CN212435926U - 级联微型麦克风 - Google Patents

Abstract

公开了一种级联微型麦克风，级联微型麦克风包括并联连接的多个微型麦克风。每个微型麦克风包括：衬底，衬底包括第一空腔；第一牺牲层，位于衬底上，第一牺牲层包括第二空腔；振膜层，振膜层的至少一部分由第一牺牲层支撑，位于第二空腔上方的振膜层形成振动隔膜；第二牺牲层，位于振膜层上，第二牺牲层包括第三空腔；背极板层，位于第二牺牲层上，背极板层的至少一部分由第二牺牲层支撑，位于第三空腔上方的背极板层形成背极板，背极板包括至少一个声孔；其中，每个微型麦克风中，第三空腔的尺寸小于第一空腔的尺寸。本实用新型实施例提高了微型麦克风的灵敏度和信噪比，减小寄生电容，提高了器件的一致性和良率。

Description

级联微型麦克风

技术领域

本实用新型涉及MEMS技术领域，特别涉及一种级联微型麦克风。

背景技术

随着高端手机和智能音箱等电子产品的发展，高灵敏度、低噪声的微型麦克风的市场需求越来越迫切。微型麦克风包括振膜和背极板，该振膜和背极板构成一个可变电容，其灵敏度和信噪比有限。微型麦克风越来越小型化，其振膜和背极板之间的间距例如小于1.5um，在微型麦克风的制造和应用过程中的工艺要求也越来越高，其中，工艺偏差引入的结构缺陷不仅影响麦克风的成品率，而且导致微型麦克风在应用环境中的性能急剧恶化。另外，微型麦克风根据声音信号产生的空气振动发生振膜振动而导致的电容变化不止包括有效的部分，同时还存在无效的部分，而无效电容分量会产生不利的寄生电容。期待进一步改进微型麦克风的结构以提高微型麦克风的灵敏度和信噪比，减小寄生电容，以及抑制深槽刻蚀和腐蚀牺牲层的工艺偏差对器件性能的不利影响。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种级联微型麦克风，提高了微型麦克风的灵敏度和信噪比，减小了寄生电容，解决了深槽刻蚀和腐蚀牺牲层的工艺偏差对器件性能造成不利影响的问题。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种级联微型麦克风，包括：

多个微型麦克风，所述多个微型麦克风并联连接，

每个所述微型麦克风包括：

衬底，所述衬底包括第一空腔；

第一牺牲层，位于所述衬底上，所述第一牺牲层包括第二空腔；

振膜层，所述振膜层的至少一部分由所述第一牺牲层支撑，位于所述第二空腔上方的所述振膜层形成振动隔膜；

第二牺牲层，位于所述振膜层上，所述第二牺牲层包括第三空腔；

背极板层，位于所述第二牺牲层上，所述背极板层的至少一部分由所述第二牺牲层支撑，位于所述第三空腔上方的所述背极板层形成背极板，所述背极板包括至少一个声孔；

其中，每个所述微型麦克风中，所述第三空腔的尺寸小于所述第一空腔的尺寸。

可选地，每个所述微型麦克风中，所述第一空腔的尺寸小于所述第二空腔的尺寸。

可选地，每个所述微型麦克风还包括：

第一钝化层，位于所述振膜层和所述背极板层之间，所述第一钝化层环绕所述第二牺牲层的内侧壁。

可选地，每个所述微型麦克风的所述振动隔膜和所述背极板形成电容，所述多个微型麦克风的多个所述电容并联连接。

可选地，所述多个微型麦克风中的所述衬底、所述第一牺牲层、所述振膜层和所述第二牺牲层相连，

相邻的所述微型麦克风的所述背极板层通过位于相邻的所述微型麦克风的所述背极板层之间所暴露出的所述第二牺牲层上的第一电极电连接。

可选地，所述级联微型麦克风还包括：

第二电极，位于所述背极板层上，与所述背极板层电连接，

第三电极，位于所述第二牺牲层上，通过所述第二牺牲层的开口与所述振膜层电连接。

可选地，所述级联微型麦克风还包括：

第二钝化层，位于所述背极板层上，覆盖暴露的所述第二牺牲层和部分所述背极板层和所述第一电极，暴露出所述第二电极、所述第三电极和所述背极板上的有效声孔区域。

可选地，所述微型麦克风还包括：

防粘附层，位于所述第二钝化层上，覆盖所述级联微型麦克风的裸露表面，暴露出所述第二电极和所述第三电极。

可选地，所述第一牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第一牺牲层的厚度包括：0.5至2um。

