CN112565947A - 微机电系统麦克风及其制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种微机电系统麦克风及其制造方法，微机电系统麦克风包括：衬底，衬底设有背腔，背腔贯穿衬底；支撑氧化层，位于衬底上，支撑氧化层围成空腔，空腔和背腔连通；电容式声压信号采集结构和压电式声压信号采集结构，电容式声压信号采集结构和压电式声压信号采集结构呈上下结构分布于空腔中。本发明的微机电系统麦克风提高了微机电系统麦克风的可靠性和灵敏度。

Description

微机电系统麦克风及其制造方法

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，特别涉及一种微机电系统麦克风及其制造方法。

背景技术

相关技术中，微机电系统麦克风主要包括：电容式微机电系统麦克风和压电式微机电系统麦克风。电容式微机电系统麦克风包括：振膜和背极板，振膜和背极板形成平板电容。声压信号产生的空气振动引起振膜振动进而导致平板电容的电容变化，进而改变振膜与背极板间的电势。压电式微机电系统麦克风包括：硅基底以及压电膜层。声压信号作用在压电膜层上，引起压电膜层发生形变，从而产生电势差。当外界环境存在颗粒、震动等干扰时，电容式微机电系统麦克风很容易出现器件失效的情形，可靠性较差。相比于电容式微机电系统麦克风，压电式微机电系统麦克风具有较好的抗干扰性能，但是灵敏度较低。期待进一步改进微机电系统麦克风的结构以改善电容式微机电系统麦克风的可靠性较差和压电式微机电系统麦克风的灵敏度较低的问题，进而提高微机电系统麦克风的可靠性和灵敏度。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种微机电系统麦克风及其制造方法，提高了微机电系统麦克风的可靠性和灵敏度。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种微机电系统麦克风，包括：

衬底，所述衬底中设置有背腔，所述背腔贯穿所述衬底；

支撑氧化层，位于所述衬底上，所述支撑氧化层围成空腔，所述空腔和所述背腔连通；

电容式声压信号采集结构和压电式声压信号采集结构，所述电容式声压信号采集结构和所述压电式声压信号采集结构呈上下结构分布于所述空腔中。

可选地，所述微机电系统麦克风还包括：振膜和背极板，

所述电容式声压信号采集结构和所述压电式声压信号采集结构共用所述振膜。

可选地，所述背极板和所述振膜的边缘由所述支撑氧化层支撑。

可选地，所述背极板包括：第一背极板和第二背极板，所述第一背极板和所述第二背极板彼此电性隔离，所述第一背极板和所述第二背极板均包括多个声孔，

所述电容式声压信号采集结构包括所述振膜和所述第一背极板；

所述压电式声压信号采集结构包括所述振膜和所述第二背极板，以及与所述振膜和所述第二背极板电连接的压电结构。

可选地，所述压电结构包括多个一维压电纳米结构，所述一维压电纳米结构的第一端与所述第二背极板电连接，第二端与所述振膜电连接。

可选地，，所述压电结构为所述多个一维压电纳米结构。

可选地，所述多个一维压电纳米结构在声压信号作用下产生电势差。

可选地，所述振膜包括第一部分振膜和第二部分振膜，所述第一部分振膜位于所述空腔中，所述第二部分振膜位于所述支撑氧化层中。

可选地，所述电容式声压信号采集结构位于所述压电式声压信号采集结构下方。

可选地，所述第二背极板位于所述支撑氧化层上，所述第一背极板位于所述支撑氧化层中，所述振膜位于所述第一背极板和所述第二背极板之间。

可选地，所述微机电系统麦克风还包括：

第一电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第一开口与所述第二部分振膜电连接；

第二电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第二开口与所述第一背极板电连接，所述第二电极输出电容信号；

第三电极，位于所述第二背极板上，与所述第二背极板电连接，所述第三电极输出压电信号。

可选地，所述微机电系统麦克风还包括：

第一钝化层，位于所述支撑氧化层中且位于所述第一背极板下方，所述第一钝化层包括多个第三开口，所述第三开口与所述第一背极板的所述声孔对应设置；

第二钝化层，位于所述第二背极板和所述支撑氧化层上，所述第二钝化层包括多个第四开口，所述第四开口与所述第二背极板的所述声孔对应设置，所述第二钝化层暴露出所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

可选地，所述电容式声压信号采集结构位于所述压电式声压信号采集结构上方。

可选地，所述第二背极板位于所述支撑氧化层中，所述第一背极板位于所述支撑氧化层上，所述振膜位于所述第一背极板和所述第二背极板之间。

可选地，所述微机电系统麦克风还包括：

第一电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第一开口与所述第二部分振膜电连接；

第二电极，位于所述第一背极板电上，与所述第一背极板电连接，所述第二电极输出电容信号；

第三电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第二开口与所述第二背极板电连接，所述第三电极输出压电信号。

可选地，所述微机电系统麦克风还包括：

第一钝化层，位于所述支撑氧化层中且位于所述第二背极板下方，所述第一钝化层包括多个第三开口，所述第三开口与所述第二背极板的所述声孔对应设置；

第二钝化层，位于所述第一背极板和所述支撑氧化层上，所述第二钝化层包括多个第四开口，所述第四开口与所述第一背极板的所述声孔对应设置，所述第二钝化层暴露出所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

可选地，所述第一电极连接参考地电压。

可选地，所述第一部分振膜的尺寸小于所述空腔的尺寸。

可选地，所述第一部分振膜的尺寸小于所述背腔的尺寸。

可选地，所述一维压电纳米结构的第一端嵌入所述第二背极板，第二端嵌入所述振膜。

可选地，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的中心位置。

可选地，，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的外围周边。

可选地，所述多个一维压电纳米结构分布在整个所述第一部分振膜。

可选地，所述一维压电纳米结构的材料包括：氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅压电陶瓷。

可选地，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒、纳米线、纳米柱、纳米带。

可选地，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒，所述纳米棒的长度包括：1至5um，所述纳米棒的直径包括：0.1至0.5um，所述纳米棒之间的间距包括：0.5至5um，所述纳米棒的数量包括：1000至10000根。

可选地，所述支撑氧化层包括：第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层，所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第一牺牲层的厚度包括：0.5至2um，所述第二牺牲层的厚度包括：2至4um，所述第三牺牲层的厚度包括：1至5um。

可选地，所述振膜的材料包括：掺杂的多晶硅，所述振膜的厚度包括：0.2至1um。

可选地，所述第一背极板和所述第二背极板的材料包括：掺杂的多晶硅，所述第一背极板和所述第二背极板的厚度包括：1至3um。

可选地，所述第一钝化层和所述第二钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼和碳化硅中的一种，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度包括：0.8至2um。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种微机电系统麦克风的制造方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上形成支撑氧化层；

