CN101351401B - 利用支撑构件形成麦克风的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成麦克风的方法形成背板，并在湿蚀刻可去除牺牲层的至少一部分上形成柔性膜。该方法添加湿蚀刻抗蚀材料，其中将湿蚀刻抗蚀材料的一部分定位在所述膜和所述背板之间以支撑所述膜。湿蚀刻抗蚀材料中的一些不定位在所述膜和背板之间。该方法然后在把先前提到的添加动作期间添加的任何湿蚀刻抗蚀材料去除之前去除牺牲材料。然后，在去除牺牲材料的至少一部分之后，湿蚀刻抗蚀材料大致全部被去除。

Description

利用支撑构件形成麦克风的方法
技术领域
本发明一般而言涉及麦克风，更特别地，本发明涉及用于形成麦克风的方法。 
背景技术
一些过程通过将膜材料沉积到最终通过湿蚀刻处理而去除的牺牲材料上而形成诸如MEMS麦克风的麦克风。然而，当液体蚀刻剂的表面张力使得膜粘到膜的对应背板上时，产生了一些问题。参见美国专利5,314,572作为所讨论的与惯性传感器一起使用的一种方法的示例。 
发明内容
根据本发明的一个方面，一种形成麦克风的方法形成背板，并在湿蚀刻可去除牺牲层的至少一部分上形成柔性膜。该方法添加湿蚀刻抗蚀材料，其中将所述湿蚀刻抗蚀材料的一部分定位在所述膜和所述背板之间以支撑所述膜。湿蚀刻抗蚀材料中的一些不定位在所述膜和背板之间。该方法然后在把先前所提到的添加动作中添加的任何湿蚀刻抗蚀材料去除之前去除牺牲材料。然后，在去除所述牺牲材料的至少一部分之后，所述湿蚀刻抗蚀材料大致全部被去除。 
一些实施例释放所述膜，这涉及去除牺牲材料和去除湿蚀刻抗蚀材料。在一些实施例中，湿蚀刻抗蚀材料包括光致抗蚀剂材料。而且，湿蚀刻抗蚀材料可以通过应用干蚀刻而被去除。应指出的是，形成柔性膜的动作可以包括若干不同的事件。例如，该动作可以涉及将材料沉积到牺牲层上，或仅仅是在绝缘体上提供硅晶片，诸如绝缘体上硅(“SOI”)晶片的顶层。 
在示例性实施例中，湿蚀刻抗蚀材料是单个大致邻接的装置，该过程在单个动作中大致完全去除该邻接的装置。而且，在将湿蚀刻抗蚀材料的所述部分定位在所述膜和所述背板之间之后，湿蚀刻抗蚀材料可不图案化。 
背板可由多种不同类型的晶片诸如SOI晶片的一部分形成。作为另一个示例，牺牲材料可以由多晶硅或氧化物形成。 
可执行不同的过程来完成麦克风。例如，该方法可穿过所述膜形成第一孔，并穿过牺牲材料形成第二孔。第二孔有效地产生了在所述膜的底表面和背板的顶表面之间的通道。为了支撑所述膜，湿蚀刻抗蚀材料的所述部分大致填充该通道。在一些实施例中，即使在去除牺牲材料时，湿蚀刻抗蚀材料大致完全填满第一孔。 
根据本发明的另一实施例，一种形成MEMS麦克风的方法提供具有顶层的SOI晶片，在SOI晶片的顶层上形成牺牲材料，并在牺牲材料上形成膜。该方法还穿过所述膜形成孔，并穿过牺牲材料形成通道。所述孔和通道流体连通，且所述通道暴露所述膜的底表面和SOI晶片的顶层的顶表面。该方法然后添加湿蚀刻抗蚀材料，该湿蚀刻抗蚀材料具有位于所述通道内的第一部分和位于所述通道外部的第二邻接部分，且大致完全填满穿过所述膜的所述孔。在去除任何湿蚀刻抗蚀材料之前，去除牺牲材料的至少一部分。 
该方法最终可以释放所述膜。为此，示例地，在去除所述牺牲材料的至少一部分之后去除湿蚀刻抗蚀材料。在一些实施例中，该方法去除底部SOI层和中间SOI层的一部分来形成背侧空腔。该方法还可以穿过SOI晶片的顶层而形成背板孔。示例性实施例确保了：在将所述湿蚀刻抗蚀材料添加到所述通道之后，所述湿蚀刻抗蚀材料不图案化。 
