CN117319907A - Mems麦克风及麦克风加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种MEMS麦克风及麦克风加工工艺，MEMS麦克风包括基底以及安装于所述基底上的第一振膜、第二振膜以及背极板，所述第一振膜与第二振膜之间设置有支撑柱，所述背极板上设有通孔，所述支撑柱穿过所述通孔，所述支撑柱包括连接于所述第一振膜连接的第一支撑柱、连接于所述第二振膜的第二支撑柱，所述第一支撑柱和/或所述第二支撑柱采用塑性材料制成。本申请实施例的一个技术效果在于通过将第一支撑柱和/或第二支撑柱采用塑性材料制成，从而实现在对振膜提供足够支撑的前提下，大幅度降低应力集中效应，从而提高了MEMS麦克风的结构可靠性。
Description
技术领域
本申请属于麦克风技术领域，具体地，本申请涉及一种MEMS麦克风及麦克风加工工艺。
背景技术
随着电子技术的快速发展，MEMS(微电子机械系统)麦克风以其较低信噪比SNR、最大声压级AOP等优点得到了越来越广泛的应用，正在不断扩大市场份额。
其中，MEMS麦克风包括两个振膜，两个振膜之间设置有一个具有通孔的背极板，该背极板位于两个振膜之间，并与两个振膜构成了差分电容器结构。为了实现两个振膜的同步振动，同时对两个振膜进行支撑，两个振膜之间设置有若干与两个振膜连接的支撑柱。
但是，由于存在应力集中等力学性能的问题，支撑柱与振膜连接位置容易破裂，这导致双振膜麦克风的机械可靠性低，极大地限制了其在手机、智能穿戴等领域的应用。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种MEMS麦克风及麦克风加工工艺的新技术方案。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种MEMS麦克风，包括基底以及安装于所述基底上的第一振膜、第二振膜以及背极板，所述第一振膜及所述第二振膜间隔设置于所述背极板的两侧；
所述第一振膜与第二振膜之间设置有支撑柱，所述背极板上开设有通孔，所述支撑柱穿过所述通孔；
所述支撑柱包括连接于所述第一振膜连接的第一支撑柱、连接于所述第二振膜的第二支撑柱，所述第一支撑柱和/或所述第二支撑柱采用塑性材料制成。
可选地，所述支撑柱还包括设置于所述第一支撑柱与所述第二支撑柱之间的连接层。
可选地，所述连接层与所述背极板位于同一平面。
可选地，所述塑性材料包括聚合物、永久光刻胶、软金属、合金等。
可选地，所述塑性材料的杨氏模量小于10GPa。
可选地，所述第一支撑柱采用塑性材料制成，所述第一支撑柱的横截面积大于所述第二支撑柱的横截面积。
可选地，所述第二支撑柱采用高密度硬材料。
可选地，所述第一支撑柱采用塑性材料制成，所述第一支撑柱的直径为4μm-8μm。
可选地，相邻的所述第一支撑柱间距为40μm-80μm。
可选地，所述第一振膜与所述第二振膜之间形成有密封腔。
可选地，所述密封腔内填充有粘度系数小于空气的气体。
可选地，所述密封腔内的气压小于大气压。
可选地，还包括贯穿所述第一振膜与第二振膜的泄压孔，所述泄压孔的孔壁与第一振膜、第二振膜围成了所述密封腔。
可选地，所述泄压孔的孔壁采用塑性材料制成，所述泄压孔的孔壁表面设置有密封层。
根据本申请实施例的第二方面，还提供了一种用于第一方面提供的MEMS麦克风的加工工艺，包括以下步骤：
预处理顶部晶圆：在第一基底上设置第一振膜，所述第一振膜表面设置第一牺牲层，刻蚀所述第一牺牲层，在所述第一振膜上形成多个第一支撑柱；
预处理底部晶圆：在第二基底上设置第二振膜，所述第二振膜表面设置第二牺牲层，在所述第二牺牲层上形成开设有通孔的背极板，刻蚀第二牺牲层，在第二振膜上形成多个第二支撑柱；
顶部晶圆与底部晶圆通过混合晶圆键合方式键合连接，其中第一支撑柱与第二支撑柱构成连接关系；
去除第一基底。
