[發明專利]一種Post-CMOS電容式硅基微傳聲器及其制備方法

有效

• 申請號: 200710303971.3
• 申請日: 2007-12-24
• 公開（公告）號: CN101472212A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發明（設計）人: 張軼銘;陳兢
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04R19/01
• 分類號: H04R19/01;H04R19/04;B81C1/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙）
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明屬于微電子半導體器件技術領域，具體涉及一種Post-CMOS電容式硅基微傳聲 器及其制備方法。

背景技術

傳統傳聲器具有如體積大、價格高(高性能傳聲器)、不便攜帶等一系列難以克服的 缺點，目前正在被基于MEMS技術的微傳聲器所取代。電容式微傳聲器具有很高的性噪比 和靈敏度、平坦的頻率響應、很低的溫度系數和長時間的穩定性，成為微傳聲器發展的主 流。參考圖1，電容式微傳聲器的基本結構是一個由振動膜3和背極板4組成的平行板電 容器，傳統結構是在振動膜3和背極板4之間加絕緣層2和犧牲層，以形成電學隔離和空 氣間隙。由于電容的兩極需要分別有電極引出，其中之一的引線需要做成埋層的形式，再 以通孔連接至表面，導致器件結構和工藝步驟比較復雜，并且不能和CMOS工藝完全兼容。

發明內容

本發明的目的是提供一種Post-CMOS電容式硅基微傳聲器及其制作方法，該微傳感器 可消除過刻蝕和光刻誤差形成的寄生電容，改善了器件的性能，且制作方法簡單。

本發明的技術內容：

一種Post-CMOS電容式硅基微傳聲器，包括一硅襯底、帶有引出電極的振動膜和穿孔 背極板，在硅襯底上制備一絕緣層，從硅襯底的底面腐蝕出一個缺口，該缺口的深度至絕 緣層，所述穿孔背極板直接設置在所述絕緣層上，在所述缺口的上方，直接搭接一帶有引 出電極的振動膜，上述穿孔背極板與振動膜之間設有一空氣隙。

所述振動膜的引出電極設置在振動膜的一側，在所述穿孔背極板上與引出電極相對應 處設置一缺口，所述引出電極從該缺口處引出。

所述振動膜的厚度在0.5-5μm之間。

所述空氣隙的厚度在0.5-5μm之間。

所述背極板的厚度在5-50μm之間。

一種Post-CMOS電容式硅基微傳聲器的制備方法，其步驟包括：

1)選用硅片做襯底，刻蝕硅襯底形成一背腔；

2)在硅襯底上制備絕緣層；

3)在所述絕緣層上淀積形成振動膜；

4)在所述振動膜上淀積形成犧牲層；

5)正面淀積金屬作為電鍍的籽晶層；

6)正面電鍍形成背極板；

7)籽晶層腐蝕液去除所述籽晶層；

8)硅襯底背面刻蝕硅到絕緣層；

9)用絕緣層腐蝕液刻蝕硅襯底背面裸露的絕緣層；

10)腐蝕犧牲層，去離子水清洗，風干，完成犧牲層釋放，形成如權利要求1所述的 微傳聲器。

所述步驟1)具體包括如下步驟：

a)硅襯底雙面氧化，熱生長二氧化硅；

b)雙面低壓化學氣相淀積LPCVD氮化硅作為抗KOH腐蝕層；

c)背面光刻背腔圖形，反應離子刻蝕RIE選擇性去除表面的氮化硅和二氧化硅，此時 硅片正面及背面其他部分仍由氮化硅保護；

d)KOH腐蝕或ICP刻蝕體硅，形成背腔；

e)HF腐蝕正面及背面所有剩余的氮化硅和二氧化硅。

所述步驟3)中，制備多晶硅振動膜，在多晶硅中注入P離子，形成低應力多晶硅振動 膜。

所述步驟3)中，也可通過濺射或蒸發形成鈦等低應力金屬振動膜。

所述步驟4)中所述濺射金屬為鋁。

所述步驟6)所述背極板的制備為，電鍍銅形成背極板。

所述步驟7)腐蝕犧牲層金屬的方法為，采用腐蝕液H₃PO₄∶H₂O＝16∶1，80℃水浴。

本發明的技術效果：

本發明在于振膜和背極板均直接做在襯底絕緣層上，通過平面光刻圖形定義，在犧牲 層的釋放的同時形成振膜和背極板的橫向機械和電學隔離。與傳統的振膜——絕緣層—— 背極板結構相比，制作工序大為簡化，同時消除了過刻蝕和光刻誤差形成的寄生電容，改 善了器件的性能。此外，微傳聲器使用金屬做為結構材料和犧牲層材料，極大的提高了設 計的自由度；制作工藝簡單，并與CMOS工藝完全兼容，成本低、工藝性好，成品率高。