CN212649710U - 一种电容式麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电容式麦克风，属于麦克风技术领域。本实用新型所提供的电容式麦克风包括由下至上依次设置的硅衬底层、振膜层和背板层，硅衬底层和振膜层之间设置有第一牺牲层，振膜层和背板层之间设置有第二牺牲层，硅衬底层上贯穿设置有背腔，背腔内靠近振膜层的背腔顶部结构的壁面为光滑表面。该电容式麦克风通过将背腔顶部结构的壁面设置为光滑表面，不仅使振膜层与背腔顶部结构接触时不易发生膜破现象，且不会造成第一牺牲层的边界外貌上出现尖角，避免了第一牺牲层的边界造成振膜层破膜现象的出现，从而在极大程度上降低了振膜层的破膜率，提高了振膜层的鲁棒性和可靠性。

Description

一种电容式麦克风

技术领域

本实用新型涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种电容式麦克风。

背景技术

在电容式麦克风的技工工艺中，需要利用DRIE(Deep Reactive Ion Etching，深反应离子刻蚀)工艺在硅基衬底上刻出背腔结构，正常蚀刻工艺下，背腔结构底部边界处不可避免地会出现不同程度的损伤，即产生大小不等且比较尖锐的尖角。

在电容式麦克风的工作过程中，背腔结构底部边界处的尖角会对电容式麦克风的振膜层的可靠性造成影响，其主要体现在以下两个方面：其一，当大气压作用在振膜层上时，振膜层会产生比较大的形变并触碰到尖角，从而导致振膜层破裂，麦克风失效；其二，背腔结构底部边界的尖角直接影响位于硅基衬底上方的氧化层的释放边界形貌，在湿法释放过程中大的尖角会保形到氧化层边界，导致与氧化层直接接触的振膜层受力不均匀，从而在大气压作用下由于应力集中导致膜破，麦克风失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电容式麦克风，其振膜层的鲁棒性高，不易破损，可靠性高。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电容式麦克风，包括由下至上依次设置的硅衬底层、振膜层和背板层，所述硅衬底层和所述振膜层之间设置有第一牺牲层，所述振膜层和所述背板层之间设置有第二牺牲层，所述硅衬底层上贯穿设置有背腔，所述背腔内靠近所述振膜层的背腔顶部结构的壁面为光滑表面。

作为优选，所述光滑表面为光滑圆弧面。

作为优选，所述光滑表面为光滑锯齿面，所述光滑锯齿面包括多个依次连接的锯齿单元。

作为优选，所述锯齿单元的高度A小于10um。

作为优选，所述锯齿单元的宽度B小于50um。

作为优选，所述第一牺牲层为氧化硅层。

作为优选，所述第二牺牲层为氧化硅层。

作为优选，所述振膜层为多晶硅层。

作为优选，所述背板层为复合层。

作为优选，所述复合层包括氮化硅层和多晶硅层。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种电容式麦克风，该电容式麦克风包括由下至上依次设置的硅衬底层、振膜层和背板层，硅衬底层和振膜层之间设置有第一牺牲层，振膜层和背板层之间设置有第二牺牲层，硅衬底层上贯穿设置有背腔，背腔内靠近振膜层的背腔顶部结构的壁面为光滑表面。该电容式麦克风通过将背腔顶部结构的壁面设置为光滑表面，不仅使振膜层与背腔顶部结构接触时不易发生膜破现象，且不会造成第一牺牲层的边界外貌上出现尖角，避免了第一牺牲层的边界造成振膜层破膜现象的出现，从而在极大程度上降低了振膜层的破膜率，提高了振膜层的鲁棒性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一所提供的电容式麦克风的剖视图；

图2是本实用新型实施例一所提供的电容式麦克风的主视图；

图3是本实用新型实施例一所提供的电容式麦克风的硅衬底层的剖视图；

图4是本实用新型实施例一所提供的光滑锯齿面的部分结构的示意图；

图5是本实用新型实施例二所提供的电容式麦克风的剖视图；

图6是本实用新型实施例二所提供的电容式麦克风的主视图。

图中：

1、硅衬底层；101、背腔；102、光滑锯齿面；103、光滑圆弧面；

2、振膜层；3、背板层；4、第一牺牲层；5、第二牺牲层。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

