專利名稱：微機(jī)械加工的麥克風(fēng)和多傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說來涉及微機(jī)械加工的器件，更具體地，涉及微機(jī)械加工的麥克風(fēng)和慣性傳感器。
背景技術(shù)：
微機(jī)械加工的麥克風(fēng)典型地包括薄的隔膜(diaphragm)電極以及布置在該隔膜電極旁邊的固定的傳感電極。該隔膜電極和固定的傳感電極作為電容器的極板。在麥克風(fēng)的操作期間，在隔膜電極和固定的傳感電極上布置電荷。當(dāng)隔膜電極響應(yīng)聲波而振動(dòng)時(shí)，在隔膜電極和固定的傳感電極之間的距離的改變導(dǎo)致了與聲波對(duì)應(yīng)的電容變化。圖1示出了本領(lǐng)域中已知的微機(jī)械加工的麥克風(fēng)的大體結(jié)構(gòu)。其中，微機(jī)械加工的麥克風(fēng)包括隔膜102和橋104。隔膜102和橋104作為用于電容電路的電極。如所示， 可以對(duì)橋104打孔以允許聲波到達(dá)隔膜102?？蛇x擇地或另外地，可以使得聲波通過其他通道到達(dá)隔膜。在任何情況下，聲波導(dǎo)致隔膜振動(dòng)，并且振動(dòng)可以被感應(yīng)為在隔膜102和橋104之間的電容的變化。微機(jī)械加工的麥克風(fēng)典型地包括在隔膜102后面的充足空腔 (substantial cavity) 106，以允許隔膜102自由地移動(dòng)。在典型的微機(jī)械加工的麥克風(fēng)中，聲波通過在固定的傳感電極中的穿孔到達(dá)隔膜。穿孔的尺寸和深度可以影響聲音再現(xiàn)的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括可以非常小并且非常薄的微機(jī)械加工的麥克風(fēng)以及微機(jī)械加工的多傳感器(在單個(gè)芯片上包括麥克風(fēng)和慣性傳感器)。微機(jī)械加工的器件的特定市場，例如蜂窩電話和個(gè)人數(shù)字助手(PDA)，非常重視小而薄的元件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于從具有至少第一硅層的晶片制造微機(jī)械加工的麥克風(fēng)的方法。該方法包括在第一硅層的正面上形成至少一個(gè)氧化物層；在該至少一個(gè)氧化物層上，形成多個(gè)包括隔膜的多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)；以及通過貫穿第一硅層形成的多個(gè)溝槽，從第一硅層的背面去除在所述多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)下面的該至少一個(gè)氧化物層的一部分。該多個(gè)溝槽允許聲波從第一硅層的背面到達(dá)隔膜。為了描述的目的，在該示例性實(shí)例中聲音路徑被描述為從背面到達(dá)隔膜。然而，正面聲音路徑是等效的，并且被包括在這里描述的所有工序和設(shè)計(jì)變化的描述中。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以通過在第一硅層的正面上淀積單個(gè)氧化物層，來在第一硅層的正面上形成至少一個(gè)氧化物層。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以通過如下步驟來在第一硅層的正面上形成該至少一個(gè)氧化物層形成貫穿第一硅層的溝槽；淀積覆蓋第一硅層的正面并且對(duì)溝槽加襯的第一氧化物層；在該第一氧化物層上形成多個(gè)犧牲多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)；在第一氧化物層和犧牲多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)上淀積第二氧化物層；以及去除犧牲多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，通過如下步驟來在第一氧化物層上形成多個(gè)犧牲多晶硅結(jié)構(gòu)淀積覆蓋第一氧化物層并且填充被加襯的溝槽的多晶硅層；并且對(duì)多晶硅層形成圖案以形成多個(gè)犧牲多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)。使用^CeF2作為貫穿本說明書描述的多晶硅犧牲蝕刻材料和蝕刻過程的一個(gè)示例性例子。然而，也可以使用其他的硅蝕刻劑和蝕刻過程，并且這被包括在這里描述的所有過程和設(shè)計(jì)變化的描述中。在去除在多個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)下面的至少一個(gè)氧化物層的這部分之前，可以在該至少一個(gè)氧化物層和多個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)上形成另外的氧化物層，可以對(duì)該另外的氧化物層形成圖案以暴露多晶硅結(jié)構(gòu)的一部分和第一硅層的一部分，可以將金屬電極形成到至少多晶硅結(jié)構(gòu)的暴露部分和第一硅層的暴露部分。