[发明专利]一种振膜带孔的电容式麦克风及其制造方法

说明书

本发明公开了一种振膜带孔的电容式麦克风，包括衬底、复合振膜和背极板，所述衬底为硅片，所述背极板位于衬底上方，所述复合振膜位于背极板上方，所述复合振膜与背极板之间设有振荡空腔，所述复合振膜包括振膜绝缘层和上电极，所述上电极位于振膜绝缘层的上层，所述复合振膜设有若干声学孔，所述上电极材料和/或背极板材料为镍基合金；本发明还公开了该振膜带孔的电容式麦克风的制造方法；本发明通过在复合振膜上制备声学孔，简化了加工步骤，降低了加工成本，并通过电极金属的改良，大大提高了设计成品率。

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，具体涉及一种振膜带孔的电容式麦克风及其制造方法。

背景技术

电容式麦克风包括驻极体式麦克风和电容压缩式麦克风两种类型，驻极体式麦克风利用介质提供静电场，无需外界偏置电压，然而介质会发生电荷泄露的现象，为了保持电荷的稳定性，往往需要对介质进行充电，而且介质的制造要求相对较高，目前驻极体式麦克风正逐渐被电容压缩式麦克风所取代。电容压缩式麦克风制造过程相对简单，早期的电容式麦克风是在两块硅晶片上分别制备振膜和背板，然后通过刻蚀后腔室、键合对准等工艺进行组装，形成一个完整的麦克风；这种早期结构的麦克风加工步骤复杂、成本高、重复性差、性能不稳定，并未得到广泛的推广。在1991年，Scheeper等提出了一种比较完善的单芯片式硅微麦克风，通过加工工艺上的创新，将麦克风的振膜和背极板都在一块硅晶片上制作，该过程不需要对准，简化了加工工艺，可以实现大批量的生产。随后硅微电容式麦克风在结构上和加工工艺上的创新日益多样化，有多家公司从事微机电麦克风的研究和生产，如Lucent、Knowles、Siemens、BruelKjaer和MEMStech等公司，硅微电容式麦克风逐渐取代了传统麦克风的地位。

通过对现有硅微电容式麦克风种类的分析，可知双硅片式结构的麦克风在加工工艺中需要对准的工艺，使得加工过程复杂，而且成品率低，在单硅片结构的麦克风中，目前常见的是背孔式硅微麦克风，这种结构的制作工艺虽比双硅片式的简单，但也存在以下缺点：第一，制作的过程中麦克风振膜的残余应力不易控制；第二，在背极板上制备声学孔会降低它的刚度，当它的刚度降低到和薄膜同样的数量级时，会产生“软极板效应”，严重影响麦克风性能；第三，当外界声压过大或者偏置电压过大时，会造成振膜和背极板粘合，无法形成空气间隙，导致麦克风失效。同时硅微电容式麦克风常用铝Al、钛Ti等作为电极材料，在刻蚀去除牺牲层材料时也会腐蚀去除常用的Al、Ti等电极材料，从而导致器件结构不稳定、电极脱落的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种振膜带孔的电容式麦克风，通过新电极材料的选择，解决了去除牺牲层材料时对电极金属腐蚀导致的器件结构不稳定、电极脱落的问题；通过在振膜上制备声学孔，克服了上述背孔式麦克风的缺点；采用氮化硅作为振膜绝缘层材料、二氧化硅作为牺牲层材料和背极板的支撑材料或采用二氧化硅作为振膜绝缘层材料和背极板的支撑材料、氮化硅作为牺牲层材料，相较于通常选用的聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、多晶硅等材料，其器件的结构更加稳定，寿命更长，不易热变形。

本发明的第二个目的是提供上述一种振膜带孔的电容式麦克风制造方法。

本发明所采用的第一个技术方案是：一种振膜带孔的电容式麦克风，包括衬底、复合振膜和背极板，所述衬底为硅片，所述背极板位于衬底上方，所述复合振膜位于背极板上方，所述复合振膜与背极板之间设有振荡空腔，所述复合振膜包括振膜绝缘层和上电极，所述上电极位于振膜绝缘层的上层，所述复合振膜设有若干声学孔，所述上电极材料和/或背极板材料为镍基合金。

优选的，所述一种振膜带孔的电容式麦克风还包括牺牲层，所述牺牲层位于所述背极板和所述复合振膜之间，对所述背极板和所述复合振膜进行隔离。

优选的，所述一种振膜带孔的电容式麦克风还包括保护层，所述保护层材料为二氧化硅，所述保护层覆于所述衬底的正面和背面，既可以防止硅片衬底发生变形，也可以作为绝缘层将衬底和背极板隔离开，使背极板和复合振膜之间的电容值不受到衬底的影响，提高灵敏度。