一種mems硅麥克風(fēng)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硅麥克風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MEMS硅麥克風(fēng)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]麥克風(fēng)作為一種將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，廣泛的應(yīng)用在手機、攝像機等智能終端設(shè)備中。
[0003]隨著社會的發(fā)展以及高科技術(shù)的不斷進步，微電機技術(shù)(Micro ElectroMechanical Systems，簡稱MEMS)已經(jīng)逐漸融入至麥克風(fēng)的生產(chǎn)領(lǐng)域中，MEMS實現(xiàn)了各種傳感器的微型化和低成本化，并且在智能終端設(shè)備中已經(jīng)出現(xiàn)諸如MEMS硅麥克風(fēng)的信號轉(zhuǎn)換裝置。
[0004]MEMS硅麥克風(fēng)采用電容式的原理，由一個振動薄膜和背極板組成，振動薄膜與背極板之間有一個幾微米的間距，形成電容結(jié)構(gòu)。當振動薄膜感受到外部的音頻聲壓信號后，改變振動薄膜與背極板間的距離，從而形成電容變化，進一步的，通過CMOS放大器將電容變化轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化并進行輸出。
[0005]人的語音聲壓信號微弱，因此，作為感受信號的振動薄膜必須減薄到一定的厚度使其具有較強的靈敏度?，F(xiàn)有技術(shù)工藝中，振動薄膜的制備會導(dǎo)致其具有不同程度的殘余應(yīng)力，因此會大大降低振動薄膜的靈敏度。
[0006]傳統(tǒng)技術(shù)方案主要是采用多晶硅或者金屬和氮化硅的疊層作為振動薄膜的主要材料，并通過以下幾個方面進行提高振動薄膜的靈敏度:第一、若振動薄膜的材質(zhì)為多晶硅，需對制備后的振動薄膜進行附加退火處理，該技術(shù)方案雖然可以降低殘余應(yīng)力，但是遠遠達不到振動薄膜所需靈敏度的要求；第二、若振動薄膜的材質(zhì)為氮化硅或多晶硅，可在制備時通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體間的比例來降低殘留應(yīng)力，但采用這種方法對減小殘余應(yīng)力的效果不大，而且重復(fù)性不好，實現(xiàn)也較為復(fù)雜；第三、通過對振動薄膜的機械結(jié)構(gòu)進行改造，但改變振動薄膜結(jié)構(gòu)的方法會造成制備工藝復(fù)雜化，增加成本，降低良率。
[0007]因此，如何解決上述技術(shù)缺陷成為本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺陷，本發(fā)明提供了一種MEMS硅麥克風(fēng)及其制備方法，該發(fā)明技術(shù)方案可以實現(xiàn)在簡化MEMS硅麥克風(fēng)制造工藝的基礎(chǔ)上，還可以滿足靈敏度、可靠性以及產(chǎn)量方面的需求。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0010]一種MEMS硅麥克風(fēng)的制備方法，其中，所述方法包括:
[0011]步驟S1、提供一振動薄膜基板和一具有中心區(qū)域和及環(huán)繞該中心區(qū)域的邊緣區(qū)域的多孔背極板硅基，且在所述中心區(qū)域中的多孔背極板硅基上開設(shè)有若干間隔排列的盲孔；
[0012]步驟S2、分別于所述多孔背極板硅基的上下表面均沉積一層第一絕緣層，且該第一絕緣層還覆蓋所述盲孔的底部及其側(cè)壁；
[0013]于所述振動薄膜基板的上下表面各沉積一層第二絕緣層；
[0014]步驟S3、將所述振動薄膜基板的下表面鍵合至所述多孔背極板硅基的上表面，以形成所述MEMS硅麥克風(fēng)的電容極板；
[0015]步驟S4、對所述振動薄膜基板進行減薄處理，以形成所述MEMS硅麥克風(fēng)的單晶硅振膜；
[0016]步驟S5、部分刻蝕所述單晶硅振膜并停止在所述第二絕緣層中，以在所述邊緣區(qū)域中形成凹槽和若干弧形溝槽，在所述中心區(qū)域中形成若干第一通孔和若干第二通孔，且所述若干弧形溝槽位于所述凹槽與中心區(qū)域之間；
[0017]步驟S6、制備富硅氮化硅層覆蓋所述第二通孔的底部及其側(cè)壁，且該富硅氮化硅層還延伸覆蓋臨近所述第二通孔的振膜的部分上表面，以形成凸柱；
[0018]步驟S7、刻蝕部分所述凹槽的底部至所述多孔背極板硅基的上表面，以形成一開P ;
[0019]于所述開口中及位于所述邊緣區(qū)域內(nèi)的所述振膜之上均制備一金屬電極，且該兩個金屬電極分別位于所述中心區(qū)域的相對一側(cè)；
[0020]步驟S8、刻蝕所述多孔背極板硅基的下表面，以形成將位于所述盲孔底部的第一絕緣層予以暴露的背腔；
[0021]步驟S9、部分去除所述第一絕緣層和所述第二絕緣層，以保留位于所述邊緣區(qū)域之上的部分第一絕緣層和部分第二絕緣層，用于支撐所述單晶硅振膜。
