一種硅電容麥克風及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種硅電容麥克風及其制造方法，所述硅電容麥克風包括基底、背極板和振膜，所述振膜位于所述基板和所述背極板之間，所述基板上設(shè)有聲腔，所述背極板和所述振膜之間設(shè)有固定氣隙，所述振膜與所述背極板上分別設(shè)有電極引出的焊盤以作電氣連接之用，其中所述振膜為圓形，其邊緣全封閉固定在所述基底上，所述振膜上包括中心孔和與所述中心孔同心的一個或多個褶皺環(huán)，所述褶皺環(huán)位于等于或大于1/2振膜半徑的區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明通過硅電容麥克風的振膜結(jié)構(gòu)上的改變，能夠提高硅電容麥克風受外界沖擊和受高壓氣流吹擊時的抗沖擊性，幫助導(dǎo)電多晶硅振膜釋放應(yīng)力，保持振膜的高靈敏度，從而達到提高品質(zhì)、降低成本、拓寬產(chǎn)品應(yīng)用場合的目的。
【專利說明】一種硅電容麥克風及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微麥克風【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種使用多晶硅振膜的硅電容麥克風及 其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微機電（MEMS micro-electro-mechanical system)麥克風或稱娃麥克風因其體 積小、適于表面貼裝等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于具聲音采集功能的電子裝置中，如手機、MP3、錄 音筆和監(jiān)聽器材等。硅電容麥克風通常包括基底、背極板和振膜，其中振膜是硅電容麥克風 的核心部件，其既需要靈敏地反映聲壓信號并將之轉(zhuǎn)化為電信號，又需要在外界風壓吹擊、 跌落沖擊的應(yīng)力和內(nèi)部加工工藝釋放應(yīng)力作用后保持性能基本不變地正常工作。
[0003] 傳統(tǒng)的娃微麥克風一般包括振膜構(gòu)成的振動部和與基底相連的支撐部，支撐部的 截面為矩形。這種結(jié)構(gòu)層應(yīng)力對振膜產(chǎn)生的應(yīng)力梯度無法釋放，振膜屈曲強度低，工藝挑戰(zhàn) 度高。為保證多晶硅振膜的靈敏度較高且較為一致，現(xiàn)有技術(shù)中多采用應(yīng)力釋放結(jié)構(gòu)制作 振膜，如圖1和圖2所示，其中01為錨區(qū)、02為外圍應(yīng)力釋放結(jié)構(gòu)或凹陷部分。再例如，中 國專利CN101572850A和CN102065354A分別給出了一種平面內(nèi)和平面外消除應(yīng)力的振膜的 結(jié)構(gòu)方案，美國專利US20060280319更是給出了一種通過振膜邊緣懸臂梁上的褶皺消除振 膜應(yīng)力的方案。
[0004] 然而，上述方案雖然能達到應(yīng)力消除的效果，但對于多晶硅振膜而言，均使結(jié)構(gòu)成 為了非全封閉的開放性結(jié)構(gòu)，在受到外界風壓吹擊或跌落沖擊的情況下，沖擊應(yīng)力將在振 膜周邊懸臂梁與錨區(qū)之間的結(jié)合面上產(chǎn)生高度應(yīng)力集中，從而致使結(jié)構(gòu)失效，影響正常使 用。中國專利CN101931852A給出了一種使用單晶硅制作全封閉振膜并在振膜上制作褶皺 消除應(yīng)力的方案，但相對多晶硅工藝和材料而言，其方案中的自停止腐蝕法制作單晶硅振 膜的工藝相對復(fù)雜，成本也較高。若使用多晶硅工藝實現(xiàn)同樣目標，在應(yīng)力一致性控制上存 在著很大的難度。此外，中國專利CN201491265U給出了有褶皺的全封閉振膜，其剖面結(jié)構(gòu) 如圖3所示。CN201491265U中所公開的褶皺形式比較簡單，從圖3中可看出，兩個褶皺環(huán) 03之間直接相連使得剖面呈V型，且各連接面之間未設(shè)置倒角。從振膜的材料特性及現(xiàn)有 工藝下應(yīng)力離散性控制水平來看，采用這種褶皺形式的振膜只能適合與其文中提及的傳統(tǒng) 微型電容式麥克風，而對于含多晶娃振膜的娃電容麥克風而言，由于多晶娃材料的自身特 點及工藝水平的局限性，CN201491265U中所公開的褶皺形式是并不適用的。
