專利名稱：電容式微型硅麥克風的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電容式微型硅麥克風
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于基于硅工藝的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，具體涉及一種電容 式微型硅麥克風。
背景技術(shù)：
MEMS技術(shù)是近年來高速發(fā)展的一項高新技術(shù)，與傳統(tǒng)對應(yīng)器件相比，MEMS器件在 體積、功耗、重量及價格方面都有十分明顯的優(yōu)勢，而且其采用先進的半導(dǎo)體制造工藝，可 以實現(xiàn)MEMS器件的批量制造，目前市場上，MEMS器件的主要應(yīng)用實例包括壓力傳感器、加 速度計及硅麥克風等。對于硅麥克風，將其裝配至電路板通常采用自動化表面貼裝工藝，該工藝需經(jīng)歷 高溫，而傳統(tǒng)駐極體麥克風(ECM)在高溫下會發(fā)生電荷泄漏，致使ECM失效，因此ECM的裝 配只能采用手工裝配。而電容式微型硅麥克風可以耐受高溫，所以能采用表面貼裝工藝以 實現(xiàn)自動裝配，另外電容式微型硅麥克風在小型化、性能、可靠性、環(huán)境耐受性、成本及量產(chǎn) 能力等方面都比ECM有優(yōu)勢，因此采用MEMS技術(shù)制造的微型硅麥克風已迅速作為ECM的代 替者開始占領(lǐng)手機、PDA、MP3及助聽器等消費電子產(chǎn)品市場。雖然對微型硅麥克風的研究已經(jīng)開展有二十余年，具體實現(xiàn)電容式微型硅麥克風 的方法很多，但電容式微型硅麥克風通常包括一個在四周進行固定的振動膜、一個帶有聲 孔的背極板以及在兩者之間的微小空氣間隙。振動膜通常采用常規(guī)的半導(dǎo)體加工工藝—— 淀積得到，材料可采用多種或多層材料得到(比如摻雜多晶硅，金屬與氮化硅復(fù)合膜等)； 背極板可由硅襯底或通過淀積得到，材料也可采用多種或多層材料(比如摻雜多晶硅，金 屬與氮化硅復(fù)合膜等)；微小空氣隙可以由犧牲層被腐蝕去掉后得到，犧牲層材料可采用 多種材料(如氧化硅，硅等)。但是，微型硅麥克風制作中面臨的一個主要問題就是振動膜應(yīng)力的控制?，F(xiàn)有薄 膜制備手段基本采用淀積，通過淀積得到的振動膜會存在較大的殘余應(yīng)力，通常包括熱失 配應(yīng)力和本征應(yīng)力兩種。殘余應(yīng)力對微型硅麥克風特性具有較大影響，嚴重時甚至使其失 效不能工作。再有，大的殘余張應(yīng)力也會顯著降低振動膜的機械靈敏度，而振動膜的機械靈 敏度又與麥克風的關(guān)鍵指標——靈敏度成正比，因此大的殘余應(yīng)力將會間接導(dǎo)致麥克風靈 敏度的降低。還有，大的殘余壓應(yīng)力也可能導(dǎo)致振動膜發(fā)生屈曲，從而使麥克風性能不穩(wěn)定 甚至失效。因此，提高麥克風靈敏度已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注的焦點，現(xiàn)有通過采用改進 制備方法淀積的工藝條件的方法，或采用一些附加工藝如退火等來減小振動膜的殘余應(yīng) 力，但是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；另 外一個途徑就是使振動膜懸浮，使振動膜的機械靈敏度對殘余應(yīng)力不敏感，但該種方式常 導(dǎo)致加工工藝復(fù)雜度增加。因此，如何解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點提高麥克風的靈敏度實已成為本領(lǐng)域技術(shù)人 員亟待解決的技術(shù)課題。[0008]
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種具備較好靈敏度的電容式微型硅麥克風。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型電容式微型硅麥克風包括用于作為電容的一極 且具有導(dǎo)電功能的背極板、用于作為所述電容的另一極且具有導(dǎo)電功能的振動膜及支撐所 述振動膜的絕緣支撐體，所述背極板與振動膜間隔設(shè)置，所述背極板設(shè)有若干與振動膜連 通的聲孔，所述振動膜包括外端面、位于外端面內(nèi)側(cè)的若干圓弧槽及若干分別連通圓弧槽 且向外貫穿外端面的狹槽，所述若干圓弧槽的半徑均相同且位于同一圓周上，所述狹槽及 圓弧槽將振動膜分割成為懸臂狀的梁，所述絕緣支撐體的一端支撐所述梁，而另一端固定 于背極板上。綜上所述，本實用新型電容式微型硅麥克風將振動膜設(shè)置為圓形，更符合聲學特 性，同時，將連接振動膜的梁設(shè)置圓弧形，可以使振動膜對殘余應(yīng)力不敏感且提高設(shè)計靈活 性，同時在相同靈敏度情況下可減小芯片的面積。