可选地，所述振膜层的材料包括：掺杂的多晶硅，所述振膜层的厚度包括：0.3至1um。

可选地，所述第二牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第二牺牲层的厚度包括：1至4um。

可选地，所述第一钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中的一种。

可选地，所述背极板层的材料包括：掺杂的多晶硅，所述背极板层的厚度包括：1至3um。

可选地，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的材料包括：金属、合金，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的厚度包括：0.5至2um。

可选地，所述第二钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中一种。

可选地，所述衬底的材料包括：单晶硅，所述衬底的厚度包括：300至400um。

可选地，所述防粘附层的材料包括：自组装有机膜，所述防粘附层的厚度包括：1至10nm。

根据本实用新型实施例提供的级联微型麦克风，级联微型麦克风包括多个微型麦克风，多个微型麦克风并联连接。每个微型麦克风包括：衬底，衬底包括第一空腔；第一牺牲层，位于衬底上，第一牺牲层包括第二空腔；振膜层，振膜层的至少一部分由第一牺牲层支撑，位于第二空腔上方的振膜层形成振动隔膜；第二牺牲层，位于振膜层上，第二牺牲层包括第三空腔；背极板层，位于第二牺牲层上，背极板层的至少一部分由第二牺牲层支撑，位于第三空腔上方的背极板层形成背极板，背极板包括至少一个声孔；第一钝化层，位于振膜层和背极板层之间，第一钝化层环绕第二牺牲层的内侧壁。多个微型麦克风中相邻的微型麦克风的衬底、第一牺牲层、振膜层和第二牺牲层相连，相邻的微型麦克风的背极板层通过位于相邻的微型麦克风的背极板层之间所暴露出的第二牺牲层上的第一电极电连接。在每个微型麦克风中，通过在振膜层与背极板层之间引入第一钝化层，第二牺牲层的侧向腐蚀停止在第一钝化层，有效控制第二牺牲层材料的侧向腐蚀深度，使得多个微型麦克风的多个第三空腔的尺寸一致，多个微型麦克风的振动隔膜的可振动区域大小相等，提高了级联微麦克风的性能一致性，进而提高了批量生产的产品良率和一致性(包括圆片内及不同圆片间)。

在每个微型麦克风中，第三空腔的尺寸最小。第三空腔的尺寸小于第二空腔的尺寸。优选地，第三空腔的尺寸小于第一空腔的尺寸，并且第一空腔的尺寸小于第二空腔的尺寸。第一牺牲层的剩余量小于第二牺牲层的剩余量，振动隔膜的有效振动区域由振膜层和背极板层之间的第二牺牲层的剩余量(第三空腔的大小)来决定。多个微型麦克风的振动隔膜的有效面积大小不受衬底深槽刻蚀工艺形成的多个第一空腔大小均匀性较差的影响，使得多个微型麦克风的振动隔膜的可振动区域大小一致，多个微型麦克风的下拉电压相同，并联的多个微型麦克风同时达到最佳工作点，这提高了级联微型麦克风的一致性和产品良率。另外，在每个微型麦克风中，振膜层和衬底之间的第一牺牲层的剩余量较少(第一空腔的尺寸较大)，会有较少的寄生电容，这提高了级联微型麦克风的灵敏度。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型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示出了相关技术中的级联微型麦克风的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例的级联微型麦克风的结构示意图；

图3至图12示出了根据本实用新型实施例的级联微型麦克风的制造方法不同阶段的截面图；

图13示出了一种可选的级联微型麦克风的俯视图；

图14示出了另一种可选的级联微型麦克风的俯视图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。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，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

微型麦克风是基于MEMS技术制造的声电换能器。近年来微型麦克风的制造工艺迅速发展，在TWS耳机、智能手机、智能音箱及笔记本电脑等消费电子产品中得到广泛应用。微型麦克风主要包括：MEMS芯片和IC芯片。MEMS芯片是一种振动检测器件，用于将外界声音信号变为电信号，IC芯片用于输出该电信号。相关技术中，微型麦克风包括振膜和背极板，该振膜和背极板构成一个可变电容，其灵敏度和信噪比有限。为了提高微型麦克风的灵敏度和信噪比，相关技术中还有一种级联微型麦克风。图1示出了相关技术中的级联微型麦克风的结构示意图。如图1所示，级联微型麦克风1000包括：微型麦克风1000a和微型麦克风1000b。微型麦克风1000a包括：衬底1100，衬底1100包括第一空腔1101；第一牺牲层1200，位于衬底1100上，第一牺牲层1200包括第二空腔1201；振膜层1300，振膜层1300的至少一部分由第一牺牲层1200支撑，位于第二空腔1201上方的振膜层1300形成振动隔膜1301；第二牺牲层1400，位于振膜层1300上，第二牺牲层1400包括第三空腔1401；背极板层1600，位于第二牺牲层1400上，背极板层1600的至少一部分由第二牺牲层1400支撑，位于第三空腔1401上方的背极板层1600形成背极板1601，背极板1601包括至少一个声孔1602。微型麦克风1000b包括：衬底1100，衬底1100包括第一空腔1102；第一牺牲层1200，位于衬底1100上，第一牺牲层1200包括第二空腔1202；振膜层1300，振膜层1300的至少一部分由第一牺牲层1200支撑，位于第二空腔1202上方的振膜层1300形成振动隔膜1302；第二牺牲层1400，位于振膜层1300上，第二牺牲层1400包括第三空腔1402；背极板层1600，位于第二牺牲层1400上，背极板层1600的至少一部分由第二牺牲层1400支撑，位于第三空腔1402上方的背极板层1600形成背极板1603，背极板1603包括至少一个声孔1604。

