[发明专利]制备微机电系统麦克风的方法

说明书

本申请是申请日为2007年3月20日、发明名称为“用于制造MEMS麦克风的方法”的中国发明专利申请200780017312.1的分案申请。

技术领域

本发明涉及MEMS工艺和器件，并且具体涉及有关换能器的MEMS工艺和器件，该换能器具体是电容式麦克风。

背景技术

消费电子器件变得越来越小，并且随着技术的发展，日益增长的性能和功能不断增加。这在诸如移动电话、膝上型计算机、MP3播放器和个人数字助理（PDA）等消费电子产品使用的技术中清楚明显。例如，移动电话产业的要求促使这些组件变得越来越小，同时具有更高的功能以及更低的成本。因此，期望将电子电路的这些功能集成到一起，并且将其与诸如麦克风和扬声器等换能器组合。

结果出现了基于微机电系统（MEMS）的换能器器件。例如，这些可以是用于检测和/或产生压力波/声波的电容换能器，或用于检测加速度的换能器。不断地促使通过与操作和处理来自MEMS的信息所需的电子电路集成，移除换能器-电子接口来降低这些器件的尺寸和成本。实现这些目的的挑战之一是，在制造MEMS器件期间难以实现与用于制备互补型金属氧化物半导体（CMOS）电子器件的标准工艺的兼容性。这是需要的，以使得使用相同的材料和处理机器将MEMS器件直接与常规电子装置集成。本发明试图填补该空白。

使用MEMS制备工艺形成的麦克风器件通常包括一个或多个膜，用于读出/驱动的电极设置在这些膜和/或衬底上。在MEMS压力传感器和麦克风的情况下，读出通常是通过测量电极之间的电容来实现的。在换能器的情况下，器件是通过提供在电极之间的电势差来驱动的。

图1示出了在衬底2上形成的电容式麦克风。第一电极4机械连接到膜6。第二电极8机械连接到结构上呈刚性的背板14。在制造上述的MEMS器件期间，使用位于膜6和第二电极8之间的牺牲层形成膜6。使用被称为“背部蚀刻（back-etch）”的蚀刻工艺从衬底下形成背部体积（back-volumn）12。位于膜6和第二电极8之间的牺牲层在该工艺中之后被移除，以使膜6挂起并自由移动。

上述处理的缺点是当使用湿式蚀刻或干式蚀刻时难以以精确方式执行背部蚀刻。换句话说，难以获得连贯一致的背部体积，特别是当执行湿式背部蚀刻时，因为背部体积的侧面当其接近第一电极4和膜6时倾向于向内会聚，而不是如图1的理想情况所示的平行。该背部蚀刻的逐渐变细可以改变电极4和膜6的尺寸，并且由此改变麦克风的诸如频率响应和灵敏度等工作特性。

还应当理解，为了将换能器并入有用的器件，必须将其连接或耦合到电子电路，该电子电路可以位于相同的衬底上或位于单独的集成电路上。然而，这将导致干涉、噪声和寄生电容和电感的问题。

通常，这些膜是薄的，十分之几微米的量级，并且尺寸范围可以从数十到数千微米。因此，这些器件可能是易碎的，并且可能在单元化（singulation）期间被毁坏。单元化是一种工艺，在该工艺中，其上制备有MEMS器件的衬底晶片被切成方块，使每个切成的方块上仅可以找到一个器件（或器件组）。该工艺通常是通过利用高速旋转金刚石刀片将晶片切成方块来实现的。替代地，可以使用激光切割该晶片，或沿晶体轴划割和劈开该晶片。当应用于MEMS结构时，所有这些切割方法都有相关联的问题。

在刀片单元化期间，晶片的表面一般充满通常是水的润滑冷却剂，意在防止晶片的温度变得太高并且确保金刚石刀片保持在安全工作的范围内。这从水和晶片的研磨片产生了浆，其可以渗入MEMS结构的任何开口部分并且使其无用，因为由于切割器件的小尺寸导致难以在后续阶段将浆清洁出来。另外，润滑冷却剂可能被高速喷洒到晶片上，从而使得任何精细传感器处于高机械应力下并可能毁坏它。

激光单元化比刀片单元化稍微干净，但是更昂贵。然而，通过切割工艺产生的热可能引起热梯度，从而导致传感器结构中不同的热膨胀区域，这可以使其变形并使其无用。激光单元化工艺也产生一些残渣，该残渣可以阻碍任何开口结构，并且阻止器件正常工作。

最后，通过划割和劈开来单元化晶片于劈开期间在晶片上施加了极高的机械应力，并且产生了大量的如上所述可能毁坏器件的碎片。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在衬底上制备微机电系统（MEMS）的方法。该方法包括下列步骤：相对于膜的第一侧沉积第一牺牲层；相对于膜的第二侧沉积第二牺牲层；以及移除所述第一和第二牺牲层，以便形成其中膜可移动的MEMS换能器。