CN106954164B - 麦克风结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种麦克风结构及其制造方法，所述方法包括：提供衬底，所述衬底包括第一表面；在第一表面形成振膜以及凸出于振膜表面的多个分立的柱状凸起，构成振膜结构；在振膜结构上方形成背板结构，背板结构具有多个声孔，所述多个声孔贯穿背板结构且与柱状凸起一一对应，且部分高度的柱状凸起位于声孔内。本发明通过形成凸出于振膜表面的多个分立的柱状凸起，其中，部分高度的柱状凸起位于声孔内，振膜随着空气压力的振动而振动时，在改变振膜结构与背板结构之间的距离的同时，所述多个分立的柱状凸起增加了振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量，从而增加了电容值的变化量，进而增加输出电压的变化量以提高麦克风的灵敏度。

Description

麦克风结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种麦克风结构及其制造方法。

背景技术

麦克风是一种将声音信号转换成电信号的转换器件，是电声系统中至关重要的器件，麦克风的性能直接影响到电声系统的音质。随着无线通讯和多媒体技术的发展，麦克风已经由驻极体电容器麦克风(Electret CapacitanceMicrophone，ECM)发展为微型机电系统(Micro Electro Mechanic System，MEMS)麦克风。

微型机电系统麦克风是基于微型机电系统技术制造的麦克风，与驻极体电容器麦克风相比，微型机电系统麦克风具备有更强的耐热、抗振、防射频干扰的能力，为了满足便携式电子产品的应用需求的增多，微型机电系统麦克风现已被越来越多地运用到手机、耳机和电脑等日常设备中。

但是，现有技术形成的MEMS麦克风的性能有待提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种麦克风结构及其制造方法，优化麦克风的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种麦克风结构的制造方法。包括如下步骤：提供衬底，所述衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；在所述第一表面形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层上形成振膜结构，所述振膜结构包括振膜以及凸出于所述振膜表面的多个分立的柱状凸起；形成完全覆盖所述振膜和部分覆盖柱状凸起的第二牺牲层，所述第二牺牲层的顶部低于所述柱状凸起的顶部；在所述第二牺牲层上形成背板结构，所述背板结构内具有多个声孔，所述多个声孔贯穿所述背板结构，且所述声孔暴露出所述第二牺牲层表面，所述多个声孔与所述多个柱状凸起一一对应，且在平行于所述衬底的方向上，所述声孔的开口尺寸大于所述柱状凸起的尺寸；在所述衬底内的第二表面形成露出所述第一牺牲层的背腔；形成所述背腔后，去除所述第二牺牲层和第一牺牲层，分别在所述背板结构和振膜结构之间形成第一空腔、在所述振膜结构和衬底之间形成第二空腔。

可选的，在所述第二牺牲层上形成背板结构的步骤包括：在所述第二牺牲层上形成图形化的导电材料层；形成覆盖所述导电材料层表面和部分所述第二牺牲层表面的背板；所述背板与所述导电材料层构成所述背板结构。

可选的，所述振膜结构的材料为多晶硅，所述导电材料层的材料为多晶硅。

可选的，所述背板的材料为氮化硅或碳氮化硅。

可选的，所述第一牺牲层和第二牺牲层的材料为氧化硅。

可选的，在所述第一表面形成第一牺牲层后，在所述第一牺牲层表面形成振膜结构之前，还包括：在所述第一牺牲层内形成多个第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度小于所述第一牺牲层的厚度，所述第二凹槽贯穿所述第一牺牲层且暴露出所述衬底表面；在所述第一牺牲层表面形成振膜结构的步骤中，振膜材料层还填充满所述第一凹槽和第二凹槽，在所述第一凹槽内形成第一阻挡块，在所述第二凹槽内形成阻挡侧壁层；去除所述第一牺牲层和第二牺牲层的步骤中，保留被所述振膜和阻挡侧壁层所覆盖的第一牺牲层，形成支架。

可选的，所述柱状凸起为圆柱状凸起；所述柱状凸起的直径为3.5μm至4.5μm，所述柱状凸起的高度为3.4μm至3.6μm。

可选的，所述柱状凸起为圆柱壳体；所述柱状凸起具有侧壁。

可选的，所述柱状凸起侧壁的厚度为0.8μm至1.2μm。

可选的，形成所述振膜结构的步骤包括：在所述第一牺牲层表面形成振膜材料层；在所述振膜材料层表面形成第一图形层，所述第一图形层内定义有振膜图形；以所述第一图形层为掩膜，对所述振膜材料层进行第一刻蚀工艺，形成若干分立的圆柱状凸起，刻蚀后的振膜材料层作为振膜；去除所述第一图形层；形成覆盖所述振膜表面和部分所述圆柱状凸起表面的第二图形层，所述第二图形层内定义有圆形开口图形，所述圆形开口图形暴露出部分所述圆柱状凸起顶部表面；以所述第二图形层为掩膜，对所述第二图形层暴露出的圆柱状凸起进行第二刻蚀工艺，直至露出所述振膜表面，在所述振膜表面形成凸出于所述振膜表面的圆环形凸起，所述圆环形凸起具有侧壁；去除所述第二图形层。

