用傳聲器換能器形成的集成電路的製作方法
2023-09-17 16:02:10
專利名稱：用傳聲器換能器形成的集成電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路領域。更具體地，本發明涉及集成電路中的傳聲器換能器。
背景技術：
將包括背側腔的傳聲器換能器集成到集成電路中已成問題。
發明內容
一種集成到集成電路中的電容性傳聲器換能器包括固定板以及形成在該集成電路的互連區域之中或之上的膜。一種形成該電容性傳聲器換能器的工藝包括穿過固定板蝕刻接入槽；形成背腔；形成犧牲材料的犧牲填充區域；以及從集成電路的背側去除一部分犧牲材料。
參考附圖描述示例性實施例，其中圖1A-1G是示出根據示例性實施例包括電容性傳聲器換能器的集成電路的連續加工階段的橫截面圖。圖2是示出根據示例性實施例包括電容性傳聲器換能器的集成電路的橫截面圖。圖3A-3D是示出根據示例性實施例包括電容性傳聲器換能器的集成電路的連續加工階段的橫截面圖。圖4A-4B是示出根據示例性實施例包括電容性傳聲器換能器的集成電路的連續加工階段的橫截面圖。
具體實施例方式在集成電路中形成的電容性傳聲器換能器包括傳聲器換能器電容器的固定板；傳聲器換能器電容器的膜板(本文稱為膜)；以及背腔。該膜通過相對於固定板向上和向下移動而響應集成電路上方的周圍環境中的聲波。背腔是位於固定板和膜之下的開放區域，其延伸穿過集成電路的襯底。可以通過形成集成電路的互聯元件的固定板和膜而將電容性傳聲器換能器集成到集成電路中。可以進一步通過以下方式將電容性傳聲器換能器集成到集成電路中，即形成穿過固定板的接入槽；形成背腔；形成犧牲材料的犧牲填充區域；以及從集成電路背側去除一部分犧牲材料。圖1A-1G示出根據示例性實施例包括電容性傳聲器換能器的集成電路的加工階段。該集成電路可以包括如互補金屬氧化物半導體(CMOS)電路等數字電路、模擬電路或者數字電路和模擬電路的組合。該集成電路可以包括以下元件，諸如電感器、電容器、例如用於向電容性傳聲器換能器供電的電荷泵、如基於結型場效應電晶體(JFET)的放大器等放大器或其他元件。
參考圖1A，集成電路1000在襯底1002之中和之上形成，襯底1002可以是單晶矽晶片，或者可以是絕緣體上矽(SOI)晶片，或者適於加工集成電路1000的其他材料。集成電路1000包括一個或更多個互連水平層的第一互連區域1004和在襯底1002上方形成的介電層。在當前實施例的一種實現方式中，為電容性傳聲器換能器限定的傳聲器換能器範圍1006中的第一互連區域1004的頂表面基本無金屬互連元件，諸如觸點、金屬互聯線或通孔。在當前實施例的一種實現方式中，傳聲器換能器範圍1006可為100微米至2毫米寬。電容性傳聲器換能器的固定板1008被形成在第一互連區域1004的頂表面上。在當前實施例的一個實現方式中，固定板1008可以與集成電路1000中的水平互連元件(圖IA中未示出)同時形成。在進一步實施例中，固定板1008可以包括銅。在可替換的實施例中，固定板1008可以包括鋁或具有銅的鋁。腔接入開口 1010被形成在固定板1008中，以容納在後續加工步驟中形成的腔接入槽。膜終端1012可以形成在第一互連區域1004上方。圖IB和IC示出形成集成電路1000中的接入槽的可替換的工藝。參考圖1B，在集成電路1000的現有頂表面上形成接入槽光刻膠圖案1014，從而限 定接入槽1016的範圍。在圖IB中所示的當前實施例的實現方式中，接入槽光刻膠圖案1014與固定板1018的邊緣交疊。在當前實施例的一種實現方式中，接入槽1016可為500納米至10微米寬，並且為I微米至100微米深。接入槽1016是通過接入槽蝕刻工藝1018形成的例如使用含氟等離子體的反應離子蝕刻(RIE)工藝形成的。