[0005] 針對在封閉多晶硅振膜上設(shè)置褶皺時的褶皺形狀和排布，美國專利 US20120091546給出了一種盡量消除和釋放多晶硅應(yīng)力的方案。但由于其目標是盡量消 除和釋放多晶硅振膜的應(yīng)力，因此為專門追求低應(yīng)力而對工藝應(yīng)力控制水平做出了極限規(guī) 定，對殘余應(yīng)力的控制范圍要求較高，工藝復(fù)雜，不利于低成本高合格率的大規(guī)模工業(yè)化生 產(chǎn)。同時，該專利也未考慮硅麥克風抗吹擊性、靈敏度和殘余應(yīng)力一致性的問題，因此應(yīng)用 時仍存在諸多不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決目前硅電容麥克風中存在的抗沖擊性差、成本較高的缺 陷，提供一種靈敏度高、抗沖擊力強、成本低廉、易于生產(chǎn)的硅電容麥克風，并同時提供上述 硅電容麥克風的制作方法。
[0007] 為達上述目的，本發(fā)明首先提出一種硅電容麥克風，包括基板、背極板和振膜，所 述振膜位于所述基板和所述背極板之間，所述基板上設(shè)有聲腔，所述背極板和所述振膜之 間設(shè)有固定氣隙，所述振膜與所述背極板上分別設(shè)有電極引出的焊盤以作電氣連接之用， 其中所述振膜為圓形，其邊緣全封閉固定在所述基底上，所述振膜上包括中心孔和與所述 中心孔同心的一個或多個褶皺環(huán)，所述褶皺環(huán)位于等于或大于1/2振膜半徑的區(qū)域內(nèi)。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種硅電容麥克風，其中所述振膜的材料為導(dǎo)電多晶硅，通過 淀積的工藝實現(xiàn)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種硅電容麥克風，其中所述褶皺環(huán)為一個，其形狀為上凸或 下凹形狀，所述褶皺環(huán)與所述振膜所在平面之間設(shè)置有倒角。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種硅電容麥克風，其中所述褶皺環(huán)為多個，彼此之間為上凸 形狀和下凹形狀交錯設(shè)置，且每兩個褶皺環(huán)之間設(shè)有過渡平面，相鄰的所述褶皺環(huán)和所述 過渡平面之間、以及所述褶皺環(huán)和所述振膜所在平面之間均設(shè)置有倒角。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種硅電容麥克風，其中所述中心孔的直徑為〇. 2-200微米。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種硅電容麥克風，其中所述振膜的褶皺環(huán)的數(shù)量、褶皺環(huán)之 間的間距以及褶皺環(huán)的深度由振膜的厚度及殘余應(yīng)力分布范圍決定。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種硅電容麥克風，其中所述背極板上有多個開孔，且所述背 極板靠近所述振膜的一面設(shè)有突起。
[0014] 另外，本發(fā)明還提供一種硅電容麥克風的制作方法，包括以下步驟：
[0015] S1 :在基板的表面淀積第一層犧牲層，使所述犧牲層具有褶皺環(huán)形狀；
[0016] S2:在第一層犧牲層的表面利用淀積工藝形成帶有褶皺環(huán)的振膜，對所述振膜進 行選擇性地掩蔽和刻蝕，形成所述振膜的中心通氣圓孔；
[0017] S3:在所述振膜表面淀積第二層犧牲層，并對第二層犧牲層進行選擇性地掩蔽和 刻蝕，以形成背極板的突起形狀；
[0018] S4:在第二層犧牲層的表面利用淀積工藝形成帶有突起的背極板，對所述背極板 進行選擇性地掩蔽和刻蝕，以在所述背極板上形成多個穿孔；
[0019] S5 :以所述背極板為掩膜，刻蝕第二層犧牲層，使背極板上穿孔部分下方的振膜層 暴露；
[0020] S6:在背極板和振膜的暴露部分上制作金屬化的背極電極和振膜電極，對背極電 極和振膜電極分別作電氣引出并制作焊盤；