[0022]較佳的，上述的MEMS娃麥克風(fēng)的制備方法，其中，所述振動薄膜基板為單晶娃襯底或包括有器件層和位于所述器件層之上的SOI晶片。
[0023]較佳的，上述的MEMS硅麥克風(fēng)的制備方法，其中，步驟SI中，所述中心區(qū)域中的若干盲孔通過DRIE工藝實現(xiàn)。
[0024]較佳的，上述的MEMS硅麥克風(fēng)的制備方法，其中，步驟S5中，通過采用RIE工藝刻蝕所述單晶硅振膜。
[0025]較佳的，上述的MEMS硅麥克風(fēng)的制備方法，其中，所述步驟S6具體包括:
[0026]于所述第二絕緣層的上表面、所述單晶硅振膜的上表面和所述第二通孔的底部及其側(cè)壁沉積富硅氮化硅層，且所述富硅氮化硅層填充所述弧形溝槽和所述第一通孔；
[0027]刻蝕部分所述富硅氮化硅層，使其僅保留在所述第二小孔的底部、側(cè)壁且該氮化硅層還延伸覆蓋臨近所述第二通孔的單晶硅振膜的部分上表面，以形成凸柱。
[0028]較佳的，上述的MEMS硅麥克風(fēng)的制備方法，其中，所述步驟S7具體包括:
[0029]刻蝕部分所述凹槽的底部至所述多孔背極板硅基的上表面，以形成開口 ；
[0030]于所述單晶硅振膜之上沉積一層金屬層，且所述金屬層完全覆蓋所述第二絕緣層和所述富硅氮化硅層，且所述金屬層還填充所述弧形溝槽、所述第一通孔、所述第二通孔和所述開口 ；
[0031]刻蝕部分所述金屬層，使其僅位于所述開口中和位于邊緣區(qū)域中的部分所述單晶硅振膜的上表面，并作為兩個金屬電極，且該兩個金屬電極分別位于所述中心區(qū)域的相對一側(cè)。
[0032]一種MEMS硅麥克風(fēng)，其中，包括:
[0033]作為所述MEMS硅麥克風(fēng)的電容極板的多孔背極板硅基和單晶硅振膜，所述多孔背極板硅基上設(shè)有背極板金屬電極和二氧化硅層，所述背極板金屬電極與所述多孔背極板硅基實現(xiàn)電連接；所述多孔背極板硅基中設(shè)置有背腔和若干聲孔，該若干聲孔分布于所述背腔之上，且每個所述聲孔均與所述背腔連通；
[0034]所述單晶硅振膜位于所述多孔背極板硅基之上，且由所述二氧化硅層支撐；所述單晶硅振膜上具有若干凸柱、若干彈簧支撐結(jié)構(gòu)和若干輔助微孔，所述單晶硅振膜上設(shè)有與所述單晶硅振膜電連接的振膜金屬電極；所述單晶硅振膜和所述多孔背極板硅基之間具有氣隙，所述單晶硅振膜、所述多孔背極板硅基和所述氣隙形成所述MEMS硅麥克風(fēng)的電容結(jié)構(gòu)；
[0035]其中，所述振膜金屬電極和所述背極板金屬電極分別作為所述電容結(jié)構(gòu)的兩電容極板的輸出信號引出端，用于連接CMOS信號放大電路。
[0036]較佳的，上述的MEMS娃麥克風(fēng)，其中，所述凸柱的材質(zhì)為富娃氮化娃。
[0037]較佳的，上述的MEMS硅麥克風(fēng)，其中，所述若干彈簧支撐結(jié)構(gòu)環(huán)繞所述若干凸柱和所述若干輔助微孔設(shè)置。
[0038]較佳的，上述的MEMS硅麥克風(fēng)，其中，所述多孔背極板硅基的厚度為400?420um，所述振膜的厚度為I?3um。
[0039]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或有益效果:
[0040]本發(fā)明技術(shù)方案的MEMS硅麥克風(fēng)中，通過在多孔背極板硅基上方設(shè)有單晶硅振膜，并由二氧化硅層分離，其通過硅硅鍵合法與多孔背極板硅基鍵合，兩者形成麥克風(fēng)的電容結(jié)構(gòu)；另外單晶硅振膜具有殘余應(yīng)力小且一致性好的特點，從而可提高MEMS硅麥克風(fēng)的靈敏度和良率；振膜上設(shè)有彈簧支撐、凸柱、微孔等其它結(jié)構(gòu)，可快速釋放振膜的殘余應(yīng)力，同時避免振膜和多孔背極板硅基間吸和可能性，進一步提高麥克風(fēng)的良率和可靠性，因此，本發(fā)明技術(shù)方案生產(chǎn)的MEMS硅麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)具有生產(chǎn)工藝簡單、靈敏度高、成本低、一致性好、可靠性強等特點。
【附圖說明】
[0041]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分，同時也可以未按照比例繪制附圖，其重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0042]圖1是本發(fā)明中MEMS硅麥克風(fēng)頂側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2是本發(fā)明中MEMS硅麥克風(fēng)背側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖3是本發(fā)明中MEMS硅麥克風(fēng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖4?圖11是本發(fā)明中MEMS硅麥克風(fēng)的制備工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的實施例的保護范圍不限于下述的實施例。
[0047]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足