可选的，所述第一刻蚀工艺、第二刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。

可选的，所述等离子体干法刻蚀工艺的工艺参数包括：刻蚀气体为CF₄，刻蚀气体的气体流量为0sccm至100sccm，压强为7mtorr至80mtorr，刻蚀高频功率为250W至350W，刻蚀低频功率为25W至30W。

可选的，形成完全覆盖所述振膜和部分覆盖柱状凸起的第二牺牲层的步骤包括：在所述振膜和柱状凸起表面形成第二牺牲膜，所述第二牺牲膜的顶部高于所述柱状凸起的顶部；平坦化所述第二牺牲膜直至露出所述柱状凸起表面；去除部分厚度的所述第二牺牲膜以形成所述第二牺牲层。

可选的，去除部分厚度的所述第二牺牲膜以形成所述第二牺牲层的工艺为干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺相结合的工艺。

可选的，形成完全覆盖所述振膜和部覆盖分柱状凸起的第二牺牲层之后，在所述第二牺牲层表面形成图形化的导电材料层之前，还包括：在所述第二牺牲层内形成多个第三凹槽，所述第三凹槽的深度小于所述第二牺牲层的厚度；形成覆盖所述导电材料层表面和部分所述第二牺牲层表面的背板的步骤中，所述背板还填充满所述第三凹槽，在所述第三凹槽内形成第二阻挡块。

可选的，所述声孔的形状为圆形，所述声孔的开口尺寸为7.5μm至8.5μm。

相应的，本发明还提供一种采用上述方法形成的麦克风结构，包括：衬底，所述衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述衬底的第二表面中形成有背腔；振膜结构，位于所述衬底的第一表面上且与所述衬底的第一表面之间形成有第二空腔，所述振膜结构包括振膜以及凸出于所述振膜表面的多个分立的柱状凸起；背板结构，位于所述振膜结构上且与所述振膜结构之间形成有第一空腔，所述背板结构中具有多个声孔，所述多个声孔贯穿所述背板结构，所述多个声孔与所述多个柱状凸起一一对应，在平行于所述衬底的方向上，所述声孔的开口尺寸大于所述柱状凸起的尺寸，且所述声孔的底部低于所述柱状凸起的顶面；所述振膜结构、第一空腔和背板结构用于构成电容结构。

可选的，所述柱状凸起为圆柱状凸起；所述柱状凸起的直径为3.5μm至4.5μm，所述柱状凸起的高度为3.4μm至3.6μm。

可选的，所述柱状凸起为圆柱壳体；所述柱状凸起具有侧壁；所述柱状凸起侧壁的厚度为0.8μm至1.2μm。

可选的，所述声孔的形状为圆形，所述声孔的开口尺寸为7.5μm至8.5μm。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明通过在振膜表面形成凸出于所述振膜表面的多个分立的柱状凸起，构成振膜结构，其中，部分高度的所述柱状凸起位于所述背板结构的声孔内，所述振膜随着空气压力的振动而振动时，所述振膜结构靠近或远离所述背板。因此，在改变所述振膜结构与所述背板之间的距离的同时，所述多个分立的柱状凸起增加了所述振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量，从而增加了电容值的变化量，进而增加输出电压的变化量，提高了麦克风的灵敏度。

可选方案中，所述柱状凸起为圆柱壳体，在增加所述振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量的同时，减小了所述振膜的负重，从而避免所述振膜因负重过高而影响其振动效果，进而避免所述柱状凸起对所述麦克风的灵敏度造成不良影响。

附图说明

图1是现有技术一种麦克风的结构示意图；

图2至图13是本发明麦克风结构的制造方法一实施例中各步骤对应结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术形成的麦克风的性能有待优化。

参考图1，图1示出了现有技术一种麦克风的结构示意图。所述麦克风的功能是通过一电容结构110实现的。所述电容结构110主要包括振膜102、背板101、所述振膜102和背板101之间的空腔104以及位于所述背板101内的声孔103，所述振膜102和背板101用于构成电容极板。空气通过所述声孔103进入所述空腔104内，声音产生的空气压力引起所述振膜102的振动，进而改变电容，最终引起电压的改变。其中，影响电容值的参数主要包括电容极板(即所述振膜102和背板101)的有效面积以及两电容极板之间的距离d。一般情况下，电容极板的有效面积为固定值，因此电容值的改变主要来自于所述振膜102和背板101之间距离d的改变量，从而使麦克风的灵敏度受到限制。

