一種微硅麥克風及其制造方法與流程

本發明涉及傳聲器及制作方法，尤其涉及一種微型麥克風及制造方法。

背景技術：

麥克風是一種將聲音信號轉化為電信號的換能器。其中駐極體電容式麥克風(ECM)已經廣泛應用于各個領域。但傳統ECM在高溫下其敏感膜中的常駐電荷會發生泄漏，進而導致ECM失效。而器件自動化表面貼裝工藝常需經歷高達260℃的焊接溫度，導致ECM在大批量自動化生產的消費類電子產品領域喪失優勢。

而利用微機電系統(MEMS)技術制造的微硅麥克風是通過外電源直接對麥克風提供偏置電壓，無須在敏感膜中存儲常駐電荷，所以沒有常駐電荷在高溫下流失的危險具有能耐受表面貼裝工藝中高溫的優點，正迅速成為ECM產品的代替者。電容式微硅麥克風具有高輸出阻抗的特點，導致其受環境干擾噪音和寄生電容的影響較大，因此微硅麥克風需要采用單片集成方式。

微型硅麥克風制作中遇到的一個主要問題就是振動膜應力的控制。現有薄膜制備手段基本采用淀積，通過淀積得到的振動模會存在較大的殘余應力，通常包括熱失配應力和本征應力兩種。殘余應力對微型硅麥克風特性有很大影響，甚至使其失效不能工作。大的殘余張應力會顯著降低振動模的機械靈敏度，而振動膜的機械靈敏度與麥克風的關鍵指標——靈敏度成正比，因此大的殘余應力會降低麥克風的靈敏度。另外大的殘余壓應力可能導致振動膜發生屈曲，從而使麥克風失效。提高麥克風靈敏度可通過改進制備方法——淀積，或采用一些附加工藝如退火等來減小振動模的殘余應力，但是采用這種方法對減小殘余應力的效果不大，而且重復性不好，實現也較為復雜；另外一個重要途徑就是對振動模結構的設計進行優化，使振動模的機械靈敏度。

因此，如何解決振動膜殘余應力問題現有技術存在的問題而在同一基片上完成標準的IC和MEMS器件的制作，保持麥克風靈敏度，已成為本領域技術人員亟待解決的技術課題。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例提供了一種微硅麥克風及微硅麥克風制造方法，用于解決微硅麥克風受應力影響，靈敏度被干擾的技術問題。

本發明的微硅麥克風，包括振動膜層，所述振動膜層包括振動梁和振動膜，振動梁圍繞振動膜的邊緣均勻布設，振動梁的一端固定在振動膜的邊緣，振動梁的另一端固定在支撐結構上。

所述振動梁圍繞所述振動膜邊緣均勻布設，與振動膜邊緣垂直連接，所述振動梁一端伸入振動膜邊緣與振動膜表面平滑連接。

所述振動梁包括第一振動梁和鏡像設置的第二振動梁，所述第一振動梁和第二振動梁成組設置，圍繞所述振動膜邊緣均勻布設。

所述振動梁包括彎折。

所述第一振動梁呈L型彎折，包括兩個相交的條形支撐，其中一個條形支撐與振動膜邊緣垂直連接，另一個條形支撐固定在支撐結構上。

還包括與所述振動膜層間隔設置的電容層，所述電容層和所述振動膜層相鄰的表面布設隔離凸點，所述電容層和所述振動膜層相背的表面覆蓋背板結構層，所述電容層和所述背板結構層上開設通孔。

本發明的微硅麥克風的制造方法，包括：

硅基片頂部順序形成絕緣層、振動膜層、犧牲層、電容層和背板結構層；

在硅基片底部形成露出絕緣層的背腔；

在電容層和背板結構層上布設通孔；

通過通孔和/或背腔去除部分絕緣層和犧牲層。

所述絕緣層為氧化硅，所述振動膜層為多晶硅，所述犧牲層為氧化硅，所述電容層為多晶硅，所述背板結構層為氮化硅。

所述形成振動膜層，包括在振動膜層的邊緣形成分布的固定梁。

所述形成犧牲層，包括在犧牲層表面形成中部的工藝盲孔和邊緣的工藝通孔。

所述形成電容層，包括在電容層與犧牲層結合的底面，利用工藝盲孔形成隔離凸點，利用工藝通孔形成電容層與振動膜層的連接體。

所述背板結構層邊緣的所述通孔使得電容層的邊緣部分露出形成壓焊位置，在壓焊位置形成金屬壓焊點。

本發明實施例提供的微硅麥克風以及微硅麥克風制造方法，可以克服振動膜的內應力，抑制振動膜出現不規律應力，提高振動膜靈敏度。利用沿法線或徑向的振動梁，以及振動梁的彎折，可以形成與振動膜振動頻率適配的支撐力。同時可以在完成硅基片上IC制程后，在相對低的溫度下完成麥克風的MEMS制程，保證了成品質量。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的微硅麥克風制造方法的第1步示意圖。

