CN114845227B - Mems结构及mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本申请公开了MEMS结构及MEMS麦克风。所述MEMS结构包括：第一电极结构；第二电极结构，第一电极结构的上表面与第二电极结构的下表面彼此相对；以及第一支撑结构，位于第一电极结构和第二电极结构之间，在的外围区将第一电极结构和第二电极结构固定在一起，在的中间区形成第一空腔，其中，第一电极结构形成有第一进气孔和第一泄气孔，第二电极结构形成有第二进气孔和第二泄气孔，第一电极结构和第二电极结构之间形成有第一窄气流通道，第一泄气孔和第二泄气孔与第一窄气流通道连通以形成气压释放通道。该MEMS结构采用双泄气孔和气压释放通道，以兼顾高声压作用下的可靠性和低频响应特性。

Description

MEMS结构及MEMS麦克风

技术领域

本申请涉及半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种MEMS结构及MEMS麦克风。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)是采用微电子技术和微机械加工技术，在半导体材料基础上制作的微型传感器或微型执行器。MEMS麦克风是微机电系统中的一种，与传统驻极体电容式麦克风(ECM)相比，具有更好的声学性能、更高的信噪比、更好的一致性的敏感度以及更低的功耗。MEMS麦克风已经广泛应用在智能手机、笔记本电脑等领域以提供更高的语音质量。

MEMS麦克风包括彼此相对的背板和振膜，二者组成可变电容。MEMS麦克风的运动结构例如是振膜。在声波引起气压变化时，背板保持静止，振膜随着气压变化而弯曲，使得可变电容的电容量发生变化。振膜经常面临周围气压变化带来的气流冲击，当气压急剧变化，瞬间气流过大时，容易发生结构破损失效。已经发现，在MEMS麦克风的振膜和背板至少之一中设置泄气孔可以有效保护振膜。然而，MEMS麦克风的低频响应特性也会相应劣化。

因此，仍然期望进一步改进MEMS结构的设计以提高MEMS麦克风的可靠性和低频响应特性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供MEMS结构及MEMS麦克风，该MEMS结构采用双泄气孔和气压释放通道，以兼顾高声压作用下的可靠性和低频响应特性。

根据本发明的一方面，提供一种MEMS结构，包括：

第一电极结构，包括第一导电层；

第二电极结构，包括第二导电层，所述第一电极结构的上表面与所述第二电极结构的下表面彼此相对；以及

第一支撑结构，位于所述第一电极结构和所述第二电极结构之间，在所述MEMS结构的外围区将所述第一电极结构和所述第二电极结构固定在一起，在所述MEMS结构的中间区形成第一空腔，

其中，所述第一电极结构形成有第一进气孔和第一泄气孔，所述第二电极结构形成有第二进气孔和第二泄气孔，所述第一电极结构和所述第二电极结构之间形成有第一窄气流通道，所述第一泄气孔和所述第二泄气孔与所述第一窄气流通道连通以形成气压释放通道。