此時(shí)，還可以形成至少一個(gè)金屬焊接焊盤(bond pad)?？梢栽诮饘匐姌O上形成鈍化層(典型地包括被氮化物層覆蓋的氧化物層)?？梢詫?duì)鈍化層形成圖案以暴露隔膜的邊緣的至少一部分；并且可以通過例如如下的步驟來在該隔膜的邊緣下面形成支座在該隔膜的該邊緣的暴露部分上淀積第一光致抗蝕劑層；對(duì)光致抗蝕劑材料形成圖案以再次暴露該隔膜的該邊緣的該部分；去除在該隔膜的邊緣的該部分下面的一部分氧化物；并且在該隔膜的該邊緣下面淀積形成支座的第二光致抗蝕劑層。類似地，可以在該隔膜中的孔上對(duì)光致抗蝕劑形成圖案，以允許在該隔膜下面去除一部分氧化物。在多個(gè)這些位置處的第二光致抗蝕層形成就在該隔膜下面的多個(gè)支座。支座在去除在該多個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)下面的該至少一個(gè)氧化物層的該部分時(shí)支持隔膜。在去除該多個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)下面的該至少一個(gè)氧化物層的該部分之后，去除支座。要知道，用于形成在隔膜下面的支座、去除犧牲材料以及去除支座的所述技術(shù)可以與在標(biāo)題為“Method for Fabricating Microstructures”的美國專利5，314，572中描述的技術(shù)相似或相關(guān)，通過引用將該專利完全包括在這里。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以在相同的晶片上形成包括麥克風(fēng)和慣性傳感器的多傳感器。通過如下步驟部分地形成慣性傳感器在多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的形成期間，形成多個(gè)多晶硅慣性傳感器結(jié)構(gòu)；以及在去除該多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)下面的至少一個(gè)氧化物層的部分期間，經(jīng)由貫穿第一硅層的至少一個(gè)溝槽，從第一硅層的背面去除該多個(gè)多晶硅慣性傳感器結(jié)構(gòu)下面的該至少一個(gè)氧化物層的一部分。如同麥克風(fēng)那樣，可以在多個(gè)犧牲多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的形成期間，在第一氧化物層上形成多個(gè)犧牲多晶硅慣性傳感器結(jié)構(gòu)，可以在該犧牲多晶硅慣性傳感器結(jié)構(gòu)上淀積第二氧化物層，以及可以去除該犧牲多晶硅慣性傳感器結(jié)構(gòu)。優(yōu)選在犧牲多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的形成期間，對(duì)多晶硅層形成圖案以形成該多個(gè)犧牲多晶硅慣性傳感器結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，晶片是SOI晶片，該SOI晶片進(jìn)一步包括第二硅層以及在第一硅層和第二硅層之間的中間氧化物層。在這種情況下，從第一硅層的背面去除該多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)下面的至少一個(gè)氧化物層的該部分可以包括去除第二硅層和中間氧化物層的下面部分以形成背面空腔；以及通過該背面空腔，去除該多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)下面的該至少一個(gè)氧化物層的該部分。在多傳感器的情況下，可以對(duì)麥克風(fēng)和慣性傳感器都形成背面空腔，并且通過該背面空腔去除在該麥克風(fēng)和慣性傳感器結(jié)構(gòu)下面的該氧化物層的該部分?？梢栽诘诙鑼拥谋趁嫔闲纬刹Ａ?，從而覆蓋和密封慣性傳感器的背面空腔但是不覆蓋和密封麥克風(fēng)的背面空腔。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括如下的晶片的裝置該晶片至少具有第一硅層，并包括貫穿第一硅層形成的多個(gè)溝槽和多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)，該多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)形成在第一硅層的正面上并包括隔膜。通過如下步驟來形成該多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu) 在第一硅層的正面上淀積至少一個(gè)氧化物層；在該至少一個(gè)氧化物層上形成多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)；并接著通過多個(gè)溝槽從第一硅層的背面去除在該多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)下面的該至少一個(gè)氧化物層的一部分。