一种MEMS麦克风制造方法技术

本发明专利技术公开了一种MEMS麦克风制造方法，包括在衬底中形成一深槽，在深槽中填充牺牲层材料并平坦化，形成下极板和上极板，形成上、下极板的接触孔，形成引线窗口，在上极板中形成释放孔，研磨衬底背面，露出深槽中的牺牲层材料，进行释放工艺，去除牺牲层材料，因此无需通过背面工艺即可形成MEMS麦克风结构，可大大降低工艺复杂度，更易于与CMOS工艺集成，并提高成品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路微电子机械系统(MEMS)
，更具体地，涉及一种无需背面工艺的MEMS麦克风制造方法。
技术介绍
麦克风分为动圈式麦克风和电容式麦克风。传统的动圈式麦克风由线圈、振膜和永磁铁组成，它是基于线圈在磁场中的运动产生感应电流的原理；而电容式麦克风的主要结构为两块电容极板，即作为上极板的振动膜(Diaphragm)和作为下极板的背板(Backplate)，它的工作原理是通过声压引起振动膜的形变，导致电容值发生改变，从而转换为电信号输出。MEMS麦克风是迄今最成功的MEMS产品之一。MEMS麦克风是通过与集成电路制造兼容的表面加工或体硅加工工艺制造的麦克风，由于可以利用持续微缩的CMOS工艺技术，MEMS麦克风可以做得很小，使得它可以广泛地应用到手机、笔记本电脑、平板电脑和摄像机等便携设备中。MEMS麦克风一般是电容式的，其制造方法一般是先在硅片正面形成振动膜和背板及极板间牺牲层、电连接等，再在背面通过深硅刻蚀形成背腔，然后在正面得到保护的情况下通过释放去除牺牲层，得到最终的MEMS麦克风结构。在上述MEMS麦克风的制造工艺中,由于在进行背面工艺时需要与正面进行对准，这就要求使用专用的可以进行背面对准的光刻设备,因而对工艺的要求较高；同时,在进行背面刻蚀之后,还需要淀积保护层，有时甚至需要继续进行光刻、刻蚀等工艺。这些都使得现有MEMS麦克风制造工艺的复杂度大大增加，不利于与CMOS工艺进行集成以及大规模生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种MEMS麦克风制造方法，其无需通过背面工艺即可形成MEMS麦克风结构，可大大降低工艺复杂度，更易于与CMOS工艺集成，并提高成品率。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种MEMS麦克风制造方法，包括：提供一衬底，在衬底中形成一深槽；在所述深槽中填充牺牲层材料并平坦化；再次沉积牺牲层材料；沉积下极板材料并图形化，形成下极板；再次沉积牺牲层材料并图形化；沉积上极板材料并图形化，形成上极板；沉积介质层材料并图形化，形成上、下极板的接触孔；沉积电连接金属层材料并图形化，形成电连接部；沉积保护层并图形化，形成电连接部的引线窗口；在上极板中形成释放孔；研磨衬底背面，露出深槽中的牺牲层材料；进行释放工艺，去除牺牲层材料，形成MEMS麦克风结构。优选地，所述深槽的形成方法包括：先通过光刻定义空腔图形，然后通过深硅刻蚀工艺对衬底进行刻蚀，刻蚀深度为200-400微米。优选地，所述牺牲层材料包括二氧化硅或聚酰亚胺。优选地，采用化学机械研磨工艺对深槽中填充的牺牲层材料进行平坦化，以去除衬底表面的牺牲层材料，并使得牺牲层材料表面与衬底顶部平齐。优选地，所述上极板或下极板材料包括金属薄膜、掺杂的多晶硅薄膜或非晶硅薄膜，厚度为2000埃-5微米。优选地，所述介质层材料为二氧化硅，所述保护层材料为氮化硅或氮氧化硅。优选地，所述接触孔的形成方法包括：先通过光刻定义接触孔图形，然后通过刻蚀工艺对介质层及下方牺牲层进行刻蚀，形成分别通达上极板或下极板的接触孔，同时去除上极板上的部分介质层。优选地，所述引线窗口的形成方法包括：先通过光刻定义引线窗口图形，然后通过刻蚀工艺在保护层中露出引线窗口，同时去除上极板上的部分保护层。优选地，对所述衬底背面进行研磨的方法包括：通过化学机械研磨工艺，将衬底减薄至200-400微米，将深槽中填充的牺牲层材料露出。优选地，进行释放工艺的方法包括：通过湿法或干法蚀刻，去除全部或部分牺牲层材料。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过正面工艺在衬底中预先形成填充有牺牲层材料的空腔结构，以及形成MEMS麦克风的其他器件结构，然后通过衬底背面研磨打开空腔并释放去除牺牲层材料，因此无需通过背面工艺即可形成MEMS麦克风结构，可大大降低工艺复杂度，更易于与CMOS工艺集成，并提高成品率。