根据本发明的另一实施例，一种MEMS麦克风装置具有：背板；膜，该膜具有通孔、以及顶侧和底侧；以及在背板和膜之间的大致邻接的未图案化的湿蚀刻抗蚀材料。所述材料通过与所述膜的顶侧及底侧都接触而支撑所述膜。此外，所述装置在所述膜和所述背板的一部分之间具有气隙。 
根据本发明的其它实施例，一种形成MEMS麦克风的方法在牺牲层上提供膜层，其中该牺牲层位于膜层和基片之间。接着，该方法在基片和膜之间形成湿蚀刻抗蚀材料，并形成背侧空腔。该方法然后穿过背侧空腔向牺牲材料施加湿蚀刻材料，以去除牺牲层的至少一部分。在施加湿蚀刻材料之后，湿蚀刻抗蚀材料的至少一部分支撑所述膜层。 
在一些实施例中，膜层、牺牲层和基片是单个SOI晶片的相应层。而且，提供的动作可以包括在所述牺牲层上沉积材料以形成膜。 
附图说明
从以下参照附图对本发明的进一步描述中将更加完全地理解本发明的上述优点，其中： 
图1A示意地示出可根据本发明的示例性实施例制造的未封装的麦克风的透视图。 
图1B示意地示出图1A中所示的麦克风的剖视图。 
图2A和图2B示出根据本发明的示例性实施例形成图1A和图1B所示的麦克风的过程。 
图3A示意地示出麦克风在图2A所示方法的阶段(步骤200-208)期间的视图。 
图3B示意地示出麦克风在图2A所示方法的阶段(步骤214)期间的视图。 
图3C示意地示出麦克风在图2A所示方法的阶段(步骤216)期间的视图。 
图3D示意地示出麦克风在图2A所示方法的阶段(步骤218)期间 的视图。 
图3E示意地示出麦克风在图2A所示方法的阶段(步骤220)期间的视图。 
具体实施方式
在示例性实施例中，一种形成麦克风的方法采用液体蚀刻抗蚀材料来防止麦克风的膜在液体/湿蚀刻步骤期间粘附或以其它方式粘到麦克风的背板上。为此，该示例性方法在膜和背板之间形成湿蚀刻抗蚀材料，从而在湿蚀刻步骤期间支撑膜。各种实施例通过确保在相对少的步骤(例如，需要一个步骤或两个步骤来添加湿蚀刻抗蚀材料，并需要单个步骤来去除湿蚀刻抗蚀材料，而无需专门的图案化过程)中添加和去除液体蚀刻材料而排除图案化步骤。以下讨论示例性实施例的细节。 
图1A示意地示出可根据本发明的示例性实施例制造的麦克风10(也称为“麦克风芯片10”)的顶视透视图。图1B示意地示出同一麦克风10的通过图1A的线B-B的剖面。 
其中，麦克风10包括静态背板12，该静态背板12支撑柔性膜14，并与柔性膜14形成电容器。在示例性实施例中，背板12由单晶硅形成(例如，绝缘体上硅晶片的顶层)，而膜14由沉积多晶硅形成。然而，其它实施例采用其它类型的材料来形成背板12和膜14。例如，单晶硅衬底晶片或一些沉积材料可以形成背板12。以类似的方式，单晶硅衬底晶片、绝缘体上硅晶片的一部分、或其它一些沉积材料可以形成膜14。为了便于操作，背板12具有通向背侧空腔18的多个通孔16。 
弹簧19将膜14可动地连接到麦克风10的包括基板在内的静态部分。声频信号使膜14振动，从而产生变化的电容。芯片上或芯片外电路(未示出)(经由触头15)接收该变化的电容，并将该电容转化为能够进一步处理的电信号。应指出的是，对图1A和图1B所示的具体麦克风10的讨论仅仅是为了示例性的目的。因此，本发明的示例性实施例可 以采用其它麦克风构造。 
图2A和图2B示出根据本发明的示例性实施例形成图1A和图1B所示的麦克风10的过程。其余的图示出该过程的各个步骤。应指出的是，该过程没有描述形成麦克风10所需的所有步骤。相反，该过程示出用于形成麦克风10的各个相关步骤。因此，不讨论一些步骤。 
