CN104754480A - 微型机电系统麦克风及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了微型机电系统麦克风。所述微型机电系统麦克风包括振膜和与该振膜间隔设置以形成一声传感电容结构的背板，所述振膜和背板之间形成一声腔，所述背板上设有多个连通所述声腔的声学通孔，所述麦克风还包括一用于支撑所述声传感电容结构的基座，所述基座底部设有半导体氧化硅应力平衡层,本发明还提供一种微型机电系统麦克风制造方法。本发明提供的MEMS麦克风振膜无透气孔使得MEMS麦克风具有高声压特性，并且由于振膜的低应力使MEMS麦克风具有高灵敏度特性。该方法生产的MEMS麦克风制作工艺流程简单、工艺成本低、易于批量化生产。

Description

微型机电系统麦克风及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种声电转换装置，具体地说，涉及一种微型机电系统麦克风及其制造方法。

【背景技术】

近年来利用微机电系统工艺集成的微型机电系统麦克风(Micro-Electro-Mech anical-System Microphone，简称MEMS)开始被批量应用到手机、笔记本电脑等电子产品中，其封装体积比传统的驻极体麦克风小，因此受到大部分麦克风生产商的青睐。

而目前应用较多且性能较好的MEMS麦克风成本高、结构复杂、制作工艺繁琐、并且振膜包括透气孔，使得MEMS麦克风声压降低，使振膜的应力增大，以至于MEMS麦克风灵敏性降低。

【发明内容】

本发明主要解决现的技术问题是提供一种性能良好，结构简单的MEMS麦克风。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了MEMS克风，包括振膜和与该振膜间隔设置以形成一声传感电容结构的背板，所述振膜和背板之间形成一声腔，所述背板上设有多个连通所述声腔的声学通孔，所述麦克风还包括一用于支撑所述声传感电容结构的基座，所述基座底部设有半导体氧化硅应力平衡层。

在本发明的一较佳实施例中，所述微型机电系统麦克风还包括前腔和背腔，所述前腔设置在所述振膜顶部，所述背腔设置在所述背板底部。

在本发明的一较佳实施例中，所述微型机电系统麦克风还包括保护层、第一结构层、第二结构层、第三结构层，所述保护层和第一结构层依次层叠设置于所述振膜顶部，所述第二结构层设置于所述振膜和背板之间，所述第三结构层设置于所述背板与所述基座之间。

在本发明的一较佳实施例中，所述第一、第二、和第三结构层由半导体氧化硅绝缘层材料制成，所述振膜和背板由多晶硅掺杂或单晶硅掺杂导电材料制成，所述基座由硅材料制成。

在本发明的一较佳实施例中，所述振膜与背板之间还设有固定于所述背板上且用于防止振膜与背板电导通的防粘凸起。

在本发明的一较佳实施例中，所述防粘凸起由半导体氧化硅绝缘材料制成。

在本发明的一较佳实施例中，所述微型机电系统麦克风还设有贯穿所述保护层、第一结构层、振膜、以及第二结构层的第一连接孔和贯穿所述保护层以及第一结构层的第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔内分别设有电连接所述声传感电容结构的第一电极和第二电极。

在本发明的一较佳实施例中，所述微型机电系统麦克风还包括贯穿所述保护层、第一结构层、振膜、以及第二结构层的透气孔，所述透气孔为所述背腔和声腔透气。

本发明还提供一种微型机电系统麦克风制造方法，该方法包括如下步骤:

步骤S1，制作振膜晶圆，包括：

步骤S11，提供依次层叠设置的振膜层、第一绝缘层和保护层，从而形成具有SOI结构的振膜晶圆；

步骤S12，热氧化所述振膜晶圆，在所述振膜晶圆顶部和底部分别制作第二绝缘层和第三绝缘层；

步骤S13，刻蚀所述振膜晶圆，在所述振膜晶圆顶部刻蚀出声腔、第一连接孔和透气孔；

步骤S2，制作背板晶圆，包括：

步骤S21，提供包括依次层叠设置的背板层、第四绝缘层和基座，从而形成具有SOI结构的背板晶圆；

步骤S22，热氧化所述背板晶圆，在所述背板晶圆顶部制作第五绝缘层，在所述背板晶圆底部制作半导体氧化硅应力平衡层；

步骤S23，刻蚀所述背板晶圆，在所述背板晶圆顶部刻蚀出第一连接孔、透气孔、防粘凸起和多个贯穿背板层的声学孔；

步骤S3，将所述振膜晶圆的第二绝缘层和所述背板晶圆的第五绝缘层健合固定，所述振膜晶圆上的声腔与所述背板晶圆上的声学孔相连通，所述振膜晶圆上的第一连接孔与所述背板晶圆上的第一连接孔相连通，所述振膜晶圆上的透气孔与所述背板晶圆上的透气孔相连通；