圖1為本實用新型第一實施方式所揭示的電容式微型硅麥克風的立體組合圖。圖2為圖1所示的電容式微型硅麥克風被切除一個角后的立體組合圖。圖3為圖2所示的被切除一個角后的電容式微型硅麥克風的主視圖。圖4為圖1所示的電容式微型硅麥克風的部分立體分解圖。圖5為本實用新型第二實施方式所揭示的電容式微型硅麥克風的立體組合圖，其 中第一、第二金屬壓點未表示出來。圖6為圖5所示的電容式微型硅麥克風的部分立體分解圖。圖7為圖6另一角度的部分立體分解圖。
具體實施方式第一實施方式請參閱圖1至圖4所示，本實用新型電容式微型硅麥克風100包括起機械支撐作 用的襯底1、形成于襯底1上且用以作為背面刻蝕自停止的自停止層2、形成于自停止層2 上的背極板3、與背極板3間隔設(shè)置的振動膜4、支撐振動膜4且固定于背極板3上的若干 絕緣支撐體5以及兩個分別與振動膜4、背極板3導(dǎo)通的第一、第二金屬壓點6、7。所述襯底1由半導(dǎo)體材料制成(如單晶硅)，其設(shè)有背腔10，所述背腔10貫穿襯 底1的背面11且向上貫穿自停止層2。所述背腔10可以設(shè)置為圓形或方形或其他形狀，用 于傳導(dǎo)聲音以及調(diào)節(jié)電容式微型硅麥克風100的聲學性能。所述自停止層2可以為氧化硅或氮化硅等材料制成，且用于在背面深槽刻蝕完成 時，起到自停止作用以保護背極板3不被刻蝕。所述背極板3具有導(dǎo)電功能且用于作為電容的一極，所述背極板3設(shè)置有若干貫 穿的聲孔31，所述聲孔31可以按照實際需求設(shè)置為圓形或方形且按振動膜4的形狀排布成 陣列。所述聲孔31與背腔10連通。請參閱圖1及圖2所示，所述振動膜4設(shè)置為圓形，一方面可以減小體積，另一方 面以更貼合于聲學性能，從而使電容式微型硅麥克風100具備較好的靈敏度。所述振動膜4包括外端面41、位于外端面41內(nèi)側(cè)的若干圓弧槽42及若干分別連通圓弧槽42且向外貫穿 外端面41的狹槽43。所述外端面41為圓弧面。所述圓弧槽42為劣弧，所有圓弧槽42的 半徑均相同且位于同一圓周上。所述狹槽43沿振動膜4的徑向延伸。所述圓弧槽42及狹 槽43將振動膜4形成四個圓弧形的梁44。所述梁44與振動膜4為同一材質(zhì)。所述梁44 為懸臂狀，即梁44的一端懸空為自由端441，所述梁44設(shè)有外表面442、內(nèi)表面443及貫穿 內(nèi)、外表面的通孔444，以降低振動膜4對殘余應(yīng)力的敏感度，從而提高電容式微型硅麥克 風100的靈敏度。同時，在相同靈敏度的情況下，可以減小振動膜4的面積，從而達到減小 芯片的面積。所述背極板3及振動膜4的材料分別為導(dǎo)電材料及由導(dǎo)電材料和絕緣材料組合的 復(fù)合膜中的一種，如多晶硅、多晶硅氮化硅、多晶硅氧化硅復(fù)合膜及金屬加氮化硅等材料。所述絕緣支撐體5的一端靠近梁44的自由端441。所述絕緣支撐體5的一端支 撐所述梁44，而另一端固定于背極板3或襯底1上。所述絕緣支撐體5可以為氧化硅或氮 化硅等材料。在本實施實施方式中，所述絕緣支撐體5為圓柱狀，當然，在其他實施實施方 式中，所述絕緣支撐體5也可以設(shè)置成棱柱狀。所述第一金屬壓點6與振動膜4電性連接， 所述第二金屬壓點7與背極板3電性連接，所述第一、第二金屬壓點6、7用于后續(xù)分裝打 線。所述金屬可為鋁、金、鉻金、鈦鎢金等。在本實施實施方式中，所述第一、第二金屬壓點 6、7為圓形，當然，在其他實施實施方式中，所述第一、第二金屬壓點6、7還可以設(shè)置為矩形 等其他多邊形。第二實施方式請參閱圖5至圖7所示，本實用新型第二實施方式所揭示的電容式微型硅麥克風 200與第一實施方式所揭示的電容式微型硅麥克風100基本相同，兩者的區(qū)別在于電容式 微型硅麥克風200的梁44設(shè)有與圓弧槽42及狹槽43均隔開的窄槽45，所述窄槽45將梁 44分割成第一、第二部分46、47，所述第一、第二部分46、47均被絕緣支撐體5所支撐。