專利名稱：一種防粘連的硅微電容傳聲器芯片及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)(MEMS)器件領域，具體地說，本發(fā)明涉及一種 防粘連硅微電容傳聲器芯片及其制備方法。豕狡不硅微電容傳聲器是一種新型的傳聲器，它通常由形成硅微電容的硅芯片部分和外圍電路部分組成o其中硅微電容芯片部分是傳聲器的核心，它是利用集成電路工藝在硅基片上制作而成。硅微電容芯片部分由硅基片及其上的穿孔背板或者說聲學孔背板、空氣隙、隔離支撐層、振動膜及電極組成，可參見Micro Eiec加Mecli旭icaI Systems (MEMS),19紹IEEE llth Intematioiial Worktop p580-585,由P.-C. Hsu, C. H. Mastrangelo, and K. D. Wise所著的《A HIGH SENSITIVITY POLYSEJCON DIAPHRAGM CONDENSER MICROPHONE》，硅微電容傳聲器制備過程中具有一個普遍的難題，即犧牲層釋放時的升華、千 燥過程中時常發(fā)生振動膜與背板之間的粘連，這主要由液體蒸發(fā)時產(chǎn)生的表面張力 引起。粘連是硅微電容傳聲器加工中占第一位的限制成品率的因素。另外在硅微電容傳聲器的工作中，由于某種偶然因素，如過高的偏覽電壓，也會造成粘連a解決粘連問題的根本辦法是在背板上制備防粘凸起結(jié)構(gòu)，但是在以往的工作中， 凸起結(jié)構(gòu)均出于工藝實現(xiàn)上較方便而制作在上背極板結(jié)構(gòu)的背板上，可參見fl rf』cft tfora 85(2000)， pi 16-123,由AItti Torkkeli, Outi Rusanrai, Jaakko Saarilahti等 所著的《Capacitive microphone wMi tow-stress polysilieon manbrane and high-strm poly礎咖backp!ate》以及Joiffwf 0/Mcroefec的mecfemi'ca〖%欲鵬，Vol. 1, No. 3， September, 1992, p. 147454,由R R. Scheepw, A. G G van der Donk, W. Olthuis等所 著的《Fabric敏ionof Silicon Condraiser Microphones using S一eWJrferTedmotogy》a

圖1示出了這一通常防粘連硅微電容傳聲器芯片的剖面圖，包括有一個硅基片 柳，其具有上表面101與下表面102,該硅基片100具有一空心區(qū)域U3，空心區(qū) 域的上端具有一個成形在硅片上表面的振動膜108,在硅基片上表面鹿還形 成有一個隔離支撐層10S,而隔離支撐層105上形成有一個穿 L背板，該穿孔背板
具有多個成陣列分布的聲學樣孔106,其下表面具有防粘連凸起結(jié)構(gòu)104'。通過隔 離支攛層105,在穿孔背板和振動膜108之間提供了一個空氣隙110。穿孔背板和振 動膜108上分別設置有電極111。在上背板結(jié)構(gòu)中由于背極板采用CVD法淀積而成，因此在制備防粘連的凸起結(jié) 構(gòu)時，只需在淀積背極板之前，刻蝕部分犧牲層的厚度形成霜所需突出大小的淺孔, 再進行化學氣相淀積制備背極板即可就制備出防粘連的對應的凸起結(jié)構(gòu)。但上背板 結(jié)構(gòu)中的背板是通過淀積得到，厚度較薄，達不到理想剛性，會形成"軟背板"，它 將使傳聲器的靈敏度降低和頻響變差。