[0021] S7 :在基板背面通過選擇性地掩蔽和刻蝕以制作聲腔，聲腔從基板上對應(yīng)于設(shè)置 振膜的中心區(qū)域貫穿整個基板；
[0022] S8:濕法同時刻蝕第一層犧牲層和第二層犧牲層，去除基板與振膜的可動部分之 間的第一層犧牲層，去除振膜的可動部分與背極之間的第二層犧牲層。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種硅電容麥克風的制作方法，其中，所述步驟S1中淀積第一 層犧牲層的過程分兩次完成，包括以下步驟：
[0024] Sll :在基板的表面淀積形成部分第一層犧牲層，并選擇性地掩蔽和刻蝕犧牲層， 通過本次刻蝕決定振膜上的褶皺形狀、數(shù)量、尺寸和分布；
[0025] S12 :在S11形成的部分第一層犧牲層的基礎(chǔ)上，再次淀積犧牲層，完成第一層犧 牲層的制作，通過先刻蝕犧牲層再淀積的工藝順序，根據(jù)淀積后二氧化硅材料的表面形狀， 使褶皺與振膜所在平面間的過渡面與振膜的夾角為鈍角，褶皺環(huán)與振膜所在平面的過渡面 之間設(shè)置有工藝允許的倒角，且由工藝參數(shù)確定相應(yīng)的角度值。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種硅電容麥克風的制作方法，其中，所述犧牲層的材料為二 氧化硅。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的硅電容麥克風及其制作方法能夠改善硅電容麥克 風受外界沖擊和受高壓氣流吹擊時的抗沖擊性，幫助振膜釋放應(yīng)力，提高內(nèi)應(yīng)力一致性，使 得硅麥克風的靈敏度更為一致，從而提高產(chǎn)品的成品率，降低量產(chǎn)成本，拓寬產(chǎn)品的應(yīng)用場 口 ο

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1、圖2為現(xiàn)有帶釋放應(yīng)力部分的導(dǎo)電多晶硅振膜結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0029] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中帶褶皺結(jié)構(gòu)的振膜的剖視圖；
[0030] 圖4Α和圖4Β是本發(fā)明第一實施例的一種褶皺排布結(jié)構(gòu)剖視示意圖和俯視示意 圖；
[0031] 圖5Α和圖5Β是本發(fā)明第一實施例的另一種裙皺排布的結(jié)構(gòu)剖視不意圖和俯視不 意圖；
[0032] 圖6Α和圖6Β是本發(fā)明第一實施例的再一種裙皺排布的結(jié)構(gòu)剖視不意圖和俯視不 意圖；
[0033] 圖7Α和圖7Β是本發(fā)明第二實施例的一種褶皺排布的結(jié)構(gòu)剖視示意圖和俯視示意 圖；
[0034] 圖8Α和圖8Β是本發(fā)明第二實施例的另一種褶皺排布的結(jié)構(gòu)剖視示意圖和俯視示 意圖；
[0035] 圖9Α和圖9Β是本發(fā)明第二實施例的再一種褶皺排布的結(jié)構(gòu)剖視示意圖和俯視示 意圖。
[0036] 圖10為步驟S11制備過程的示意圖；
[0037] 圖11為步驟S12制備過程的示意圖；
[0038] 圖12為步驟S2制備過程的示意圖；
[0039] 圖13、圖14為步驟S3制備過程的示意圖；
[0040] 圖15為步驟S4制備過程的示意圖；
[0041] 圖16為步驟S5制備過程的示意圖；
[0042] 圖17為步驟S6制備過程的示意圖；
[0043] 圖18為步驟S7制備過程的示意圖；
[0044] 圖19為步驟S8制備過程的示意圖。

【具體實施方式】
[0045] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范疇。
[0046] 在本發(fā)明的附圖4至附圖9的各相應(yīng)俯視圖中，統(tǒng)一用

【權(quán)利要求】