为了解决所述技术问题，本发明提供一种栅极结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；在所述第一表面形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层上形成振膜结构，所述振膜结构包括振膜以及凸出于所述振膜表面的多个分立的柱状凸起；形成完全覆盖所述振膜和部分覆盖柱状凸起的第二牺牲层，所述第二牺牲层的顶部低于所述柱状凸起的顶部；在所述第二牺牲层上形成背板结构，所述背板结构内具有多个声孔，所述多个声孔贯穿所述背板结构，且所述声孔暴露出所述第二牺牲层表面，所述多个声孔与所述多个柱状凸起一一对应，且在平行于所述衬底的方向上，所述声孔的开口尺寸大于所述柱状凸起的尺寸；在所述衬底内的第二表面形成露出所述第一牺牲层的背腔；形成所述背腔后，去除所述第二牺牲层和第一牺牲层，分别在所述背板结构和振膜结构之间形成第一空腔、在所述振膜结构和衬底之间形成第二空腔。

通过在振膜表面形成凸出于所述振膜表面的多个分立的柱状凸起，构成振膜结构，其中，部分高度的所述柱状凸起位于所述背板结构的声孔内，所述振膜随着空气压力的振动而振动时，所述振膜结构靠近或远离所述背板。因此，在改变所述振膜结构与所述背板之间的距离的同时，所述多个分立的柱状凸起增加了所述振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量，从而增加了电容值的变化量，进而增加输出电压的变化量，提高了麦克风的灵敏度。

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例做详细的说明。

图2至图13是本发明麦克风结构的制造方法一实施例中各步骤对应结构示意图。

参考图2，提供衬底200，所述衬底200包括第一表面400以及与所述第一表面400相对的第二表面500。

所述衬底200为后续形成麦克风结构提供工艺平台，所述第一表面400为后续形成电容结构提供工艺平台，所述第二表面500为后续形成背腔提供工艺平台。

所述衬底200为平面基底，所述衬底200可以为硅衬底、锗衬底、硅锗衬底或碳化硅衬底、绝缘体上硅衬底或绝缘体上锗衬底、玻璃衬底或III-V族化合物衬底(例如氮化镓衬底或砷化镓衬底等)。本实施例中，所述衬底200为硅衬底。

参考图3，在所述第一表面400形成第一牺牲层210。

后续在所述第一牺牲层210上形成振膜结构，因此，所述第一牺牲层210为后续形成振膜结构提供工艺平台。

后续形成电容结构之后，需去除所述第一牺牲层210，因此所述第一牺牲层210的材料与所述衬底200和电容结构的材料不同，且所述第一牺牲层210为易于被去除的材料，使得后续去除所述第一牺牲层210的工艺不会对所述衬底200和电容结构造成损伤。

本实施例中，所述第一牺牲层210的材料为氧化硅，形成所述第一牺牲层210的工艺为化学气相沉积工艺。

结合参考图4，需要说明的是，在形成所述第一牺牲层210之后，还包括：刻蚀所述第一牺牲层210，在所述第一牺牲层210内形成多个第一凹槽211和多个第二凹槽212，其中，所述第一凹槽211的深度小于所述第一牺牲层210的厚度，所述第二凹槽212贯穿所述第一牺牲层210且暴露出所述衬底200表面。

具体地，形成所述第一凹槽211和第二凹槽212的步骤包括：在所述第一牺牲层210表面形成第一掩膜层(图未示)，所述第一掩膜层内定义有第一凹槽图形；以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀去除部分厚度的所述第一牺牲层210，在所述第一牺牲层210内形成第一凹槽211；去除所述第一掩膜层；在所述第一牺牲层210表面和所述第一凹槽211内形成第二掩膜层(图未示)，所述第二掩膜层内定义有第二凹槽图形；以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一牺牲层210直至露出所述衬底200表面，在所述第一牺牲层210内形成第二凹槽212；去除所述第二掩膜层。

本实施例中，形成所述第一凹槽211和第二凹槽212的刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。具体地，所述等离子体干法刻蚀工艺的工艺参数包括：刻蚀气体为C₅F₈和CO，C₅F₈的气体流量为8sccm至24sccm，CO气体流量为100sccm至300sccm，压强为15mtorr至45mtorr。

需要说明的而是，刻蚀所述第一牺牲层210形成所述第二凹槽212的步骤还包括：去除位于所述衬底200表面的部分第一牺牲层210，暴露出所述衬底200的部分表面，为后续形成背板结构提供空间位置。

本实施例中，所述多个第一凹槽211的数量为两个，所述多个第二凹槽212的数量为两个。但是本发明对所述第一凹槽211和第二凹槽212的数量不作限制。

结合参考图5至图8，在所述第一牺牲层210上形成振膜结构，所述振膜结构包括振膜221(如图7所示)以及凸出于所述振膜221表面的多个分立的柱状凸起222(如图7所示)。

所述振膜结构作为麦克风结构中电容极板的第一极板。

以下结合附图，对形成所述振膜结构的步骤做具体说明。

参考图5，在所述第一牺牲层210表面形成振膜材料层220。

需要说明的是，所述第一牺牲层210内形成有多个第一凹槽211(如图4所示)和第二凹槽212(如图4所示)，所述第一牺牲层210还暴露出所述衬底200的部分表面。因此，所述振膜材料层220还填充满所述第一凹槽211和第二凹槽212，在所述第一凹槽211内形成第一阻挡块223，在所述第二凹槽212内形成阻挡侧壁层224；所述振膜材料层220还形成于所述第一牺牲层210所暴露出的衬底200表面。