该过程开始于在绝缘体上硅晶片(“SOI晶片”)的顶层内蚀刻沟槽20的步骤200。图3A示意地示出说明这一步骤以及步骤202-208的中间装置22。接着，该过程沿着SOI晶片的顶层的顶表面的至少一部分向沟槽20的壁添加牺牲氧化物24(步骤202)。在其它方式中，可以生长或沉积出这一氧化物24。步骤202持续向衬有氧化物的沟槽20和顶侧氧化物24添加牺牲多晶硅26。 
在添加牺牲多晶硅26之后，该过程在牺牲多晶硅26中蚀刻出孔28(步骤204)。该过程然后继续至步骤206，该步骤206添加更多的氧化物24从而大致包起牺牲多晶硅26。以与添加氧化物24的其它步骤类似的方式，该氧化物24基本与它接触的其它氧化物成一体。步骤206继续添加附加多晶硅层，该附加多晶硅层最终形成膜14。 
还添加用于钝化的氮化物30以及用于电连接性的金属32。例如，可以使沉积的金属图案化，以形成用于将电荷置于膜14上的第一电极、用于将电荷置于背板12上的另一电极、以及用于提供附加电连接的焊盘15。在焊盘和电极之间可存在电连接(未示出)。 
该过程然后暴露膜14，并穿过膜14蚀刻孔34(步骤208)。如以下更详细讨论的那样，这些孔(“膜孔34A”)中的一个孔最终有助于形成基座42，该基座42在该过程期间的有限时间内支撑膜14。然后添加光致抗蚀剂层36，该光致抗蚀剂层36完全覆盖膜14(步骤210)。该光致抗蚀剂层36起到蚀刻掩模的功能。 
在添加光致抗蚀剂36之后，该过程暴露膜孔34A(步骤212，图3B)。为此，该过程通过将该选择的部分曝光而穿过光致抗蚀剂36形成孔(“抗蚀剂孔38”)。该抗蚀剂孔38示例性地具有比膜孔34A的内径大的内径。 
在形成抗蚀剂孔38之后，该过程穿过氧化物24形成孔40(步骤214，图3B)。在示例性实施例中，该氧化物孔40有效地形成延伸到上SOI晶片的顶表面的内部通道。 
首先期望氧化物孔40将具有大致与膜孔34A的内径相等的内径。可采用诸如含水HF蚀刻的第二步骤来将氧化物孔40的内径扩大为比膜孔34A的内径大。该扩大的氧化物孔直径基本上暴露了膜14的底侧的一部分。换言之，在该过程中的这一时刻，该通道形成了在膜14的底侧与背板12的顶表面之间的气隙。 
在该过程中的这一时刻，还可以去除整个光致抗蚀剂层36以允许进一步的处理。例如，该过程可使膜14图案化，从而需要去除现有的光致抗蚀剂层36(即，由光致抗蚀剂层36形成的掩模)。然而，其它实施例直到步骤222(以下讨论)才去除该光致抗蚀剂层36。 
该过程然后继续到步骤216，该步骤216添加更多的光致抗蚀剂36，以大致填满氧化物孔40和膜孔34(图3C)。填充氧化物孔40的光致抗蚀剂36与顶部SOI层的硅接触，并且与膜孔34A周围的膜14的底侧接触。 
不去除原始掩模的实施例这样在两个步骤中施加足够量的光致抗蚀剂36(即，首先是掩模，然后是用于大致填满氧化物孔40的附加抗蚀剂)，而去除原始掩模的实施例在单个步骤中施加足够量的光致抗蚀剂36。如图3C所示，在两个实施例中，光致抗蚀剂36基本上都用作 单一的、在膜14的上方和下方的大致邻接的的装置。两个实施例在蚀刻牺牲层(即以下讨论的去除牺牲氧化物24和多晶硅26)之前都不使光致抗蚀剂36图案化。 
此外，该过程此时可形成背侧空腔18。为此，如图3C所示，传统的过程可在SOI晶片的底侧上施加另一光致抗蚀剂掩模，以蚀刻掉底部SOI硅层的一部分。这将暴露SOI晶片内的氧化物层的一部分。暴露的氧化物层的一部分然后被去除以暴露包括牺牲多晶硅26在内的其余牺牲材料。 