步骤S4，对所述背板晶圆进行刻蚀，在所述背板晶圆底部蚀刻形成直达所述背板层的背腔；

步骤S5，对所述振膜晶圆进行晶元减薄，将所述第三绝缘层全部清除；

步骤S6，对所述振膜晶圆进行刻蚀，以使所述第一连接孔和透气孔贯穿所述振膜晶圆，且在所述振膜晶圆顶部蚀刻形成第二连接孔和直达所述振膜层的前腔；

步骤S8，在所述第一连接孔和第二连接孔内分别蚀刻形成两个连接盘；

步骤S9，对上述两个连接盘进行金属化，以形成位于第一连接孔内的第一电极和位于第二连接孔内的第二电极；

步骤S10，完成所述微型机电系统麦克风制作。

在本发明的一较佳实施例中，所述第一、第二、第三、第四和第五绝缘层为半导体氧化硅绝缘材料层，所述振膜层和背板层为多晶硅掺杂或单晶硅掺杂导电材料层，所述基座为硅材料层。

相较于现有技术，本发明提供的MEMS麦克风振膜无透气孔使得MEMS麦克风具有高声压特性，并且由于振膜的低应力使MEMS麦克风具有高灵敏度特性。该方法生产的MEMS麦克风制作工艺流程简单、工艺成本低、易于批量化生产。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：

图1是本发明提供的微型机电系统麦克风一较佳实施例的剖面结构示意图。

图2是图1所示微型机电系统麦克风的仰视图。

图3是图1所述微型机电系统麦克风的俯视图。

图4是本发明微型机电系统麦克风制造方法中准备振膜晶圆的示意图。

图5是本发明微型机电系统麦克风制造方法中振膜晶圆制作热氧化层的示意图。

图6是本发明微型机电系统麦克风制造方法中刻蚀振膜晶圆结构的示意。

图7是本发明微型机电系统麦克风制造方法中准备背板晶圆的示意图。

图8是本发明微型机电系统麦克风制造方法中背板晶圆制作热氧化层的示意图。

图9是本发明微型机电系统麦克风制造方法中刻蚀背板晶圆结构的示意。

图10是本发明微型机电系统麦克风制造方法中振膜晶圆片和背板晶圆片健合示意图。

图11是本发明微型机电系统麦克风制造方法中刻蚀背腔示意图。

图12是本发明微型机电系统麦克风制造方法中减薄和刻蚀振膜示意图。

图13是本发明微型机电系统麦克风制造方法中金属化连接盘示意图。

【具体实施方式】

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种微型机电系统麦克风，请同时参阅图1、图2和图3，图1是本发明提供的微型机电系统麦克风一较佳实施例的剖面结构示意图，图2是图1所示微型机电系统麦克风的仰视图，图3是图1所述微型机电系统麦克风的俯视图。所述微型机电系统麦克风1包括振膜11和与该振膜11间隔设置以形成一声传感电容结构的背板12，所述振膜11和背板12之间形成一声腔10，所述背板12上设有多个连通所述声腔10的声学通孔100，所述微型机电系统麦克风1还包括一用于支撑所述声传感电容结构的基座13，所述基座13底部设有半导体氧化硅应力平衡层14。所述半导体氧化硅应力平衡层14提高了所述微型机电系统麦克风1制作工艺的一致性和性能的一致性。

所述微型机电系统麦克风1还包括前腔15和背腔16，所述前腔15设置在所述振膜11顶部，所述背腔16设置在所述背板12底部。

所述微型机电系统麦克风1还包括保护层17、第一结构层18a、第二结构层18b、第三结构层18c，所述保护层17和第一结构层18a依次层叠设置于所述振膜11顶部，所述第二结构层18b设置于所述振膜11和背板12之间，所述第三结构层18c设置于所述背板12与所述基座13之间。

所述第一18a、第二18b、和第三结构层18c由半导体氧化硅绝缘层材料制成，所述振膜11和背板12由多晶硅掺杂或单晶硅掺杂导电材料制成，所述基座13由硅材料制成。