微型麦克风1000a和微型麦克风1000b的衬底1100、第一牺牲层1200、振膜层1300和第二牺牲层1400相连。微型麦克风1000a和微型麦克风1000b的背极板层1600通过位于微型麦克风1000a和微型麦克风1000b的背极板层1600之间所暴露出的第二牺牲层1400上的第一电极1701电连接。

级联微型麦克风1000还包括：第二电极1702，位于背极板层1600上，与背极板层1600电连接，第三电极1703，位于第二牺牲层1400上，通过第二牺牲层1400的开口与振膜层1300电连接；第二钝化层，位于背极板层1600上，覆盖暴露的第二牺牲层1400、部分背极板层1600和第一电极1701，暴露出第二电极1702、第三电极1703、以及背极板1601和背极板1603上的有效声孔区域。

第二空腔1201上方的振动隔膜1301和背极板1601形成第一可变电容，第二空腔1202上方的振动隔膜1302和背极板1603形成第二可变电容，第一可变电容和第二可变电容并联连接。外部声压作用在振动隔膜1301和振动隔膜1302上引起振动隔膜1301和振动隔膜1302的振动，使第一可变电容和第二可变电容的电容量发生变化，进而改变振动隔膜1301和背极板1601间的电势以及振动隔膜1302和背极板1603间的电势，实现声压信号与电信号的转换。在微型麦克风1000a中，第三空腔1401的尺寸大于第二空腔1201的尺寸，且第二空腔1201的尺寸大于第一空腔1101的尺寸，第一牺牲层1200的剩余量大于第二牺牲层1400的剩余量，振动隔膜1301的有效面积由振膜层1300和衬底1100之间的第一牺牲层1200的剩余量(第二空腔1201的大小)来决定。在微型麦克风1000b中，第三空腔1402的尺寸大于第二空腔1202的尺寸，且第二空腔1202的尺寸大于第一空腔1102的尺寸，第一牺牲层1200的剩余量大于第二牺牲层1400的剩余量，振动隔膜1302的有效面积由振膜层1300和衬底1100之间的第一牺牲层1200的剩余量(第二空腔1202的大小)来决定。而振膜层1300下面的第一牺牲层1200的剩余量受到衬底1100深槽刻蚀得到的第一空腔1101和第一空腔1102大小均匀性较差的影响，使得振膜层1300的振动隔膜1301和振动隔膜1302的可振动区域大小不一，并联的微型麦克风1000a和微型麦克风1000b无法同时达到最佳工作点，这降低了图1所示的级联微型麦克风1000的一致性和产品良率。另外，振膜层1300和衬底1100之间的第一牺牲层1200的剩余量较多，有较大的寄生电容，降低了级联微型麦克风1000的灵敏度。

