單裸片微機電系統聲學換能器及制造方法

文檔序號：7676094閱讀：333來源：國知局

專利名稱：單裸片微機電系統聲學換能器及制造方法
技術領域：
本發明涉及在基于半導體材料的單個棵片上形成的聲學微機電系統
(MEMS)換能器。
背景技術：
用于在諸如移動終端和聽覺假體等的便攜式通信設備中應用的 MEMS聲學換能器必須是具有小尺寸和低成本且仍保持良好的電聲性能、可靠性和可操作性的魯棒設備。對于保持MEMS (微機電系統)聲學換能器的低制造成本和高可靠性而言，重要的問題是要減少需要制造、測試和組裝的分立元件的數量。由于這些元件中每個元件的小體積以及所需要的對這些元件中每個元件的精確校準，因此多元件MEMS聲學換能器的組裝具有若干缺點。精密的組裝工藝增加了制造時間并導致了產量損失，這轉化成了增加的制造成本。
EP 0 561 566 Bl 7>開了一種珪麥克風組件，其包括至少兩個分立元件MEMS換能器棵片和M部件。MEMS換能器棵片包括整體形成的隔膜和背板結構、FET電路以及偏壓源。貫通孔從在其中布置有隔膜和背板結構的MEMS換能器棵片的上部、自所述背板下方而延伸到所述 MEMS換能器棵片的下表面。通過晶片級接合工藝將基礎部件固定到 MEMS換能器棵片的下表面，以便密封在MEMS換能器棵片的下表面部分處的貫通孔以及產生用于硅麥克風組件的封閉背腔。該現有技術參考文件并未公開如何在所述硅麥克風組件上定位電端子或電凸點、以及將其定位在所述硅麥克風組件上的何處，以向外部載體如PCB等提供連通性。
US 2005/0018864 >開了一種珪麥克風組件，其包括三個分立元件 MEMS換能器棵片、集成電3^片以及傳統的基于PCB的^L。 MEMS 換能器棵片和集成電路被附接到基于PCB的M的上表面，并與電氣軌跡(electrical trace)相連。相對的上表面和下表面之間的電鍍饋通孔建立了與基于PCB的基&的下表面之間的電連接，該基于PCB的基tl的下表面還保持了用于將硅麥克風組件連接到外部PCB的電端子或電凸點。所述下表面基本上是平面，并且通過傳統的回流焊接工藝來定位所述電凸
點，以允許所述硅麥克風組件附接到外部PCB。 MEMS換能器棵片以及集成電路^feL或棵片的相應的電接觸點被線焊到布置在基于PCB的^L 的上表面上的對應點。布置在MEMS換能器棵片的隔膜和背腔結構的下方的PCB基敗中的凹槽或孔用作MEMS換能器棵片的背腔或容積。導電的蓋或軍被附接在PCB基&的上部的周圍，用于遮蓋MEMS換能器棵片和集成電路，以免受諸如光和潮濕等的外部環境損害。在形成在導電蓋和內容積中的聲音入口中放置有網格，所述網格在導電蓋和PCB !41的上
表面的下方被封閉，其構成了硅麥克風組件的前腔。
US 6,522,762公開了一種以所謂的"芯片尺寸封裝，，而形成的硅麥克風組件。該硅麥克風組件包括MEMS換能器棵片、分立的集成電,片、以及在其中形成有通孔的硅栽體a。該MEMS換能器棵片與集成電路位置相鄰，并且均通^目應的M點組、經由倒裝焊而附接到硅載體141 的上表面。MEMS換能器棵片和集成電路與運行在硅載體基&上的電氣軌i^目連。在硅載體基板的相對的上表面與下表面之間的饋通結構建立了與^141的下表面之間的電連接，該硅基板的下表面還保持了用于將硅麥克風組件電連接到外部PCB的電端子或電凸點。所述下表面基本上是平面，并且通過傳統的回流焊接工藝來對所述電凸點進行定位，以允許所述硅麥克風組件附接到外部PCB。
Akustica 乂>司已經在2003年6月9日在Electonic Design Magazine 中宣布了一種模擬CMOS IC，其包括在硅中蝕刻的且與MOSFET放大器相集成的、64個微機械加工的電容式麥克風陣列。
US 6，829，131描述了具有連接到硅膜結構的積分數字PWM放大器的 MEMS棵片，其適用于通過靜電激勵來產生聲壓信號。
本發明的目的是提供一種改進的MEMS聲學換能器，其形成在單個半導體棵片上，由此可以避免用于生產MEMS聲學換能器的晶片級接合工藝和/或若干元件的組裝。

發明內容
根據本發明的第一方面，提供了一種聲學微機電系統(MEMS)換能器，其形成在基于半導體材料的單個棵片上且具有彼此相對的正表面部分和背表面部分，所述聲學MEMS換能器包括空腔，其形成在所述棵片中以由此提供背部容積，其中所述背部容積
具有朝向所述空腔的開口的上部和朝向所述空腔的底部的下部；以及
背板和隔膜(diaphragm),其被布置成基本上平行于在所述背板和隔膜這兩者之間的空氣隙并且至少部分地延伸跨越所述空腔的開口，所述背板和隔膜隨所述棵片的正表面部分一起整體形成；
其中所述空腔的底部以所述棵片為邊界。
本發明涵蓋了其中背板被布置在隔膜之上并且至少部分地延伸跨越背板的實施例，但是本發明還涵蓋了其中隔膜被布置在背板之上并且至少部分地延伸跨越背板的另一優選實施例。
在本發明的換能器的實施例中，背面開口被形成在棵片中，其中所述開口從所述棵片的背表面部分延伸到所述空腔底部。這里，可以通過密封材料聲學上密封所述背面開口的至少一部分或全部。
當背面開口被聲學上密封時，所形成的換能器可以是全向麥克風，而當背面開口并未被聲學上密封時，所形成的換能器可以是定向麥克風。優選地，背部容積基本上是封閉的，以及由此背面開口基本上是封閉的，以便由此獲得聲學上密封的容積。然而，還優選的是，向背部容積設置靜壓均衡出口或靜壓均衡孑L在此，靜壓均衡出口或靜壓均衡孔被設于背部容積的底部和/或頂部，例如通過^f吏一個或更多個背面開口保留未被密封，或者通過具有穿過所述隔膜的通風孔來實現。
根據本發明的換能器的實施例，從空腔的底部到頂部或開口的距離是在100-700戶的范圍之內，例如在100-500//m的范圍內，例如約300戶。
本發明的換能器還涵蓋了一些實施例，其中一個或更多個集成電路如一個或更多個CMOS電路被形成在所述棵片的正表面部分中，其中隔膜和背板經由在所述棵片的正表面部分之中或之上形成的電連接而電連接到集成電路。
