～5微米，直徑比圓環(huán)形隔離層4的內(nèi)徑大1～10微米；振動(dòng)膜層6為圓形，其厚度為0.1～1微米，直徑500～3000微米。
所述的穿孔背板上腐蝕出的聲學(xué)孔排列呈陣列式，除孔以外部位為p+型攙雜層，硼擴(kuò)散深度為3～20微米。
所述的聲學(xué)孔7邊長為30～80微米，間隔為30～80微米。
所述的隔離層采用二氧化硅材料。
本發(fā)明提供的一種傳聲器芯片的制備方法，該方法包括以下步驟1取一n-型硅基片1經(jīng)過高溫氧化工藝生長一厚度為0.5～2微米的二氧化硅，光刻后利用氫氟酸腐蝕高溫二氧化硅制成掩膜；在硅片正面進(jìn)行深度硼擴(kuò)散，形成穿孔背板中除孔分布部位以外部位的p+型摻雜層3，硼擴(kuò)散深度為3～20微米；2用氫氟酸去除高溫二氧化硅掩膜，在硅片正面淀積厚度為0.5～6微米的低溫二氧化硅，光刻后用氫氟酸腐蝕出圓環(huán)形隔離層4圖形；再淀積出0.5～5微米的氧化鋅犧牲層5，光刻后用磷酸腐蝕出與圓環(huán)形隔離層4同心的圓形犧牲層5；在硅片雙面淀積厚度為0.1～1微米的氮化硅，在正面光刻后將氮化硅刻蝕成圓形振動(dòng)膜6，在背面光刻后刻蝕出正方形的體刻蝕保護(hù)膜10；3從硅片背面對(duì)硅基片1用氫氧化鉀進(jìn)行硅體刻蝕，當(dāng)氫氧化鉀腐蝕到p+型摻雜層3時(shí)，由于氫氧化鉀對(duì)未硼擴(kuò)散的穿孔區(qū)域的腐蝕速度遠(yuǎn)高于深度硼擴(kuò)散的穿孔背板區(qū)域，使穿孔背板孔分布部位被很快腐蝕掉，形成穿孔背板上的聲學(xué)孔7，該穿孔背板上腐蝕出的聲學(xué)孔呈陣列式排列；然后，氫氧化鉀通過穿孔進(jìn)一步到達(dá)圓形氧化鋅犧牲層5，將由氧化鋅構(gòu)成的犧牲層5腐蝕完，形成一與圓形氧化鋅犧牲層5形狀完全相同的圓形的空氣隙8；
4在硅片正面蒸鍍厚度為0.05-0.2微米的金屬鋁膜，并光刻、磷酸腐蝕出圓形鋁膜以及方形電極9。
所述的圓環(huán)形隔離層的內(nèi)徑為500-3000微米，徑向?qū)挾葹?0-300微米；所述圓形氧化鋅犧牲層的厚度為0.5-5微米，其直徑比圓環(huán)形隔離層圖形的內(nèi)徑大1～10微米，多出的部分將形成圓形褶皺環(huán)。
上述氧化、沉積、腐蝕、光刻均是采用常規(guī)工藝的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供的傳聲器芯片由兩種不同的金屬材料分別制成圓形的隔離層和犧牲層，在實(shí)現(xiàn)圓形結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了褶皺環(huán)的制作，減小了振動(dòng)膜的應(yīng)力，避免了時(shí)效破裂；大大提高了傳聲器靈敏度。
本發(fā)明提供的傳聲器芯片采用較易腐蝕的氧化鋅材料作為犧牲層材料代替原來在微機(jī)電領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的、較難腐蝕的二氧化硅材料，這樣可以將圓形的氧化鋅薄膜很快去除從而形成圓形的空氣隙區(qū)域，較快的腐蝕速度還減小了以往氫氟酸釋放二氧化硅犧牲層的同時(shí)對(duì)氮化硅振動(dòng)膜較強(qiáng)的腐蝕。
