CN109151689A - 麦克风及其制造方法 - Google Patents

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王明军
王贤超
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Abstract

本发明公开了一种麦克风及其制造方法，涉及半导体技术领域。该麦克风包括：衬底，该衬底形成有贯穿该衬底的开孔；在该衬底之上且覆盖在开孔上方的背极板结构；在该背极板结构的部分上的间隙绝缘物层；在该间隙绝缘物层上的振动膜层，其中，振动膜层、间隙绝缘物层和背极板结构形成第一间隙；以及在该衬底之上包围背极板结构、间隙绝缘物层和振动膜层的保护层；其中，该保护层包括：在该背极板结构、该间隙绝缘物层和该振动膜层周围的包围部和在该包围部上且横跨在该振动膜层上方的悬臂梁部，该悬臂梁部和该振动膜层形成第二间隙。本发明解决了现有技术中振动膜层容易损坏的问题，使得麦克风能够经受比较强的气流压力测试。

Description

麦克风及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种麦克风及其制造方法。
背景技术
目前，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)麦克风的基本结构包括:一个振动膜极板和一个背极板，在振动膜极板和背极板之间形成有间隙。该振动膜极板、背极板和它们之间的间隙形成电容，其中，振动膜极板和背极板作为该电容的两个电极板。通过振动膜极板的振动来改变电容的大小，从而得到电信号。
图1是示意性地示出现有技术中的麦克风的横截面图。如图1所示，该麦克风包括：衬底11，该衬底11形成有开孔111；在衬底11之上的背极板12；在该背极板12上的间隙绝缘物层13；以及在该间隙绝缘物层上的振动膜极板14。该振动膜极板和该背极板之间形成间隙15。该麦克风还包括：包围背极板12和振动膜极板14的氮化硅层16；以及连接背极板12的第一接触件171和连接振动膜极板14的第二接触件172。
如图1所示，在该麦克风中，振动膜极板14处在背极板12的上方，也即背极板12处在振动膜极板14和开孔111之间，这样的设计结构对于气流压力测试是一个挑战。这是由于振动膜极板14处在上边，氮化硅层16对振动膜极板14的包裹有限，因而对振动膜极板施加的保护力有限。在对这样的麦克风进行气流压力测试(例如气流从下向上流动，振动膜极板将向上鼓起)的过程中，该振动膜极板的边缘容易损坏，因此不能满足气流压力测试的要求。
发明内容
本发明需要解决的一个技术问题是：提供一种麦克风，使得该麦克风的振动膜在气流压力测试中不容易损坏。
根据本发明的第一方面，提供了一种麦克风，包括：衬底，所述衬底形成有贯穿所述衬底的开孔；在所述衬底之上且覆盖在所述开孔上方的背极板结构；在所述背极板结构的部分上的间隙绝缘物层；在所述间隙绝缘物层上的振动膜层，其中，所述振动膜层、所述间隙绝缘物层和所述背极板结构形成第一间隙；以及在所述衬底之上包围所述背极板结构、所述间隙绝缘物层和所述振动膜层的保护层；其中，所述保护层包括：在所述背极板结构、所述间隙绝缘物层和所述振动膜层周围的包围部和在所述包围部上且横跨在所述振动膜层上方的悬臂梁部，所述悬臂梁部和所述振动膜层形成第二间隙。
在一个实施例中，所述悬臂梁部包括：在所述包围部上且横跨在所述振动膜层上方的主体部。
在一个实施例中，所述悬臂梁部还包括：在所述主体部上且朝向所述振动膜层凸出的凸起部。
在一个实施例中，所述保护层包括：互相交叉设置的至少两个悬臂梁部，或者互相平行设置的至少两个悬臂梁部。
在一个实施例中，所述第二间隙的高度与所述第一间隙的高度基本相等。
在一个实施例中，所述第二间隙的高度范围为1.8μm至2.8μm；所述凸起部的高度范围为0.4μm至0.6μm。
在一个实施例中，所述背极板结构包括：在所述衬底之上的第一绝缘物层、在所述第一绝缘物层上的电极板层和在所述电极板层上的第二绝缘物层。
在一个实施例中，所述麦克风还包括：在所述衬底和所述背极板结构之间的隔离层。
在一个实施例中，所述背极板结构形成有将所述开孔和所述第一间隙连通的第一通孔；所述振动膜层形成有将所述第一间隙和所述第二间隙连通的第二通孔。
在一个实施例中，所述麦克风还包括：在所述背极板结构上且朝向所述振动膜层凸出的阻挡部。
在一个实施例中，所述间隙绝缘物层和所述第二绝缘物层形成有露出所述电极板层的一部分的第一开口，所述保护层形成有露出所述振动膜层的一部分的第二开口；所述麦克风还包括：在所述第一开口中的与所述电极板层连接的第一接触件和在所述第二开口中的与所述振动膜层连接的第二接触件。
在上述麦克风中，该麦克风的保护层包括了在包围部上且横跨在振动膜层上方的悬臂梁部。该悬臂梁部加强了对振动膜层的包裹，增强了对振动膜层的保护强度，从而增加了麦克风的机械强度。在对这样的麦克风进行气流压力测试的过程中，悬臂梁部可以对该振动膜层起到保护作用，使得该振动膜层不会过度鼓起，从而可以使得振动膜层在气流压力测试中不容易损坏，解决了现有技术中振动膜层容易损坏的问题，使得麦克风能够经受比较强的气流压力测试。