可以用於形成接入槽1016的其他工藝諸如雷射熔蝕也在當前實施例的範圍內。在當前實施例的一種實現方式中，在完成接入槽1016的形成之後，可以通過例如將集成電路1000暴露於含氧等離子體且然後進行溼式清理的方式去除接入槽光刻膠圖案1014。參考圖1C，在集成電路1000的現有頂表面上形成可替換的接入槽光刻膠圖案1020，以限定接入槽1016的範圍。在圖IC中所示的當前實施例的實現方式中，可替換的接入槽光刻膠圖案1020不與固定板1008的邊緣交疊。如參考圖IB所述的方式形成接入槽1016。參考圖1D，腔填充犧牲層1022在固定板1008上形成並延伸到接入槽1016中。可以在後續的加工步驟中去除腔填充犧牲層1022，同時基本不從第一互連區域1004去除材料。在當前實施例的一種實現方式中，腔填充犧牲層1022可以包括有機聚合物，諸如光刻膠、聚醯亞胺或酚醛樹脂。在可替換實施例中，腔填充犧牲層1022可以包括矽和氧的化合物，諸如多孔二氧化矽。在進一步的實施例中，腔填充犧牲層1022可以包括另一種無機材料。腔填充犧牲層1022按電容性傳聲器換能器的固定板1008和膜之間的期望間距確定尺寸。如果存在膜終端1012，則終端通孔1024可以在腔填充犧牲層1022中形成。腔填充犧牲層1022可以可選地被平坦化，從而提供期望的厚度和表面平坦性。在當前實施例的一種實現方式中，可以在腔填充犧牲層1022的頂表面上形成帶圖案的平坦化緩衝件1026，從而例如在化學機械拋光(CMP)工藝期間提供更均勻的平坦化。帶圖案的平坦化緩衝件1026可以在平坦化工藝中被完全去除。參考圖1E，在腔填充犧牲層1022的頂表面上形成第一膜層1028。在當前實施例的一種實現方式中，第一膜層1028可以與集成電路1000中的互連的襯墊金屬兀件(圖IE中未示出)同時形成。在進一步的實施例中，第一膜層1028可以包括氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鈦鋁(TiAl)或其組合。在其他實施例中，第一膜層1028可以包括鋁或具有銅的鋁。在其他實施例中，第一膜層1028可以包括介電材料，諸如氮化矽、氧氮化矽、碳化矽、氮碳化娃或氧碳氮化娃。在一些實施例中，第一膜層1028可由上述材料的組合形成。第一膜層1028可以接觸膜終端1012 (如果存在)。第一膜層1028可以包括可選的性能增強部件1030，諸如皺褶或其他應力消除結構，這可以提高電容性傳聲器換能器對聲波的響應力。如果終端通孔1024存在，則第一膜層1028可以在終端通孔1024的側壁以及膜終端1012的暴露表面上形成。可選的第二膜層1032在第一膜層1028的頂表面上形成。在當前實施例的一種實現方式中，第二膜層1032可以與集成電路1000中的互連的元件(圖IE中未示出)同時形成。如果終端通孔1024存在，則第二膜層1032可以在終端通孔1024中形成。在進一步的實施例中，第二膜層1032可以包括銅。在可替換實施例中，第二膜層1032可以包括鋁或者具有銅的鋁。在當前實施例的一種實現方式中，第二膜層1032的橫向邊緣不延伸到第一膜層1028的橫向邊緣。壓力均等化孔1034可以在第一膜層1028中形成和/或穿過組合的第一膜層1028和第二膜層1032形成，例如通過與圖案化第一膜層1028和/或第二膜層1032的範圍同時圖案化壓力均等化孔1034的範圍來實現。