本發(fā)明提供的制備傳聲器芯片的方法，解決制成圓形結(jié)構(gòu)的氣隙層、隔離層和振動(dòng)膜的困難，為工業(yè)化生產(chǎn)傳聲器芯片提供一套簡(jiǎn)便易行的工藝。
圖面說明

圖1是在硅片正面進(jìn)行深度硼擴(kuò)散后形成的剖面示意2是淀積、光刻、腐蝕出圓環(huán)形隔離層、圓形犧牲層，淀積、光刻、刻蝕出圓形振動(dòng)膜、背面的正方形硅體刻蝕的掩膜后形成的剖面示意3是體刻蝕硅片、腐蝕聲學(xué)孔和犧牲層形成圓形氣隙層后形成的剖面示意4是淀積、光刻出圓形金屬鋁膜后，完成本發(fā)明傳聲器芯片的剖面示意5是傳聲器芯片的俯視6是傳聲器芯片的仰視7是傳聲器芯片制備方法的流程圖附圖標(biāo)識(shí)1、n-(100)硅片 2、高溫二氧化硅 3、p+攙雜層4、隔離層(低溫二氧化硅) 5、犧牲層(氧化鋅)6、振動(dòng)膜層(氮化硅)7、聲學(xué)孔8、空氣隙9、鋁膜及電極10、保護(hù)膜
具體實(shí)施例方式
參照附圖，將詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
實(shí)施例1本實(shí)施例提供的一種傳聲器芯片，包括一n-型硅基片1，在硅基片1的正面擴(kuò)散硼形成p+型攙雜層3，其厚度為3或20微米；在p+型攙雜層3沉積SiO2和光刻、腐蝕成圓環(huán)形隔離層4，該圓環(huán)形隔離層4的內(nèi)徑為500或3000微米，徑向?qū)挾葹?0或300微米；在隔離層4上附著一層氮化硅做的圓形振動(dòng)膜層6，振動(dòng)膜層6之上沉積、光刻、腐蝕圓形鋁膜和方形電極9；如圖5所示；在硅基片1的反面有一層氮化硅保護(hù)膜10，從硅基片1的底面腐蝕出一梯形缺口，該梯形缺口的深度至p+型攙雜層3，垂直于p+型攙雜層3腐蝕出聲學(xué)孔7形成穿孔背板，穿孔背板與氮化硅做的振動(dòng)膜層6之間為空氣隙8；所述空氣隙8為圓形，其厚度為0.5微米，直徑比圓環(huán)形隔離層4的內(nèi)徑大2微米。穿孔背板上腐蝕出的孔排列呈陣列式，所述的聲學(xué)孔7邊長為30微米，間隔為30微米，如圖6所示。
實(shí)施例2采用本發(fā)明制備方法制備一傳聲器芯片，其步驟如下(1)n-型硅片1經(jīng)過常規(guī)高溫氧化工藝產(chǎn)生厚度為0.5微米的二氧化硅2，光刻后用氫氟酸腐蝕高溫二氧化硅作為掩膜，并在硅片正面進(jìn)行深度硼擴(kuò)散形成背板的p+型攙雜層3，深度為5微米，其中穿孔部分不擴(kuò)散；如附圖1所示。
(2)用氫氟酸去除高溫二氧化硅掩膜；利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積設(shè)備(PECVD)在硅片正面淀積低溫二氧化硅(LTO)，厚度為0.5微米，光刻、氫氟酸腐蝕出圓環(huán)形隔離層4圖形，圓環(huán)內(nèi)徑為500微米，圓環(huán)徑向?qū)挾葹?0微米；利用磁控濺射淀積氧化鋅(ZnO)作為犧牲層5，厚度為0.5微米，圓形犧牲層5的直徑比圓環(huán)形隔離層4圖形的內(nèi)徑大1微米，經(jīng)常規(guī)光刻、磷酸腐蝕出圓形犧牲層5的圖形；再利用低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備(LPCVD)淀積雙面氮化硅，厚度為0.1微米，硅片1正面的氮化硅光刻、等離子體刻蝕機(jī)(ICP)刻蝕作為振動(dòng)膜6，硅片1背面的氮化硅經(jīng)過光刻、ICP刻蝕作為硅體刻蝕的掩膜10；如附圖2所示。