該多個(gè)溝槽允許聲波從第一硅層的背面到達(dá)隔膜。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該裝置還可以包括形成在第一硅晶片的正面上的多個(gè)多晶硅慣性傳感器結(jié)構(gòu)，其中，該多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)和多個(gè)多晶硅慣性傳感器結(jié)構(gòu)基本上使用相同的工序基本同時(shí)地形成。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述晶片是包括第二硅層和在第一硅層和第二硅層之間的中間氧化物層的SOI晶片，在這種情況下，去除第二硅層和中間氧化物層的下面的部分以形成暴露溝槽的背面空腔?？梢酝ㄟ^該背面空腔形成貫穿第一硅層的這些溝槽。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了包括形成在相同晶片上的微機(jī)械加工的麥克風(fēng)和微機(jī)械加工的慣性傳感器的裝置。該麥克風(fēng)和慣性傳感器包括在該晶片的頂硅層的正面上形成的多晶硅結(jié)構(gòu)。頂硅層包括多個(gè)溝槽，該多個(gè)溝槽允許在制造期間從頂硅層的背面去除該多晶硅結(jié)構(gòu)下面的氧化物，并且允許聲波從背面到達(dá)麥克風(fēng)隔膜。


本申請文件包含彩色制作的至少一個(gè)附圖。在請求和付需要費(fèi)用之后，將由官方提供具有彩色附圖的本專利申請公開的副本。本發(fā)明的前述優(yōu)點(diǎn)參考附圖從以下的進(jìn)一步描述中將得到完全的理解，在附圖中圖1示出本領(lǐng)域中已知的微機(jī)械加工的麥克風(fēng)的大體結(jié)構(gòu)；圖2A-2N示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的從SOI晶片形成微機(jī)械加工的麥克風(fēng)的第一示例性工序；圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)合IC晶片與微機(jī)械加工的麥克風(fēng)或多傳感器的器件的示例性結(jié)構(gòu)；圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一示例性兩軸(X-Y)加速度計(jì)的大體布局圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二示例性兩軸(X-Y)加速度計(jì)的大體布局圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性Z軸加速度計(jì)的大體布局圖；圖7A-7N示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于從SOI晶片形成結(jié)合的麥克風(fēng)和兩軸加速度計(jì)的示例性工序；圖8A-8M示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于從SOI晶片形成結(jié)合的麥克風(fēng)和三軸加速度計(jì)的示例性工序；以及圖9A-90示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于從常規(guī)(regular)硅晶片形成結(jié)合的麥克風(fēng)和三軸加速度計(jì)的示例性工序。除非另外指出，附圖不是按比例繪制的。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的實(shí)施例中，從硅或絕緣體上硅(SOI)晶片形成微機(jī)械加工的麥克風(fēng)。 如本領(lǐng)域中已知的，SOI晶片包括通常被稱為器件層的頂硅層、中間絕緣體(氧化物)層以及底硅層，該底硅層典型地比頂硅層厚得多(大約650微米)。在本發(fā)明中，在硅或SOI晶片中形成的頂層在本發(fā)明的一些實(shí)施例中可以是大約10微米厚，或者在其他實(shí)施例中可以更厚，大約50微米厚。在本發(fā)明的實(shí)施例中，從晶片的頂硅層形成固定的傳感電極(這里也被稱為“背板”)，并且形成隔膜以便被懸置在頂硅層上方。在固定的傳感電極中形成穿孔，以允許聲波從晶片的底側(cè)到達(dá)隔膜。使用在頂硅層的背面上的氧化物作為用于控制固定的傳感電極的加工的蝕刻停止層，該氧化物層可以是SOI晶片的固有(inherent)氧化物層或者淀積在硅晶片上的氧化物層。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在與麥克風(fēng)相同的晶片上，形成慣性傳感器，例如微機(jī)械加工的加速度計(jì)或陀螺儀。