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種采用下背板結(jié)構(gòu)，并且在背 板上制備有防粘連凸起結(jié)構(gòu)的硅微電容傳聲器芯片，所述凸起結(jié)構(gòu)可避免制備過程 中以及工作中的振動膜與背板之間的粘連本發(fā)明的另一目的在于提供這種防粘硅微電容傳聲器芯片的制備方法。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供的防粘連的硅徼電容傳聲器芯片,如圖8a所示,包括一個底部具有空心區(qū)域的硅基片，具有成陣列分布的聲學柵孔的穿孔背板，振動膜，電極，其特征在于，所述穿孔背板位于硅基片的空心區(qū)域上方，所述振動旗位于穿孔背板上方，由一環(huán)形的隔離支據(jù)層支撐，振動膜與穿孔背板之間形成空氣隙；所述穿孔背板上表面制有凸起結(jié)構(gòu)，該凸起結(jié)構(gòu)呈陣列分布，凸起高度(即該凸起結(jié)構(gòu)的厚度)與所述空氣隙厚度的比值在5%至60%之間。上述技術方案中，所述凸起結(jié)構(gòu)的橫截面面積在20平方微米與1000平方微米之間取值。上述技術方案中，所述凸起結(jié)構(gòu)的橫截面形狀為圓形、矩形或多邊形， 上述技術方案中，所述振動膜的中心部分具有一向上略微突起的平面， 上述技術方案中，所述隔離支撐層由第一隔離支撐層和第二隔離支撐層構(gòu)成，所述第一隔離支撐層厚度與凸起結(jié)構(gòu)高度相同所述振動膜為一光滑平面(如圖8b所示)，本發(fā)明提供的防粘連的硅微電容傳聲器芯片制備方法(參考4、圖5a、圖 6a、圖7、圖8a以及圖8b),其特征在于，包括如下步驟l)選取一個具有一個上表面101和一個下表面102的硅基片IOO,對硅基片100進行選擇性摻雜，形成一具有多個孔狀未摻雜區(qū)域的換雜層104: 2) 在所述硅基片100的摻雜層104上表面制備多個凸起結(jié)構(gòu)104'，所述凸起 結(jié)構(gòu)104'使用耐敦氟酸材料制備；3) 在摻雜層104上淀積一第一犧牲層107，然后用反刻的方法將該第一犧牲層 107的上表面平滑成一光滑平面所述第一犧牲層107的高度與所制備的凸起結(jié)構(gòu) 104'高度相同；4) 在第一犧牲層107之上再淀積出第二隔離支撐層U2,該第二隔離支撐層112 覆蓋住了整個第一犧牲層107;所述第一犧牲層107除了要比第二隔離支撐層112 更容易被腐蝕5) 利用低壓化學氣相淀積設備在第二隔離支撐層112上淀積一氮化硅層，并將 該氮化娃層刻蝕為振動膜108;6) 從硅基片100的下表面102開始對硅基片100用氫氧化鉀進行硅體刻蝕，形 成空心區(qū)域113,摻雜層104中的多個 L狀未摻雜區(qū)域被腐蝕去除，形成硅微電容傳聲器芯片的聲學柵孔7) 用氫氟酸通過聲學孔106腐蝕第一犧牲層107,第一犧牲層107被腐蝕完后, 氫氟酸沿著第一犧牲層107限定的邊界向上腐蝕第二隔離支撐層112,最終形成空 氣隙UO:8) 在振動膜108以及摻雜層104的表面分別設置金屬電極111,完成硅微電容 傳聲器芯片的制備。上述技術方案中，所述歩驟2)中的凸起結(jié)構(gòu)104'用下述方法制備在硅基片 咖的上表面101上淀積一氮化硅作為凸起結(jié)構(gòu)層,厚度在OJ微米與1.5微米之間, 然后將該凸起結(jié)構(gòu)層利用等離子刻蝕機在六氟化硫與氦氣的氣氛下腐蝕成凸起結(jié)構(gòu) 104，，上述技術方案中，所述歩驟2)中的凸起結(jié)構(gòu)104'用下述方法制備用等離子 體刻蝕機在六氟化硫與氮氣的氣氛下刻蝕硅基片100的上表面101,未被刻蝕部分 形成防粘凸起結(jié)構(gòu)訓'，該凸起結(jié)構(gòu)的高度由刻蝕的時間控制，刻蝕時間范圍為5 秒 鄰秒之間。