CN110546965B - Mems声音传感器、mems麦克风及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种MEMS声音传感器，包括：背板，开设有多个声孔；振膜，与所述背板相对设置且与所述背板之间存在间隙；所述振膜和所述背板构成电容结构；以及连接柱，包括相对设置的第一端和第二端；所述连接柱的第一端与所述背板固定连接；所述连接柱的第二端至少部分的材料嵌入所述振膜且与所述振膜电性连接，以将所述振膜悬挂于所述背板上。

Description

MEMS声音传感器、MEMS麦克风及电子设备

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，特别是涉及一种MEMS声音传感器及其制备方法、MEMS麦克风及电子设备。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)麦克风是基于MEMS技术制造的电能换声器，具有体积小、频响特性好以及噪声低等优点。随着电子设备的小型化发展，MEMS麦克风被越来越广泛地运用到这些设备上。MEMS声音传感器是MEMS麦克风中的关键器件，其性能直接影响整个MEMS麦克风的性能。传统的MEMS声音传感器的抗吹击与抗跌落、滚动以及滚筒测试等机械冲击力量的性能较弱，越来越无法适应人们的使用需求。

发明内容

根据本申请的各种实施例，提供一种MEMS声音传感器及其制备方法、MEMS麦克风及电子设备。

一种MEMS声音传感器，包括：

背板，开设有多个声孔；

振膜，与所述背板相对设置且与所述背板之间存在间隙；所述振膜和所述背板构成电容结构；以及

连接柱，包括相对设置的第一端和第二端；所述连接柱的第一端与所述背板固定连接；所述连接柱的第二端至少部分的材料嵌入所述振膜且与所述振膜电性连接，以将所述振膜悬挂于所述背板上。

一种MEMS麦克风，包括印刷电路板以及设置在所述印刷电路板上的MEMS声音传感器；所述MEMS声音传感器采用如前所述的MEMS声音传感器。

一种电子设备，包括设备本体以及设置在所述设备本体上的MEMS麦克风；所述MEMS麦克风采用如前所述的MEMS麦克风。

本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其他特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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他实施例的附图。

图1为第一实施例中的MEMS声音传感器的剖视图；

图2为一实施例中的连接柱的排布示意图；

图3为图1所示实施例中的MEMS声音传感器的俯视图；

图4～48为第二～四十六实施例中的MEMS声音传感器的剖视图；

图49a为第一实施例中的振膜的结构示意图；

图49b为图49a的局部放大图；

图49c为图49b中的弹性结构在打开状态的示意图；

图49d为图49b中的弹性结构在闭合状态的示意图；

图50～52为第二～第四实施例中的振膜的局部结构示意图；

图53a为第五实施例中的振膜的局部结构示意图；

图53b为图53a中的褶皱结构的剖视图；

图54～55为第六～第七实施例中的振膜的局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”以及“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，需要说明的是，当元件被称为“形成在另一元件上”时，它可以直接连接到另一元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一元件或者同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

图1为第一实施例中的MEMS声音传感器的结构示意图。该MEMS声音传感器也可以称之为MEMS传感器或者MEMS芯片。该MEMS声音传感器包括背板100、振膜200和连接柱300。背板100也可以称之为背极板。其中，背板100上设置有多个声孔110。多个声孔110可以规则布满整个背板100的表面，也可以规则排布在背板100的局部区域。声孔110能够将外部的声音正常传输至振膜200。振膜200与背板100相对设置，且二者之间形成有间隙10。间隙10内并不填充其他物质，为空气间隙。振膜200与背板100构成电容结构。在本实施例中，并不对振膜200的形状进行特别限定。例如，振膜200可以为圆形、方形等形状。在本案中振膜200均以圆形为例进行说明。当MEMS麦克风采用顶部进音时，外界的声音信号从声孔110传入时，振膜200在声压或者气压的作用下发生振动，使得电容结构产生变化的电容，实现对声波的探测，进而可以通过ASIC(Application Specific Integrated Circuit，集成电路)芯片对该变化的电容信号进行处理并输出声电转换后的电信号。当MEMS麦克风采用底部进音时，声音信号由振膜200下方进入间隙10，然后穿过背板100的声孔110，也即与顶部进音方式的声音传播路径相反。也即，本实施例中的MEMS声音传感器既可以适用于顶部进音模式也可以适用于底部进音模式。

