[发明专利]单片CMOS-MEMS麦克风及制造方法

说明书

相关申请

本申请要求2013年5月2日提交的美国临时申请No.61/818,641以及2013年6月3日提交的美国临时申请No.61/830,492的优先权，其全部内容都通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种微机电系统(MEMS)装置，例如MEMS麦克风系统和制造MEMS麦克风系统的方法。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种制造CMOS-MEMS装置的方法。提供了一种层式结构，其包括基板层、牺牲层、MEMS膜、CMOS电路部件和MEMS背板。所述MEMS膜在层式结构的水平横截面的MEMS区域内定位在牺牲层和基板层之间。所述MEMS背板相反于所述MEMS膜邻近所述牺牲层定位。所述CMOS电路部件定位在所述层式结构的水平横截面的电路区域内。所述电路区域和所述MEMS区域在所述层式结构的所述水平横截面上不重叠。

该方法还包括在层式结构的顶表面上沉积局部防护层，从而使得所沉积的防护层覆盖所述电路区域。基板层的第一局部蚀刻从层式结构的底侧实施，以在层式结构的MEMS区域内在MEMS膜之下形成第一间隙。牺牲层的第二局部蚀刻从层式结构的顶侧实施，以在层式结构的MEMS区域内去除MEMS膜和MEMS背板之间的牺牲层部分。第二局部蚀刻释放所述MEMS膜，从而所述MEMS膜可响应于压力而移动。沉积的局部防护层防止第二局部蚀刻蚀刻掉牺牲层的位于所述层式结构的电路区域内的一部分，且还防止第二局部蚀刻损坏CMOS电路部件。

在一些实施例中，MEMS膜由多晶硅材料形成，且基板层由硅基材料形成。牺牲层由氧化物材料形成。所述层式结构还包括多晶硅MEMS膜与硅基基板层之间的防护氧化物层。氧化物层在基板层的第一局部蚀刻过程中充当蚀刻停止部并保护MEMS膜。第二局部蚀刻然后将MEMS膜从牺牲层和防护氧化物层释放。

在另一实施例中，本发明提供了一种制造CMOS-MEMS麦克风系统的方法。该方法包括提供一结构，该结构包括多晶硅麦克风膜、金属氧化物背板以及膜与背板之间的氧化物限定式间隙层。麦克风膜邻近基板层安装，从而背板定位在膜之上。CMOS电路部件集成在该结构中，但是不位于膜和背板之间。防护蚀刻停止部沉积在CMOS电路部件上，以在去除膜和背板之间的氧化物材料的释放蚀刻过程期间保护CMOS电路部件。

在一些实施例中，本发明提供了制造CMOS-MEMS麦克风系统的措施。该方法包括：通过邻近陶瓷粘附层沉积主蚀刻停止层(也称作钝化层)来在释放过程期间选择性地保护MEMS系统的区域免受蚀刻腐蚀的措施。在一个实施例中，钝化层可沉积在MEMS芯片的顶部上，且被图案化以以允许释放有效MEMS结构，同时保护其他区域不被释放。当这种钝化层被图案化、且尤其当意图进行钝化处理以使一层免于快速蚀刻速度，重要的是在钝化层被图案化处具有好的边缘密封，以便防止围绕这种钝化层的不期望的蚀刻不足(underetch)。因此，钝化层必须在这种钝化处理下对蚀刻剂具有低选择比(selectivity)，且必须良好地粘附至基底层。本发明详述了沉积薄陶瓷层(比如氧化金属(例如Al₂O₃))的措施，从而作为结合层来促进粘附较厚的主钝化层(例如富硅氮化硅)。陶瓷结合层表现了到金属和多晶硅的好的粘附性，以及对常见的释放蚀刻剂(比如液态HF和气相HF)的好的选择比。

在一些实施例中，该方法包括：围绕MEMS部件的周边在MEMS麦克风系统结构的顶表面上沉积防护蚀刻停止部。背面蚀刻在硅基板中形成了腔室。然后使用顶侧蚀刻，以去除围绕膜的氧化物材料以及膜与金属背板之间的牺牲氧化物限定式间隙层。在一些实施例中，所有露出表面在蚀刻步骤完成后都涂覆有保护性防粘连层。

本发明的其他方面将通过详细说明书和附图而显现。

附图说明

图1是CMOSMEMS麦克风系统的顶侧图。

图2是图1的预蚀刻CMOS-MEMS麦克风系统的剖视图。

图3是示出了释放图2的CMOS-MEMS麦克风系统中的膜的方法的流程图。

图4是图2的CMOS-MEMS麦克风系统的在防护层沉积和图案化后的剖视图。

图5是图4的CMOS-MEMS麦克风系统的使用背面蚀刻以形成麦克风腔室后的剖视图。

图6是图5的CMOS-MEMS麦克风系统的使用氧化物释放蚀刻以将膜从牺牲氧化物层释放后的剖视图。

图7是CMOS-MEMS系统的另一示例的剖视图。