[实用新型]集成电路与电容式微硅麦克风的单片集成芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于SOI衬底的集成电路与电容式微硅麦克风的单片集成芯片，属于MEMS领域。

背景技术

麦克风是一种将声音信号转化为电信号的换能器。电容式麦克风的基本结构包括作为电容一极的敏感膜和作为电容另外一极的背极板，当声音信号作用于麦克风，声压导致敏感膜产生形变，进而引起敏感膜与背极板之间的电容发生变化，此电容变化可由后续处理电路转化为电信号。

自Bell实验室科学家于1962 年发明驻极体电容式麦克风（ECM）以来，经过几十年的发展，ECM已经广泛应用于各个领域。但传统ECM在高温下其敏感膜中的常驻电荷会发生泄漏，进而导致ECM失效。而在组装消费类电子产品的工艺中，器件自动化表面贴装工艺常需经历高达260℃的焊接温度，所以ECM在配装至电路板时，目前只能依赖人力手工组装，伴随着手机、PDA、MP3 播放器及数码相机等消费类电子产品市场的发展，ECM正逐渐在这些大批量生产的消费类电子产品领域丧失优势。

MEMS是近年来高速发展的一项新技术，它采用先进半导体制造工艺，可实现MEMS器件的批量制造。与对应的传统器件相比，MEMS器件在耐高温、体积、功耗、重量以及价格方面有十分明显的优势。而利用MEMS 技术制造的微型硅麦克风由于有能耐受表面贴装中高温的优点，正迅速成为 ECM 产品的代替者，近几年微型硅麦克风市场有着相当的高增长。

利用MEMS技术加工的微硅麦克风与传统ECM一个重要不同点在于偏置电压施加方式。ECM是通过存储在麦克风敏感膜片中的常驻电荷对其进行偏置，而微硅麦克风是通过外电源直接对麦克风提供偏置电压，无须在敏感膜中存储常驻电荷，所以没有常驻电荷在高温下流失的危险，因此微硅麦克风可承受在自动化表面贴装工艺中所需经历的高温，从而可采用自动化表面贴装工艺，而非采用人力手工安装。

目前，MEMS器件和集成电路（IC）一般采用多片集成方式集成化，即由不同厂商采用不同的工艺流程在不同芯片上分别独立完成电路和MEMS器件的制作，然后再将两者混合封装集成为一个功能单元。这种方法的好处是制造工艺难度小，MEMS器件的设计及制造可单独优化。该种方法在多种MEMS器件集成中都有应用，例如压阻型传感器等。

然而对于某些应用，如高输出阻抗的压电及电容等类型的传感器，MEMS器件和IC进行单片集成则更有优势，可有效提高器件整体性能并降低干扰噪声的影响。电容式微硅麦克风即具有高输出阻抗的特点，导致其受环境干扰噪音和寄生电容的影响较大，因此微硅麦克风采用单片集成方式相对于采用多片集成式可在器件整体性能、尺寸、功耗等方面有较大提高。

实现MEMS器件和IC单片集成的制作方法有三种：第一，先完成MEMS器件的制作，然后再在同一基片上完成IC的制作；第二，MEMS器件和IC在制作过程中单步工艺相互交叉进行；第三种方法即“后半导体工艺”，先采用标准工艺制作IC，然后再在同一基片上完成MEMS器件的制作。

第一种及第二种方法的缺点是可能引入污染，导致IC失效，并有进一步可能导致设备污染。第三种集成方法的好处是可避免前两种集成方法引入的污染，还可充分利用现有成熟的标准IC制造流程，不必修改IC制造流程，这有助于提高成品率及降低对设备的投资。第三种集成方法的缺点是在IC完成后，为不影响IC性能，在其后MEMS器件制造过程中不能有高温工艺，因为IC制造流程完成后，作为金属电极的铝等金属不能承受400℃以上的高温。而现有MEMS技术中多采用多晶硅等材料作为结构材料，而制备多晶硅的温度一般高于400℃。

因此，如何解决现有技术存在的问题而在同一基片上完成标准的IC和MEMS器件的制作，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于SOI衬底、具有高灵敏度的集成电路与电容式微硅麦克风的单片集成芯片。