连接柱300包括相对设置的第一端300a和第二端300b。其中，第一端300a与背板100固定连接。第二端300b的部分材料嵌入振膜200。第二端300b与振膜200电性连接，从而使得连接柱300可以通过引出电极将振膜200所在电极进行引出。第二端300b至少部分的材料嵌入是指连接柱300上部分的层体结构嵌入振膜200中或者连接柱300上所有的层体结构都嵌入振膜200中。在本实施例中，连接柱300可以嵌入振膜200内部或者嵌入并贯穿振膜200。因此，连接柱300的第二端300b可以部分不进行嵌入，而部分嵌入振膜200内或者嵌入并贯穿振膜200。连接柱300的第二端300b还可以全部均进行嵌入，但是部分嵌入振膜200内，其余则嵌入并贯穿振膜200。可以理解，连接柱300的第二端300b也可以全部嵌入振膜200内或者全部嵌入并贯穿振膜200。在本实施例中，连接柱300的形状、结构和数目均不作特别限定。例如，连接柱300的横截面可以为圆形、矩形、椭圆形、半圆等，只要其能够起到支撑悬挂作用即可。在本案中均以连接柱300为圆柱形为例进行说明。连接柱300的数目可以一个也可以为两个以上。连接柱300的数目也可以根据MEMS声音传感器的尺寸进行确定，比如随着MEMS声音传感器的尺寸的增大相应的增加连接柱300的数目或者调整连接柱300的横截面积等。

上述MEMS声音传感器，连接柱300采用嵌入振膜200的方式将振膜200悬挂在背板100上，实现振膜200和背板100之间的相对固定。由于将连接柱300嵌入振膜200，使得连接柱300具有与振膜200的垂直接合面积和水平接合面积，也即增加了连接柱300与振膜200之间的接合面积，具有较好的机械连接强度，从而可以提高振膜200的抗吹击与抗跌落、滚动、滚筒测试等机械冲击力量的性能。并且，悬挂后的振膜200四周无需其他固定结构来对其进行支撑固定，从而可以较大程度提高整个振膜200的灵敏度，满足人们的使用需求。

参见图1，在一实施例中，上述MEMS声音传感器还包括基板410和第一绝缘层430。其中，基板410可以直接为硅衬底。可以理解，基板410也还可以为其他基底结构，比如SOI基底。基板410上形成有背腔412，以便露出振膜200的下表面。第一绝缘层430用于实现背板100与基板410之间的绝缘，同时将背板100固定在基板410上。第一绝缘层430包围背板100和振膜200之间的间隙10。第一绝缘层430可以为介电氧化层，比如采用氧化硅等。基板410上还形成有制备振膜时形成的材料层440以及用于隔离材料层440和基板410的介电氧化层420。振膜200可以此采用单晶珪、多晶硅、氮化硅、富硅氮化硅、硅锗化合物(SiGe)或者金属等。其中，金属可以为铝(Al)、铝铜合金(AlCu)、铂(Pt)以及金(Au)等。因此，材料层440也可以采用前述任意一种材料。当振膜200采用氮化硅或者富硅氮化硅作为材料时，还需要在表面加一层导电材料当做振膜200的电极。在本实施例中，振膜200与基板410完全隔离，也即振膜200完全由连接柱300进行悬挂连接，而无需借用其他的固定结构对振膜200的周边进行固定。悬挂式的振膜200的周边都是悬空的，可以释放残余应力，从而使得振膜200具有较高的灵敏度。

振膜机械灵敏度易受半导体工艺残留应力影响，个别MEMS声音传感器容易有变异的情况，造成灵敏度一致性下降，甚至有振膜应力分布不均，造成不稳定(bi-stable)形变的可能性产生，使得最终MEMS麦克风声学性能在使用上有不稳定的情况，甚至超出规格。

本申请中的MEMS声音传感器能有较高的机械强度，能够提升抗各种机械冲击力量的能力，利用悬吊式并强化连接柱300与振膜200的结合强度，使振膜200能够自由地顺应外界的机械冲击力量，使振膜200成为一种柔性振膜(compliance diaphragm)，不与外界机械冲击力量抵抗。并且本申请中的振膜200无外围的固定点或者固支点(diaphragm anchor)，也即振膜外围全部切开，此设计可使半导体工艺造成的残留应力释放，大大提高MEMS声音传感器的性能一致性与可生产制造性，放宽生产制造的制造公差容忍度，使生产制造良率更高。

在其他的实施例中，也可以在振膜200的周边设置一些类似弹簧的连接结构，与基板410进行连接。在一实施例中，振膜200进行了必要的掺杂或者离子注入。掺杂可以为N型掺杂也可以为P型掺杂，从而使得振膜200具有较好的导电性能。在一实施例中，当背板100中的导电层采用多晶硅或者硅锗化合物时，同样需要掺杂或者离子注入(doping or ionimplantation)，使得背板具有较好的导电性能。