1. 一種硅電容麥克風，包括基板、背極板和振膜，所述振膜位于所述基板和所述背極板 之間，所述基板上設(shè)有聲腔，所述背極板和所述振膜之間設(shè)有固定氣隙，所述振膜與所述背 極板上分別設(shè)有電極引出的焊盤以作電氣連接之用，其特征在于，所述振膜為圓形，其邊緣 全封閉固定在所述基底上，所述振膜上包括中心孔和與所述中心孔同心的一個或多個褶皺 環(huán)，所述褶皺環(huán)位于等于或大于1/2振膜半徑的區(qū)域內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種娃電容麥克風，其特征在于，所述振膜的材料為導(dǎo)電多 晶硅，通過淀積的工藝實現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅電容麥克風，其特征在于，所述褶皺環(huán)為一個，其形狀 為上凸或下凹形狀，所述褶皺環(huán)與所述振膜所在平面之間設(shè)置有倒角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅電容麥克風，其特征在于，所述褶皺環(huán)為多個，彼此之 間為上凸形狀和下凹形狀交錯設(shè)置，且相鄰的兩個褶皺環(huán)之間設(shè)有過渡平面，相鄰的所述 褶皺環(huán)和所述過渡平面之間、以及所述褶皺環(huán)和所述振膜所在平面之間均設(shè)置有倒角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅電容麥克風，其特征在于，所述中心孔的直徑為 0. 2-200 微米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅電容麥克風，其特征在于，所述振膜的褶皺環(huán)的數(shù)量、 褶皺環(huán)之間的間距以及褶皺環(huán)的深度由振膜的厚度及殘余應(yīng)力分布范圍決定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅電容麥克風，其特征在于，所述背極板上有多個開孔， 且所述背極板靠近所述振膜的一面設(shè)有突起。
8. -種硅電容麥克風的制作方法，其特征在于，包括以下步驟： S1 :在基板的表面淀積制作第一層犧牲層，使所述犧牲層具有褶皺環(huán)形狀； S2:在第一層犧牲層的表面利用淀積工藝形成帶有褶皺環(huán)的振膜，對所述振膜進行選 擇性地掩蔽和刻蝕，形成所述振膜的中心通氣圓孔； S3 :在所述振膜表面淀積第二層犧牲層，并對第二層犧牲層進行選擇性地掩蔽和刻蝕， 以形成背極板的突起形狀； S4:在第二層犧牲層的表面利用淀積工藝形成帶有突起的背極板，對所述背極板進行 選擇性地掩蔽和刻蝕，以在所述背極板上形成多個穿孔； 55 :以所述背極板為掩膜，刻蝕第二層犧牲層，使背極板上穿孔部分下方的振膜層暴 露； 56 :在背極板和振膜的暴露部分上制作金屬化的背極電極和振膜電極，對背極電極和 振膜電極分別作電氣引出并制作焊盤； 57 :在基板背面通過選擇性地掩蔽和刻蝕以制作聲腔，聲腔從基板上對應(yīng)于設(shè)置振膜 的中心區(qū)域貫穿整個基板； S8:濕法同時刻蝕第一層犧牲層和第二層犧牲層，去除基板與振膜的可動部分之間的 第一層犧牲層，去除振膜的可動部分與背極之間的第二層犧牲層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種硅電容麥克風的制作方法，其特征在于，所述步驟S1中 淀積第一層犧牲層的過程分兩次完成，包括以下步驟： 511 :在基板的表面淀積形成部分第一層犧牲層，并選擇性地掩蔽和刻蝕犧牲層，通過 本次刻蝕決定振膜上的褶皺形狀、數(shù)量、尺寸和分布； 512 :在S11形成的部分第一層犧牲層的基礎(chǔ)上，再次淀積犧牲層，完成第一層犧牲層 的制作，通過先刻蝕犧牲層再淀積的工藝順序，根據(jù)淀積后二氧化硅材料的表面形狀，使褶 皺與振膜所在平面間的過渡面與振膜的夾角為鈍角，褶皺環(huán)與振膜所在平面的過渡面之間 設(shè)置有工藝允許的倒角，且由工藝參數(shù)確定相應(yīng)的角度值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種娃電容麥克風的制作方法，其特征在于，所述犧牲層的 材料為二氧化硅。
【文檔編號】H04R19/04GK104053104SQ201310078621
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】萬蔡辛, 楊少軍 申請人:北京卓銳微技術(shù)有限公司