對于在棵片的正表面部分上具有一個或更多個集成電路的、本發明的換能器的一些實施例，可以在所述棵片的正表面部分之中或之上形成一個或更多個接觸點，所述接觸點經由在所述棵片的正表面部分之中或之上形成的一個或更多個電連接而電連接到所述集成電路。優選地，所述接觸點的至少一部分與SMD工藝技^M目兼容，并且被形成在所述棵片的正表面部分的基本平坦的部分上。
然而，對于在棵片的正表面部分上具有一個或更多個集成電路的、本發明的換能器的另外一些實施例，可以在所述棵片的背表面部分之中或之上形成一個或更多個接觸點，所述接觸點經由從所述棵片的正表面部分到所述棵片的背表面部分的一個或更多個電饋通而電連接到所述集成電路。這里，優選地，所述棵片的背表面部分基本上是平坦的，并且所述接觸點
的至少一部分與SMD工藝技術相兼容。
本發明的換能器還涵蓋了一些實施例，其中一個或更多個集成電路如 CMOS電路等被形成在棵片的背表面部分中，其中隔膜和背板經由從所
集成電路。這里，可以在所述棵片的背表面部分之中或之上形成一個或更多個接觸點，所述接觸點經由在所述棵片的背表面部分之中或之上形成的一個或更多個電連接而電連接到所述集成電路。此外，這里優選的是，所述棵片的背表面部分基本上是平坦的，并且所述接觸點的至少一部分與 SMD安裝技術相兼容。
優選地,在包括a材料的棵片上形成本發明的換能器。還優選的是，通過導電的硅基材料來形成所述背板和/或隔膜。
根據本發明的換能器的實施例，所述背板可以基本上是剛性的，其中大量背板開口被設置成穿過所述背板。本發明的實施例還包括所述隔膜是柔性的。
根據本發明的第二方面，提供了一種制造在基于半導體材料的單個棵片上且具有彼此相對的正表面部分與背表面部分的聲學微機電系統 (MEMS)換能器的方法，所述方法包括
a) 在所述棵片中形成空腔以由此提供背部容積，其中所述背部容積具有朝向所述空腔的開口的上部和朝向所述空腔的底部的下部；以及
b) 形成背板和隔膜以延伸跨越所述空腔開口，所述背板和隔膜基本上與在這二者之間的空氣隙相平行，并且隨所述半導體基&的正表面部分一起整體形成；
其中所述空腔被形成為使得所述空腔的底部以所述棵片為邊界。
根據本發明的第二方面的實施例，所述空腔或背部容積的形成即步驟 a)可以包括使用各向異性干法蝕刻和各向同性干法蝕刻。這里，可以從所述棵片或J41的背面執行各向異性干法蝕刻，由此可以在所述棵片的背面形成孔。然后可以進行各向同性干法蝕刻，由此可以在所述棵片或a 中形成空腔或背部容積。在本發明的第二方面的實施例中，所述空腔的形成即步驟a)包括
aa)形成多孔半導體結構以由此限定空腔或背部容積。這里，所述半導體材料可以是Si，并且所述多孔半導體結構可以通過采用硅陽極化來形成。根據本發明的第二方面的實施例，可以通it^所述棵片或14SL或晶片的背面進行硅陽極化來形成多孔半導體結構。
根據本發明的第二方面的另一實施例，步驟aa)可包括將多孔半
述棵片中，以由此限定空腔或背部容積。這里，所述多孔半導體結構的形成即步驟aa)可以包括以下步驟
aal)提供具有正面和背面的CMOS兼容的Sig或晶片；
aa2)在所述Si基敗的背面上形成重摻雜的導電半導體層；
aa3 )在所述摻雜的導電半導體層的背面的至少一部分上沉積背面金屬層，以由此獲得對所述導電層的電接觸；
aa4 )在所述Si J41的正面的一部分上形成正面保護層，例如硅氧化物層；
aa5)將所述Si基敗安裝在電化學電池中；
aa6 )利用珪陽極化來形成多孔Si半導體結構；
aa7)將所述SiJjfel從所述電化學電池中卸下；
aa8)通過蝕刻而去除所述背面金屬層；以及
aa9)通過蝕刻而去除所述正面保護層的至少一部分或全部。
優選地，所述通過采用陽極化的多孔Si結構的形成即步驟aa6 )包括
向所述基&的正面施加預定濃度的蝕刻溶液，以及
在預定時段內，在所述背面金屬層與正面蝕刻溶液之間施加在預定電壓范圍內的外部直流(DC)電壓，以由此形成多孔結構。這里，所述蝕刻溶液可以包括作為HF、水和乙醇的溶液的HF溶液，例如 HF:H20:C2H5OH的1:1:2或1:1:1溶液。所述直流電壓可以在l-500mV 的范圍內，并且可以,皮調節以獲得透過所述HF溶液的50mA/cm2的直流電流密度。此外，可以在30-150分鐘的范圍內的時段比如約100分鐘內施加所述直流電壓。
根據本發明的第二方面的方法的實施例，所述背板和隔膜的形成即步
12驟b)可以包括在所述多孔結構上方沉積導電背板層和導電隔膜層，其
根據本發明的第二方面的方法的優選實施例，所述背板和隔膜的形成
可以包括以下步驟
在所述多孔結構的表面上方形成第一絕緣層，在所述第一絕緣層上方沉積導電背板層，在所述背板層中形成開口以由此形成背板，在所述背板上方形成第二絕緣層，以及在所述第二絕緣層上方沉積導電隔膜層。
根據本發明的第二方面的方法的替代性實施例，所述背板和隔膜的形成可以包括以下步驟
在所述多孔基&的表面上方形成笫一絕緣層，
在所述第一絕緣層上方沉積導電隔膜層，
在所述隔膜層上方形成第二絕緣層，
在所述第二絕緣層上方沉積導電背板層，以及
在所述背板層中形成開口以由此形成背板。這里，所述方法還可包括從所述正表面部分穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第二絕緣層。
對于其中已經形成了多孔半導體結構的、本發明的第二方面的方法的實施例而言，所述空腔的形成還可包括以下步驟形成從所述棵片的背表面部分延伸到所述多孔結構的下部的背面開口，以及從所述背表面部分穿過所述背面開口地蝕刻所述棵片的所述多孔結構。這里，所述背面開口的形成可以包括以下步驟
在所述棵片的背面上形成背面絕緣保護層，
對所述絕緣保護層進行圖案化，以由此限定背面開口的區域，以及
在所限定的區域處進行穿過所述棵片的背表面部分至所述多孔結構的下部的背面蝕刻。
對于其中已經形成了背面開口的、本發明的第二方面的方法的實施例而言，所述方法還可包括從所述背表面部分穿過所述背面開口地、至少部分地蝕刻所述第一絕緣層。對于其中已經在第一絕緣層上方形成了背板且在該背板上方形成了第二絕緣層的實施例而言，優選地，經由所述背表面部分穿過所述背面開口且穿過所述背板開口地蝕刻所述第一絕緣層和第二絕緣層的至少一部分。當已經完成了穿過所述背面開口的一個或更多