圖2為本發明一實施例的微硅麥克風制造方法的第2步示意圖。

圖3為本發明一實施例的微硅麥克風制造方法的第3步示意圖。

圖4為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第4步示意圖。

圖5為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第5步示意圖。

圖6為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第6步示意圖。

圖7為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第7步示意圖。

圖8為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第8步示意圖。

圖9為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第9步示意圖。

圖10為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第10步示意圖。

圖11為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第11步示意圖。

圖12為本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法的第12步示意圖。

圖13為本發明一實施例的微硅麥克風的振動膜層的俯視結構示意圖。

圖14為本發明另一實施例的微硅麥克風的振動膜層的俯視結構示意圖。

圖15為本發明再一實施例的微硅麥克風的振動膜層的俯視結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

圖紙中的步驟編號僅用于作為該步驟的附圖標記，不表示執行順序。

本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法，主要包括：

硅基片頂部順序形成絕緣層、振動膜層、犧牲層、電容層和背板結構層；

在硅基片底部形成露出絕緣層的背腔；

在電容層和背板結構層上布設通孔；

通過通孔和/或背腔去除部分絕緣層和犧牲層。

通常，在背板結構層上還會形成金屬層用于保護或與殼體形狀適配。

本實施例的制造方法能夠獲得微硅麥克風的穩定層結構。

本發明一實施例的微硅麥克風的制造方法具體如圖1至圖12所示，具體包括：

如圖1所示，包括在硅基片01頂部形成絕緣層02。

絕緣層02可以采用淀積工藝形成氧化硅層。絕緣層02作為后續形成的膜層的支撐層。

如圖2所示，包括在絕緣層02上形成振動膜層03。

振動膜層03可以為采用淀積工藝形成的多晶硅層。

如圖3所示，包括在振動膜層03的邊緣形成分布的固定梁32。

使得振動膜層03進一步形成中心的(振動膜)振動部分和外周的(固定梁)固定部分。

固定梁32可以采用光刻、腐蝕掩膜、各向異性刻蝕工藝形成。

在本發明另一實施例的微硅麥克風制造方法中，振動膜層03形成絕緣層02上的凸臺31。

如圖4所示，包括在振動膜層03上覆蓋犧牲層04。

犧牲層04可以采用淀積工藝形成的氧化硅層。

犧牲層04作為麥克風電容結構中的介質層。

在本發明另一實施例的微硅麥克風制造方法中，犧牲層4同時覆蓋絕緣層02的外周。

如圖5所示，包括在犧牲層04表面形成中部的工藝盲孔41和邊緣的工藝通孔42。

工藝盲孔41可以采用光刻、腐蝕掩膜、各向異性刻蝕等工藝形成。工藝通孔42可以采用光刻、腐蝕等工藝局部腐蝕犧牲層04形成，使得振動膜層03的固定梁32端部露出。

工藝通孔42中形成后續工藝的連接點，工藝盲孔41內形成后續工藝的部分限定形狀。

如圖6所示，包括形成覆蓋犧牲層04的電容層05。

電容層05可以采用低壓化學氣相沉積(LPCVD)工藝形成的多晶硅層。

在電容層05與犧牲層04結合的底面，利用工藝盲孔41形成隔離凸點51，隔離凸點51可以保證在成品應用時振動膜層03與電容層05間避免出現黏附現象，利用工藝通孔42形成電容層05與振動膜層03的連接體53。

在本發明另一實施例的微硅麥克風制造方法中，電容層05同時覆蓋犧牲層04的外周。如圖7所示，包括在電容層05上形成分布的傳音通孔52。

傳音通孔52可以采用光刻、刻蝕等工藝形成，使得犧牲層04露出。

在本發明另一實施例的微硅麥克風制造方法中，還包括使得絕緣層02和犧牲層04的外周露出。

如圖8所示，包括形成覆蓋電容層05的背板結構層06。

背板結構層06可以采用沉積工藝形成的氮化硅層。

在本發明另一實施例的微硅麥克風制造方法中，還包括背板結構層06同時覆蓋絕緣層02、犧牲層04和電容層05的外周。

如圖9所示，包括在背板結構層06上形成與傳音通孔52相應的受音通孔61。

受音通孔61可以采用光刻、刻蝕等工藝形成，與傳音通孔52形成連通的受音通道。

如圖10所示，背板結構層06邊緣的部分受音通孔61使得電容層的邊緣部分露出形成壓焊位置，在壓焊位置63形成金屬壓焊點07。

金屬壓焊點07可以采用濺射、光刻、腐蝕等工藝制作。

如圖11所示，包括在硅基片01底部形成。

背腔08可以采用雙面光刻、深硅刻蝕等工藝形成。

背腔08使得絕緣層02露出。

如圖12所示，包括去除位于固定梁32圍繞范圍內，且處于電容層05投影范圍內的絕緣層02和犧牲層04。

消除絕緣層02和犧牲層04可以采用濕法腐蝕等工藝，從背腔08和傳音通孔52兩個方向分別或同時進行。

消除部分消除絕緣層02和犧牲層04后的振動膜層03中心部分懸空成為可動結構，振動膜層03的邊緣部分通過固定梁32連接至保留的受硅基片01和背板結構層06支撐的絕緣層02和犧牲層04上。