根据本发明的第二方面，提供了一种麦克风的制造方法，包括：提供半导体结构，所述半导体结构包括：衬底，在所述衬底之上的背极板结构，在所述背极板结构上的间隙绝缘物层，以及在所述间隙绝缘物层上的振动膜层；在所述振动膜层上形成图案化的牺牲层；在所述衬底之上形成包围所述背极板结构、所述间隙绝缘物层和所述振动膜层的保护层，其中，所述保护层还覆盖所述牺牲层；对所述保护层进行图案化以使得所述保护层的覆盖所述牺牲层的部分形成横跨在所述振动膜层上方的悬臂梁部；对所述衬底执行背面刻蚀以形成贯穿所述衬底的开孔；以及在形成所述开孔之后，去除所述间隙绝缘物层的一部分和所述牺牲层的至少一部分；其中，所述振动膜层、所述间隙绝缘物层的剩余部分和所述背极板结构形成第一间隙，所述悬臂梁部和所述振动膜层形成第二间隙。
在一个实施例中，在对所述保护层进行图案化的步骤中，所述保护层包括：在所述背极板结构、所述间隙绝缘物层和所述振动膜层周围的包围部，其中所述悬臂梁部在所述包围部上；所述悬臂梁部包括：在所述包围部上且横跨在所述振动膜层上方的主体部。
在一个实施例中，在所述振动膜层上形成图案化的牺牲层的步骤包括：在所述振动膜层上形成第一牺牲层；对所述第一牺牲层进行图案化以在所述第一牺牲层中形成第一凹口；在所述第一牺牲层上沉积第二牺牲层，其中，所述第二牺牲层的沉积在所述第一凹口的部分形成第二凹口；以及对所述第一牺牲层和所述第二牺牲层进行图案化以露出所述振动膜层的边缘部分；利用沉积工艺形成所述保护层，其中，所述保护层的沉积在所述第二凹口的部分形成凸起部，所述凸起部在所述主体部上且朝向所述振动膜层凸出。
在一个实施例中，所述保护层包括：互相交叉设置的至少两个悬臂梁部，或者互相平行设置的至少两个悬臂梁部。
在一个实施例中，所述第二间隙的高度与所述第一间隙的高度基本相等。
在一个实施例中，所述第二间隙的高度范围为1.8μm至2.8μm；所述凸起部的高度范围为0.4μm至0.6μm。
在一个实施例中，在提供所述半导体结构的步骤中，所述背极板结构包括：在所述衬底之上的第一绝缘物层、在所述第一绝缘物层上的电极板层和在所述电极板层上的第二绝缘物层。
在一个实施例中，在提供所述半导体结构的步骤中，所述半导体结构还包括：在所述衬底和所述背极板结构之间的隔离层；在形成所述开孔的步骤中，所述开孔露出所述隔离层的下表面；在去除所述间隙绝缘物层的一部分和所述牺牲层的至少一部分的步骤中，还通过所述开孔去除了所述隔离层的一部分。
在一个实施例中，在提供半导体结构的步骤中，所述背极板结构形成有贯穿所述背极板结构的第一通孔，所述振动膜层形成有贯穿所述振动膜的第二通孔；在提供所述半导体结构的步骤中，所述半导体结构还包括：填充在所述第一通孔中的绝缘物填充层，其中，所述绝缘物填充层还形成在所述衬底的边缘部分上；在去除所述间隙绝缘物层的一部分和所述牺牲层的至少一部分的步骤中，还去除了所述绝缘物填充层的填充所述第一通孔的部分；在形成所述第一间隙和所述第二间隙之后，所述第一通孔将所述开孔和所述第一间隙连通；所述第二通孔将所述第一间隙和所述第二间隙连通。
在一个实施例中，在提供所述半导体结构的步骤中，所述半导体结构还包括：在所述背极板结构上且朝向所述振动膜层凸出的阻挡部。
在一个实施例中，在形成所述保护层之前，所述方法还包括：对所述间隙绝缘物层和所述第二绝缘物层进行刻蚀以形成露出所述电极板层的一部分的第一开口；在形成所述保护层的步骤中，所述保护层覆盖所述第一开口的侧壁和底部；在对所述保护层进行图案化的步骤中，所述图案化还去除在所述第一开口底部的所述保护层的部分以露出所述电极板层的一部分，并且所述图案化还使得所述保护层形成露出所述振动膜层的一部分的第二开口；在对所述衬底执行背面刻蚀之前，所述方法还包括：在所述第一开口中形成与所述电极板层连接的第一接触件和在所述第二开口中形成与所述振动膜层连接的第二接触件。
在上述制造方法中，形成了包围背极板结构、间隙绝缘物层和振动膜层并覆盖牺牲层的保护层，并对该保护层进行图案化从而形成横跨在振动膜层上方的悬臂梁部。该悬臂梁部加强了对振动膜层的包裹，增强了对振动膜层的保护强度，从而增加了麦克风的机械强度。在对这样的麦克风进行气流压力测试的过程中，例如当气流从下向上流动时，振动膜层将向上鼓起，而悬臂梁部可以对该振动膜层起到保护作用，使得该振动膜层不会过度鼓起，从而可以使得振动膜层在气流压力测试中不容易损坏，因此使得麦克风能够经受比较强的气流压力测试。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1是示意性地示出现有技术中的麦克风的横截面图。
图2是示出根据本发明一个实施例的麦克风的制造方法的流程图。
图3至图17是示意性地示出根据本发明一些实施例的麦克风的制造过程中若干阶段的结构的横截面图。
