一种MEMS麦克风制造技术

本发明专利技术公开了一种MEMS麦克风，包括衬底、第一振膜、第二振膜，第一振膜、第二振膜之间形成了密封腔；背极单元位于密封腔内且与第一振膜、第二振膜构成电容器结构，背极单元上设置有多个贯通其两侧的通孔；其中，在密封腔内填充有粘滞系数小于空气的气体。本发明专利技术的MEMS麦克风，通过在密封腔中填充粘滞系数小于空气的气体，可以大大降低两个振膜相对于背极运动时的声阻，从而降低麦克风的噪声。同时，采用低粘滞系数的气体进行填充，使得可以让密封腔中的压力与外界环境的压力一致，避免了由于压差所带来的振膜偏转问题，保证了麦克风的性能。

A MEMS microphone

The invention discloses a MEMS microphone, comprising a substrate, the first diaphragm, second diaphragm, the seal cavity is formed between the first and second diaphragm diaphragm; the back unit in the sealing cavity and a capacitor structure with the first diaphragm, second diaphragm, the back pole unit is provided with a plurality of through holes the two sides of the gas; in the viscous coefficient is less than the air filled seal cavity. The MEMS microphone of the invention can fill the sealing cavity with less gas than the air, which can greatly reduce the sound resistance of the two diaphragm when moving relative to the back pole, thereby reducing the noise of the microphone. At the same time, the gas with low viscosity coefficient is filled, so that the pressure in the sealing cavity can be consistent with the pressure of the external environment, avoiding the problem of diaphragm deflection due to the differential pressure, and ensuring the performance of the microphone.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS麦克风
本专利技术涉及声电领域，更具体地，涉及一种麦克风，尤其涉及一种MEMS麦克风。
技术介绍
MEMS(微型机电系统)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，其中的振膜、背极是MEMS麦克风中的重要部件，振膜、背极构成了集成在硅晶片上的电容器，实现声电的转换。传统的这种电容式麦克风，为了均衡振膜与背极之间的压力，通常会在背极上设置通孔。但是另一方面，该通孔形成了类似阻尼的毛细吸声结构，此结构提高了声音传输路径上的声阻。声阻的升高意味着空气热噪声致本底噪声的升高，最终使SNR降低。另外一方面，振膜和背板之间的间隙中也会产生空气阻尼，这是麦克风噪声声阻抗另一个重要的影响因素。以上两个空气阻尼通常是麦克风噪声的主要贡献者，这是实现高信噪比(SNR)麦克风的瓶颈。现有市场上出现了一种双振膜的麦克风结构，该麦克风结构的两个振膜围成了空气密封的密封腔，两个振膜之间设置有一个具有穿孔的中心背极，该中心背极位于两个振膜的密封腔中，并与两个振膜构成了差分电容器结构。其中，还设置有用于支撑两个振膜中部位置的支撑柱。这种结构的麦克风，尤其空气位于密封腔中，这与传统的麦克风相比具有更高的声阻抗，因此噪音也更高。另外，当密封腔的压力大于外界的压力时，则两个振膜会发生向其外侧鼓起的现象，反之两个振膜会发生向背极方向变形(瘪)的现象。这种由于共模间隙的变化，使得静态环境压力的变化会影响麦克风的性能(例如灵敏度)。尤其当温度升高时，周围环境与密封腔内的压力差就较大。另外，支撑柱的设置会导致振膜的刚性较大，使得振膜不能很好地表征声压的状态，这就降低了振膜振动的灵敏度，从而在第一程度上影响到麦克风的性能。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种MEMS麦克风的新技术方案。根据本专利技术的第一方面，提供了一种MEMS麦克风，包括：衬底；第一振膜、第二振膜，所述第一振膜、第二振膜之间形成密封腔；背极单元，所述背极单元位于密封腔内且与第一振膜、第二振膜构成电容器结构，所述背极单元上设置有多个贯通其两侧的通孔；其中，在所述密封腔内填充有粘滞系数小于空气的气体。可选地，所述气体为异丁烷、丙烷、丙烯、H2、乙烷、氨、乙炔、乙基氯、乙烯、CH3Cl、甲烷、SO2、H2S、氯气、CO2、N2O、N2中的至少一种。可选地，所述密封腔与外界环境的压力一致。可选地，所述密封腔的压力为一个标准大气压。可选地，所述密封腔与外界环境的压差小于0.5atm。可选地，所述密封腔与外界环境的压差小于0.1atm。可选地，所述第一振膜、第二振膜分别与背极单元之间的间隙为0.5-3μm。可选地，在所述第一振膜与第二振膜之间还设置有支撑柱，所述支撑柱穿过背极单元上的通孔且其两端分别与第一振膜、第二振膜连接在一起。可选地，所述支撑柱的材料与第一振膜和/或第二振膜的材料相同。可选地，所述支撑柱选用绝缘材料。