为了解决以上问题，本实用新型实施例提供了一种级联微型麦克风，下面结合附图，详细说明本实用新型实施例中的级联微型麦克风的结构。

图2示出了本实用新型实施例的级联微型麦克风的结构示意图。如附图2所示，级联微型麦克风2000包括：微型麦克风2000a和微型麦克风2000b。微型麦克风2000a和微型麦克风2000b并联连接。容易理解的是，级联微型麦克风可以包括两个或两个以上相互并联连接的微型麦克风，级联微型麦克风所包括的微型麦克风的个数不应对本实用新型实施例造成任何限制。微型麦克风2000a包括：衬底2100，衬底2100包括第一空腔2101；衬底2100的材料包括：单晶硅，单晶硅的晶向为<100>。衬底2100的厚度包括：300至400um。第一牺牲层2200，位于衬底2100上，第一牺牲层2200包括第二空腔2201；第一牺牲层2200的材料包括：二氧化硅，第一牺牲层2200的厚度包括：0.5至2um。振膜层2300，振膜层2300的至少一部分由第一牺牲层2200支撑，位于第二空腔2201上方的振膜层2300形成振动隔膜2301；振膜层2300的材料包括：掺杂的多晶硅，振膜层2300的厚度包括：0.3至1um。第二牺牲层2400，位于振膜层2300上，第二牺牲层2400包括第三空腔2401；第二牺牲层2400的材料包括：二氧化硅，第二牺牲层2400的厚度包括：1至4um。背极板层2600，位于第二牺牲层2400上，背极板层2600的至少一部分由第二牺牲层2400支撑，位于第三空腔2401上方的背极板层2600形成背极板2601，背极板2601包括至少一个声孔2602。背极板层2600的材料包括：掺杂的多晶硅，背极板层2600的厚度包括：1至3um。第一钝化层2500，位于振膜层2300和背极板层2600之间，第一钝化层2500环绕第三空腔2401所暴露出的第二牺牲层2400的内侧壁。第一钝化层2500的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中的一种。第一钝化层2500用于界定振膜层2300的振动隔膜2301的有效振动区域的大小。在第一空腔2101、第二空腔2201和第三空腔2401中，第三空腔2401的尺寸最小。第三空腔2401的尺寸小于第二空腔2201的尺寸。优选地，第三空腔2401的尺寸小于第一空腔2101的尺寸，并且第一空腔2101的尺寸小于第二空腔2201的尺寸。振动隔膜2301和背极板2601形成第一可变电容。需要说明的是，第一空腔2101、第二空腔2201、第三空腔2401的形状可以是圆形、方形等形状，当第一空腔2101、第二空腔2201、第三空腔2401为圆形时，振动隔膜2301上应力分布最均匀、最平衡。所述至少一个声孔2602与第三空腔2401连通。

微型麦克风2000b包括：衬底2100，衬底2100包括第一空腔2102；衬底2100的材料包括：单晶硅，单晶硅的晶向为<100>。衬底2100的厚度包括：300至400um。第一牺牲层2200，位于衬底2100上，第一牺牲层2200包括第二空腔2202；第一牺牲层2200的材料包括：二氧化硅，第一牺牲层2200的厚度包括：0.5至2um。振膜层2300，振膜层2300的至少一部分由第一牺牲层2200支撑，位于第二空腔2202上方的振膜层2300形成振动隔膜2302；振膜层2300的材料包括：掺杂的多晶硅，振膜层2300的厚度包括：0.3至1um。第二牺牲层2400，位于振膜层2300上，第二牺牲层2400包括第三空腔2402；第二牺牲层2400的材料包括：二氧化硅，第二牺牲层2400的厚度包括：1至4um。背极板层2600，位于第二牺牲层2400上，背极板层2600的至少一部分由第二牺牲层2400支撑，位于第三空腔2402上方的背极板层2600形成背极板2603，背极板2603包括至少一个声孔2604。背极板层2600的材料包括：掺杂的多晶硅，背极板层2600的厚度包括：1至3um。第一钝化层2500，位于振膜层2300和背极板层2600之间，第一钝化层2500环绕第三空腔2402所暴露出的第二牺牲层2400的内侧壁。第一钝化层2500的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中的一种。第一钝化层2500用于界定振膜层2300的振动隔膜2302的有效振动区域的大小。在第一空腔2102、第二空腔2202和第三空腔2402中，第三空腔2402的尺寸最小。第三空腔2402的尺寸小于第二空腔2202的尺寸。优选地，第三空腔2402的尺寸小于第一空腔2102的尺寸，并且第一空腔2102的尺寸小于第二空腔2202的尺寸。振动隔膜2302和背极板2603形成第二可变电容。需要说明的是，第一空腔2102、第二空腔2202、第三空腔2402的形状可以是圆形、方形等形状，当第一空腔2102、第二空腔2202、第三空腔2402为圆形时，振动隔膜2302上应力分布最均匀、最平衡。所述至少一个声孔2604与第三空腔2402连通。

微型麦克风2000a和微型麦克风2000b的衬底2100、第一牺牲层2200、振膜层2300和第二牺牲层2400相连。微型麦克风2000a的背极板层2600和微型麦克风2000b的背极板层2600通过位于微型麦克风2000a的背极板层2600和微型麦克风2000b的背极板层2600之间所暴露出的第二牺牲层2400上的第一电极2701电连接。