优选的，所述第一电极结构的上表面和所述第二电极结构的下表面中的至少一个表面具有第一凸起结构，所述第一凸起结构与相对的表面形成所述第一窄气流通道的颈部。

优选的，所述第一凸起结构将所述第一电极结构和所述第二电极结构的表面分别分隔成第一区域至第三区域，

所述第一区域位于所述表面的中间，所述第三区域位于所述表面的周边，所述第二区域位于所述第一区域和所述第三区域之间，

所述第一进气孔位于所述第二区域中，所述第二进气孔位于所述第一区域中，所述第一泄气孔和所述第二泄气孔位于所述第三区域中。

优选的，所述第一凸起结构至少包括第一内环和第一外环，所述第一内环位于所述第一外环的内部，

所述第一区域是所述第一内环的内部区域，所述第三区域是所述第一外环的外部区域，所述第二区域是所述第一内环和所述第一外环之间的区域。

优选的，所述第一电极结构的下表面具有第二凸起结构，所述第二凸起结构与所述第一凸起结构的形状和位置相对应，并且与外部结构的表面形成第二窄气流通道的颈部。

优选的，所述第二凸起结构至少包括第一内环和第一外环，所述第一内环位于所述第一外环的内部。

优选的，所述第一泄气孔和所述第二泄气孔彼此对齐，并且所述第一泄气孔和所述第二泄气孔的开口尺寸彼此相对应。

优选的，所述第一泄气孔与所述第一泄气孔彼此错开，并且所述第一泄气孔的开口尺寸大于所述第二泄气孔的开口尺寸。

优选的，所述第二电极结构的表面具有下沉结构，所述第二泄气孔位于所述下沉结构的斜面上。

根据本发明的另一方面，提供一种MEMS麦克风，包括：

根据上述任一项所述的MEMS结构，其中，所述第一电极结构和所述第二电极结构分别作为所述MEMS麦克风的振膜和背板；

衬底，位于所述振膜下方且有进气通道；以及

第二支撑结构，位于所述振膜和所述衬底之间，在所述MEMS结构的外围区将所述振膜和所述衬底固定在一起，在所述MEMS结构的中间区形成第二空腔。

根据本发明实施例的MEMS结构和MEMS麦克风。第一电极结构和第二电极结构作为可变电容的对电极。在声波引起气压变化时，第一电极结构和第二电极结构之间的距离相应变化，可以利用可变电容的电容量变化检测声波。如果气压急剧变化，瞬间气流过大，则，在MEMS结构中，第一电极结构和第二电极结构的泄气孔提供气压释放通道，使得第一电极结构和第二电极结构之间的空腔中的空气可以快速释放。因而，该MEMS结构可以避免第一电极结构和/或第二电极结构因周围气压变化带来的气流冲击过大而破损，从而有效保护第一电极结构和第二电极结构。

进一步地，第一电极结构和第二电极结构之间形成有第一窄气流通道，第一泄气孔和第二泄气孔与第一窄气流通道连通以形成气压释放通道。在第一电极结构和/或第二电极结构的振动周期中，气流经由经由第一窄气流通道从泄气孔排出第一电极结构和第二电极结构之间的空腔，利用窄气流通道的设计，可以增大第一电极结构和/或第二电极结构在低频声波下的振幅。因而，该MEMS结构可以利用窄气流通道提高低频声波的灵敏度，从而改善低频响应特性。

在优选的实施例中，第二电极结构的泄气孔形成在下沉结构的斜面上，不仅可以提高第二电极结构的机械强度，而且可以进一步减小气压释放通道的空气阻力，利用窄气流通道和下沉式泄气孔的设计，可以进一步增大第一电极结构和/或第二电极结构在低频声波下的振幅。因而，该MEMS结构可以利用窄气流通道和下沉式泄气孔提高低频声波的灵敏度，从而改善低频响应特性。

在优选的实施例中，在第一电极结构和第二电极结构彼此相对的表面至少之一形成凸起结构，凸起结构至少包括内环和外环。第一电极结构和第二电极结构的进气孔分别位于凸起结构分隔的不同区域。凸起结构起着加强肋的作用，增强了第一电极结构和/或第二电极结构的机械强度。凸起结构还限制第一电极结构和/或第二电极结构向上弯曲和向下弯曲的变形程度。因而，该MEMS结构可以避免第一电极结构和/或第二电极结构因周围气压变化带来的气流冲击过大而破损，从而有效保护第一电极结构和/或第二电极结构。

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示出根据本发明第一实施例的MEMS麦克风的剖视图；

图2示出根据本发明第一实施例的MEMS麦克风的截面图；

图3示出根据本发明第二实施例的MEMS麦克风的截面图；

图4示出根据本发明第三实施例的MEMS麦克风的截面图；以及

图5示出根据本发明第四实施例的MEMS麦克风制造方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用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。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”等表述方式。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出根据本发明第一实施例的MEMS麦克风的剖视图，图2示出根据本发明第一实施例的MEMS麦克风的截面图。

