CN105357617A - 一种mems麦克风芯片及其制作方法及mems麦克风 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种MEMS麦克风芯片，包括基底层、背极层和振膜层，所述背极层包括绝缘背极层和导体背极层，所述导体背极层包覆于所述绝缘背极层内，且所述导体背极层位于所述背极层的背极区内。本MEMS麦克风芯片中，背极层的导体背极层包覆于绝缘背极层内，导体背极层位于背极层的背极区内，背极层能够与振膜层产生电容的部分仅为位于背极区内的导体背极层，且产生的电容为有效电容，而背极层的绝缘背极层不与振膜层产生电容，从而降低了寄生电容，提高了MEMS麦克风芯片的灵敏度。本发明还公开了一种包含该MEMS麦克风芯片的MEMS麦克风以及MEMS麦克风芯片的制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域，特别涉及一种MEMES麦克风芯片。还涉及一种包含该MEMS麦克风芯片的MEMS麦克风以及MEMS麦克风芯片的制作方法。
背景技术
微型机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，由于其具有封装体积小、可靠性高、成本低等优点，已广泛应用于各种语音设备中，例如手机、平板电脑、PDA、监听设备等电子产品。
MEMS麦克风芯片是MEMS麦克风的关键部件，MEMS麦克风芯片通常由基底层、振膜层、绝缘层和背极层根据特定设计需要叠加而成，现有的一种MEMS麦克风芯片结构是：由下至上依次为基底层、振膜层和背极层，基底层上设置有声腔，振膜层上覆盖于声腔的部位为振膜有效振动区，背极层上覆盖声腔的部位为背极区，背极区上设置有若干声孔。背极层为单层导体结构，与振膜层层叠设置形成平行板电容来感测声音，芯片整体电容值包括有效电容和寄生电容两部分，有效电容是由背极层的背极区与振膜层的有效振动区形成的，有效电容的电容值会随着振膜层的振动变化而变动，寄生电容是由背极层的非背极区与振膜层的无效振动区形成的，寄生电容的电容值不会振膜层的振动变化而变动。寄生电容会影响MEMS麦克风的灵敏度和信噪比，灵敏度的大小是衡量一个MEMS麦克风芯片性能的重要因素之一，灵敏度的计算公式为：其中，S为灵敏度，Vb为偏压(biasvoltage)，△p为量测声压，d为空气间隙(AirGap),△d为受△p声压下振膜形变量，C0为量到的电容值，Cp为寄生电容，因此，可见，当寄生电容增大时，灵敏度S减小，因此在设计MEMS麦克风芯片时会尽量降低其寄生电容。
综上所述，如何降低MEMS麦克风芯片的寄生电容的大小，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风芯片，以降低MEMS麦克风芯片的寄生电容。
本发明的另一个目的在于提供一种包含该MEMS麦克风芯片的MEMS麦克风，以提高其灵敏度。
本发明的第三个目的在于提供一种用于制作该MEMS麦克风芯片的方法。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种MEMS麦克风芯片，包括基底层、背极层和振膜层，所述背极层包括绝缘背极层和导体背极层，所述导体背极层包覆于所述绝缘背极层内，且所述导体背极层位于所述背极层的背极区内。
优选的，在上述的MEMS麦克风芯片中，所述绝缘背极层包括相叠加的第一绝缘背极层和第二绝缘背极层，所述导体背极层夹在所述第一绝缘背极层和所述第二绝缘背极层之间，所述第一绝缘背极层位于所述振膜层与所述第二绝缘背极层之间。
优选的，在上述的MEMS麦克风芯片中，所述第一绝缘背极层上覆盖于所述振膜层的有效振动区的部位设置有指向所述振膜层的若干绝缘凸起部。
优选的，在上述的MEMS麦克风芯片中，所述背极层与所述振膜层的边缘之间通过第一绝缘层隔离，所述背极层通过所述第一绝缘背极层的边缘与所述第一绝缘层固定。
优选的，在上述的MEMS麦克风芯片中，所述背极层与所述振膜层的边缘之间通过第一绝缘层隔离，所述第一绝缘背极层在所述振膜层上的投影面积小于所述第二背极层在所述振膜层上的投影面积，所述背极层通过所述第二绝缘背极层的边缘与所述第一绝缘层固定。