形成电容式声压信号采集结构和压电式声压信号采集结构；

在所述衬底形成背腔，所述背腔贯穿所述衬底；

在所述支撑氧化层形成空腔，所述空腔和所述背腔连通，所述电容式声压信号采集结构和所述压电式声压信号采集结构呈上下结构分布于所述空腔中。

可选地，所述制造方法还包括：形成振膜和背极板，

所述电容式声压信号采集结构和所述压电式声压信号采集结构共用所述振膜。

可选地，所述背极板和所述振膜的边缘由所述支撑氧化层支撑。

可选地，形成背极板包括：形成第一背极板和第二背极板，所述第一背极板和所述第二背极板彼此电性隔离，所述第一背极板和所述第二背极板均包括多个声孔；

所述电容式声压信号采集结构包括所述振膜和所述第一背极板；

所述压电式声压信号采集结构包括所述振膜和所述第二背极板，以及与所述振膜和所述第二背极板电连接的压电结构。

可选地，所述压电结构包括多个一维压电纳米结构，所述一维压电纳米结构的第一端与所述第二背极板电连接，第二端与所述振膜电连接。

可选地，所述压电结构为所述多个一维压电纳米结构。

可选地，所述多个一维压电纳米结构在声压信号作用下产生电势差。

可选地，所述支撑氧化层包括：第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层，所述第二牺牲层位于所述第一牺牲层和所述第三牺牲层之间，形成振膜包括：

在所述第二牺牲层上形成所述振膜，所述振膜包括第一部分振膜和第二部分振膜，所述第一部分振膜位于所述空腔中，所述第二部分振膜位于所述第二牺牲层上。

可选地，所述电容式声压信号采集结构位于所述压电式声压信号采集结构下方，形成所述压电结构包括：

在所述第一部分振膜上生长一维压电纳米材料，刻蚀所述一维压电纳米材料形成阵列结构，所述阵列结构间隔设置，形成所述多个一维压电纳米结构。

可选地，在所述衬底上形成支撑氧化层包括：

在所述衬底上形成所述第一牺牲层；

在所述第一背极板上形成所述第二牺牲层；

在所述振膜上形成所述第三牺牲层，所述第三牺牲层填充所述一维压电纳米结构的缝隙并暴露出所述一维压电纳米结构的第一端。

可选地，形成第一背极板和第二背极板包括：

在所述第一牺牲层上形成所述第一背极板；

在所述第三牺牲层上形成所述第二背极板。

可选地，所述制造方法还包括：

形成第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极通过所述第三牺牲层的第一开口与所述第二部分振膜电连接，所述第二电极通过所述第三牺牲层和所述第二牺牲层的第二开口与所述第一背极板电连接，所述第二电极输出电容信号，所述第三电极与所述第二背极板电连接，所述第三电极输出压电信号。

可选地，所述制造方法还包括：

在所述第一牺牲层和所述第一背极板之间形成第一钝化层，所述第一钝化层包括多个第三开口，所述第三开口与所述第一背极板的所述声孔对应设置；

在所述第二背极板和所述第三牺牲层上形成第二钝化层，所述第二钝化层包括多个第四开口，所述第四开口与所述第二背极板的所述声孔对应设置，所述第二钝化层暴露出所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

可选地，所述电容式声压信号采集结构位于所述压电式声压信号采集结构上方，形成所述压电结构包括：

使用所述第二牺牲层材料回填所述第二背极板的所述声孔，平坦化所述第二牺牲层材料；

在所述第二背极板上生长一维压电纳米材料，刻蚀所述一维压电纳米材料形成阵列结构，所述阵列结构间隔设置，形成所述多个一维压电纳米结构。

可选地，在所述衬底上形成支撑氧化层包括：

在所述衬底上形成所述第一牺牲层；

在所述第二背极板上形成所述第二牺牲层，所述第二牺牲层填充所述一维压电纳米结构的缝隙并暴露出所述一维压电纳米结构的第二端；

在所述振膜上形成所述第三牺牲层。

可选地，形成第一背极板和第二背极板包括：

在所述第一牺牲层上形成所述第二背极板；

在所述第三牺牲层上形成所述第一背极板。

可选地，所述制造方法还包括：

形成第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极通过所述第三牺牲层的第一开口与所述第二部分振膜电连接，所述第二电极与所述第一背极板电连接，所述第二电极输出电容信号，所述第三电极通过所述第三牺牲层和所述第二牺牲层的第二开口与所述第二背极板电连接，所述第三电极输出压电信号。

可选地，所述制造方法还包括：

在所述第一牺牲层和所述第二背极板之间形成第一钝化层，所述第一钝化层包括多个第三开口，所述第三开口与所述第二背极板的所述声孔对应设置；

在所述第一背极板和所述第三牺牲层上形成第二钝化层，所述第二钝化层包括多个第四开口，所述第四开口与所述第一背极板的所述声孔对应设置，所述第二钝化层暴露出所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

可选地，所述第一电极连接参考地电压。

可选地，所述第一部分振膜的尺寸小于所述空腔的尺寸。

可选地，所述第一部分振膜的尺寸小于所述背腔的尺寸。

可选地，所述一维压电纳米结构的第一端嵌入所述第二背极板，第二端嵌入所述振膜。

可选地，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的中心位置。

可选地，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的外围周边。

可选地，所述多个一维压电纳米结构分布在整个所述第一部分振膜。

可选地，所述一维压电纳米结构的材料包括：氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅压电陶瓷。

可选地，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒、纳米线、纳米柱、纳米带。

可选地，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒，所述纳米棒的长度包括：1至5um，所述纳米棒的直径包括：0.1至0.5um，所述纳米棒之间的间距包括：0.5至5um，所述纳米棒的数量包括：1000至10000根。

可选地，所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第一牺牲层的厚度包括：0.5至2um，所述第二牺牲层的厚度包括：2至4um，所述第三牺牲层的厚度包括：1至5um。

可选地，所述振膜的材料包括：掺杂的多晶硅，所述振膜的厚度包括：0.2至1um。

可选地，所述第一背极板和所述第二背极板的材料包括：掺杂的多晶硅，所述第一背极板和所述第二背极板的厚度包括：1至3um。

可选地，所述第一钝化层和所述第二钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼和碳化硅中的一种，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度包括：0.8至2um。

根据本发明实施例提供的微机电系统麦克风及其制造方法，微机电系统麦克风包括：设有背腔的衬底，背腔贯穿衬底；位于衬底上的支撑氧化层，支撑氧化层围成空腔，空腔和背腔连通；呈上下结构分布于空腔中的电容式声压信号采集结构和压电式声压信号采集结构。在声压信号的作用下压电式声压信号采集结构输出压电信号，电容式声压信号采集结构输出电容信号，提高了微机电系统麦克风的灵敏度。

