[发明专利]复合腔体及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)技术领域，具体来说，本发明涉及一种复合腔体及其形成方法。

背景技术

目前市场上用的MEMS麦克风通常是电容式麦克风，其主要结构是一个可动的薄膜和一个几乎不动的背板(电容极板)。形成电容的两个电容极板(电极)可能是单晶硅、多晶硅、多晶硅加氮化硅的复合层、氮化硅和金属的复合层等材料，但以单晶硅及多晶硅为两种最主要的方案。声压作用于薄膜时，薄膜根据声压强度的不同发生不同程度的位移，从而引起电容的变化，相应地输出的电压发生变化，通过放大电路就可以读出相应的声音信号。

根据目前MEMS麦克风的电容极板的两种最主要的方案：单晶硅及多晶硅，其形成声学腔的方式也各有不同。

1.对于纯单晶硅方案，有一种做法是将MEMS麦克风的电容下级板用刻蚀技术先形成空腔并预埋背面刻蚀停止层，在形成CSOI材料并完成正面工艺之后，再从背面将声学腔用刻蚀方法打开并停止在预埋的背面刻蚀停止层上。这种方案的缺点在于对顶层单晶硅的加工精度、厚度均匀性的要求极高，现有的机械研磨工艺或注氧键合(SIMBOND)工艺成本较高，良率非常低且无法实现量产。同时，下极板的厚度由于是通过背面刻蚀停止在预埋的氧化层上从而控制厚度，导致整个工艺的离散性较大。

2.对于纯多晶硅方案，声学腔为背面一次刻蚀形成的单一腔体，晶圆正面两层多晶硅为电容的上、下极板，但是在加工制造过程中因两次多晶硅加工时间的不同，膜层应力受多晶生长条件以及退火等高温条件的交互影响，控制难度非常高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合腔体及其形成方法，能够很好地控制复合腔体中小腔体所在的半导体介质层的厚度均匀性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种复合腔体的形成方法，包括步骤：

A.提供硅衬底；

B.在所述硅衬底的正面形成二氧化硅层；

C.对所述二氧化硅层作图形化，形成一个或多个凹槽，所述凹槽的位置与下述步骤H中待形成的小腔体的位置相对应；

D.提供键合片，将所述键合片与图形化的所述二氧化硅层相键合，把所述凹槽封闭，在所述硅衬底与所述键合片之间形成一个或多个密闭的微腔结构；

E.在所述键合片的上方形成保护膜，并在所述硅衬底的背面形成掩蔽层；

F.对所述掩蔽层作图形化，所述掩蔽层的图形与下述步骤G中待形成的大腔体的位置相对应；

G.以所述掩蔽层为掩模，从背面刻蚀所述硅衬底至其正面的所述二氧化硅层，在所述硅衬底中形成所述大腔体；

H.以所述掩蔽层和所述二氧化硅层为掩模，从背面穿过所述硅衬底刻蚀所述键合片至其上方的所述保护膜，在所述键合片中形成一个或多个所述小腔体，所述大腔体和所述小腔体构成了所述复合腔体。

可选地，形成所述二氧化硅层的方式为热氧化或者化学气相淀积。

可选地，图形化所述二氧化硅层的方式为干法刻蚀或者湿法腐蚀。

可选地，所述键合片的材料为单晶硅、多晶硅或者玻璃。

可选地，所述掩蔽层的材料为光刻胶或者半导体介质。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种采用上述的形成方法形成的复合腔体，包括开口均向下的大腔体和小腔体，所述大腔体穿通形成于硅衬底中，所述硅衬底的正面形成有图形化的二氧化硅层，作为所述大腔体的底部；所述二氧化硅层的图形与所述小腔体的位置相对应；所述二氧化硅层的上方形成有键合片；所述小腔体穿通形成于所述键合片中并与所述大腔体相连通；所述键合片的上方形成有保护膜，作为所述小腔体的底部。

可选地，所述二氧化硅层的形成方式为热氧化或者化学气相淀积。

可选地，所述二氧化硅层的图形化方式为干法刻蚀或者湿法腐蚀。

可选地，所述键合片的材料为单晶硅、多晶硅或者玻璃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明结合了MEMS硅麦克风的纯单晶及纯多晶方案的优点，在这两种方案的基础上提供一种自带电容下极板(即小腔体所在的半导体介质层)的复合腔体形成方法。本发明适合生产，成本较低，在技术上只需控制单层下极板的应力。

本发明可以很好地控制单晶硅电容下极板的均匀性，被证明是可实现的，相比纯单晶硅方案高成本的衬底制备方法是较为经济的技术解决方法。而且，本发明将现有技术中双层多晶热过程、应力相互影响的复杂问题简化到单层多晶的应力控制上，在批次之间的稳定性上也得到了很好的提升。

附图说明