CN104105041B - 硅基mems麦克风及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种硅基MEMS麦克风及其制作方法，该麦克风包括：硅基底，固定于所述硅基底上方的振膜，固定于所述振膜背离所述振膜一侧的穿孔背板，至少一个固定于所述背孔侧壁上的限位平台，所述限位平台与所述振膜之间具有预留间隔，且所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离，从而当所述MEMS硅基麦克风在跌落或接收到很强的声波信号时，降低所述振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率，提高所述MEMS麦克风的信噪比。

Description

硅基MEMS麦克风及其制作方法

技术领域

本发明涉及麦克风制造技术领域，尤其涉及一种硅基MEMS麦克风及其制作方法。

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，而广泛地应用于诸如手机、平板电脑、相机、助听器、智能玩具以及监视装置等许多应用中。

如图1所示，现有技术中的硅基MEMS麦克风包括：硅基底，所述硅基底中形成有背孔；位于所述硅基底上方的振膜和穿孔背板，其中，所述穿孔背板中具有多个穿孔，所述振膜位于所述穿孔背板与所述硅基底之间，且所述振膜与所述穿孔背面之间具有空腔间隙，从而构成可变空气间隙电容器。当声波信号通过所述背孔作用于所述振膜和所述穿孔背板上时，所述振膜在声波作用下振动时，而所述穿孔背板中具有多个穿孔，故不会发生振动，从而使得所述振膜与所述穿孔背板构成的可变空气间隙电容器的电容随所述振膜的振动而发生变化，将声波信号转化为电信号，以实现对声波信号的检测。

但是，上述硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔时，很容易导致振膜因振动幅度过大而受到损坏。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种硅基MEMS麦克风及其制作方法，以降低硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔时，振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种硅基MEMS麦克风，包括：

硅基底，所述硅基底中具有贯穿所述硅基底的背孔；

固定于所述硅基底上方的振膜，所述振膜完全覆盖所述背孔；

固定于所述振膜背离所述硅基底一侧的穿孔背板，所述穿孔背板具有多个穿孔，且与所述振膜之间具有空气间隙；

至少一个固定于所述背孔侧壁上的限位平台，所述限位平台与所述振膜之间具有预留间隔，且所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离。

优选的，所述硅基MEMS麦克风包括多个限位平台。

优选的，所述多个限位平台在所述背孔的侧壁上均匀分布。

优选的，所述硅基MEMS麦克风包括四个限位平台。

优选的，所述振膜与所述硅基底之间具有绝缘层，所述绝缘层位于所述硅基底表面。

优选的，还包括：位于所述绝缘层与所述振膜之间的介质层，所述介质层沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度与所述预留间隔沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度相同。

一种硅基MEMS麦克风的制作方法，包括：

在硅基底上形成振膜，所述振膜完全覆盖所述硅基底；

在所述振膜背离所述硅基底一侧形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙；

对所述硅基底进行刻蚀，在所述硅基底中形成背孔和限位平台，所述限位平台位于所述背孔的侧壁上，与所述振膜之间具有预留间隔，且所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离。

优选的，在所述振膜上形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙包括：

在所述振膜表面形成隔离层；

对所述隔离层进行刻蚀，形成第一通孔，所述第一通孔在所述振膜至所述硅基底方向上的投影覆盖所述背孔在所述振膜至所述硅基底方向上的投影；

在所述隔离层表面形成背板层；

对所述背板层进行刻蚀，在所述背板层中形成多个贯穿所述背板层的穿孔，形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙；

其中，所述空气间隙沿所述穿孔背板至所述振膜方向上的高度为所述隔离层沿所述穿孔背板至所述振膜方向上的厚度。

优选的，在硅基底上形成振膜之前包括：在所述硅基底上形成绝缘层；

对所述硅基底进行刻蚀之后包括：

对所述绝缘层进行刻蚀，在所述绝缘层中形成第二通孔，所述第二通孔在所述穿孔背板至所述振膜方向上的投影与所述背孔在所述穿孔背板至所述振膜方向上的投影重合。

优选的，该方法还包括：

在所述绝缘层和所述振膜之间形成介质层，所述介质层沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度与所述预留间隔沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度相同。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的技术方案，除包括：硅基底、振膜、穿孔背板外，还包括至少一个固定于所述背孔侧壁上的限位平台，所述限位平台与所述振膜之间具有预留间隔，从而当所述MEMS硅基麦克风在跌落或接收到很强的声波信号时，可以利用所述限位平台对所述振膜的振动幅度进行限制，将所述振膜的振动幅度限制在所述预留间隔内，降低所述振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率。