MEMS麦克风100包括组成可变电容器的MEMS结构。该MEMS结构包括彼此隔开的振膜101和背板102。在器件的截面上，振膜101位于背板102上方，从而形成堆叠结构。振膜101和背板102至少分别包括导电层，以形成可变电容器的对电极。在本实施例中，振膜101和背板102分别是单个导电层，该导电层例如由掺杂多晶硅组成。在替代的实施例中，振膜101和背板102中的至少一个是导电层与绝缘层组成的叠层，该导电层例如由金属组成，该绝缘层例如由氧化硅组成。

进一步地，通过特定的结构设计和/或材料选择，振膜101和背板102可以具有不同的刚度。例如，振膜101的厚度小于背板102的厚度，使得二者表现出不同的刚度。在声波引起气压变化时，振膜101随着气压变化发生弯曲，背板102则基本保持静止，使得可变电容的电容量发生变化。

在器件的主表面(例如，衬底的主表面)上，MEMS结构包括中间区和围绕中间区的外围区。在MEMS结构的外围区中，第一支撑结构103位于振膜101和背板102之间，从而保持振膜101和背板102之间隔开预定距离。第一支撑结构103例如由选自氧化硅或氮化硅的绝缘材料组成。第一支撑结构103具有例如圆形或方形的环状形状，从而围绕振膜101和背板102之间的空腔。

MEMS结构的中间区的空腔提供可变电容的空气介质，外围区是振膜101和背板102经由第一支撑结构103固定在一起的区域，因而，MEMS结构的中间区也称为“锚定区”。在振膜101发生弯曲的情形下，在MEMS结构的外围区，振膜101和背板102彼此固定在一起，二者之间的距离保持不变，在MEMS结构的中间区，由于振膜101发生弯曲，振膜101和背板102之间的距离发生变化，使得可变电容的电容量发生变化。MEMS结构的中间区限定可变电容的有效面积，也称为“有效区”。

振膜101具有进气孔111、泄气孔112和凸起结构113。

进气孔111和泄气孔112是贯穿振膜101的通孔。进气孔111的孔尺寸小于泄气孔112的孔尺寸，例如，进气孔111的孔尺寸是泄气孔112的孔尺寸1/2或更小。进气孔111与泄气孔112相邻，并且与泄气孔112相比更靠近MEMS结构的中心。进气孔111和泄气孔112的数量可以是一个或多个，在多个的情形下，例如按照中心对称图案分布在振膜101的表面上。进气孔111和泄气孔112的截面形状可以相同或不同，例如是选自圆形、方形、三角形、菱形、星形中的任意一种。

凸起结构113形成在振膜101的至少一个表面上。凸起结构113至少包括彼此尺寸不同的内环和外环。振膜101的内环围绕的区域是封闭区域，内环和外环之间的区域是进气区域，外环周围的区域是泄气区域，进气孔111分布在进气区域中，泄气孔112分布在泄气区域中。

背板102具有进气孔114、泄气孔115和凸起结构116。

进气孔114和泄气孔115是贯穿背板102的通孔。进气孔114的孔尺寸小于泄气孔115的孔尺寸，例如，进气孔114的孔尺寸是泄气孔115的孔尺寸1/2或更小。进气孔114与泄气孔115由凸起结构116彼此隔开，并且与泄气孔115相比更靠近MEMS结构的中心。进气孔114和泄气孔115的数量可以是一个或多个，在多个的情形下，例如按照中心对称图案分布在背板102的表面上。进气孔114和泄气孔115的截面形状可以相同或不同，例如是选自圆形、方形、三角形、菱形、星形中的任意一种。

凸起结构116形成在背板102的至少一个表面上。凸起结构116至少包括彼此尺寸不同的内环和外环。背板102的内环围绕的区域是进气区域，内环和外环之间的区域是封闭区域，外环周围的区域是泄气区域，进气孔114分布在进气区域中，泄气孔115分布在泄气区域中。