图18是示意性地示出根据本发明一个实施例的麦克风的保护层的俯视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图2是示出根据本发明一个实施例的麦克风的制造方法的流程图。
在步骤S201，提供半导体结构，该半导体结构包括：衬底，在该衬底之上的背极板结构，在该背极板结构上的间隙绝缘物层，以及在该间隙绝缘物层上的振动膜层。
例如，该背极板结构可以包括：在衬底之上的第一绝缘物层(例如氮化硅)、在该第一绝缘物层上的电极板层(例如多晶硅)和在该电极板层上的第二绝缘物层(例如氮化硅)。这样的背极板结构的机械强度比较大，不容易破碎。
在步骤S202，在振动膜层上形成图案化的牺牲层。
在步骤S203，在衬底之上形成包围背极板结构、间隙绝缘物层和振动膜层的保护层，其中，该保护层还覆盖牺牲层。
在步骤S204，对保护层进行图案化以使得该保护层的覆盖牺牲层的部分形成横跨在振动膜层上方的悬臂梁部。
在步骤S205，对衬底执行背面刻蚀以形成贯穿该衬底的开孔。
在步骤S206，在形成开孔之后，去除间隙绝缘物层的一部分和牺牲层的至少一部分；其中，振动膜层、间隙绝缘物层的剩余部分和背极板结构形成第一间隙，悬臂梁部和振动膜层形成第二间隙。
上述实施例提供了一种麦克风的制造方法。在该制造方法中，形成了包围背极板结构、间隙绝缘物层和振动膜层并覆盖牺牲层的保护层，并对该保护层进行图案化从而形成横跨在振动膜层上方的悬臂梁部。该悬臂梁部加强了对振动膜层的包裹，增强了对振动膜层的保护强度，从而增加了麦克风的机械强度。在对这样的麦克风进行气流压力测试的过程中，例如当气流从下向上流动时，振动膜层将向上鼓起，而悬臂梁部可以对该振动膜层起到保护作用，使得该振动膜层不会过度鼓起(即限制振动模层的向上位移空间)，从而可以使得振动膜层在气流压力测试中不容易损坏，因此可以使得麦克风能够经受比较强的气流压力测试。
进一步地，上述制造方法中，可以通过调整振动膜层表面的牺牲层的厚度,从而可以调整振动膜层垂直方向的形变距离，简单易行。此外，上述制造方法不会降低麦克风的性能。
图3至图17是示意性地示出根据本发明一些实施例的麦克风的制造过程中若干阶段的结构的横截面图。图18是示意性地示出根据本发明一个实施例的麦克风的保护层的俯视图。下面结合图3至图18详细描述根据本发明一些实施例的麦克风的制造过程。
首先，如图3所示，提供衬底31，例如该衬底31可以为硅衬底。然后例如通过沉积工艺在该衬底31上形成隔离层32。例如该隔离层32的材料可以为二氧化硅。接下来，在隔离层32上形成背极板结构33。例如，在隔离层32上沉积第一绝缘物层(例如氮化硅)331，在该第一绝缘物层331上沉积电极板层(例如多晶硅)332，以及在该电极板层332上沉积第二绝缘物层(例如氮化硅)333，从而形成背极板结构33，该背极板结构33可以包括：第一绝缘物层331、电极板层332和第二绝缘物层333。
接下来，如图4所示，例如通过光刻和刻蚀对背极板结构33和隔离层32进行图案化，从而露出衬底31的边缘部分，并且该图案化步骤还使得背极板结构33形成了贯穿该背极板结构的第一通孔41。
接下来，如图5所示，在图4所示的结构上沉积绝缘物填充层(例如二氧化硅)42以填充第一通孔41。该绝缘物填充层42还形成在被露出的衬底31的边缘部分上。
接下来，如图6所示，对绝缘物填充层42执行平坦化(例如CMP(ChemicalMechanical Planarization，化学机械平坦化))从而露出背极板结构33的上表面(例如第二绝缘物层333的上表面)。
可选地，接下来，如图7所示，在背极板结构33的上表面(例如第二绝缘层333的上表面)上形成阻挡部43。该阻挡部43的材料例如可以为多晶硅。例如，该形成阻挡部的过程可以包括：在图6所示的结构上沉积多晶硅层，然后对该多晶硅层进行图案化，从而形成阻挡部43。
接下来，如图8所示，在图7所示的结构上沉积间隙绝缘物层45。例如，该间隙绝缘物层45的材料可以包括二氧化硅。
接下来，如图9所示，例如通过沉积工艺在间隙绝缘物层45形成振动膜层50。然后对该振动膜层50进行图案化从而形成露出间隙绝缘物层45的部分的第二通孔502。此外，如图9所示，该图案化工艺还使得该振动膜层45露出间隙绝缘物层45的边缘部分。例如，该振动膜层50的材料可以包括多晶硅。
经过上述步骤，形成了根据本发明一个实施例的半导体结构。如图9所示，该半导体结构可以包括：衬底31，在该衬底31之上背极板结构33，在该背极板结构33上的间隙绝缘物层45，以及在该间隙绝缘物层45上的振动膜层50。例如，该背极板结构33可以包括：在衬底31之上的第一绝缘物层331、在该第一绝缘物层331上的电极板层332和在该电极板层332上的第二绝缘物层333。
在一个实施例中，该半导体结构还可以包括：在衬底31和背极板结构33之间的隔离层32。即该隔离层32可以形成在衬底31的表面上，该背极板结构33可以形成在该隔离层32的表面上。然而，在另一个实施例中，该半导体结构也可以不包括该隔离层，即背极板结构33可以直接形成在衬底31的表面上，因此，本发明的范围并不仅限于此。