可以理解，本实施例中的中柱300嵌入振膜200从而将振膜200悬挂至背板100的结构并不限于图1所示的结构中，还可以适用于其他比如具有双背板或者双振膜的MEMS声音传感器中。

在一实施例中，连接柱300为一个。具体地，连接柱300位于振膜300的中心。其中，振膜200为圆形，连接柱300为圆柱，也即连接柱300的中心轴与振膜200的圆心相交。通过将连接柱300设置成关于振膜200的中心对称，可以使得声压从声孔110或者振膜200进入间隙10后能够产生最对称的压力作用在振膜200上，以提高振膜200的灵敏度。

在一实施例中，连接柱300可以为多个。多个连接柱300关于振膜200的中心对称分布，从而使得振膜200的各处受力均匀。例如，连接柱300可以为四个，对称分布在振膜200的中心四周，如图2所示。在一实施例中，多个连接柱300均设置在振膜200的中心至边缘的距离的二分之一区域以内，从而确保对振膜200起到较好的支撑性能并确保振膜200具有较高的灵敏度。

在一实施例中，连接柱300中嵌入振膜200的深度大于或等于振膜200的厚度的三分之一使得连接柱300具有与振膜200的垂直接合面积和水平接合面积，也即增加了连接柱300与振膜200之间的接合面积，从而确保振膜200与连接柱300之间抵抗外界机械冲击的能力更强，满足振膜200的抗吹击与抗跌落、滚动以及滚筒测试等机械冲击力量的性能要求。

参见图1，在一实施例中，背板100包括依次层叠设置的第一保护层120、第一导电层130和第二保护层140。其中，第一保护层120位于背板100上靠近振膜200的一侧。第一导电层130为图形化层。第二保护层140则形成在第一保护层120上并完全覆盖第一导电层130，也即第一导电层130被第一保护层120和第二保护层140所包裹。声孔110贯穿整个第一保护层120和第二保护层140，从而将外部的声音信号传递至间隙10并使得振膜200发生振动或者由振膜200的下方穿过间隙10后再穿过声孔110。第一保护层120和第二保护层140均钝化层，确保设置在两层中的第一导电层130可以与空气中的腐蚀性气体隔离，并且可以避免在不良环境如潮湿环境下的背板100和振膜200之间的漏电。第一保护层120和第二保护层140可以采用氮化硅(silicon nitride)、富硅氮化硅(si-rich silicon nitride)。在一实施例中，第一保护层120、第二保护层140和第三保护层330的表面必须是或者处理成非亲水性，也即第一保护层120、第二保护层140和第三保护层330的表面均为非亲水性表面。例如若有很薄的氧化硅材料没有完全被移除干净，因而附在保护层上，也会造成保护层具亲水性(hydrophilic)；或者是保护层氮化硅(silicon nitride)、富硅氮化硅(si-richsilicon nitride)本身半导体工艺完毕后，还是具有一定程度的亲水性，这时候我们可以对MEMS传感器做防粘涂料(anti-stiction coating)，改变保护层表面特性，使其变成非亲水表面。

图形化的第一导电层130包括背板电极132和振膜200的引出电极134。第一导电层130可以为多晶硅层、硅锗化合物(SiGe)层或者金属层。其中，金属层的金属可以为铝(Al)、铝铜合金(AlCu)、铂(Pt)以及金(Au)等。在本实施例中，第一导电层130和振膜200的材料均为多晶硅(poly Si)。上述MEMS声音传感器上还形成有背板焊盘510和振膜焊盘520，如图1和图3所示。背板焊盘510形成在背板电极132上，振膜焊盘520则形成在引出电极134上，以分别实现背板电极、振膜200与外部的电气连接。

参见图1，在本实施例中，连接柱300包括相互间隔设置的第二绝缘层310和第二导电层320。由于连接柱300为圆柱，因此第二绝缘层310和第二导电层320投影在振膜200上的形状也即其俯视图均为环形结构。第二绝缘层310和第二导电层320的层数可以根据需要设置，通常从连接柱300的中心起依次为第二绝缘层310、第二导电层320、第二绝缘层310……直至最外层的第二导电层320。在图1所示的实施例中，第二导电层320和第二绝缘层310均为两层。其中，第二绝缘层310在制备时与基板410上方的第一绝缘层430在同一道工序中进行制备得到，本实施例中仅仅是为了进行区分将其分别命名为第一绝缘层430和第二绝缘层310。因此，第一绝缘层430和第二绝缘层310的材料相同，均为介电氧化层。