在MEMS结构中，振膜101的泄气孔112的位置与背板102的泄气孔115的位置大致对应，尺寸大致相同。优选地，振膜101的泄气孔112与背板102的泄气孔115是彼此对齐且大小相同的贯穿孔。振膜101的泄气孔112与背板102的泄气孔115共同提供气压释放通道。

在MEMS结构中，振膜101的凸起结构113的位置与背板102的凸起结构116的位置大致对应。即，振膜101的进气孔111对应于背板102的凸起结构限定的封闭区域，背板102的进气孔114对应于振膜101的封闭区域。振膜101和背板102上的凸起结构形成气流通道的“颈部”，从而形成窄气流通道。

在本实施例中，背板102的凸起结构116位于下表面，从而限定振膜101和背板102之间的第一窄气流通道，振膜101的凸起结构113位于下表面，从而限定振膜101下方的第二窄气流通道。在替代的实施例中，振膜101的凸起结构113位于上表面和下表面，背板101具有平整的上表面和下表面，利用振膜101的下表面的凸起结构限定振膜101下方的第二窄气流通道，利用振膜101的上表面的凸起结构限定振膜101和背板102之间的第一窄气流通道。

在振膜101向下弯曲的情形下，振膜101和背板102之间靠近中心的空腔体积增大。振膜101下方的气体经由第二窄气流通道B，从进气孔111中进入振膜101和背板102之间的空腔，背板102上方的气体从进气孔114中进入振膜101和背板102之间的空腔。在振膜101向上弯曲的情形下，振膜101和背板102之间靠近中心的空腔体积减小。振膜101和背板102之间的空腔中的气体经由振膜101和背板102之间的第一窄气流通道A，从振膜101的泄气孔112和背板102的泄气孔115中的至少一个排出。

进一步地，MEMS麦克风100还包括衬底104和第二支撑结构105。上述MEMS结构中的振膜101形成在衬底104上方，并且采用第二支撑结构105固定在衬底104上。

衬底104例如由适合进行微机械加工的材料组成，包括但不限于：半导体衬底、玻璃衬底、塑料衬底。优选地，衬底104为硅衬底，以兼容现有的半导体工艺。在衬底104的中间位置形成进气通道110。与第一支撑结构103类似，第二支撑结构105例如由选自氧化硅或氮化硅的绝缘材料组成。第二支撑结构105具有例如圆形或方形的环状形状，从而围绕振膜101和衬底104之间的空腔。

在MEMS结构的外围区(即，“锚定区”)，振膜101和衬底104彼此固定在一起，二者之间的距离保持不变。在MEMS结构的中间区(即，“有效区”)，衬底104中的进气通道110与振膜101和衬底104之间的空腔连通。在本实施例中，衬底104的进气通道110的开口尺寸稍小于振膜101的凸起结构113内环的尺寸。即，衬底104的进气通道110对应于振膜101的封闭区域。因而，振膜101下表面向下延伸的凸起结构与衬底104的上表面形成气流通道的“颈部”，从而形成窄气流通道。

根据本实施例的MEMS麦克风100，在声波引起气压变化时，背板102保持静止，振膜101随着气压变化而弯曲，可变电容的电容量发生变化，因而可以利用可变电容的电容量变化检测声波。如果气压急剧变化，瞬间气流过大，则，在MEMS麦克风100中，振膜101的泄气孔112和背板102的泄气孔115提供气压释放通道，使得振膜101和背板102之间的空腔中的空气可以快速释放。因而，该MEMS麦克风100可以避免振膜101因周围气压变化带来的气流冲击过大而破损，从而有效保护振膜101。

进一步地，在振膜101的至少一个表面上形成凸起结构113，进气孔101位于凸起结构113的内环和外环之间。凸起结构113起着加强肋的作用，增强了振膜101的机械强度。振膜101的凸起结构113和背板102的凸起结构116还分别限制振膜101向上弯曲和向下弯曲的变形程度。因而，该MEMS麦克风100可以避免振膜101因周围气压变化带来的气流冲击过大而破损，从而有效保护振膜101。