(3)選擇硅腐蝕液氫氧化鉀從硅片背面對(duì)深度硼擴(kuò)散的硅片1進(jìn)行硅體刻蝕，由于穿孔部分(未深度硼擴(kuò)散)的腐蝕速度高于其它背板部分基片(已深度硼擴(kuò)散)，使背板上的穿孔形成聲學(xué)孔7；穿孔背板上腐蝕出的聲學(xué)孔7排列呈陣列式，聲學(xué)孔7邊長為30微米，間隔為30微米；如圖6所示。
由于氧化鋅極不抗氫氧化鉀的腐蝕，當(dāng)氫氧化鉀經(jīng)過聲學(xué)孔腐蝕到硅片正面時(shí)，由氧化鋅構(gòu)成的犧牲層5將很快被腐蝕，從而形成與氧化鋅形狀完全相同的空氣隙8；其厚度為5微米，如附圖3所示。
(4)在硅片1正面用真空鍍膜技術(shù)蒸鍍鋁膜，厚度為0.05微米，光刻、磷酸腐蝕出圓形鋁膜及接觸電極9，如圖附4所示。
實(shí)施例3(1)n-型硅片1經(jīng)過高溫氧化產(chǎn)生厚度為2微米的二氧化硅，光刻后利用氫氟酸腐蝕高溫二氧化硅作為掩膜，并在硅片正面進(jìn)行深度硼擴(kuò)散形成背板的p+型攙雜層3，深度為15微米，其中穿孔部分不擴(kuò)散；(2)用氫氟酸去除高溫二氧化硅掩膜；利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積設(shè)備(PECVD)在硅片正面淀積低溫二氧化硅(LTO)，厚度為6微米，光刻、氫氟酸腐蝕出圓環(huán)形隔離層4圖形后，圓環(huán)內(nèi)徑為3000微米，圓環(huán)寬度為300微米；利用磁控濺射淀積氧化鋅(ZnO)作為犧牲層，厚度為5微米，圓形犧牲層的直徑比圓環(huán)形隔離層圖形的內(nèi)徑大10微米，光刻、磷酸腐蝕出圓形犧牲層圖形；再利用低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備(LPCVD)淀積雙面氮化硅，厚度為1微米，硅片正面的氮化硅經(jīng)過光刻、等離子體刻蝕機(jī)(ICP)刻蝕作為振動(dòng)膜，硅片背面的氮化硅經(jīng)過光刻、ICP刻蝕作為硅體刻蝕的掩膜；(3)選擇硅腐蝕液氫氧化鉀從硅片背面對(duì)深度硼擴(kuò)散的硅芯片進(jìn)行硅體刻蝕，由于穿孔部分(未深度硼擴(kuò)散)的腐蝕速度高于其它背板部分基片(已深度硼擴(kuò)散)，使背板上的穿孔形成聲學(xué)孔7；所述的聲學(xué)孔7邊長為80微米，間隔為80微米；由于氧化鋅極不抗氫氧化鉀的腐蝕，當(dāng)氫氧化鉀經(jīng)過聲學(xué)孔腐蝕到硅片正面時(shí)，由氧化鋅構(gòu)成的犧牲層將很快被腐蝕，從而形成與氧化鋅形狀完全相同的空氣隙8，其厚度為2.5微米，直徑比環(huán)形隔離層4圖形的內(nèi)徑大10微米；(4)在硅片正面用真空鍍膜技術(shù)蒸鍍鋁膜，厚度為0.2微米，光刻、磷酸腐蝕出圓形鋁膜及接觸電極9。
實(shí)施例4