因?yàn)檫@樣的布置在單個(gè)芯片上包括多個(gè)微機(jī)械加工的傳感器元件，所以為了方便，在下文中可以將其稱為“多傳感器”。規(guī)定使麥克風(fēng)隔膜對(duì)空氣開放，而慣性傳感器被密封。參考圖2A-2N描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于從SOI晶片形成微機(jī)械加工的麥克風(fēng)的第一示例性工序。在圖2A中，穿過空白SOI晶片的頂硅層202蝕刻溝槽并且該溝槽被蝕刻到中間氧化物層204中，并且可選地，通到底硅層206。然后，溝槽被襯以氧化物材料208。然后，淀積多晶硅材料210，從而填充被加襯的溝槽并覆蓋頂硅層。在圖2B中，多晶硅材料被形成圖案并被蝕刻，以形成稍后將去除的多種犧牲結(jié)構(gòu) 212。在圖2C中，淀積另外的氧化物材料214。突出顯示了下面將描述的未來的氧化物支座216的部位。在圖2D中，從多晶硅材料淀積包括麥克風(fēng)隔膜218和懸置彈簧220的特征并使這些特征形成圖案。隔膜典型地是圓形的，雖然這對(duì)于本發(fā)明不是必需的。隔膜可以是實(shí)心的或被穿孔。在隔膜和周圍多晶硅之間的間隙優(yōu)選非常小，以致于聲波基本上只作用在隔膜的一側(cè)上。在圖2E中，淀積氧化物222，并蝕刻孔224。如下所述，這些孔2M被用于與隔膜和背板進(jìn)行電連接的電極。在圖2F中，淀積金屬并對(duì)該金屬形成圖案，以形成用于將電荷放置在隔膜上的電極226 ；用于將電荷放置在背板上的電極228 ；以及多個(gè)焊接焊盤230。在焊接焊盤230 和電極2 及2 之間可以存在電連接(未示出)。在圖2G中，淀積鈍化層232。鈍化層典型地包括被氮化物層覆蓋的氧化物層，其是用于集成電路的標(biāo)準(zhǔn)鈍化層。在234處對(duì)鈍化層232進(jìn)行蝕刻以暴露焊接焊盤230。在圖2H中，對(duì)鈍化層232進(jìn)行蝕刻以暴露隔膜218。在圖21中，淀積光致抗蝕材料236并然后使之形成圖案，以暴露未來的支座區(qū)域 238。然后，通過蝕刻來去除在未來的支座區(qū)域處的氧化物。在圖2J中，去除剩余的光致抗蝕材料，并且利用包括蝕刻、研磨和拋光的多種方法的任一種，可選地將底硅層206從大約650微米減薄到大約350微米。在圖I中，在晶片的正面上淀積光致抗蝕材料M0，從而形成光致抗蝕劑支座2420并且，在晶片的背面上淀積光致抗蝕劑材料244并對(duì)其形成圖案，以形成背面空腔對(duì)6 的輪廓。通過蝕刻掉底硅層206的一部分，來將背面空腔246形成到中間氧化物層204。在示例性實(shí)施例中，封裝后的背面空腔246體積大約是1立方毫米。在圖2L中，去除空腔246中的中間氧化物層的一部分，從而暴露犧牲多晶硅結(jié)構(gòu)。在圖2M中，優(yōu)選通過背面空腔246將多晶硅暴露給XeF2氣或其他適合的硅蝕刻齊U，來去除犧牲多晶硅結(jié)構(gòu)。應(yīng)該注意，雖然不期望，但是XeF2氣可能去除一些暴露的底硅層。在圖2N中，優(yōu)選通過放置在適當(dāng)?shù)囊后w中，來去除隔膜218后面的氧化物。然后， 優(yōu)選以干法蝕刻(不是液體)來去除正面光致抗蝕劑材料MO (包括支座)。這實(shí)際上釋放了隔膜和相關(guān)結(jié)構(gòu)。應(yīng)該注意，在釋放期間，支座被用來支持精密的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)，并且不是在所有實(shí)施例中都需要支座，尤其是如果使用氣相HF代替液體來去除氧化物的話。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，微機(jī)械加工的麥克風(fēng)和慣性傳感器(例如陀螺儀或加速度計(jì))在相同的晶片上形成并且被集成到單個(gè)芯片中。雖然慣性傳感器可能被密封在晶片上，但是麥克風(fēng)通常向空氣開放，從而允許聲波到達(dá)麥克風(fēng)隔膜。圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一示例性兩軸(X-Y)加速度計(jì)的大體布局。加速度計(jì)包括框架402和利用多個(gè)懸置彈簧406從框架懸置的質(zhì)塊404。該質(zhì)塊包括與許多固定的傳感指叉指(interdigitated)的許多指狀結(jié)構(gòu)。在該例子中，存在兩組固定的傳感指 408和410用于感應(yīng)質(zhì)塊404相對(duì)于框架402在X軸上的移動(dòng)，并且存在兩組固定的傳感指412和414用于感應(yīng)質(zhì)塊404相對(duì)于框架402在Y軸上的移動(dòng)。在圖4所示的例子中， 固定的傳感指是偏離中心的(也就是距離一個(gè)質(zhì)塊指比鄰近質(zhì)塊指更近)，其允許差分電 ^ (differential capacitance)圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二示例性兩軸(X-Y)加速度計(jì)的大體布局。