[发明专利]微机电麦克风及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种电容式微机电麦克风及其制造方法。

背景技术

微机电技术(MEMS)是一种采用半导体工艺制造微型机电器件的技术。与传统机电器件相比，MEMS器件在耐高温、小体积、低功耗方面具有十分明显的优势。例如采用微机电技术制造的麦克风，由于体积微小、感应灵敏，因此易于制作至集成电路中，广泛应用于便携式电子设备。麦克风是一种将声音信号转化为电信号的换能器。根据工作原理的不同分为压电式、压阻式以及电容式三类。其中电容式微型麦克风因具有较高的灵敏度、较低的噪声、失真以及功耗等优点，而成为微机电麦克风发展的主流。

微机电麦克风在制造时必须经过刻蚀步骤，以形成电容式麦克风所具备的振膜、电极板以及两者之间的气隙空腔。如申请号为200710044322.6的中国专利，公开了一种微机电麦克风及其制作方法。图1为上述微机电麦克风的剖面结构示意图，图2为上述微机电麦克风的立体示意图，结合图1以及图2所示，现有的一种微机电麦克风包括：位于半导体基片10表面，且带有导气孔的电极板11；位于电极板11下方的振膜12，所述振膜12与电极板11之间形成有气隙空腔13；位于半导体基片10另一表面(即背面)且相对于所述振膜12的背腔14，所述背腔14与气隙空腔13使得振膜12悬置。

现有的微机电麦克风工作原理是：由于背腔14为开放式的，且气隙空腔13内的空气可以通过电极板11上的导气孔自由进出，因此悬置于背腔14与气隙空腔13之间的振膜12能够感应外界声波发生自由振动；上述自由振动现象使得振膜12与电极板11的间距规律性变化，进而导致振膜12、电极板11及两者之间的空气所构成的电容大小也随之变化；将上述电容变化以电信号的形式输出，即完成将声音信号转化为电信号的过程。

现有的微机电麦克风存在如下问题：由于形成背腔14需要对半导体基片的背面进行蚀刻，因此所述微机电麦克风贯穿整个半导体基片，必然占用大量的半导体基片空间；另一方面，由于半导体基片的厚度限制，上述背腔14的开口尺寸难以缩小，引起器件按比例微缩(device scaling-down)的困难，进一步导致微机电麦克风难以集成至半导体芯片中。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种微机电麦克风，仅形成于半导体基片的一侧表面，且与CMOS工艺相兼容，易于集成于半导体芯片中。

本发明提供的一种微机电麦克风，包括：

形成于半导体基片一侧表面，暴露于外界环境中，能够感应由声波产生的压力而自由振动的振膜；位于振膜底部，且具有导气孔的电极板；固定所述振膜以及电极板的隔离结构；位于振膜以及电极板之间的气隙空腔以及位于电极板底部半导体基片内的背腔；所述气隙空腔与背腔通过电极板的导气孔连通；

还包括形成于所述半导体基片同侧表面，且呈开放式的第二空腔；所述背腔与第二空腔通过形成于半导体基片内的导气槽连通。

为制造上述微机电麦克风，本发明提供了一种制造方法，包括：

提供半导体衬底，在半导体衬底的表面形成第一凹槽、第二凹槽以及连接槽，所述第一凹槽与第二凹槽通过连接槽连通；

填充所述第一凹槽形成第一牺牲层；

在所述第一牺牲层的表面形成具有导气孔的电极板，所述电极板横跨第一凹槽并延伸至半导体衬底的表面，导气孔的底部露出第一牺牲层；

在所述电极板表面形成第二牺牲层，且第一牺牲层与第二牺牲层相连接；

在所述第二牺牲层的表面形成振膜；

形成隔离结构并去除第一牺牲层以及第二牺牲层。

其中，所述形成隔离结构并去除第一牺牲层以及第二牺牲层，具体包括如下步骤：

在所述第一牺牲层、第二牺牲层、振膜以及半导体衬底的表面形成隔离层；

刻蚀所述隔离层形成通孔，所述通孔底部露出第一牺牲层；

通过所述通孔去除第一牺牲层以及第二牺牲层；

在所述隔离层的表面形成覆盖层，且所述覆盖层封闭通孔，所述覆盖层与隔离层构成固定振膜以及电极板的隔离结构；

依次刻蚀覆盖层、隔离层形成第三凹槽，所述第三凹槽露出振膜。

本发明还提供了一种微机电麦克风，其特征在于，包括：

形成于半导体基片一侧表面，暴露于外界环境中，具有导气孔的电极板；位于电极板底部，能够感应由声波产生的压力而自由振动的振膜；固定所述振膜以及电极板的隔离结构；位于振膜以及电极板之间的气隙空腔，所述气隙空腔通过电极板的导气孔与外界连通；位于振膜底部半导体基片内的背腔；