优选的，在上述的MEMS麦克风芯片中，所述第一绝缘背极层和所述导体背极层在所述振膜层上的投影形状相同。
优选的，在上述的MEMS麦克风芯片中，所述导体背极层的材质为多晶硅、铜、铝、银或金中的一种或多种组合。
优选的，在上述的MEMS麦克风芯片中，所述基底层和所述振膜层的边缘之间通过第二绝缘层隔离。
本发明还提供了一种MEMS麦克风，包括MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片为以上任一项所述的MEMS麦克风芯片。
本发明还提供了一种MEMS麦克风芯片的制作方法，用于制作以上任一项所述的MEMS麦克风芯片，背极层的制作工序包括以下步骤：
S01、沉积得到第一绝缘背极层；
S02、在所述第一绝缘背极层上沉积得到导体背极层；
S03、光刻所述导体背极层，保留位于所述背极层的背极区内的所述导体背极层；或同时光刻所述导体背极层和所述第一绝缘背极层，保留位于所述背极层的背极区内的所述导体背极层和所述第一绝缘背极层；
S04、沉积得到第二绝缘背极层；
S05、光刻所述背极层得到声孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的MEMS麦克风芯片中，背极层包括绝缘背极层和导体背极层，导体背极层包覆于绝缘背极层内，导体背极层位于背极层的背极区内。可见，背极层能够与振膜层产生电容的部分仅为位于背极区内的导体背极层，而背极区对应基底层的声腔，且振膜层的有效振动区也对应基底层的声腔，因此，导体背极层对应振膜层的有效振动区，产生的电容为有效电容，而背极层的绝缘背极层不与振膜层产生电容，从而降低了寄生电容，提高了MEMS麦克风芯片的灵敏度。
本发明提供的MEMS麦克风采用了本发明中的MEMS麦克风芯片，因此，具有较高的灵敏度。
本发明提供的MEMS麦克风芯片的制作方法能够制作本发明中的MEMS麦克风芯片，得到具有导体背极层和绝缘背极层结构的背极层。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1本发明实施例提供的一种MEMS麦克风芯片的截面示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种MEMS麦克风芯片的截面示意图。
在图1和图2中，1为背极层、11为绝缘背极层、111为第一绝缘背极层、112为第二绝缘背极层、12导体背极层、13为声孔、14为绝缘凸起部、2为第一绝缘层、3为振膜层、4为第二绝缘层、5为基底层、501为声腔。
具体实施方式
本发明的核心是提供了一种MEMS麦克风芯片，降低了其寄生电容，提高了灵敏度。
本发明还提供了一种包含该MEMS麦克风芯片的麦克风，提高了灵敏度。
本发明还提供了一种MEMS麦克风芯片的制作方法，能够制作出本发明中的MEMS麦克风芯片。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2所示，本发明实施例提供了一种MEMS麦克风芯片，包括基底层5、背极层1、振膜层3和第一绝缘层2，由下至上依次为基底层5、振膜层3、第一绝缘层2和背极层1；基底层5设置有上下表面贯通的声腔501，振膜层3上覆盖于声腔501的部位为有效振动区，第一绝缘层2上开设有上下表面贯通的通孔，该通孔与声腔501上下对应，背极层1上覆盖于声腔501的部位为背极区，在背极区开设有若干声孔13，背极区与有效振动区上下对应。背极层1包括绝缘背极层11和导体背极层12，导体背极层12包覆于绝缘背极层11内，且导体背极层12位于背极层1的背极区内，即导体背极层12在振膜层3上的投影位于有效振动区内，背极层1通过绝缘背极层11固定于第一绝缘层2上。
上述MEMS麦克风芯片在工作时，由于背极层1只有导体背极层12为导体，只有导体背极层12能够与振膜层3产生电容，并且由于导体背极层12位于背极区内，背极区又和振膜层3的有效振动区上下对应，因此，导体背极层12与振膜层3的有效振动区产生电容，该电容为有效电容。而背极层1的绝缘背极层11为绝缘体，不能与振膜层3产生电容，从而降低了寄生电容。绝缘背极层11不仅起到固定导体背极层12的作用，并且由于导体背极层12包覆于绝缘背极层11内，因此，绝缘背极层11可避免振膜层3与导体背极层12接触，引起短路等不良情况。