在这一时刻，可以去除牺牲材料。为此，该过程去除牺牲多晶硅26(步骤218，图3D)，然后去除牺牲氧化物24(步骤220，图3E)。在其它方式中，示例性实施例通过穿过背侧空腔18的干蚀刻处理(例如利用二氟化氙)来去除多晶硅26。此外，示例性实施例通过湿蚀刻处理(例如，通过把该装置放置在酸浴中预定时间量)来去除氧化物24。然而，一些实施例不去除所有的牺牲材料。例如，这样的实施例可以不去除氧化物24的一部分。在该情况下，氧化物24可能影响电容。 
如图3E中所示，膜14和顶部SOI层之间的光致抗蚀剂36支撑膜14。换言之，在该位置处的光致抗蚀剂36形成支撑膜14的基座42。如本领域技术人员公知的那样，光致抗蚀剂36大致耐湿蚀刻处理(例如，诸如以上讨论的含水HF处理)。然而应指出的是，可采用其它湿蚀刻抗蚀材料。因此，对光致抗蚀剂36的讨论是示例性的，而不意图限制所有实施例的范围。 
换言之，光致抗蚀剂36的一部分在位于膜14和背板12之间的气隙内；即，该部分中断或以其它方式形成该气隙的边界的一部分。此外，如附图所示，该光致抗蚀剂36穿过膜14内的孔34并在膜14的顶表面上延伸为大致邻接的装置。在去除牺牲层的至少一部分之前，不使光致抗蚀剂36图案化。有效制造麦克风10不需要图案化步骤。 
为了释放膜14，该过程继续至步骤222，该步骤222在单个步骤中去除光致抗蚀剂36/基座42。在其它方式中，可采用穿过背侧空腔18的干蚀刻过程来完成这一步骤。该步骤示例性地去除大致全部光致抗蚀剂36，而不是仅去除光致抗蚀剂36中的被选择的部分。 
应指出的是，可以采用多个基座42来使背板12和膜14之间的静摩擦的风险最小化。采用的基座的数目是多个因素的函数，这些因素包括：所采用的湿蚀刻抗蚀材料的类型；基座42的大小和形状；以及膜14的大小、形状和组成。因此，为了示例性的目的而对单个基座42进行讨论。 
还应指出的是，本发明的各种实施例不限于麦克风10或膜14的任何特定形状、材料或结构。麦克风10可以例如是圆形或方形的、是实心的或穿有一个或多个孔、和/或是平的或波状的。不同的膜构造可能需要与上述处理不同的或另外的处理。例如，可能需要另外的处理以在膜14中形成孔或波纹。 
因此，与液体的表面张力相关的静摩擦问题将减轻，因为在去除基座42之前完成了利用液体进行的牺牲层去除过程。此外，穿过背侧空腔18去除牺牲材料由于无需穿过膜14的蚀刻孔(来允许蚀刻材料的连通)而有利地影响麦克风10性能。具体而言，如本领域技术人员公知的那样，优选具有如下的膜14，该膜14具有大的面积来提供更强、更健壮的电容信号。膜14中的蚀刻孔不利地减小有效膜面积，从而降低有效信号。此外，使用背侧空腔18排除了使用来支撑膜14的光致抗蚀剂36图案化的需要，从而简化了制造过程。 
尽管以上讨论公开了本发明的各种示范实施例，但是显而易见，本领域技术人员在不偏离本发明的真实范围的情况下能作出将实现本发明的一些优点的各种变型。 

Claims (14)

1.一种形成麦克风的方法，该方法包括：
通过在绝缘体上硅晶片的顶层内蚀刻沟槽来形成背板，其中所述沟槽具有壁；
至少沿着所述绝缘体上硅晶片的顶部向所述沟槽的壁添加湿蚀刻可去除牺牲材料；
向衬有湿蚀刻可去除牺牲材料的所述沟槽以及位于所述绝缘体上硅晶片的顶部上的所述湿蚀刻可去除牺牲材料添加牺牲多晶硅；
在所述湿蚀刻可去除牺牲材料的层的至少一部分上形成柔性膜；
穿过所述膜蚀刻出至少一个膜孔；
添加湿蚀刻抗蚀材料，所述湿蚀刻抗蚀材料完全覆盖所述膜；
在所述湿蚀刻抗蚀材料中蚀刻出孔，以暴露所述膜孔；
穿过所述湿蚀刻可去除牺牲材料形成通道；
