CN104796831A - 一种电容式麦克风及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容式麦克风及其制造方法，所述电容式麦克风包括：具有正面和背面的基底；自所述基底背面的中部贯穿所述基底的背腔；位于所述基底正面的背板，所述背板悬置于所述背腔上的部分形成有多个凹坑以使得所述背板为上下起伏的非平坦结构；位于所述背板的上方并与所述背板共形的振膜，所述振膜与所述背板间具有振荡空腔，所述背板上设置有将所述振荡空腔和所述背腔连通起来的多个声孔。与现有技术相比，本发明中的电容式麦克风的背板和振膜上都设置有多个对应的凹坑，这样可以有效增加由背板和振膜构成的平板电容的电极表面积，从而在保证电容值一定的情况下，减小电容式麦克风的芯片面积。

Description

一种电容式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，特别涉及一种电容式麦克风及其制造方法。 

【背景技术】

目前，应用较多的麦克风包括传统的驻极体麦克风和新兴的微机电系统麦克风（Micro-Electro-Mechanical-System Microphone,简称MEMS麦克风），MEMS麦克风是基于硅基半导体材料制成，故又称硅基麦克风。由于硅基麦克风封装体积比传统的驻极体麦克风小，灵敏度也比较高，因此，在助听器和移动通讯设备等领域有广阔的应用前景。 

现有技术中的电容式麦克风通常包括背板和与背板相对且间隔一定距离的振膜，该背板和振膜构成平板电容，其中，振膜具有一定柔韧性，背板具有一定的刚性且设置有多个预定尺寸的声孔。当外部有声波传递到电容式麦克风时，声波由声孔进入由背板和振膜组成的空腔，以带动振膜振动，导致背板和振膜之间的相对距离发生变化，从而使该平板电容的电容值发生变化，这种电容值的变化为外围电路提供一种可供探测的电信号，从而实现将声音信号转换成电信号。 

由于电容式麦克风采用集成电路制造技术生产，显然，通过减小电容式麦克风的芯片面积，以在单位晶片面积上制造更多的麦克风芯片，是降低成本的一条有效途径。 

因此，有必要提供一种保证电容值的前提下在单位晶片面积上制造更多的麦克风芯片的技术方案。 

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种电容式麦克风及其制造方法，其可以在保证电容值的前提下，减小电容式麦克风的芯片面积，以在单位晶片面积上制造出更多的电容式麦克风，从而降低成本。 

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种电容式麦克风，其包括：具有正面和背面的基底；自所述基底背面的中部贯穿所述基底的背腔；位于所述基底正面的背板，所述背板悬置于所述背腔上的部分形成有多 个凹坑以使得所述背板为上下起伏的非平坦结构；位于所述背板的上方并与所述背板共形的振膜，所述振膜与所述背板间具有振荡空腔，所述背板上设置有将所述振荡空腔和所述背腔连通起来的多个声孔。 