而且，所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离，使得所述限位平台在平行于所述振膜所在平面内的面积较小，即当声波信号通过所述背孔传至所述振膜的过程中，所述限位平台对所述声波信号的阻碍较小，从而使得本底噪声较小，提高了所述MEMS麦克风的灵敏度，即在降低所述振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率的基础上，提高了所述MEMS麦克风的信噪比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例所提供的硅基MEMS麦克风的结构示意图；

图2为本发明一个实施例所提供的硅基MEMS麦克风中，限位平台的俯视图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中的硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔时，很容易导致振膜因振动幅度过大而受到损坏。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种硅基MEMS麦克风，包括：

硅基底，所述硅基底中具有贯穿所述硅基底的背孔；

固定于所述硅基底上方的振膜，所述振膜完全覆盖所述背孔；

固定于所述振膜背离所述硅基底一侧的穿孔背板，所述穿孔背板具有多个穿孔，且与所述振膜之间具有空气间隙；

至少一个固定于所述背孔侧壁上的限位平台，所述限位平台与所述振膜之间具有预留间隔，且所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离。

相应的，本发明实施例还提供了一种MEMS麦克风的制作方法，包括：

在硅基底上形成振膜，所述振膜完全覆盖所述硅基底；

在所述振膜背离所述硅基底一侧形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙；

对所述硅基底进行刻蚀，在所述硅基底中形成背孔和限位平台，所述限位平台位于所述背孔的侧壁上，与所述振膜之间具有预留间隔，且所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离。

本发明实施例所提供的MEMS麦克风及其制作方法中，所述MEMS麦克风除包括：硅基底、振膜、穿孔背板外，还包括至少一个固定于所述背孔侧壁上的限位平台，所述限位平台与所述振膜之间具有预留间隔，从而当所述MEMS硅基麦克风在跌落或接收到很强的声波信号时，可以利用所述限位平台对所述振膜的振动幅度进行限制，将所述振膜的振动幅度限制在所述预留间隔内，降低所述振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率。

而且，所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离，使得所述限位平台在平行于所述振膜所在平面内的面积较小，即当声波信号通过所述背孔传至所述振膜的过程中，所述限位平台对所述声波信号的阻碍较小，从而使得所述MEMS麦克风中本底噪声较小，提高了所述MEMS麦克风的灵敏度，即在降低所述振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率的基础上，提高了所述MEMS麦克风的信噪比。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种硅基MEMS麦克风，包括：

硅基底1，所述硅基底1中具有贯穿所述硅基底1的背孔10；

固定于所述硅基底1上方的振膜2，所述振膜2完全覆盖所述背孔10；

固定于所述振膜2背离所述硅基底1一侧的穿孔背板3，所述穿孔背板3具有多个穿孔30，且与所述振膜2之间具有空气间隙；

至少一个固定于所述背孔10侧壁上的限位平台4，所述限位平台4与所述振膜2之间具有预留间隔，且所述限位平台4沿所述背孔10侧壁至背孔10中心方向上的长度小于所述背孔10侧壁至所述背孔10中心的距离。

需要说明的是，本发明实施例对所述限位平台4沿所述背孔10侧壁至背孔10中心方向上的长度并不做限定，在本发明的一个实施例中，可以为了进一步降低硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔10时，振膜2因振动幅度过大而受到损坏的概率，延长所述限位平台4沿所述背孔10侧壁至背孔10中心方向长的长度，在本发明的另一个实施例中，也可以为了提高所述MEMS麦克风的信噪比，缩短所述限位平台4沿所述背孔10侧壁至背孔10中心方向长的长度，只要保证所述限位平台4沿所述背孔10侧壁至背孔10中心方向上的长度小于所述背孔10侧壁至所述背孔10中心的距离即可。

还需要说明的是，本发明对所述预留间隔的高度也不做限定，只要所述预留间隔小于所述振膜2距所述硅基底1底部的距离，即可在一定程度上降低硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔10时，振膜2因振动幅度过大而受到损坏的概率，具体视所述振膜2所能承受的最大振动幅度而定。

在本发明的一个实施例中，为了提高所述MEMS麦克风的信噪比，所述硅基MEMS麦克风包括一个限位平台4，在本发明的另一个实施例中，为了进一步降低硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔10时，振膜2因振动幅度过大而受到损坏的概率，所述硅基MEMS麦克风包括多个限位平台4，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