在一个实施例中，如图9所示，该背极板结构33形成有贯穿该背极板结构的第一通孔41，该振动膜层50形成有贯穿该振动膜层的第二通孔502。在一个实施例中，如图9所示，该半导体结构还可以包括：填充在第一通孔41中的绝缘物填充层42。该绝缘物填充层42还形成在衬底31的边缘部分上。
在一个实施例中，如图9所示，该半导体结构还可以包括：在背极板结构33上且朝向振动膜层50凸出的阻挡部43。
在形成上述半导体结构后，接下来，在振动膜层上形成图案化的牺牲层。下面结合图10和图11详细描述根据本发明一个实施例的形成图案化的牺牲层的过程。
例如，如图10所示，例如通过沉积工艺在振动膜层50上形成第一牺牲层51。例如该第一牺牲层51的材料可以包括二氧化硅。然后，
如图10所示，对该第一牺牲层51进行图案化以在该第一牺牲层51中形成第一凹口511。例如，该第一凹口511可以露出振动膜层50的部分表面。
接下来，如图11所示，在第一牺牲层51上沉积第二牺牲层52，
其中，该第二牺牲层52的沉积在第一凹口511的部分形成第二凹口522。例如该第二牺牲层52的材料可以包括二氧化硅。然后，如图11所示，对该第一牺牲层51和该第二牺牲层52进行图案化以露出振动膜层50的边缘部分。在一个实施例中，第一牺牲层51和第二牺牲层52的厚度之和可以为1.8μm至2.8μm，例如，2.3μm或2.5μm等。优选地，该第一牺牲层51和该第二牺牲层52的厚度之和与间隙绝缘物层45的厚度基本相等。在一个实施例中，第二凹口522的深度范围为0.4μm至0.6μm，例如第二凹口的深度可以为0.5μm等。
至此，在振动膜层50上形成图案化的牺牲层。该牺牲层可以包括：在振动膜层50上的第一牺牲层51和在该第一牺牲层51上的第二牺牲层52。
接下来，可选地，如图12所示，对间隙绝缘物层45和第二绝缘物层333进行刻蚀以形成露出电极板层332的一部分的第一开口61。
接下来，如图13所示，在衬底31之上形成包围背极板结构33、间隙绝缘物层45和振动膜层50的保护层70，其中，该保护层70还覆盖上述牺牲层(例如覆盖第一牺牲层51和第二牺牲层52)。例如该保护层70的材料可以包括氮化硅。可选地，该保护层70和该背极板结构33之间还可以被绝缘物填充层42的一部分隔离开。
在一个实施例中，可以利用沉积工艺形成该保护层70。其中，该保护层70的沉积在第二凹口522的部分形成凸起部722。该凸起部722朝向振动膜层50凸出。
在一个实施例中，在该形成保护层的步骤中，如图13所示，该保护层70可以覆盖第一开口61的侧壁和底部。
接下来，如图14所示，对保护层70进行图案化以使得该保护层70的覆盖牺牲层的部分形成横跨在振动膜层50上方的悬臂梁部72。在该对保护层进行图案化的步骤中，该保护层70包括：在背极板结构33、间隙绝缘物层45和振动膜层50周围的包围部71，其中该悬臂梁部72在该包围部71上。如图14所示，该悬臂梁部72可以包括：
在包围部71上且横跨在振动膜层50上方的主体部721。可选地，该悬臂梁部72还可以包括：在主体部721上且朝向振动膜层50凸出的凸起部722。例如，该凸起部722的高度范围可以为0.4μm至0.6μm，
例如该凸起部的高度可以为0.5μm等。
在一个实施例中，该保护层70可以包括：互相交叉设置的至少两个悬臂梁部72。例如如图18所示，该保护层70可以包括互相交叉设置的两个悬臂梁部72，并且这两个悬臂梁部互相垂直。当然，这里的悬臂梁部的设置方式还可以是其他的方式，例如可以是互相平行设置。在另一个实施例中，该保护层70可以包括：互相平行设置的至少两个悬臂梁部72。在另一个实施例中，保护层也可以仅包括一个悬臂梁部。因此本发明的范围并不仅限于这里所公开的悬臂梁部的数量和设置方式。
在一个实施例中，如图14所示，在对该保护层进行图案化的步骤中，该图案化还去除在第一开口61底部的该保护层70的部分以露出电极板层332的一部分，并且该图案化还使得该保护层70形成露出振动膜层50的一部分的第二开口62。
接下来，可选地，如图15所示，在第一开口61中形成与电极板层332连接的第一接触件81和在第二开口62中形成与振动膜层50连接的第二接触件82。例如，该第一接触件81和该第二接触件82的材料可以均为金属(例如可以为镉和金的合金材料等)。
接下来，如图16所示，对衬底31执行背面刻蚀以形成贯穿该衬底31的开孔311。例如，在该形成开孔的步骤中，该开孔311露出隔离层32的下表面。
接下来，如图17所示，在形成开孔311之后，例如通过BOE(Buffered Oxide Etch，缓冲氧化物刻蚀)工艺去除间隙绝缘物层45的一部分和牺牲层(即第一牺牲层51和第二牺牲层52)的至少一部分。优选地，可以去除全部牺牲层。振动膜层50、间隙绝缘物层45的剩余部分和背极板结构33形成第一间隙91，悬臂梁部72和振动膜层50形成第二间隙92。在该步骤中，还通过开孔311去除了隔离层32的一部分。在该步骤中，还去除了绝缘物填充层42的填充第一通孔41的部分。在形成第一间隙91和第二间隙92之后，该第一通孔41将开孔311和第一间隙91连通；该第二通孔502将第一间隙91和第二间隙92连通。
