本發(fā)明涉及微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電容式麥克風(fēng)及其制作方法。

背景技術(shù)：

一般電容式mems麥克風(fēng)主要以硅或多晶硅為主要結(jié)構(gòu)材料，以形成振膜或背極。在生產(chǎn)過(guò)程中，麥克風(fēng)中會(huì)進(jìn)入一些灰塵，影響產(chǎn)品質(zhì)量。為了清除灰塵，通常采用吹氣或噴氣等方法。

然而，硅的材料本身具有強(qiáng)度高、韌性小的特點(diǎn)。導(dǎo)致振膜易碎且毫無(wú)延展性。吹氣或噴氣時(shí)產(chǎn)生的的瞬間高壓力,容易造成振膜的破損，導(dǎo)致麥克風(fēng)的良率降低。

因此，需要提供一種方案以提高電容式麥克風(fēng)的抗吹氣能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電容式麥克風(fēng)的新技術(shù)方案。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種電容式麥克風(fēng)。該麥克風(fēng)包括襯底、背極和振膜，所述襯底具有背腔，所述背極和所述振膜被懸置在所述背腔的上方，所述振膜和所述背極構(gòu)成電容器的上電極和下電極，所述振膜由非結(jié)晶金屬合金制作而成，所述振膜與所述背極之間具有振動(dòng)間隙，所述背極具有連通所述振動(dòng)間隙和外部空間的通孔，所述背腔與所述振動(dòng)間隙相對(duì)設(shè)置。

可選地，所述背極位于所述振膜和所述襯底之間，或者所述振膜位于所述背極和所述襯底之間。

可選地，所述振膜和所述背極通過(guò)焊盤與外部電路信號(hào)連接。

可選地，所述振膜和所述背極二者中的至少一種通過(guò)非結(jié)晶金屬合金與所述焊盤導(dǎo)通。

可選地，所述背極由多晶硅制作而成。

可選地，所述背極包括絕緣支撐層和附著在所述絕緣支撐層上的導(dǎo)體層。

可選地，所述絕緣支撐層由氮化硅制作而成，所述導(dǎo)體層由非結(jié)晶金屬合金制作而成。

可選地，在所述振膜或者所述背極的靠近所述振動(dòng)間隙的一側(cè)設(shè)置有凸起。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種電容式麥克風(fēng)的制作方法該方法包括以下步驟：

在襯底上依次沉積絕緣層和背極；

對(duì)所述背極進(jìn)行刻蝕，以形成通孔；

在所述背極上沉積犧牲層；

對(duì)所述犧牲層進(jìn)行刻蝕，以形成與振膜的折環(huán)部相對(duì)應(yīng)的凹槽以及連通所述背極的貫穿孔；

在所述犧牲層上沉積非結(jié)晶金屬合金；

對(duì)所述非結(jié)晶金屬合金進(jìn)行刻蝕，以分割振膜和用于導(dǎo)通所述背極的導(dǎo)通部；

在所述振膜的連接部和所述導(dǎo)通部上分別沉積焊盤；

對(duì)所述襯底進(jìn)行刻蝕以形成背腔；

腐蝕犧牲層，以形成振膜、背極和振動(dòng)間隙。

可選地，在對(duì)所述犧牲層進(jìn)行刻蝕步驟中還包括通過(guò)刻蝕形成與所述振膜的凸起相對(duì)應(yīng)的凹槽。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，電容式麥克風(fēng)的振膜由硅材料制作而成，振膜的彈性極限低，在吹氣過(guò)程中易導(dǎo)致振膜損傷。因此，本發(fā)明所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問(wèn)題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒(méi)有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。

該電容式麥克風(fēng)的振膜由非結(jié)晶金屬合金制作而成，該材料具有良好的斷裂韌性及彈性極限，使得振膜在吹氣或者噴氣時(shí)能夠承受高的氣壓，避免了振膜的破損，提高了電容式麥克風(fēng)的良品率。

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。

附圖說(shuō)明

被結(jié)合在說(shuō)明書中并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同其說(shuō)明一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1-10是本發(fā)明實(shí)施例的電容式麥克風(fēng)的制作方法的流程圖。

