CN103402163A - 抗冲击硅基mems麦克风及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗冲击硅基MEMS麦克风及其制造方法，所述麦克风包括：硅基底，在该硅基底中形成有背孔；振膜，该振膜支撑在所述硅基底上并设置在所述硅基底中的背孔的上方；穿孔背板，该穿孔背板设置在所述振膜的上方；空气间隙，该空气间隙形成在所述振膜和所述穿孔背板之间；以及限幅机构，该限幅机构形成在所述硅基底的背孔中，并支撑在所述背孔的侧壁上，在该限幅机构与所述振膜之间形成有预定间隔。所述麦克风通过限幅机构限制该麦克风中的振膜的振动幅度从而可以防止振膜在外部冲击下受到损坏。

Description

抗冲击硅基MEMS麦克风及其制造方法

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，具体说，涉及一种抗冲击硅基MEMS麦克风及其制造方法。

背景技术

MEMS麦克风，特别是硅基MEMS麦克风，已经研发多年了。硅基MEMS麦克风由于其在小型化、性能、可靠性、环境耐用性、成本和批量生产能力方面的潜在优势而可以广泛地用于许多应用中，诸如手机、平板电脑、相机、助听器、智能玩具以及监视装置。

一般地说，硅基MEMS麦克风包括形成在硅基底上的振膜和穿孔背板，振膜和穿孔背板在其之间形成有空气间隙，并构成可变空气间隙电容器。在常见的硅基MEMS麦克风中，振膜在穿孔背板的下方，并通过形成在硅基底中的背孔向外部露出。图1是剖视图，示出了现有的一种硅基MEMS麦克风的结构。如图1所示，现有的一种硅基MEMS麦克风100包括硅基底10、振膜40、隔离层50和穿孔背板60，其中，在硅基底10与振膜40之间还可以具有绝缘层20；在硅基底10中形成有背孔11，以便将振膜40露出；在穿孔背板60中形成有穿孔61，以便使气流能够通过穿孔背板60并在通过穿孔背板60时不会使其发生振动；在振膜40和穿孔背板60之间形成有空气间隙51，空气间隙51是由形成在隔离层50中的空腔构成的。振膜40和穿孔背板60作为两个电极板构成一个电容器，当振膜40在声波作用下振动时，该电容器的电容随之发生变化，从而可以将声波信号转化为电信号，以实现对声波信号的探测。

上述硅基MEMS麦克风存在的问题是，当该硅基MEMS麦克风跌落时或有很强的声波信号通过硅基底背孔时，很容易使脆弱的振膜因振动幅度太大而受到损坏。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术中存在的问题而做出的，其目的在于提供一种抗冲击硅基MEMS麦克风及其制造方法，通过限制该麦克风中的振膜的振动幅度从而防止其在外部冲击下受到损坏。

为了实现上述目的，在本发明的一个方面，提供一种抗冲击硅基MEMS麦克风，其包括：硅基底，在该硅基底中形成有背孔；振膜，该振膜支撑在所述硅基底上并设置在所述硅基底中的背孔的上方；穿孔背板，该穿孔背板设置在所述振膜的上方；空气间隙，该空气间隙形成在所述振膜和所述穿孔背板之间；以及限幅机构，该限幅机构形成在所述硅基底的背孔中，并支撑在所述背孔的侧壁上，在该限幅机构与所述振膜之间形成有预定间隔。

优选地，所述振膜可以由多晶硅形成。

优选地，所述穿孔背板可以由多晶硅形成，或者，所述穿孔背板可以由具有内嵌金属层的钝化层形成，其中所述金属层用作所述穿孔背板的电极。

另外，优选地，所述抗冲击硅基MEMS麦克风还可以包括突出件，该突出件从与所述振膜相对的所述穿孔背板的下表面突出。

再者，优选地，所述限幅机构可以形成为一字形、川字形、十字形、井字形和Y字形中的一种或多种。

在本发明的另一方面，提供一种抗冲击硅基MEMS麦克风的制造方法，该方法包括：a）在硅基底上沉积第一电介质氧化物层；b）在所述第一电介质氧化物层上形成包含第一多晶硅的振膜；c）在所述振膜上沉积第二电介质氧化物层；d）在所述第二电介质氧化物层上形成穿孔背板；e）在所述振膜下方的硅基底中一体形成背孔和限幅机构；以及f）去掉所述振膜与所述限幅机构之间的第一电介质氧化物层以及所述振膜与所述穿孔背板之间的第二电介质氧化物层。