进一步地，由于振膜101和背板102至少之一的表面上形成的凸起结构，在振膜101的上方空腔和下方空腔分别形成第一窄气流通道和第二窄气流通道。在振膜的振动周期中，气流经由第二窄气流通道从进气孔进入振膜和背板之间的空腔，经由第一窄气流通道从泄气孔排出振膜和背板之间的空腔，利用窄气流通道的设计，可以增大振膜101在低频声波下的振幅。因而，该MEMS麦克风100可以利用窄气流通道提高低频声波的灵敏度，从而改善低频响应特性。

图3示出根据本发明第二实施例的MEMS麦克风的截面图。

根据第二实施例的MEMS麦克风200与根据第一实施例的MEMS麦克风100的结构基本相同，主要区别在于MEMS结构的气压释放通道的设计有所区别。以下仅描述二者之间的主要区别，对二者之间的相同之处不再详述。

MEMS麦克风200的MEMS结构包括彼此隔开的振膜101和背板102。在器件的截面上，振膜101位于背板102上方，从而形成堆叠结构。在MEMS结构的外围区中，第一支撑结构103位于振膜101和背板102之间，从而保持振膜101和背板102之间隔开预定距离。

在MEMS结构的中间区，振膜101和背板102彼此相对形成可变电容的对电极，二者之间的空腔容纳空气作为可变电容的电介质。在声波引起气压变化时，振膜101随着气压变化发生弯曲，背板102则基本保持静止，使得可变电容的电容量发生变化。

振膜101具有进气孔111、泄气孔112和凸起结构113。

振膜101的凸起结构113形成在振膜101的至少一个表面上。凸起结构113至少包括彼此尺寸不同的内环和外环。振膜101的内环围绕的区域是封闭区域，内环和外环之间的区域是进气区域，外环周围的区域是泄气区域，进气孔111分布在进气区域中，泄气孔112分布在泄气区域中。

与第一实施例不同，根据第二实施例的MEMS麦克风200，在MEMS结构中，振膜101的泄气孔112的位置与背板102的泄气孔211的位置彼此错开，尺寸和数量不同。优选地，背板102的泄气孔211的孔尺寸小于等于振膜101的泄气孔112的孔尺寸的1/2，并且，背板102的泄气孔211的孔数量大于等于振膜101的泄气孔112的孔数量的2倍。振膜101的泄气孔211与背板102的泄气孔112共同提供气压释放通道。

根据第二实施例的MEMS麦克风200，由于振膜101的泄气孔112和背板102的泄气孔211无需对齐，因此，可以简化制备工艺。

图4示出根据本发明第三实施例的MEMS麦克风的截面图。

根据第三实施例的MEMS麦克风300与根据第一实施例的MEMS麦克风100的结构基本相同，主要区别在于MEMS结构的气压释放通道的设计有所区别。以下仅描述二者之间的主要区别，对二者之间的相同之处不再详述。

MEMS麦克风300的MEMS结构包括彼此隔开的振膜101和背板102。在器件的截面上，振膜101位于背板102上方，从而形成堆叠结构。在MEMS结构的外围区中，第一支撑结构103位于振膜101和背板102之间，从而保持振膜101和背板102之间隔开预定距离。

在MEMS结构的中间区，振膜101和背板102彼此相对形成可变电容的对电极，二者之间的空腔容纳空气作为可变电容的电介质。在声波引起气压变化时，振膜101随着气压变化发生弯曲，背板102则基本保持静止，使得可变电容的电容量发生变化。

振膜101具有进气孔111、泄气孔112和凸起结构113。

振膜101的凸起结构113形成在振膜101的至少一个表面上。凸起结构113至少包括彼此尺寸不同的内环和外环。振膜101的内环围绕的区域是封闭区域，内环和外环之间的区域是进气区域，外环周围的区域是泄气区域，进气孔111分布在进气区域中，泄气孔112分布在泄气区域中。