可选地，所述背极单元为一背极板，所述背极板与第一振膜、第二振膜分别构成了电容器结构。可选地，所述背极单元包括用于与第一振膜构成电容器结构的第一背极板，以及用于与第二振膜构成电容器结构的第二背极板；在所述第一背极板与第二背极板之间设置有绝缘层。可选地，所述密封腔是在常温和常压环境下进行密封的。可选地，还包括贯通第一振膜、第二振膜的泄压孔，所述泄压孔的孔壁与第一振膜、第二振膜围成了所述的密封腔。可选地，所述泄压孔设置有一个，其位于第一振膜、第二振膜的中部位置；或者是，所述泄压孔设置有多个。本专利技术的MEMS麦克风，通过在密封腔中填充粘滞系数小于空气的气体，可以大大降低两个振膜相对于背极运动时的声阻，从而降低麦克风的噪声。同时，采用低粘滞系数的气体进行填充，使得可以让密封腔中的压力与外界环境的压力一致，避免了由于压差所带来的振膜偏转问题，保证了麦克风的性能。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是本专利技术麦克风第一实施方式的结构示意图。图2是本专利技术麦克风第二实施方式的结构示意图。图3是本专利技术麦克风第三实施方式的结构示意图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。参考图1，本专利技术提供的一种MEMS麦克风，其为双振膜麦克风结构。具体包括衬底1以及形成在衬底1上的第一振膜3、第二振膜2以及背极单元。本专利技术的振膜以及背极单元可以通过沉积、刻蚀的方式形成在衬底1上，所述衬底1可以采用单晶硅材料，振膜、背极单元可以采用单晶硅或者多晶硅材料，这种材料的选择以及沉积的工艺属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。参考图1，衬底1的中部区域设置有背腔。为了保证第二振膜2与衬底1之间的绝缘，在所述第二振膜2与衬底1之间连接的位置设置有绝缘层，该绝缘层可以采用本领域技术人员所熟知的二氧化硅材料。在该实施例中，本专利技术的背极单元为一背极板4，在背极板4上设置有多个贯通其两侧的通孔5。所述背极板4可通过第一支撑部9支撑连接在第二振膜2的上方，使得背极板4与第二振膜2之间具有一定的间隙，二者构成了电容器结构。第一振膜3则可通过第二支撑部8支撑连接在背极板4的上方，使得第一振膜3与背极板4之间具有一定的间隙，二者构成了电容器结构。其中，第一支撑部9、第二支撑部8采用绝缘的材质，其在起到支撑作用的同时，还可以保证两个振膜与背极板之间的绝缘。这种结构方式以及材料的选择属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。背极板4设置在第一振膜3、第二振膜2之间，三者构成了类似三明治的结构。上述形成的两个电容器结构可以构成差分电容器结构，以提高麦克风的精度，这是双振膜麦克风的结构特点，在此不再具体说明。优选的是，背极板4设置在第一振膜3、第二振膜2的中心位置。也就是说，背极板4到第一振膜3的距离等于背极板4到第二振膜2的距离。在本专利技术一个具体的实施方式中，背极板4到两个振膜的距离可以分别为0.5-3μm，在此不再具体说明。所述第一振膜3、第二振膜2之间形成了密封腔a，参考图1。在该实施例中，密封腔a的上下两侧为第一振膜3、第二振膜2，其左右两侧为第一支撑部9、第二支撑部8，它们共同围成了密封的密封腔a。具体在制造的时候，例如可通过传统的MEMS工艺进行沉积、刻蚀，之后可通过设置在第一振膜3上的腐蚀孔将内部的牺牲层腐蚀掉，以释放第一振膜3、第二振膜2。最后对第一振膜3上的腐蚀孔进行封堵，从而形成密封腔a。上述只是举例的方式列举了在第一振膜3上设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：衬底；第一振膜、第二振膜，所述第一振膜、第二振膜之间形成密封腔；背极单元，所述背极单元位于密封腔内且与第一振膜、第二振膜构成电容器结构，所述背极单元上设置有多个贯通其两侧的通孔；其中，在所述密封腔内填充有粘滞系数小于空气的气体。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：衬底；第一振膜、第二振膜，所述第一振膜、第二振膜之间形成密封腔；背极单元，所述背极单元位于密封腔内且与第一振膜、第二振膜构成电容器结构，所述背极单元上设置有多个贯通其两侧的通孔；其中，在所述密封腔内填充有粘滞系数小于空气的气体。2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述气体为异丁烷、丙烷、丙烯、H2、乙烷、氨、乙炔、乙基氯、乙烯、CH3Cl、甲烷、SO2、H2S、氯气、CO2、N2O、N2中的至少一种。3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述密封腔与外界环境的压力一致。4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述密封腔的压力为一个标准大气压。5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述密封腔与外界环境的压差小于0.5atm。6.根据权利要求5所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述密封腔与外界环境的压差小于0.1atm。7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述第一振膜、第二振膜分别与背极单元之间的间隙为0.5-3μm。8.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：在所述第一振膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹泉波，王喆，董永伟，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37