(1)n-型硅片經(jīng)過高溫氧化產(chǎn)生厚度為1微米的二氧化硅，光刻后利用氫氟酸腐蝕高溫二氧化硅作為掩膜，并在硅片正面進(jìn)行深度硼擴(kuò)散形成背板的p+型攙雜層3，深度為10微米，其中穿孔部分不擴(kuò)散；(2)用氫氟酸去除高溫二氧化硅掩膜；利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積設(shè)備(PECVD)在硅片正面淀積低溫二氧化硅(LTO)，厚度為3微米，光刻、氫氟酸腐蝕出圓環(huán)形隔離層圖形，圓環(huán)內(nèi)徑為1000微米，圓環(huán)寬度為200微米；利用磁控濺射淀積氧化鋅(ZnO)作為犧牲層，厚度為3微米，圓形犧牲層的直徑比圓環(huán)形隔離層圖形的內(nèi)徑大5微米，光刻、磷酸腐蝕出圓形犧牲層圖形；再利用低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備(LPCVD)淀積雙面氮化硅，厚度為0.5微米，硅片1正面的氮化硅經(jīng)過光刻、等離子體刻蝕機(jī)(ICP)刻蝕作為振動(dòng)膜6，硅片1背面的氮化硅經(jīng)過光刻、ICP刻蝕作為硅體刻蝕的掩膜10；(3)選擇硅腐蝕液氫氧化鉀從硅片1背面對(duì)深度硼擴(kuò)散的硅片1進(jìn)行硅體刻蝕，由于穿孔部分(未深度硼擴(kuò)散)的腐蝕速度高于其它背板部分基片(已深度硼擴(kuò)散)，使背板上形成聲學(xué)孔7；由于氧化鋅極不抗氫氧化鉀的腐蝕，當(dāng)氫氧化鉀經(jīng)過聲學(xué)孔腐蝕到硅片正面時(shí)，由氧化鋅構(gòu)成的犧牲層將很快被腐蝕，從而形成與氧化鋅形狀完全相同的空氣隙8，直徑比圓環(huán)形隔離層圖形的內(nèi)徑大5微米；(4)在硅片1正面用真空鍍膜技術(shù)蒸鍍鋁膜，厚度為0.1微米，光刻、磷酸腐蝕出圓形鋁膜及接觸電極9。
權(quán)利要求
1.一種傳聲器芯片，包括一n-型硅基片(1)，在硅基片(1)的正面擴(kuò)散硼形成p+型摻雜層(3)，在p+型摻雜層(3)上面沉積二氧化硅并光刻、腐蝕成隔離層(4)，隔離層(4)上附著一層氮化硅做的振動(dòng)膜層(6)，振動(dòng)膜層(6)之上沉積金屬鋁膜，并光刻、腐蝕成圓形鋁膜和方形鋁電極(9)；在硅基片(1)的背面有一層氮化硅保護(hù)膜(10)，從硅基片(1)的底面腐蝕出一梯形缺口，該梯形缺口的深度至p+型摻雜層(3)，并在垂直于p+型摻雜層(3)的方向上腐蝕出聲學(xué)孔(7)，形成一穿孔背板，穿孔背板與振動(dòng)膜層(6)之間為空氣隙(8)；其特征在于所述的隔離層(4)為圓環(huán)形，其厚度為0.5～6微米，內(nèi)徑為500～3000微米，徑向?qū)挾葹?0～300微米；所述的空氣隙(8)為圓形，其厚度為0.5～5微米，直徑比圓環(huán)形隔離層(4)的內(nèi)徑大1～10微米；所述的振動(dòng)膜層(6)為圓形，其厚度為0.1～1微米，直徑500～3000微米。
2.按權(quán)利要求1所述的傳聲器芯片，其特征在于所述的聲學(xué)孔(7)在p+型摻雜層(3)上呈陣列式排列。
3.按權(quán)利要求1或2所述的傳聲器芯片，其特征在于所述的聲學(xué)孔(7)邊長為30～80微米，間隔為30～80微米。