上述技術方案中，所述步驟2)中在制備凸起結(jié)構(gòu)104'的同時制備與凸起結(jié)構(gòu) i04'材料相同、寓度(即厚度)相同的環(huán)形第一隔離支撐層104"。上述技術方案中，所述歩驟3)、歩驟4)中的第一犧牲層107則選用氧化鋅材 料制作；而第二隔離支撐層U2選用低溫二甎化硅材料制作， 本發(fā)明在硅微電容傳聲器芯片為避免"軟背板"這一嚴重影響傳聲器性能的閎 題，采用下背板結(jié)構(gòu)方案，此時背板由摻雜單晶硅材料構(gòu)成，能得到較厚的背板， 并且凸起結(jié)構(gòu)制備在背板上，達到防粘連的目的同時還保證了硅微傳聲器較好的性能，避免了 "軟背板"的不足。本發(fā)明的制備方法中采用反刻的方法，避免了在下背板上制備凸起結(jié)構(gòu)可能會 引入硅基片表面的凹凸不平，得到的犧牲層在橫向上具有光滑的邊界，從而保證隨 后淀積得到的振動膜平整，通過本發(fā)明，可在硅微電容傳聲器芯片的下背板上制備 出防粘凸起結(jié)構(gòu)，從而避免制備過程中的粘連。而且該凸起結(jié)構(gòu)是制備在能得到較 厚的背板的下背板上，保證了硅徼電容傳聲器的性能。附國說明團i是一種上背板結(jié)構(gòu)防粘連硅徼電容傳聲器芯片的剖面圖；圖2是本發(fā)明的硅微電容傳聲器芯片的俯視圖；圖3是本發(fā)明的硅微電容傳聲器芯片制備流程圖；圖4是對選擇的硅基片上表面摻雜制備穿孔背板的示意圖；圖5a是在圖4中的硅基片上表面背板區(qū)域制備實施例1中的防粘凸起結(jié)構(gòu)的示意團S圖5b是在圖4中的硅基片上表面背板區(qū)域制備實施例2中的防粘凸起結(jié)構(gòu)的示奄面.風園；圖6a是在圖5a對應的硅基片上制備完畢第一犧牲層、第二隔離支撐層以及振動膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6b是在圖5b對應的硅基片上制備憲畢第一犧牲層、第二隔離支撐層以及振 動膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是對圖6a對應的硅基片體刻蝕、釋放犧牲層所得硅微電容傳聲器芯片結(jié)構(gòu) 的示意圖；圖8a是實施例1最終器件的剖面示意圖 圖8b是實施例2最終器件的剖面示意圖。具體實肪式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一歩詳細描述。 實施例1
如圖8a所示,本實施例的硅微電容傳聲器芯片包括一硅基片IOO,在硅基片l加 的上表面101上具有由摻雜層104形成的穿孔背板，所述穿孔背板上具有成陣列分 布的聲學柵孔鵬摻雜層訓上表面制備有防粘凸起結(jié)構(gòu)鵬，，摻雜層104形成 的穿孔背板上方具有環(huán)形的隔離支撐層105，隔離支撐層105之上設有振動膜W8, 振動膜108以及摻雜層104的表面分別設有電極m,而在振動膜108和穿孔背板 之間具有空氣隙1W,空氣隙的厚度可在0.5微米 10微米之間取值。所述隔離支 撐層105的厚度大于凸起結(jié)構(gòu)104，的厚度。