本实施例中，所述第一阻挡块223用于防止后续形成的振膜结构在振动过大的情况下与所述衬底200发生接触，减小对所述振膜结构的振动效果产生影响；所述阻挡侧壁层224用于保护位于所述阻挡侧壁层224之间的第一牺牲层210，在后续所述第一牺牲层210的去除工艺中，位于所述阻挡侧壁层224之间的第一牺牲层210因被所述阻挡侧壁层224和后续形成的振膜结构保护而被保留，保留后的第一牺牲层210作为支架，用于支撑振膜结构。

本实施例中，所述振膜材料层220的材料为多晶硅。形成所述振膜材料层220的工艺为化学气相沉积工艺。但是本发明对所述振膜材料层220和材料和形成工艺不做限制。

结合参考图6，需要说明的是，形成所述振膜材料层220之后，还包括：去除位于所述第一牺牲层210表面的部分振膜材料层220；去除位于所述衬底200表面的振膜材料层220，为后续形成背板结构提供空间位置。

本实施例中，采用干法刻蚀工艺去除部分所述振膜材料层220。

结合参考图7和图8，图形化剩余的所述振膜材料层220(如图6所示)，在所述第一牺牲层210表面形成振膜221以及凸出于所述振膜221表面的多个分立的柱状凸起222，所述振膜221和柱状凸起222构成振膜结构。

形成麦克风结构后，部分高度的所述柱状凸起222位于后续形成的背板结构的声孔内，所述多个分立的柱状凸起222用于增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量，从而增加了电容值的变化量，进而增加输出电压的变化量，提高了麦克风的灵敏度。

需要说明的是，后续形成的麦克风声孔为圆形，为此，本实施例中，所述柱状凸起222为圆柱状凸起。

还需要说明的是，为了减轻所述振膜221的负重，避免所述振膜221因负重过大而影响其振动效果，如图8所示，本实施例中，所述柱状凸起222为圆柱壳体，也就是说所述柱状凸起222为中心为空心的薄壁柱形结构，所述柱状凸起222具有侧壁。

由于部分高度的所述柱状凸起222位于后续形成的背板结构的声孔内，为了避免对形成的麦克风结构的性能造成不良影响，所述柱状凸起222的直径D小于声孔的开口尺寸。但所述柱状凸起222的直径D不宜过小，否则增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量的效果不明显，从而对提高麦克风的灵敏度的效果也不明显。为此，本实施例中，所述柱状凸起222的直径D为3.5μm至4.5μm。

此外，为了在增加振膜结构和背板结构之间有效面积变化量的同时减小所述振膜221的负重，所述柱状凸起222侧壁的厚度L不宜过厚。为此，本实施例中，所述柱状凸起222侧壁的厚度L为0.8μm至1.2μm。

还需要说明的是，所述柱状凸起222的高度H不宜过高也不宜过低。当所述柱状凸起222的高度H过低时，位于后续形成的背板结构声孔内的柱状凸起222的高度不足以增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量，从而难以提高麦克风的灵敏度；当所述柱状凸起222的高度H过高时，不再进一步增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量，反而浪费工艺资源。为此，本实施例中，所述柱状凸起222的高度H为3.4μm至3.6μm。

本实施例中，所述振膜材料层220的材料为多晶硅。相应的，所述振膜221和所述柱状凸起222的材料为多晶硅。

具体地，形成所述振膜221以及所述柱状凸起222的步骤包括：在所述振膜材料层220表面形成第一图形层300(如图7所示)，所述第一图形层300还覆盖所述衬底200表面，所述第一图形层300内定义有振膜图形；以所述第一图形层300为掩膜，对所述振膜材料层220进行第一刻蚀工艺，形成若干分立的圆柱状凸起(未标注)，刻蚀后的剩余振膜材料层220作为振膜221；去除所述第一图形层300；形成覆盖所述振膜221表面和部分所述圆柱状凸起表面的第二图形层(图未示)，所述第二图形层内定义有圆形开口图形，所述圆形开口图形暴露出部分所述圆柱状凸起顶部表面；以所述第二图形层为掩膜，对所述第二图形层暴露出的圆柱状凸起进行第二刻蚀工艺，直至露出所述振膜221表面，在所述振膜221表面形成凸出于所述振膜221表面的柱状凸起222且所述柱状凸起222为圆柱壳体，所述柱状凸起222具有侧壁；去除所述第二图形层。

本实施例中，所述第一、第二刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。所述等离子体干法刻蚀工艺的工艺参数包括：刻蚀气体为CF₄，刻蚀气体的气体流量为0sccm至100sccm，压强为7mtorr至80mtorr，刻蚀高频功率为250W至350W，刻蚀低频功率为25W至30W。