可选地，第一振膜与第二振膜上设置泄压孔，第一支撑柱及第二支撑柱形成泄压孔侧壁，对泄压孔进行气密性修补并形成密封层。
可选地，刻蚀所述背极板以形成通孔并在所述通孔中保留连接层；
刻蚀所述第二牺牲层以形成第二支撑柱，所述第二支撑柱的两端分别与所述连接层和所述第二振膜连接。
本申请实施例的一个技术效果在于：支撑柱包括第一支撑柱、第二支撑柱以及连接层，其中第一支撑柱和/或第二支撑柱采用塑性材料制成，连接层位于第一支撑柱及第二支撑柱之间且键合连接，从而实现在对第一振膜及第二振膜提供足够支撑的前提下，大幅度降低了第一振膜及第二振膜与支撑柱连接处的应力集中效应，从而提高了MEMS麦克风的结构可靠性。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的MEMS麦克风实施例一的整体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的MEMS麦克风实施例二的整体结构示意图；
图3为本申请实施例提供的MEMS麦克风实施例三的整体结构示意图；
图4为本申请实施例提供的MEMS麦克风实施例四的整体结构示意图；
图5为振膜的应力集中示意图；
图6为振膜的应力集中改善示意图；
图7为支撑柱间距与振膜挠度关系示意图；
图8为本申请实施例提供的麦克风加工工艺示意图之一；
图9为本申请实施例提供的麦克风加工工艺示意图之二。
附图标记说明：1、基底；2、第一振膜；3、第二振膜；4、背极板；41、通孔；5、支撑柱；51、第一支撑柱；52、第二支撑柱；6、连接层；7、密封腔；8、泄压孔；9、密封层；10、支撑层；11、顶部晶圆；12、第一基底；13、第一牺牲层；14、底部晶圆；15、第二基底；16、第二牺牲层。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请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申请的范围。
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，决不作为对本申请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说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，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例子可以具有不同的值。
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。
参照图1-图4，本申请公开了一种MEMS麦克风，包括基底1以及安装于基底1上的第一振膜2、第二振膜3以及背极板4，第一振膜2及第二振膜3间隔设置于背极板4的两侧。参照图1，背极板4具有相背设置的第一表面与第二表面，其中第一表面为图1中背极板4的上表面，第二表面为图1中背极板4的下表面。背极板4的第一表面的边缘位置设置有支撑层10，第一振膜2通过支撑层10与背极板4连接。背极板4的第二表面的边缘位置设置有支撑层10，第二振膜3通过支撑层10与背极板4连接。
本发明的第一振膜2、第二振膜3以及背极板4可以通过沉积、刻蚀的方式形成在基底1上，基底1可以采用单晶硅材料，第一振膜2、第二振膜3、背极板4可以采用单晶硅或者多晶硅材料，这种材料的选择以及沉积的工艺属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。背极板4上设有贯穿背极板4的通孔41，用于使背极板4第一表面及第二表面两侧的空气自由流动。通孔41设置有多个，本申请不对通孔41的数量及位置进行限定，优选地，通孔41均匀分布于背极板4表面。