在上述實施例的微硅麥克風的制造方法基礎上，振動膜層03和電容層05的形成順序對調，導致位置互換不對成品質量造成不良影響。

圖12同時作為本發明一實施例的微硅麥克風的剖視結構示意圖。如圖12所示，包括硅基片01和在硅基片01頂部通過絕緣材料固定支撐的振動膜層03和電容層05，振動膜層03和電容層05之間形成空腔，在硅基片01底部形成露出振動膜層03的背腔08。

電容層05與振動膜層03相鄰的表面，布設隔離凸點51，電容層05和所述振動膜層相背的表面覆蓋背板結構層06，電容層05和背板結構層上開設通孔(相連通的傳音通孔52和受音通孔61)。電容層05與振動膜層03構成電容結構。

振動膜層03包括中心的振動膜和外周分布的固定梁。

本實施例的振動膜層03兩側形成了供振動膜層03振動的足夠腔體空間，通過固定梁分散了振動膜的應力聚集，使得振動膜靈敏度得到提高。通過隔離凸點51避免了振動膜層振動過程中與電容層05的意外黏合。

本發明一實施例的微硅麥克風的振動膜層03包括位于同一平面的振動梁32和振動膜33，振動梁圍繞振動膜的邊緣均勻布設，振動梁的一端固定在振動膜的邊緣，振動梁的另一端固定在支撐結構上(如圖12所示的絕緣層02和犧牲層04)。本發明另一實施例的微硅麥克風的振動梁包括彎折，彎折使振動梁彎折處的兩部分梁體受力方向存在差異，可以有效改變振動梁整體的彈性模量，形成適應振動膜在高低頻振動時的有效支撐力。可以包括一個或多個順序或對稱的彎折。彎折可以是間隔或連續的。

圖13為本發明一實施例的微硅麥克風的振動膜層結構示意圖。如圖13所示，包括位于同一平面的圓形的振動膜33、第一振動梁34和鏡像設置的第二振動梁35，第一振動梁34和第二振動梁35成組設置，圍繞振動膜33邊緣(周向)均勻布設。

第一振動梁34包括兩個相交的條形支撐(即兩段梁體)，成L型彎折，其中一個條形支撐與振動膜33邊緣垂直連接(即徑向方向或法線方向)，另一個條形支撐固定在支撐結構上。

本實施例的振動膜層在振動膜的周向均勻布設了成組設置的第一振動梁34和第二振動梁35，保證了振動膜振動時徑向的支撐力。

第一振動梁34和第二振動梁35形成的分散連接支撐結構，可以有效分散振動膜33的內應力，避免在高頻振動時振動膜33過早損壞。

第一振動梁34和第二振動梁35鏡像設置，提高了同一徑向方向上支撐力矩的穩定性，消除振動膜在高聲壓、高頻率振動時出現各方向上支撐力矩的差異，抑制振動膜出現不規律應力，降低振動膜靈敏度。

圖14為本發明另一實施例的微硅麥克風的振動膜層結構示意圖。如圖14所示，包括位于同一平面的圓形的振動膜33和四個振動梁32，振動梁32以90度間隔環繞振動膜33的輪廓固定。

振動梁32為條形支撐，一端與振動膜33邊緣垂直連接(即徑向方向或法線方向)，伸入振動膜33邊緣與振動膜33表面平滑連接，另一端固定在支撐結構上。

本實施例的振動膜層優化了振動梁32對振動膜33的支撐連接結構，使得振動梁32和振動膜33的支撐連接位置避免出現連接應力，同時保證了對較大聲壓下特定頻率范圍的適應性。

圖15為本發明再一實施例的微硅麥克風的振動膜層結構示意圖。如圖15所示，在上訴實施例的基礎上，包括六個振動梁32振動梁32以60度間隔環繞振動膜33的輪廓固定。

本實施例的振動膜層優化了振動梁32對振動膜33的支撐連接結構，使得振動梁32和振動膜33的支撐連接位置避免出現連接應力，同時保證了對較大聲壓下特定頻率范圍的適應性。

本發明另一實施例的微硅麥克風，在上述實施例的基礎上，振動膜層的輪廓受限于定制形狀，可以是圓形，方形或其他多邊形。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發明的保護范圍之內。