CN216752097U - Mems麦克风及mems器件 - Google Patents

Abstract

公开了一种MEMS麦克风及MEMS器件，包括：依次位于衬底上的第一牺牲层、背极板、第二牺牲层、振膜、第一电极和第二电极；导电通道，与所述振膜电隔离，与所述背极板电连接，其中，所述第一电极与所述导电通道电连接，所述第二电极与所述振膜电连接；所述第二牺牲层具有隔断区域，所述第一电极位于所述第二牺牲层上方；所述背极板包括导电层，所述第一电极与所述导电层在衬底上的投影不重合。本申请的MEMS麦克风，通过增加第一电极与衬底之间的连续绝缘距离来降低寄生电容。

Description

MEMS麦克风及MEMS器件

技术领域

本实用新型涉及微电子技术领域，特别涉及一种MEMS麦克风及MEMS器件。

背景技术

MEMS麦克风是采用微加工工艺制造的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)器件。由于具有体积小、灵敏度高、与现有半导体技术兼容性好的优点，MEMS麦克风在手机等移动终端上的应用越来越广泛。MEMS麦克风的结构包括彼此相对的振膜和背极板，二者分别经由引线连接至相应的电极，在振膜和背极板之间还包括牺牲层，牺牲层用于隔开振膜和背极板，其中形成有空腔以提供振膜所需的振动空间。

随着微加工工艺的发展，MEMS麦克风越来越小型化，在MEMS麦克风的制造和应用过程中的工艺要求也越来越高。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MEMS麦克风在应用环境中的性能急剧恶化。

MEMS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，容易受到其他寄生电容的影响，从而降低MEMS麦克风的灵敏度，尤其是电极与衬底之间的寄生电容。

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MEMS麦克风及MEMS器件，通过增加第一电极与衬底之间的连续绝缘层厚度来降低寄生电容。

根据本实用新型的一方面，提供一种MEMS麦克风，包括：衬底、第一牺牲层、背极板、第二牺牲层、振膜、第一电极和第二电极；导电通道，与所述振膜电隔离，与所述背极板电连接，其中，所述第一电极与所述导电通道电连接，所述第二电极与所述振膜电连接；述第二牺牲层具有隔断区域，所述第一电极位于所述第二牺牲层上；述背极板包括导电层，所述第一电极与所述导电层在衬底上的投影不重合。

可选地，所述导电通道覆盖所述第二牺牲层的部分表面以及所述隔断区域，所述导电通道经由所述隔断区域与部分所述背极板的导电层电连接。

可选地，所述第一电极位于所述第二牺牲层表面的所述导电通道上，所述第二电极位于所述振膜上。

可选地，所述导电层包括有效区和连接区，所述有效区与所述振膜的可动区形成可变电容，所述连接区将所述导电通道与所述有效区连接。

可选地，所述连接区包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分与所述导电通道连接，所述第三部分与所述有效区连接。

可选地，所述第二部分任意位置的宽度不大于所述第三部分的宽度。

可选地，所述第一部分的形状包括圆形、多边形或不规则图形。

可选地，所述第二部分与所述第三部分连接处的宽度大于等于所述第二部分与所述第一部分连接处的宽度。

可选地，所述第一电极和所述第二电极的第二表面与所述衬底第一表面之间的距离相同。

可选地，所述背极板包括上介质层和下介质层，所述导电层位于所述上介质层和所述下介质层之间。

可选地，所述导电通道与所述振膜的材料相同。

根据本实用新型的另一方面，提供一种MEMS器件，包括如前述所述的MEMS麦克风；ASIC芯片，与所述MEMS麦克风连接。

本申请提供的MEMS麦克风及MEMS器件，第一电极通过导电通道与背极板中的导电层电连接，导电通道沿背极板表面和第二牺牲层的表面起伏延伸，且第一电极与位于第二牺牲层表面的导电通道连接，使得第一电极与背极板的导电层在衬底表面的投影不重合，从而在计算寄生电容时，由于第一电极与衬底之间的距离由d2变为d1，根据电容的计算公式面积/距离可知，减小了寄生电容。

进一步地，本申请中，导电通道的材料与振膜材料相同，即可以在沉积振膜材料时同时沉积导电通道的材料，之后将导电通道与振膜隔离，从而减少了工艺步骤。

进一步地，背极板包括下介质层、导电层和上介质层，导电层包括有效区和连接区，一方面，有效区仅位于与衬底的第一腔体相对应的区域，尽可能的减小了寄生电容的产生；另一方面，连接区包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，第二部分的宽度小于第三部分的宽度，从而，连接区也减小了寄生电容。

