CN219124363U - Mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS麦克风。该MEMS麦克风中，振动膜对应于空隙的位置上设置有第一开孔，以使空隙区域能够形成敞开的循环结构，有利于释放和缓冲强气流，改善高强度压力导致振动膜容易破裂的问题。此外，在MEMS麦克风的制备过程中，使得空隙内的刻蚀剂还可以通过第一开孔释放，从而可缓解刻蚀剂大量堆积在空隙内，有效降低了振动膜被过度侵蚀的风险，进一步增强了振动膜的抗气压能力，提高麦克风的可靠性。

Description

MEMS麦克风

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种MEMS麦克风。

背景技术

采用微电子机械系统工艺(Micro Electro Mechanical System，MEMS)制备形成的MEMS麦克风器件，由于其小型化和轻薄化的特点而被广泛应用。

图1为现有的一种MEMS麦克风的结构示意图，如图1所示，现有的MEMS麦克风通常包括形成在一衬底10上的振动膜20和背极板30，所述振动膜10间隔设置在所述衬底10的上方，并在所述振动膜20和所述背极板30之间形成有空腔。在MEMS麦克风的工作过程中，外部的声压作用在振动膜20上，引起所述振动膜20的振动。

现有技术中，具体是通过对振动膜20下方的牺牲层进行刻蚀，以释放出振动膜20下方的空间。但是，在刻蚀振动膜20下方的牺牲层的过程中，常常会因为侧向侵蚀而在振动膜20和衬底10之间产生有空隙50，该空隙50的存在容易导致制备过程中的物质残留在该空隙50内，且不易被去除。尤其是，在该空隙50的位置也更容易出现刻蚀剂堆积，从而会对振动膜20产生过度侵蚀，使得振动膜20的抗气压能力减弱，影响产品的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种MEMS麦克风，用于解决现有的MEMS麦克风其振动膜的抗气压能力不佳的问题。

为此，本实用新型提供的一种MEMS麦克风，包括：依次形成在一衬底上的振动膜和背极板。其中，所述衬底中形成有背腔，所述振动膜间隔设置在所述衬底的上方，并在所述振动膜和所述衬底之间形成有空隙，所述空隙的开口侧向暴露于所述背腔，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有第一开孔。

可选的，所述振动膜位于空隙区域的部分中还形成有朝向所述背极板弯曲的凸起。

可选的，所述凸起为环绕所述背腔的连续凸起。进一步的，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有多个第一开孔，所述第一开孔形成在所述凸起的顶点位置。

可选的，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有多个间隔的凸起，多个间隔的凸起沿着背腔的外周依次排布。进一步的，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有多个第一开孔，至少部分凸起的顶点位置形成有所述第一开孔。

可选的，所述振动膜位于背腔区域内的第二部分中形成有第二开孔。

可选的，所述凸起的截面形状为波形。

可选的，所述背腔靠近所述振动膜的顶角位置形成为倾斜的斜坡或者弧形倒角。

可选的，所述振动膜和所述衬底之间形成有支撑层，所述支撑层围绕在所述背腔的外围用于支撑所述振动膜，所述支撑层、所述振动膜和所述衬底界定出所述空隙。

在本实用新型提供的MEMS麦克风中，通过在振动膜对应于空隙的位置上设置有第一开孔，基于所述第一开孔使得空隙区域能够形成敞开的循环结构，有利于释放和缓冲强气流，可以有效改善高强度压力而导致振动膜容易破裂的问题，增强了振动膜的抗气压能力，提高麦克风的可靠性。并且，在MEMS麦克风的制备过程中，由于振动膜对应于空隙区域的部分中形成有第一开孔，使得空隙内的刻蚀剂可以通过第一开孔释放，有利于缓解刻蚀剂大量堆积在空隙内，有效降低了振动膜被过度侵蚀的风险。

进一步的，还可以在振动膜对应于空隙的位置上设置朝向背极板弯曲的凸起，可大大提高振动膜的弹性，有效缓解强气流在空隙区域内产生的高强度压力作用在振动膜上而导致振动膜容易破裂的问题，进一步增强振动膜的抗气压能力。

附图说明

图1为现有的一种MEMS麦克风的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中的MEMS麦克风的结构示意图。

其中，附图标记如下：

10/100-衬底；

100a-背腔；

20/200-振动膜；

210-凸起；

200a-第一开孔；

200b-第二开孔；

30/300-背极板；

300a-第三开孔；

310-多晶硅层；

320-氮化硅层；

400-支撑层；

50/500-空隙。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例对本实用新型提出的MEMS麦克风作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。应当认识到，附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。

图2为本实用新型一实施例中的MEMS麦克风的结构示意图，如图2所示，本实施例中的MEMS麦克风包括：依次形成在一衬底100上的振动膜200和背极板300。所述衬底100中形成有背腔100a，所述背腔100a对应于所述振动膜200的振动区域，以及所述振动膜200和所述背极板300之间具有空腔。