附图说明图1是本专利技术一种MEMS麦克风制造方法流程图；图2-图13是本专利技术一较佳实施例中根据图1的方法制造MEMS麦克风的工艺步骤示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本专利技术一种MEMS麦克风制造方法流程图；同时，请参阅图2-图13，图2-图13是本专利技术一较佳实施例中根据图1的方法制造MEMS麦克风的工艺步骤示意图，图2-图13中所形成的器件分步结构，可与图1中的各工艺步骤相对应。如图1所示，本专利技术的一种MEMS麦克风制造方法，可包括以下步骤：如框01所示，提供一衬底，在衬底中形成一深槽。请参阅图2。首先，在半导体衬底101中刻蚀出一个深槽101a，例如可采用深硅刻蚀(DRIE)工艺，先通过光刻定义出MEMS麦克风的空腔图形，然后对衬底进行刻蚀，形成具有MEMS麦克风空腔图形的深槽。其中，深槽的刻蚀深度可为200-400微米；所述衬底可以是硅、锗或锗硅衬底硅片。如框02所示，在所述深槽中填充牺牲层材料并平坦化。请参阅图3。接着，在深槽101a中填充牺牲层材料101b，并通过化学机械研磨(CMP)工艺进行平坦化，使得牺牲层材料101b的顶部与衬底表面平齐。牺牲层材料可以采用二氧化硅或聚酰亚胺(polyimide)，其生长方法可以采用等离子增强的化学气相沉积方法(PECVD)或是旋转涂覆法来填充深槽。较佳的，在本实施例中，所述牺牲层材料可以是采用PECVD方法沉积的二氧化硅。如框03所示，再次沉积牺牲层材料。请参阅图4。接着，在衬底上再次沉积牺牲层材料102，厚度可为2000埃-2微米。较佳的，在本实施例中，所述牺牲层材料可以是采用PECVD方法沉积的二氧化硅。如框04所示，沉积下极板材料并图形化，形成下极板。请参阅图5。接着，在所述牺牲层材料102上沉积下极板材料，并通过光刻、刻蚀的方法进行图形化，形成下极板103，下极板的图形之间形成开口104。所述下极板可采用金属薄膜、掺杂的多晶硅薄膜或非晶硅薄膜材料制备，厚度可为2000埃-5微米。较佳的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS麦克风制造方法，其特征在于，包括：提供一衬底，在衬底中形成一深槽；在所述深槽中填充牺牲层材料并平坦化；再次沉积牺牲层材料；沉积下极板材料并图形化，形成下极板；再次沉积牺牲层材料并图形化；沉积上极板材料并图形化，形成上极板；沉积介质层材料并图形化，形成上、下极板的接触孔；沉积电连接金属层材料并图形化，形成电连接部；沉积保护层并图形化，形成电连接部的引线窗口；在上极板中形成释放孔；研磨衬底背面，露出深槽中的牺牲层材料；进行释放工艺，去除牺牲层材料，形成MEMS麦克风结构。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS麦克风制造方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，在衬底中形成一深槽；
在所述深槽中填充牺牲层材料并平坦化；
再次沉积牺牲层材料；
沉积下极板材料并图形化，形成下极板；
再次沉积牺牲层材料并图形化；
沉积上极板材料并图形化，形成上极板；
沉积介质层材料并图形化，形成上、下极板的接触孔；
沉积电连接金属层材料并图形化，形成电连接部；
沉积保护层并图形化，形成电连接部的引线窗口；
在上极板中形成释放孔；
研磨衬底背面，露出深槽中的牺牲层材料；
进行释放工艺，去除牺牲层材料，形成MEMS麦克风结构。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述深槽的形成方
法包括：先通过光刻定义空腔图形，然后通过深硅刻蚀工艺对衬底进行刻蚀，
刻蚀深度为200-400微米。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述牺牲层材料包
括二氧化硅或聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，采用化学机械研磨
工艺对深槽中填充的牺牲层材料进行平坦化，以去除衬底表面的牺牲层材
料，并使得牺牲层材料表面与衬底顶部平齐。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁超，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31