级联微型麦克风2000还包括：第二电极2702，位于背极板层2600上，与背极板层2600电连接，第三电极2703，位于第二牺牲层2400上，通过第二牺牲层2400的开口与振膜层2300电连接；第一电极2701、第二电极2702和第三电极2703的材料包括：金属和合金。例如，第一电极2701、第二电极2702和第三电极2703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2701、第二电极2702和第三电极2703的厚度包括：0.5至2um。第二钝化层2800，位于背极板层2600上，覆盖暴露的第二牺牲层2400和部分背极板层2600和第一电极2701，暴露出第二电极2702、第三电极2703、以及背极板2601和背极板2603上的有效声孔区域；第二钝化层2800的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中的一种。防粘附层2900，位于第二钝化层2800上，覆盖级联微型麦克风2000的裸露表面，暴露出第二电极2702和第三电极2703。防粘附层2900的材料包括：自组装有机膜(SAM有机膜)，自组装有机膜具有疏水性和低表面粘附力等特性，能够降低振膜层2300和背极板层2600间因水汽潮湿等造成的粘附，提高器件可靠性。防粘附层2900的厚度包括：1至10nm，该厚度并不影响后续产品的打线等。

需要说明的是，第二空腔2201上方的振动隔膜2301和背极板2601形成第一可变电容，第二空腔2202上方的振动隔膜2302和背极板2603形成第二可变电容，第一可变电容和第二可变电容并联连接。外部声压作用在振动隔膜2301和振动隔膜2302上引起振动隔膜2301和振动隔膜2302的振动，使第一可变电容和第二可变电容的电容量发生变化，进而改变振动隔膜2301和背极板2601间的电势以及振动隔膜2302和背极板2603间的电势，实现声压信号与电信号的转换。在微型麦克风2000a中，在第一空腔2101、第二空腔2201和第三空腔2401中，第三空腔2401的尺寸最小。第三空腔2401的尺寸小于第二空腔2201的尺寸。优选地，第三空腔2401的尺寸小于第一空腔2101的尺寸，并且第一空腔2101的尺寸小于第二空腔2201的尺寸。第一牺牲层2200的剩余量小于第二牺牲层2400的剩余量，振动隔膜2301的有效振动区域由振膜层2300和背极板层2600之间的第二牺牲层2400的剩余量(第三空腔2401的大小)来决定。在微型麦克风2000b中，在第一空腔2102、第二空腔2202和第三空腔2402中，第三空腔2402的尺寸最小。第三空腔2402的尺寸小于第二空腔2202的尺寸。优选地，第三空腔2402的尺寸小于第一空腔2102的尺寸，并且第一空腔2102的尺寸小于第二空腔2202的尺寸。第一牺牲层2200的剩余量小于第二牺牲层2400的剩余量，振动隔膜2302的有效振动区域由振膜层2300和背极板层2600之间的第二牺牲层2400的剩余量(第三空腔2402的大小)来决定。微型麦克风2000a的振动隔膜2301的有效振动区域大小和微型麦克风2000b的振动隔膜2302的有效振动区域大小不受衬底2100深槽刻蚀工艺形成的第一空腔2101和第一空腔2102大小均匀性较差的影响，使得振膜层2300的振动隔膜2301和振动隔膜2302的可振动区域大小一致，并联的微型麦克风2000a和微型麦克风2000b同时达到最佳工作点，这提高了级联微型麦克风2000的一致性和产品良率。另外，振膜层2300和衬底2100之间的第一牺牲层2200的剩余量较少，有较少的寄生电容，提高了级联微型麦克风2000的灵敏度。

图3至图12示出了本实用新型实施例的级联微型麦克风的制造方法不同阶段的截面图。参考图3至图12，所述级联微型麦克风2000的制造方法包括以下步骤。

如图3所示，提供衬底2100，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2100上形成第一牺牲层2200。第一牺牲层2200的材料包括：二氧化硅，第一牺牲层2200的厚度包括：0.5至2um。

如图4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一牺牲层2200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层2300。振膜层2300覆盖部分第一牺牲层2200。振膜层2300的材料包括：掺杂的多晶硅，振膜层2300的厚度包括：0.3至1um。

如图5所示，通过低压化学气相淀积(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振膜层2300上淀积一层第二牺牲层材料，然后通过光刻和刻蚀等工艺对该第二牺牲层材料进行图案化以形成第二牺牲层2400。第二牺牲层2400包括：第一开口2403、第一开口2404、第二开口2405和第二开口2406，第一开口2403、第一开口2404、第二开口2405和第二开口2406暴露出振膜层2300。第二牺牲层2400的材料包括：二氧化硅，第二牺牲层2400的厚度包括：1至4um。