所述振膜11与背板12之间还设有固定于所述背板12上且用于防止振膜11与背板12电导通的防粘凸起181。

所述防粘凸起181由半导体氧化硅绝缘材料制成。

所述微型机电系统麦克风还设有贯穿所述保护层17、第一结构层18a、振膜11、以及第二结构层18b的第一连接孔191和贯穿所述保护层17以及第一结构层18a的第二连接孔193，所述第一连接孔191和第二连接孔193内分别设有电连接所述声传感电容结构的第一电极1911和第二电极1931。

所述微型机电系统麦克风还包括贯穿所述保护层17、第一结构层18a、振膜11、以及第二结构层18b的透气孔195，所述透气孔195为所述背腔16和声腔10透气。

本发明还公开一种微型机电系统麦克风制造方法，包括如下步骤:

步骤S1，制作振膜晶圆，包括：

步骤S11，请参阅图4，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中准备振膜晶圆的示意图。提供依次层叠设置的振膜层11、第一绝缘层18a和保护层17，从而形成具有SOI结构的振膜晶圆；

步骤S12，请参阅图5，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中振膜晶圆制作热氧化层的示意图。热氧化所述振膜晶圆，在所述振膜晶圆顶部和底部分别制作第二绝缘层18b和第三绝缘层18c；

步骤S13，请参阅图6，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中刻蚀振膜晶圆结构的示意。刻蚀所述振膜晶圆，在所述振膜晶圆顶部刻蚀出声腔10、第一连接孔191和透气孔195；

步骤S2，制作背板晶圆，包括：

步骤S21，请参阅图7，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中准备背板晶圆的示意图。提供包括依次层叠设置的背板层12、第四绝缘层18d和基座13，从而形成具有SOI结构的背板晶圆；

步骤S22，请参阅图8，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中背板晶圆制作热氧化层的示意图。热氧化所述背板晶圆，在所述背板晶圆顶部制作第五绝缘层18e，在所述背板晶圆底部制作半导体氧化硅应力平衡层14；

步骤S23，请参阅图9，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中刻蚀背板晶圆结构的示意。刻蚀所述背板晶圆，在所述背板晶圆顶部刻蚀出第一连接孔191、透气孔195、防粘凸起181和多个贯穿背板层12的声学孔100；

步骤S3，请参阅图10，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中振膜晶圆片和背板晶圆片健合示意图。

将所述振膜晶圆的第二绝缘层18b和所述背板晶圆的第五绝缘层18e健合固定，所述振膜晶圆上的声腔10与所述背板晶圆上的声学孔100相连通，所述振膜晶圆上的第一连接孔191与所述背板晶圆上的第一连接孔191相连通，所述振膜晶圆上的透气孔195与所述背板晶圆上的透气孔195相连通；

步骤S4，请参阅图11，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中刻蚀背腔示意图。对所述背板晶圆进行刻蚀，在所述背板晶圆底部蚀刻形成直达所述背板层12的背腔16；

步骤S5，请参阅图12，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中减薄和刻蚀振膜示意图。对所述振膜晶圆进行晶元减薄，将所述第三绝缘层12c全部清除；

步骤S6，对所述振膜晶圆进行刻蚀，以使所述第一连接孔191和透气孔195贯穿所述振膜晶圆，且在所述振膜晶圆顶部蚀刻形成第二连接孔193和直达所述振膜层11的前腔15；

步骤S8，请参阅图13，是本发明微型机电系统麦克风制造方法中金属化连接盘示意图。在所述第一连接孔191和第二连接孔193内分别蚀刻形成两个连接盘；

步骤S9，对上述两个连接盘进行金属化，以形成位于第一连接孔191内的第一电极1911和位于第二连接孔193内的第二电极1913；

步骤S10，完成所述微型机电系统麦克风制作。

所述第一18a、第二18b、第三18c、第四18d和第五绝缘层18e为半导体氧化硅绝缘材料层，所述振膜层11和背板层12为多晶硅掺杂或单晶硅掺杂导电材料层，所述基座13为硅材料层。

相较于现有技术，本发明提供的MEMS麦克风振膜无透气孔使得MEMS麦克风具有高声压特性，并且由于振膜的低应力使MEMS麦克风具有高灵敏度特性。该方法生产的MEMS麦克风制作工艺流程简单、工艺成本低、易于批量化生产。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种微型机电系统麦克风，其特征在于，包括振膜和与该振膜间隔设置以形成一声传感电容结构的背板，所述振膜和背板之间形成一声腔，所述背板上设有多个连通所述声腔的声学通孔，所述麦克风还包括一用于支撑所述声传感电容结构的基座，所述基座底部设有半导体氧化硅应力平衡层。