在形成第一膜層1028和第二膜層1032 (如果存在)之後，在第一膜層1028和第二膜層1032上方形成犧牲保護層1036。犧牲保護層1036包括犧牲材料，其能夠在後續的加工步驟中被去除，同時基本不從第一膜層1028和第二膜層1032去除材料。在當前實施例的一種實現方式中，犧牲保護層1036可以包括基本與腔填充犧牲層1022相同的材料。參考圖1F，背側腔1038在連接至接入槽1016的襯底1002中形成。背側腔1038例如可以通過深RIE (DRIE)工藝或溼蝕刻工藝形成。使用背側犧牲材料去除工藝1040將腔填充犧牲層1022中的一部分犧牲材料從接入槽1016中去除。在當前實施例的一種實現方式中，背側犧牲材料去除工藝1040可以包括使用含氧等離子體的RIE步驟。在可替換實施例中，背側犧牲材料去除工藝1040可以包括使用活性氧組分的灰化步驟。在進一步的實施例中，背側犧牲材料去除工藝1040可以包括使用臭氧的步驟。從接入槽1016中去除犧牲材料的其他手段也在當前實施例的範圍之內。參考圖1G，犧牲保護層1036中和腔填充犧牲層1022中的犧牲材料被去除，例如通過將集成電路1000暴露於含有活性氧組分、活性氟組分、活性氫組分和活性氮組分的任何組合的活性環境1042中來實現。在當前實施例的一種實現方式中，含有這些活性組分的活性環境1042可以在下遊灰化器中生成，該灰化器產生等離子體中的活性組分，這些活性組分隨後從等離子體擴散至包含集成電路1000的無電場區域。在可替換實施例中，可以通過臭氧發生器生成活性環境1042。圖2示出包括電容性傳聲器換能器的集成電路的另一示例性實施例。集成電路2000形成在參考圖IA所述的襯底2002之中和之上。第一互連區域2004形成在參考圖IA所述的襯底2002上方。電容性傳聲器換能器的固定板2006形成在第一互連區域2004的頂表面上。在當前實施例的一種實現方式中，固定板2006可以與集成電路2000中的水平互連元件(圖2中未示出)同時形成。在進一步的實施例中，固定板2006可以包括銅。在可替換實施例中，固定板2006可以包括鋁。可能包括集成電路2000的互連區域的腔間隔件2008在鄰近為傳聲器換能器板腔限定的區域的第一互連區域2004上形成。
如參考圖IB所述，接入槽2010被形成為穿過第一互連區域2004並進入襯底2002。使用參考圖ID至圖IG所述的犧牲材料在傳聲器換能器板腔2014上方形成第一膜層2012。在當前實施例中，第一膜層2012與腔間隔件2008交疊。在當前實施例的一種實現方式中，第一膜層2012可以與集成電路2000的互連的襯墊金屬兀件(圖2中未不出)同時形成。第一膜層2012可以包括可選的性能增強部件2016，諸如參考圖IE所述的皺褶或其他應力消除結構。如參考圖IE所述，可選的第二膜層2018可以形成在第一膜層2012的頂表面上。在當前實施例的一種實現方式中，第二膜層2018可與集成電路2000中的互連的元件(圖IE中未示出)同時形成。如參考圖IE所述，壓力均等化孔2020可以在第一膜層2012中形成和/或穿過第一膜層2012和第二膜層2018形成。如參考圖IE所述，背側腔2022在連接至接入槽2010的襯底2002中形成。圖3A-3D示出包括電容性傳聲器換能器的集成電路的另一實施例的加工步驟。
參考圖3A，集成電路3000形成在襯底3002之中和之上，襯底3002包括基礎層3004、蝕刻終止層3006和頂層3008。基礎層3004可以是矽晶片或具有用於集成電路3000的合適機械性質的其他材料。蝕刻終止層3006可以是二氧化矽或其他介電材料，或者可以是重摻雜矽層，例如具有高於IO21CnT2的摻雜劑密度的P型層。頂層3008可以是單晶矽、夕卜延半導體層、多晶矽層或具有用於集成電路3000的合適電學性質的其他材料。在當前實施例的一種實現方式中，襯底3002可以是SOI晶片，其中蝕刻終止層3006包括該SOI晶片的氧化埋層。互連區域3010形成在頂層3008上方。固定板3012形成在互連區域3010上方。接入槽光刻膠圖案3014形成在互連區域3010上方。參考圖IB和圖IC所述的接入槽蝕刻工藝3016從互連區域3010和頂層3008去除材料，從而形成接入槽3018，接入槽3018延伸至並且可能進入蝕刻終止層3006。