如图1所示，本实施例提供了一种具体的背极层1结构，绝缘背极层11包括相叠加的第一绝缘背极层111和第二绝缘背极层112，导体背极层12夹在第一绝缘背极层111和第二绝缘背极层112之间，第一绝缘背极层111位于振膜层3与第二绝缘背极层112之间，形成三层结构的背极层1，导体背极层12与声腔501上下对应，第一绝缘背极层111和第二绝缘背极层112的除夹设有导体背极层12的部位相互贴合，且第一绝缘背极层111的边缘与第一绝缘层2固定，从而将背极层1的边缘固定在第一绝缘层2上。
进一步地，在本实施例中，第一绝缘背极层111上覆盖于振膜层3的有效振动区的部位设置有指向振膜层3的若干绝缘凸起部14，绝缘凸起部14与第一绝缘背极层111为一起结构，根据芯片的尺寸大小确定绝缘凸起部14的大小和排布密度，以达到避免振膜层3与背极层1的表面相互粘连吸附的目的，进一步使振膜层3能够正常振动。当然，也可以不设置绝缘凸起部14，设置绝缘凸起部14是更优选的方案。
如图2所示，本实施例提供了第二种具体的背极层结构，绝缘背极层11包括相叠加的第一绝缘背极层111和第二绝缘背极层112，导体背极层12夹在第一绝缘背极层111和第二绝缘背极层112之间，第一绝缘背极层111位于振膜层3与第二绝缘背极层112之间，导体背极层12与声腔501上下对应，第一绝缘背极层111在振膜层3上的投影面积小于第二绝缘背极层112在振膜层3上的投影面积，第二绝缘背极层112的边缘固定在第一绝缘层2上，从而将背极层1的边缘固定在第一绝缘层2上。该背极层1结构与上一实施例中的背极层1结构的不同点在于背极层1的固定部位。
进一步地，第二种背极层1的第一绝缘背极层111和导体背极层12在振膜层3上的投影形状相同，第一绝缘背极层111和导体背极层12均嵌固于第二绝缘背极层112的下表面开槽内，第一绝缘背极层111的下表面与第二绝缘背极层112的下表面平齐。
更进一步地，在第一绝缘背极层111上覆盖于振膜层3的有效振动区的部位设置有指向振膜层3的绝缘凸起部14，该绝缘凸起部14和第一种背极层1的结构和作用相同，在此不再赘述。
当然，第一绝缘背极层111和第二绝缘背极层112还可以是其它结构，只要将导体背极层12夹在两者之间即可，并不局限于本实施例所列举的情况。
在本实施例中，导体背极层12的材质为多晶硅、铜、铝、银或金中的一种或多种组合。只要为导电材质即可，并不局限于本实施例所列举的材料。
如图1和图2所示，在本实施例中，基底层5和振膜层3的边缘之间通过第二绝缘层4隔离，第二绝缘层4上覆盖于声腔501的部位开设有贯通上下表面的通孔。
本发明实施例还提供了一种MEMS麦克风，包括MEMS麦克风芯片，其中，MEMS麦克风芯片为以上全部实施例所描述的MEMS麦克风芯片。由于采用了上述的MEMS麦克风芯片，因此提高了MEMS麦克风的灵敏度。
针对以上MEMS麦克风芯片，本发明实施例还提供了一种MEMS麦克风芯片的制作方法，用于制作以上实施例所描述的MEMS麦克风芯片。其中，背极层1的制作工序包括以下步骤：
步骤S01、在第一绝缘层2上沉积得到第一绝缘背极层111。
步骤S02、在第一绝缘背极层111上沉积得到覆盖于第一绝缘背极层111表面的导体背极层12。
步骤S03、光刻导体背极层12，保留位于背极层1的背极区内的导体背极层12，其余部分刻蚀掉，该步骤用于得到如图1所示的第一种MEMS麦克风芯片的背极层1。
或者同时光刻导体背极层12和第一绝缘背极层111，保留位于背极区内的导体背极层12和第一绝缘背极层111，其余部分的导体背极层12和第一绝缘背极层111刻蚀掉，该步骤用于得到如图2所示的第二种MEMS麦克风芯片的背极层1。
步骤S04、如果是要得到如图1所示的第一种背极层1，则在第一绝缘背极层111和保留下来的导体背极层12表面沉积得到第二绝缘背极层112。如果是要得到如图2所示的第二种背极层1，在在第一绝缘层2和保留下来的导体背极层12的表面沉积得到第二绝缘背极层112。