与第一实施例不同，根据第三实施例的MEMS麦克风300，在MEMS结构中，振膜101的泄气孔112的位置与背板102的泄气孔312的位置彼此错开，尺寸和数量不同。优选地，振膜101的泄气孔112的孔尺寸小于等于背板102的泄气孔312的孔尺寸的1/2，并且，振膜101的泄气孔112的孔数量大于等于背板102的泄气孔312的孔数量的2倍。振膜101的泄气孔112与背板102的泄气孔312共同提供气压释放通道。

进一步地，根据第三实施例的MEMS麦克风300，背板102的泄气孔312形成在背板102的下沉结构311的斜面上，而非形成在背板102的平整表面上。

根据第三实施例的MEMS麦克风300，由于振膜101的泄气孔112和背板102的泄气孔115无需对齐，因此，可以简化制备工艺。由于背板102的泄气孔312形成在下沉结构311的斜面上，可以提高背板102的机械强度。进一步地，振膜101和背板102之间的第一窄气流通道与背板102的泄气孔312连通形成的气压释放通道的空气阻力减小，利用窄气流通道和下沉式泄气孔的设计，可以进一步增大振膜101在低频声波下的振幅。因而，该MEMS麦克风300可以利用窄气流通道和下沉式泄气孔提高低频声波的灵敏度，从而改善低频响应特性。

图5示出根据本发明第四实施例的MEMS麦克风制造方法的流程图。例如，该MEMS麦克风制造方法用于制造图1所示的MEMS麦克风100。

如图所示，MEMS麦克风制造方法包括步骤S01至S10，步骤S01至S04用于形成MEMS麦克风100的振膜101，步骤S05至S08用于形成MEMS麦克风的背板102，步骤S09和S10用于形成MEMS麦克风100的振膜101上方和下方的空腔。

在步骤S01中，在衬底上形成第一牺牲层。

在该步骤中，通过已知的沉积工艺，如电子束蒸发(EBM)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、溅射等，在衬底上形成第一牺牲层。

衬底例如由适合进行微机械加工的材料组成，包括但不限于：半导体衬底、玻璃衬底、塑料衬底。优选地，衬底104为硅衬底，以兼容现有的半导体工艺。第一牺牲层例如由选自氧化硅或氮化硅的绝缘材料组成。如果第一牺牲层由氧化硅组成，则可以在硅衬底上通过热氧化工艺形成第一牺牲层。

在步骤S02中，在第一牺牲层中形成凹槽。

在该步骤中，在第一牺牲层上形成光刻胶掩模。光刻胶掩模的开口暴露第一牺牲层的一部分表面。采用干法蚀刻或湿法蚀刻，经由光刻胶掩模的开口去除第一牺牲层的一部分。通过控制蚀刻时间，使得蚀刻到达预定深度，从而在第一牺牲层中形成凹槽。在形成凹槽之后，通过在溶剂中溶解或灰化去除光刻胶掩模。

在步骤S03中，在第一牺牲层上形成振膜。

在该步骤中，通过上述已知的沉积工艺，在第一牺牲层上形成振膜。在本实施例中，振膜是单个导电层，例如由掺杂多晶硅组成。该导电层不仅覆盖第一牺牲层的表面，而且填充第一牺牲层的沟槽。导电层位于沟槽中的部分形成振膜的凸起结构。

振膜的凸起结构至少包括彼此尺寸不同的内环和外环。振膜的内环围绕的区域是封闭区域，内环和外环之间的区域是进气区域，外环周围的区域是泄气区域。

在步骤S04中，在振膜中形成进气孔和泄气孔。

在该步骤中，在振膜上形成光刻胶掩模。光刻胶掩模的开口暴露振膜的一部分表面。采用干法蚀刻或湿法蚀刻，经由光刻胶掩模的开口去除振膜的一部分。利用蚀刻剂的选择性，或者，通过控制蚀刻时间，使得蚀刻到达第一牺牲层的表面形成贯穿振膜的贯穿孔，从而形成振膜的进气孔和泄气孔。在形成进气孔和泄气孔之后，通过在溶剂中溶解或灰化去除光刻胶掩模。

