MEMS麦克风系统转让专利
申请号 : CN201880061229.2
文献号 : CN111108758B
文献日 : 2022-01-18
发明人 : C·赫尔姆 , B·格尔 , A·赫希斯特 , D·迈泽尔 , A·多勒 , 张宇杰 , G·哈蒂波卢
申请人 : 罗伯特·博世有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种MEMS麦克风,所述MEMS麦克风包括:基体;
下部膜,其支撑在基体上;
上部膜,其悬在下部膜上方;
第一电极,其支撑在下部膜上;以及第二电极,其支撑在上部膜上,对电极组件,其位于腔内,对电极组件包括:中间膜,其在下部膜和上部膜之间延伸,第三电极,其位于中间膜的面对第一电极的第一侧上,以及第四电极,其位于中间膜的面对第二电极的第二侧上,其中,第一电极和第三电极形成第一电容传感器,第二电极和第四电极形成第二电容传感器,
其中,下部膜和上部膜围成腔,第一电极和第二电极位于腔中,下部膜和上部膜是封闭的膜且对于灰尘颗粒和湿气基本上是无孔的,其中,下部膜和上部膜均由碳氮化硅(SiCN)形成,并且其中,第一电极和第二电极均由多晶硅形成。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,其中,下部膜、上部膜、第一电极和第二电极均由至少一个薄膜形成,下部膜、上部膜、第一电极和第二电极的各个薄膜具有250nm至500nm的厚度。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,其中,中间膜由碳氮化硅(SiCN)形成,并且其中,第三电极和第四电极均由多晶硅形成。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,其中,上部膜和下部膜中的至少一个包括蚀刻通入孔,在制造工艺期间,蚀刻剂经由蚀刻通入孔被引入到腔中,并且所述MEMS麦克风还包括:氮化物层,其沉积在具有蚀刻通入孔的上部膜和下部膜中的所述至少一个上,以密封蚀刻通入孔,
其中,氮化物层在低压下沉积,所述低压等于或小于1.3mbar。
5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,所述MEMS麦克风还包括:泄漏孔通道,其延伸穿过上部膜和下部膜。
6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风,所述MEMS麦克风还包括:多个柱,其从上部膜延伸到下部膜,每个柱具有由碳氮化硅(SiCN)形成的围绕氧化物芯的壁。
7.一种制造MEMS麦克风的方法,所述方法包括:在基体上沉积第一碳氮化硅(SiCN)层,第一碳氮化硅(SiCN)层形成用于MEMS麦克风的下部膜;
在第一碳氮化硅(SiCN)层上沉积第一多晶硅层;
使第一多晶硅层图案化,以形成第一电极;
在第一碳氮化硅(SiCN)层和第一电极上沉积多个牺牲氧化物层;
在所述多个牺牲氧化物层上沉积第二多晶硅层;
使第二多晶硅层图案化,以形成第二电极;以及在第二电极和所述多个牺牲氧化物层上沉积第二碳氮化硅(SiCN)层,第二碳氮化硅(SiCN)层形成用于MEMS麦克风的上部膜,在第一碳氮化硅(SiCN)层和第二碳氮化硅(SiCN)层之间形成对电极组件,对电极组件包括:
中间膜,其布置在下部膜和上部膜之间,第三电极,其位于中间膜的面对第一电极的第一侧上,以及第四电极,其位于中间膜的面对第二电极的第二侧上,其中,第一电极和第三电极形成第一电容传感器,第二电极和第四电极形成第二电容传感器,
下部膜和上部膜是封闭的膜且对于灰尘颗粒和湿气基本上是无孔的。
8.根据权利要求7所述的方法,所述方法还包括:执行气相蚀刻工艺,以去除牺牲氧化物,释放上部膜和下部膜。
9.根据权利要求8所述的方法,所述方法还包括:经由形成在下部膜和上部膜中的至少一个中的蚀刻通入孔引入蚀刻剂;以及在下部膜和上部膜中的所述至少一个上沉积氮化物层,以密封蚀刻通入孔,其中,沉积氮化物层的步骤在低压下进行,所述低压小于1.3mbar。
10.根据权利要求7所述的方法,其中,所述中间膜由至少一个碳氮化硅(SiCN)层形成,并且
其中,第三电极和第四电极均由多晶硅形成。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,第一间隙氧化物层沉积在第一电极和第三电极之间,并且
其中,第二间隙氧化物层沉积在第二电极和第四电极之间。
12.根据权利要求7所述的方法,所述方法还包括:在上部膜和下部膜之间形成柱,每个柱具有由碳氮化硅(SiCN)形成的围绕氧化物芯的壁。
说明书 :
MEMS麦克风系统
用全部合并于此。
技术领域
背景技术