优选地，在步骤c）和步骤d）之间还可以包括：在所述第二电介质氧化物层中形成突出件。

另外，优选地，所述穿孔背板可以包含第二多晶硅，或者，所述穿孔背板可以由具有内嵌金属层的钝化层形成，其中所述金属层用作所述穿孔背板的电极。

从上面的描述和实践可知，当跌落或强声波通过所产生的外部冲击使振膜发生大幅度振动时，硅基底背孔中的限幅机构可以防止振膜朝着远离穿孔背板的方向发生偏离的幅度太大，而穿孔背板本身（包括形成在其下表面的突出件）则可以限制振膜朝着靠近穿孔背板的方向发生偏离的幅度太大，因此，本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风可以防止在使用过程中由于跌落或强声波通过而造成的振膜的损坏。

附图说明

图1是剖视图，示出了现有的一种硅基MEMS麦克风的结构；

图2是剖视图，示出了本发明的一个实施例所述的硅基MEMS麦克风的结构；

图3是透视图，示出了本发明的一个实施例所述的硅基MEMS麦克风的硅基底背孔中的限幅机构；以及

图4a-4d是剖视图，示出了本发明的一个实施例所述的硅基MEMS麦克风的制造方法。其中，在附图中，

100：现有的硅基MEMS麦克风；

200：本发明的一个实施例所述的硅基MEMS麦克风；

10：基底；11：背孔；

20：绝缘层；30：第一电介质硅氧化物层；

40：振膜；

50：隔离层；51：空气间隙；

60：穿孔背板；61：穿孔；62：突出件；

70：限幅机构。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。

在下面的描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所述实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。在本说明书中，当一个层或区域被称为是在另一个层或区域“之上”或“之下”时，它可以是“直接地”也可以是“间接地”在该另一层或区域之上或之下，两者之间可以存在一个或多个中间层。限定词“第一”、“第二”并不表示具体元件或结构的序号或重要性，只是用于区别两个类似的元件或结构。另外，在本说明书中，相同的附图标记表示相同或相似的部分。

图2是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的硅基MEMS麦克风的结构。如图2所示，本发明的一个实施例所述的硅基MEMS麦克风200包括硅基底10、振膜40、穿孔背板60、空气间隙51和限幅机构70。

在硅基底10中形成有背孔11。

振膜40支撑在硅基底10上并设置在硅基底10中的背孔11的上方。振膜40可以由多晶硅形成。另外，在硅基底10和振膜40之间可以形成有例如硅氧化物绝缘层20。再者，在硅基底10和振膜40之间形成有用于确定振膜40与限幅机构70之间的预定间隔的第一电介质硅氧化物层30。第一电介质硅氧化物层30可以通过诸如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氧化物、磷硅玻璃（PSG）、或硼磷硅玻璃（BPSG）等形成。

穿孔背板60设置在振膜40的上方。穿孔背板60可以由多晶硅形成。或者，穿孔背板60可以由具有内嵌金属层的钝化层（例如氮化硅层）形成，其中所述金属层用作所述穿孔背板的电极。穿孔背板60的这种结构详见专利申请No.PCT/CN2010/075514，其相关内容通过引用结合于此。

空气间隙51形成在振膜40和穿孔背板60之间，具体说，空气间隙51是由形成在振膜40和穿孔背板60之间的隔离层50中的空腔构成的。隔离层50可以由第二电介质硅氧化物形成。第二电介质硅氧化物可以包括诸如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氧化物、磷硅玻璃（PSG）、或硼磷硅玻璃（BPSG）等。

限幅机构70形成在硅基底10的背孔11中，并支撑在背孔11的侧壁上，在限幅机构70与振膜40之间形成有预定间隔。

图3是透视图，示出了本发明的一个实施例所述的硅基MEMS麦克风的硅基底背孔中的限幅机构。在图3所示的例子中，限幅机构70为十字梁结构，该十字梁结构与振膜40之间形成有预定的间隔。然而，限幅机构70的数目和形态并不作特别的限制，限幅机构70可以形成为一字形、川字形、十字形、井字形和Y字形中的一种或多种，并可以与硅基底背孔11一体形成。

另外，本实施例中的抗冲击硅基MEMS麦克风还可以包括突出件62，突出件62从与振膜40相对的穿孔背板60的下表面突出。突出件62用于防止在本实施例所述的抗冲击MEMS麦克风的制造和使用过程中穿孔背板60与振膜40发生粘合。

尽管未示出，但上述硅基MEMS麦克风还包括引线结构，用于将作为电极的振膜和穿孔背板引出，使其与电信号探测单元电连接。所述引线结构的具体设置可参见专利申请No.PCT/CN2010/075514，其相关内容通过引用结合于此。

在本发明所述的硅基MEMS麦克风的使用过程中，当由于跌落或强声波通过而产生的外部冲击使振膜40发生大幅度振动时，硅基底背孔11中的限幅机构70可以防止振膜40朝着远离穿孔背板60的方向发生偏离的幅度太大，而穿孔背板60本身（包括形成在其下表面的突出件62）则可以限制振膜40朝着靠近穿孔背板60的方向发生偏离的幅度太大，因此，本发明所述的抗冲击硅基MEMS麦克风可以防止在使用过程中由于跌落或强声波通过而造成的振膜的损坏。