如图6所示，采用低压化学气相淀积(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二牺牲层2400淀积第一钝化层材料，并利用化学机械抛光(CMP)、光刻、刻蚀等工艺形成第一钝化层2500，第一钝化层2500填充第一开口2403、第一开口2404、第二开口2405和第二开口2406。第一钝化层2500的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中的一种。第一开口2403和第一开口2404中填充的第一钝化层2500用于界定微型麦克风2000a中的振动隔膜2301的有效振动区域。第二开口2405和第二开口2406中填充的第一钝化层2500用于界定振动隔膜2302的有效振动区域。

如图7所示，通过低压化学气相淀积(LPCVD)等半导体常规工艺技术在第二牺牲层2400上淀积一层背极板层材料，然后通过光刻和刻蚀等工艺对背极板层材料图案化以形成声孔2062、声孔2604和第三开口2605，背极板2601包括至少一个声孔2602，背极板2603包括至少一个声孔2604。背极板层2600的材料包括：掺杂的多晶硅，背极板层2600的厚度包括：1至3um。

如图8所示，通过光刻和刻蚀等工艺刻蚀对第二牺牲层2400图案化以形成第四开口(与第三电极2703的位置对应)，第四开口作为第三电极2703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背极板层2600上淀积电极材料，然后通过光刻和刻蚀等工艺在背极板层2600上形成第二电极2702，在第二牺牲层2400上形成第三电极2703，在背极板层2600的第三开口2605所暴露出的第二牺牲层2400上形成第一电极2701。第二电极2702与背极板层2600电连接，第三电极2703通过第二牺牲层2400的第四开口与振膜层2300电连接，第一电极2701用于电连接背极板2601和背极板2603。第一电极2701、第二电极2702和第三电极2703的材料包括：金属和合金。例如，作为第一电极2701、第二电极2702和第三电极2703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2701、第二电极2702和第三电极2703的厚度包括：0.5至2um。

如图9所示，采用低压化学气相淀积(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背极板层2600上淀积第二钝化层材料，再利用光刻和刻蚀等工艺对第二钝化层材料图案化以形成第二钝化层2800，第二钝化层2800覆盖部分第二牺牲层2400、部分背极板层2600和第一电极2701，暴露出第二电极2702和第三电极2703以及背极板2601和背极板2603的有效声孔区域。第二钝化层2800的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中的一种。

如图10所示，在衬底2100形成第一空腔2101和第一空腔2102。通过常规半导体CMP或减薄工艺，减薄衬底2100的厚度至设计值。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2100直到第一牺牲层2200自动检测终止，在衬底2100形成第一空腔2101和第一空腔2102。第一空腔2101的尺寸大于第一开口2403和第一开口2404中填充的第一钝化层2500所界定的振动隔膜的有效振动区域的大小，第一空腔2102的尺寸大于第二开口2405和第二开口2406中填充的第一钝化层2500所界定的振动隔膜的有效振动区域的大小。

如图11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，通过第一空腔2101腐蚀第一牺牲层2200以在第一牺牲层2200形成第二空腔2201，通过第一空腔2102腐蚀第一牺牲层2200以在第一牺牲层2200形成第二空腔2202。振膜层2300的至少一部分由第一牺牲层2200支撑，位于第二空腔2201上方的振膜层2300形成振动隔膜2301，位于第二空腔2202上方的振膜层2300形成振动隔膜2302。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，通过背极板2601上的至少一个声孔2602腐蚀第二牺牲层2400以在第二牺牲层2400形成第三空腔2401，通过背极板2603上的至少一个声孔2604腐蚀第二牺牲层2400以在第二牺牲层2400形成第三空腔2402。背极板层2600的至少一部分由第二牺牲层2400支撑，位于第三空腔2401上方的背极板层2600形成背极板2601，位于第三空腔2402上方的背极板层2600形成背极板2603。第三空腔2401与至少一个声孔位2602连通，第三空腔2402与至少一个声孔位2604连通。在微型麦克风2000a的第一空腔2101、第二空腔2201和第三空腔2401中，第三空腔2401的尺寸最小；第三空腔2401的尺寸小于第二空腔2201的尺寸；优选地，第三空腔2401的尺寸小于第一空腔2101的尺寸，并且第一空腔2101的尺寸小于第二空腔2201的尺寸。在微型麦克风2000b中，在第一空腔2102、第二空腔2202和第三空腔2402中，第三空腔2402的尺寸最小；第三空腔2402的尺寸小于第二空腔2202的尺寸；优选地，第三空腔2402的尺寸小于第一空腔2102的尺寸，并且第一空腔2102的尺寸小于第二空腔2202的尺寸。