电容式声压信号采集结构包括振膜和第一背极板。压电式声压信号采集结构包括位于空腔的第二背极板、第一部分振膜和压电结构。压电结构为多个一维压电纳米结构，一维压电纳米结构的第一端与第二背极板电连接，第二端与振膜电连接。压电式声压信号采集结构利用振膜采集声压信号，在振膜振动的过程中，一维压电纳米结构发生形变，在一维压电纳米结构的两端产生电势差，实现声压信号的转换。与传统压电膜层相比，振膜具有更好的声压信号采集能力，一维压电纳米结构的形变更加显著，同时一维纳米结构发生轴向应变时的压电常数可近似认为为d33，因此，有效改善了压电式声压信号采集结构的灵敏度，提高了微机电系统麦克风的灵敏度。与二维纳米薄膜和三维纳米体结构相比，在相同力作用下一维压电纳米结构的形变更大，进一步提高了微机电系统麦克风的灵敏度。与传统压电膜层相比，一维压电纳米结构生长方便，易于制备，直接薄膜淀积后刻蚀，类似于模板法制备阵列，性能比薄膜具有更大的优势，同时不需要陶瓷或薄膜压电材料的极化步骤，因此，简化了微机电系统麦克风中压电式声压信号采集结构的制备工艺。

作为压电式声压信号采集结构的振膜和一维压电纳米结构均与支撑氧化层无接触，振膜处于相对较小的应力状态，提高了第一部分振膜的可振动性，进而提高了微机电系统麦克风的灵敏度。

第一部分振膜的尺寸(例如，直径)小于空腔的尺寸(例如，直径)。压电式声压信号采集结构和电容式声压信号采集结构在振动的过程中不会与支撑氧化层接触，提高了微机电系统麦克风的可靠性。一维压电纳米结构位于振膜和第二背极板之间，避免了振膜和第二背极板在振动过程中发生黏连的情况，提高了微机电系统麦克风的可靠性。

支撑氧化层将压电式声压信号采集结构和电容式声压信号采集结构包围在空腔中，避免压电式声压信号采集结构和电容式声压信号采集结构被外界环境干扰，提高了微机电系统麦克风的抗干扰性能，进而提高了微机电系统麦克风的输出信噪比。本发明实施例的微机电系统麦克风工作时能承受较大的工作气压，同时具有很宽的工作频率；压电式声压信号采集结构和电容式声压信号采集结构集成在一颗管芯上，保证小尺寸的同时互不干扰，相互独立，有效的提高了器件的使用寿命。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了本发明第一实施例的微机电系统麦克风的结构示意图；

图2至图12示出了根据本发明第一实施例的微机电系统麦克风的制造方法不同阶段的截面图；

图13示出了本发明第二实施例的微机电系统麦克风的结构示意图；

图14至图24示出了根据本发明第二实施例的微机电系统麦克风的制造方法不同阶段的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出了本发明第一实施例的微机电系统麦克风的结构示意图。如图1所示，微机电系统麦克风1000包括：衬底1100，衬底1100中设置有背腔1101，背腔1101贯穿衬底1100；衬底1100的材料包括：单晶硅，单晶硅的晶向为<100>，衬底1100的厚度包括：200至600um。支撑氧化层1200，位于衬底1100上，支撑氧化层1200围成空腔1201，空腔1201和背腔1101连通；电容式声压信号采集结构1002和压电式声压信号采集结构1001，电容式声压信号采集结构1002和压电式声压信号采集结构1001呈上下结构分布于空腔1201中。电容式声压信号采集结构1002位于压电式声压信号采集结构1001下方。在一些实施例中，压电式声压信号采集结构1001还可以位于电容式声压信号采集结构1002下方。

电容式声压信号采集结构1002包括振膜1500和第一背极板1400。压电式声压信号采集结构1001包括振膜1500和第二背极板1700，以及与振膜1500和第二背极板1700电连接的压电结构1600。电容式声压信号采集结构1002和压电式声压信号采集结构1001共用振膜1500。第一背极板1400位于第二背极板1700下方，且彼此电性隔离，振膜1500位于第一背极板1400和第二背极板1700之间。第一背极板1400包括多个声孔1401，第二背极板1700包括多个声孔1701。压电结构1600包括多个一维压电纳米结构1601。本实施例中，压电结构1400为多个一维压电纳米结构1401。一维压电纳米结构1601在声压信号作用下产生电势差。具体地，一维压电纳米结构1601的第一端与第二背极板1700电连接，第二端与振膜1500电连接。振膜1500包括第一部分振膜1501和第二部分振膜1502，第一部分振膜1501位于空腔1201中，第二部分振膜1502位于支撑氧化层1200中。第一部分振膜1501的尺寸(例如，直径)小于空腔1201的尺寸(例如，直径)。第一部分振膜1501的尺寸(例如，直径)小于背腔1101的尺寸(例如，直径)。一维压电纳米结构1601的第一端嵌入第二背极板1700，第二端嵌入振膜1500(第一部分振膜1501)。一维压电纳米结构1601与第二背极板1700的声孔1701相互错开。多个一维压电纳米结构1601分布在整个第一部分振膜1501。在一些实施例中，多个一维压电纳米结构1601还可以仅仅分布在第一部分振膜1501的中心位置。在一些实施例中，多个一维压电纳米结构1601还可以仅仅分布在第一部分振膜1501的外围周边。一维压电纳米结构1601的材料包括：氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅压电陶瓷。一维压电纳米结构1601包括：纳米棒、纳米线、纳米柱、纳米带。在一些实施例中，一维压电纳米结构1601为纳米棒，纳米棒的长度包括：1至5um；纳米棒的直径包括：0.1至0.5um；纳米棒之间的间距包括：0.5至5um；纳米棒的数量包括：1000至10000根。需要说明的是，所述纳米棒之间的间距和数量随着管芯设计大小可对应调节，纳米棒的长径比在工艺条件允许的范围内尽可能的大，这样能够具有更好的伸缩性、压电效应，使得微机电系统麦克风1000具有更高的灵敏度。

微机电系统麦克风1000还包括：第一电极1901，位于支撑氧化层1200上，通过支撑氧化层1200的第一开口与第二部分振膜1502电连接；第二电极1902，位于支撑氧化层1200上，通过支撑氧化层1200的第二开口与第一背极板1400电连接；第三电极1903，位于第二背极板1700上，与第二背极板1700电连接；第二电极1902输出电容信号，第三电极1903输出压电信号。在一些实施例中，第一电极1901连接参考地电压，这使得电容式声压信号采集结构1002的偏置电压对压电式声压信号采集结构1001输出的压电信号不会形成干扰。第一钝化层1300，位于支撑氧化层1200中且位于第一背极板1400下方，第一钝化层1300包括多个第三开口1301，第三开口1301与第一背极板1400的声孔1401对应设置。第二钝化层1800，位于第二背极板1700和支撑氧化层1200上，第二钝化层1800包括多个第四开口1801，第四开口1801与第二背极板1700的声孔1701对应设置，第二钝化层1800暴露出第一电极1901、第二电极1902和第三电极1903。第一电极1901、第二电极1902和第三电极1903的材料包括：金属和合金，例如，第一电极1901、第二电极1902和第三电极1903的材料可以是Au、Al、铝硅(Al-Si1％)、Ti+TiN+Al-Si、Cr+Au或Ti+Pt+Au等。第一电极1901、第二电极1902和第三电极1903的厚度包括：0.5至2um。第一钝化层1300和第二钝化层1800的材料包括：氮化硅、氮化硼和碳化硅中的一种，第一钝化层1300和第二钝化层1800的厚度包括：0.8至2um。