第二导电层320的第一端与引出电极134一体形成并电连接。第二导电层320的第二端嵌入振膜200。第二导电层320的第二端可以嵌入振膜200内部，也可以嵌入并贯穿振膜200。在本实施例中，振膜200、第二导电层320以及第一导电层130的材料相同，例如均为多晶硅。因此，第二导电层320嵌入振膜200时属于同种材料的嵌入，不会带来阻抗问题，从而无需额外增加相应的阻抗匹配结构，整体的导电性能较好。

第二导电层320可以包括两种类型，即包括第一类型导电层和第二类型导电层。其中，第一类型导电层的第二端嵌入到振膜200内，其嵌入深度大于或者等于振膜200的厚度的三分之一并小于振膜200的厚度。第二类型导电层的第二端则嵌入并贯穿整个振膜200。连接柱300中的第二导电层320可以全部为第一类型导电层也可以全部为第二类型导电层。可以理解，连接柱300中的第二导电层320也可同时包含有第一类型导电层和第二类型导电层。在图1中，所有的第二导电层320均为第一类型导电层，也即所有的第二导电层320均嵌入振膜200内部，从而使得连接柱300与振膜200之间具有较大的接合面积，具有较好的机械连接强度。

在一实施例中，在第一保护层120上靠近振膜200的一面形成有多个隔离件(dimple or stopper)122。多个隔离件122与第一保护层120为一体结构。每个隔离件122均沿背板100向振膜200的方向延伸且不与振膜200接触。隔离件122可以避免背板100和振膜200在外界压力作用下发生形变后相互粘黏住(sticking or stiction)分不开的情况发生，从而进一步提高MEMS声音传感器的稳定性和可靠性。

在一实施例中，第二绝缘层310同样可以嵌入振膜200内部，从而进一步增加连接柱300与振膜200的接合面积，提高连接柱300连接振膜200的机械强度。第二绝缘层310并不会嵌入并贯穿振膜200，也即第二绝缘层310嵌入的深度大于振膜200的厚度的三分之一且小于振膜200的厚度。当第二绝缘层310嵌入并贯穿振膜200时，在释放介电氧化层420(例如为氧化硅时)的时候，就会攻击到第二绝缘层310的材料，会使贯穿振膜200的第二绝缘层310的材料被蚀刻而不存在。

图4为第二实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本案中，相同部件在不同附图中均采用相同的编号，不做特别说明的部分均具有相同的特性。并且所有的附图的尺寸不代表实际比例，且仅仅为示意图。在本实施例中，第二绝缘层310嵌入至振膜200内。相对第一个实施例而言，增加了连接柱300与振膜200的接合面积，有利于提高连接的机械强度，进而提高振膜200的抗冲击性能。

图5为第三实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310直接与振膜200连接并不嵌入振膜200内。连接柱300内的第二导电层320均为第二类型导电层，也即均嵌入并贯穿整个振膜200。通过将第二导电层320均贯穿振膜200，同样可以增大振膜200和连接柱300的接合面积，提高连接的机械强度。并且由于第二导电层320的材料与振膜200采用相同的材料，因此不会引入其他问题。

图6为第四实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内。连接柱300内的第二导电层320均为第二类型导电层，也即均嵌入并贯穿整个振膜200。

图7为第五实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310直接与振膜200连接，而并不嵌入振膜200内。连接柱300内的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。并且第二类型导电层位于外侧，第一类型导电层位于内侧。也即，此时连接柱300从内到外依次为第二绝缘层、第一类型导电层、第二绝缘层和第二类型导电层。

图8为第六实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图7所示实施例中的MEMS声音传感器而言，本实施例中的MEMS声音传感器中连接柱300的第二绝缘层310也嵌入至振膜200内部。

图9为第七实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300还包括设置在最外围的第三保护层330。第三保护层330的第一端与第一保护层120一体形成，第三保护层330的第二端与振膜200连接或者嵌入到振膜200。增加第三保护层330可以提高振膜200与连接柱300的接合面积，从而提高连接的机械强度。第三保护层330与第一保护层120具有相同的材料，均可以为氮化硅或者富硅氮化硅。在本实施例中，第一保护层120、第二保护层140和第三保护层330均采富硅氮化硅。利用这种介电材料包住背板100上的第一导电层130和连接柱300中的第二导电层320，可以防止电荷残留在连接柱300外侧与背板100下方。若有电荷残留，则使得MEMS声音传感器没办法有正常的电荷存在两个电极板上，此时MEMS声音传感器没办法正常工作，灵敏度会降低，甚至超出规格。

参见图9，在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，并不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层320均嵌入至振膜200内部。第三保护层330则嵌入并贯穿振膜200。

图10为第八实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图9所示实施例中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图11为第九实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，并不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层320均嵌入并贯穿整个振膜200。第三保护层330同样嵌入并贯穿振膜200。