凸起結(jié)構(gòu)104，的橫截面形狀可為圓形、 矩形、多邊形等，并呈陣列分布，并位于空氣隙110中；單個凸起結(jié)構(gòu)的橫截面面 積可在20平方微米與1000平方微米之間取值，且凸起結(jié)構(gòu)104，的厚度可在整個空 氣隙UO最大厚度的50/ir"6(F/n之間取值(本實施例的空氣隙110的最大厚度是隔離 支撐層105與凸起結(jié)構(gòu)104'的厚度之和)。示例性的可選擇橫截面半徑為5微米的 圓形凸起結(jié)構(gòu)或者邊長為10微米的正方形凸起結(jié)構(gòu)，該凸起結(jié)構(gòu)厚度為0.5微米, 空氣隙UO最大厚度為3微米。本實施例中的振動膜W8具有一個中心部分略微向 上突起的平面。本實施例的硅微電容傳聲器芯片的制作方法如下-圖3是本發(fā)明的總體流程圖，圖4、圖5a、圖6a、圖7以及圖8a示出了在一 個實施例中本發(fā)明的硅微電容傳聲器芯片的一個制備流程，其中圖8a為根據(jù)本發(fā)明 的方法制備好的傳聲器芯片。如圖4所示，首先選取一個硅基片100,該硅基片100為(100)n'型硅片。硅基 片100具有一個上表面101和一個下表面102,在一個實施例中，該硅基片100的 厚度為400微米，但是可以理解，本領域的技術人員可根據(jù)需要選擇不同厚度的硅 基片100。硅基片100經(jīng)過高溫氧化工藝生長一層高溫二氧化硅，示例性地，該高 溫二氧化硅的厚度為L5微米在硅基片100的上表面101上對該層高溫二氧化娃 光刻，利用氫氟酸腐蝕高溫二諷化硅制成掩膜103。然后從上表面101開始向下對 硅基片100進行摻雜，這樣掩膜103未覆蓋的區(qū)域?qū)⒈粨诫s而形成摻雜層104。在 該實施例中，對硅基片100進行的是選擇性摻雜，即對于在后續(xù)歩驟中將要形成為 硅微電容傳聲器芯片的聲學孔的位置106'不進行摻雜。在本實施例中，硅基片IOO 的摻雜是對從上表面101對硅基片100進行硼擴散，擴散深度可在1微米至20微米 之間選擇，本領域的技術人員也可根據(jù)實際需要作出其它選擇-如圖5a所示,用鲺氟酸去除圖4中的高溫二氧化硅掩膜103,然后在硅基片l加 的上表面101上淀積一凸起結(jié)構(gòu)層，該結(jié)構(gòu)層的材料可為氮化硅、二氣化硅等，厚
度在O.l徼米與1.5微米之間，示例性地，選擇氮化硅材料作為凸起結(jié)構(gòu)層，厚度為 0.5微米，光刻后將該凸起結(jié)構(gòu)層利用等離子刻蝕機(IOP)在六氟化硫(SF6)與氦 氣(He)的氣氛下腐蝕成凸起結(jié)構(gòu)104、然后再次涂光刻膠，光刻形成反刻掩膜層， 隨后在其上淀積一第一犧牲層107,第一犧牲層107的高度與所制備的凸起結(jié)構(gòu)104' 高度相同，然后泡入丙爾，去膠反刻(所謂的反刻，就是在制備所需要的薄膜前先 用光刻膠刻出反圖形，保留光刻膠的位置是通常情況下正刻法去除光刻膠的位置， 然后蒸鍍或者淀積薄膜，最后進行去膠，去膠的同時也就把附著在光刻膠上的薄膜 去掉了，留下來的薄膜就是所需要的圖形)》再次光刻后將第一犧牲層107腐蝕成 為畫形，然后，在第一犧牲層107之上再淀積出第二隔離支撐層112,該第二隔離 支撐層i12覆蓋住了整個第一犧牲層107。第一犧牲層107的厚度最好小于第二犧 牲層112的厚度，在一個示例性的實施例中，該圓形的第一犧牲層107的厚度為0.5 微米，直徑為1000微米，而第二隔離支撐層"2的厚度為2微米。霈要特別注意的 是，在本發(fā)明中，第一犧牲層W7除了要比第二隔離支撐層m更容易被腐蝕，并 且要適合反刻工藝的要求，在本實施例中，第二隔離支撐層U2可為低溫二氧化硅 材料，而第一犧牲層107則可選用氧化鋅，從下文的描述將可知道，在進行腐蝕時， 氧化鋅被腐蝕的速度要遠大于低溫二氧化硅被腐蝕的速度。