参考图9，形成完全覆盖所述振膜221和部分覆盖柱状凸起222的第二牺牲层240，所述第二牺牲层240的顶部低于所述柱状凸起222的顶部。

后续在所述第二牺牲层240上形成背板结构，因此，所述第二牺牲层240为后续形成背板结构提供工艺平台。

需要说明的是，所述振膜结构暴露出部分所述衬底200表面，因此，所述第二牺牲层240还覆盖所述振膜结构所暴露出的衬底200表面。

后续形成背板结构之后，需去除所述第二牺牲层240，因此所述第二牺牲层240的材料与所述衬底200、振膜221、柱状凸起222和背板结构的材料不同，且所述第二牺牲层240为易于被去除的材料，使得后续去除所述第二牺牲层240的工艺不会对所述衬底200、振膜221、柱状凸起222和背板结构造成损伤。

需要说明的是，在去除部分振膜材料层220(如图6所示)时露出了部分所述第一牺牲层210，因此本实施例中，所述第二牺牲层240还覆盖在所述第一牺牲层210的表面，与所述第一牺牲层210相接触。后续可以在同一步刻蚀工艺中去除所述第二牺牲层240和第一牺牲层210，使所述振膜221靠近所述第二牺牲层240和所述第一牺牲层210相接触区域的一端成为悬空的自由端。

此外，为了提高去除所述第二牺牲层240和第一牺牲层210的工艺效率，所述第二牺牲层240和第一牺牲层210的材料以及形成工艺相同。本实施例中，所述第一牺牲层210的材料为氧化硅，形成所述第一牺牲层210的工艺为化学气相沉积工艺，相应的，所述第二牺牲层240的材料为氧化硅，形成所述第二牺牲层240的工艺为化学气相沉积工艺。

具体地，形成所述第二牺牲层240的步骤包括：在所述振膜221和柱状凸起222表面形成第二牺牲膜，所述第二牺牲膜的顶部高于所述柱状凸起222的顶部；平坦化所述第二牺牲膜直至露出所述柱状凸起222表面；去除部分厚度的所述第二牺牲膜以形成所述第二牺牲层240，所述第二牺牲层240的顶部低于所述柱状凸起222的顶部。

本实施例中，平坦化所述第二牺牲膜的工艺为化学机械研磨工艺；去除部分厚度的所述第二牺牲膜以形成所述第二牺牲层240的工艺为干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺相结合的工艺。

需要说明的是，所述第二牺牲层240暴露出的柱状凸起222的高度为后续位于背板结构的声孔内的柱状凸起222的高度，为了在增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量的同时避免对麦克风结构的性能造成不良影响，位于声孔内的柱状凸起222的高度不宜过高也不宜过低，也就是说，所述第二牺牲层240暴露出的柱状凸起222的高度不宜过高也不宜过低。为此，本实施例中，去除部分厚度的所述第二牺牲膜的去除量为0.1μm至0.3μm。

结合参考图10，需要说明的是，在形成所述第二牺牲层240之后，还包括：刻蚀所述二牺牲层240，在所述第二牺牲层240内形成多个第三凹槽241，所述第三凹槽241的深度小于所述第二牺牲层240的厚度。还包括：去除位于所述衬底200表面的部分第二牺牲层240，暴露出所述衬底200的部分表面，为后续形成背板结构提供空间位置。

具体地，形成所述第三凹槽241的步骤包括：在所述第二牺牲层240表面形成第三掩膜层(图未示)，所述第三掩膜层内定义有第三凹槽图形；以所述第三掩膜层为掩膜，刻蚀去除部分厚度的所述第二牺牲层240，在所述第二牺牲层240内形成第三凹槽241；去除所述第三掩膜层。

本实施例中，形成所述第三凹槽241的刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。具体地，所述等离子体干法刻蚀工艺的工艺参数包括：刻蚀气体为C₅F₈和CO，C₅F₈的气体流量为8sccm至24sccm，CO气体流量为100sccm至300sccm，压强为15mtorr至45mtorr。

本实施例中，所述多个第三凹槽241的数量为两个。但是本发明对所述第三凹槽241的数量不作限制。

参考图11，在所述第二牺牲层240上形成背板结构(未标示)。

所述背板结构内具有多个声孔261，所述多个声孔261贯穿所述背板结构，且所述声孔261暴露出所述第二牺牲层240和柱状凸起222表面，所述多个声孔261与所述多个柱状凸起222一一对应，且在平行于所述衬底200的方向上，所述声孔261的开口尺寸大于所述柱状凸起222的尺寸。

具体地，在所述第二牺牲层240上形成背板结构的步骤包括：在所述第二牺牲层240上形成图形化的导电材料层250；形成覆盖所述导电材料层250表面和部分所述第二牺牲层240表面的背板260；所述背板260与所述导电材料层250构成背板结构。