图12为第十实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图11所示实施例中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图13为第十一实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，并不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。第二类型导电层位于外侧，第一类型导电层位于内侧。第三保护层330则嵌入并贯穿振膜200。

图14为第十二实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图13所示实施例中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图15为第十三实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，并不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层320均为第一类型导电层。第三保护层330同样嵌入振膜200的内部。

图16为第十四实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图15所示实施例中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图17为第十五实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，并不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层320均为第二类型导电层。第三保护层330嵌入振膜200的内部。

图18为第十六实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图17所示实施例中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图19为第十七实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，并不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。第三保护层330嵌入振膜200的内部。

图20为第十八实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图19所示实施例中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图21为第十九实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，振膜200上远离背板100的一面形成有凸起210。凸起210与振膜200为一体形成，也即二者为一整体结构。连接柱300上的第二类型导电层会延伸至该凸起210内，从而进一步增加了连接柱300与振膜200的接合面积，提高了振膜连接的机械强度。在本实施例中，连接柱300上的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。第二类型导电层延伸至凸起210内。凸起210包裹住第二类型导电层延伸至该区域内的部分。在本实施例中，从仰视角度来看，凸起210同样为中空的环形结构。在其他的实施例中，当连接柱300为方形时，凸起210也可以为中空的方形结构。凸起210的厚度可以不做限制。也即在形成振膜200之前，先对形成的介电氧化层420进行部分刻蚀，或者完全刻蚀甚至刻蚀至基板410的硅衬底上。由于振膜200上远离背板100的一面对应的区域最终会被刻蚀掉形成背腔412，从而使得凸起210的厚度并不会对整体性能产生影响。在刻蚀完成后，在基板410的上方形成用于制备振膜200的材料层，在形成过程中会将该刻蚀区域进行填充，从而形成均具有该凸起210的振膜200。通过直接在振膜200上形成凸起210可以在一定程度提高振膜200的刚性。

图22为第二十实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图21所示的实施例中，连接柱300中的第二导电层均为第二类型导电层，并均延伸至凸起210的内部。此时，从仰视角度来看，凸起210为一个整面结构。在本案中所提及的整面结构，均至该结构内部没有图形化的间隙区域。在一实施例中，连接柱300在振膜200上的投影会完全落在凸起210所在的区域内部。

在一实施例中，连接柱300还包括承载340，如图23所示。图23为第二十一实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。承载部340与振膜200上远离背板100的一面连接。承载部340至少与连接柱300中的部分第二类型导电层320连接，形成铆钉结构。连接柱300嵌入振膜200可以提供水平方向上的作用力以实现对振膜200的固定，而承载部340的增加可以增大与振膜200的水平接触面积，可以增加在竖直方向上的支撑力，从而使得在两个方向上具有支撑力，使得连接柱300的支撑强度较强，振膜200的稳固性较好。在制备过程中，连接柱300中的第二导电层320的边缘位于承载部340的边缘内，因此在制备过程中能有较大的对准误差容忍度，工艺比较好做，不会出现脱裂或者刻蚀难对准的问题。承载部340的形成过程与前面实施例中的凸起210的形成过程相同，均需要在制备振膜200之前先在介电氧化层420上形成对应的槽体结构，从而在形成振膜200的同时对该槽体结构进行填充后形成承载部340。该槽体结构的深度可以小于介电氧化层420的厚度，也可以大于或等于介电氧化层420的厚度，也即刻蚀到基板410上。

参见图23，在本实施例中，连接柱300的第二导电层包括第一类型导电层和第二类型导电层，也即连接柱300包括从里到外依次排布的第二绝缘层310、第一类型导电层、第二绝缘层310和第二类型导电层。此时，承载部340与第二类型导电层连接，并形成中空结构。在本申请中提及的中空结构和整面结构都是从仰视视角来进行描述的，后续不赘述。

图24为第二十二实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。本实施例相对于图23所示的实施例而言，连接柱300上的第二导电层320均为第二类型导电层，均与承载部340连接形成铆钉结构。连接柱300中的第二导电层320的边缘位于承载部340的边缘内。承载部340为一整面结构。

图25为第二十三实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层包括第一类型导电层和第二类型导电层。承载部340与第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为中空的环形结构。

图26为第二十四实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图25所示的实施例，连接柱300的第二导电层320均为第二类型导电层，均与承载部340连接形成铆钉结构。承载部340为一整面结构。

图27为第二十五实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层均为第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为中空的环形结构。

图28为第二十六实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为一整面结构。

图29为第二十七实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320包均为第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为中空的环形结构。