圖11是本發(fā)明實(shí)施例的另一種電容式麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，11：襯底；12：絕緣層；13：背極；14：犧牲層；15：振膜；16：折環(huán)；17：連接部；18：導(dǎo)通部；19：焊盤；20：通孔；21：凸起；22：背腔；23：貫穿孔；24：凹槽；25：振動(dòng)間隙；26：非結(jié)晶金屬合金層；27：絕緣支撐層；28：入孔。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到：除非另外具體說(shuō)明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說(shuō)明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說(shuō)明書的一部分。

在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種電容式麥克風(fēng)。該麥克風(fēng)包括襯底11、背極13和振膜15。襯底11具有背腔22。襯底11通常由硅材料制作而成，例如多晶硅或者單晶硅。背極13和振膜15被懸置在背腔22的上方，振膜15和背極13分別構(gòu)成電容器的上電極和下電極。背極13和振膜15都能夠?qū)щ?。振?5由非結(jié)晶金屬合金制作而成。

非結(jié)晶金屬合金是指沒(méi)有規(guī)則結(jié)晶結(jié)構(gòu)的金屬合金材料。該材料具有結(jié)晶金屬所沒(méi)有的高斷裂韌性，高強(qiáng)度性和高彈性極限的特點(diǎn)。彈性極限即材料在形變后回復(fù)初始狀態(tài)的能力，彈性極限越大則發(fā)生較大的形變后能回復(fù)至初始狀態(tài)。非結(jié)晶金屬合金可以是但不局限于pd、au、pt、cu、zr、al、fe、co、ni、mg、zn、ca、yb或者ce基合金。

振膜15與背極13之間具有振動(dòng)間隙25，振動(dòng)間隙25為振膜15的振動(dòng)提供振動(dòng)空間。背極13具有連通振動(dòng)間隙25和外部空間的通孔20，該通孔20可以保證振膜15振動(dòng)時(shí)振動(dòng)間隙25內(nèi)、外壓力均衡。背腔22與振動(dòng)間隙25相對(duì)設(shè)置。通孔20的尺寸、形狀和數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，只要滿足平衡氣壓的要求并便于加工即可。

使用時(shí)，外界環(huán)境的聲音從振膜15一側(cè)傳入，以使振膜15發(fā)生振動(dòng)。振膜發(fā)生變形，改變了振膜與背極之間的距離，最終將變化的電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)了聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

該電容式麥克風(fēng)的振膜15由非結(jié)晶金屬合金制作而成，該材料具有良好的斷裂韌性及彈性極限，使得振膜15在吹氣或者噴氣時(shí)能夠承受高的氣壓，避免了振膜15的破損，提高了電容式麥克風(fēng)的良品率。

圖10示出了本發(fā)明的電容式麥克風(fēng)的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，背極13位于振膜15和襯底11之間。背極13通過(guò)絕緣層12被設(shè)置在襯底11上。襯底11由單晶硅材料制作而成，絕緣層12由為氧化物層。犧牲層14用于固定振膜15，犧牲層14的厚度決定了振動(dòng)間隙25的高度，即電容器的間距。在制作過(guò)程中，先在背極13上沉積犧牲層14，然后在犧牲層14上沉積振膜15。在形成電容式麥克風(fēng)的過(guò)程中，需要將犧牲層14部分腐蝕掉，以形成振動(dòng)間隙25。

背極13能夠?qū)щ?，并且?yīng)具有足夠的強(qiáng)度，在該實(shí)施例中，背極13由多晶硅制作而成。多晶硅材質(zhì)在加工過(guò)程中需要高溫處理，通常需要1000℃以上的高溫，因此加工難度較大。在另一些示例中，如圖10所示，背極13采用復(fù)合材料制作而成。