本申请提供的MEMS麦克风，通过至少两个方面减小寄生电容，从而提升产品的信噪比和灵敏度。

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示出了根据本实用新型实施例的MEMS麦克风的截面图；

图2示出了根据本实用新型实施例的图1中A区的放大图；

图3示出了根据本实用新型实施例的背极板的电极引出结构的俯视图；

图4示出了根据本实用新型实施例的背极板中导电层的俯视图；

图5示出了根据本实用新型实施例的图4中B区的放大图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。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、另一区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。

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。

图1示出了根据本实用新型实施例的MEMS麦克风的截面图；图2示出了根据本实用新型实施例的图1中A区的放大图；图3示出了根据本实用新型实施例的背极板的电极引出结构的俯视图；图4示出了根据本实用新型实施例的背极板中导电层的俯视图；图5示出了根据本实用新型实施例的图4中B区的放大图。

参考图1，本申请中的MEMS麦克风100包括：衬底110，位于衬底110第一表面上的第一牺牲层121，位于所述第一牺牲层121上方的背极板130，位于背极板130上方的第二牺牲层122，位于第二牺牲层122上方的振膜140。其中，背极板130包括下介质层131，导电层132以及上介质层133。

在该实施例中，从振膜140的第二表面开始向下，第二牺牲层122的中间区域被去除，形成第三腔体103，暴露振膜140第二表面的中间区域，形成可动区，背极板130中形成有贯穿背极板130的多个声孔104，第一牺牲层121的中间区域被去除，形成第二腔体102，第三腔体103经由第一声孔104与第二腔体102连通，在第二腔体102对应的衬底110区域，形成有贯穿衬底110的第一腔体101，从而使得振膜140可动区的第二表面经由第三腔体103、第一声孔104、第二腔体102以及第一腔体101与外界连通。

在该实施例的MEMS麦克风100中，还包括与背极板130电连接的第一电极135和与振膜140电连接的第二电极141。具体地，第一电极135通过导电通道134与背极板130中的导电层132连接，且第一电极135和导电通道134均与振膜140相隔离。进一步地，参考图1，第一电极135的第二表面与衬底110第一表面之间的距离等于第二电极141的第二表面与衬底110第一表面之间的距离，第一电极135的第二表面与导电通道134的第一表面接触，第二电极141的第二表面与振膜140的第一表面接触。

进一步地，位于背极板130上方的第二牺牲层122具有隔断区域，将第二牺牲层122分为两个部分，且隔断区域暴露背极板130的表面，且暴露部分导电层132的表面。导电通道134经由隔断区域覆盖背极板130的部分表面和第二牺牲层122的部分表面，特别地，导电通道134与背极板13的导电层132连接，从而位于第二牺牲层132上方的第一电极135经由导电通道134与背极板130电连接。

其中，背极板130中的导电层132包括有效区132a和连接区132b(如图4所示)，第一电极135经由导电通道134与导电层132的连接区132b相连接，进而与有效区132a电连接。

进一步地，参考图2，背极板130的电极引出结构的形成步骤为：在背极板130的上表面形成第二牺牲层122，蚀刻连接区132b上方的第二牺牲层122形成隔断区域，暴露部分背极板130的表面，蚀刻背极板130中连接区132b上方的上介质层133，暴露背极板130中导电层132的表面，沉积多晶硅材料形成振膜140，蚀刻振膜140形成隔离槽142，被隔离槽142所分离的部分为导电通道134，导电通道134与背极板130中的导电层132连接，但与振膜140相隔离。

其中，导电通道134沿背极板130和第二牺牲层122的表面横向(平行于衬底110表面)延伸，使得第一电极135没有位于背极板130中导电层132的上方，进而第一电极135与背极板130中的导电层132在衬底110表面的投影不重合(参考图3)，即在垂直与衬底110表面方向上，第一电极135与衬底110之间仅包括导电通道134一个导电层，其他均为绝缘层。此外，第一电极135和导电通道134在纵向(垂直于衬底110表面)和横向(平行于衬底110表面)上发生的变化，使得第一电极135产生寄生电容的距离从d2变为了d1，而根据电容的计算公式可知，第一电极135的面积不变的情况下，与衬底110之间的距离越大，寄生电容越小。