第一振膜2与第二振膜3之间设置有支撑柱5，支撑柱5穿过通孔41对第一振膜2及第二振膜3进行支撑。支撑柱5包括连接于第一振膜2连接的第一支撑柱51、以及连接于第二振膜3的第二支撑柱52，第一支撑柱51和/或第二支撑柱52采用塑性材料制成。
一种实施例中，支撑柱5包括第一支撑柱51与第二支撑柱52。第一支撑柱51的上端与第一振膜2绝缘连接，第一支撑柱51的下端穿过通孔41与第二支撑柱52的上端对接，第二支撑柱52的下端与第二振膜3绝缘连接。
一种实施例中，支撑柱5包括第一支撑柱51、连接层6以及第二支撑柱52。参照图1，第一支撑柱51的上端与第一振膜2绝缘连接，第一支撑柱51的下端与连接层6的上表面连接。第二支撑柱52的上端与连接层6的下表面连接，第二支撑柱52的下端与第二振膜3绝缘连接。其中，支撑柱5的任何一部分均可以穿过背极板4的通孔41。
例如，连接层6可以位于背极板4靠近第一振膜2的一侧，此时第二支撑柱52穿过背极板4的通孔41。
又例如，连接层6可以位于背极板4的通孔41内，此时连接层6与背极板4位于同一平面，第一支撑柱51及第二支撑柱52分布于背极板4的两侧。
此外，连接层6还可以位于背极板4靠近第二振膜3的一侧，此时第一支撑柱51穿过背极板4的通孔41。
优选地，连接层6位于背极板4的通孔41内，连接层6与背极板4位于同一平面。在该结构下，连接层6可以由背极板4切割而成，同时第一支撑柱51及第二支撑柱52的高度与支撑层10的厚度相同。加工时，连接层6与背极板4位于同一水平面，便于根据支撑层10控制第一支撑柱51及第二支撑柱52的高度，从而提高加工的精确度，同时有利于第一支撑柱51与第二支撑柱52与连接层6的连接精确度及便捷性。
第一支撑柱51位于第二支撑柱52的上方。第一支撑柱51与第二支撑柱52分布于背极板4的两侧，且二者中至少一个由塑性材料形成，另一个采用常规的氮化硅等高密度硬材料。塑性材料的杨氏模量小于氮化硅。杨氏模量用于表征材料的刚度，刚度是指材料对于弹性变形的抗力，材料的刚度越大，杨氏模量越大。
具体来说，实施例一中，如图1所示，支撑柱5中第一支撑柱51采用氮化硅等材料制成，第二支撑柱52采用塑性材料制成；实施例二中，如图2所示，第一支撑柱51与第二支撑柱52均采用塑性材料制成；实施例三中，如图3所示，第一支撑柱51采用塑性材料制成，第二支撑柱52采用氮化硅等材料制成。
参照图5，现有技术中，支撑柱5通常采用氮化硅等高密度硬材料。但是，采用高密度硬材料形成的支撑柱5其本身与振膜接触界面产生的应力大。在振膜发生形变的过程中，振膜与支撑柱5的接触界面应力增加，支撑柱5的局部应力集中效应十分明显。如果再受到额外的机械类的冲击，就很容易导致振膜与支撑柱5连接处的应力超过振膜的断裂强度，从而导致振膜破裂，使得双振膜麦克风结构可靠性低。
参照图6，在本申请中公开的方案中，将位于上方的第一支撑柱51采用塑性材料制成，位于下方的第二支撑柱52仍采用高密度硬材料制成。也即将支撑柱5由图5中所示的全部采用高密度硬材料的结构，替换为图6中至少一部分采用塑性材料制成的结构。由于塑性材料的杨氏模量显著小于氮化硅等高密度硬材料的杨氏模量，从而可以缓冲应力。
参照图7-图8，第一振膜2及第二振膜3振动过程中，第一振膜2及第二振膜3与支撑柱5接触位置发生面弯曲，由于采用塑性材料制成的第一支撑柱51的杨氏模量较低，因此第一支撑柱51与第一振膜2之间的应力大幅减弱。同时因为第一支撑柱51及第二支撑柱52通过连接层6一体连接，因此第一支撑柱51与第二支撑柱52之间发生应力缓冲传递，使得未采用塑性材料制成的第二支撑柱52与第二振膜3之间的应力也有所下降，从而大幅降低了整体的应力集中效应，提高了MEMS麦克风的机械可靠性。
可选地，塑性材料包括聚合物、弹性体、粘合剂、永久光刻胶、软金属、合金等。塑性材料的杨氏模量小于10GPa。