為了得到設(shè)定的強(qiáng)度和導(dǎo)電性的要求，復(fù)合材料包括絕緣支撐層27和導(dǎo)體層。優(yōu)選的是，絕緣支撐層27由氮化硅制作而成。氮化硅具有足夠的強(qiáng)度，并且氮化硅在加工過(guò)程中只需幾百度的處理溫度即可成型，大大降低了加工難度。導(dǎo)體層附著在氮化硅之上。優(yōu)選的是，采用導(dǎo)體層由非結(jié)晶金屬合金制作而成。在背極13上設(shè)置多個(gè)通孔20，振膜15在振動(dòng)時(shí)在振動(dòng)間隙25內(nèi)產(chǎn)生的高壓氣流經(jīng)過(guò)通孔20排放到外部空間，例如排放到背腔22中，這種結(jié)構(gòu)有效地平衡了氣壓，提高了聲學(xué)效果。并且，可以有效防止在振動(dòng)過(guò)程中，由于振膜15兩側(cè)的壓力差導(dǎo)致振膜15振動(dòng)不均衡，甚至導(dǎo)致振膜15損壞。

為了便于電容器的導(dǎo)通，在一個(gè)例子中，振膜15和背極13通過(guò)焊盤19與外部電路信號(hào)連接。進(jìn)一步地，振膜15和背極13通過(guò)非結(jié)晶金屬合金與焊盤19導(dǎo)通。如圖9所示，在該實(shí)施例中，振膜15與由非結(jié)晶金屬合金制作而成的連接部17導(dǎo)通，焊盤19被設(shè)置在連接部17之上。背極13與由非結(jié)晶金屬合金制作而成的導(dǎo)通部18導(dǎo)通，另一個(gè)焊盤19被設(shè)置在導(dǎo)通部18之上。優(yōu)選的是，非結(jié)晶金屬合金通過(guò)沉積的方法制作而成。非結(jié)晶金屬合金可以保證電容器具有良好的導(dǎo)通效果以及優(yōu)良的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

當(dāng)然，也可以采用其他導(dǎo)體或者半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)振膜15和背極13與焊盤19的導(dǎo)通。

此外，為了在振動(dòng)過(guò)程中防止振膜15與背極13貼合在一起，在振膜15或者背極13的靠近振動(dòng)間隙25的一側(cè)設(shè)置有凸起21。如圖9和10所示，在振膜15或者背極13上設(shè)置多個(gè)凸起21?？蛇x的是，凸起21的形狀為弧形、三角形、錐形、半圓形或者矩形等。在振動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)振膜15靠近背極13時(shí)，由于凸起21的存在大大減小了振膜15與背極13之間的接觸面積，故可以有效地減少甚至避免振膜15與背極13貼合在一起，從而避免了麥克風(fēng)的失效。優(yōu)選的是，凸起21與振膜15或者背極13一體成型。凸起21的尺寸、形狀和數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，只要滿足減小接觸面積的要求并便于加工即可。

圖1-10示出了本發(fā)明提供的一種電容式麥克風(fēng)的制作方法。該方法包括以下步驟：

在襯底11上依次沉積絕緣層12和背極13。參照?qǐng)D1-3，襯底11為整塊的單晶硅晶圓，絕緣層12可以是但不局限于二氧化硅。該絕緣層12在保證襯底11與背極13之間絕緣的同時(shí)，其在后續(xù)體硅腐蝕的工序中也可以作為阻擋層，以免破壞上層的結(jié)構(gòu)。

對(duì)背極13進(jìn)行刻蝕，以形成通孔20。參照?qǐng)D4，在該步驟中，采用粒子束進(jìn)行刻蝕，以保證通孔20的尺寸和形狀。

在背極13上沉積犧牲層14。參照?qǐng)D5，在該步驟中，犧牲層14填充到通孔20中，并在背極13的上表面上形成設(shè)定的厚度，犧牲層14的上表面應(yīng)保持與背極13的上表面相平行，以保證振膜15振動(dòng)和電容器規(guī)格的尺寸要求。優(yōu)選的是，犧牲層14為聚氧化乙烯(peox)，該材料便于后續(xù)的腐蝕工序。