在形成第一犧牲層107 的過程中，可用磁控濺射工藝將氧化鋅淀積在硅基片WO的上表面lOl,然后將硅 基片浸泡在丙酮中進行反刻去除光刻膠，然后再次光刻后用磷酸將其腐蝕為圓形。 然后，如圖6a所示，利用低壓化學氣相淀積設備(LPCVD)在硅基片100的 上表面顧和下表面102雙面分別淀積一層氮化硅，示例性地，該氮化硅層的厚度 為0,5微米。在硅基片咖的上表面他光刻后，上表面101的氮化硅層被等離子 體刻蝕機(ICP)刻蝕成圓形振動膜鵬；在硅基片100的下表面102光刻后，下表 面102的氮化硅層被等離子體刻蝕機(ICP)刻蝕成掩膜109,掩膜109的未覆蓋區(qū) 域為一正方形，以便從該正方形區(qū)域開始對硅基片l加進行體刻蝕，其中，在刻蝕 出圓形振動膜108的同時，振動膜108之下的第二隔離支撐層112也被ICP刻蝕為 同樣的圓形，而且此圓形的直徑大于第一犧牲層107,示例性地，暈終形成的振動 膜108和第二隔離支撐層112的直徑為1500微米,比第一犧牲層107直徑的直徑大 500微米，這樣，從下文的描述將可知，第二隔離支撐層U2中與第一犧牲層！07 對應的部分m'將被腐蝕掉，而第二隔離支撐層112外圍的一部分105'將命殘留下 來作為硅微電容傳聲器芯片的隔離層。
結(jié)合圖6a和圖7，從硅基片100的下表面102開始對硅基片100用氣氧化鉀進 行硅體刻蝕。在貧親化鉀向上的腐蝕過程中，首先腐蝕出一個空心區(qū)域113,由于 硅基片100本身各向異性腐蝕的特性,類似于圖1中的空心區(qū)域12,該空心區(qū)域U3 也通常為棱臺形，其橫向(硅基片100的上表面101和/或下表面102所在平面的方 向)截面為正方形。然后，氨氧化鉀繼續(xù)向上腐蝕，由于氫氧化鉀對未進行硼擴散 摻雜區(qū)域的腐蝕速度遠高于進行硼擴散摻雜的區(qū)域，因此，摻雜層腦中處于聲學 柵孔位置106'(如圖4所示)的硅材料被很快腐蝕去除，以形成硅微電容傳聲器芯 片的聲學孔106,從而使得摻雜層104形成穿孔背板。然后，用氫氟酸通過聲學孔106到達第一犧牲層107,如前所述，第一犧牲層 W7采用了更易被腐蝕的材料，例如氧化鋅或磷硅玻璃，因此，第一犧牲層107很 快就被腐蝕完，而留下與第一犧牲層107形狀相同的空氣隙。之后，氛氟酸將繼續(xù) 向上開始腐蝕第二隔離支撐層112。需要注意的是，在腐蝕第二隔離支撐層"2時, 由于第一犧牲層107已經(jīng)基本上被腐蝕完，因此，氫氟酸將沿著與第一犧牲層W7 被腐蝕完后留下的空氣隙限定的邊界向上腐蝕第二隔離支撐層112。因為防粘凸起 結(jié)構(gòu)采用的為耐氫氟酸腐蝕材料，故在空氣隙110的腐蝕形成過程中，凸起結(jié)構(gòu)將 保留在下背板上。例如，在前述第一犧牲層107為圓形的實施例中，氫氟酸將基本 上沿著第一犧牲層107所在位置的圓形邊界向上腐蝕第二犧牲層112,這樣，圖6a 中硅微電容傳聲器芯片的空氣隙110的形狀將由第一犧牲層107的形狀來限定，如 圖6a所示，在第二隔離支撐層U2中，基本上是位于第一犧牲層107正上方的區(qū)域 U2，被腐蝕掉，而第二隔離支撐層112外圍部分105，(基本上是圍繞第一犧牲層107 的區(qū)域)殘留下來形成圖7中硅微電容傳聲器芯片的隔離層105。第一犧牲層107 和位于第一犧牲層107正上方的區(qū)域U2'被腐蝕掉后，其所在空間形成了圖7中硅 微電容傳聲器芯片的空氣隙110。最后，如圖8a所示，在振動膜108以及摻雜層104的表面分別設置一金屬電極 111,完成硅微電容傳聲器芯片的制備，電極111的設置在圖2的俯視圖中看得更清 楚，這兩個金屬電極111可通過在硅基片100的上表面101蒸鍍一層金屬薄膜，例 如鋁膜，然后對該金屬薄膜光刻并用磷酸腐蝕成電極llla實施例2如圖8a所示,本實施例的硅微電容傳聲器芯片包括一硅基片IOO，在硅基片100