需要说明的是，当本发明实施例所提供的MEMS麦克风包括多个限位平台4时，所述多个限位平台4优选为均匀分布，但本发明对此并不做限定，在本发明的其他实施例中，所述多个限位平台4也可以不均匀分布。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，所述MEMS麦克风优选包括四个限位平台4，所述四个限位平台4在所述背孔10的侧壁上均匀分布，以在降低硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔10时，振膜2因振动幅度过大而受到损坏的概率基础上，保证所述MEMS麦克风的信噪比。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述振膜2与所述穿孔背板3之间具有隔离层5，所述隔离层5具有第一通孔50，所述第一通孔50在所述穿孔背板3至所述振膜2方向上的投影覆盖所述背孔10在所述穿孔背板3至所述振膜2方向上的投影。优选的，所述第一通孔50在所述穿孔背板3至所述振膜2方向上的投影与所述背孔10在所述穿孔背板3至所述振膜2方向上的投影重合，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述振膜2与所述硅基底1之间具有绝缘层6，所述绝缘层6位于所述硅基底1表面，即所述绝缘层6中具有贯穿所述绝缘层6的第二通孔60，所述第二通孔60在所述穿孔背板3至所述振膜2方向上的投影与所述背孔10在所述穿孔背板3至所述振膜2方向上的投影重合，以保证声波信号经所述背孔10传至振膜2时，不会受到所述绝缘层6的阻挡，提高信号的灵敏度。

优选的，在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述MEMS硅基麦克风还包括：位于所述绝缘层6与所述振膜2之间的介质层7，所述介质层7沿所述振膜2至所述硅基底1方向上的厚度与所述预留间隔沿所述振膜2至所述硅基底1方向上的厚度相同，以便于确定所述预留间隔沿所述振膜2至所述硅基底1方向上的厚度。

由上所述可知，本发明实施例所提供的MEMS麦克风除包括：硅基底1、振膜2、穿孔背板3外，还包括至少一个固定于所述背孔10侧壁上的限位平台4，所述限位平台4与所述振膜2之间具有预留间隔，从而当所述MEMS硅基麦克风在跌落或接收到很强的声波信号时，可以利用所述限位平台4对所述振膜2的振动幅度进行限制，将所述振膜2的振动幅度限制在所述预留间隔内，降低所述振膜2因振动幅度过大而受到损坏的概率。

而且，所述限位平台4沿所述背孔10侧壁至背孔10中心方向上的长度小于所述背孔10侧壁至所述背孔10中心的距离，使得所述限位平台4在平行于所述振膜2所在平面内的面积较小，即当声波信号通过所述背孔10传至所述振膜2的过程中，所述限位平台4对所述声波信号的阻碍较小，从而使得所述MEMS麦克风中本底噪声较小，提高了所述MEMS麦克风的灵敏度，即在降低所述振膜2因振动幅度过大而受到损坏的概率的基础上，提高了所述MEMS麦克风的信噪比。

相应的，本发明实施例还提供了一种硅基MEMS麦克风的制作方法，应用于上述任一实施例所提供的MEMS麦克风，包括：

在硅基底上形成振膜，所述振膜完全覆盖所述硅基底；

在所述振膜背离所述硅基底一侧形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙；

对所述硅基底进行刻蚀，在所述硅基底中形成背孔和限位平台，所述限位平台位于所述背孔的侧壁上，与所述振膜之间具有预留间隔，且所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离。

需要说明的是，本发明实施例对所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度并不做限定，在本发明的一个实施例中，可以为了进一步降低硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔时，振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率，延长所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向长的长度，在本发明的另一个实施例中，也可以为了提高所述MEMS麦克风的信噪比，缩短所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向长的长度，只要保证所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离即可。

还需要说明的是，本发明对所述预留间隔的高度也不做限定，只要所述预留间隔小于所述振膜距所述硅基底底部的距离，即可在一定程度上降低硅基MEMS麦克风在跌落时或有很强的声波信号通过背孔时，振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率，具体视所述振膜所能承受的最大振动幅度而定。

在本发明的一个实施例中，在硅基底上形成振膜之前包括：在所述硅基底上形成绝缘层，以保证所述硅基底与所述振膜相互绝缘。相应的，在该实施例中，对所述硅基底进行刻蚀之后包括：对所述绝缘层进行刻蚀，在所述绝缘层中形成第二通孔，所述第二通孔在所述穿孔背板至所述振膜方向上的投影与所述背孔在所述穿孔背板至所述振膜方向上的投影重合，以保证声波信号经所述背孔传至振膜时，不会受到所述绝缘层的阻挡，提高信号的灵敏度。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的另一个实施例中，在所述振膜上形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙包括：在所述振膜表面形成隔离层；对所述隔离层进行刻蚀，形成第一通孔，所述第一通孔在所述振膜至所述硅基底方向上的投影覆盖所述背孔在所述振膜至所述硅基底方向上的投影；在所述隔离层表面形成背板层；对所述背板层进行刻蚀，在所述背板层中形成多个贯穿所述背板层的穿孔，形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙；其中，所述空气间隙沿所述穿孔背板至所述振膜方向上的高度为所述隔离层沿所述穿孔背板至所述振膜方向上的厚度。优选的，所述第一通孔在所述穿孔背板至所述振膜方向上的投影与所述背孔在所述穿孔背板至所述振膜方向上的投影重合，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的有一个实施例中，该方法还包括：在所述绝缘层和所述振膜之间形成介质层，所述介质层沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度与所述预留间隔沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度相同，以便于确定所述预留间隔沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度。