现有技术中使用的氮化硅等高密度硬材料的杨氏模量通常大于50GPa，采用常规的高密度硬材料与振膜之间接触位置处的应力较大。而本申请中选择杨氏模量小于10GPa的塑性材料加工得到的第一支撑柱51和/或第二支撑柱52，在保证其对第一振膜2及第二振膜3的支撑效果的同时，还可以极大降低其与第一振膜2及第二振膜3接触位置处的应力，从而提高MEMS麦克风整体的机械可靠性。
可选地，第一支撑柱51采用塑性材料制成，第一支撑柱51的横截面积大于第二支撑柱52的横截面积。参照图3，位于上方的第一支撑柱51采用聚合物、永久光刻胶等塑性材料，位于下方的第二支撑柱52采用常规的氮化硅等高密度硬材料，在与背极板4平行的平面上，第一支撑柱51的横截面积大于第二支撑柱52的横截面积。
本申请实施例中，由于支撑柱5由第一支撑柱51与连接层6、第二支撑柱52与连接层6的端部接合而成，而在接合过程中，通常采用混合晶圆键合方式。但是在键合过程中容易发生键合错位，业界多数键合后错位值通常在2μm-5μm或大于5μm，难以实现高精度键合，导致第一支撑柱51与第二支撑柱52无法准确与连接层6连接，从而影响支撑柱5整体的结构强度。
优选地，本申请中采用熔融键合方式(Fusion Bonding)实现键合，采用该方式可以产生较小的错位值。由于塑性材料相较于高密度硬材料的杨氏模量较低，因此本申请中设置第一支撑柱51横截面积大于第二支撑柱52，一方面可以吸收键合过程中产生的错位、偏差，提高第一支撑柱51与第二支撑柱52的键合准确度。另一方面，采用塑性材料制成的第一支撑柱51具有更大的横截面积，相比采用高密度硬材料的第二支撑柱52具有更大的横截面积，有利于降低第一支撑柱51与第一振膜2之间的应力，从而减缓应力集中效应，提高MEMS麦克风整体的机械可靠性。
可选地，第二支撑柱52采用高密度硬材料。常规使用的高密度硬材料包括SiNx、SiO2、多晶硅、非晶硅、玻璃、硬金属等。本申请实施例中第一支撑柱51采用塑性材料制成，第二支撑柱52采用高密度硬材料制成，一方面有利于保证支撑柱5整体的结构强度，从而保证支撑柱5对第一振膜2及第二振膜3的支撑力；另一方面有利于降低支撑柱5与第一振膜2及第二振膜3连接处的应力，以减少应力集中效应。
可选地，第一支撑柱51采用塑性材料制成，第一支撑柱51的直径为4μm-8μm。优选地，第一支撑柱51的直径为6μm。
第一支撑柱51的直径越大，第一支撑柱51与第一振膜2之间的接触面积越大，二者之间产生的应力越小。但是第一支撑柱51的直径过大大会导致第一振膜2的有效振动面积减小，导致电容损失明显，有效电容降低。
第一支撑柱51的直径越小，第一支撑柱51与第一振膜2之间的接触面积越小，二者之间产生的应力越大。但是由于塑性材料的杨氏模量较低，在外界大气压作用下会发生形变，第一支撑柱51的直径很小时，难以对第一振膜2实现有效支撑。
因此在本申请所提供的4μm-8μm范围内，采用塑性材料制成的第一支撑柱51可以实现对第一振膜2的支撑力及有效电容的平衡。
可选地，相邻的第一支撑柱51间距为40μm-80μm。优选地，相邻的第一支撑柱51间距为60μm。其中，间距为第一支撑柱51的轴心与相邻的第一支撑柱51的轴心之间的距离。
可选地，第一振膜2与第二振膜3之间形成有密封腔7。参照图1，支撑层10分别与第一振膜2及第二振膜3之间绝缘且密封连接，且由于背极板4开设有通孔41，因此第一振膜2与第二振膜3之间形成有密封腔7，该密封腔7内的空气在背极板4的上下两侧可自由流通。
图7为支撑柱5间距与振膜挠度的关系示意图。其中，横坐标为支撑柱5的间距，也即相邻的支撑柱5轴线之间的距离。具体地，当振膜厚度为0.5μm，压力差为1个大气压(1atm)时，由于外界环境为1个大气压(1atm)，此时第一振膜2与第二振膜3之间的密封腔7内为真空环境。参照图7中的2曲线，此时支撑柱5的最大间距为18μm。当振膜厚度为1μm，压力差为0.1个大气压(0.1atm)时，此时第一振膜2与第二振膜3之间的密封腔7内为0.9atm，也即密封腔7内的压力接近大气压，参照图7中的6曲线，此时第一支撑柱51的最大间距为55μm。