支撑氧化层1200包括：第一牺牲层1210、第二牺牲层1220和第三牺牲层1230，第一牺牲层1210、第二牺牲层1220和第三牺牲层1230的材料包括：二氧化硅，第一牺牲层1210的厚度包括：0.5至2um，第二牺牲层1220的厚度包括：2至4um，第三牺牲层1230的厚度包括：1至5um。第一钝化层1300位于第一牺牲层1210上，第一背极板1400位于第一钝化层1300上，第一背极板1400的材料包括：掺杂的多晶硅，第一背极板1400的厚度包括：1至3um。第二牺牲层1220位于第一钝化层1300和第一背极板1400上，振膜1500位于第二牺牲层1220上，振膜1500的材料包括：掺杂的多晶硅，振膜1500的厚度包括：0.2至1um。第三牺牲层1230位于第二牺牲层1220和振膜1500上，第二背极板1700位于第三牺牲层1230上，第二背极板1700的材料包括：掺杂的多晶硅，厚度包括：1至3um。

需要说明的是，本发明实施例中的微机电系统麦克风1000包括压电式声压信号采集结构1001和电容式声压信号采集结构1002，在声压信号的作用下输出压电信号和电容信号，提高了微机电系统麦克风1000的灵敏度。

第一部分振膜1501的尺寸(例如，直径)小于空腔1201的尺寸(例如，直径)。第一部分振膜1501在振动的过程中不会与支撑氧化层1200接触，提高了微机电系统麦克风1000的可靠性。

压电式声压信号采集结构1001和电容式声压信号采集结构1002中的第一部分振膜1501，以及压电式声压信号采集结构1001中的一维压电纳米结构1601均与支撑氧化层1200无接触，第一部分振膜1501处于相对较小的应力状态，提高了第一部分振膜1501的可振动性，第一部分振膜1501具有较高的声压信号采集能力，提高了电容式声压信号采集结构1002的灵敏度。压电式声压信号采集结构1001利用第一部分振膜1501采集声压信号，在第一部分振膜1501振动的过程中，一维压电纳米结构1601发生形变，在一维压电纳米结构1601的两端产生电势差，实现声压信号的转换。与传统压电膜层相比，振膜1500具有更好的声压信号采集能力，一维压电纳米结构1601的形变更加显著；同时一维纳米结构1601发生轴向应变时的压电常数可近似认为为d33，因此，有效提高了压电式声压信号采集结构1001的灵敏度。从而提高了微机电系统麦克风1000的灵敏度。

容易理解的是，本发明实施例的微机电系统麦克风1000中的压电式声压信号采集结构1001利用振膜1500采集声压信号，在振膜1500振动的过程中，一维压电纳米结构1601发生形变，在一维压电纳米结构1601的两端产生电势差，检测该电势差即可实现声压信号的采集。可见，本发明实施例的压电式声压信号采集结构1001是一种自供电器件，在工作状态是不需要外加电源进行供电的。

容易理解的是，微机电系统麦克风1000中，在一维压电纳米结构1601的分布范围占振膜1500面积的比例较大的情况下，因一维压电纳米结构1601的覆盖面积大，当一维压电纳米结构1601在声压信号作用下发生形变时，一维压电纳米结构1601两端获得较强的总电势差，较大的总电势差信号便于采集和处理。在一维压电纳米结构1601的分布范围占振膜1500面积的比例较小的情况下，振膜1500的自由状态下的可振动面积增大，增加了振膜1500的可振动性，在相同的声压信号作用下，使一维压电纳米结构1601产生更加明显的形变，因此单根一维压电纳米结构1601两端的电势差更大；并且当振膜1500的可振动性增加时，电容式声压信号采集结构1002的灵敏度会随之提升。平衡好一维压电纳米结构1601的根数和分布面积大小，能够有效提升微机电系统麦克风的灵敏度。

图2至图12示出了本发明第一实施例的微机电系统麦克风的制造方法不同阶段的截面图。参考图2至图12，微机电系统麦克风1000的制造方法包括以下步骤。

如图2所示，提供衬底1100，通过热氧化或低压化学气相淀积(LPCVD)或等离子增强型化学气相淀积(PECVD)等常规半导体工艺方法在衬底1100上形成第一牺牲层1210。衬底1100的材料包括：单晶硅，单晶硅的晶向为<100>。第一牺牲层1210的材料包括：二氧化硅，第一牺牲层1210的厚度包括：0.5至2um。

如图3所示，通过低压化学气相淀积(LPCVD)或离子增强型化学气相淀积(PECVD)等半导体常规工艺技术在第一牺牲层1210上淀积一层第一钝化层材料。通过低压化学气相淀积(LPCVD)等半导体工艺技术在第一钝化层材料上淀积一层第一背极板材料。通过光刻和刻蚀等工艺对第一钝化层材料和第一背极板材料图案化以形成第一背极板1400和第一钝化层1300。第一背极板1400包括多个声孔1401。第一钝化层1300包括多个第三开口1301，第三开口1301与第一背极板1400的声孔1401对应设置。

如图4所示，通过热氧化或低压化学气相淀积(LPCVD)或等离子增强型化学气相淀积(PECVD)等常规半导体工艺方法在第一钝化层1300和第一背极板1400上形成第二牺牲层1220。第二牺牲层1220覆盖第一背极板1400和暴露的第一钝化层1300，并填充第一背极板1400的声孔1401和第一钝化层1300的第三开口1301。

如图5所示，通过低压化学气相淀积(LPCVD)等常规半导体工艺方法在第二牺牲层1220上淀积一层振膜材料，然后通过光刻和刻蚀等工艺对该振膜材料进行图案化以形成振膜1500。振膜1500覆盖部分第二牺牲层1220。振膜1500包括第一部分振膜1501和第二部分振膜1502。振膜1300的材料包括：掺杂的多晶硅，振膜1300的厚度包括：0.2至1um。