振膜的进气孔分布在进气区域中，泄气孔分布在泄气区域中。进气孔的孔尺寸小于泄气孔的孔尺寸，例如，进气孔的孔尺寸是泄气孔的孔尺寸/或更小。进气孔与泄气孔相邻，并且与泄气孔相比更靠近MEMS结构的中心。进气孔和泄气孔的数量可以是一个或多个，在多个的情形下，例如按照中心对称图案分布在振膜的表面上。进气孔和泄气孔的截面形状可以相同或不同，例如是选自圆形、方形、三角形、菱形、星形中的任意一种。

在步骤S05中，在振膜上形成第二牺牲层。

在该步骤中，通过已知的沉积工艺，如电子束蒸发(EBM)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、溅射等，在振膜上形成第二牺牲层。

第二牺牲层例如由选自氧化硅或氮化硅的绝缘材料组成。如果第二牺牲层由氧化硅组成，则可以在硅衬底上通过热氧化工艺形成第二牺牲层。

在步骤S06中，在第二牺牲层中形成凹槽。

在该步骤中，在第二牺牲层上形成光刻胶掩模。光刻胶掩模的开口暴露第二牺牲层的一部分表面。采用干法蚀刻或湿法蚀刻，经由光刻胶掩模的开口去除第二牺牲层的一部分。通过控制蚀刻时间，使得蚀刻到达预定深度，从而在第二牺牲层中形成凹槽。在形成凹槽之后，通过在溶剂中溶解或灰化去除光刻胶掩模。

在步骤S07中，在第二牺牲层上形成背板。

在该步骤中，通过上述已知的沉积工艺，在第二牺牲层上形成背板。在本实施例中，背板是单个导电层，例如由掺杂多晶硅组成。该导电层不仅覆盖第二牺牲层的表面，而且填充第二牺牲层的沟槽。导电层位于沟槽中的部分形成背板的凸起结构。

背板的凸起结构至少包括彼此尺寸不同的内环和外环。背板的内环围绕的区域是进气区域，内环和外环之间的区域是封闭区域，外环周围的区域是泄气区域。

在步骤S08中，在背板中形成进气孔和泄气孔。

在该步骤中，在背板上形成光刻胶掩模。光刻胶掩模的开口暴露背板的一部分表面。采用干法蚀刻或湿法蚀刻，经由光刻胶掩模的开口去除背板的一部分。利用蚀刻剂的选择性，或者，通过控制蚀刻时间，使得蚀刻到达第二牺牲层的表面形成贯穿背板的贯穿孔，从而形成背板的进气孔和泄气孔。在形成进气孔和泄气孔之后，通过在溶剂中溶解或灰化去除光刻胶掩模。

背板的进气孔分布在进气区域中，泄气孔分布在泄气区域中。进气孔的孔尺寸小于泄气孔的孔尺寸，例如，进气孔的孔尺寸是泄气孔的孔尺寸/或更小。进气孔与泄气孔由凸起结构隔开，并且与泄气孔相比更靠近MEMS结构的中心。进气孔和泄气孔的数量可以是一个或多个，在多个的情形下，例如按照中心对称图案分布在背板的表面上。进气孔和泄气孔的截面形状可以相同或不同，例如是选自圆形、方形、三角形、菱形、星形中的任意一种。

在步骤S09中，在衬底背面蚀刻以形成进气通道。

在该步骤中，在衬底背面形成光刻胶掩模。光刻胶掩模的开口暴露衬底的一部分表面。采用干法蚀刻或湿法蚀刻，经由光刻胶掩模的开口去除衬底的一部分。利用蚀刻剂的选择性，或者，通过控制蚀刻时间，使得蚀刻到达第一牺牲层的表面形成贯穿背板的贯穿孔，从而形成衬底中的进气通道。在形成进气通道之后，通过在溶剂中溶解或灰化去除光刻胶掩模。