当密封腔7内与环境之间的压力差确定时，支撑柱5的间距越大，支撑柱5在振膜表面的分布密度越小，也即单位面积的振膜内支撑柱5的数量越少，则振膜的有效振动面积越大，麦克风的声学性能越好。也即支撑柱5的间距越大，麦克风的声学性能越好。
纵坐标为振膜的挠度，也即振膜朝向背极板4移动的距离。现有技术中，振膜与背极板4之间的间距通常小于2μm。同时为了保证振膜的正常移动，需要保证振膜的挠度小于振膜与背极板4距离的10％。因此振膜的挠度越小，麦克风的声学性能越好。
参照曲线1-曲线6可知，随支撑柱5的间距增加，振膜的挠度逐渐增加。其中，当密封腔7的内外压力差确定时，支撑柱5的间距越大，单个支撑柱5所承受的压应力越大。支撑柱5沿自身轴向的形变量越大，从而导致与支撑柱5连接的振膜朝向背极板4的移动量增大，振膜朝向背极板4的移动距离为振膜的挠度，也即随支撑柱5的间距增大，振膜的挠度增大。
例如，现有技术中要求振膜的最大挠度小于0.16μm，也即图7纵坐标中对应的1E-7m附近。此时以支撑柱5在振膜表面按正方形排列为例：
参照曲线1-曲线3，当密封腔7内外压力差为1atm时，也即密封腔7内为真空或接近真空状态时，振膜厚度为0.3μm的曲线3的支撑柱5间距小于振膜厚度为0.5μm的曲线2，振膜厚度为0.5μm的曲线2的支撑柱5间距小于振膜厚度为1μm的曲线1。也即，随着振膜的厚度增加，支撑柱5可以设置更大的间距。
参照曲线1及曲线4，当振膜厚度为1μm时，压力差为1atm的曲线1的支撑柱5间距小于压力差为0.1atm的曲线4。也即，压力差越小，密封腔7内的气压越接近大气压，支撑柱5可以设置更大的间距。
为了最大限度地减少静态振膜偏转，也即降低振膜挠度，提高麦克风的声学性能。可选地，密封腔7内填充有粘度系数小于空气的气体。
粘滞系数表征的是受力时气体分子间相互作用所产生的内摩擦力，且粘滞系数通常与温度、压力有关。因此粘滞系数小于空气的气体指的是在同等条件下的粘滞系数小于空气的气体。该同等条件例如可以是在麦克风的工作条件范围内，例如-20℃至100℃等，当然有些麦克风需要在极端的环境下工作，这根据麦克风应用领域而定。
现有技术中，粘滞系数低于空气的气体很多，可以选择那些在麦克风工作条件下小于空气粘滞系数的气体，这些气体例如可以选用异丁烷、丙烷、丙烯、氢气、乙烷、氨、乙炔、乙基氯、乙烯、CH3Cl、甲烷、SO2、H2S、氯气、CO2、N2O、N2中的至少一种。
在密封腔7内填充低粘度气体，可以使密封腔7内的压力与外界环境压力保持一致，也即密封腔7与环境之间的压强差小于0.1atm。例如在填充氢气并密封的时候，可以在氢气氛围内，并在常温(室温)、常压(或者接近一个大气压)的环境中进行密封以补偿外界的环境压力。也就是说使密封后的密封腔7与外界环境的压力差为零，从而在静态时可以使第一振膜2、第二振膜3保持平整，不会发生鼓起或者瘪下去的问题。这就避免了支撑柱5的使用，从而可以提高麦克风的灵敏度，保证了麦克风的声学性能。
可选地，在密封腔7内填充压强低于大气压的气体，密封腔7内气压小于大气压。当密封腔7内为真空时，密封腔7与环境之间的压强差为1atm。
气体压力P与气体的动态粘度μ的关系为：
如果间隙>平均自由程L：气体的动态粘度μ与气体压力P无关；
如果间隙<<平均自由程L：气体的动态粘度μ与气体压力P成正比。
对于室温下的空气：平均自由程L＝6.6/P(L单位为mm,P单位为Pa)
以麦克风示例：空气间隙为1-5μm，1kPa时平均自由程L为6.6μm，1mPa时平均自由程L为6.6m。此时空气间隙小于平均自由程L，气体的动态粘度μ与气体压力P成正比，当密封腔7内填充的气体压强越小，气体的动态黏度μ越小。