如图6所示，通过射频磁控溅射(RF PVD)或氢化物气相外延生长法(HVPE)等常规半导体工艺技术在第一部分振膜1501上生长一维压电纳米材料，刻蚀该一维压电纳米材料形成阵列结构，该阵列结构间隔设置，形成所述多个一维压电纳米结构1601(压电结构1600)。压电结构1600的第二端与振膜1500电连接；具体的，一维压电纳米结构1601的第二端嵌入振膜1500(第一部分振膜1501)。多个一维压电纳米结构1601在声压信号作用下产生电势差。多个一维压电纳米结构1601分布在整个第一部分振膜1501。在一些实施例中，多个一维压电纳米结构1601还可以仅分布在第一部分振膜1501的中心位置。在一些实施例中，多个一维压电纳米结构1601还可以仅分布在第一部分振膜1501的外围周边。一维压电纳米结构1601的材料包括：氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅压电陶瓷。一维压电纳米结构1601包括：纳米棒、纳米线、纳米柱、纳米带。在一些实施例中，一维压电纳米结构1601为纳米棒，纳米棒的长度包括：1至5um；纳米棒的直径包括：0.1至0.5um；纳米棒之间的间距包括：0.5至5um；纳米棒的数量包括：1000至10000根。需要说明的是，所述纳米棒之间的间距和数量随着管芯设计大小可对应调节，纳米棒的长径比在工艺条件允许的范围内尽可能的大，这样能够具有更好的伸缩性、压电效应，使得压电式声压信号采集结构1001具有更高的灵敏度。

如图7所示，通过高密度等离子体化学气相沉积技术(HDP-CVD)或者O₃-TEOS基的亚常压化学气相沉积(SACVD)工艺等常规半导体工艺技术在振膜1500上形成第三牺牲层材料，第三牺牲层材料填充一维压电纳米结构1601的缝隙，并覆盖暴露的第二牺牲层1220和振膜1500；再通过化学机械抛光(CMP)对第三牺牲层材料进行表面平坦化处理，漂洗一维压电纳米结构1601区域的少量第三牺牲层材料以暴露出一维压电纳米结构1601的第一端，方便之后的工序中将一维压电纳米结构1601的第一端与第二背板板1700嵌套。剩余的第三牺牲层材料形成第三牺牲层1230。

如图8所示，通过低压化学气相淀积(LPCVD)等半导体工艺技术在第三牺牲层1230上淀积一层第二背极板材料，后续形成第二背极板1700。通过低压化学气相淀积(LPCVD)或离子增强型化学气相淀积(PECVD)等半导体常规工艺技术在第二背极板材料上淀积一层第二钝化层材料，后续形成第二钝化层1800。

如图9所示，通过光刻和刻蚀等工艺对第二钝化层材料1800、支撑氧化层1200图案化以在支撑氧化层1200中形成第一开口和第二开口，在第二钝化层1800中形成第五开口、第六开口和第七开口，第一开口和第五开口的位置与第一电极1901的位置对应，作为第一电极1901的引线孔窗口，第二开口和第六开口的位置与第二电极1902的位置对应，作为第二电极1902的引线孔窗口，第七开口的位置与第三电极1903的位置对应，作为第三电极1903的引线孔窗口。再通过溅射或蒸发等半导体常规工艺技术在第二钝化层1800上淀积电极材料，然后通过光刻和刻蚀等工艺对电极材料图案化以在第二钝化层1800上形成第一电极1901、第二电极1902和第三电极1903。第一电极1901通过第一开口和第五开口与第二部分振膜1502电连接，第二电极1902通过第二开口和第六开口与第一背极板1400电连接，第三电极1903通过第七开口与第二背极板1700电连接。

如图10所示，通过光刻和刻蚀等工艺对第二背极板材料和第二钝化层材料图案化以在第二背极板1700中形成多个声孔1701，在第二钝化层1800中形成多个第四开口1801，第四开口1801与声孔1701对应设置。一维压电纳米结构1601的第一端与第二背极板1700电连接；具体的，一维压电纳米结构1601的第一端嵌入第二背极板1700。一维压电纳米结构1601隔离第二背极板1700和振膜1500，防止第二背极板1700和振膜1500在振动过程中发生黏连。

如图11所示，在衬底1100中形成背腔1101，背腔1101贯穿衬底1100。通过常规半导体CMP或减薄工艺，减薄衬底1100的厚度至设计值，该设计值包括：200至600um。然后通过双面光刻和深槽刻蚀等半导体常规工艺方法，从背面刻蚀硅衬底1100直到第一牺牲层1210自动检测终止，在衬底1100形成背腔1101。第一部分振膜1501的尺寸(例如，直径)小于背腔1101的尺寸(例如，直径)。

如图12所示，利用选择性湿法腐蚀HF酸或BOE溶液或气相腐蚀等半导体常规工艺技术，腐蚀第一牺牲层1210，通过背腔1101和声孔1401腐蚀第二牺牲层1220，再利用选择性湿法腐蚀HF酸或BOE溶液或气相腐蚀等半导体常规工艺技术，通过声孔1701腐蚀第三牺牲层1230，以在第一牺牲层1210、第二牺牲层1220和第三牺牲层1230中形成空腔1201，空腔1201、背腔1101连通、声孔1401和声孔1701连通。剩余的第一牺牲层1210、第二牺牲层1220和第三牺牲层1230形成支撑氧化层1200，第一背极板1400、第二背极板1700和振膜1500的边缘由支撑氧化层1200支撑。第一部分振膜1501的尺寸(例如，直径)小于空腔1201的尺寸(例如，直径)。

图13示出了本发明第二实施例的微机电系统麦克风的结构示意图。如图13所示，微机电系统麦克风2000与图1所示的微机电系统麦克风1000的结构基本一致，不同之处在于，压电式声压信号采集结构2001位于电容式声压信号采集结构2002下方。第二背极板2700位于支撑氧化层2200中，第一背极板2400位于支撑氧化层2200上，振膜2500位于第一背极板2400和第二背极板2700之间。第一电极2901位于支撑氧化层2200上，通过支撑氧化层2200的第一开口与第二部分振膜2502电连接；第二电极2902位于第一背极板2400上，与第一背极板2400电连接；第三电极2903位于支撑氧化层2200上，通过支撑氧化层2200的第二开口与第二背极板2700电连接。第二电极2902输出电容信号，第三电极2903输出压电信号。第一钝化层2300位于支撑氧化层2200中且位于第二背极板2700下方，第一钝化层2300包括多个第三开口2301，第三开口2301与第二背极板2700的声孔2701对应设置。第二钝化层2800位于第一背极板2400和支撑氧化层2200上，第二钝化层2800包括多个第四开口2801，第四开口2801与第一背极板2400的声孔2401对应设置，第二钝化层2800暴露出第一电极2901、第二电极2902和第三电极2903。