本实施例提供了一种电容式麦克风，如图1和图2所示，该电容式麦克风包括由下至上依次设置的硅衬底层1、振膜层2和背板层3，硅衬底层1和振膜层2之间设置有第一牺牲层4，振膜层2和背板层3之间设置有第二牺牲层5。其中，硅衬底层1为采用硅材制成的板状结构，在制造硅衬底层1时，利用DRIE在硅衬底层1的中部刻蚀形成背腔101，背腔101贯穿硅衬底层1设置。在形成背腔101时，背腔101靠近振膜层2的一端形成背腔顶部结构，在本实施例中，通过物理方法或者化学处理方法将该背腔顶部结构的壁面处理为光滑表面，需要注意的是，此处的光滑表面指的是粗糙度Ra在0.05um-1.6um之间的表面。

该电容式麦克风通过将背腔顶部结构的壁面设置为光滑表面，从而在振膜层2在大气压作用下发生较大形变并靠近背腔顶部结构时，能够降低振膜层2与背腔顶部结构接触时的压强，从而降低了振膜层2发生破膜现象的概率，延长了振膜层2的使用寿命，提高了振膜层2的鲁棒性和可靠性。且通过将背腔顶部结构的内壁面设置为光滑表面，能够直接影响第一牺牲层4在湿法释放过程中的边界形貌，使第一牺牲层4的边界形貌比较平滑且不存在尖角，从而能够降低振膜层2与第一牺牲层4接触时的压强，进一步降低了振膜层2发生破膜现象的概率，延长了振膜层2的使用寿命，提高了振膜层2的鲁棒性和可靠性。

在本实施例中，如图3至图4所示，背腔顶部结构突出背腔101的内壁面设置，且背腔顶部结构的内壁面为光滑锯齿面102，该光滑锯齿面102包括多个依次连接的锯齿单元，锯齿单元的锯齿面为光滑弧面，相邻锯齿单元之间平滑过渡。也就是说，在整个背腔顶部结构上均不存在尖角结构或者其他比较尖锐的结构。

在本实施例中，如图4所示，每一锯齿单元的高度A需要小于10um，例如可以为9um、8um、7um、6um、5um、4um、3um、2um或者1um。每一锯齿单元的宽度B需要小于50um，例如可以为45um、30um、25um、20um或者10um等。相邻两个锯齿单元的高度A以及宽度B可以相同，也可以不同，在此不做具体限制。

第一牺牲层4设置在硅衬底层1和振膜层2之间，主要起到隔离硅衬底层1和振膜层2以及支撑振膜层2的作用。第一牺牲层4经释放后留下的部分呈环状结构，其内部空腔与背腔101正对设置。可选地，在本实施例中，第一牺牲层4为氧化硅层。

振膜层2能够在声压的作用下发生变形，从而改变其与背板层3之间的气隙间隔。在本实施例中，振膜层2为多晶硅层。

第二牺牲层5设置在振膜层2和背板层3之间，主要起到隔离振膜层2和背板层3以及支撑背板层3的作用。第二牺牲层5经释放后留下的部分呈环状结构，其内部空腔的大小可以与第一牺牲层4的内部空腔的大小相等，也可以不等，在本实施例中设置为相等。可选地，第二牺牲层5为氧化硅层。

背板层3上设置有多个通孔，多个通孔均与第二牺牲层5的内部空腔连通。可选地，通孔的形状为圆形，多个通孔规律排布，例如排布呈环形。进一步可选地，背板层3为复合层，在本实施例中，背板层3为氮化硅层和多晶硅层的复合结构。

