[发明专利]一种MEMS麦克风结构及其制造方法

说明书

本发明公开了一种MEMS麦克风芯片，其与集成电路集成于PCB基板上以形成MEMS麦克风结构，所述麦克风芯片包括：半导体衬底；第一介质层；第一器件层，其包括相互分隔的麦克风下电极及电容下极板；第二介质层；第二器件层，其包括相互分隔的麦克风上电极及电容上极板；麦克风上电极位于麦克风下电极的上方并与所述麦克风下电极之间形成空气隙；电容上极板通过第二介质层支撑于电容下极板的正上方；电容上极板、电容下极板及两者间的第二介质层形成去耦电容。本发明还提供了一种具有上述麦克风芯片的麦克风结构及制造方法，能够实现MEMS麦克风结构的轻薄化及制造工艺的简单化。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统技术领域，特别涉及一种MEMS麦克风结构及其制造方法。

背景技术

近年来，随着移动通信技术的快速发展，消费者越来越多地使用通信设备，如智能手机、笔记本电脑、平板电脑等；并且这些电子产品体积不断缩小、性能越来越高，相应的要求配套的电子元件的体积不断减小、且性能和一致性提高。目前，利用MEMS（Micro-Electro-Mechanical-System微电子机械系统）工艺集成的MEMS硅电容麦克风是通过与集成电路制造兼容的表面加工或体硅加工工艺制造的麦克风，由于可以利用持续微缩的CMOS工艺技术，MEMS麦克风可以做得很小，使得它可以广泛地批量应用到手机、笔记本电脑、蓝牙耳机、平板电脑和摄像机等电子产品中。

如图1所示，MEMS麦克风通常包括PCB基板4，其上安装有相互电连接的MEMS麦克风芯片1和集成前置放大器的专用集成电路ASIC芯片2，以及去耦电容元件3，PCB基板4被金属屏蔽罩5覆盖。其中，MEMS麦克风芯片1是MEMS麦克风的核心器件，此芯片可以完成声电转换功能。它包括硅衬底、衬底上设置有上下贯通的腔体，衬底上方设置一个由固定极板11、振动膜12构成的平行板电容器；振动膜11受外界声音信号影响发生振动，使得平行板电容器的电容值发生变化，产生电信号，实现声电转换功能。ASIC芯片2则对MEMS麦克风芯片1转换得到的电信号进行进一步的处理，以实现其他更多的功能，例如通过网络与远端进行通话、或进行语音识别等。去耦电容3则起到隔离信号和地、电源和地之间的噪声的作用。在图1所示的MEMS麦克风中，去耦电容3是贴装于PCB基板4上，如此一来将占用较大面积，不利于MEMS麦克风的轻薄化。为了改善这一缺点，提供了另一种MEMS麦克风结构。请参考图2，通过在PCB基板4上集成埋层电容3’来替代贴装的去耦电容元件，然而PCB埋层电容大大增加了PCB基板加工的工艺复杂性及成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风结构及MEMS麦克风芯片的制造方法，用以有效降低工艺复杂度和成本，同时有利于MEMS麦克风结构的轻薄化。

为达成上述目的，本发明提供一种MEMS麦克风芯片，其与集成电路集成于PCB基板上以形成MEMS麦克风结构，其包括：半导体衬底，其具有腔体；第一介质层，形成于所述衬底上方，具有与所述腔体相通的通孔；第一器件层，形成于所述第一介质层上方，其包括相互分隔的麦克风下电极及电容下极板，所述麦克风下电极位于所述通孔的上方且至少部分与所述第一介质层接触；第二介质层，形成于所述第一器件层上方；第二器件层，形成于所述第二介质层上方，其包括相互分隔的麦克风上电极及电容上极板，所述麦克风上电极位于所述麦克风下电极的上方并与所述麦克风下电极之间形成空气隙；所述电容上极板通过所述第二介质层支撑于所述电容下极板的正上方；所述电容上极板、电容下极板及两者间的所述第二介质层形成去耦电容。

可选的，所述第一器件层和所述第二器件层的材料为金属和/或多晶硅材料。

可选的，所述第一介质层和所述第二介质层的材料为氧化硅。

可选的，所述麦克风上电极为振动膜，所述麦克风下电极为背电极；或所述麦克风上电极为背电极，所述麦克风下电极为振动膜。

可选的，所述去耦电容的数量为2个，所述电容上极板包括分开的第一上极板和第二上极板，所述电容下极板包括分开的第一下极板和第二下极板。