在一个实施例中，第二间隙92的高度与第一间隙91的高度基本相等。在一个实施例中，第二间隙92的高度范围可以为1.8μm至2.8μm。例如，该第二间隙92的高度可以为2.3μm或2.5μm等。
至此，提供了根据本发明一些实施例的麦克风的制造方法。在该制造方法中，形成了横跨在振动膜层上方的悬臂梁部。该悬臂梁部与包围部是一体的，并一起作为保护层。该悬臂梁部加强了对振动膜层的包裹，增强了对振动膜层的保护强度，从而增加了麦克风的机械强度。在对这样的麦克风进行气流压力测试的过程中，悬臂梁部可以对该振动膜层起到保护作用，使得该振动膜层不会过度鼓起(即限制振动模层的向上位移空间)，从而可以使得振动膜层在气流压力测试中不容易损坏，解决了现有技术中振动膜层(尤其是振动膜层的边缘)容易损坏的问题，使得麦克风能够经受比较强的气流压力测试。
进一步地，上述制造方法中，可以通过调整振动膜层表面的牺牲层的厚度,从而可以调整振动膜层垂直方向的形变距离，简单易行。此外，上述制造方法不会降低麦克风的性能。
本发明还提供了一种麦克风。例如如图17所示，该麦克风可以包括：衬底31，该衬底31形成有贯穿该衬底的开孔311。该麦克风还可以包括：在该衬底31之上且覆盖在开孔311上方的背极板结构33。该麦克风还可以包括：在该背极板结构33的部分上的间隙绝缘物层45，和在该间隙绝缘物层45上的振动膜层50。其中，该振动膜层50、该间隙绝缘物层45和该背极板结构33形成第一间隙91。该麦克风还可以包括：在衬底31之上包围背极板结构33、间隙绝缘物层45和振动膜层50的保护层70。其中，该保护层70可以包括：在背极板结构33、间隙绝缘物层45和振动膜层50周围的包围部71和在该包围部71上且横跨在振动膜层50上方的悬臂梁部72。该悬臂梁部72和该振动膜层50形成第二间隙92。
在上述实施例的麦克风中，该麦克风的保护层包括了在包围部上且横跨在振动膜层上方的悬臂梁部。该悬臂梁部加强了对振动膜层的包裹，增强了对振动膜层的保护强度，从而增加了麦克风的机械强度。在对这样的麦克风进行气流压力测试的过程中，悬臂梁部可以对该振动膜层起到保护作用，使得该振动膜层不会过度鼓起(即可以限制振动模层的向上位移空间)，从而可以使得振动膜层在气流压力测试中不容易损坏，解决了现有技术中振动膜层(尤其是振动膜层的边缘)容易损坏的问题，使得麦克风能够经受比较强的气流压力测试。
在一个实施例中，该悬臂梁部72可以包括：在包围部71上且横跨在振动膜层50上方的主体部721。优选地，该悬臂梁部72还可以包括：在该主体部721上且朝向振动膜层50凸出的凸起部722。例如，该凸起部722的高度范围可以为0.4μm至0.6μm。该凸起部722可以防止振动膜层50与悬臂梁部72之间的粘连。
在一个实施例中，该保护层70可以包括：互相交叉设置的至少两个悬臂梁部72。例如，图18示出了互相交叉设置的两个悬臂梁部72，并且这两个悬臂梁部互相垂直。在另一个实施例中，该保护层70可以包括：互相平行设置的至少两个悬臂梁部72。通过设置互相交叉或平行的至少两个悬臂梁部，可以进一步增强对振动膜层的保护强度，从而增加麦克风的机械强度。在另一个实施例中，保护层也可以仅包括一个悬臂梁部。因此本发明的范围并不仅限于这里所公开的悬臂梁部的数量和设置方式。
在一个实施例中，第二间隙92的高度与第一间隙91的高度基本相等。这样有利于振动膜层的对称振动，从而不影响麦克风的性能。例如，该第二间隙92的高度范围可以为1.8μm至2.8μm。
在一个实施例中，如图17所示，该背极板结构33可以包括：在该衬底31之上的第一绝缘物层331、在该第一绝缘物层331上的电极板层332和在该电极板层332上的第二绝缘物层333。这样的背极板结构的机械强度比较大，不容易破碎。
在一个实施例中，如图17所示，该麦克风还可以包括：在衬底31和背极板结构33之间的隔离层32。即，该隔离层32可以形成在衬底31的表面上，该背极板结构33可以形成在该隔离层32的表面上。
在一个实施例中，如图17所示，背极板结构33形成有将开孔311和第一间隙91连通的第一通孔41。该第一通孔41可以作为麦克风的声孔。在一个实施例中，如图17所示，振动膜层50形成有将第一间隙91和第二间隙92连通的第二通孔502。在对麦克风进行气流压力测试的过程中，气流可以从下方的开孔311进入，经过第一通孔41和第一间隙91到达振动膜层50，将振动膜层50鼓起，并且有一部分气流可以经过第二通孔502和第二间隙92流出，在该过程中，悬臂梁部可以对该振动膜层起到保护作用，使得该振动膜层不会过度鼓起，从而可以使得振动膜层在气流压力测试中不容易损坏。
在一个实施例中，如图17所示，该麦克风还可以包括：在背极板结构33上且朝向振动膜层50凸出的阻挡部43。该阻挡部可以防止振动膜层与背极板结构之间的粘连。