步骤S05、光刻背极层1得到声孔13，声孔13贯穿第二绝缘背极层112、导体背极层12和第一绝缘背极层111，完成背极层1的制作。
采用该方法可以制得具有导体背极层12和绝缘背极层11的背极层1。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例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这些实施例，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MEMS麦克风芯片，包括基底层(5)、背极层(1)和振膜层(3)，其特征在于，所述背极层(1)包括绝缘背极层(11)和导体背极层(12)，所述导体背极层(12)包覆于所述绝缘背极层(11)内，且所述导体背极层(12)位于所述背极层(1)的背极区内。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述绝缘背极层(11)包括相叠加的第一绝缘背极层(111)和第二绝缘背极层(112)，所述导体背极层(12)夹在所述第一绝缘背极层(111)和所述第二绝缘背极层(112)之间，所述第一绝缘背极层(111)位于所述振膜层(3)与所述第二绝缘背极层(112)之间。
3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述第一绝缘背极层(111)上覆盖于所述振膜层(3)的有效振动区的部位设置有指向所述振膜层(3)的若干绝缘凸起部(14)。
4.根据权利要求3所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述背极层(1)与所述振膜层(3)的边缘之间通过第一绝缘层(2)隔离，所述背极层(1)通过所述第一绝缘背极层(111)的边缘与所述第一绝缘层(2)固定。
5.根据权利要求1-3任一项所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述背极层(1)与所述振膜层(3)的边缘之间通过第一绝缘层(2)隔离，所述第一绝缘背极层(111)在所述振膜层(3)上的投影面积小于所述第二背极层(112)在所述振膜层(3)上的投影面积，所述背极层(1)通过所述第二绝缘背极层(112)的边缘与所述第一绝缘层(2)固定。
6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述第一绝缘背极层(111)和所述导体背极层(12)在所述振膜层(3)上的投影形状相同。
7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述导体背极层(12)的材质为多晶硅、铜、铝、银或金中的一种或多种组合。
8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述基底层(5)和所述振膜层(3)的边缘之间通过第二绝缘层(4)隔离。
9.一种MEMS麦克风，包括MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述MEMS麦克风芯片为如权利要求1-8任一项所述的MEMS麦克风芯片。
10.一种MEMS麦克风芯片的制作方法，用于制作1-8任一项所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于，背极层(1)的制作工序包括以下步骤：
S01、沉积得到第一绝缘背极层(111)；
S02、在所述第一绝缘背极层(111)上沉积得到导体背极层(12)；
S03、光刻所述导体背极层(12)，保留位于所述背极层(1)的背极区内的导体背极层(12)；或同时光刻所述导体背极层(12)和所述第一绝缘背极层(111)，保留位于所述背极层(1)的背极区内的所述导体背极层(12)和所述第一绝缘背极层(111)；
S04、沉积得到第二绝缘背极层(112)；
S05、光刻所述背极层(1)得到声孔(13)。
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