4.一種權(quán)利要求1所述的傳聲器芯片的制備方法，該方法包括以下步驟1取一n-型硅基片(1)經(jīng)過高溫氧化生長一厚度為0.5～2微米的二氧化硅，光刻后用氫氟酸腐蝕高溫二氧化硅制成掩膜(2)；在硅片正面進(jìn)行深度硼擴(kuò)散，形成穿孔背板中除孔分布部位以外部位的p+型摻雜層(3)，硼擴(kuò)散深度為3～20微米；2用氫氟酸去除高溫二氧化硅掩膜(2)；在硅片正面淀積厚度為0.5~6微米的低溫二氧化硅，光刻后用氫氟酸腐蝕出圓環(huán)形隔離層(4)圖形，該圓環(huán)形隔離層(4)的內(nèi)徑為500～3000微米，徑向?qū)挾葹?0～300微米；再淀積出0.5～5微米的氧化鋅，光刻后用磷酸腐蝕出與圓環(huán)形隔離層(4)同心的圓形犧牲層(5)，犧牲層(5)的直徑比圓環(huán)形隔離層(4)的內(nèi)徑大1～10微米；在硅片雙面淀積厚度為0.1～1微米的氮化硅，在正面光刻后將氮化硅刻蝕成圓形振動(dòng)膜(6)，在背面光刻后刻蝕出氮化硅硅體刻蝕保護(hù)膜(10)；3從硅片背面對(duì)硅基片(1)用氫氧化鉀進(jìn)行硅體刻蝕，當(dāng)氫氧化鉀腐蝕到p+型摻雜層(3)時(shí)，由于氫氧化鉀對(duì)未硼擴(kuò)散的穿孔區(qū)域的腐蝕速度遠(yuǎn)高于深度硼擴(kuò)散的穿孔背板區(qū)域，使穿孔背板孔分布部位被很快腐蝕掉，形成穿孔背板上的聲學(xué)孔，該穿孔背板上腐蝕出的聲學(xué)孔(7)呈陣列式排列；然后，氫氧化鉀通過穿孔進(jìn)一步到達(dá)圓形氧化鋅犧牲層(5)，將由氧化鋅構(gòu)成的犧牲層(5)腐蝕完，形成一與圓形氧化鋅犧牲層(5)形狀完全相同的圓形的空氣隙(8)；4在硅片正面蒸鍍厚度為0.05～0.2微米的金屬鋁膜(9)，并光刻、磷酸腐蝕出圓形鋁膜和方形電極(9)。
5.按權(quán)利要求4所述的傳聲器芯片的制備方法，其特征在于所述犧牲層(5)為圓形，其厚度為0.5～5微米，直徑比圓環(huán)形隔離層(4)的內(nèi)徑大1～10微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳聲器芯片結(jié)構(gòu)和制備方法，包括一n－型硅基片，在硅基片的正面擴(kuò)散硼形成p+型攙雜層，在其上通過沉積二氧化硅并光刻、腐蝕成隔離層，在隔離層上附著一振動(dòng)膜層，振動(dòng)膜層之上沉積金屬鋁膜和方形鋁電極；在硅基片的反面有一層氮化硅保護(hù)膜，從硅基片的底面腐蝕出一梯形缺口，該梯形缺口的深度至p+型攙雜層，垂直于該攙雜層腐蝕出聲學(xué)孔形成穿孔背板，穿孔背板與振動(dòng)膜層之間為空氣隙；所述的隔離層為圓環(huán)狀。該傳聲器芯片制備方法簡(jiǎn)單；芯片由不同的金屬材料分別制成圓環(huán)形的隔離層和圓形的犧牲層，在實(shí)現(xiàn)圓形結(jié)構(gòu)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)褶皺環(huán)的制作，減小振動(dòng)膜的應(yīng)力，避免時(shí)效破裂；提高了傳聲器靈敏度。
文檔編號(hào)H04R19/00GK1582065SQ0315325
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月12日
發(fā)明者徐聯(lián), 汪承灝, 黃歆, 魏建輝, 李俊紅 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所