個蝕刻工藝時，本發明的第一方面的方法的實施例包括在所述背表面部分上沉積覆蓋層，以由此至少部分地封閉或聲學上密封所述背面開口。
根據本發明，在第三方面中也提供了一種制造聲學微機電系統 (MEMS )換能器的方法，所述聲學微機電系統MEMS換能器在基于半導體材料的單個棵片上且具有彼此相對的正表面部分和背表面部分，所述方法包括
形成多孔半導體結構以從所述棵片的正表面部分延伸到所述棵片中，所述多孔結構限定了空腔容積，并且具有朝向所述棵片的背表面部分的下部、以及朝向所述棵片的正表面部分的表面；
在所述多孔結構的所W面上方形成第一絕緣層；
在所述第一絕緣層上方沉積導電背板層；
在所述背板層中形成開口以由此形成背板；
在所述背板上方形成第二絕緣層；
在所述第二絕緣層上方沉積導電隔膜層；
形成從所述棵片的背表面部分延伸到所述多孔結構的所述下部的背面開口；
從所述背表面部分穿過所述背面開口地蝕刻所述棵片的多孔結構；
以及
從所述背表面部分穿過所述背面開口且穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第一絕緣層和第二絕緣層。
根據本發明，在第四方面中也提供了一種制造聲學微機電系統 (MEMS)換能器的方法，所述聲學微機電系統MEMS換能器在基于半導體材料的單個棵片上且具有彼此相對的正表面部分和背表面部分，所述方法包括
形成多孔半導體結構以從所述棵片的正表面部分延伸到所述棵片中，所述多孔結構限定了空腔容積，并且具有朝向所述棵片的背表面部分的下部、以及朝向所述棵片的正表面部分的表面，在所述多孔結構的所W面上方形成第一絕緣層，在所述第一絕緣層上方沉積導電隔膜層，在所述隔膜層上方形成第二絕緣層，在所述第二絕緣層上方沉積導電背板層，在所述背板層中形成開口以由此形成背板，
形成從所述棵片的背表面部分延伸到所述多孔結構的下部的背面開
從所述背表面部分穿過所述背面開口地蝕刻所述多孔結構，
從所述背表面部分穿過所述背面開口且穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第一絕緣層，以及
從所述正表面部分穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第二絕緣層。
在本發明的第三方面和第四方面的方法的實施例中，所述多孔半導體
結構的形成包括以下步驟
提供具有正面和背面的CMOS兼容的Si!4l或晶片，
在所述Si !41的背面上形成重摻雜的導電半導體層，
在所述摻雜的導電半導體層的背面的至少一部分上沉積背面金屬層，以由此獲得對所述導電層的電接觸，
在所述Si K的正面的一部分上形成正面保護層，例如硅氧化物層；
將所述Si基敗安裝在電化學電池中，
利用硅陽極化來形成多孔Si半導體結構；
將所述Si^4l從所述電化學電池中卸下；
通過蝕刻去除所述背面金屬層；以及
通過蝕刻去除所述正面保護層的至少一部分或全部。
在本發明的第三方面和第四方面的方法的實施例中，所述利用陽極化的多孔Si結構的形成包括以下步驟
所ii!4l的正面施加預定濃度的蝕刻溶液，以及
在預定時段內，在所述背面金屬層與正面蝕刻溶液之間施加在預定電壓范圍內的外部直流電壓，以由此形成多孔結構。這里，所述蝕刻溶液
可以包括作為HF、水和乙醇的溶液的HF溶液，例如HF:H20:C2H5OH 的1:1:2或1:1:1溶液；所述直流電壓可以在l-500mV的范圍內，并且可以被調節以獲得透過所述HF溶液的50mA/cm2的直流電流密度；以及在 30-150分4中的范圍內的時段比如約100分鐘內施加所述直流電壓。
在本發明的第三方面和第四方面的方法的實施例中，所述背面開口的形成包括以下步驟
在所述棵片的背面上形成背面絕緣保護層，
對所述絕緣保護層進行圖案化，以由此限定背面開口的區域，以及
在所限定的區域處進行穿過所述棵片的背表面部分至所述多孔結構的下部的背面蝕刻。
此外，對于本發明的第三和第四方面的方法而言，優選地，當已經完成了所述穿過背面開口的一個或更多個蝕刻工藝時，可以在所述背表面部分上沉積覆蓋層，以由此至少部分地封閉或聲學上密封所述背面開口。
此外，對于本發明的方法而言，優選地，在其上形成MEMS換能器的棵片包括硅基材料。此外，所述背板和/或所述隔膜優選地由導電硅基材料形成，并且所述背板可以基本上是剛性的，并且具有大量(例如介于 1000和50,000之間)的貫穿背板的開口。所述隔膜優選地是柔性的，并且具有預定值的張力。所述隔膜可以包括根據US 5，4卯，220中^>開的結構的、基本上浮動(floating)的結構。
從下面結合附圖給出的說明來看，本發明的其它特征和優點將變得明顯。

圖la-ln是根據本發明的方法的實施例的、在制造聲學單棵片MEMS 換能器的各個步驟期間的半導體結構的橫截面側視圖，
圖2a-2v是在制造根據本發明的第一實施例的具有形成在棵片上的 CMOS電路的聲學單棵片MEMS換能器的各個步驟期間的半導體結構的橫截面側視圖，
圖3是根據本發明的第二實施例的、具有形成在棵片上的CMOS電路的聲學單棵片MEMS換能器的橫截面側視圖，例的、具有形成在棵片上的CMOS電路的聲學單棵片MEMS換能器的橫截面側視圖，
圖5-7是通過采用陽極化而從晶片的背面形成多孔半導體結構的各個步驟期間的半導體結構的橫截面側視圖，
圖8a-9b是通過采用陽極化而從晶片的正面形成多孔半導體結構的各個步驟期間的半導體結構的橫截面側視圖，
圖10-15是根據本發明的實施例的空腔形成的各個步驟期間的半導體結構的橫截面側視圖，以及
圖16-18是各個制備步驟期間的半導體結構的橫截面側視圖，其示出了在陽極化期間使用絕緣氧化物以用于垂直密封。
具體實施例方式
根據本發明的實施例，在單棵片半導體結構上制造以MEMS電容式麥克風形式的聲學MEMS換能器。
用于制造或制^^艮據本發明的電容式麥克風的、典型的半導體基&包括具有<100>或<110>表面取向的單晶硅晶片。