在去除覆盖所述膜的所述湿蚀刻抗蚀材料之前，添加更多湿蚀刻抗蚀材料，所述湿蚀刻抗蚀材料填充在所述通道中，从而所述湿蚀刻抗蚀材料形成单一的、在所述膜的上方和下方的邻接装置，将所述湿蚀刻抗蚀材料的一部分定位在所述膜和所述背板之间以支撑所述膜；
去除所述牺牲多晶硅；
在去除通过添加动作而添加的任何由湿蚀刻抗蚀材料形成的所述邻接装置之前，去除所述湿蚀刻可去除牺牲材料；以及
在去除所述湿蚀刻可去除牺牲材料的至少一部分之后，去除由湿蚀刻抗蚀材料形成的所述邻接装置。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述湿蚀刻抗蚀材料包括光致抗蚀刻材料。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
在形成所述通道之后但在所述添加更多湿蚀刻抗蚀材料的步骤之前，利用含水HF蚀刻来扩大穿过所述湿蚀刻可去除牺牲材料的所述通道。
4.如权利要求1所述的方法，其中在将湿蚀刻抗蚀材料的所述部分定位在所述膜和所述背板之间之后，所述湿蚀刻抗蚀材料不图案化。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述湿蚀刻可去除牺牲材料包括氧化物。
6.一种形成MEMS麦克风的方法，该方法包括：
提供具有顶层的SOI晶片；
在所述SOI晶片的所述顶层上形成牺牲材料；
在所述牺牲材料上形成膜；
添加覆盖所述膜的湿蚀刻抗蚀材料；
穿过所述膜形成孔；
穿过所述牺牲材料形成通道，所述孔和通道流体连通，所述通道暴露所述膜的底表面和所述SOI晶片的所述顶层的顶表面；
添加具有位于所述通道内的第一部分的湿蚀刻抗蚀材料，该湿蚀刻抗蚀材料的第二邻接部分位于所述通道外部且完全填满穿过所述膜的所述孔；以及
在去除任何所述湿蚀刻抗蚀材料之前，去除所述牺牲材料的至少一部分，其中，在添加具有位于所述通道内的第一部分的湿蚀刻抗蚀材料之前，不去除覆盖所述膜的湿蚀刻抗蚀材料。
7.如权利要求6所述的方法，还包括在去除所述牺牲材料的至少一部分之后去除所述湿蚀刻抗蚀材料。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述SOI晶片还具有底层、以及位于所述顶层和底层之间的中间层，所述方法还包括去除所述底层和所述中间层的一部分以形成背侧空腔。
9.如权利要求8所述的方法，还包括穿过所述SOI晶片的所述顶层形成背板孔。
10.如权利要求6所述的方法，其中在将所述湿蚀刻抗蚀材料添加到所述通道之后，所述湿蚀刻抗蚀材料不图案化。
11.一种形成MEMS麦克风的方法，该方法包括：
在牺牲层上提供膜层，所述牺牲层位于所述膜层和基片之间；
在所述基片和所述膜之间形成完全覆盖所述膜的湿蚀刻抗蚀材料；
形成背侧空腔；以及
在去除任何所述湿蚀刻抗蚀材料之前，通过所述背侧空腔对牺牲材料施加湿蚀刻材料，以去除所述牺牲层的至少一部分，在施加所述湿蚀刻材料之后，所述湿蚀刻抗蚀材料的至少一部分支撑所述膜层。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述膜层、牺牲层和基片是单个SOI晶片的相应层。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述提供膜层的步骤包括：在所述牺牲层上沉积材料以形成所述膜。
14.如权利要求11所述的方法，其中在将所述湿蚀刻材料施加到所述牺牲材料上之前，所述湿蚀刻抗蚀材料不图案化。
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