對(duì)犧牲層14進(jìn)行刻蝕，以形成與振膜15的折環(huán)16部相對(duì)應(yīng)的凹槽24以及連通背極13的貫穿孔23。參照?qǐng)D6，對(duì)犧牲層14的刻蝕也可以采用粒子束進(jìn)行。貫穿孔23可以保證后續(xù)沉積的非結(jié)晶金屬合金與背極13導(dǎo)通。優(yōu)選地是，在該步驟中還包括通過(guò)刻蝕形成與振膜15的凸起21相對(duì)應(yīng)的凹槽24，以使在沉積時(shí)凸起21與振膜15一體成型。

在犧牲層14上沉積非結(jié)晶金屬合金。參照?qǐng)D7，在該步驟中，將非結(jié)晶金屬合金沉積成一層，其厚度應(yīng)滿足麥克風(fēng)的工作參數(shù)要求。

對(duì)非結(jié)晶金屬合金進(jìn)行刻蝕或使用lift-off工藝，以分割振膜15和用于導(dǎo)通背極13的導(dǎo)通部18。參照?qǐng)D8，在該步驟中，振膜15和導(dǎo)通部18被分割開，以分別導(dǎo)通電容器的正極和負(fù)極。此外，還分割出連接部17和振膜15，連接部17與振膜15的一部分連接在一起。振膜15通過(guò)連接部17與焊盤19導(dǎo)通。通過(guò)刻蝕形成設(shè)定形狀的振膜15，以滿足麥克風(fēng)的工作參數(shù)要求。

在振膜15的連接部17和導(dǎo)通部18上分別沉積焊盤19。參照?qǐng)D9，焊盤19通常為金屬材質(zhì)，例如銅、鋁、金、銀或者鎳等。

對(duì)襯底11進(jìn)行刻蝕以形成背腔22。參照?qǐng)D,9，在該步驟中，采用粒子束進(jìn)行刻蝕，以形成背腔22。

腐蝕犧牲層14，以形成振膜15、背極13和振動(dòng)間隙25。參照?qǐng)D10，在該步驟中，采用腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，通過(guò)控制腐蝕劑的濃度和腐蝕時(shí)間將犧牲層14的一部分腐蝕掉，使得振膜15僅靠其邊緣位置的犧牲層14支撐在背極13上。在腐蝕過(guò)程中，腐蝕劑穿過(guò)通孔20以腐蝕犧牲層14。最終形成設(shè)定結(jié)構(gòu)的電容式麥克風(fēng)。

圖11示出了本發(fā)明提供的另一種電容式麥克風(fēng)的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，振膜15位于背極13和襯底11之間。振膜15與背腔22相對(duì)設(shè)置。與上述實(shí)施例不同的是，使用時(shí)外部環(huán)境的聲音通過(guò)背腔22到達(dá)振膜15，從而帶動(dòng)振膜15振動(dòng)。

在該實(shí)施例中，背極13由上述復(fù)合材料制作而成。當(dāng)然，也可以采用多晶硅材料。在背極13上設(shè)置有多個(gè)通孔20，以平衡氣壓。為了減小麥克風(fēng)的外形尺寸，焊盤19嵌入背極13中。位于背極13上的非結(jié)晶金屬合金層26與由非結(jié)晶金屬合金制成的振膜15分別構(gòu)成電容器的兩個(gè)電極。為了便于導(dǎo)通，振膜15通過(guò)非結(jié)晶金屬合金與焊盤19信號(hào)連接。

此外，為了便于犧牲層14的腐蝕，在振膜15上設(shè)置有入孔28，以方便腐蝕劑的進(jìn)、出。

該麥克風(fēng)在制作時(shí)，首先在襯底11上依次沉積絕緣層12和振膜15，然后在振膜15上依次沉積犧牲層14、非結(jié)晶金屬合金層26和絕緣支撐層27。與上述制作方法相同的是，在該方法中通過(guò)粒子束進(jìn)行刻蝕或使用lift-off工藝，以形成背腔22、通孔20、入孔28和貫穿孔23等。

雖然已經(jīng)通過(guò)例子對(duì)本發(fā)明的一些特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上例子僅是為了進(jìn)行說(shuō)明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對(duì)以上實(shí)施例進(jìn)行修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來(lái)限定。