微机电麦克风及其制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]微机电技术(MEMS)是一种米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。
[0003]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不意图，结合图1以及图2所7K,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。
[0004]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除了 MEMS芯片之外还需要一个M0S电路芯片，两个芯片通过系统封装在一起。
[0005]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，并且两个芯片的集成封装导致微机电麦克风尺寸较大。
【发明内容】
[0006]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。
[0007]本发明提供的一种微机电麦克风的制作方法，包括:
[0008]半导体基片，其包括M0S器件层，且在M0S器件层中具有无器件的间隔区域；
[0009]在半导体基片正面上具有底部电极和位于底部电极外围的互连电极，所述底部电极和互连电极分隔，所述底部电极的中央区域对应所述半导体基片无器件的间隔区域；
[0010]所述底部电极上方具有振膜电极，且所述振膜电极覆盖部分互连电极，所述振膜电极和所述底部电极之间具有底部气隙空腔；
[0011]在所述振膜电极上方具有介质层，且所述介质层在半导体基片上围成一个空腔，振膜电极位于所述空腔内，所述振膜电极和介质层之间具有顶部气隙空腔，所述介质层中具有顶部导气孔；
[0012]所述半导体基片的所述无器件的间隔区域具有底部导气孔，所述底部导气孔和底部气隙空腔连通。
[0013]—种微机电麦克风的制作方法，包括:
[0014]提供半导体基片，其包括M0S器件层，且在M0S器件层中具有无器件的间隔区域；
[0015]在半导体基片正面上形成底部电极和位于底部电极外围的互连电极，所述底部电极和互连电极分隔，所述底部电极的中央区域对应所述半导体基片无器件的间隔区域，所述互连电极外侧暴露半导体基片，所述底部电极和互连电极的分隔处暴露半导体基片；
[0016]在底部电极上方形成第一牺牲层，且所述第一牺牲层覆盖部分互连电极和暴露的半导体基片，所述第一牺牲层具有暴露部分互连电极的一圈凹槽；
[0017]形成振膜电极，所述振膜电极填充所述凹槽，并且覆盖位于互连电极内侧的第一牺牲层；
[0018]在第一牺牲层和振膜电极上形成第二牺牲层，并刻蚀形成凹槽，所述凹槽暴露所述互连电极外侧的半导体基片，且暴露互连电极上方的振膜电极；
[0019]在第二牺牲层上形成介质层，且所述介质层覆盖暴露的半导体基片和暴露的振膜电极；
[0020]从半导体基片背面刻蚀所述无器件的间隔区域，形成暴露第一牺牲层的底部导气孔；
[0021]刻蚀所述介质层，在其表面形成顶部导气孔；
[0022]利用所述底部导气孔和顶部导气孔去除所述第一牺牲层和第二牺牲层。
[0023]本发明所述微机电麦克风形成于半导体基片一侧表面，制造方法与CMOS工艺相兼容，易于器件微缩并集成至半导体芯片中。
【附图说明】
[0024]通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其他目的、特征和优势将更加清晰。附图中与现有技术相同的部件使用了相同的附图标记。附图并未按比例绘制，重点在于示出本发明的主旨。在附图中为清楚起见，放大了层和区域的尺寸。
[0025]图1为现有的一种微机电麦克风的剖面结构示意图；
[0026]图2为图1所述微机电麦克风的立体示意图；
[0027]图3为本发明第一实施例微机电麦克风的剖面结构意图；
[0028]图4为本发明第二实施例微机电麦克风的剖面结构示意图；
[0029]图5本发明第一实施例微机电麦克风制造方法流程示意图；
[0030]图6至图12是本发明第一实施例制造工艺的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]现有的微机电麦克风在制作时，需要对半导体基片背面进行刻蚀，以形成背腔，用于平衡振膜电极两侧的气压，使得振膜电极能够感应外部声波而自由振动。上述微机电麦克风贯穿整个半导体基片造成器件占用面积较大，且尺寸难以微缩。本发明所述的微机电麦克风则将背腔设置于半导体基片内，并采用基底背面的底部导气孔将背腔与外界大气连通，使得所述微机电麦克风仅形成于半导体基片的一侧表面以解决上述问题。并且本申请还将与振膜电极相对的电极形成在半导体基片上增加了器件的可靠性，进一步的形成与振膜电极相对的两个电容，即振膜电极与顶部电极构成的电容，以及振膜电极与底部电极构成的电容，从而通过并连的上述两个电容大大提高了微机电麦克风的精确性。下面结合具体实施例对本发明所述微机电麦克风及其制造方法做进一步介绍。
[0032]第一实施例
[0033]具体的，本发明提供了一种微机电麦克风，其剖面结构示意图如图3所示，包括:半导体基片100，在半导体基片100内具有M0S器件层110，M0S器件为微机电麦克风提供电路控制，在M0S器件层内具有无器件的间隔区域115，即该区域内没有半导体器件，可以为半导体衬底即晶圆。在半导体基片100正面上具有底部电极120和位于底部电极外围的互连电极125，所述底部电极120和互连电极125分隔，所述底部电极120的中央区域对应所述半导体基片无器件的间隔区域115。半导体基片100的一面用于形成器件，通常叫做正面，相反的一面即为背面。
[0034]所述底部电极120上方具有振膜电极130，且所述振膜电极130覆盖部分互连电极125，所述振膜电极130和所述底部电极120之间具有底部气隙空腔135，且所述底部气隙空腔密闭；在所述振膜电极上130方具有介质层140，且所述介质层140在半导体基片100上围成一个空腔，振膜电极130位于所述空腔内，并且所述介质层140在所述互连电极125对应的振膜电极130上具有支撑结构132，所述振膜电极130和介质层140之间具有顶部气隙空腔145，所述介质层140中具有顶部导气孔150。所述半导体基片100的所述无器件的间隔区域115具有底部导气孔155，所述底部导气孔155和底部气隙空腔135连通。
[0035]在本实施例中，介质层140