图14至图24示出了本发明第二实施例的微机电系统麦克风的制造方法不同阶段的截面图。参考图14至图24，微机电系统麦克风2000的制造方法包括以下步骤。

如图14和图15所示的步骤与图2和图3所示的步骤一致，这里就不在赘述。

如图16所示，通过离子增强型化学气相淀积(PECVD)等常规半导体工艺方法淀积一层第二牺牲层材料以对声孔2701和第三开口2301进行回填，继而通过化学机械抛光(CMP)工艺进行平坦化，露出第二背极板2700的表面；通过射频磁控溅射(RF PVD)或氢化物气相外延生长法(HVPE)等常规半导体工艺技术在第二背极板2700上生长一维压电纳米材料，刻蚀一维压电纳米材料形成阵列结构，阵列结构间隔设置，形成多个一维压电纳米结构2601(压电结构2600)，一维压电纳米结构2601与声孔2701相互错开。一维压电纳米结构2601的第一端与第二背极板2700电连接；具体的，一维压电纳米结构2601的第一端嵌入第二背极板2700。

如图17所示，通过高密度等离子体化学气相沉积技术(HDP-CVD)或者O₃-TEOS基的亚常压化学气相沉积(SACVD)工艺等常规半导体工艺技术在第二背极板2700上淀积第二牺牲层材料，第二牺牲层材料填充一维压电纳米结构2601的缝隙，并覆盖暴露的第一钝化层2300和第二背极板2700；再通过化学机械抛光(CMP)对第二牺牲层材料进行表面平坦化处理，漂洗一维压电纳米结构2601区域的少量第二牺牲层材料以暴露出压电结构2600的第二端，方便之后的工序中将一维压电纳米结构2601的第二端与振膜2500嵌套。剩余的第二牺牲层材料形成第二牺牲层2220。

如图18所示，通过低压化学气相淀积(LPCVD)等常规半导体工艺方法在第二牺牲层2220上淀积一层振膜材料，然后通过光刻和刻蚀等工艺对该振膜材料进行图案化以形成振膜2500。振膜2500覆盖部分第二牺牲层2220。振膜2500包括第一部分振膜2501和第二部分振膜2502。一维压电纳米结构2601的第二端与第一部分振膜2501电连接，具体的，一维压电纳米结构2601的第二端嵌入第一部分振膜2501。

如图19所示，通过高密度等离子体化学气相沉积技术(HDP-CVD)或者O₃-TEOS基的亚常压化学气相沉积(SACVD)工艺等常规半导体工艺技术在振膜2500上形成第三牺牲层2230，第三牺牲层2230覆盖暴露的第二牺牲层2220和振膜2500。

如图20所示，通过低压化学气相淀积(LPCVD)等半导体工艺技术在第三牺牲层2230上淀积一层第一背极板材料，后续形成第一背极板2400。通过低压化学气相淀积(LPCVD)或离子增强型化学气相淀积(PECVD)等半导体常规工艺技术在第一背极板材料上淀积一层第二钝化层材料，后续形成第二钝化层2800。

如图21所示，通过光刻和刻蚀等工艺对第二钝化层材料2800、支撑氧化层2200图案化以在支撑氧化层2200中形成第一开口和第二开口，在第二钝化层2800中形成第五开口、第六开口和第七开口，第一开口和第五开口的位置与第一电极2901的位置对应，作为第一电极2901的引线孔窗口，第二开口和第六开口的位置与第三电极2903的位置对应，作为第三电极2903的引线孔窗口，第七开口的位置与第二电极2902的位置对应，作为第二电极2902的引线孔窗口。再通过溅射或蒸发等半导体常规工艺技术在第二钝化层2800上淀积电极材料，然后通过光刻和刻蚀等工艺对电极材料图案化以在第二钝化层2800上形成第一电极2901、第二电极2902和第三电极2903。第一电极2901通过第一开口和第五开口与第二部分振膜2502电连接，第二电极2902通过第七开口与第一背极板2400电连接，第三电极2903通过第二开口和第六开口与第二背极板2700电连接。

如图22所示，通过光刻和刻蚀等工艺对第一背极板材料和第二钝化层材料图案化以在第一背极板2400中形成多个声孔2401，在第二钝化层2800中形成多个第四开口2801，第四开口2801与声孔2401对应设置。

如图23和图24所示的步骤与图11和图12所示的步骤一致，这里就不再赘述。

根据本发明实施例提供的微机电系统麦克风及其制造方法，微机电系统麦克风包括：设有背腔的衬底，背腔贯穿衬底；位于衬底上的支撑氧化层，支撑氧化层围成空腔，空腔和背腔连通；呈上下结构分布于空腔中的电容式声压信号采集结构和压电式声压信号采集结构。在声压信号的作用下压电式声压信号采集结构输出压电信号，电容式声压信号采集结构输出电容信号，提高了微机电系统麦克风的灵敏度。

电容式声压信号采集结构包括振膜和第一背极板。压电式声压信号采集结构包括位于空腔的第二背极板、第一部分振膜和压电结构。压电结构为多个一维压电纳米结构，一维压电纳米结构的第一端与第二背极板电连接，第二端与振膜电连接。压电式声压信号采集结构利用振膜采集声压信号，在振膜振动的过程中，一维压电纳米结构发生形变，在一维压电纳米结构的两端产生电势差，实现声压信号的转换。与传统压电膜层相比，振膜具有更好的声压信号采集能力，一维压电纳米结构的形变更加显著，同时一维纳米结构发生轴向应变时的压电常数可近似认为为d33，因此，有效改善了压电式声压信号采集结构的灵敏度，提高了微机电系统麦克风的灵敏度。与二维纳米薄膜和三维纳米体结构相比，在相同力作用下一维压电纳米结构的形变更大，进一步提高了微机电系统麦克风的灵敏度。与传统压电膜层相比，一维压电纳米结构生长方便，易于制备，直接薄膜淀积后刻蚀，类似于模板法制备阵列，性能比薄膜具有更大的优势，同时不需要陶瓷或薄膜压电材料的极化步骤，因此，简化了微机电系统麦克风中压电式声压信号采集结构的制备工艺。

作为压电式声压信号采集结构的振膜和一维压电纳米结构分别与支撑氧化层无接触，振膜处于相对较小的应力状态，提高了第一部分振膜的可振动性，进而提高了微机电系统麦克风的灵敏度。

第一部分振膜的尺寸(例如，直径)小于空腔的尺寸(例如，直径)。压电式声压信号采集结构和电容式声压信号采集结构在振动的过程中不会与支撑氧化层接触，提高了微机电系统麦克风的可靠性。一维压电纳米结构位于振膜和第二背极板之间，避免了振膜和第二背极板在振动过程中发生黏连的情况，提高了微机电系统麦克风的可靠性。

支撑氧化层将压电式声压信号采集结构和电容式声压信号采集结构包围在空腔中，避免压电式声压信号采集结构和电容式声压信号采集结构被外界环境干扰，提高了微机电系统麦克风的抗干扰性能，进而提高了微机电系统麦克风的输出信噪比。本发明实施例的微机电系统麦克风工作时能承受较大的工作气压，同时具有很宽的工作频率；压电式声压信号采集结构和电容式声压信号采集结构集成在一颗管芯上，保证小尺寸的同时互不干扰，相互独立，有效的提高了器件的使用寿命。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (62)

