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一种电容式微型硅麦克风及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硅麦克风及其制备方法,尤其是一种电容式微型硅麦克风及其制备方法,具体地说是一种利用MEMS技术的微型硅麦克风及其制备方法。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术是几年来高速发展的一项高新技术, 与传统对应器件相比,MEMS器件在体积、功耗、重量等方面都具有十分明显的优势,而且其采用先进的半导体制造工艺,可以实现MEMS器件的批量制造,能极好的控制生产成本,提高器件的一致性。对于目前的MEMS产品,加速度计、压力传感器、陀螺仪、微镜、硅麦克风等都已经实现了批量生产,在相应的市场上都占有了一定的份额。

硅麦克风耐高温、耗电量小以及体积小等特点,使得它在移动电话、助听器、笔记本电脑、PDA、摄像机等视听产品以及国防、国家安全等相关领域应用将更加广泛。从麦克风市场的预测和发展来看,硅麦克风成为传统驻极体麦克风的替代产品已经毋庸置疑,它提供了令声学工程师相当满意的相似的甚至更好的声学性能。硅麦克风在几年以后将会成为麦克风市场上的主要产品。

为了开发出高灵敏度和宽带宽的麦克风,高性能振膜的制作至关重要,振膜制作面临的一个主要问题就是振膜应力的控制。现有薄膜的制作主要采用淀积的方法得到,通过淀积得到的振膜会存在较大的残余应力,残余应力对微型硅麦克风的性能有较大影响,大的残余应力能大幅度降低麦克风的灵敏度,压应力还能减小麦克风的耐压能力,严重时能使得麦克风无法正常工作。另外,背极板的制作也至关重要,刚性背极是硅麦克风有良好频率特性和低噪声的前提条件。

目前改善振膜残余应力通常有两种方法,一是通过附加工艺,用退火的方式,这种方式对工艺的控制要求极高,重复性不是很好;另外一种是通过结构调整,如制作自由膜结构,但这种结构的制作会导致工艺复杂度的增加,可能需要添加多步工艺,来控制振膜。而实现刚性背极也是麦克风制作过程中的一大难点,目前也是有两种主要方法来解决,一是制作厚背极,但是通过常规的淀积工艺很难得到需要的厚背极;还有一种方法是通过结构调整来提高背极板的刚性,但也是要增加工艺的复杂度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种电容式微型硅麦克风及其制备方法,其制造成本低、成品率高、工艺操作简单及满足小尺寸的要求。

按照本发明提供的技术方案,所述电容式微型硅麦克风,包括基板;所述基板的中心区淀积有振膜;基板对应于设置基板的表面还淀积有绝缘材料层;所述绝缘材料层覆盖在基板与振膜的表面,且与振膜间形成空腔;绝缘材料层与振膜相对应的内壁上设置固定连接的背极板,所述背极板与振膜形成电容结构;绝缘材料层与振膜相对应的外壁上设置若干声孔,所述声孔与绝缘材料层、振膜形成的腔体相连通;基板对应于设置振膜的下部设置声腔,所述声腔的深度从基板对应于设置振膜另一端表面延伸到振膜。

所述振膜的一端设置振膜电极,所述振膜电极与振膜电性连接;所述背极板上设有背极板电极, 所述背极板电极与背极板电性连接。所述基板对应于淀积振膜的表面设有纹膜槽。所述绝缘材料层的材料包括氮化硅及聚酰亚胺。所述振膜上设有刻蚀孔。

所述电容式微型硅麦克风的制备方法包括如下步骤:

a、提供基板,并在基板的表面上设置纹膜槽;b、在所述基板对应于设置纹膜槽的表面淀积振膜;c、选择性的掩蔽和刻蚀振膜,得到基板中心区的振膜;d、在上述基板对应于设置振膜的表面上淀积牺牲层,所述牺牲层覆盖基板及振膜相对应的表面;e、选择性的掩蔽和刻蚀牺牲层,得到基板中心区的牺牲层,并在振膜的一端形成金属注入孔,所述金属注入孔从牺牲层的表面延伸到振膜;f、在牺牲层的表面及金属注入孔内均淀积金属,在牺牲层的表面上形成背极板,所述背极板位于振膜的上方;所述振膜对应于设置金属注入孔的表面形成振膜电极;g、在基板对应于设置牺牲层的表面上淀积绝缘材料,形成绝缘材料层,所述绝缘材料层包覆基板、牺牲层、背极板及振膜电极的表面;h、选择性的掩蔽和刻蚀绝缘材料层,去除振膜电极上的绝缘材料层,在所述背极板上得到背极板电极与声孔,所述声孔从绝缘材料层的表面延伸到牺牲层;i、选择性的掩蔽和刻蚀基板对应于淀积振膜的另一表面,在基板对应于淀积振膜的另一端形成声腔,所述声腔位于振膜的下方;声腔的深度从基板对应于设置振膜的另一端表面延伸到振膜;j、刻蚀牺牲层,去除绝缘材料层包围的牺牲层。

所述步骤c中,选择性的掩蔽和刻蚀振膜,得到位于基板中心区的振膜,并在振膜上形成刻蚀孔。所述振膜为导电多晶硅或氧化支撑层、氧化层与导电层形成的复合结构。所述步骤f中淀积的金属包括金、镉、镍或银。所述牺牲层的材料包括磷硅玻璃或铝。

本发明的优点:振膜结构设计灵活,可为纹膜结构,也可为平膜结构。振膜可采用单一的多晶硅材料通过高温退火工艺形成,也可以采用绝缘支撑层、绝缘层与导电层相互配合形成,达到来降低残余应力的目的。通过牺牲层与绝缘材料层的设置,背极板与振膜间的距离可控,既能满足较强的刚性要求,又能减小寄生电容。 制备电容式微型硅麦克风的方法成品率高,成本低,工艺容易实现,能满足小尺寸要求,并且适合大批量生产。

 本发明的结构示意图

 本发明的结构示意图

申请人:无锡芯感智半导体有限公司

地址:江苏省无锡市滨湖区十八湾路288号(梅园基康里)湖景科技园10#225室

发明(设计)人:刘同庆 沈绍群

申请号:201010142506.8

授权公告号:CN 101835079 B

合作方式:可以进行专利转让和专利授权。

 
 
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