图30为第二十八实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为一整面结构。

图31为第二十九实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200。连接柱300的第二导电层320包均为第二类型导电层。承载部340与所有第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为一整面结构。第三保护层330嵌入并贯穿振膜200。

图32为第三十实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320均为第二类型导电层。承载部340与所有第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为一整面结构。第三保护层330嵌入并贯穿振膜200。

图33为第三十一实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320均为第二类型导电层。承载部340与所有第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为一整面结构。第三保护层330嵌入振膜200内部。

图34为第三十二实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图33所示实施例中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图35为第三十三实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。承载部340与第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为一整面结构。第三保护层330嵌入并贯穿振膜200。

图36为第三十四实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图35所示实施例中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图37为第三十五实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。承载部340与第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为一整面结构。第三保护层330嵌入振膜200内部。

图38为第三十六实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图37中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图39为第三十七实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320均为第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为中空的环形结构。第三保护层330嵌入并贯穿振膜200。

图40为第三十八实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图39中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图41为第三十九实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320均为第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为中空的环形结构。第三保护层330嵌入振膜200内部。

图42为第四十实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图41中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图43为第四十一实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为中空的环形结构。第三保护层330嵌入并贯穿振膜200。

图44为第四十二实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图43中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

图45为第四十三实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。承载部340为中空的环形结构。第三保护层330嵌入振膜200内部。

图46为第四十四实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。相对于图43中的MEMS声音传感器，连接柱300的第二绝缘层310嵌入振膜200内部。

在一实施例中，振膜200上远离背板100的一面形成有凸起210。凸起210与振膜200为一体形成，也即二者为一整体结构。承载部340位于该凸起210内，如图47所示。图47为第四十五实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。在本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320包括第一类型导电层和第二类型导电层。承载部340与最外侧的第二类型导电层连接形成铆钉结构。通过形成具有横向承载部340的铆钉结构，可以使得铆钉结构在凸起210内(也即振膜200内)具有横向的生长方向，从而与振膜200能够更加紧密结合，形成具有更强机械连接强度的铆钉结构。承载部340嵌入至凸起210内部，且与第二类型导电层为一体形成。在制备过程中，在形成振膜200之前，先对形成的介电氧化层420进行部分刻蚀，或者完全刻蚀甚至刻蚀至基板410上。然后再在基板410上方形成用于制备振膜200的材料层，在材料层上方形成第一绝缘层430、第一保护层120。之后，在连接柱300的位置区域进行刻蚀挖洞到达振膜200的凸起210内，并且在凸起210内形成一个扩孔空间，也即210内的孔宽度比振膜以及第一绝缘层430内的宽度大。因此进行导电层填充时就会填充该扩孔空间，从而形成具有这样一个承载部430的铆钉结构。

图48为第四十六实施例中的MEMS声音传感器的剖视图。本实施例中，连接柱300的第二绝缘层310形成在振膜200上，不嵌入振膜200内部。连接柱300的第二导电层320均为第二类型导电层。此时，承载部340为多个相互独立的部件，分别与各第二类型导电层连接。可以理解，该变形也可以用于其他实施例的结构中。各承载部340嵌入至凸起210内部。此时，承载部340与第二类型导电层在同一道工序中进行制备得到。

在一实施例中，振膜200上还形成有应力释放单元。应力释放单元设置可以设置在振膜的中心至边缘的距离的二分之一以内的区域，从而使得其具有较好的应力释放效果。应力释放单元在完成振膜200上的应力释放后，能够调整整个振膜200的刚性，从而可以减少由于连接柱300嵌入振膜200可能带来的应力残留，避免振膜200发生形变翘曲。在一实施例中，应力释放单元还可以进行声压或者气压的释放，从而避免振膜200在大声压或者气压作用下发生损坏。应力释放单元可以包括弹性结构。具体地，当应力或者外界声压、气压施加到振膜200上时，弹性结构可以产生形变，从而实现对应力的释放或者声压、气压的释放，进而避免振膜200发生形变翘曲。

图49a为第一实施例中的振膜的结构示意图，图49b为图49a的局部放大图。在本实施例中，振膜200以圆形为例。应力释放单元为由缝隙形成的弹性结构610。当外界声压或者气压施加到振膜200上时，弹性结构610处于打开状态，如图49c所示；当没有外界声压或者气压施加到振膜200上时，弹性结构610处于闭合状态，如图40d所示。具体地，弹性结构610为多个。多个弹性结构610以振膜200的中心也即以连接柱300为中心呈环状间隔分布。各弹性结构610均为由开设在振膜200上的呈“Ω”形的狭缝形成的结构。在一实施例中，通过“Ω”形的狭缝形成的弹性结构610包括固定部612和移动部614。其中，移动部614的头部为半圆形。固定部612的宽度L1小于移动部614的宽度L2，从而使得该弹性结构610更容易受力打开，更有利于进行应力的释放和声压的释放。在其他实施例中，移动部614也可以为方形或者其他合适的图形。