的上表面101上具有由摻雜層104形成的穿孔背板，所述穿孔背板上具有成陣列分 布的聲學柵孔106;摻雜層104上表面制備有防粘凸起結(jié)構(gòu)104，，以及環(huán)形的第一 隔離支撐層104",該第一隔離支撐層1M"的厚度與凸起結(jié)構(gòu)104，一致。第一隔離 支撐層104"上方還具有環(huán)形的第二隔離支撐層m,所述第一隔離支撐層104'鄰第 二隔離支撐層112構(gòu)成隔離支撐層105:隔離支撐層105之上設有振動膜108,振動 膜腦以及摻雜層104的表面分別設有電極111,而在振動膜108和穿孔背板之間 具有空氣隙UO,空氣隙的厚度可在0.5微米 10微米之間取值。所述隔離支撐層 105的厚度大于凸起結(jié)構(gòu)104'的厚度。凸起結(jié)構(gòu)104'的橫截面形狀可為圓形、矩形、 多邊形等,單個凸起結(jié)構(gòu)的橫截面面積可在20平方微米與1000平方微米之間取值, 且凸起結(jié)構(gòu)104'的厚度可在空氣隙110厚度的5%40%之間取值。本實施例中的凸 起結(jié)構(gòu)104'的厚度為0.4微米。本實施例中的振動膜108為一光滑平面。本實施例的桂微電容傳聲器芯片的制備方法如下-與實施例1的制備流程相比較，本實施例的區(qū)別在于凸起結(jié)構(gòu)104，的制備。 在本實施例中，用氫氟酸去除圖4中的高溫二氧化硅掩膜103后，對硅基片上表面 101涂光刻膠，光刻后，硅基片100的上表面101被等離子體刻蝕機(ICP)刻蝕， 未被刻蝕部分形成防粘凸起結(jié)構(gòu)104'以及第一隔離支撐層104"(如圖5b所示)，防 粘凸起結(jié)構(gòu)的髙度由刻蝕的時間控制，刻蝕時間范圍為5秒 卯秒之間，以不破壞 光刻膠的性質(zhì)為限。直接利用ICP刻蝕中的光刻膠掩膜層作為隨后反刻工藝中的掩 膜，在其上淀積一第一犧牲層107,然后泡入丙酮，去膠反刻(如圖6b所示)。在 —個示例性的實施例中，防粘凸起結(jié)構(gòu)104'高度為0.4微米，圓形的第一犧牲層107 的厚度為0.4微米，直徑為1朋0微米，第一犧牲層107可選用氧化鋅。在形成防粘 凸起結(jié)構(gòu)104'的過程中，可用等離子體刻蝕機(1CP)在六氟化硫(SF6)與氮氣(He) 的氣氛下，對硅基片100的上表面則刻蝕15秒，然后將硅基片浸泡在丙醑中進行 反刻去膠，其余制備流程可參見上述第一種制備流程相應部分。實施例3如圖8a所示,本實施例的硅微電容傳聲器芯片包括一硅基片IOO,在硅基片柳 的上表面101上具有由摻雜層104形成的穿孔背板，所述穿孔背板上具有成陣列分 布的聲學柵孔106;摻雜層104上表面制備有防粘凸起結(jié)構(gòu)104',該凸起結(jié)構(gòu)104' 的橫截面形狀可為圓形、矩形、多邊形等，單個凸起結(jié)構(gòu)的橫截面面積可在20平方
微米與1000平方微米之間取值,示例性的可選擇橫截面半徑為5微米的圓形凸起結(jié) 構(gòu)，該凸起結(jié)構(gòu)厚度為0.1微米。
摻3^層104形成的穿孔背板上方具有環(huán)形的隔離支撐層105,隔離支撐層105 之上設有振動膜108,振動膜108以及摻雜層104的表面分別設有電極m,而在振 動膜108和穿孔背板之間具有空氣隙110。所述隔離支撐層105的厚度大于凸起結(jié) 構(gòu)104'的厚度。本實施例中，空氣隙110的最大厚度為2微米(本實施例的空氣隙 加的最大厚度是隔離支撐層105與凸起結(jié)構(gòu)腦'的厚度之和)。