需要说明的是，通过在振膜层2300与背极板层2600之间引入第一钝化层2500，第二牺牲层2400的侧向腐蚀停止在第一钝化层2500，有效控制第二牺牲层材料的侧向腐蚀深度，使得第三空腔2401和第三空腔2402的尺寸一致，振膜层2300的振动隔膜2301和振动隔膜2302的可振动区域大小相等。微型麦克风2000a和微型麦克风2000b的下拉电压相同，同时达到最佳工作点，这提高了本实用新型实施例的级联的微型麦克风2000的一致性和产品良率。

如图12所示，通过半导体常规工艺方法在第二钝化层2800上形成防粘附层2900，防粘附层2900覆盖微型麦克风2000的裸露表面，并暴露出第二电极2702和第三电极2703。防粘附层2900的材料包括：自组装有机膜(SAM有机膜)，自组装有机膜具有疏水性和低表面粘附力等特性，能够降低振膜层2300和背极板层2600间因水汽潮湿等造成的粘附，提高可靠性。防粘附层2900的厚度包括：1至10nm，该厚度并不影响后续产品的打线等。

图13示出了一种可选的级联微型麦克风的俯视图。图13所示的级联微型麦克风沿虚线方向的截面图与图2所示的级联微型麦克风2000的截面图对应。图13示出了振膜层3300、背极板层3600、第一电极3701、第二电极3702、第三电极3703和第二钝化层3800。振膜层3300的两个振动隔膜分别与背极板层3600的背极板3601和背极板3603形成并联的两个可变电容。背极板3601包括至少一个声孔3602，背极板3603包括至少一个声孔3604。第二电极3702位于背极板层3600上，与背极板层3600电连接；第三电极3703，通过第二牺牲层的开口与振膜层3300电连接。第一电极3701，位于背极板3601和背极板3603之间，电连接背极板3601和背极板3603。第二钝化层3800位于背极板层3600上，覆盖暴露的第二牺牲层、部分背极板层3600和第一电极3701，暴露出第二电极3702、第三电极3703、以及背极板3601和背极板3603上的有效声孔区域。

图14示出了另一种可选的级联微型麦克风的俯视图。图14所示的级联微型麦克风沿虚线方向的截面图与图2所示的级联微型麦克风2000的截面图对应。图14示出了振膜层4300、背极板层4600、第一电极4701、第二电极4702、第三电极4703和第二钝化层4800。振膜层4300的四个振动隔膜分别与背极板层4600的背极板4601、背极板4603、背极板4605和背极板4607形成并联的四个可变电容。背极板4601包括至少一个声孔4602，背极板4603包括至少一个声孔4604，背极板4605包括至少一个声孔4606，背极板4607包括至少一个声孔4608。第二电极4702位于背极板层4600上，与背极板层4600电连接；第三电极4703，通过第二牺牲层的开口与振膜层4300电连接。第一电极4701，位于背极板4601、背极板4603、背极板4605和背极板4607之间，电连接背极板4601、背极板4603、背极板4605和背极板4607。第二钝化层4800位于背极板层4600上，覆盖暴露的第二牺牲层、部分背极板层4600和第一电极4701，暴露出第二电极4702、第三电极4703、以及背极板4601、背极板4603、背极板4605和背极板4607上的有效声孔区域。

根据本实用新型实施例提供的级联微型麦克风，级联微型麦克风包括多个微型麦克风，多个微型麦克风并联连接。每个微型麦克风包括：衬底，衬底包括第一空腔；第一牺牲层，位于衬底上，第一牺牲层包括第二空腔；振膜层，振膜层的至少一部分由第一牺牲层支撑，位于第二空腔上方的振膜层形成振动隔膜；第二牺牲层，位于振膜层上，第二牺牲层包括第三空腔；背极板层，位于第二牺牲层上，背极板层的至少一部分由第二牺牲层支撑，位于第三空腔上方的背极板层形成背极板，背极板包括至少一个声孔；第一钝化层，位于振膜层和背极板层之间，第一钝化层环绕第二牺牲层的内侧壁。多个微型麦克风中相邻的微型麦克风的衬底、第一牺牲层、振膜层和第二牺牲层相连，相邻的微型麦克风的背极板层通过位于相邻的微型麦克风的背极板层之间所暴露出的第二牺牲层上的第一电极电连接。在每个微型麦克风中，通过在振膜层与背极板层之间引入第一钝化层，第二牺牲层的侧向腐蚀停止在第一钝化层，有效控制第二牺牲层材料的侧向腐蚀深度，使得多个微型麦克风的多个第三空腔的尺寸一致，多个微型麦克风的振动隔膜的可振动区域大小相等，提高了级联微麦克风的性能一致性，进而提高了批量生产的产品良率和一致性(包括圆片内及不同圆片间)。