因此为了大大降低噪声，密封腔7中的气压远小于1atm,具体地，密封腔7内的气压远低于1kPa。
综上，为了提高麦克风的声学性能，需要提供一种支撑柱5间距大且振膜挠度小的麦克风结构。第一支撑柱51采用塑性材料制成，第一支撑柱51间距为60μm，第一支撑柱51直径为6μm时，密封腔7内外压差为1个大气压时，会产生10MPa沿支撑柱5轴向的压应力，第一支撑柱51的杨氏模量为3GPa，该压应力使得支撑柱5沿轴向上的高度减少约0.3％，此时支撑柱5的形变量可忽略。
可选地，参照图1-图4，还包括贯穿第一振膜2与第二振膜3的泄压孔8，用于减小第一振膜2、第二振膜3振动时与外界环境之间的声阻。其中，为了避免泄压孔8与密封腔7连通，泄压孔8的孔壁与第一振膜2、第二振膜3围成密封腔7。在一个具体的实施方式中，泄压孔8可以设置有一个，其位于第一振膜2、第二振膜3的中心位置。还可以是，所述泄压孔8可设置有多个，分布在第一振膜2、第二振膜3的水平方向上。本申请不对泄压孔8的具体数量及位置进行限定。
泄压孔8的孔壁处设置有支撑柱5，本申请中不对形成泄压孔8的孔壁的支撑柱5进行限定。其中第一支撑柱51及第二支撑柱52可以均由高密度刚性材料形成；也可以第一支撑柱51采用塑性材料制成、第二支撑柱52采用高密度刚性材料形成；还可以第一支撑柱51及第二支撑柱52均由塑性材料形成。
可选地，泄压孔8的孔壁采用塑性材料形成，泄压孔8的孔壁表面设置有密封层9。参照图4，本申请一种实施例中，泄压孔8的孔壁处的支撑柱5，位于连接层6上方的第一支撑柱51采用塑性材料制成，位于连接层6下方的第二支撑柱52采用高密度硬材料。采用塑性材料制成的第一支撑柱51与连接层6之间键合连接，为了提高该位置处的密封性，在泄压孔8的孔壁表面设置密封层9，例如ICPCVD或PECVD或Sputtered SiNx或SiO2沉积等方式进行密封层9的加工。密封层9可以采用氮化硅等高密度硬材料，本申请不对密封层9的材料、厚度等进行限定。
当然，泄压孔8的孔壁采用高密度刚性材料，也可以在泄压孔8的孔壁表面设置密封层9，以提高泄压孔8孔壁的密封性能。
参照图8-图9，本申请还公开了一种麦克风加工工艺，包括以下步骤：
预处理顶部晶圆11：在第一基底12表面沉积二氧化硅层，在二氧化硅层表面沉积第一振膜2，在第一振膜2表面沉积第一牺牲层13，刻蚀第一牺牲层13，在第一振膜2表面形成支撑层10以及多个第一支撑柱51，支撑层10位于第一振膜2的边缘位置，第一支撑柱51位于支撑层10围成的区域内。
预处理底部晶圆14：在第二基底15表面沉积二氧化硅层，在二氧化硅层表面沉积第二振膜3，在第二振膜3表面沉积第二牺牲层16。在第二牺牲层16的上表面形成背极板4，在背极板4上开设有若干贯穿背极板4的通孔41。刻蚀第二牺牲层16，在第二振膜3表面形成支撑层10以及多个第二支撑柱52，支撑层10位于第二振膜3的边缘位置，第二支撑柱52位于连接层6的下方且与连接层6连接。
将顶部晶圆11与底部晶圆14通过混合晶圆键合方式键合连接，具体采用熔融键合方式(Fusion Bonding)实现键合，第一支撑柱51与第二支撑柱52构成连接关系。其中，第一支撑柱51与第二支撑柱52之间可以直接连接，第一支撑柱51与第二支撑柱52的端部对接。第一支撑柱51与第二支撑柱52直接也可以间接连接，例如在第一支撑柱51与第二支撑柱52之间设置与二者连接的连接层6。
通过蚀刻/研磨/蚀刻等方式等去除第一基底12。
在第一振膜2连接的二氧化硅层上形成分别到第二振膜3、背极板4上的背电极以及第一振膜2的导电孔。
在导电孔内形成焊盘。
在第二基底15上形成声孔，剩余第二基底15形成基底。
通过氟化氢等液体蚀刻，去除第一振膜2及第二振膜3连接的二氧化硅层，得到双振膜麦克风。
