[发明专利]电容式微型硅麦克风及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于基于硅工艺的微电子机械系统（MEMS）领域，具体涉及一种电容式微型硅麦克风及其制备方法。

背景技术

MEMS技术是近年来高速发展的一项高新技术，与传统对应器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量及价格方面都有十分明显的优势，而且其采用先进的半导体制造工艺，可以实现MEMS器件的批量制造，目前市场上，MEMS器件的主要应用实例包括压力传感器、加速度计及硅麦克风等。

  对于硅麦克风，将其装配至电路板通常采用自动化表面贴装工艺，该工艺需经历高温，而传统驻极体麦克风 （ECM）在高温下会发生电荷泄漏，致使ECM失效，因此ECM的装配只能采用手工装配。而电容式微型硅麦克风可以耐受高温，所以能采用表面贴装工艺以实现自动装配，另外电容式微型硅麦克风在小型化、性能、可靠性、环境耐受性、成本及量产能力等方面都比ECM有优势，因此采用MEMS 技术制造的微型硅麦克风已迅速作为ECM的代替者开始占领手机、PDA、MP3及助听器等消费电子产品市场。

虽然对微型硅麦克风的研究已经开展有二十余年，具体实现电容式微型硅麦克风的方法很多，但电容式微型硅麦克风通常包括一个在四周进行固定的振动膜、一个带有声孔的背极板以及在两者之间的微小空气间隙。通常电容式硅麦克风是在硅基片上采用常规的半导体工艺逐步淀积绝缘层、电容第一极板（可为背极板或振动膜）、牺牲层以及电容第二极板（可为背极板或振动膜）形成。电容第一与第二极板材料可采用多种或多层材料得到（比如掺杂多晶硅，金属与氮化硅复合膜等）；牺牲层材料可采用多种材料（如氧化硅，锗等）。多层薄膜的淀积导致制造工艺比较复杂，从而大大增加了制造成本。

此外，微型硅麦克风制作中面临的一个主要问题就是振动膜以及背极板应力的控制。现有薄膜制备手段基本采用淀积，通过淀积得到的振动膜会存在较大的残余应力，通常包括热失配应力和本征应力两种。残余应力对微型硅麦克风特性具有较大影响，严重时甚至使其失效不能工作。再有，大的残余张应力也会显著降低振动膜的机械灵敏度，而振动膜的机械灵敏度又与麦克风的关键指标——灵敏度成正比，因此大的残余应力将会间接导致麦克风灵敏度的降低。还有，大的残余压应力也可能导致振动膜发生屈曲，从而使麦克风性能不稳定甚至失效。

因此，提高麦克风灵敏度已成为本领域技术人员关注的焦点，现有通过采用改进制备方法淀积的工艺条件的方法，或采用一些附加工艺如退火等来减小振动膜的残余应力，但是采用这种方法对减小残余应力的效果不大，而且重复性不好，实现也较为复杂；另外一个途径就是使振动膜除了一个或多个窄臂、以及与外界进行电学连接外，其余部分皆为自由的。这样就使振动膜完全释放应力，从而使振动膜的机械灵敏度对残余应力不敏感，但该种方式常导致加工工艺复杂度大大增加。

因此，如何解决现有技术存在的缺点，提供一种可制造性更强、工艺简单、产品均匀性更好、体积更小、成本更低、性能更高的微型硅麦克风制造方法实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、成本低、性能高、工艺简单、可制造性强的电容式微型硅麦克风及其制备方法，以提高电容式微型硅麦克风的均匀性以及成品率。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种电容式微型硅麦克风，包括衬底和振动膜，所述衬底包括正面、与所述正面相对设置的背面、自正面内凹形成的若干个声孔、自所述声孔底端连通形成的上腔体、悬空于所述上腔体上的背极板、以及自背面内凹形成的下腔体，所述振动膜悬空设置于所述背极板上，所述上腔体与下腔体连通形成所述电容式微型硅麦克风的背腔。

作为本发明的进一步改进，所述下腔体包括一个整体图形或者多个图形的组合。

作为本发明的进一步改进，所述背腔的剖面形状包括T形。

作为本发明的进一步改进，所述下腔体由4个小腔体组合而成。

作为本发明的进一步改进，所述声孔截面形状包括圆形或矩形。

作为本发明的进一步改进，所述振动膜设有若干个与衬底连接的支撑点，所述支撑点通过柔性梁与振动膜连接。

作为本发明的进一步改进，所述柔性梁包括螺旋梁。

作为本发明的进一步改进，所述支撑点和螺旋梁均由在所述振动膜内开设的窄槽形成。

作为本发明的进一步改进，所述电容式微型硅麦克风还包括由所述振动膜朝背极板延伸形成的凸点，所述凸点悬空设置于背极板上方。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种电容式微型硅麦克风的制备方法，包括如下步骤：