該加速度計(jì)包括框架502和利用多個(gè)懸置彈簧506從該框架懸置的質(zhì)塊504。在該例子中，存在用于感應(yīng)質(zhì)塊504相對(duì)于框架502在X軸上的移動(dòng)的兩個(gè)電極508和510，以及存在用于感應(yīng)質(zhì)塊504相對(duì)于框架502在Y軸上的移動(dòng)的兩個(gè)電極512和514。圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性Z軸加速度計(jì)的大體布局。該加速度計(jì)包括框架602和利用多個(gè)懸置彈簧606從該框架懸置的質(zhì)塊604。在該例子中，質(zhì)塊604被設(shè)計(jì)為在Z軸加速度作用下圍繞彈簧606樞轉(zhuǎn)或“蹺蹺板式運(yùn)動(dòng)(teeter-totter) ”，使得存在該質(zhì)塊離開框架/質(zhì)塊的平面的位移。定位電極(未示出)以檢測質(zhì)塊604的這種偏離平面(out-of-plane)的移動(dòng)。參考圖7A-7N描述了用于從SOI晶片形成結(jié)合的麥克風(fēng)和兩軸加速度計(jì)的示例性工序。為了示出在每個(gè)步驟中的晶片的麥克風(fēng)區(qū)域和加速度計(jì)區(qū)域，麥克風(fēng)區(qū)域被示出為在加速度計(jì)區(qū)域上方，雖然這些區(qū)域?qū)嶋H上在晶片上是在彼此旁邊的。應(yīng)該注意，該工序是參考圖2A-2N的上述工序的變體，并且這些工序可以被用來就生產(chǎn)微機(jī)械加工的麥克風(fēng)， 或就此而論，用來就生產(chǎn)加速度計(jì)。在圖7A中，在麥克風(fēng)區(qū)域和加速度計(jì)區(qū)域兩者中，通過SOI晶片的頂硅層蝕刻溝槽。去除在這些溝槽下面的中間氧化物層的部分。在圖7B中，生長熱氧化物材料。這對(duì)溝槽和在中間氧化物層的空腔加襯，并且覆蓋晶片的頂層。
在圖7C中，對(duì)多晶硅材料形成圖案并進(jìn)行蝕刻，從而形成稍后將去除的多種犧牲結(jié)構(gòu)。在圖7D中，淀積另外的氧化物材料。突出顯示將在下面描述的未來的氧化物支座的部位。在圖7E中，從多晶硅材料淀積包括麥克風(fēng)隔膜、麥克風(fēng)懸置彈簧以及加速度計(jì)電極的特征并對(duì)這些特征形成圖案。隔膜典型地是圓形的，雖然這不是本發(fā)明必需的。隔膜可以是實(shí)心的或穿孔的。在隔膜和周圍多晶硅之間的間隙優(yōu)選非常小，使得聲波基本上僅僅作用在隔膜的一側(cè)上。在圖7F中，淀積氧化物，并蝕刻孔。如下所述，這些孔被用于到麥克風(fēng)隔膜和背板的電極，以及被用于到加速度計(jì)電極和中間氧化物層的電極。在圖7G中，淀積金屬并對(duì)該金屬形成圖案，以形成用于在麥克風(fēng)隔膜和背板上以及在加速度計(jì)電極和中間氧化物層上布置電荷的電極和焊接焊盤。在焊接焊盤和這些電極的一個(gè)或多個(gè)之間可以存在電連接(未示出)。在圖7H中，淀積光致抗蝕劑材料并使其形成圖案。然后，蝕刻溝槽以暴露犧牲多晶硅。去除該犧牲多晶硅，并且去除光致抗蝕劑材料。在圖71中，淀積鈍化層。鈍化層典型地包括被氮化物層覆蓋的氧化物層，其是用于集成電路的標(biāo)準(zhǔn)鈍化層。對(duì)鈍化層進(jìn)行蝕刻，以暴露焊接焊盤和麥克風(fēng)隔膜。在圖7J中，在麥克風(fēng)區(qū)域周圍淀積光致抗蝕材料，并然后對(duì)該材料形成圖案，以暴露未來的支座區(qū)域。然后，通過蝕刻來去除在該未來的支座區(qū)域處的氧化物。在圖7K中，去除剩余的光致抗蝕劑材料，并且利用包括蝕刻、研磨和拋光的多種方法的任何一種可選地將底硅層從大約650微米減薄到大約350微米。在圖7L中，在晶片的正面上淀積光致抗蝕劑材料，以形成光致抗蝕劑支座。還在晶片的背面上淀積光致抗蝕劑材料，并使其形成圖案，以形成用于麥克風(fēng)的背面空腔的輪廓。通過蝕刻掉底硅層的一部分到中間氧化物層，來部分地形成背面空腔。在圖7M中，去除在該空腔內(nèi)的中間氧化物層的一部分，從而暴露對(duì)溝槽加襯并且在麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)下面的氧化物。然后，優(yōu)選地通過放置再適當(dāng)?shù)奈g刻劑例如HF水溶液浴中來去除在隔膜后面的氧化物。在圖7N中，優(yōu)選地以干法蝕刻(非液體)來去除正面光致抗蝕劑材料(包括支座)。這實(shí)質(zhì)上釋放了隔膜和相關(guān)結(jié)構(gòu)。應(yīng)該注意，在釋放期間支座被用來支持精密的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)，并且并不是在所有實(shí)施例中都需要支座，尤其是如果使用氣相HF代替液體來去除氧化物的話。參考圖8A-8M描述了用于從SOI晶片形成結(jié)合的麥克風(fēng)和三軸加速度計(jì)的示例性工序。為了示出在每個(gè)步驟的晶片的麥克風(fēng)區(qū)域和加速度計(jì)區(qū)域，雖然知道這些區(qū)域?qū)嶋H上在晶片上位于彼此旁邊，但是仍將麥克風(fēng)區(qū)域示出在加速度計(jì)區(qū)域上方。應(yīng)注意，該工序是前面參考圖7A-7N描述的一個(gè)工序的變體，并且此工序可以被用來僅生產(chǎn)微機(jī)械加工的麥克風(fēng)，或就此而論，僅僅生產(chǎn)加速度計(jì)。在圖8A中，通過SOI晶片的頂硅層蝕刻溝槽，并對(duì)這些溝槽襯以氮化物并填充以