图3示出了背极板130的电极引出结构的俯视图。如图3所示，第一电极135位于导电通道134的表面，而导电通道134沿第二牺牲层122和背极板130的表面起伏延伸，图3中位于导电通道134中的虚线例如表示导电通道134表面的起伏状态，进一步地，导电通道134位于背极板130的导电层132的上方，且与导电层132连接，从而形成第一电极135与背极板130中的导电层132的电连接。

进一步地，参考图1，图4和图5，背极板130中导电层132被下介质层131和上介质层133所包围，导电层132中的有效区132a仅位于与振膜140的可动区相对应的区域，从而减小了背极板130在可动区之外的区域形成的寄生电容。

导电层132的连接区132b包括第一部分132b1，第二部分132b2和第三部分132b3，第一电极135经由导电通道134与第一部分132b1连接。其中，第三部分132b3与有效区132a连接，第二部分132b2连接第一部分132b1和第三部分132b3，且第二部分132b2任意部分的宽度不小于第二部分132b2与第一部分132b1连接处的宽度但不大于第二部分132b2与第三部分132b3连接处的宽度，从而背极板130位于可动区以外区域的连接区132b的面积也减小，在不改变背极板130与衬底110之间的距离的情况下，连接区132b与衬底110之间产生的寄生电容也减小。

在该实施例中，图4和图5示出了连接区132b的第一部分132b1是圆形的情况，在其他实施例中，第一部分132b1还可以是三角形、四边形或其他多边形以及不规则图形等；第二部分132b2也可以是宽度小于第三部分132b3的规则或不规则图形，且第二部分132b2的长度也可以大于第三部分132b3的长度。

此外，在振膜140可动区的第二表面上，例如还形成有第一防粘结构(图中未示出)，用于防止振膜140与背极板130发生粘连。

本申请提供的MEMS麦克风，第一电极通过导电通道与背极板中的导电层电连接，导电通道沿背极板表面和第二牺牲层的表面起伏延伸，且第一电极与位于第二牺牲层表面的导电通道连接，使得第一电极与背极板的导电层在衬底表面的投影不重合，从而在计算寄生电容时，由于第一电极与衬底之间的距离由d2变为d1，从而根据电容的计算公式面积/距离可知，减小了寄生电容。

进一步地，背极板包括下介质层、导电层和上介质层，导电层包括有效区和连接区，一方面，有效区仅位于与衬底的第一腔体相对应的区域，尽可能的减小了寄生电容的产生；另一方面，连接区包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，第二部分的宽度小于第三部分的宽度，从而，连接区也减小了寄生电容。

本申请提供的MEMS麦克风，通过至少两个方面减小寄生电容，从而提升产品的信噪比和灵敏度。

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 (12)

1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：

衬底、第一牺牲层、背极板、第二牺牲层、振膜、第一电极和第二电极；

导电通道，与所述振膜电隔离，与所述背极板电连接，

其中，所述第一电极与所述导电通道电连接，所述第二电极与所述振膜电连接；

所述第二牺牲层具有隔断区域，所述第一电极位于所述第二牺牲层上方；

所述背极板包括导电层，所述第一电极与所述导电层在衬底上的投影不重合。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述导电通道覆盖所述第二牺牲层的部分表面以及所述隔断区域，所述导电通道经由所述隔断区域与部分所述背极板的导电层电连接。

3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一电极位于所述第二牺牲层表面的所述导电通道上，所述第二电极位于所述振膜上。

4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述导电层包括有效区和连接区，所述有效区与所述振膜的可动区形成可变电容，所述连接区将所述导电通道与所述有效区连接。

5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述连接区包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分与所述导电通道连接，所述第三部分与所述有效区连接。

6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第二部分任意位置的宽度不大于所述第三部分的宽度。

7.根据权利要求5所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一部分的形状包括圆形、多边形或不规则图形。

8.根据权利要求5所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第二部分任意部分的宽度不大于第二部分与所述第三部分连接处的宽度，且不小于所述第二部分与所述第一部分连接处的宽度。

9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的第二表面与所述衬底第一表面之间的距离相同。

10.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背极板包括上介质层和下介质层，所述导电层位于所述上介质层和所述下介质层之间。

11.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述导电通道与所述振膜的材料相同。

12.一种MEMS器件，其特征在于，

包括如权利要求1-11中任一项所述的MEMS麦克风；

ASIC芯片，与所述MEMS麦克风电连接。

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