进一步的，所述电容式麦克风还包括有：位于所述背板和所述振膜之间并对所述背板和所述振膜进行隔离的牺牲层。 

进一步的，所述电容式麦克风还包括有位于所述背板边缘部和基底间的绝缘层。 

进一步的，所述凹坑的侧壁为非垂直结构，所述声孔设置在所述凹坑之间。 

进一步的，所述凹坑为圆形凹坑或多边形凹坑，所述绝缘层可以为氮化硅或者二氧化硅，其厚度为300nm-1500nm，所述牺牲层的厚度为2μm至5μm。 

进一步的，所述背板为刚性的导电薄膜，所述振膜为具有张应力和柔韧性的导电薄膜。 

进一步的，所述电容式麦克风还包括与所述背板和所述振膜电性连接的金属焊盘。 

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种电容式麦克风的制造方法，其包括：提供具有正面和反面的基底，在所述基底的正面选择性的刻蚀出多个凹坑结构；在具有多个凹坑结构的基底表面淀积与所述具有多个凹坑结构的基底表面共形的绝缘层；在所述绝缘层上淀积与所述绝缘层共形的导电层作为背板；通过光刻和腐蚀工艺在所述背板上刻蚀出多个贯穿背板的声孔；在所述刻蚀有声孔的背板上淀积与所述背板共形的牺牲层；在所述牺牲层上淀积与所述牺牲层共形的导电层作为振膜；自所述基底的背面对所述基底和绝缘层的中部进行刻蚀，以形成贯穿所述基底和所述绝缘层的背腔；腐蚀掉所述背腔上部的牺牲层以形成振荡空腔。 

进一步的，所述凹坑为圆形凹坑或多边形凹坑，所述绝缘层可以为氮化硅或者二氧化硅，其厚度为300nm-1500nm，所述牺牲层的厚度通常为2μm-5μm。 

进一步的，所述背板为刚性的导电薄膜，所述振膜为具有张应力和柔韧性的导电薄膜。 

与现有技术相比，本发明中的电容式麦克风的背板和振膜上都设置有多个对应的凹坑，以使得所述背板和所述振膜为上下起伏的非平坦结构，这样可以有效增加由背板和振膜构成的平板电容的电极表面积，从而在保证电容值一定 的情况下，减小电容式麦克风的芯片面积，以在单位晶片面积上制造出更多的电容式麦克风，进而降低成本。 

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中： 

图1为本发明在一个实施例中的电容式麦克风的剖面示意图； 

图2为本发明中的电容式麦克风的制造方法在一个实施例中的流程示意图； 

图3-图10为本发明中的电容式麦克风的制造方法在一个实施例中的各个步骤对应的纵剖面图。 

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。 

请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的电容式麦克风的剖面示意图。所述电容式麦克风包括基底110、绝缘层120、背板130、牺牲层140、振膜150、焊盘160和背腔170。 

所述基底110具有正面和背面。在一个实施例中，所述基底110为硅片。 

所述绝缘层120位于所述基底110的正面，所述背腔170自所述基底110的背面贯穿所述基底110和所述绝缘层120的中部。在一个示例中，所述绝缘层120可以为氮化硅（SIN）或者二氧化硅（SIO2）等氧化层，其厚度通常为300nm-1500nm。 

所述背板130的边缘部位于所述绝缘层120上表面，所述背板130的中部悬置于所述背腔170上，所述背板130为具有一定刚性的导电薄膜。所述背板130的中部（即所述背板130悬置于所述背腔上的部分）形成有多个凹坑132以 使得所述背板130为上下起伏的非平坦结构。所述凹坑132的侧壁136为非垂直结构。声孔134设置在所述凹坑132之间，具体为所述背板130的中部包括有多个间隔的凹陷部（即凹坑132）以及连接相邻的两个凹陷部的平坦连接部，各个平坦连接部以及所述背板130的边缘部位于同一水平平面上，声孔134是贯穿所述平坦连接部而形成的。 

所述牺牲层140位于所述背板130和所述振膜150之间的边缘，其厚度通常为2μm-5μm。 

所述振膜150位于所述背板130上方，其与所述背板130共形且其边缘位于所述牺牲层140的上表面，换句话说，所述振膜150横跨所述背腔170且其边缘位于所述牺牲层140上表面，所述振膜150的中部也设置有多个与凹坑132对应的凹坑152，以使得所述振膜150也为上下起伏的非平坦结构。所述振膜150与所述背板130的起伏趋势是基本一致的。所述振膜150为具有张应力和柔韧性的导电薄膜，在周围空气发生振动时，可以发生一定程度的形变。 