下面參照圖la-ln描述了一種制造符合本發明的聲學換能器或電容式麥克風的方法，其中圖la-lh示出了多孔半導體結構形成工藝的各個步驟，圖lg示出了 MEMS換能器結構形成工藝，圖lj-ll示出了背部容積 (back volume)形成工藝，圖lm示出了用于^^放(release)換能器結構的蝕刻工藝，而圖ln示出了用于封閉背部容積的工藝。
/孔57工藝;^淨，
根據本發明的換能器的優選實施例，可以通過形成多孔半導體結構并隨后蝕刻該多孔結構，來制備換能器背部容積。
第一個步驟是提供Si基板l,參見圖la，該Si基板l優選地與一個或更多個CMOS電路工藝相兼容。然后，參見圖lb，在基tl的背面上形成重摻雜的導電層2。重摻雜的層2用作用于多孔Si形成的接觸層，并且可以通過8++￡口1的沉積或通過摻雜劑的注入和擴散來獲得。接下來，參見圖lc，在背面上沉積金屬層3 (Al)以用于多孔Si形成期間的電接觸；該金屬層3可以例如通過使用剝離(lift-off)技術來進行沉積。為了在多孔結構形成期間掩^&1的正面，參見圖ld，接下來的步驟是在正面上沉積和圖案化硅氧化物保護層4，并通過4吏用光致抗蝕劑掩膜和HF蝕刻來對其進行結構化。
參見圖le，隨后將Si基仗或晶片l安裝在用于多孔Si形成的電化學電池中。所述電池包括將所述正面與背面隔開的固定器5，以使得蝕刻溶液6只能腐蝕基&1的正面。此外，14SL金屬電極3經由電壓源8而連接到該電池的電極7。參見圖lf，當^41或晶片1被安M該電池中時，通過使用外部施加的直流電壓8和HF溶液6,在未加保護的區域中形成了多孔Si結構9。該工藝被稱為硅陽極化，并且通過改變直流電壓8和HF 濃度6，可以將多孔性水平從lnm調節到直至l/皿。
優選地，蝕刻溶液是作為HF、水和乙醇的溶液的HF溶液，例如 HF:H20:C2H5OH的1:1:2或1:1:1溶液；直流電壓8可以在l-500mV的范圍內，并且可以被調節以獲得透過所述HF溶液的50mA/cm2的直流電流密度。可以在30-150分鐘的范圍內的時段、例如約100分鐘內施加所述直流電壓，以由此獲得期望的多孔結構的厚度，該厚度可以是在 100-500/zm的范圍內，或是約300/zm。
參見圖lg，在形成多孔Si結構9之后，從電化學電池中卸下基敗l，并且參見圖lh，通過磷酸溶液蝕刻Al金屬電極3，并通過HF蝕刻保護層4。
在作者為Z. M. Rittersma的"Microsensor Applications of Porous Silicon"中討論了多孔硅結構的形成，將其通過引用合并于此。
現在已經形成了多孔硅結構9，并且為了獲得MEMS電容式麥克風，必須形成背板和隔膜。該形成在圖li中示出，圖li示出了 MEMS電容式麥克風的層的沉積和結構化。在基板1的正面上形成第一硅氧化物層 10，然后沉積和結構化諸如SiGe之類的導電硅基材料以獲得背板ll，接下來在背板11和第一硅氧化物層10上形成第二硅氧化物層10,并且在第二硅氧化物層10上沉積和結構化諸如SiGe之類的導電珪基材料以形成隔膜12。在本發明的、其中所述單個棵片包括CMOS電路的實施例中，重要的是所有與MEMS結構的形成相關的工藝均是低溫工藝，以避免對CMOS電路的任何影響。下面結合圖2j-2m給出了對背板11和隔膜 12的形成的更詳細的說明和示例。從圖li中看出，可以在隔膜中形成通風孔，以獲得靜壓均衡出口或靜壓均衡開口。背板11和隔膜12還可以導電地連接到基仗1的前部，可以在此處形成電路以用于處理從隔膜12和背板ll輸出的信號。
種敘賴
為了獲得電容式麥克風，接下來必須在多孔Si結構9中形成背部容積。這在圖lj-ll中示出。圖lj示出了在Si結構的背面上沉積硅氧化物掩蔽層13，并且還通過使用光致抗蝕劑和HF蝕刻來對硅氧化物掩M 13進行圖案化。接下來，參見圖lk，執行背面蝕刻以形成從Si結構的背面延伸到多孔Si區9的背面開口或背面通道14。然后，參見圖11，使用基于KOH (氫氧化鉀)的溶液來進行對多孔Si區9的犧牲蝕刻，以形成背部容積15。在該蝕刻期間，必須通過抗KOH的聚合物層或光致抗蝕劑來保護正面。
Af皿S斧放工藝
現在，如圖lm所示，通過HF蒸氣來蝕刻在背板11和隔膜12的形成期間使用的硅氧化物層10以及珪氧化物保護層13，以釋放MEMS麥克風結構，其中在所述硅氧化物層10中所述第二硅氧化物層限定了麥克風空氣隙16。所述HF經由背面中的背板蝕刻通道14而觸及隔膜12與背板11之間的氧化物。麥克風空氣隙16可以具有介于l戶和20戶之間的高度，例如介于2/zm與5戶之間，用于適合于電信和助聽應用的微型實施方式。
紳容歡萌
背面開口或背面通道14可以保持敞開，以形成定向麥克風。然而，根據優選實施例，背面通道14被密封以形成基本上封閉的背部容積15 以及形成全向麥克風。這在圖ln中示出，其中通過使用APCVD (氣壓化學氣相沉積)工藝將硅氧化物層17沉積到背面通道14中來封閉所述背面通道。替代硅氧化物地，諸如厚的自旋(spin-on)聚合物之類的其它材料可用于封閉背面蝕刻通道14。可以在隔膜或背面中形成靜壓均衡孔，例如通過^f吏一個或更多個背面通道14保持敞開來形成。
逸括CMOS ^^辨本Jt^辨豸滋辨
如上文所述地以及如圖la-ln所示地制造的硅麥克風典型地具有很低的信號輸出，并且用作具有對必要的電容性的很高阻抗的信號源。為了獲得高信噪比和/或對EMi噪聲的免疫，重要的是:從麥克風輸出到CMOS 放大電路的電信號通路的長度盡可能短，并且具有可實現的小的寄生電容，以最小化信號損耗。本發明的實施例通過在單個棵片上形成放大電路
(其還形成了麥克風)而提供了對該問題的解決方案。在圖2a-2v中示出了這種解決方案的第一實施例，其示出了制造具有形成在單棵片上的 CMOS電路的單棵片電容式麥克風的各個步驟期間的半導體結構的橫截面側視圖。
在圖2a-2v所示的實施例中也使用了在圖la-ln中使用的步驟，但是包括了附加的步驟，以形成CMOS電路和電接觸結構。
參見圖la，第一個步驟是提供CMOS兼容Si基板。然后，參見圖 2b,在所述基板的背面上形成重摻雜的導電層。該重摻雜的層用作用于多孔Si形成的接觸層，并且可以通過B++ Epi的沉積來獲得。