所述导电材料层250作为麦克风结构中电容极板的第二极板。

本实施例中，所述导电材料层250的材料与所述振膜结构的材料相同。所述振膜结构的材料为多晶硅，相应的，所述导电材料层250的材料为多晶硅。

需要说明的是，所述图形化的导电材料层250位于柱状凸起222之间且未形成有第三凹槽241的第二牺牲层240表面。

所述背板260的应力较大，形成麦克风结构后，在空气压力条件下，所述背板260用于固定所述导电材料层250，避免所述导电材料层250发生振动，即避免所述背板结构发生振动。

所述背板260的材料可以为氮化硅、碳氮化硅、氮化钽或氮化钛。本实施例中，所述背板260的材料为氮化硅。

本实施例中，所述声孔261的形状为圆形。但需要说明的是，所述声孔261的开口尺寸不宜过大，也不宜过小。如果所述声孔261的开口尺寸过大，声孔261与声孔261之间的距离太小，也就是说，被保留的背板260材料过少，容易导致所述背板260的强度较差；如果所述声孔261的开口尺寸过小，工艺难度将被大大提高。为此，本实施例中，所述声孔261的开口尺寸M为7.5μm至8.5μm。

需要说明的是，所述第二牺牲层240内形成有多个第三凹槽241(如图10所示)，形成覆盖所述导电材料层250表面和部分所述第二牺牲层240表面的背板260的步骤中，所述背板260还填充满所述第三凹槽241，在所述第三凹槽241内形成第二阻挡块262。

本实施例中，所述第二阻挡块262用于在振膜结构振动过大的情况下，防止所述背板结构与所述振膜221发生接触，避免因此对所述振膜结构的振动效果产生影响。

需要说明的是，所述背板260还覆盖在所述衬底400的第一表面400，与所述衬底400相接触，成为所述背板260的固定端，用于支撑所述背板结构。

还需要说明的是，形成所述背板260后，还包括：在所述背板260的部分顶部表面形成电连接结构270。所述电连接结构270用于将所述振膜结构和背板结构的电信号引出。

参考图12，在所述衬底200内的第二表面500形成露出所述第一牺牲层210的背腔201。

麦克风工作时，声音信号可以经所述声孔261进入电容结构内，还可以通过所述背腔201进入电容结构，使振膜结构与背板结构之间的距离发生改变，从而使所述电容结构的电容值发生相应改变，进而将声音信号转换为电信号。

本实施例中，所述背腔201为单层结构背腔。

在其他实施例中，所述背腔还可以为双层结构背腔，所述双层结构背腔包括位于衬底的第一表面且背离电容结构的第一开口，以及位于第一开口顶部的第二开口，所述第一开口底部暴露出所述电容结构，所述第二开口底部暴露出所述第一开口，所述第二开口与所述第一开口相连通，所述第二开口的侧壁与第一开口的侧壁相连接且所述第二开口的顶部尺寸和底部尺寸大于所述第一开口的顶部尺寸和底部尺寸。

参考图13，形成所述背腔201后，去除所述第二牺牲层240(如图12所示)和第一牺牲层210(如图12所示)，分别在所述背板结构和振膜结构之间形成第一空腔202，在所述振膜结构和衬底200之间形成第二空腔203。

所述振膜结构、第一空腔202和背板结构用于构成电容结构。

本实施例中，去除所述第一牺牲层210和第二牺牲层240的工艺为湿法刻蚀工艺，所述湿法刻蚀工艺所采用的溶液为氟化酸或氟化铵中的一种或混合溶液。

需要说明的是，去除所述第一牺牲层210和第二牺牲层240的步骤中，保留被所述振膜221和阻挡侧壁层224所覆盖的第一牺牲层210，形成支架280，用于支撑所述振膜结构。

因此，靠近所述支架280一侧的振膜结构和背板结构的一端为固定端，远离所述支架280一侧的振膜结构和背板结构的一端为自由端，当空气通过所述声孔261进入所述第一空腔202内时，声音产生的空气压力引起所述振膜结构的振动。

由于在所述振膜221表面形成了凸出于所述振膜221表面的多个分立的柱状凸起222，构成了振膜结构，其中，部分高度的所述柱状凸起222位于所述背板结构的声孔261内，所述振膜结构随着空气压力的振动而振动时，所述振膜结构靠近或远离所述背板结构。因此，在改变所述振膜结构与所述背板结构之间的距离d的同时，所述多个分立的柱状凸起222增加了所述振膜结构和背板结构之间的有效面积S变化量，从而增加了电容值的变化量，进而增加输出电压的变化量，提高了麦克风的灵敏度

相应的，本发明实施例还提供一种采用上述方法所形成的麦克风结构。

结合参考图8和图13，示出了本发明麦克风结构一实施例的结构示意图。其中图8为图13中柱状凸起222的放大图。所述麦克风结构包括：

衬底200，所述衬底200包括第一表面400以及与所述第一表面400相对的第二表面500，所述衬底的第二表面500中形成有背腔201；

振膜结构，位于所述衬底200的第一表面400上且与所述衬底200的第一表面400之间形成有第二空腔203，所述振膜结构包括振膜221以及凸出于所述振膜221表面的多个分立的柱状凸起222；