本實施例的制備方法與實施例1完全一致，不再贅述。
實施例4
如圖8a所示,本實施例的硅微電容傳聲器芯片包括一硅基片IOO,在硅基片100 的上表面101上具有由摻雜層104形成的穿孔背板，所述穿孔背板上具有成陣列分 布的聲學柵孔106:摻雜層104上表面制備有防粘凸起結(jié)構(gòu)104',該凸起結(jié)構(gòu)104' 的橫截面形狀可為圓形、矩形、多邊形等，單個凸起結(jié)構(gòu)的橫截面面積可在20平方 微米與1000平方微米之間取值,示例性的可選擇橫截面半徑為5微米的圓形凸起結(jié) 構(gòu)，該凸起結(jié)構(gòu)厚度為1.5微米。
摻雜層104形成的穿孔背板上方具有環(huán)形的隔離支撐層105，隔離支撐層105 之上設有振動膜108,振動旗l朋以及摻雜層104的表面分別設有電極111,而在振 動膜108和穿孔背板之間具有空氣隙110。所述隔離支撐層105的厚度大于凸起結(jié) 構(gòu)104'的厚度。本實施例中，空氣隙UO的最大厚度為2.5微米(本實施例的空氣 隙UO的最大厚度是隔離支撐層105與凸起結(jié)構(gòu)104'的厚度之和)。
本實施例的制備方法與實施例1完全一致，不再贅述。
權利要求
1、 一種防粘連的硅微電容傳聲器芯片，包括一個底部具有空心區(qū)域(113)的 硅基片(l加)，具有成陣列分布的聲學柵孔(l恥)的穿孔背板，振動膜(108),電 極(Ul)，其特征在于，所述穿孔背板位于硅基片U加)的空心區(qū)域(113)上方, 所述振動膜(108)位于穿孔背板上方，由一環(huán)形的隔離支撐層(105)支撐，振動 膜(108)、隔離支撐層(W5)與穿孔背板之間形成空氣隙U10);所述穿孔背板上 表面制有凸起結(jié)構(gòu)U04')，該凸起結(jié)構(gòu)(104，)呈陣列分布，并位于空氣隙(110) 中，其凸起高度與空氣隙(110)厚度的比值在5%至60%之間。
2、 按權利要求1所述的防粘連的硅微電容傳聲器芯片，其特征在于，所述凸起 結(jié)構(gòu)U04')的橫截面面積在20平方微米與1000平方微米之間取值。
3、 按權利要求1所述的防粘連的硅微電容傳聲器芯片，其特征在于，所述凸起 結(jié)構(gòu)(104')的橫截面形狀為圓形、矩形或多邊形。
4、 按權利要求1所述的防粘連的硅微電容傳聲器芯片，其特征在于，所述振動 膜(108)的中心部分具有一向上突起的平面。
5、 按權利要求1所述的防粘連的硅微電容傳聲器芯片，其特征在于，所述隔離 支撐層(105)由第一隔離支撐層(104")和第二隔離支撐層(112)構(gòu)成，所述第 —隔離支撐層(104")厚度與凸起結(jié)構(gòu)U04')高度相同所述振動膜(108)為一 光滑平面o
6、 一種防粘連的硅微電容傳聲器芯片制備方法，其特征在于，包括如下歩驟-1) 選取一硅基片(100)，對硅基片(l加)進行選擇性摻雜，形成一具有多個 孔狀未摻雜區(qū)域的摻雜層(104):2) 在所述硅基片(100)的摻雜層U04)上表面制備多個凸起結(jié)構(gòu)ao4，)，所述凸起結(jié)構(gòu)a04')使用耐氛氟酸材料制備3) 在摻雜層(!04)上淀積第一犧牲層(107)，然后用反刻的方法將該第一犧 ttM (107)的上表面平滑成一光滑平面；所述第一犧牲層U07)的高度與所制備 的凸起結(jié)構(gòu)(104')離度相同4) 