在另一实施例中，弹性结构为由开设在振膜200上的弧形的狭缝形成。各狭缝具有相同的弯曲方向。各狭缝的弧度可以相同也可以不同。图50为第二实施例中的振膜的局部结构示意图。在实施例中，振膜200上形成由弧形的狭缝620形成的弹性结构。狭缝620为多个，且排布越靠近振膜200的中心的狭缝620的弧长越短。多个狭缝620分布在以振膜200的中心为中心的圆周上。相邻两个圆环上的狭缝620的方位相同，也即位于同一扇形区域。在其他的实施例中，多个狭缝620也可以令排布越靠近振膜200的中心的狭缝620的弧长越长，如图51所示，从而使得弹性结构就有较高的振膜灵敏度。

图52为第四实施例中的振膜的局部结构示意图。此时，相邻两环上的狭缝所处的方位并不相同，各自错位设置，从而在实现应力释放的同时调整振膜200的刚性。

图53a为第五实施例中的振膜的局部结构示意图。在本实施例中，应力释放单元为由褶皱构成的弹性结构630。弹性结构630沿着振膜200的中心至振膜200的边缘方向延伸且包围连接柱300所在的区域。弹性结构630的具体结构如图53b所示。该弹性结构630为形成在振膜200上且与振膜200为一体的凹凸结构。

在一实施例中，连接柱300为多个，如图54所示。图54为第六实施例中的振膜的结构示意图。在本实施例中，振膜200上的应力释放单元还包括由狭缝形成的弹性结构640。弹性结构640位于振膜200的中心区域。弹性结构640包括相互连接且具有相同转轴646的第一开合结构642和第二开合结构644。其中，第一开合结构642和第二开合结构644为通过在振膜上形成相应的狭缝并由该狭缝所形成的区域。在一实施例中，第一开合结构642的面积大于第二开合结构644的面积，也即此时的转轴646为非对称式扭转轴，从而使得弹性结构640在气压或者声压的作用下，很容易吹动第一开合结构642，使得第一开合结构642绕转轴646进行转动从而释放气压，起到舒缓大声压的作用，使得声压冲击压力有较快速的释放路径。在另一实施例中，第一开合结构642的面积等于第二开合结构644的面积，也即此时的转轴646为对称式扭转轴，如图55所示。

本申请一实施例还提供一种MEMS麦克风。该MEMS麦克风包括印刷电路板以及设置在印刷电路板上的MEMS声音传感器。该MEMS声音传感器采用前述任一实施例所述的MEMS麦克风。本案并不对MEMS麦克风的结构做特别限定。

本申请一实施例还提供一种电子设备，包括设备本体以及设置在设备本体上的MEMS麦克风。该MEMS麦克风采用前述任一实施例所述的MEMS声音传感器制备得到。该电子设备可以为手机、数码相机、笔记本电脑、个人数字助理、MP3播放器、助听器、电视、电话、会议系统、有线耳机、无线耳机、录音笔、录音设备等等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (26)

1.一种MEMS声音传感器，其特征在于，包括：

背板，开设有多个声孔；

振膜，与所述背板相对设置且与所述背板之间存在间隙；所述振膜和所述背板构成电容结构；以及

连接柱，包括相对设置的第一端和第二端；所述连接柱的第一端与所述背板固定连接；所述连接柱的第二端至少部分的材料嵌入所述振膜且与所述振膜电性连接，以将所述振膜悬挂于所述背板上；

所述背板包括依次层叠于所述振膜上方的第一保护层、图形化的第一导电层和第二保护层；第二保护层设置在所述第一保护层上且覆盖所述第一导电层；所述声孔贯穿所述第一保护层和所述第二保护层；

所述第一导电层包括彼此分开的背板电极和所述振膜的引出电极；所述连接柱包括相互间隔设置的第二导电层和第二绝缘层；所述第二导电层的第一端与所述引出电极一体形成；所述第二导电层的第二端嵌入所述振膜内或者嵌入并贯穿所述振膜；

所述第二导电层包括第一类型导电层和第二类型导电层中的至少一种导电层；所述第一类型导电层的第二端嵌入至所述振膜内；所述第二类型导电层的第二端嵌入并贯穿所述振膜；

所述振膜上远离所述背板的一面形成有一体化的凸起；所述第二类型导电层的第二端延伸至所述凸起内；

所述第二导电层和所述振膜的材料相同。

2.根据权利要求1所述的MEMS声音传感器，其特征在于，还包括基板和第一绝缘层；所述背板设置在所述基板上方且通过所述第一绝缘层与所述基板绝缘；所述基板上形成有背腔；所述振膜与所述基板完全分离。