背板结构，位于所述振膜结构上且与所述振膜结构之间形成有第一空腔201，所述背板结构中具有多个声孔261，所述多个声孔261贯穿所述背板结构，所述多个声孔261与所述多个柱状凸起222一一对应，在平行于所述衬底200的方向上，所述声孔261的开口尺寸大于所述柱状凸起222的尺寸，且所述声孔261的底部低于所述柱状凸起222的顶面；

所述振膜结构、第一空腔和背板结构用于构成电容结构。

需要说明的是，为了防止所述振膜结构在振动过大的情况下，所述振膜221与所述衬底200发生接触，所述背板260与所述振膜221发生接触，避免对所述振膜结构的振动效果产生影响，所述振膜结构还包括位于所述振膜221表面且朝向所述半导体衬底200的第一阻挡块223，所述背板结构还包括位于所述背板260表面且朝向所述振膜221的第二阻挡块262。

本实施例中，所述麦克风结构还包括位于所述振膜221和半导体衬底200之间的支架280，用于支撑所述振膜结构。

本实施例中，所述声孔261的形状为圆形，所述声孔261的开口尺寸M为7.5μm至8.5μm。

相应的，所述柱状凸起222为圆柱状凸起。具体地，所述柱状凸起222为圆柱壳体，也就是说所述柱状凸起222为中心为空心的薄壁柱形结构，所述柱状凸起222具有侧壁。

需要说明的是，由于部分高度的所述柱状凸起222位于所述背板结构内的声孔261内，为了避免对形成的麦克风结构的性能造成不良影响，所述柱状凸起222的直径D小于所述声孔261的开口尺寸M，但不宜过小，否则增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量S的效果不明显，从而对提高麦克风的灵敏度的效果不明显。为此，本实施例中，所述柱状凸起222的直径D为3.5μm至4.5μm。

还需要说明的是，所述柱状凸起222的高度H不宜过高也不宜过低。当所述柱状凸起222的高度H过低时，位于所述声孔261内的柱状凸起222的高度不足以增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量S，进而难以提高了麦克风的灵敏度；当所述柱状凸起222的高度H过高时，不再进一步增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量S，反而浪费工艺资源。为此，本实施例中，所述柱状凸起222的高度H为3.4μm至3.6μm。

此外，为了在增加振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量S的同时减小所述振膜221的负重，所述柱状凸起222侧壁的厚度L不宜过厚。为此，本实施例中，所述柱状凸起222侧壁的厚度L为0.8μm至1.2μm。

所述振膜结构包括振膜以及凸出于所述振膜表面的多个分立的柱状凸起，其中，部分高度的所述柱状凸起位于所述背板结构的声孔内，所述振膜随着空气压力的振动而振动时，所述振膜结构靠近或远离所述背板。因此，在改变所述振膜结构与所述背板之间的距离的同时，所述多个分立的柱状凸起增加了所述振膜结构和背板结构之间的有效面积变化量，从而增加了电容值的变化量，进而增加输出电压的变化量，提高了麦克风的灵敏度。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种麦克风结构的制造方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；

在所述第一表面形成第一牺牲层；

在所述第一牺牲层上形成振膜结构，所述振膜结构包括振膜以及凸出于所述振膜表面的多个分立的柱状凸起；

形成完全覆盖所述振膜和部分覆盖所述柱状凸起的第二牺牲层，所述第二牺牲层的顶部低于所述柱状凸起的顶部；

在所述第二牺牲层上形成背板结构，所述背板结构内具有多个声孔，所述多个声孔贯穿所述背板结构，且所述声孔暴露出所述第二牺牲层表面，所述多个声孔与所述多个柱状凸起一一对应，且在平行于所述衬底的方向上，所述声孔的开口尺寸大于所述柱状凸起的尺寸；

在所述衬底内的第二表面形成露出所述第一牺牲层的背腔；

形成所述背腔后，去除所述第二牺牲层和第一牺牲层，分别在所述背板结构和振膜结构之间形成第一空腔、在所述振膜结构和衬底之间形成第二空腔。

2.如权利要求1所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，在所述第二牺牲层上形成背板结构的步骤包括：

在所述第二牺牲层上形成图形化的导电材料层；

形成覆盖所述导电材料层表面和部分所述第二牺牲层表面的背板；

所述背板与所述导电材料层构成所述背板结构。

3.如权利要求2所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述振膜结构的材料为多晶硅，所述导电材料层的材料为多晶硅。

4.如权利要求1所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述背板结构的材料为氮化硅或碳氮化硅。

5.如权利要求1所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述第一牺牲层和第二牺牲层的材料为氧化硅。