所述焊盘160为金属焊盘，其设置在所述振膜150和所述背板130的边缘，用于连接所述背板130和振膜150，其也为后续所述电容式麦克风封装打线使用。 

所述牺牲层140用于隔离所述振膜140和背板150，以在所述振膜150和背板130之间形成振荡空腔180（即所述振膜140和背板150间具有振动空腔180），所述声孔134可以连通所述振荡空腔180和所述背腔170。这样就可以使背板130和振膜150构成平板电容，其中背板130作为该电容的一个电极，振膜150作为该电容的另一个电极。 

此外，由于所述绝缘层120将所述背板130与所述基底110隔开并绝缘，因此，背板130和振膜150之间的电容值不会受到基底110的影响，提高了灵敏度，在其他实施例中，也可不设置所述绝缘层120，此时所述背板130的边缘部直接与所述基底110相接。 

具体工作原理为：当外部有声波传递到图1所示的电容式麦克风时，声波由声孔134进入由背板130和振膜150形成的振荡空腔180，以带动振膜150振动，导致背板130和振膜150之间的相对距离发生变化，从而使该平板电容的电容值发生变化，这种电容值的变化为外围电路提供一种可供探测的信号，从而实现将声音信号转换成电信号。 

需要特别说明的是，图1所示的实施例中，所述凹坑132和凹坑152可以 为圆形凹坑或多边形凹坑。具体为，俯视基底110正面，凹坑132和凹坑152的外延形状可以为圆形、方形、六边形、八边形等多种形状，只要保证凹坑的侧壁为非垂直结构即可。 

综上所述，由于在背板130和振膜150上都设置有多个对应的凹坑，使得所述背板130和所述振膜150为上下起伏的非平坦结构，这样，可以有效增加由背板130和振膜150构成的平板电容的电极表面积，从而在保证电容值一定的情况下，减小电容式麦克风的芯片面积，以在单位晶片面积上制造出更多的电容式麦克风，进而降低成本。 

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种电容式麦克风的制造方法。请参考图2所示，其为本发明中的电容式麦克风的制造方法200在一个实施例中的流程示意图。图3-图10为本发明中的电容式麦克风的制造方法在一个实施例中的各个步骤对应的纵剖面图。如图2所示，所述电容式麦克风的制造方法200包括如下步骤。 

步骤210，结合图3所示，提供具有正面和反面的基底310，通过等离子体刻蚀或者湿法刻蚀的方式在所述基底310的正面选择性的刻蚀出多个凹坑312。 

步骤220，结合图4所示，在具有多个凹坑312的基底310的表面（也可称为正面）淀积与所述具有多个凹坑312的基底310表面共形的绝缘层320。在一个实施例中，所述绝缘层320可以为氮化硅（SiN）和二氧化硅（SiO2）等氧化层，其厚度通常为300nm-1500nm。 

步骤230，结合图5所示，在所述绝缘层320上淀积与所述绝缘层320共形的导电层作为背板330。 

所述背板330为具有一定刚性的导电薄膜。 

步骤240，结合图6所示，通过光刻和腐蚀在所述背板330上刻蚀出多个贯穿背板的声孔332。 

步骤250，结合图7所示，在所述刻蚀有声孔332的背板330的上淀积与所述背板330共形的牺牲层340。在一个示例中，所述牺牲层340的厚度可以为2μm-5μm。 

步骤260，结合图8所示，在所述牺牲层340上淀积与所述牺牲层340共形的导电层作为振膜350。所述振膜350为具有张应力和柔韧性的导电薄膜。 

步骤270，结合图8和图9所示，通过光刻和腐蚀工艺刻蚀所述振膜350和 所述牺牲层340形成引线图形，通过金属溅射或蒸发工艺在引线图形上形成一层金属层，然后通过光刻和腐蚀在所述振膜350和背板330的边缘形成焊盘360，其用于连接所述背板330和振膜350，其也为后续所述电容式麦克风封装打线使用。 

步骤280，继续结合图9所示，通过光刻和腐蚀自所述基底310的背面刻蚀所述基底310中部直到所述绝缘层320，随后去除对应所述基底320的背面中部的绝缘层320以形成背腔370。 