3.根据权利要求1所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述连接柱为一个且位于所述振膜的中心。

4.根据权利要求1所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述连接柱为多个；多个所述连接柱关于所述振膜的中心对称分布。

5.根据权利要求4所述的MEMS声音传感器，其特征在于，多个所述连接柱均位于所述振膜的中心至边缘的距离的二分之一区域以内。

6.根据权利要求3至5任一项所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述连接柱中嵌入所述振膜的深度大于或等于所述振膜厚度的三分之一。

7.根据权利要求1所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述连接柱还包括承载部；所述承载部与所述振膜上远离所述背板的一面连接；所述承载部至少与部分所述第二类型导电层连接。

8.根据权利要求7所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述连接柱包括从里到外依次排布的第二绝缘层、第一类型导电层、第二绝缘层和第二类型导电层；所述承载部与所述第二类型导电层连接；或者

所述连接柱包括从里到外依次排布的第二绝缘层、第二类型导电层、第二绝缘层和第二类型导电层；所述承载部至少与部分第二类型导电层连接。

9.根据权利要求7或8任一所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述振膜上远离所述背板的一侧形成有一体化的凸起；所述承载部位于所述凸起内。

10.根据权利要求7或8任一所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述第二绝缘层的第一端与所述第一保护层连接；所述第二绝缘层的第二端嵌入所述振膜内。

11.根据权利要求7或8任一所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述连接柱还包括设置在最外围的第三保护层；所述第三保护层的第一端与所述第一保护层一体形成；所述第三保护层的第二端与所述振膜连接或者嵌入所述振膜。

12.根据权利要求11所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述第一保护层、所述第二保护层和所述第三保护层的材料为氮化硅或者富硅氮化硅。

13.根据权利要求1所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述振膜上设置有应力释放单元；所述应力释放单元设置于所述振膜的中心至边缘的距离的二分之一以内的区域；所述应力释放单元用于释放所述振膜上产生的应力、并进行声压或者气压的释放。

14.根据权利要求13所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述应力释放单元包括弹性结构；所述弹性结构为由狭缝形成的弹性结构；

当外界声压或者气压施加到所述振膜上时，所述弹性结构处于打开状态；当没有外界声压或者气压施加到所述振膜上时，所述弹性结构处于闭合状态。

15.根据权利要求13所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述应力释放单元包括弹性结构；所述弹性结构为具有褶皱的弹性结构；

所述弹性结构沿所述振膜的中心至振膜的边缘的方向延伸且包围所述连接柱。

16.根据权利要求14所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述弹性结构为多个，以所述振膜的中心为中心呈环状间隔分布；各所述弹性结构为由开设在所述振膜上的呈“Ω”形的狭缝形成的结构。

17.根据权利要求16所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述“Ω”形的狭缝形成的弹性结构包括固定部和移动部；所述固定部的宽度小于所述移动部的宽度。

18.根据权利要求14所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述弹性结构为由开设在所述振膜上的弧形的狭缝形成的结构；各狭缝具有相同的弯曲方向。

19.根据权利要求18所述的MEMS声音传感器，其特征在于，越靠近所述振膜的中心的狭缝的弧长越长。

20.根据权利要求18所述的MEMS声音传感器，其特征在于，越靠近所述振膜的中心的狭缝的弧长越短。

21.根据权利要求18至20任一项所述的MEMS声音传感器，其特征在于，相邻两环上的狭缝所处的方位相同或者相邻两环上的狭缝所处的方位不同。

22.根据权利要求14所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述连接柱为多个；多个所述连接柱关于所述振膜的中心对称分布；所述由狭缝形成的弹性结构包括相互连接且具有相同转轴的第一开合结构和第二开合结构。

23.根据权利要求22所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述第一开合结构的面积大于所述第二开合结构的面积；所述转轴为非对称式扭转轴。

24.根据权利要求22所述的MEMS声音传感器，其特征在于，所述第一开合结构的面积等于所述第二开合结构的面积；所述转轴为对称式扭转轴。

25.一种MEMS麦克风，包括印刷电路板以及设置在所述印刷电路板上的MEMS声音传感器；其特征在于，所述MEMS声音传感器采用如权利要求1～24任一所述的MEMS声音传感器。

26.一种电子设备，包括设备本体以及设置在所述设备本体上的MEMS麦克风；其特征在于，所述MEMS麦克风采用如权利要求25所述的MEMS麦克风。

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