在一个实施例中，如图17所示，间隙绝缘物层45和第二绝缘物层333形成有露出电极板层332的一部分的第一开口61，保护层70形成有露出振动膜层50的一部分的第二开口62。
在一个实施例中，如图17所示，该麦克风还可以包括：在第一开口61中的与电极板层332连接的第一接触件81和在第二开口62中的与振动膜层50连接的第二接触件82。
可选地，如图17所示，该麦克风还可以包括：衬底31上且在背极板结构33与保护层70之间的绝缘物填充层42。
至此，已经详细描述了根据本发明的制造麦克风的方法和所形成的麦克风器件。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (22)

1.一种麦克风，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底形成有贯穿所述衬底的开孔；
在所述衬底之上且覆盖在所述开孔上方的背极板结构；
在所述背极板结构的部分上的间隙绝缘物层；
在所述间隙绝缘物层上的振动膜层，其中，所述振动膜层、所述间隙绝缘物层和所述背极板结构形成第一间隙；以及
在所述衬底之上包围所述背极板结构、所述间隙绝缘物层和所述振动膜层的保护层；其中，所述保护层包括：在所述背极板结构、所述间隙绝缘物层和所述振动膜层周围的包围部和在所述包围部上且横跨在所述振动膜层上方的悬臂梁部，所述悬臂梁部和所述振动膜层形成第二间隙。
2.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述悬臂梁部包括：在所述包围部上且横跨在所述振动膜层上方的主体部。
3.根据权利要求2所述的麦克风，其特征在于，
所述悬臂梁部还包括：在所述主体部上且朝向所述振动膜层凸出的凸起部。
4.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述保护层包括：互相交叉设置的至少两个悬臂梁部，或者互相平行设置的至少两个悬臂梁部。
5.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述第二间隙的高度与所述第一间隙的高度基本相等。
6.根据权利要求3所述的麦克风，其特征在于，
所述第二间隙的高度范围为1.8μm至2.8μm；
所述凸起部的高度范围为0.4μm至0.6μm。
7.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述背极板结构包括：在所述衬底之上的第一绝缘物层、在所述第一绝缘物层上的电极板层和在所述电极板层上的第二绝缘物层。
8.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，还包括：在所述衬底和所述背极板结构之间的隔离层。
9.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，
所述背极板结构形成有将所述开孔和所述第一间隙连通的第一通孔；
所述振动膜层形成有将所述第一间隙和所述第二间隙连通的第二通孔。
10.根据权利要求1所述的麦克风，其特征在于，还包括：
在所述背极板结构上且朝向所述振动膜层凸出的阻挡部。
11.根据权利要求7所述的麦克风，其特征在于，
所述间隙绝缘物层和所述第二绝缘物层形成有露出所述电极板层的一部分的第一开口，所述保护层形成有露出所述振动膜层的一部分的第二开口；
所述麦克风还包括：在所述第一开口中的与所述电极板层连接的第一接触件和在所述第二开口中的与所述振动膜层连接的第二接触件。
12.一种麦克风的制造方法，其特征在于，包括：
提供半导体结构，所述半导体结构包括：衬底，在所述衬底之上的背极板结构，在所述背极板结构上的间隙绝缘物层，以及在所述间隙绝缘物层上的振动膜层；
在所述振动膜层上形成图案化的牺牲层；
在所述衬底之上形成包围所述背极板结构、所述间隙绝缘物层和所述振动膜层的保护层，其中，所述保护层还覆盖所述牺牲层；
对所述保护层进行图案化以使得所述保护层的覆盖所述牺牲层的部分形成横跨在所述振动膜层上方的悬臂梁部；
对所述衬底执行背面刻蚀以形成贯穿所述衬底的开孔；以及
在形成所述开孔之后，去除所述间隙绝缘物层的一部分和所述牺牲层的至少一部分；其中，所述振动膜层、所述间隙绝缘物层的剩余部分和所述背极板结构形成第一间隙，所述悬臂梁部和所述振动膜层形成第二间隙。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
在对所述保护层进行图案化的步骤中，所述保护层包括：在所述背极板结构、所述间隙绝缘物层和所述振动膜层周围的包围部，其中，所述悬臂梁部在所述包围部上；
所述悬臂梁部包括：在所述包围部上且横跨在所述振动膜层上方的主体部。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