所 述圓弧槽42為劣弧，所述第一、第二部分46、47的寬度相同且窄槽45的長度小于圓弧槽42 的長度。所有窄槽45分布于同一圓周上。將梁44再次設(shè)置貫穿的窄槽45，可以進一步增 加梁44的彈性，以降低振動膜4對殘余應(yīng)力的敏感度，從而提高電容式微型硅麥克風200 的靈敏度。綜上所述，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本實用新型的教導(dǎo)下所作的針對 本實用新型的等效變化，仍應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求所主張的范圍中。
權(quán)利要求一種電容式微型硅麥克風包括用于作為電容的一極且具有導(dǎo)電功能的背極板、用于作為所述電容的另一極且具有導(dǎo)電功能的振動膜及支撐所述振動膜的絕緣支撐體，所述背極板與振動膜間隔設(shè)置，所述背極板設(shè)有若干與振動膜連通的聲孔，其特征在于所述振動膜包括外端面、位于外端面內(nèi)側(cè)的若干圓弧槽及若干分別連通圓弧槽且向外貫穿外端面的狹槽，所述若干圓弧槽的半徑均相同且位于同一圓周上，所述狹槽及圓弧槽將所述振動膜分割成為懸臂狀的梁，所述絕緣支撐體的一端支撐所述梁，而另一端固定于背極板上。
2.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于所述振動膜為圓形，所述外 端面為圓弧面。
3.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于所述梁設(shè)有自由端且所述 絕緣支撐體的一端靠近梁的自由端。
4.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于所述梁設(shè)有與圓弧槽及狹 槽均隔開的窄槽，所述窄槽將梁分割成第一、第二部分，所述第一、第二部分均被絕緣支撐 體所支撐。
5.如權(quán)利要求4所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于所述第一、第二部分的寬度 相同。
6.如權(quán)利要求4所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于窄槽的長度小于圓弧槽的 長度。
7.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于所述梁設(shè)有外表面、內(nèi)表面 及貫穿內(nèi)、外表面的通孔。
8.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于所述電容式微型硅麥克風 還包括襯底、位于襯底上的自停止層及分別形成于振動膜及背極板上的第一、第二金屬壓 點，所述襯底設(shè)有與聲孔連通的背腔，所述背極板形成于自停止層上，所述梁與振動膜為同 一材質(zhì)，第一金屬壓點與振動膜電性導(dǎo)通而第二金屬壓點與背極板電性導(dǎo)通。
9.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于所述狹槽沿振動膜的徑向 延伸。
10.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風，其特征在于所述圓弧槽為劣弧。
專利摘要一種電容式微型硅麥克風，用于作為電容的一極且具有導(dǎo)電功能的背極板、用于作為所述電容的另一極且具有導(dǎo)電功能的振動膜及支撐所述振動膜的絕緣支撐體，所述背極板與振動膜間隔設(shè)置，所述背極板設(shè)有若干與振動膜連通的聲孔，所述振動膜包括外端面、位于外端面內(nèi)側(cè)的若干圓弧槽及若干分別連通圓弧槽且向外貫穿外端面的狹槽，所述若干圓弧槽的半徑均相同且位于同一圓周上，所述狹槽及圓弧槽將所述梁形成為懸臂狀，所述絕緣支撐體的一端支撐所述梁，而另一端固定于背極板上。由此可使振動膜對殘余應(yīng)力不敏感且提高設(shè)計靈活性，同時在相同靈敏度情況下可減小芯片的面積。
文檔編號H04R19/04GK201742550SQ20092026816
公開日2011年2月9日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者李剛, 梅嘉欣, 胡維 申請人:蘇州敏芯微電子技術(shù)有限公司