综上所述，本发明实施例所提供的MEMS麦克风及其制作方法中，所述MEMS麦克风除包括：硅基底、振膜、穿孔背板外，还包括至少一个固定于所述背孔侧壁上的限位平台，所述限位平台与所述振膜之间具有预留间隔，从而当所述MEMS硅基麦克风在跌落或接收到很强的声波信号时，可以利用所述限位平台对所述振膜的振动幅度进行限制，将所述振膜的振动幅度限制在所述预留间隔内，降低所述振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率。

而且，所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离，使得所述限位平台在平行于所述振膜所在平面内的面积较小，即当声波信号通过所述背孔传至所述振膜的过程中，所述限位平台对所述声波信号的阻碍较小，从而使得所述MEMS麦克风中本底噪声较小，提高了所述MEMS麦克风的灵敏度，即在降低所述振膜因振动幅度过大而受到损坏的概率的基础上，提高了所述MEMS麦克风的信噪比。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种硅基MEMS麦克风，其特征在于，包括：

硅基底，所述硅基底中具有贯穿所述硅基底的背孔；

固定于所述硅基底上方的振膜，所述振膜完全覆盖所述背孔；

固定于所述振膜背离所述硅基底一侧的穿孔背板，所述穿孔背板具有多个穿孔，且与所述振膜之间具有空气间隙；

至少一个固定于所述背孔侧壁上的限位平台，所述限位平台位于所述背孔的侧壁上，与所述振膜之间具有预留间隔，且所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离。

2.根据权利要求1所述的硅基MEMS麦克风，其特征在于，所述硅基MEMS麦克风包括多个限位平台。

3.根据权利要求2所述的硅基MEMS麦克风，其特征在于，所述多个限位平台在所述背孔的侧壁上均匀分布。

4.根据权利要求3所述的硅基MEMS麦克风，其特征在于，所述硅基MEMS麦克风包括四个限位平台。

5.根据权利要求1所述的硅基MEMS麦克风，其特征在于，所述振膜与所述硅基底之间具有绝缘层，所述绝缘层位于所述硅基底表面。

6.根据权利要求5所述的硅基MEMS麦克风，其特征在于，还包括：位于所述绝缘层与所述振膜之间的介质层，所述介质层沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度与所述预留间隔沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度相同。

7.一种硅基MEMS麦克风的制作方法，其特征在于，包括：

在硅基底上形成振膜，所述振膜完全覆盖所述硅基底；

在所述振膜背离所述硅基底一侧形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙；

对所述硅基底进行刻蚀，在所述硅基底中形成背孔和限位平台，所述限位平台位于所述背孔的侧壁上，与所述振膜之间具有预留间隔，且所述限位平台沿所述背孔侧壁至背孔中心方向上的长度小于所述背孔侧壁至所述背孔中心的距离。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述振膜上形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙包括：

在所述振膜表面形成隔离层；

对所述隔离层进行刻蚀，形成第一通孔，所述第一通孔在所述振膜至所述硅基底方向上的投影覆盖所述背孔在所述振膜至所述硅基底方向上的投影；

在所述隔离层表面形成背板层；

对所述背板层进行刻蚀，在所述背板层中形成多个贯穿所述背板层的穿孔，形成穿孔背板，所述穿孔背板与所述振膜之间具有空气间隙；

其中，所述空气间隙沿所述穿孔背板至所述振膜方向上的高度为所述隔离层沿所述穿孔背板至所述振膜方向上的厚度。

9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在硅基底上形成振膜之前包括：在所述硅基底上形成绝缘层；

对所述硅基底进行刻蚀之后包括：

对所述绝缘层进行刻蚀，在所述绝缘层中形成第二通孔，所述第二通孔在所述穿孔背板至所述振膜方向上的投影与所述背孔在所述穿孔背板至所述振膜方向上的投影重合。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述绝缘层和所述振膜之间形成介质层，所述介质层沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度与所述预留间隔沿所述振膜至所述硅基底方向上的厚度相同。