多晶娃。在圖8B中，通過淀積氧化物材料的層，蝕刻出錨位置，并且淀積氮化物，從而在加速度計(jì)區(qū)域中形成蓋錨(cap anchor)。在圖8C中，對(duì)多晶硅材料形成圖案并進(jìn)行蝕刻，以形成多個(gè)麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)(包括隔膜)以及用于加速度計(jì)的蓋。在圖8D中，淀積氧化物，并蝕刻孔。這些孔被用于到麥克風(fēng)隔膜和背板以及到加速度計(jì)蓋和頂硅層的電極，如下所述。在圖8E中，淀積金屬并對(duì)該金屬形成圖案，從而形成用于在麥克風(fēng)隔膜和背板上以及在加速度計(jì)蓋和頂硅層上放置電荷的電極和焊接焊盤。在焊接焊盤和一個(gè)或多個(gè)電極之間可以存在電連接(未示出)。在圖8F中，淀積鈍化層。鈍化層典型地包括被氮化物層覆蓋的氧化物層，其是用于集成電路的標(biāo)準(zhǔn)鈍化層。對(duì)鈍化層進(jìn)行蝕刻，以暴露焊接焊盤。在圖8G中，去除在麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)上方的鈍化層的一部分，并且去除在多晶硅結(jié)構(gòu)上方以及部分地在多晶硅結(jié)構(gòu)下面的氧化物，從而形成抗蝕劑支座區(qū)域。在圖8H中，利用包括蝕刻、研磨和拋光的多種方法的任一種將底硅層可選地從大約650微米減薄到大約350微米，并且淀積氧化物層。在圖81中，在晶片的正面上淀積光致抗蝕劑材料，并且對(duì)在晶片的背面上的氧化物形成圖案。在圖8J中，在晶片的背面上淀積光致抗蝕劑材料并對(duì)該材料形成圖案，以及通過晶片的底硅層和中間氧化物層蝕刻溝槽。在圖8K中，通過晶片的頂硅層蝕刻溝槽到麥克風(fēng)區(qū)域的抗蝕劑支座區(qū)域以及到加速度計(jì)區(qū)域的蓋下面的氧化物。然后從正面和背面都去除光致抗蝕劑材料，并且為了保護(hù)，在正面上淀積光致抗蝕劑材料的新層。然后使用存在的氧化物作為硬掩膜，在晶片的背面中蝕刻空腔。在圖8L中，優(yōu)選地通過暴露給HF氣體，來去除通過空腔暴露的氧化物。在圖8M中，硼硅玻璃被對(duì)準(zhǔn)到并且陽極粘結(jié)到晶片的背面上。在粘結(jié)之前，優(yōu)選地在玻璃中超聲切割出麥克風(fēng)孔。從晶片的正面去除剩余的光致抗蝕劑材料，從而釋放麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)。參考圖9A-90描述用于從常規(guī)硅晶片形成結(jié)合的麥克風(fēng)和三軸加速度計(jì)的示例性工序。為了示出在每個(gè)步驟的晶片的麥克風(fēng)區(qū)域和加速度計(jì)區(qū)域，雖然知道這些區(qū)域?qū)嶋H上在晶片上是在彼此旁邊的，但是還是將麥克風(fēng)區(qū)域顯示在加速度計(jì)區(qū)域的上方。應(yīng)該注意，此工序是以上參考圖8A-8M描述的一個(gè)工序的變體，并且此工序可以被用來生產(chǎn)僅僅微機(jī)械加工的麥克風(fēng)，或就此而論被用來生產(chǎn)僅僅微機(jī)械加工的加速度計(jì)。在圖9A中，在硅晶片上淀積氧化物層。然后，淀積光致抗蝕劑材料并對(duì)該材料形成圖案。然后，蝕刻溝槽到硅中，用于加速度計(jì)電極。然后，去除剩余的光致抗蝕劑和氧化物硬掩膜。應(yīng)注意，對(duì)于僅有麥克風(fēng)的產(chǎn)品是不需要該步驟的。在圖9B中，在晶片的正面和背面上生長氧化物層到大約1. 6微米。然后，被加襯的溝槽被填充以多晶硅材料。應(yīng)注意，對(duì)于僅有麥克風(fēng)的產(chǎn)品是不需要該步驟的。在圖9C中，例如通過暴露給HF氣，剝除剩余的氧化物。然后，在加速度計(jì)區(qū)域上淀積氮化物錨墊(anchor pad)并且對(duì)該氮化物錨墊形成圖案。然后，淀積Novellus氧化物的層作為犧牲層。應(yīng)注意，對(duì)于僅有麥克風(fēng)的產(chǎn)品是不需要該步驟的。