1.一种微机电系统麦克风，其中，包括：

衬底，所述衬底中设置有背腔，所述背腔贯穿所述衬底；

支撑氧化层，位于所述衬底上，所述支撑氧化层围成空腔，所述空腔和所述背腔连通；

电容式声压信号采集结构和压电式声压信号采集结构，所述电容式声压信号采集结构和所述压电式声压信号采集结构呈上下结构分布于所述空腔中。

2.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中，所述微机电系统麦克风还包括：振膜和背极板，

所述电容式声压信号采集结构和所述压电式声压信号采集结构共用所述振膜。

3.根据权利要求2所述的微机电系统麦克风，其中，所述背极板和所述振膜的边缘由所述支撑氧化层支撑。

4.根据权利要求2所述的微机电系统麦克风，其中，所述背极板包括：第一背极板和第二背极板，所述第一背极板和所述第二背极板彼此电性隔离，所述第一背极板和所述第二背极板均包括多个声孔，

所述电容式声压信号采集结构包括所述振膜和所述第一背极板；

所述压电式声压信号采集结构包括所述振膜和所述第二背极板，以及与所述振膜和所述第二背极板电连接的压电结构。

5.根据权利要求4所述的微机电系统麦克风，其中，所述压电结构包括多个一维压电纳米结构，所述一维压电纳米结构的第一端与所述第二背极板电连接，第二端与所述振膜电连接。

6.根据权利要求5所述的微机电系统麦克风，其中，所述压电结构为所述多个一维压电纳米结构。

7.根据权利要求5或6所述的微机电系统麦克风，其中，所述多个一维压电纳米结构在声压信号作用下产生电势差。

8.根据权利要求5或6所述的微机电系统麦克风，其中，所述振膜包括第一部分振膜和第二部分振膜，所述第一部分振膜位于所述空腔中，所述第二部分振膜位于所述支撑氧化层中。

9.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中，所述电容式声压信号采集结构位于所述压电式声压信号采集结构下方。

10.根据权利要求9所述的微机电系统麦克风，其中，所述第二背极板位于所述支撑氧化层上，所述第一背极板位于所述支撑氧化层中，所述振膜位于所述第一背极板和所述第二背极板之间。

11.根据权利要求10所述的微机电系统麦克风，其中，所述微机电系统麦克风还包括：

第一电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第一开口与所述第二部分振膜电连接；

第二电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第二开口与所述第一背极板电连接，所述第二电极输出电容信号；

第三电极，位于所述第二背极板上，与所述第二背极板电连接，所述第三电极输出压电信号。

12.根据权利要求11所述的微机电系统麦克风，其中，所述微机电系统麦克风还包括：

第一钝化层，位于所述支撑氧化层中且位于所述第一背极板下方，所述第一钝化层包括多个第三开口，所述第三开口与所述第一背极板的所述声孔对应设置；

第二钝化层，位于所述第二背极板和所述支撑氧化层上，所述第二钝化层包括多个第四开口，所述第四开口与所述第二背极板的所述声孔对应设置，所述第二钝化层暴露出所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

13.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中，所述电容式声压信号采集结构位于所述压电式声压信号采集结构上方。

14.根据权利要求13所述的微机电系统麦克风，其中，所述第二背极板位于所述支撑氧化层中，所述第一背极板位于所述支撑氧化层上，所述振膜位于所述第一背极板和所述第二背极板之间。

15.根据权利要求14所述的微机电系统麦克风，其中，所述微机电系统麦克风还包括：

第一电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第一开口与所述第二部分振膜电连接；

第二电极，位于所述第一背极板电上，与所述第一背极板电连接，所述第二电极输出电容信号；

第三电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第二开口与所述第二背极板电连接，所述第三电极输出压电信号。

16.根据权利要求15所述的微机电系统麦克风，其中，所述微机电系统麦克风还包括：

第一钝化层，位于所述支撑氧化层中且位于所述第二背极板下方，所述第一钝化层包括多个第三开口，所述第三开口与所述第二背极板的所述声孔对应设置；

第二钝化层，位于所述第一背极板和所述支撑氧化层上，所述第二钝化层包括多个第四开口，所述第四开口与所述第一背极板的所述声孔对应设置，所述第二钝化层暴露出所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

17.根据权利要求11或15所述的微机电系统麦克风，其中，所述第一电极连接参考地电压。

18.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中，所述第一部分振膜的尺寸小于所述空腔的尺寸。

19.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中，所述第一部分振膜的尺寸小于所述背腔的尺寸。

20.根据权利要求5或6所述的微机电系统麦克风，其中，所述一维压电纳米结构的第一端嵌入所述第二背极板，第二端嵌入所述振膜。

21.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的中心位置。

22.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的外围周边。

23.根据权利要求8所述的微机电系统麦克风，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在整个所述第一部分振膜。

24.根据权利要求5或6所述的微机电系统麦克风，其中，所述一维压电纳米结构的材料包括：氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅压电陶瓷。

25.根据权利要求5或6所述的微机电系统麦克风，其中，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒、纳米线、纳米柱、纳米带。

26.根据权利要求5或6所述的微机电系统麦克风，其中，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒，所述纳米棒的长度包括：1至5um，所述纳米棒的直径包括：0.1至0.5um，所述纳米棒之间的间距包括：0.5至5um，所述纳米棒的数量包括：1000至10000根。

27.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中，所述支撑氧化层包括：第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层，所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第一牺牲层的厚度包括：0.5至2um，所述第二牺牲层的厚度包括：2至4um，所述第三牺牲层的厚度包括：1至5um。

28.根据权利要求2所述的微机电系统麦克风，其中，所述振膜的材料包括：掺杂的多晶硅，所述振膜的厚度包括：0.2至1um。

29.根据权利要求4所述的微机电系统麦克风，其中，所述第一背极板和所述第二背极板的材料包括：掺杂的多晶硅，所述第一背极板和所述第二背极板的厚度包括：1至3um。

30.根据权利要求12或16所述的微机电系统麦克风，其中，所述第一钝化层和所述第二钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼和碳化硅中的一种，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度包括：0.8至2um。

31.一种微机电系统麦克风的制造方法，其中，包括：

提供衬底，在所述衬底上形成支撑氧化层；

形成电容式声压信号采集结构和压电式声压信号采集结构；

在所述衬底形成背腔，所述背腔贯穿所述衬底；

在所述支撑氧化层形成空腔，所述空腔和所述背腔连通，所述电容式声压信号采集结构和所述压电式声压信号采集结构呈上下结构分布于所述空腔中。

32.根据权利要求31所述的制造方法，其中，所述制造方法还包括：形成振膜和背极板，

所述电容式声压信号采集结构和所述压电式声压信号采集结构共用所述振膜。

33.根据权利要求32所述的制造方法，其中，所述背极板和所述振膜的边缘由所述支撑氧化层支撑。

34.根据权利要求32所述的制造方法，其中，形成背极板包括：形成第一背极板和第二背极板，所述第一背极板和所述第二背极板彼此电性隔离，所述第一背极板和所述第二背极板均包括多个声孔；