垂i發遞桌4
接下來，在基板中形成垂直饋通，以獲得從Si結構或棵片的正面到背面的電信號通路。首先，參見圖2c，執行對垂直饋通孔的深反應離子蝕刻DRIE。然后，參見圖2d,沉積Si02即硅氧化物的絕緣層，并用重摻雜的多晶硅(poly-Si)的導電層來填充該饋通孔。最后，參見圖2e，執行對所述背面上的多晶硅和Si02的背面蝕刻和拋光，并獲得經由摻雜的多晶硅而穿過M的電饋通。
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接下來的工藝步驟向棵片提供具有諸如CMOS電路之類的放大電路，該放大電路可包括模擬部分和數字部分，并且可以包括低噪聲麥克風前置放大器和諸如過采樣的西格瑪-德爾塔之類的模數轉換器ADC。此夕卜，該CMOS電路可以包括耦合到低噪聲電壓調節器的電壓泵或倍壓器，以在背板11與隔膜12之間提供具有預定值的直流偏壓。這在圖2f中示出，其中在具有集成的垂直饋通的晶片上形成有ASIC電路。該ASIC電路是通過4吏用適當的CMOS工藝而形成的。可以在該晶片上形成多于一個的CMOS電路。該CMOS工藝的金屬化層被用于接觸所述饋通。
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接下來的工藝步驟包括已經結合圖lc-lh描述了的多孔硅結構的形成。參見圖2g,該工藝始于在所述背面上沉積接觸金屬(A1)。參見圖2h，多孔硅結構的形成包括在提供了對CMOS電路和背面的保護的情況下，在電化學電池中使用HF (氫氟酸)形成多孔硅。多孔硅結構的形成的步驟還包括去除在電化學電池工藝中使用的背面接觸金屬。在,孔凌頁J:對MEMS"
在形成多孑L硅結構之后，必須形成背板和隔膜。該形成在圖2j-2m中示出。參見圖2j，在基板的正面和背面上形成第一低溫硅氧化物絕緣層，然后，參見圖2k,沉積和結構化諸如SiGe或具有氮化硅的夾層之類的低溫導電a材料以獲得背板。從圖2j和2k中看出，在CMOS電路上方的第一絕緣層中形成有接觸孔，并且形成背板的材料也被沉積用于填滿這些接觸孔，由此經由CMOS電路與背板之間的接觸孔的第一部分而建立導電接觸。如圖2m所示，所述接觸孔的第二部分用于建立CMOS電路與隔膜之間的電接觸。參見圖21，當形成了背板時，在該背板和第一硅氧化物層上形成第二低溫硅氧化物絕緣層，并且在該第二絕緣層中提供到所述接觸孔的第二部分的開口。最后，在所述第二珪氧化物層上沉積和結構化諸如SiGe或具有氮化硅的夾層之類的低溫導電硅基材料，以形成隔膜。從圖2m中看出，可以在隔膜中形成通風孔，以獲得靜壓均衡出口或靜壓均衡開口。
為了獲得從棵片的背面至所述饋通并由此至棵片的正面上的電路的電接觸，接下來，參見圖2n，在背面絕緣氧化物層中提供接觸孔開口。參見圖2o，隨后是A1背面金屬層的沉積和圖案化，參見圖2p,接著是包括Ni和Au或Ni、 Pd和Au或Ni和Pd的凸點下金屬化(UBM)的沉積，以便由此使背面電接觸與表面安裝器件SMD工藝技術相兼容。
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為了獲得從棵片的背面到多孔Si區的底部的背面開口，接下來，參見圖2q，通過使用光致抗蝕劑和HF蝕刻來對背面絕緣氧化物層進行圖案化，以限定用于蝕刻背面開口的區域。接著，參見圖2r，通過反應離子蝕刻RIE來執行背面蝕刻，以形成從棵片或Si結構的背面延伸到多孔 Si區的背面開口或背面通道。
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現在，參見圖2s，執行使用KOH或TMAH (四甲基氬氧化銨)的對多孔Si區的犧牲濕法蝕刻，以形成背部容積。在該蝕刻期間，用抗蝕刻聚合物層或光致抗蝕劑來保護所述正面或背面。
參見圖2t，在多孔濕法蝕刻之后是對犧牲氧化物的HF蒸氣蝕刻，由此蝕刻在基tl下方的第一氧化物層和在基仗上方的第二氧化物層，以由此釋放MEMS半導體結構。此外，提供了對膜和背板的SAM涂覆，也就是說，在所述膜和背板上沉積作為自組裝單分子層(SAM)的疏水層，其中可以經由背面開口和/或經由隔膜中的通風孔來執行對所述背板的 SAM涂覆。
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背面開口或通道可以保持敞開，以形成定向麥克風。然而，根據優選實施例，背面通道被封閉以用于密封背部容積和獲得全向麥克風。這在圖
2u中示出，其中通過使用APCVD (氣壓化學氣相沉積)工藝將硅氧化物覆蓋層沉積到背面通道中，來封閉背面通道。替代硅氧化物地，諸如厚的自旋聚合物之類的其它材料可以用于封閉背面蝕刻通道。如果在隔膜中不存在用于獲得靜壓均衡出口或靜壓均衡開口的通風孑L,則可以在背面中形成這種通風孔，例如通過使一個或更多個背面通道或開口保持敞開來形成。最后，可以通過使用反應離子蝕刻RIE或濕法蝕刻經由密封氧化物層來提供到背面電接觸點的開口。
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本發明還涵蓋了一些實施例，其中可以通過使用如圖5-7所示的陽極化工藝從晶片的背面形成多孔硅結構來制備換能器背部容積。該工藝可結合制備工藝1 一起使用，從而替代從圖la至lh所示出的工藝；該工藝可用在制備工藝2中，從而替代從圖2g至2h所示出的工藝；并且該工藝可用在針對圖3所示的棵片而釆用的制備工藝3中。這意味著不必為了使空腔的底板敞開而進行蝕刻。
對所述晶片的正面進行p+離子注入，并沉積金屬層接觸。如果在晶片上包括有CMOS電路，則這些層可以來自CMOS工藝。然后在晶片的背面上制成用于陽極化的掩膜。現在該晶片如圖5所示。
經由掩膜開口使用KOH或TMAH蝕刻來執行硅晶片的預圖案化。這在圖6中示出。
通過調整電流密度和電解液組成來執行多孔硅在預圖案化的區域中的形成，以獲得i^A^板中的厚度約為50戶的大孔(macro-porous )硅。該大孔硅可以具有壁厚度約為1//m的硅矩陣。然后改變陽極化電流密度和/或電解液組成，以形成從大孔硅區的一端到所述晶片的正表面的微孔硅。這在圖7中示出。毫微孔(nano-porous)硅具有壁厚度約為l戶的硅矩陣。如上文所述，由于壁厚度的不同，可以選擇性地蝕刻微孔(micro-