进一步的，在所述衬底100上还形成有支撑层400，所述支撑层400可围绕在所述背腔100a的外围，用于支撑所述振动膜200的端部，以使振动膜200间隔设置在所述衬底100的上方。本实施例中，在所述振动膜200对应于背腔区域的部分中可开设有若干个第二开孔200b，以利用所述第二开孔200b平衡振动膜200两侧的压力，降低阻尼作用，进而可提高麦克风的可靠性。以及，在所述背极板300上开设有若干个第三开孔300a。

在MEMS麦克风的工作过程中，所述振动膜200与所述背极板300可组成平行板电容，当外部的气体通过背极板300进入到空腔内，使得气体的声压作用于振动膜200上，从而引起所述振动膜200的振动，使得所述振动膜200与背极板300之间的距离发生变化，进而产生电容的变化，并利用电容变化量进行运算和工作，以完成声音信号和电信号的转换。

继续参考图2所示，所述振动膜200位于所述衬底100的上方，并在所述振动膜200和所述衬底100之间还形成有空隙500，所述空隙500位于所述背腔100a的外围，并且所述空隙500的开口侧向暴露于所述背腔100a。本实施例中，所述支撑层400、所述振动膜200和所述衬底100界定出所述空隙500。

其中，所述空隙500例如是在刻蚀振动膜200下方的牺牲层的过程中，由于刻蚀剂的侧向侵蚀而形成。具体而言，MEMS麦克风的制备过程一般包括：首先，在衬底100上形成第一牺牲层(图中未示出)，并在第一牺牲层上形成振动膜200，所述振动膜200中开设有若干个第二开孔200b；接着，在所述振动膜200上依次形成第二牺牲层(图中未示出)和背极板300，所述背极板300中形成有若干个第三开孔300a；接着，在衬底100中形成背腔100；之后，对第一牺牲层和第二牺牲层进行刻蚀，以释放出振动膜200两侧的空间。其中，在对第一牺牲层和第二牺牲层进行刻蚀时，刻蚀剂通过衬底100的背腔100a和背极板300上的第三开孔300a进入以进行刻蚀，并且刻蚀剂通过背腔100a还将进一步横向侵蚀背腔100a外周的膜层，从而形成空隙500。

承如背景技术所述，传统的MEMS麦克风中，基于侧向侵蚀所形成的空隙500容易导致残留物难以被去除，并且极易引起刻蚀剂在该空隙500内堆积而腐蚀振动膜200，导致振动膜200的抗气压能力减弱。具体示例中，可采用湿法刻蚀工艺刻蚀牺牲层，此时在传统的MEMS麦克风中湿法刻蚀的刻蚀液(例如，BOE刻蚀液)容易残留在空隙500内。

对此，本实施例中，在振动膜200对应于空隙区域的部分中形成有第一开孔200a。通过设置所述第一开孔200a，使得堆积在空隙500内的刻蚀剂能够通过所述第一开孔200a形成敞开的循环结构，很大程度的释放和缓冲强气流，增强振动膜200的抗气压能力，提高麦克风可靠性。

进一步的方案中，在振动膜200对应于空隙区域的部分中还形成有朝向所述背极板300弯曲的凸起210，通过所述凸起210可以有效增强振动膜200的弹性，进一步提高振动膜200的抗气压能力。

一种可选的方案中，所述凸起210为环绕所述背腔100a的连续凸起，即，所述凸起210环绕所述背腔100a而呈现为环状结构。进一步的，在所述振动膜200位于空隙区域的部分中还形成有多个第一开孔200a，所述第一开孔200a可设置在所述凸起210的顶点位置。需要说明的是，图2示例中的凸起210的截面形状为波形，即，图2中的凸起210为波形凸起，此时可将第一开孔200a设置在波形凸起的波峰位置；然而其他示例中，凸起210截面形状还可以是方形，即，凸起为方形凸起，此时可将第一开孔200a设置在方形凸起的顶壁上。

在另一种可选的方案中，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有多个间隔的凸起210，多个间隔的凸起210沿着背腔100a的外周依次排布。其中，单一个凸起210的截面形状可以为波形或者为方形，以及单一个凸起210的整体可呈现为半球型结构。进一步的，在所述振动膜200位于空隙区域的部分中还形成有多个第一开孔200a，至少部分凸起210的顶点位置形成有所述第一开孔200a，例如，可以在各个凸起210的顶点位置上均设置有所述第一开孔200a。

本实施例中，在振动膜200对应于空隙区域的部分中同时设置有凸起210和第一开孔200a，从而在提高振动膜200的弹性的同时，还进一步达到空隙区域内的压力释放，更大程度的增强振动膜200的抗气压能力。当然，在MEMS麦克风的制备过程中，还可以使刻蚀剂通过所述第一开孔200a进行释放，缓解振动膜200受到的压力冲击，并进一步改善振动膜200被过度侵蚀的问题。此外，本实施例中，将第一开孔200a设置在凸起210的顶点位置，更有利于气体和刻蚀剂的释放。

