[发明专利]电容式传声器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及传声器技术领域，特别是半导体电容式传声器芯片。

背景技术

半导体传声器芯片研究已有20多年的历史了，期间各类传声器陆续在硅片上被开发实现。其中，最主要最热门的一种即电容式硅传声器。电容式硅传声器不仅具有体积小、灵敏度高、频响特性好、噪声低等特点，更重要的是具有很宽工作温度，可适用于SMT等自动化生产线作业和恶劣的工作环境。

电容式传声器芯片是利用微机械加工技术制作出来的一种声传感器，其功能结构是由振膜和背极组成的平板电容。振膜在声波作用下产生振动，相对背极的距离发生变化，使振膜和背极间的电容值改变。振动良好的振膜与刚性背极是达到良好性能必不可少条件。要使振膜具有良好振动性能，一方面可以降低振膜的残余应力。文献Sensor and actuatorsA.31，1992，90-96中描述了把张应力和压应力材料制作成低应力复合膜用在传感器上；专利US6622368B1把低应力复合膜结构用作硅传声器的振膜，申请了氮化硅/多晶硅/氮化硅的复合膜结构专利；文献Sensor andactuators A.31，1992，149-152以及专利US6012335中描述了利用单晶硅重掺杂硼的方法制作单晶硅振膜；1998MEMS Conference，HeidebergGermany Jan 25-29，A High Sensitivity Polysilicon DiaphragmCondenser Microphone中报导采用低应力多晶硅做振膜。只靠制作低残余应力材料来提高振膜的振动性能，对薄膜的生长工艺要求严格，一致性较难保证。

另外，利用各种结构释放振膜残余应力也是常用的方法，美国专利5,452,268、5,146,435、中国公开专利200410100283.3以及文献(The 11thInternational Conference on Solid-State Sensors and Actuators，Munich Germany，June，10-14，2001)皆描述了利用悬梁结构释放振膜残余应力的方法提高振膜的机械灵敏度，由于悬梁结构使振膜上的应力集中在边缘，同时经常过于柔软，容易产生粘连问题。专利US6535460B2申请了自由振膜结构，可以得到零残余应力振膜的传声器，但完成相应的结构所需工艺复杂。

刚性背极是传声器有良好频率特性以及低噪声的前提条件。目前，报导的方法包括：专利US6012335采用厚金层作背极；专利US6677176B2采用复合金属膜做背极，减小应力的同时增加厚度；US6140689专利中采用SOI硅片中单晶硅层做背极；US6667189B1采用电化学腐蚀制作低应力厚单晶硅背极；US6532460B2制作特殊结构增加背极强度，大多工艺复杂，制作成本高。

得到柔软振膜和刚性背极后，也要解决振膜与背极粘连的问题，到目前方法很多，比较有效的是制作防粘连突起，但是需要增加工艺步骤，加大了成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有电容式传声器芯片技术中存在的问题，针对当前电容式传声器芯片结构设计中存在的不足，提出了一种具有新结构的电容式传声器芯片，从而简化工艺步骤，并改善其性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种电容式传声器芯片，包括基底、绝缘层、导电层、内悬梁支撑，外悬梁支撑、振膜、内悬梁、外悬梁及内悬梁边框、外悬梁边框，下电极、上电极；其中：

基底、绝缘层中心有贯通孔，为背腔；

基底上表面固连有绝缘层，绝缘层之上固接导电层，导电层包括背极、电极引线、支撑隔离以及周边层，导电层的中间区域为背极，背极中心区域正对背腔上开口区域，形成一个悬浮区，悬浮区上有多数个声孔，背腔以外的背极与绝缘层固结；背极与电极引线相连，背极通过隔离槽与支撑隔离电隔离，背极通过隔离槽与周边层电隔离；导电层中的背极为电容结构的一个电极板；

导电层之上固结内悬梁支撑、外悬梁支撑，内悬梁支撑固接于支撑隔离之上，内悬梁支撑之上固结内悬梁边框；外悬梁支撑固结于周边层之上，在外悬梁支撑一侧有贯通孔，贯通孔内径不小于电极引线边缘，在外悬梁支撑之上固结外悬梁边框；在贯通孔内电极引线上表面设有下电极；