22porous )硅，而不蝕刻大孔硅。在微孔珪去除和犧牲氧化物去除之后，可以使用如先前所述的APCVD氧化物或聚合物的自旋來封閉所述大孔硅結構。
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本發明還涵蓋了替代性的實施例，其中可以通過使用如8和9所示的陽極化從晶片的正面形成多孔硅結構來制備換能器背部容積。通過使用該工藝，在陽極化工藝期間通過單晶硅形成背板。該工藝可以結合工藝1 一起使用，從而替代圖lc-lh所示出的步驟。在這種情況下，在圖li中不對背板進行沉積和圖案化。該工藝還可結合工藝2—起使用，此時其替代了圖2g-2j所示出的步驟。在這種情況下，在圖2k中不對背板進行沉積。最后，該工藝還可以用于圖3所示的棵片的制備。
在晶片的背面上沉積EpiB+十層，然后是金屬接觸層沉積。接著，在晶片的正面上制成用于陽極化的掩膜。這可以包括如圖8a所示的n+注入、 Si02沉積以及PolySi (多晶硅)沉積，或者替代地，可以包括如圖8b所示的n+外延層沉積、Si02沉積以及PolySi沉積。然后，將該掩蔽層圖案化作為基tl。
多孑L硅的形成是通過形成穿過晶片的層的陽極化來執行的，其中可以使所述穿過晶片的層終止在p+十外延層上。這導致了未被陽極化的n+離子注入的欠蝕刻和陽極化。現在，在從n+離子注入層形成的單晶背板的情況下，所述晶片如同圖9a所示。替代地，在從n+外延層形成的背板的情況下，所述晶片如同圖9b所示。
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本發明還涵蓋了一些實施例，其中所述背部容積是在MEMS結構形成之后的CMOS兼容后加工步驟中形成的。該CMOS兼容后加工步驟可以包括從背面的高各向同性的干法蝕刻，以使棵片的背面中的孔敞開。隨后的各向異性干法蝕刻步驟形成了背部容積。
這種工藝在圖10-15中示出，其如下所述
圖10:在先前已對膜和背板結構進行了加工的晶片的背面上沉積掩蔽層。所述晶片也可能在其上具有CMOS結構。
圖ll:使用光刻法和蝕刻步驟對掩蔽層進行圖案化。圖12:使用諸如深反應離子蝕刻工藝之類的各向異性蝕刻來產生孔。
圖13:執行各向同性蝕刻以擴大空腔。所述蝕刻終止在背板結構下方的硅氧化物層上。
圖14:執行氣相氫氟酸蝕刻以釋;^和背板結構。
圖15:使用先前所述的APCVD工藝或聚合物的自旋工藝、或者使用諸如粘性標簽(adhesive sticker)之類的接合薄片，來封閉在空腔的底部中的孔。
該方法可以結合制備工藝1、 2和3—起使用。在工藝1中，使得圖 lb-lh所示的步驟成為不必要的。在工藝2中，使得圖2b-2j所示的步驟成為不必要的。
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為了更精確地控制被陽極化的容積的橫向延伸，可以使用現有的通孔工藝來限制被陽極化的容積。因此，所形成的絕緣垂直硅氧化物可以用作對陽極化的橫向限制。該工藝可以用在工藝2中，此時其將在圖2c-2e所示的步驟期間形成，并且該工藝可以用在針對圖3所示的棵片而釆用的制備工藝3中。
該工藝在圖16-18中示出，其如下所述
圖16:如先前所述，已經使用標準通孔工藝對標準晶片進行了通孔加工。該晶片還可以在其上具有CMOS電路。如從該晶片的頂部所看到的，已經4吏用該通孔工藝來制成了環形或其它形狀的溝槽。
圖17:在從通孔工藝形成的溝槽的邊緣內的晶片上進行p+注入并沉積金屬接觸。如果在該晶片上包括CMOS電路的話，這些p+注入和金屬接觸可以是CMOS加工的一部分。在晶片的背面上沉積和圖案化掩蔽層。該掩蔽層可以是Si02層或SU8光致抗蝕劑層。
圖18:使用電化學蝕刻電池對硅進行陽極化。多孔硅由于絕緣通孔而被限制在所述溝槽內。
還可從圖17來繼續進行替代多孔硅形成的各向同性反應離子蝕刻。這將受到在溝槽兩側的Si02層的限制。這需要在背腔的形成之前形成膜和背板。該工藝可以專用于根據圖2p所示的步驟的工藝2中。此外，使得圖2g-2j所示的步驟成為不必要的。
逸括CMOy電路的本發明的另外的實施例在圖3中示出了具有在棵片上形成的CMOS電路的聲學單棵片 MEMS換能器的第二實施例。
圖2v和圖3的單棵片解決方案之間的主要差別是:在圖2v中，CMOS 電路是在棵片的正表面上形成的，而對于圖3的解決方案而言，CMOS 電路是在棵片的背表面上形成的。用于制造圖3的單棵片MEMS換能器的工藝步驟與圖2a-2v的工藝步斜目類似，但是CMOS集成濕一在晶片的背面上執行的，而不是如圖2f所示地在晶片的正面上執行。這里，CMOS 必須凈皮加工到所述棵片的背面的未受到重摻雜的區域中，以保持CMOS 兼容的棵片表面。為此目的，必須選擇性地執行摻雜，例如通過經由氧化物或光致抗蝕劑^^膜的離子注入來進行。
還應注意的是，對于圖3所示的單棵片MEMS換能器而言，在4 板的背面與密封覆蓋層之間不存在背面硅氧化物層。該背面硅氧化物層是在圖2j所示的第一鍵:^氧化物層的形成期間H供的，并且可曰以在如圖
對于圖2v和圖3的實施例而言，SMD點在棵片的背面上的布置4吏得這些單棵片MEMS換能器非常適合于表面安裝SMD技術。
在圖4中示出了具有在棵片上形成的CMOS電路的聲學單棵片 MEMS換能器的第三實施例。
圖2v和圖4的單棵片解決方案之間的主要差別是在圖4中，在棵片的背面上不存在接觸點，因此不存在用于獲得從棵片的正面到背面的電接觸的饋通。因此，對于圖4的解決方案而言，省略了圖2c-2e所示的步驟，并且圖2n-2p所示的背面接觸步驟被用于提供正面接觸的對應步驟所替代，以便由此獲得到正面上的CMOS電路的電接觸。此外，對于圖4 所示的單棵片MEMS換能器而言，參見上文結合圖3所給出的討論，在 >^41的背面與密封覆蓋層之間不存在背面硅氧化物層。