在每个微型麦克风中，第三空腔的尺寸最小。第三空腔的尺寸小于第二空腔的尺寸。优选地，第三空腔的尺寸小于第一空腔的尺寸，并且第一空腔的尺寸小于第二空腔的尺寸。第一牺牲层的剩余量小于第二牺牲层的剩余量，振动隔膜的有效振动区域由振膜层和背极板层之间的第二牺牲层的剩余量(第三空腔的大小)来决定。多个微型麦克风的振动隔膜的有效振动区域大小不受衬底深槽刻蚀工艺形成的多个第一空腔大小均匀性较差的影响，使得多个微型麦克风的振动隔膜的可振动区域大小一致，多个微型麦克风的下拉电压相同，并联的多个微型麦克风同时达到最佳工作点，这提高了级联微型麦克风的一致性和产品良率。另外，在每个微型麦克风中，振膜层和衬底之间的第一牺牲层的剩余量较少(第一空腔的尺寸较大)，会有较少的寄生电容，这提高了级联微型麦克风的灵敏度。

依照本实用新型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，也不限制该实用新型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实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (17)

1.一种级联微型麦克风，其特征在于，包括：

多个微型麦克风，所述多个微型麦克风并联连接，

每个所述微型麦克风包括：

衬底，所述衬底包括第一空腔；

第一牺牲层，位于所述衬底上，所述第一牺牲层包括第二空腔；

振膜层，所述振膜层的至少一部分由所述第一牺牲层支撑，位于所述第二空腔上方的所述振膜层形成振动隔膜；

第二牺牲层，位于所述振膜层上，所述第二牺牲层包括第三空腔；

背极板层，位于所述第二牺牲层上，所述背极板层的至少一部分由所述第二牺牲层支撑，位于所述第三空腔上方的所述背极板层形成背极板，所述背极板包括至少一个声孔；

其中，每个所述微型麦克风中，所述第三空腔的尺寸小于所述第一空腔的尺寸。

2.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，每个所述微型麦克风中，所述第一空腔的尺寸小于所述第二空腔的尺寸。

3.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，每个所述微型麦克风还包括：

第一钝化层，位于所述振膜层和所述背极板层之间，所述第一钝化层环绕所述第二牺牲层的内侧壁。

4.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，每个所述微型麦克风的所述振动隔膜和所述背极板形成电容，所述多个微型麦克风的多个所述电容并联连接。

5.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述多个微型麦克风中的所述衬底、所述第一牺牲层、所述振膜层和所述第二牺牲层相连，

相邻的所述微型麦克风的所述背极板层通过位于相邻的所述微型麦克风的所述背极板层之间所暴露出的所述第二牺牲层上的第一电极电连接。

6.根据权利要求5所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述级联微型麦克风还包括：

第二电极，位于所述背极板层上，与所述背极板层电连接，

第三电极，位于所述第二牺牲层上，通过所述第二牺牲层的开口与所述振膜层电连接。

7.根据权利要求6所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述级联微型麦克风还包括：

第二钝化层，位于所述背极板层上，覆盖暴露的所述第二牺牲层和部分所述背极板层和所述第一电极，暴露出所述第二电极、所述第三电极和所述背极板上的有效声孔区域。

8.根据权利要求7所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述微型麦克风还包括：

防粘附层，位于所述第二钝化层上，覆盖所述级联微型麦克风的裸露表面，暴露出所述第二电极和所述第三电极。

9.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述第一牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第一牺牲层的厚度包括：0.5至2um。

10.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述振膜层的材料包括：掺杂的多晶硅，所述振膜层的厚度包括：0.3至1um。

11.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述第二牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第二牺牲层的厚度包括：1至4um。

12.根据权利要求3所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述第一钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中的一种。

13.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述背极板层的材料包括：掺杂的多晶硅，所述背极板层的厚度包括：1至3um。

14.根据权利要求6所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的材料包括：金属、合金，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的厚度包括：0.5至2um。

15.根据权利要求7所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述第二钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼、碳化硅中一种。

16.根据权利要求1所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述衬底的材料包括：单晶硅，所述衬底的厚度包括：300至400um。

17.根据权利要求8所述的级联微型麦克风，其特征在于，所述防粘附层的材料包括：自组装有机膜，所述防粘附层的厚度包括：1至10nm。

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