所述电容式声压信号采集结构包括所述振膜和所述第一背极板；

所述压电式声压信号采集结构包括所述振膜和所述第二背极板，以及与所述振膜和所述第二背极板电连接的压电结构。

35.根据权利要求34所述的制造方法，其中，所述压电结构包括多个一维压电纳米结构，所述一维压电纳米结构的第一端与所述第二背极板电连接，第二端与所述振膜电连接。

36.根据权利要求35所述的制造方法，其中，所述压电结构为所述多个一维压电纳米结构。

37.根据权利要求35或36所述的制造方法，其中，所述多个一维压电纳米结构在声压信号作用下产生电势差。

38.根据权利要求35或36所述的制造方法，其中，所述支撑氧化层包括：第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层，所述第二牺牲层位于所述第一牺牲层和所述第三牺牲层之间，形成振膜包括：

在所述第二牺牲层上形成所述振膜，所述振膜包括第一部分振膜和第二部分振膜，所述第一部分振膜位于所述空腔中，所述第二部分振膜位于所述第二牺牲层上。

39.根据权利要求38所述的制造方法，其中，所述电容式声压信号采集结构位于所述压电式声压信号采集结构下方，形成所述压电结构包括：

在所述第一部分振膜上生长一维压电纳米材料，刻蚀所述一维压电纳米材料形成阵列结构，所述阵列结构间隔设置，形成所述多个一维压电纳米结构。

40.根据权利要求39所述的制造方法，其中，在所述衬底上形成支撑氧化层包括：

在所述衬底上形成所述第一牺牲层；

在所述第一背极板上形成所述第二牺牲层；

在所述振膜上形成所述第三牺牲层，所述第三牺牲层填充所述一维压电纳米结构的缝隙并暴露出所述一维压电纳米结构的第一端。

41.根据权利要求40所述的制造方法，其中，形成第一背极板和第二背极板包括：

在所述第一牺牲层上形成所述第一背极板；

在所述第三牺牲层上形成所述第二背极板。

42.根据权利要求41所述的制造方法，其中，所述制造方法还包括：

形成第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极通过所述第三牺牲层的第一开口与所述第二部分振膜电连接，所述第二电极通过所述第三牺牲层和所述第二牺牲层的第二开口与所述第一背极板电连接，所述第二电极输出电容信号，所述第三电极与所述第二背极板电连接，所述第三电极输出压电信号。

43.根据权利要求42所述的制造方法，其中，所述制造方法还包括：

在所述第一牺牲层和所述第一背极板之间形成第一钝化层，所述第一钝化层包括多个第三开口，所述第三开口与所述第一背极板的所述声孔对应设置；

在所述第二背极板和所述第三牺牲层上形成第二钝化层，所述第二钝化层包括多个第四开口，所述第四开口与所述第二背极板的所述声孔对应设置，所述第二钝化层暴露出所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

44.根据权利要求38所述的制造方法，其中，所述电容式声压信号采集结构位于所述压电式声压信号采集结构上方，形成所述压电结构包括：

使用所述第二牺牲层材料回填所述第二背极板的所述声孔，平坦化所述第二牺牲层材料；

在所述第二背极板上生长一维压电纳米材料，刻蚀所述一维压电纳米材料形成阵列结构，所述阵列结构间隔设置，形成所述多个一维压电纳米结构。

45.根据权利要求44所述的制造方法，其中，在所述衬底上形成支撑氧化层包括：

在所述衬底上形成所述第一牺牲层；

在所述第二背极板上形成所述第二牺牲层，所述第二牺牲层填充所述一维压电纳米结构的缝隙并暴露出所述一维压电纳米结构的第二端；

在所述振膜上形成所述第三牺牲层。

46.根据权利要求45所述的制造方法，其中，形成第一背极板和第二背极板包括：

在所述第一牺牲层上形成所述第二背极板；

在所述第三牺牲层上形成所述第一背极板。

47.根据权利要求46所述的制造方法，其中，所述制造方法还包括：

形成第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极通过所述第三牺牲层的第一开口与所述第二部分振膜电连接，所述第二电极与所述第一背极板电连接，所述第二电极输出电容信号，所述第三电极通过所述第三牺牲层和所述第二牺牲层的第二开口与所述第二背极板电连接，所述第三电极输出压电信号。

48.根据权利要求47所述的制造方法，其中，所述制造方法还包括：

在所述第一牺牲层和所述第二背极板之间形成第一钝化层，所述第一钝化层包括多个第三开口，所述第三开口与所述第二背极板的所述声孔对应设置；

在所述第一背极板和所述第三牺牲层上形成第二钝化层，所述第二钝化层包括多个第四开口，所述第四开口与所述第一背极板的所述声孔对应设置，所述第二钝化层暴露出所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

49.根据权利要求42或47所述的制造方法，其中，所述第一电极连接参考地电压。

50.根据权利要求38所述的制造方法，其中，所述第一部分振膜的尺寸小于所述空腔的尺寸。

51.根据权利要求38所述的制造方法，其中，所述第一部分振膜的尺寸小于所述背腔的尺寸。

52.根据权利要求35或36所述的制造方法，其中，所述一维压电纳米结构的第一端嵌入所述第二背极板，第二端嵌入所述振膜。

53.根据权利要求38所述的制造方法，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的中心位置。

54.根据权利要求38所述的制造方法，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的外围周边。

55.根据权利要求38所述的制造方法，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在整个所述第一部分振膜。

56.根据权利要求35或36所述的制造方法，其中，所述一维压电纳米结构的材料包括：氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅压电陶瓷。

57.根据权利要求35或36所述的制造方法，其中，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒、纳米线、纳米柱、纳米带。

58.根据权利要求35或36所述的制造方法，其中，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒，所述纳米棒的长度包括：1至5um，所述纳米棒的直径包括：0.1至0.5um，所述纳米棒之间的间距包括：0.5至5um，所述纳米棒的数量包括：1000至10000根。

59.根据权利要求38所述的制造方法，其中，所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第一牺牲层的厚度包括：0.5至2um，所述第二牺牲层的厚度包括：2至4um，所述第三牺牲层的厚度包括：1至5um。

60.根据权利要求32所述的制造方法，其中，所述振膜的材料包括：掺杂的多晶硅，所述振膜的厚度包括：0.2至1um。

61.根据权利要求34所述的制造方法，其中，所述第一背极板和所述第二背极板的材料包括：掺杂的多晶硅，所述第一背极板和所述第二背极板的厚度包括：1至3um。

62.根据权利要求43或48所述的制造方法，其中，所述第一钝化层和所述第二钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼和碳化硅中的一种，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度包括：0.8至2um。

Images