對于圖4的實施例而言，正面接觸具有達到比隔膜更高的SMD凸點，由此圖4的單棵片MEMS換能器也^it合于表面安裝SMD技術。
對于上文結合圖l-4所討論的本發明的實施例而言，麥克風的隔膜被布置在背板上方。然而應當理解，采用這里描述的原理但具有形成或布置在隔膜上方的背板的單棵片麥克風也是本發明的一部分。當參照其中隔膜被布置在背板上方的、圖2j-2m所示的MEMS麥克風結構加工步驟時，則當使背板布置在隔膜上方時，應當交換圖2k和2m所示的加工步驟。也就是說，參見圖2j，在基板的正面和背面上形成第一低溫珪氧化物絕緣層，然后參見圖2m，沉積和結構化諸如SiGe或具有氮化珪的夾層之類的低溫導電a材料，以獲得隔膜。當形成了隔膜時，參見圖21，隨后在背板和第一硅氧化物層上形成第二低溫硅氧化物絕緣層。最后，參見圖 2k，在第二硅氧化物層上沉積和結構化諸如SiGe或具有氮化硅的夾層之類的低溫導電a材料，以形成背板。從圖2m中看出，可以在隔膜中形成通風孔，以獲得靜壓均衡出口或靜壓均衡開口。可以穿過所述背板的開口從所述棵片的正面執行對第二硅氧化物層的蝕刻。
應當理解，可以對上述的實施例進行各種修改，期望將所有這種修改以及功能性等價內容包括在所附權利要求的范圍之內。
權利要求
1. 一種聲學微機電系統(MEMS)換能器，其形成在基于半導體材料的單個裸片上且具有彼此相對的正表面部分和背表面部分，所述聲學MEMS換能器包括空腔，其形成在所述裸片中以由此提供背部容積，其中所述背部容積具有朝向所述空腔的開口的上部和朝向所述空腔的底部的下部，以及背板和隔膜，其被布置成基本上平行于在所述背板和隔膜這兩者之間的空氣隙并且至少部分地延伸跨越所述空腔的開口，所述背板和隔膜隨所述裸片的正表面部分一起整體形成，其中所述空腔的底部以所述裸片為邊界。
2. 根據權利要求1所述的聲學換能器，其中所述隔膜被布置在所述背板上方并且至少部分地延伸跨越所述背板。
3. 根據權利要求1-2中任一項所述的聲學換能器，其中在所述棵片中形成背面開口，所述開口從所述棵片的背表面部分延伸到所述空腔底部。
4. 根據權利要求3所述的聲學換能器，其中通過密封材料聲學上密封所述背面開口的至少一部分或全部。
5. 根據權利要求l-4中任一項所述的聲學換能器，其中從所述空腔的底部到頂部或開口的距離介于100-500戶的范圍內，例如約為300//m。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的聲學換能器，其中在所述棵片的正表面部分中形成集成電路，所述隔膜和背板經由形成在所述棵片的正表面之中或之上的電連接而電連接到所述集成電路。
7. 根據權利要求6所述的聲學換能器，其中在所述棵片的正表面之中或之上形成一個或更多個接觸點，所述接觸點經由形成在所述棵片的正表面之中或之上的一個或更多個電連接而電連接到所述集成電路。
8. 根據權利要求7所述的聲學換能器，其中所述接觸點的至少一部分兼容SMD工藝技術，并且被形成在所述棵片的正表面部分的基本平坦的部分之上。
9. 根據權利要求6所述的聲學換能器，其中在所述棵片的背表面部分之中或之上形成一個或更多個接觸點，所述接觸點經由從所述棵片的正表面部分到所述棵片的背表面部分的一個或更多個電饋通而電連接到所述集成電路。
10. 根據權利要求l-5中任一項所述的聲學換能器，其中在所述棵片的背表面部分中形成集成電路，所述隔膜和背板經由從所述棵片的正表面部分到所述棵片的背表面部分的電饋通而電連接到所述集成電路。
11. 根據權利要求10所述的聲學換能器，其中在所述棵片的背表面部分之中或之上形成一個或更多個接觸點，所述接觸點經由形成在所述棵片的背表面部分之中或之上的一個或更多個電連接而電連接到所述集成電路。
12. 根據權利要求9或11所述的聲學換能器，其中所述棵片的背表面部分基本上是平坦的，并且所述接觸點的至少一部分兼容SMD工藝技術。
13. 根據權利要求1-12中任一項所述的聲學換能器，其中所述棵片包括硅基材料。
14. 根據權利要求1-13中任一項所述的聲學換能器，其中所述背板和 /或隔膜由導電硅基材料形成。
15. —種制造在基于半導體材料的單個棵片上且具有彼此相對的正表面部分與背表面部分的聲學微機電系統(MEMS )換能器的方法，所述方法包括a) 在所述棵片中形成空腔以由此提供背部容積，其中所述背部容積具有朝向所述空腔的開口的上部和朝向所述空腔的底部的下部；以及b) 形成背板和隔膜以延伸跨越所述空腔開口，所述背板和隔膜基本上平行于在所述背板和隔膜這兩者之間的空氣隙，并且隨所述半導體J4！的正表面部分一起整體形成；其中所述空腔被形成為使得所述空腔的底部以所述棵片為邊界。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中所述空腔的形成、即步驟a) 包括aa )形成多孔半導體結構以從所述棵片的正表面部分至所述空腔的底部地延伸到所述棵片中，以由此限定空腔容積。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中所述多孔半導體結構的形成、即步驟aa)包括aal)提供具有正面和背面的CMOS兼容的Si^或晶片，aa2)在所述Si基板的背面上形成重摻雜的導電半導體層，aa3 )在所述摻雜的導電半導體層的背面的至少一部分上沉積背面金屬層，以由此獲得對所述導電層的電接觸，aa4 )在所述Si基仗的正面的一部分上形成諸如硅氧化物層之類的正面保護層；aa5)將所述Si基仗安裝在電化學電池中，aa6)利用硅陽極化來形成多孔Si半導體結構；aa7)將所述Si^jfel從所述電化學電池中卸下；aa8)通過蝕刻去除所述背面金屬層；以及aa9)通過蝕刻去除所述正面保護層的至少一部分或全部。