进一步的，所述振动膜200位于空隙区域内的第一开孔200a的尺寸例如为1.0μm-2.5μm。以及，所述振动膜200位于背腔区域内的第二开孔200b的尺寸例如为1μm-5μm，实际应用中，可以根据具体情况而对应调整第二开孔200b的尺寸和数量，例如，在一定的面积范围内，当第二开孔200b的数量较少时，则可增大第二开孔200b的尺寸；反之，当第二开孔200b的数量较多时，则可缩减第二开孔200b的尺寸。

继续参考图2所示，所述背腔100a靠近振动膜200的顶角位置可以被修饰为由空隙500朝向背腔100a倾斜的斜坡，或者也可以被修饰为弧形倒角。具体示例中，所述背腔100a靠近振动膜200的顶角位置的一周可均被修饰为倾斜的斜坡或者弧形倒角，通过该倾斜的斜坡或者弧形倒角，使得空隙500内的残留物容易通过该斜坡或者弧形倒角而更快速的释放出。尤其是，在MEMS麦克风的制备过程中，空隙500内的刻蚀剂通过斜坡或者倾斜的倒角更容易被去除，缓解振动膜200被过度侵蚀，进一步提高振动膜200的抗气压能力。

具体的，所述倾斜的斜坡或者弧形倒角可以在制备背腔100a的过程中，对其顶角进行修饰，例如：在依次形成第一牺牲层、振动膜200、第二牺牲层和背极板300之后，刻蚀衬底100以形成背腔100a，通过所述背腔100a暴露出第一牺牲层，此时可继续对背腔100a靠近第一牺牲层的顶角进行修饰(例如，对背腔100a的这一拐角侧向侵蚀)，以形成倾斜的斜坡或者弧形倒角。

或者，所述倾斜的斜坡或者弧形倒角还可以在制备第一牺牲层之前形成，例如：在制备第一牺牲层之前，优先对衬底100对应于背腔100a的区域刻蚀至预定深度以形成凹槽，并将凹槽的顶角修饰为倾斜的斜坡或者弧形倒角；接着，再依次形成第一牺牲层、振动膜200、第二牺牲层和背极板300，之后翻转衬底100并进行刻蚀直至刻蚀至凹槽以形成背腔100a。

进一步的，所述振动膜200可包括多晶硅层和位于所述多晶硅层上下两侧的氮化硅层。以及，所述背极板300可包括多晶硅层310和形成在所述多晶硅层310上的氮化硅层320，其中的多晶硅层310朝向空腔设置，氮化硅层320位于多晶硅层310背离空腔的一侧，利用叠层结构的背极板300，有利于提高背极板300的强度。

综上所述，本实施例提供的MEMS麦克风中，通过在振动膜200对应于空隙500的位置上设置朝向背极板300弯曲的凸起210，可大大提高振动膜200的弹性，增强振动膜200的抗气压能力，有效缓解强气流在空隙区域内产生的高强度压力作用在振动膜200上而导致振动膜200容易破裂的问题。

以及，在振动膜200对应于空隙500的位置上还可设置有第一开孔200a，基于所述第一开孔200a使得空隙区域能够形成敞开的循环结构，有利于释放和缓冲强气流，相当于增强了振动膜200的抗气压能力，提高麦克风的可靠性。并且，在MEMS麦克风的制备过程中，由于振动膜200对应于空隙区域的部分中形成有第一开孔200a，使得空隙内的刻蚀剂可以通过第一开孔200a释放，有利于缓解刻蚀剂大量堆积在空隙内，有效降低了振动膜200被过度侵蚀的风险。

此外，通过将背腔100a靠近振动膜200的顶角位置修饰为倾斜的斜坡，或者弧形倒角，如此，即可使得空隙500内的残留物容易通过该斜坡或者弧形倒角而更快速的释放出。同时，在MEMS麦克风的制备过程中，空隙500内的刻蚀剂通过斜坡或者倾斜的倒角也更容易被去除，进一步缓解了振动膜200被过度侵蚀的问题，更大程度的提高振动膜200的抗气压能力。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。

还需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：依次形成在一衬底上的振动膜和背极板；

其中，所述衬底中形成有背腔，所述振动膜间隔设置在所述衬底的上方，并在所述振动膜和所述衬底之间形成有空隙，所述空隙的开口侧向暴露于所述背腔，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有第一开孔。

2.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振动膜位于空隙区域的部分中还形成有朝向所述背极板弯曲的凸起。

3.如权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述凸起为环绕所述背腔的连续凸起。

4.如权利要求3所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有多个第一开孔，所述第一开孔形成在所述凸起的顶点位置。

5.如权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有多个间隔的凸起，多个间隔的凸起沿着背腔的外周依次排布。

6.如权利要求5所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振动膜位于空隙区域的部分中形成有多个第一开孔，至少部分凸起的顶点位置形成有所述第一开孔。

7.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振动膜位于背腔区域内的部分中形成有第二开孔。

8.如权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述凸起的截面形状为波形。

9.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背腔靠近所述振动膜的顶角位置形成为倾斜的斜坡或者弧形倒角。

10.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振动膜和所述衬底之间形成有支撑层，所述支撑层围绕在所述背腔的外围用于支撑所述振动膜，所述支撑层、所述振动膜和所述衬底界定出所述空隙。

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