[发明专利]一种多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅电容麦克风技术领域，具体而言，涉及一种多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风及其制备方法。

背景技术

微机电(MEMSmicro-electro-mechanicalsystem)系统因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于消费电子和一些高端电子产品，例如：手机、MP3、录音笔、汽车电子等。一般地，MEMS系统在最前端包含将其他物理信号转化为电信号的微机械结构传感器，或在最后端包含将电信号转化为其他物理信号的微机械结构执行器。微机械结构在MEMS系统中起到电信号与其他物理信号的转换接口的作用。为满足人民群众日益增长的物质文化需求，MEMS系统的体积、成本、灵敏度、线性度等指标也在不断地优化提高。在相关优化技术方案中，不乏众多努力，试图通过在多晶硅层上设置突起来避免可动结构的机械黏附。

众所周知，在微机械系统中，相对于重力、惯性力等而言，表面力成为主导作用力，这容易导致微机械结构表面在相互接触时产生较强的黏着和黏附作用，会严重影响MEMS器件的可靠性。

现有技术中，为解决黏着和黏附问题，开发了一些在多晶硅层上设置突起的技术。中国专利CN103449354A、中国专利CN100502560C和中国专利CN1498513B通过定义突起的材料和尺寸来控制多晶硅层的表面能，保证其受外力黏着/黏附后的黏着/黏附力较小，能在外力消失后自行释放。中国专利CN100539740C和中国专利CN102762490同时兼顾膜片运动的翘曲特点，在多晶硅层上设置了多个突起。但上述两个技术方案的目的仅为保证多晶硅层受外力黏着/黏附后的黏着/黏附力较小，结构能在外力消失后自行释放，故设置的多个突起高度是相同的。中国专利CN103569942A则在微机械结构表面设置了多个突起，分为金属突起和氧化物突起两种，分别运用两次沉积工艺实现，通过设置不同高度的突起，可以缓冲和减少发生黏着/黏附时的接触面积，但由于多种材料的特性不同，在外界温湿度变化时易引入热应力和黏着/黏附力或接触电阻波动等问题，这里多种材料的使用也相应地增加了掩膜和工序成本。

如前文所述，传统的在多晶硅层上设置突起的技术是为了解决黏着和黏附问题，因此传统技术没有特别地针对突起的高度、尺寸，数量、位置等因素予以优化和提高，一般的做法是根据结构释放后的需要，在关心的位置设置突起，通过减小接触面积，控制接触材料来减小潜在的发生黏附时的表面黏附力，从而实现接触后的自然释放。这样的优化技术在可靠性上取得了较明显的成功，但在力学和电学性能优化上仍有较大提高空间，这一局限性也造成了可靠性与性能之间的矛盾。

发明内容

本发明提供了一种多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，能在一次成形的工艺条件下，通过先设置牺牲层图形后沉积多晶硅的方式，不但实现硅电容麦克风中电路和电性能的优化，也实现硅电容麦克风的力学特性和几何变形特性的优化，同时保证多晶硅层在黏着和黏附后可以自然放开，从而使得硅电容麦克风的灵敏度、线性度等性能指标得到综合力学和电学的全局优化。

为解决上述问题，本发明公开了一种多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，在其基板上设置有1～3层多晶硅层，其中至少一层多晶硅层会在接受到声压后发生变形，1～3层多晶硅层中的至少一层上设置有多个突起，突起按照高度和横截面的不同进行种类区分，突起的种类至少为3种。

较佳的，本发明公开的多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，还可在多晶硅层中朝向突起方向的一面设置一层薄膜，薄膜的材料可以包括以下一种或多种：碳基聚合物、硅、硅氧体、硅氮化合物、碳化硅、锗、砷化镓、碳、钛、金、铁、铜、铬、钨、铝、铂、钯、镍、钽、由钛、金、铁、铜、铬、钨、铝、铂、钯、镍、钽中的一种或多种组成的合金及氧化物。通过选择薄膜的材料保证微机械结构的表面能较小，在控制微机械结构最大黏着/黏附力的基础上，综合考虑力学上不同材料的热胀系数、介电常数以及材料的表面粗糙度对电场分布和空气阻力的影响等因素，对硅电容麦克风进行力学和电学上的进一步优化。

较佳的，本发明公开的多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，其中多晶硅层上突起的尺寸由多晶硅层下方的牺牲层的尺寸来决定。除了通过设置下方牺牲层的尺寸来控制突起的尺寸外，还存在其他控制突起的尺寸的方式。例如可使设置的多个突起对释放后的残余应力响应不同，这样也可以得到不同尺寸的突起。但这种方式不如设置牺牲层的尺寸这种方式可控。