18. 根據權利要求17所述的方法，其中所述利用陽極化的多孔Si結構的形成、即步驟aa6)包括向所述J4l的正面施加預定濃度的蝕刻溶液，以及在預定時段內，在所述背面金屬層與正面蝕刻溶液之間施加在預定電壓范圍內的外部直流電壓，以由此形成多孔結構。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中所述蝕刻溶液包括作為HF、水和乙醇的溶液的HF溶液，例如HF:H20:C2H5OH的1:1:2或1:1:1溶液；所述直流電壓在l-500mV的范圍內，并JU皮調節以獲得透過所述HF 溶液的50mA/cm2的直流電流密度；以及在30-150分鐘的范圍內的時段、比如約100分4中內施加所述直流電壓。
20. 根據權利要求16-19中任一項所述的方法，其中所述背板和隔膜的形成、即步驟b)包括在所述多孔結構上方沉積導電背板層和導電隔膜層，其中所述導電背板層和導電隔膜層的每個均延伸跨越所述多孔結構的表面。
21. 根據權利要求16-20中任一項所述的方法，其中所述背板和隔膜的形成包括以下步驟在所述多孔結構的表面上方形成第一絕緣層，在所述第一絕緣層上方沉積導電背板層，在所述背板層中形成開口以由此形成背板，在所述背板上方形成第二絕緣層，以及在所述第二絕緣層上方沉積導電隔膜層。
22. 根據權利要求16-20中任一項所述的方法，其中所述背板和隔膜的形成包括以下步驟在所述多孔基仗的表面上方形成第一絕緣層，在所述第一絕緣層上方沉積導電隔膜層，在所述隔膜層上方形成第二絕緣層，在所述第二絕緣層上方沉積導電背板層，以及在所述背板層中形成開口以由此形成背板。
23. 根據權利要求22所述的方法，所述方法還包括從所述正表面部分穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第二絕緣層。
24. 根據權利要求16-23中任一項所述的方法，其中所述空腔的形成還包括以下步驟形成從所述棵片的背表面部分延伸到所述多孔結構的下部的背面開口，以及從所述背表面部分穿過所述背面開口地蝕刻所述棵片的所述多孔結構。
25. 根據權利要求24所述的方法，其中所述背面開口的形成包括在所述棵片的背面上形成背面絕緣保護層，對所述絕緣保護層進行圖案化，以由此限定背面開口的區域，以及在所限定的區域處進行穿過所述棵片的背表面部分至所述多孔結構的下部的背面蝕刻。
26. 根據權利要求22和24或25所述的方法，所述方法還包括從所述背表面部分穿過所述背面開口地、至少部分地蝕刻所述第一絕緣層《
27. 根據權利要求21和24或25所述的方法，所述方法還包括從所述背表面部分穿過所述背面開口以及穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第一絕緣層和第二絕緣層。
28. 根據權利要求24-27中任一項所述的方法，所述方法還包括在所述背板表面部分上沉積覆蓋層，以由此至少部分地封閉或聲學上密封所述背面開口。
29. —種制造在基于半導體材料的單個棵片上且具有彼此相對的正表面部分和背表面部分的聲學銜K電系統(MEMS)換能器的方法，所述方法包括形成多孔半導體結構以從所述棵片的正表面部分延伸到所述棵片中，所述多孔結構限定了空腔容積，并且具有朝向所述棵片的背表面部分的下部、以及朝向所述棵片的正表面部分的表面，在所述多孔結構的所i^面上方形成第一絕緣層，在所述第一絕緣層上方沉積導電背板層，在所述背板層中形成開口以由此形成背板，在所述背板上方形成第二絕緣層，在所述第二絕緣層上方沉積導電隔膜層，形成從所述棵片的背表面部分延伸到所述多孔結構的所述下部的背面開口，從所述背表面部分穿過所述背面開口地蝕刻所述棵片的多孔結構，以及從所述背表面部分穿過所述背面開口以及穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第一絕緣層和第二絕緣層。
30. —種制造在基于半導體材料的單個棵片上且具有彼此相對的正表面部分和背表面部分的聲學樹:機電系統(MEMS)換能器的方法，所述方法包括形成多孔半導體結構以從所述棵片的正表面部分延伸到所述棵片中，所述多孔結構限定了空腔容積，并且具有朝向所述棵片的背表面部分的下部、以及朝向所述棵片的正表面部分的表面，在所述多孔結構的所W面上方形成第一絕緣層，在所述第一絕緣層上方沉積導電隔膜層，在所述隔膜層上方形成第二絕緣層，在所述第二絕緣層上方沉積導電背板層，在所述背板層中形成開口以由此形成背板，形成從所述棵片的背表面部分延伸到所述多孔結構的下部的背面開從所述背表面部分穿過所述背面開口地蝕刻所述棵片的多孔結構，從所述背表面部分穿過所述背面開口以及穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第一絕緣層，以及從所述正表面部分穿過所述背板開口地、至少部分地蝕刻所述第二絕緣層。
31. 根據權利要求29或30所述的方法，所述方法還包括在所述背表面部分上沉積覆蓋層，以由此至少部分地封閉或聲學上密封所述背面開D 。
32. 根據權利要求15-31中任一項所述的方法，其中所述棵片包括硅基材料。
33. 根據權利要求15-32中任一項所述的方法，其中所述背板和/或所述隔膜由導電硅基材料形成。
全文摘要
本發明涉及一種聲學微機電系統(MEMS)換能器，其形成在基于半導體材料的單個裸片上且具有彼此相對的正表面部分和背表面部分。本發明還涉及一種制造這種聲學MEMS換能器的方法。所述聲學MEMS換能器包括形成在裸片中以由此提供背部容積的空腔，所述背部容積具有朝向空腔的開口的上部和朝向空腔的底部的下部。背板和隔膜被布置成基本上平行于在這兩者之間的空氣隙且至少部分地延伸跨越空腔的開口，所述背板和隔膜隨裸片的正表面部分一起整體形成。空腔的底部以裸片為邊界。隔膜可以被布置在背板上方且至少部分地延伸跨越背板。優選地，在裸片中形成背面開口，所述開口從裸片的背表面部分延伸到空腔底部。可以通過密封材料來聲學上密封背面開口的一部分或全部。
文檔編號H04R19/00GK101427593SQ200780010986
公開日2009年5月6日申請日期2007年3月29日優先權日2006年3月30日
發明者皮爾明·布龍巴赫, 莫滕·貝格·阿諾爾德斯, 莫滕·金尼魯普申請人:普爾斯門斯公司

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