实施例二

本实施例提供了一种电容式麦克风，如图5和图6所示，该电容式麦克风包括由下至上依次设置的硅衬底层1、振膜层2和背板层3，硅衬底层1和振膜层2之间设置有第一牺牲层4，振膜层2和背板层3之间设置有第二牺牲层5。其中，硅衬底层1为采用硅材制成的板状结构，在制造硅衬底层1时，利用DRIE在硅衬底层1的中部刻蚀形成背腔101，背腔101贯穿硅衬底层1设置。在形成背腔101时，背腔101靠近振膜层2的一端形成背腔顶部结构，在本实施例中，通过物理方法或者化学处理方法将该背腔顶部结构的壁面处理为光滑表面。

该电容式麦克风通过将背腔顶部结构的壁面设置为光滑表面，从而在振膜层2在大气压作用下发生较大形变并靠近背腔顶部结构时，能够降低振膜层2与背腔顶部结构接触时的压强，从而降低了振膜层2发生破膜现象的概率，延长了振膜层2的使用寿命，提高了振膜层2的鲁棒性和可靠性。且通过将背腔顶部结构的内壁面设置为光滑表面，能够直接影响第一牺牲层4在湿法释放过程中的边界形貌，使第一牺牲层4的边界形貌比较平滑且不存在尖角，从而能够降低振膜层2与第一牺牲层4接触时的压强，进一步降低了振膜层2发生破膜现象的概率，延长了振膜层2的使用寿命，提高了振膜层2的鲁棒性和可靠性。

在本实施例中，如图5和图6所示，背腔顶部结构的内壁面为光滑圆弧面103，该光滑圆弧面103与背腔101的内壁面共面设置，两者的连接处平滑过渡。当然在其他实施例中，该光滑圆弧面103也可以突出背腔101的内壁面设置，从而使两者的连接处呈阶梯状。进一步地，光滑圆弧面103可以与背腔101的内壁面平行设置，也可以相较于背腔101的内壁面倾斜设置，只要保证两者的连接处平滑过渡，没有形成尖角即可。

第一牺牲层4设置在硅衬底层1和振膜层2之间，主要起到支撑振膜层2的作用。第一牺牲层4经释放后留下的部分呈环状结构，其内部空腔与背腔101正对设置。可选地，在本实施例中，第一牺牲层4为氧化硅层。

振膜层2能够在声压的作用下发生变形，从而改变其与背板层3之间的气隙间隔。在本实施例中，振膜层2为多晶硅层。

第二牺牲层5设置在振膜层2和背板层3之间，主要起到隔离振膜层2和背板层3以及支撑背板层3的作用。第二牺牲层5经释放后留下的部分呈环状结构，其内部空腔的大小可以与第一牺牲层4的内部空腔的大小相等，也可以不等，在本实施例中设置为相等。可选地，第二牺牲层5为氧化硅层。

背板层3上设置有多个通孔，多个通孔均与第二牺牲层5的内部空腔连通。可选地，通孔的形状为圆形，多个通孔规律排布，例如排布呈环形。进一步可选地，背板层3为复合层，在本实施例中，背板层3为氮化硅层和多晶硅层的复合结构。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电容式麦克风，其特征在于，包括由下至上依次设置的硅衬底层(1)、振膜层(2)和背板层(3)，所述硅衬底层(1)和所述振膜层(2)之间设置有第一牺牲层(4)，所述振膜层(2)和所述背板层(3)之间设置有第二牺牲层(5)，所述硅衬底层(1)上贯穿设置有背腔(101)，所述背腔(101)内靠近所述振膜层(2)的背腔顶部结构的壁面为光滑表面。

2.根据权利要求1所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述光滑表面为光滑圆弧面(103)。

3.根据权利要求1所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述光滑表面为光滑锯齿面(102)，所述光滑锯齿面(102)包括多个依次连接的锯齿单元。

4.根据权利要求3所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述锯齿单元的高度A小于10um。

5.根据权利要求3所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述锯齿单元的宽度B小于50um。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述第一牺牲层(4)为氧化硅层。

7.根据权利要求1-5任一项所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述第二牺牲层(5)为氧化硅层。

8.根据权利要求1-5任一项所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述振膜层(2)为多晶硅层。

9.根据权利要求1-5任一项所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述背板层(3)为复合层。

10.根据权利要求9所述的电容式麦克风，其特征在于，

所述复合层包括氮化硅层和多晶硅层。

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