2.根据权利要求1所述的微型机电系统麦克风，其特征在于，所述微型机电系统麦克风还包括前腔和背腔，所述前腔设置在所述振膜顶部，所述背腔设置在所述背板底部。

3.根据权利要求1所述的微型机电系统麦克风，其特征在于，所述微型机电系统麦克风还包括保护层、第一结构层、第二结构层、第三结构层，所述保护层和第一结构层依次层叠设置于所述振膜顶部，所述第二结构层设置于所述振膜和背板之间，所述第三结构层设置于所述背板与所述基座之间。

4.根据权利要求3所述的微型机电系统麦克风，其特征在于，所述第一、第二、和第三结构层由半导体氧化硅绝缘层材料制成，所述振膜和背板由多晶硅掺杂或单晶硅掺杂导电材料制成，所述基座由硅材料制成。

5.根据权利要求1所述的微型机电系统麦克风，其特征在于，所述振膜与背板之间还设有固定于所述背板上且用于防止振膜与背板电导通的防粘凸起。

6.根据权利要求5所述的微型机电系统麦克风，其特征在于，所述防粘凸起由半导体氧化硅绝缘材料制成。

7.根据权利要求3所述的微型机电系统麦克风，其特征在于，所述微型机电系统麦克风还设有贯穿所述保护层、第一结构层、振膜、以及第二结构层的第一连接孔和贯穿所述保护层以及第一结构层的第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔内分别设有电连接所述声传感电容结构的第一电极和第二电极。

8.根据权利要求3所述的微型机电系统麦克风，其特征在于，所述微型机电系统麦克风还包括贯穿所述保护层、第一结构层、振膜、以及第二结构层的透气孔，所述透气孔为所述背腔和声腔透气。

9.一种微型机电系统麦克风制造方法，其特征在于，包括如下步骤:

步骤S1，制作振膜晶圆，包括：

步骤S11，提供依次层叠设置的振膜层、第一绝缘层和保护层，从而形成具有SOI结构的振膜晶圆；

步骤S12，热氧化所述振膜晶圆，在所述振膜晶圆顶部和底部分别制作第二绝缘层和第三绝缘层；

步骤S13，刻蚀所述振膜晶圆，在所述振膜晶圆顶部刻蚀出声腔、第一连接孔和透气孔；

步骤S2，制作背板晶圆，包括：

步骤S21，提供包括依次层叠设置的背板层、第四绝缘层和基座，从而形成具有SOI结构的背板晶圆；

步骤S22，热氧化所述背板晶圆，在所述背板晶圆顶部制作第五绝缘层，在所述背板晶圆底部制作半导体氧化硅应力平衡层；

步骤S23，刻蚀所述背板晶圆，在所述背板晶圆顶部刻蚀出第一连接孔、透气孔、防粘凸起和多个贯穿背板层的声学孔；

步骤S3，将所述振膜晶圆的第二绝缘层和所述背板晶圆的第五绝缘层健合固定，所述振膜晶圆上的声腔与所述背板晶圆上的声学孔相连通，所述振膜晶圆上的第一连接孔与所述背板晶圆上的第一连接孔相连通，所述振膜晶圆上的透气孔与所述背板晶圆上的透气孔相连通；

步骤S4，对所述背板晶圆进行刻蚀，在所述背板晶圆底部蚀刻形成直达所述背板层的背腔；

步骤S5，对所述振膜晶圆进行晶元减薄，将所述第三绝缘层全部清除；

步骤S6，对所述振膜晶圆进行刻蚀，以使所述第一连接孔和透气孔贯穿所述振膜晶圆，且在所述振膜晶圆顶部蚀刻形成第二连接孔和直达所述振膜层的前腔；

步骤S8，在所述第一连接孔和第二连接孔内分别蚀刻形成两个连接盘；

步骤S9，对上述两个连接盘进行金属化，以形成位于第一连接孔内的第一电极和位于第二连接孔内的第二电极；

步骤S10，完成所述微型机电系统麦克风制作。

10.根据权利要求9所述的微型机电系统麦克风制造方法，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四和第五绝缘层为半导体氧化硅绝缘材料层，所述振膜层和背板层为多晶硅掺杂或单晶硅掺杂导电材料层，所述基座为硅材料层。