可选地，第一振膜2与第二振膜3上设置泄压孔8，第一支撑柱51及第二支撑柱52形成泄压孔8侧壁，对泄压孔8进行气密性修补并形成密封层9。例如采用ICPCVD、PECVD、喷涂SiNx、SiO2沉积等方式进行密封层9的加工。此外，也可以对第二牺牲层16上形成的分别到第二振膜3、背极板4上的背电极以及第一振膜2的通孔41位置进行气密性修补，以形成密封层9。
可选地，刻蚀背极板4以形成通孔41并在通孔41中保留连接层6，连接层6与背极板4位于同一平面且二者结构相同。
刻蚀第二牺牲层16以形成第二支撑柱52，第二支撑柱52位于连接层6和第二振膜3之间且与二者连接，连接层6位于第一支撑柱51与第二支撑柱52之间。
通过刻蚀背极板4形成连接层6，使得连接层6与背极板4位于同一平面，后续通过刻蚀第二牺牲层16并形成第二支撑柱52，第二支撑柱52位于连接层6下方且二者连接。第二支撑柱52与连接层6形成的部分与背极板4位于同一平面。
此外，在预处理顶部晶圆11时，第一支撑柱51由第一牺牲层13刻蚀而成，第一牺牲层13的厚度决定了第一振膜2与背极板4之间的距离，从而，在顶部晶圆11与底部晶圆14键合时，也即第一支撑柱51与第二支撑柱52及连接层6进行键合时，第一振膜2边缘位置处的第一牺牲层13厚度决定了第一振膜2与背极板4的距离。此时第一支撑柱51的长度与第一牺牲层13的厚度相同，而连接层6与背极板4位于同一平面，使得第一支撑柱51可以精确与背极板4进行接触并进行键合。
如果不通过刻蚀背极板4形成单独的连接层6，那么为了实现第一支撑柱51与第二支撑柱52的连接，第一支撑柱51或第二支撑柱52的长度需要大于第一牺牲层13或第二牺牲层16的厚度。如果采用该方式进行加工，首先第一支撑柱51及第二支撑柱52的加工精度不易控制，其次第一支撑柱51与第二支撑柱52的键合过程中的对准精度要求较高，增加加工难度的同时难以保证加工精度。
本申请采用刻蚀背极板4形成单独的连接层6，并通过刻蚀第一牺牲层13形成第一支撑柱51，刻蚀第二牺牲层16形成第二支撑柱52，第二支撑柱52与连接层6连接，再将第一支撑柱51与连接层6键合连接。通过采用该加工工艺，便于精准实现键合形成的支撑柱5的整体长度与第一振膜2到第二振膜3的距离相同，减少由于支撑柱5过长导致振膜破损的可能性，提高支撑柱5加工过程中的精确度。
虽然已经通过例子对本申请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，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。
Claims (17)
1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括基底(1)以及安装于所述基底(1)上的第一振膜(2)、第二振膜(3)以及背极板(4)，所述第一振膜(2)及所述第二振膜(3)间隔设置于所述背极板(4)的两侧；
所述第一振膜(2)与第二振膜(3)之间设置有支撑柱(5)，所述背极板(4)上开设有通孔(41)，所述支撑柱(5)穿过所述通孔(41)；
所述支撑柱(5)包括连接于所述第一振膜(2)连接的第一支撑柱(51)、连接于所述第二振膜(3)的第二支撑柱(52)，所述第一支撑柱(51)和/或所述第二支撑柱(52)采用塑性材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述支撑柱(5)还包括设置于所述第一支撑柱(51)与所述第二支撑柱(52)之间的连接层(6)。
3.根据权利要求2所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述连接层(6)与所述背极板(4)位于同一平面。
4.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述塑性材料包括聚合物、永久光刻胶、软金属、合金等。