下面将结合图4a-4d描述本发明的一个实施例所述的抗冲击硅基MEMS麦克风的制造方法。

首先，如图4a所示，在硅基底10上沉积第一电介质氧化物层30，然后在第一电介质氧化物层30上形成包含第一多晶硅的振膜40。这里，在沉积第一电介质氧化物层30之前，可以在硅基底10上形成硅氧化物绝缘层20。可以控制第一电介质氧化物层30的厚度，以便使后面形成的振膜40和限幅机构70之间具有预定的间隔。第一电介质硅氧化物层30可以由诸如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氧化物、磷硅玻璃（PSG）、或硼磷硅玻璃（BPSG）等形成。

接着，如图4b所示，在振膜40上沉积第二电介质氧化物层（即隔离层50），第二电介质硅氧化物层可以由诸如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氧化物、磷硅玻璃（PSG）、或硼磷硅玻璃（BPSG）等形成。然后，在所述第二电介质氧化物层上形成穿孔背板60。这里，形成穿孔背板60之前，可以在所述第二电介质氧化物层中形成突出件62。穿孔背板60可以通过第二多晶硅形成。或者，穿孔背板60可以由具有内嵌金属层的钝化层（例如氮化硅层）形成，其中所述金属层用作所述穿孔背板的电极。突出件62可以由钝化层（例如氮化硅层）形成。穿孔背板60和突出件62的具体形成方法可参见专利申请No.PCT/CN2010/075514，其相关内容通过引用结合于此。

之后，如图4c所示，在振膜40下方的硅基底10中一体形成背孔11和限幅机构70。可以利用受控深槽反应离子刻蚀或湿法腐蚀在硅基底10中同时形成背孔11和限幅机构70。

最后，利用湿法腐蚀的方法去掉振膜40与限幅机构70之间的第一电介质氧化物层30（包括硅氧化物绝缘层20），同时去掉振膜40与穿孔背板60之间的第二电介质氧化物层50，从而形成振膜40与限幅机构70之间的预定间隔，并形成振膜40与穿孔背板60之间的空气间隙51。

这样，就形成了本发明的一个实施例所述的防冲击硅基MEMS麦克风200。

应该注意，本领域中的技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进、变形和组合，而这些改进、变形和组合也都在本发明的保护范围之内。应该明白，上述具体描述只是用来说明本发明，本发明的保护范围由所附权利要求书及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种抗冲击硅基MEMS麦克风，包括：

硅基底，在该硅基底中形成有背孔；

振膜，该振膜支撑在所述硅基底上并设置在所述硅基底中的背孔的上方；

穿孔背板，该穿孔背板设置在所述振膜的上方；

空气间隙，该空气间隙形成在所述振膜和所述穿孔背板之间；以及

限幅机构，该限幅机构形成在所述硅基底的背孔中，并支撑在所述背孔的侧壁上，在该限幅机构与所述振膜之间形成有预定间隔。

2.如权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中，

所述振膜由多晶硅形成。

3.如权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中，

所述穿孔背板由多晶硅形成。

4.如权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中，

所述穿孔背板由具有内嵌金属层的钝化层形成，其中所述金属层用作所述穿孔背板的电极。

5.如权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，还包括突出件，该突出件从与所述振膜相对的所述穿孔背板的下表面突出。

6.如权利要求1所述的抗冲击硅基MEMS麦克风，其中，

所述限幅机构形成为一字形、川字形、十字形、井字形和Y字形中的一种或多种。

7.一种抗冲击硅基MEMS麦克风的制造方法，包括：

a）在硅基底上沉积第一电介质氧化物层；

b）在所述第一电介质氧化物层上形成包含第一多晶硅的振膜；

c）在所述振膜上沉积第二电介质氧化物层；

d）在所述第二电介质氧化物层上形成穿孔背板；

e）在所述振膜下方的硅基底中一体形成背孔和限幅机构；以及

f）去掉所述振膜与所述限幅机构之间的第一电介质氧化物层以及所述振膜与所述穿孔背板之间的第二电介质氧化物层。

8.如权利要求7所述的抗冲击硅基MEMS麦克风的制造方法，其中，

在步骤c）和步骤d）之间还包括：在所述第二电介质氧化物层中形成突出件。

9.如权利要求7所述的抗冲击硅基MEMS麦克风的制造方法，其中，

所述穿孔背板包含第二多晶硅。

10.如权利要求7所述的抗冲击硅基MEMS麦克风的制造方法，其中，

所述穿孔背板由具有内嵌金属层的钝化层形成，其中所述金属层用作所述穿孔背板的电极。

Images