6.如权利要求1所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述柱状凸起为圆柱状凸起；

所述柱状凸起的直径为3.5μm至4.5μm，所述柱状凸起的高度为3.4μm至3.6μm。

7.如权利要求6所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述柱状凸起为圆柱壳体；

所述柱状凸起具有侧壁。

8.如权利要求7所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述柱状凸起侧壁的厚度为0.8μm至1.2μm。

9.如权利要求7所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，形成所述振膜结构的步骤包括：在所述第一牺牲层表面形成振膜材料层；

在所述振膜材料层表面形成第一图形层，所述第一图形层内定义有振膜图形；

以所述第一图形层为掩膜，对所述振膜材料层进行第一刻蚀工艺，形成若干分立的圆柱状凸起，刻蚀后的振膜材料层作为振膜；

去除所述第一图形层；

形成覆盖所述振膜表面和部分所述圆柱状凸起表面的第二图形层，所述第二图形层内定义有圆形开口图形，所述圆形开口图形暴露出部分所述圆柱状凸起顶部表面；

以所述第二图形层为掩膜，对所述第二图形层暴露出的圆柱状凸起进行第二刻蚀工艺，直至露出所述振膜表面，在所述振膜表面形成凸出于所述振膜表面的圆环形凸起，所述圆环形凸起具有侧壁；

去除所述第二图形层。

10.如权利要求9所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，在所述第一表面形成第一牺牲层后，在所述第一牺牲层上形成振膜结构之前，还包括：在所述第一牺牲层内形成多个第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度小于所述第一牺牲层的厚度，所述第二凹槽贯穿所述第一牺牲层且暴露出所述衬底表面；

在所述第一牺牲层表面形成振膜结构的步骤中，振膜材料层还填充满所述第一凹槽和第二凹槽，在所述第一凹槽内形成第一阻挡块，在所述第二凹槽内形成阻挡侧壁层；

去除所述第一牺牲层和第二牺牲层的步骤中，保留被所述振膜和阻挡侧壁层所覆盖的第一牺牲层，形成支架。

11.如权利要求10所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述第一刻蚀工艺、第二刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。

12.如权利要求11所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述等离子体干法刻蚀工艺的工艺参数包括：刻蚀气体为CF₄，刻蚀气体的气体流量为0sccm至100sccm，压强为7mtorr至80mtorr，刻蚀高频功率为250W至350W，刻蚀低频功率为25W至30W。

13.如权利要求1所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，形成完全覆盖所述振膜和部分覆盖柱状凸起的第二牺牲层的步骤包括：

在所述振膜和柱状凸起表面形成第二牺牲膜，所述第二牺牲膜的顶部高于所述柱状凸起的顶部；

平坦化所述第二牺牲膜直至露出所述柱状凸起表面；

去除部分厚度的所述第二牺牲膜以形成所述第二牺牲层。

14.如权利要求13所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，去除部分厚度的所述第二牺牲膜以形成所述第二牺牲层的工艺为干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺相结合的工艺。

15.如权利要求2所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，形成覆盖所述振膜和部分柱状凸起的第二牺牲层之后，在所述第二牺牲层表面形成图形化的导电材料层之前，还包括：在所述第二牺牲层内形成多个第三凹槽，所述第三凹槽的深度小于所述第二牺牲层的厚度；

形成覆盖所述导电材料层表面和部分所述第二牺牲层表面的背板的步骤中，所述背板还填充满所述第三凹槽，在所述第三凹槽内形成第二阻挡块。

16.如权利要求1所述的麦克风结构的制造方法，其特征在于，所述声孔的形状为圆形，所述声孔的开口尺寸为7.5μm至8.5μm。

17.一种麦克风结构，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述衬底的第二表面中形成有背腔；

振膜结构，位于所述衬底的第一表面上且与所述衬底的第一表面之间形成有第二空腔，所述振膜结构包括振膜以及凸出于所述振膜表面的多个分立的柱状凸起；

背板结构，位于所述振膜结构上且与所述振膜结构之间形成有第一空腔，所述背板结构中具有多个声孔，所述多个声孔贯穿所述背板结构，所述多个声孔与所述多个柱状凸起一一对应，在平行于所述衬底的方向上，所述声孔的开口尺寸大于所述柱状凸起的尺寸，且所述声孔的底部低于所述柱状凸起的顶面；

所述振膜结构、第一空腔和背板结构用于构成电容结构。

18.如权利要求17所述的麦克风结构，其特征在于，所述柱状凸起为圆柱状凸起；

所述柱状凸起的直径为3.5μm至4.5μm，所述柱状凸起的高度为3.4μm至3.6μm。

19.如权利要求18所述的麦克风结构，其特征在于，所述柱状凸起为圆柱壳体；

所述柱状凸起具有侧壁；

所述柱状凸起侧壁的厚度为0.8μm至1.2μm。

20.如权利要求17所述的麦克风结构，其特征在于，所述声孔的形状为圆形，所述声孔的开口尺寸为7.5μm至8.5μm。

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