在圖9D中，對(duì)氧化物層進(jìn)行蝕刻以暴露氮化物墊。然后，對(duì)多晶硅材料形成圖案并進(jìn)行蝕刻，以形成多個(gè)麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)(包括隔膜)以及用于加速度計(jì)的蓋(cap)。在圖9E中，淀積氧化物材料，并蝕刻孔。這些孔被用于到麥克風(fēng)隔膜和背板以及到加速度計(jì)蓋和硅層的電極，如下所述。在圖9F中，淀積金屬并對(duì)該金屬形成圖案，從而形成用于在麥克風(fēng)隔膜和背板上以及在加速度計(jì)蓋和硅層上放置電荷的焊接焊盤和電極。在焊接焊盤和這些電極的一個(gè)或多個(gè)之間可以存在電連接(未示出)。在圖9G中，淀積鈍化層。鈍化層典型地包括被氮化物層覆蓋的氧化物層，其是用于集成電路的標(biāo)準(zhǔn)鈍化層。對(duì)鈍化層進(jìn)行蝕刻以暴露焊接焊盤。在圖9H中，去除在麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)上面的鈍化層的一部分，并且去除在多晶硅結(jié)構(gòu)上面以及部分地在多晶硅結(jié)構(gòu)下面的氧化物，從而形成抗蝕劑支座區(qū)域。在圖91中，利用包括蝕刻、研磨和拋光背面的多種方法的任何一種，來將硅晶片可選地從大約650微米減薄到大約350微米，并且淀積氧化物層。在圖9J中，在晶片的正面上淀積光致抗蝕劑材料，以及對(duì)晶片的背面上的氧化物形成圖案。在圖9K中，在晶片的背面上淀積光致抗蝕劑材料并對(duì)該材料形成圖案，以及蝕刻溝槽到硅晶片中。在圖9L中，從正面和背面去除光致抗蝕材料，并在正面上淀積光致抗蝕劑材料的新層用于保護(hù)。然后，使用現(xiàn)有的氧化物作為硬掩膜，在晶片的背面中蝕刻出空腔。然后， 進(jìn)一步蝕刻溝槽通過硅層到麥克風(fēng)區(qū)域的抗蝕劑支座區(qū)域和加速度計(jì)區(qū)域的蓋下面的氧化物。在圖9M中，優(yōu)選地通過暴露給HF氣，去除通過空腔暴露的氧化物。在圖9N中，從晶片的正面去除剩余的光致抗蝕劑材料，從而釋放麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)。在圖90中，將硼硅玻璃對(duì)準(zhǔn)并陽極粘結(jié)到晶片的背面上。在粘結(jié)之前，在玻璃中優(yōu)選超聲地切割出麥克風(fēng)孔?？梢栽趩蝹€(gè)封裝中將微機(jī)械加工的麥克風(fēng)或多傳感器與集成電路(IC)管芯組裝到一起。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在預(yù)先模制的塑料封裝中將微機(jī)械加工的麥克風(fēng)或多傳感器與IC管芯組裝到一起的器件的結(jié)構(gòu)。該封裝包含MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))管芯312， 其包括微機(jī)械加工的麥克風(fēng)；和集成電路(IC)管芯314，其包括用于處理信號(hào)的多個(gè)電子元件，該信號(hào)包括那些由MEMS管芯312產(chǎn)生的信號(hào)。MEMS管芯312和IC管芯314是附著到封裝引線框架(Ieadframe)上的管芯。在引線結(jié)合之后，密封該封裝，包括蓋302和封裝體303。當(dāng)安裝在所示實(shí)施例中的基板上時(shí)，聲波沿著聲音路徑318通過面向下的聲音端口 306到達(dá)麥克風(fēng)隔膜，該聲音路徑318包括在引線框架316和基板304之間的空間。利用焊料焊盤的高度，和可選地利用蝕刻到引線框架316的底面中的通道，來形成這些空間。 典型地，在基于光致抗蝕劑的工序中使用適當(dāng)?shù)膱D案，或其他適當(dāng)?shù)男纬蓤D案方法，來從金屬箔蝕刻引線框架316時(shí)，形成這樣的通道。例如可以包括多孔疏水過濾器308或其他過濾器，以保護(hù)微機(jī)械加工的麥克風(fēng)隔膜和其他暴露特征避免濕氣、微粒或其他因素的影響。 過濾器308可以被層壓到支持織物上以增強(qiáng)可制造性和耐久性。在一個(gè)可選擇實(shí)施例中， 基板304可以包括孔以允許聲波到達(dá)麥克風(fēng)隔膜。在另一個(gè)可選擇實(shí)施例中，蓋(lid)302可以包括孔以允許聲波通過封裝頂部到達(dá)麥克風(fēng)隔膜。在另一個(gè)可選擇實(shí)施例中，封裝的塑料側(cè)壁303可以具有多個(gè)槽，以允許聲波到達(dá)麥克風(fēng)隔膜。在另一個(gè)可選擇實(shí)施例中，向下面對(duì)聲音端口 306的蓋302和基板304可以包括孔以允許聲波從不同位置到達(dá)麥克風(fēng)隔膜。在另一可選擇實(shí)施例中，將包括微機(jī)械加工的麥克風(fēng)的MEMS管芯312和包括用于處理信號(hào)的多種電子部件以及包含至少一個(gè)密封的慣性傳感器的MEMS管芯的集成電路(IC)管芯314組裝在一個(gè)封裝中，其中，所述信號(hào)包括由MEMS管芯312產(chǎn)生的信號(hào)。要注意，所述的用于形成麥克風(fēng)和懸置在頂硅層的正面上的慣性傳感器的技術(shù)可以與由Thomas Kieran Nunan和Timothy J. Brosnihan在2005年1月3日提交的標(biāo)題為 "Method of Forming a MEMS Device”的美國專利申請No. 