一种电容式微型硅麦克风及其制备方法
2015-01-04 20:24:30   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

　技术领域

本发明涉及一种硅麦克风及其制备方法，尤其是一种电容式微型硅麦克风及其制备方法，具体地说是一种利用MEMS技术的微型硅麦克风及其制备方法。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术是几年来高速发展的一项高新技术， 与传统对应器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量等方面都具有十分明显的优势，而且其采用先进的半导体制造工艺，可以实现MEMS器件的批量制造，能极好的控制生产成本，提高器件的一致性。对于目前的MEMS产品，加速度计、压力传感器、陀螺仪、微镜、硅麦克风等都已经实现了批量生产，在相应的市场上都占有了一定的份额。

硅麦克风耐高温、耗电量小以及体积小等特点，使得它在移动电话、助听器、笔记本电脑、PDA、摄像机等视听产品以及国防、国家安全等相关领域应用将更加广泛。从麦克风市场的预测和发展来看，硅麦克风成为传统驻极体麦克风的替代产品已经毋庸置疑，它提供了令声学工程师相当满意的相似的甚至更好的声学性能。硅麦克风在几年以后将会成为麦克风市场上的主要产品。

为了开发出高灵敏度和宽带宽的麦克风，高性能振膜的制作至关重要，振膜制作面临的一个主要问题就是振膜应力的控制。现有薄膜的制作主要采用淀积的方法得到，通过淀积得到的振膜会存在较大的残余应力，残余应力对微型硅麦克风的性能有较大影响，大的残余应力能大幅度降低麦克风的灵敏度，压应力还能减小麦克风的耐压能力，严重时能使得麦克风无法正常工作。另外，背极板的制作也至关重要，刚性背极是硅麦克风有良好频率特性和低噪声的前提条件。

目前改善振膜残余应力通常有两种方法，一是通过附加工艺，用退火的方式，这种方式对工艺的控制要求极高，重复性不是很好；另外一种是通过结构调整，如制作自由膜结构，但这种结构的制作会导致工艺复杂度的增加，可能需要添加多步工艺，来控制振膜。而实现刚性背极也是麦克风制作过程中的一大难点，目前也是有两种主要方法来解决，一是制作厚背极，但是通过常规的淀积工艺很难得到需要的厚背极；还有一种方法是通过结构调整来提高背极板的刚性，但也是要增加工艺的复杂度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种电容式微型硅麦克风及其制备方法，其制造成本低、成品率高、工艺操作简单及满足小尺寸的要求。

按照本发明提供的技术方案，所述电容式微型硅麦克风，包括基板；所述基板的中心区淀积有振膜；基板对应于设置基板的表面还淀积有绝缘材料层；所述绝缘材料层覆盖在基板与振膜的表面，且与振膜间形成空腔；绝缘材料层与振膜相对应的内壁上设置固定连接的背极板，所述背极板与振膜形成电容结构；绝缘材料层与振膜相对应的外壁上设置若干声孔，所述声孔与绝缘材料层、振膜形成的腔体相连通；基板对应于设置振膜的下部设置声腔，所述声腔的深度从基板对应于设置振膜另一端表面延伸到振膜。

所述振膜的一端设置振膜电极，所述振膜电极与振膜电性连接；所述背极板上设有背极板电极， 所述背极板电极与背极板电性连接。所述基板对应于淀积振膜的表面设有纹膜槽。所述绝缘材料层的材料包括氮化硅及聚酰亚胺。所述振膜上设有刻蚀孔。

所述电容式微型硅麦克风的制备方法包括如下步骤：

a、提供基板，并在基板的表面上设置纹膜槽；b、在所述基板对应于设置纹膜槽的表面淀积振膜；c、选择性的掩蔽和刻蚀振膜，得到基板中心区的振膜；d、在上述基板对应于设置振膜的表面上淀积牺牲层，所述牺牲层覆盖基板及振膜相对应的表面；e、选择性的掩蔽和刻蚀牺牲层，得到基板中心区的牺牲层，并在振膜的一端形成金属注入孔，所述金属注入孔从牺牲层的表面延伸到振膜；f、在牺牲层的表面及金属注入孔内均淀积金属，在牺牲层的表面上形成背极板，所述背极板位于振膜的上方；所述振膜对应于设置金属注入孔的表面形成振膜电极；g、在基板对应于设置牺牲层的表面上淀积绝缘材料，形成绝缘材料层，所述绝缘材料层包覆基板、牺牲层、背极板及振膜电极的表面；h、选择性的掩蔽和刻蚀绝缘材料层，去除振膜电极上的绝缘材料层，在所述背极板上得到背极板电极与声孔，所述声孔从绝缘材料层的表面延伸到牺牲层；i、选择性的掩蔽和刻蚀基板对应于淀积振膜的另一表面，在基板对应于淀积振膜的另一端形成声腔，所述声腔位于振膜的下方；声腔的深度从基板对应于设置振膜的另一端表面延伸到振膜；j、刻蚀牺牲层，去除绝缘材料层包围的牺牲层。

所述步骤c中，选择性的掩蔽和刻蚀振膜，得到位于基板中心区的振膜，并在振膜上形成刻蚀孔。所述振膜为导电多晶硅或氧化支撑层、氧化层与导电层形成的复合结构。所述步骤f中淀积的金属包括金、镉、镍或银。所述牺牲层的材料包括磷硅玻璃或铝。

本发明的优点：振膜结构设计灵活，可为纹膜结构，也可为平膜结构。振膜可采用单一的多晶硅材料通过高温退火工艺形成，也可以采用绝缘支撑层、绝缘层与导电层相互配合形成，达到来降低残余应力的目的。通过牺牲层与绝缘材料层的设置，背极板与振膜间的距离可控，既能满足较强的刚性要求，又能减小寄生电容。 制备电容式微型硅麦克风的方法成品率高，成本低，工艺容易实现，能满足小尺寸要求，并且适合大批量生产。

 本发明的结构示意图

申请人：无锡芯感智半导体有限公司

发明(设计)人：刘同庆 沈绍群

申请号：201010142506.8

授权公告号：CN 101835079 B

合作方式：暂时不交易。

联系方式：
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