5.根据权利要求4所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述塑性材料的杨氏模量小于10GPa。
6.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述第一支撑柱(51)采用塑性材料制成，所述第一支撑柱(51)的横截面积大于所述第二支撑柱(52)的横截面积。
7.根据权利要求6所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述第二支撑柱(52)采用高密度硬材料。
8.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述第一支撑柱(51)采用塑性材料制成，所述第一支撑柱(51)的直径为4μm-8μm。
9.根据权利要求8所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，相邻的所述第一支撑柱(51)间距为40μm-80μm。
10.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述第一振膜(2)与所述第二振膜(3)之间形成有密封腔(7)。
11.根据权利要求10所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述密封腔(7)内填充有粘度系数小于空气的气体。
12.根据权利要求10所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述密封腔(7)内压强小于大气压。
13.根据权利要求10所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，还包括贯穿所述第一振膜(2)与第二振膜(3)的泄压孔(8)，所述泄压孔(8)的孔壁与第一振膜(2)、第二振膜(3)围成了所述密封腔(7)。
14.根据权利要求13所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述泄压孔(8)的孔壁采用塑性材料制成，所述泄压孔(8)的孔壁表面设置有密封层(9)。
15.一种用于权利要求1至14任意之一所述的MEMS麦克风的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
预处理顶部晶圆(11)：在第一基底(12)上设置第一振膜(2)，所述第一振膜(2)表面设置第一牺牲层(13)，刻蚀所述第一牺牲层(13)，在所述第一振膜(2)上形成多个第一支撑柱(51)；
预处理底部晶圆(14)：在第二基底(15)上设置第二振膜(3)，所述第二振膜(3)表面设置第二牺牲层(16)，在所述第二牺牲层(16)上形成开设有通孔(41)的背极板(4)，刻蚀第二牺牲层(16)，在第二振膜(3)上形成多个第二支撑柱(52)；
顶部晶圆(11)与底部晶圆(14)通过混合晶圆键合方式键合连接，其中第一支撑柱(51)与第二支撑柱(52)构成连接关系；
去除第一基底(12)。
16.根据权利要求15所述的加工工艺，其特征在于，第一振膜(2)与第二振膜(3)上设置泄压孔(8)，第一支撑柱(51)及第二支撑柱(52)形成泄压孔(8)侧壁，对泄压孔(8)进行气密性修补并形成密封层(9)。
17.根据权利要求15所述的加工工艺，其特征在于，刻蚀所述背极板(4)以形成通孔(41)并在所述通孔(41)中保留连接层(6)；
刻蚀所述第二牺牲层(16)以形成第二支撑柱(52)，所述第二支撑柱(52)的两端分别与所述连接层(6)和所述第二振膜(3)连接。
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