參考圖3B，如參考圖ID所述，腔填充犧牲層3020形成在互連區域3010上方和接入槽3018中。如參考圖IE所述，傳聲器換能器膜3022形成在腔填充犧牲層3020上。如參考圖IE所述，犧牲保護層3024形成在傳聲器換能器膜3022上方。通過例如RIE工藝等背側腔蝕刻工藝3028且可能結合使用四乙基氫氧化銨(TMAH)或氫氧化鉀(KOH)的水溶液的溼法蝕刻在基礎層3004中形成背側腔3026。背側腔3026延伸至並且可能進入蝕刻終止層 3006。參考圖3C，執行蝕刻終止層穿通工藝3030，該工藝從接入槽3018和背側腔3026之間的蝕刻終止層3006去除材料，以在接入槽3018的底部暴露出腔填充犧牲層3020。蝕刻終止層穿通工藝3030可以是諸如RIE工藝的幹蝕刻工藝、諸如稀釋或緩衝氫氟酸(HF)的水溶液的溼蝕刻工藝、或者諸如將蝕刻終止層3006暴露於氣相無水HF的氣相(vapor phase)蝕刻工藝。在蝕刻終止層為結晶矽的當前實施例的實現方式中，蝕刻終止層穿通工藝3030可以是包含HF、硝酸和醋酸的溼法蝕刻。參考圖3D，如參考圖IG所述，通過例如將集成電路3000暴露於活性環境3032來去除圖3C中的腔填充犧牲層3020和圖3C中的犧牲保護層3024。接入槽3018被連接至背側腔3026。圖4A和圖4B示出包括電容性傳聲器換能器的集成電路的另一示例的加工步驟。
參考圖4A，如參考圖3A所述，集成電路4000形成在襯底4002上，襯底4002包括基礎層4004、蝕刻終止層4006以及頂層4008。如參考圖3A所述，互連區域4010形成在頂層4008上方，而固定板4012形成在互連區域4010上方。如參考圖3A所述，接入槽4014被形成為穿過互連區域4010並進入頂層4008，以便延伸至並可能進入蝕刻終止層3006。如參考圖3B所述，腔填充犧牲層(未示出)形成在互連區域4010上方並且在接入槽4014中，傳聲器換能器膜4016形成在腔填充犧牲層上，並且犧牲保護層(未示出)形成在傳聲器換能器膜4016上方。背側腔4018通過如參考圖3B所述的背側腔蝕刻工藝形成在基礎層4004中。背側腔4018延伸至並可能進入蝕刻終止層4006。如參考圖3D所述，通過例如將集成電路4000暴露於活性環境4020而去除犧牲保護層和腔填充犧牲層。參考圖4B，執行蝕刻終止層穿通工藝4022，該工藝從接入槽4014和背側腔4018之間的蝕刻終止層4006去除材料。蝕刻終止層穿通工藝4022可以類似於參考圖3C所述的工藝。當完成蝕刻終止層穿通工藝4022時，接入槽4014被連接至背側腔4018。 據此有意涵蓋具有在具有所有或僅一些特徵或步驟的示例性實施例的背景下描述的一個或更多個特徵或步驟的不同組合的實施例。本領域技術人員應明白在要求保護的發明範圍內也可能有許多其他實施例和變體。
權利要求
1.一種包括電容性傳聲器換能器的集成電路，其包括 襯底； 形成在所述襯底的頂表面上的第一互連區域； 形成在所述第一互連區域的頂表面上的固定板； 第一膜層，其形成在所述固定板上方，以便在所述第一膜層和所述固定板之間存在傳聲器換能器腔； 形成在所述襯底中的背側腔，其延伸至所述襯底的底表面；以及接入槽，其穿過所述第一互連區域進入所述襯底形成，以便所述接入槽連接所述傳聲器換能器腔和所述背側腔。
2.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述第一膜層與所述集成電路中的互連的襯墊金屬元件同時形成。
3.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述第一膜層包括從由氮化鉭、氮化鈦、鈦鋁、鋁、具有銅的鋁、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽、氮碳化矽以及氧氮碳化矽組成的組中選擇的材料。