这样的芯片,多晶硅和牺牲氧化物层被沉积,然后牺牲氧化物层通过气相蚀刻被蚀刻掉。因
此,膜被释放并且自由运动。然而,制造工艺导致膜的前侧被打开并且容易受到颗粒和湿气
污染。
电极位于两个膜之间。由于声压引起的膜位移导致内部电极内的电容变化,这进而可以从
ASIC读出。
附图说明
具体实施方式
本公开包括对所示实施例的任何变型和修改,并且包括本公开所属领域的普通技术人员通
常会想到的本公开的原理的其他应用。
富硅氮化物(SiRiN:silicon rich nitride)。如下面所讨论的,MEMS传感器包括通过“上
部”膜和“下部”膜以及相应的侧壁围成的腔。腔将用于电容感测的电极封装在真空中。将电
极封装在封闭的膜之间的真空中提供了防颗粒和湿气不敏感性。
耐HF酸蚀刻,HF酸是用于氧化物的主要蚀刻剂。因此,SiCN对于用于端点检测的氧化硅具有
高蚀刻选择性。SiCN还具有在100Mpa‑400Mpa的范围内的张应力,其非常适合基于MEMS的麦
克风的要求(估计目标值约为100‑200MPa张应力)。在干燥的气氛下,在室温下测得的SiCN
的电气层电阻为1019Ω/sq。当MEMS麦克风的机械组件将要从电气功能分离时,这种高值是
有用的。
第一氧化物层14在基体或晶片12上的沉积和图案化开始。然后,第一SiCN层16沉积到第一
氧化物层14上,以用作装置10的下部柔性膜(图2)。
氧化物层20被抛光,以去除位于第一电极18的顶部上的氧化物。
三氧化物层22和第二电极24上,第四氧化物层26被抛光,以去除氧化物的在第二电极24上
的部分(图7)。第二电极24是电极18的对电极,从而第一电极18和第二电极24形成第一电容
传感器。电极18、24之间以及沟槽28之间的区域中的第二氧化物层22是用于第一电容传感
器的间隙氧化物。
中可见,第二SiCN层30也沉积到沟槽28中,并且衬里于沟槽28的壁上。当间隙氧化物被去除
以在电极18、24之间形成间隙时,第二SiCN层30将支撑第二电极24。
SiCN层30上并且沉积在氧化物填充的沟槽28上方(图12)。然后,第三多晶硅层36沉积到第
三SiCN层34上并被图案化,以形成第三电极(图12)。图案化步骤还被实施以形成穿孔38,穿
孔38延伸穿过第二SiCN层30和第三SiCN层34直到第四氧化物层26。
氧化物层42沉积到抛光后的第六氧化物层40和第三电极36上(图15)。
电极36支撑在第三SiCN层上,并且是第四电极44的对电极,使得第三电极36和第四电极44
形成第二电容传感器。电极36、44之间以及沟槽28之间的区域中的第七氧化物层42是用于
第二电容传感器的间隙氧化物。
面的沟槽48在本文中将被称为上部沟槽,位于第一SiCN层和第二SiCN层之间的沟槽28在本
文中将被称为下部沟槽。如图17中可见,上部沟槽48中的每个与下部沟槽28对正。
四SiCN层50上,以填充上部沟槽48,并且被抛光,使得仅保留沟槽中的氧化物。
成穿孔56,穿孔56延伸穿过第四SiCN层50和第五SiCN层54直到第八氧化物层46。这些穿孔
56将在随后的步骤中用作用于蚀刻内部氧化物的蚀刻通入孔。如图21中可见,厚的氧化物
保护层58形成在第五SiCN层54上,以保护上部层,使得晶片可以被翻转过来。
过来,从而可以执行氧化物蚀刻,以从腔64内去除包括间隙氧化物层和其他氧化物层的氧
化物。蚀刻剂利用气相蚀刻工艺经由SiCN层50、54中的蚀刻氧化物孔38、56被引入。
低压气氛来密封腔。
漏孔。
上是无孔的,因此装置是防颗粒且对湿气不敏感的。氧化物填充的沟槽28、48被对正,以在
腔内形成柱,所述柱保持膜之间的间隔。柱结合SiCN支撑层的使用,能够实现较宽的装置几
何形状。
包括附加的层沉积和图案化步骤。
或低压化学气相沉积(LPCVD:low pressure chemical vapor deposition)的化学气相沉
积工艺来沉积。氧化物可以以任何合适的方式来沉积。SiCN可以使用气相蚀刻工艺和六氟
化硫(SF6:sulfur hexafluoride)基蚀刻材料来构成。取决于设计中设置的制造公差,氧化
物层的构成还可以使用HF蚀刻以及等离子或湿法化学蚀刻工艺来进行。
得不通过湿法化学蚀刻而不是气相蚀刻来进行。如果使用湿法化学蚀刻,则必须使用无摩
擦干燥工艺来干燥装置。
有非常精细、无摩擦干燥工艺要求的湿法蚀刻释放工艺。
个膜多个电极,这允许扩展功能(对高SPL的不同灵敏度范围、可能的压力传感器功能等)。
其他防颗粒麦克风设计(例如,“Steel City‑Pancake”方法)相比,SiCN层的抗张强度可用
于减少分析评估能力中的感应应力梯度不对称性。SiCN的使用还能够通过使用拉伸材料
(SiCN)而非压缩材料并避免高温外延工艺来减少MEMS内的机械不对称性。
本公开的精神内的所有改变、变型和其他的应用。