在步骤S10中，经由进气通道去除第一牺牲层和第二牺牲层的中间部分以形成空腔。

在该步骤中，采用选择性的湿法蚀刻工艺，相对于衬底、振膜和背板去除第一牺牲层和第二牺牲层的一部分。衬底的进气通道、振膜的进气孔和泄气孔、以及背板的进气孔和泄气孔提供蚀刻剂的通道。通过控制蚀刻时间，使得第一牺牲层和第二牺牲层仅去除一部分。第一牺牲层的一部分去除形成振膜下方的空腔，第一牺牲层的剩余部分形成第二支撑结构，第二牺牲层的一部分去除形成振膜上方的空腔，第二牺牲层的剩余部分形成第一支撑结构。

在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种MEMS结构，包括：

第一电极结构，包括第一导电层；

第二电极结构，包括第二导电层，所述第一电极结构的上表面与所述第二电极结构的下表面彼此相对；以及

第一支撑结构，位于所述第一电极结构和所述第二电极结构之间，在所述MEMS结构的外围区将所述第一电极结构和所述第二电极结构固定在一起，在所述MEMS结构的中间区形成第一空腔，

其中，所述第一电极结构形成有第一进气孔和第一泄气孔，所述第二电极结构形成有第二进气孔和第二泄气孔，所述第一电极结构和所述第二电极结构之间形成有第一窄气流通道，所述第一泄气孔和所述第二泄气孔与所述第一窄气流通道连通以形成气压释放通道，

所述第一电极结构的上表面和所述第二电极结构的下表面中的至少一个表面具有第一凸起结构，所述第一凸起结构与相对的表面形成所述第一窄气流通道的颈部，

所述第二电极结构的表面具有下沉结构，所述第二泄气孔位于所述下沉结构的斜面上。

2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述第一凸起结构将所述第一电极结构和所述第二电极结构的表面分别分隔成第一区域、第二区域和第三区域，

所述第一区域位于所述表面的中间，所述第三区域位于所述表面的周边，所述第二区域位于所述第一区域和所述第三区域之间，

所述第一进气孔位于所述第二区域中，所述第二进气孔位于所述第一区域中，所述第一泄气孔和所述第二泄气孔位于所述第三区域中。

3.根据权利要求2所述的MEMS结构，其中，所述第一凸起结构至少包括第一内环和第一外环，所述第一内环位于所述第一外环的内部，

所述第一区域是所述第一内环的内部区域，所述第三区域是所述第一外环的外部区域，所述第二区域是所述第一内环和所述第一外环之间的区域。

4.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述第一电极结构的下表面具有第二凸起结构，所述第二凸起结构与所述第一凸起结构的形状和位置相对应，并且与外部的衬底表面形成第二窄气流通道的颈部。

5.根据权利要求4所述的MEMS结构，其中，所述第二凸起结构至少包括第一内环和第一外环，所述第一内环位于所述第一外环的内部。

6.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述第一泄气孔和所述第二泄气孔彼此对齐，并且所述第一泄气孔和所述第二泄气孔的开口尺寸彼此相对应。

7.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述第一泄气孔与所述第一泄气孔彼此错开，并且所述第一泄气孔的开口尺寸大于所述第二泄气孔的开口尺寸。

8.一种MEMS麦克风，包括：

根据权利要求1至7任一项所述的MEMS结构，其中，所述第一电极结构和所述第二电极结构分别作为所述MEMS麦克风的振膜和背板；

衬底，位于所述振膜下方且有进气通道；以及

第二支撑结构，位于所述振膜和所述衬底之间，在所述MEMS结构的外围区将所述振膜和所述衬底固定在一起，在所述MEMS结构的中间区形成第二空腔。