在所述振动膜层上形成图案化的牺牲层的步骤包括：在所述振动膜层上形成第一牺牲层；对所述第一牺牲层进行图案化以在所述第一牺牲层中形成第一凹口；在所述第一牺牲层上沉积第二牺牲层，其中，所述第二牺牲层的沉积在所述第一凹口的部分形成第二凹口；以及对所述第一牺牲层和所述第二牺牲层进行图案化以露出所述振动膜层的边缘部分；
利用沉积工艺形成所述保护层，其中，所述保护层的沉积在所述第二凹口的部分形成凸起部，所述凸起部在所述主体部上且朝向所述振动膜层凸出。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
所述保护层包括：互相交叉设置的至少两个悬臂梁部，或者互相平行设置的至少两个悬臂梁部。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
所述第二间隙的高度与所述第一间隙的高度基本相等。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
所述第二间隙的高度范围为1.8μm至2.8μm；
所述凸起部的高度范围为0.4μm至0.6μm。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
在提供所述半导体结构的步骤中，所述背极板结构包括：在所述衬底之上的第一绝缘物层、在所述第一绝缘物层上的电极板层和在所述电极板层上的第二绝缘物层。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
在提供所述半导体结构的步骤中，所述半导体结构还包括：在所述衬底和所述背极板结构之间的隔离层；
在形成所述开孔的步骤中，所述开孔露出所述隔离层的下表面；
在去除所述间隙绝缘物层的一部分和所述牺牲层的至少一部分的步骤中，还通过所述开孔去除了所述隔离层的一部分。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
在提供所述半导体结构的步骤中，所述背极板结构形成有贯穿所述背极板结构的第一通孔，所述振动膜层形成有贯穿所述振动膜层的第二通孔；
在提供所述半导体结构的步骤中，所述半导体结构还包括：填充在所述第一通孔中的绝缘物填充层，其中，所述绝缘物填充层还形成在所述衬底的边缘部分上；
在去除所述间隙绝缘物层的一部分和所述牺牲层的至少一部分的步骤中，还去除了所述绝缘物填充层的填充所述第一通孔的部分；
在形成所述第一间隙和所述第二间隙之后，所述第一通孔将所述开孔和所述第一间隙连通；所述第二通孔将所述第一间隙和所述第二间隙连通。
21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
在提供所述半导体结构的步骤中，所述半导体结构还包括：在所述背极板结构上且朝向所述振动膜层凸出的阻挡部。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，
在形成所述保护层之前，所述方法还包括：对所述间隙绝缘物层和所述第二绝缘物层进行刻蚀以形成露出所述电极板层的一部分的第一开口；
在形成所述保护层的步骤中，所述保护层覆盖所述第一开口的侧壁和底部；
在对所述保护层进行图案化的步骤中，所述图案化还去除在所述第一开口底部的所述保护层的部分以露出所述电极板层的一部分，并且所述图案化还使得所述保护层形成露出所述振动膜层的一部分的第二开口；
在对所述衬底执行背面刻蚀之前，所述方法还包括：在所述第一开口中形成与所述电极板层连接的第一接触件和在所述第二开口中形成与所述振动膜层连接的第二接触件。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112104960A (zh) * 2020-11-19 2020-12-18 中芯集成电路制造(绍兴)有限公司 Mems麦克风器件及其形成方法
CN112492491A (zh) * 2020-12-22 2021-03-12 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 Mems麦克风、微机电结构及其制造方法
WO2022127540A1 (zh) * 2020-12-18 2022-06-23 青岛歌尔智能传感器有限公司 Mems芯片、mems麦克风以及电子设备
WO2022135003A1 (zh) * 2020-12-25 2022-06-30 歌尔微电子股份有限公司 Mems传感器芯片、麦克风和电子设备

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101959107A (zh) * 2010-04-19 2011-01-26 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems麦克风
WO2013071952A1 (en) * 2011-11-14 2013-05-23 Epcos Ag Mems-microphone with reduced parasitic capacitance