步骤290，结合图10所示，经由所述声孔332通过释放工艺腐蚀掉背腔370上部的牺牲层340以形成振荡空腔380。 

需要特别说明的是，图3-图10所示的实施例中，刻蚀在基底310上的凹坑312（其与背板330和振膜340上的凹坑共形）可以为圆形凹坑或多边形凹坑。具体为，与所述基底310正面相平行的横截面可以为圆形、方形、六边形、八边形等多种形状，只要保证凹坑的侧壁为非垂直结构即可。 

这样，可以有效增加由背板330和振膜350构成的平板电容的电极表面积，从而在保证电容值一定的情况下，减小电容式麦克风的芯片面积，以在单位晶片面积上制造出更多的电容式麦克风，从而降低成本。由于所述绝缘层320将所述背板330与所述基底310隔开并绝缘，因此，背板330和振膜350之间的电容值不会受到基底310的影响，提高了灵敏度，所述绝缘层320同时作为背腔370刻蚀的停止层。 

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。 

Claims (10)

1.一种电容式麦克风，其特征在于，其包括：

具有正面和背面的基底；

自所述基底背面的中部贯穿所述基底的背腔；

位于所述基底正面的背板，所述背板悬置于所述背腔上的部分形成有多个凹坑以使得所述背板为上下起伏的非平坦结构；

位于所述背板的上方并与所述背板共形的振膜，所述振膜与所述背板间具有振荡空腔，所述背板上设置有将所述振荡空腔和所述背腔连通起来的多个声孔。

2.根据权利要求1所述的电容式麦克风，其特征在于，其还包括有：位于所述背板和所述振膜之间并对所述背板和所述振膜进行隔离的牺牲层。

3.根据权利要求2所述的电容式麦克风，其特征在于，其还包括有位于所述背板边缘部和基底间的绝缘层。

4.根据权利要求2或3所述的电容式麦克风，其特征在于，所述凹坑的侧壁为非垂直结构，所述声孔设置在所述凹坑之间。

5.根据权利要求4所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述凹坑为圆形凹坑或多边形凹坑，

所述绝缘层为氮化硅或者二氧化硅，其厚度为300nm-1500nm，

所述牺牲层的厚度为2μm至5μm。

6.根据权利要求5所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述背板为刚性的导电薄膜，

所述振膜为具有张应力和柔韧性的导电薄膜。

7.根据权利要求5所述的电容式麦克风，其特征在于，其还包括与所述背板和所述振膜电性连接的金属焊盘。

8.一种电容式麦克风的制造方法，其特征在于，其包括：

提供具有正面和反面的基底，在所述基底的正面选择性的刻蚀出多个凹坑结构；

在具有多个凹坑结构的基底表面淀积与所述具有多个凹坑结构的基底表面共形的绝缘层；

在所述绝缘层上淀积与所述绝缘层共形的导电层作为背板；

通过光刻和腐蚀工艺在所述背板上刻蚀出多个贯穿背板的声孔；

在所述刻蚀有声孔的背板上淀积与所述背板共形的牺牲层；

在所述牺牲层上淀积与所述牺牲层共形的导电层作为振膜；

自所述基底的背面对所述基底和绝缘层的中部进行刻蚀，以形成贯穿所述基底和所述绝缘层的背腔；

腐蚀掉所述背腔上部的牺牲层以形成振荡空腔。

9.根据权利要求8所述的电容式麦克风的制造方法，其特征在于，

所述凹坑为圆形凹坑或多边形凹坑，

所述绝缘层可以为氮化硅或者二氧化硅，其厚度为300nm-1500nm，

所述牺牲层的厚度通常为2μm-5μm。

10.根据权利要求9所述的电容式麦克风的制造方法，其特征在于，

所述背板为刚性的导电薄膜，

所述振膜为具有张应力和柔韧性的导电薄膜。