11/028, 249中描述的技術(shù)相似或相關(guān)，該專利申請通過參考全部包括在這里。要注意，本發(fā)明不局限于麥克風(fēng)隔膜的任何特定形狀或結(jié)構(gòu)。麥克風(fēng)可以是例如圓形或方形的、實(shí)心或穿了一個(gè)或多個(gè)孔的、和/或平坦或具有波紋的。不同的隔膜結(jié)構(gòu)可能需要與那些所描述的不同或另外的工序。例如，可能需要另外的工序來形成在隔膜中的孔或波紋。要注意，描述的工序僅僅是示例性的。對(duì)于任何特定的實(shí)現(xiàn)方式，可能需要更少、 另外或不同的步驟或工序。在一些情況下，不同于那些所述材料的材料可能適用于特定的步驟或工序。實(shí)際上，不可能描述在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中可能采用的材料和工序的每個(gè)組合和排列。因此，本發(fā)明意圖包括所有這樣的材料和工序，其包括所述材料和工序的適當(dāng)變體。本發(fā)明可以被實(shí)施為其他特定形式而不偏離本發(fā)明的真實(shí)范圍。所述的實(shí)施例將被認(rèn)為在任何方面都僅僅是描述性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種麥克風(fēng)，包括包括導(dǎo)電背板的晶片，所述背板具有朝向所述晶片的背面空腔的開口 ；由所述背板支持的多個(gè)導(dǎo)電隔膜特征，所述多個(gè)導(dǎo)電隔膜特征包括周圍物、隔膜、以及至少一個(gè)將所述隔膜耦合到所述周圍物的彈簧，所述隔膜與所述周圍物間隔開，以及至少一個(gè)在所述背板和所述周圍物之間的氧化物層，以便電氣隔離所述隔膜和所述背板，其中所述背板和所述隔膜能電容耦合以用于感應(yīng)所述隔膜的振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，其中所述背板和所述隔膜形成電容器的固定板和可移動(dòng)板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，其中，所述周圍物被耦合到氧化物層，并且其中該氧化物層耦合到所述背板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，其中所述隔膜是穿孔的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，其中所述隔膜是具有波紋的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，其中所述至少一個(gè)周圍物包括單個(gè)的圍繞所述隔膜的整體周圍物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，其中所述至少一個(gè)周圍物包括多個(gè)不同的周圍物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，其中所述隔膜組件包括多晶硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，其中所述背板從絕緣體上硅晶片的硅層形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)，還包括集成電路，該集成電路處理響應(yīng)隔膜振動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)。
全文摘要
一種從硅或絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(SOI)晶片形成的微機(jī)械加工的麥克風(fēng)。從晶片的頂硅層形成用于麥克風(fēng)的固定的傳感電極。通過淀積至少一個(gè)氧化物層、形成結(jié)構(gòu)、然后通過貫穿頂硅層形成的溝槽從頂硅層的背面去除在該結(jié)構(gòu)下面的氧化物的一部分，來在頂硅層的正面上形成多個(gè)多晶硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)。這些溝槽允許聲波從頂硅層的背面到達(dá)隔膜。在SOI晶片中，貫穿底硅層和中間氧化物層形成空腔，以暴露用于去除氧化物并允許聲波到達(dá)隔膜的溝槽?？梢栽谙嗤木闲纬蓱T性傳感器，并且使用基本上與對(duì)應(yīng)的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)相同的工序基本同時(shí)地形成多個(gè)慣性傳感器結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H04R19/00GK102572662SQ201210028878
公開日2012年7月11日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者克雷格·考爾, 張欣, 托馬斯·努南, 約翰·R·馬丁, 蒂莫西·J·布勞斯尼漢, 賈森·魏戈?duì)柕?申請人:模擬設(shè)備公司