CN103347808A (zh) * 2011-12-29 2013-10-09 歌尔声学股份有限公司 硅基mems麦克风、包含该麦克风的系统和封装
CN103402163A (zh) * 2013-07-26 2013-11-20 歌尔声学股份有限公司 抗冲击硅基mems麦克风及其制造方法
CN203368757U (zh) * 2013-07-26 2013-12-25 歌尔声学股份有限公司 具有强化结构的mems麦克风
CN203368748U (zh) * 2013-06-13 2013-12-25 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems麦克风
CN104541521A (zh) * 2013-08-06 2015-04-22 歌尔声学股份有限公司 抗冲击硅基mems麦克风、包含该麦克风的系统和封装
CN105323686A (zh) * 2014-06-30 2016-02-10 上海丽恒光微电子科技有限公司 微机电麦克风及其制造方法
CN205491100U (zh) * 2016-01-19 2016-08-17 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容式微机电结构传感器
CN206149501U (zh) * 2016-11-21 2017-05-03 歌尔股份有限公司 一种mems芯片振膜、mems麦克风芯片及mems麦克风

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101959107A (zh) * 2010-04-19 2011-01-26 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems麦克风
WO2013071952A1 (en) * 2011-11-14 2013-05-23 Epcos Ag Mems-microphone with reduced parasitic capacitance
CN103347808A (zh) * 2011-12-29 2013-10-09 歌尔声学股份有限公司 硅基mems麦克风、包含该麦克风的系统和封装
CN203368748U (zh) * 2013-06-13 2013-12-25 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems麦克风
CN103402163A (zh) * 2013-07-26 2013-11-20 歌尔声学股份有限公司 抗冲击硅基mems麦克风及其制造方法
CN203368757U (zh) * 2013-07-26 2013-12-25 歌尔声学股份有限公司 具有强化结构的mems麦克风
CN104541521A (zh) * 2013-08-06 2015-04-22 歌尔声学股份有限公司 抗冲击硅基mems麦克风、包含该麦克风的系统和封装
CN105323686A (zh) * 2014-06-30 2016-02-10 上海丽恒光微电子科技有限公司 微机电麦克风及其制造方法
CN205491100U (zh) * 2016-01-19 2016-08-17 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容式微机电结构传感器
CN206149501U (zh) * 2016-11-21 2017-05-03 歌尔股份有限公司 一种mems芯片振膜、mems麦克风芯片及mems麦克风

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴宗汉: "《微型驻极体传声器的设计》", 31 May 2009 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112104960A (zh) * 2020-11-19 2020-12-18 中芯集成电路制造(绍兴)有限公司 Mems麦克风器件及其形成方法
WO2022127540A1 (zh) * 2020-12-18 2022-06-23 青岛歌尔智能传感器有限公司 Mems芯片、mems麦克风以及电子设备
CN112492491A (zh) * 2020-12-22 2021-03-12 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 Mems麦克风、微机电结构及其制造方法
WO2022135003A1 (zh) * 2020-12-25 2022-06-30 歌尔微电子股份有限公司 Mems传感器芯片、麦克风和电子设备

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