在第一犧牲層(107)之上再淀積出第二隔離支撐層(112),該第二隔離支 撐層(m)覆蓋住了整個第一犧牲層(107):所述第一犧牲層U07)比第二隔離 支撐層《m)更容易被氫氣酸腐蝕； 5〉利用低壓化學氣相淀積設備在第二隔離支撐層(112〉上淀積一氮化硅層， 并將該氮化硅層刻蝕為振動膜(108);6) 從硅基片(100)的下表面(102)開始對硅基片(100)用氫氧化鉀進行硅 體刻蝕，形成空心區(qū)域(113)，摻雜層(104)中的多個孔狀未摻雜區(qū)域被腐蝕去除, 形成硅微電容傳聲器芯片的聲學柵孔(106);7) 用氨氟酸通過聲學孔(106)腐蝕第一犧牲層(107),第一犧牲層(107)被 腐蝕完后,氫氟酸沿著第一犧牲層(107)限定的邊界向上腐蝕第二隔離支撐層(U2), 最終形成空氣隙(110〉8)在振動膜(i朋)以及摻雜層(uw)的表面分別設置金屬電極un),完成硅徽電容傳聲器芯片的制備。
7、 按權利要求6所述的防粘連的硅微電容傳聲器芯片制備方法，其特征在于, 所述歩驟2)中的凸起結(jié)構(gòu)(104')用下述方法制備在硅基片(100)的上表面(101) 上淀積一氮化硅作為凸起結(jié)構(gòu)層，厚度在OJ微米與1.5微米之間，然后將該凸起結(jié) 構(gòu)層利用等離子刻蝕機在六氟化硫與氦氣的氣氛下腐蝕成凸起結(jié)構(gòu)(104')。
8、 按權利要求6所述的防粘連的硅微電容傳聲器芯片制備方法，其特征在于， 所述歩驟2)中的凸起結(jié)構(gòu)(104，)用下述方法制備用等離子體刻蝕機在六氟化 硫與氮氣的氣氛下刻蝕硅基片UOO)的上表面(101),未被刻蝕部分形成防粘凸起 結(jié)構(gòu)(104，)，該凸起結(jié)構(gòu)的高度由刻蝕的時間控制，刻蝕時間范圍為5秒 卯秒 之間。
9、 按權利要求6所述的防粘連的硅微電容傳聲器芯片制備方法，其特征在于, 所述歩驟2)中在制備凸起結(jié)構(gòu)U04')的同時制備與凸起結(jié)構(gòu)(104，)材料相同、 高度相同的環(huán)形第一隔離支撐層(104，，)。
10、按權利要求6所述的防粘連的娃徽電容傳聲器芯片制備方法，其特征在于, 所述步驟3)、步驟4)中的第一犧牲層(107)則選用氧化鋅材料制作；而第二隔離 支撐層選用低溫二氧化硅材料制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防粘連硅微電容傳聲器芯片及其制備方法，包括硅基片，穿孔背板，振動膜，電極，其特征在于，所述穿孔背板位于硅基片的空心區(qū)域上方，所述振動膜位于穿孔背板上方，由一環(huán)形的隔離支撐層支撐，振動膜與穿孔背板之間形成空氣隙；所述穿孔背板上表面制有凸起結(jié)構(gòu)。制備方法由摻雜、制備凸起結(jié)構(gòu)、淀積犧牲層和支撐層、腐蝕、制備振動膜及電極等步驟組成。本發(fā)明由于具有防粘微突出的結(jié)構(gòu)，避免了在犧牲層釋放時升華干燥工藝過程中以及工作過程中可能發(fā)生的粘連，大大提高了器件的合格率。同時本發(fā)明制備在下背板上的凸起結(jié)構(gòu)方案能夠制備得到較厚的背板，有效的避免了以往上背板結(jié)構(gòu)中制備防粘微突出方案中“軟”背板的問題。
文檔編號H04R31/00GK101123827SQ200610089250
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權日2006年8月11日
發(fā)明者聯(lián) 徐, 汪承灝, 昕 潘 申請人:中國科學院聲學研究所