4.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述第一膜層包括應力消除結構。
5.根據權利要求I所述的集成電路，其還包括在所述第一膜層的頂表面上形成的第二膜層，使得所述第二膜層的橫向邊緣不延伸到所述第一膜層的橫向邊緣。
6.根據權利要求5所述的集成電路，其中所述第二膜層與所述集成電路中的互連的元件同時形成。
7.根據權利要求6所述的集成電路，其中所述第二膜層從由銅、鋁、以及具有銅的鋁組成的組中選擇。
8.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述固定板與所述集成電路中的互連的元件同時形成。
9.根據權利要求I所述的集成電路，其中 所述襯底包括基礎層、在所述基礎層上形成的蝕刻終止層以及在所述蝕刻終止層上形成的頂層； 所述背側腔延伸穿過所述基礎層；以及 所述接入槽延伸穿過所述頂層。
10.一種形成包括電容性傳聲器換能器的集成電路的工藝，其包括以下步驟 提供襯底； 在所述襯底的頂表面上形成第一互連區域； 在所述第一互連區域的頂表面上形成固定板； 形成穿過所述第一互連區域進入所述襯底的接入槽； 在所述固定板上方形成犧牲材料的犧牲填充區域； 在所述犧牲填充區域的頂表面上形成第一膜層； 在所述第二膜層的頂表面上形成犧牲材料的犧牲保護層； 在所述襯底中形成背側腔，所述背側腔從所述襯底的底表面延伸至所述接入槽； 通過從所述集成電路的背側蝕刻的工藝去除所述接入槽中的一部分所述犧牲材料；以及從所述犧牲填充區域去除所述犧牲材料。
11.根據權利要求12所述的工藝，其中所述第一膜層與所述集成電路中的互連的襯墊金屬兀件同時形成。
12.根據權利要求10所述的工藝，其中所述第一膜層從由氮化鉭、氮化鈦、鈦鋁、鋁、具有銅的鋁、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽、氮碳化矽以及氧氮碳化矽組成的組中選擇。
13.根據權利要求10所述的工藝，其中所述第一膜層被形成為包括應力消除結構。
14.根據權利要求10所述的工藝，其還包括在所述第一膜層的頂表面上形成第二膜層，使得所述第二膜層的橫向邊緣不延伸到所述第一膜層的橫向邊緣。
15.根據權利要求14所述的工藝，其中所述第二膜層與所述集成電路中的互連的元件同時形成。
16.根據權利要求15所述的工藝，其中所述第二膜層從由銅、鋁以及具有銅的鋁組成的組中選擇。
17.根據權利要求10所述的工藝，其中所述固定板與所述集成電路中的互連的元件同時形成。
18.根據權利要求10所述的工藝，其中 所述襯底包括基礎層、在所述基礎層上形成的蝕刻終止層以及在所述蝕刻終止層上形成的頂層； 執行形成所述背側腔的步驟，使得所述背側腔延伸穿過所述基礎層；以及 執行形成所述接入槽的步驟，使得所述接入槽延伸穿過所述頂層。
全文摘要
一種集成到集成電路(2000)中的電容性傳聲器換能器包括固定板(2006)以及形成在該集成電路的互連區域(2004)之中或之上的膜(2012)。一種形成包含電容性傳聲器換能器的集成電路的工藝包括蝕刻穿過固定板(2006)到為背側腔(2014)限定的區域的接入槽(2010)；用犧牲材料填充接入槽；以及從集成電路的背側去除一部分犧牲材料。
文檔編號H04R19/04GK102783183SQ201080064977
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月20日 優先權日2009年12月31日
發明者B·E·古德林, L·W·巴倫, M·丹尼森, W-Y·施文 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司