一种硅电容麦克风及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种硅电容麦克风及其制造方法，所述硅电容麦克风包括基底、背极板和振膜，所述振膜位于所述基板和所述背极板之间，所述基板上设有声腔，所述背极板和所述振膜之间设有固定气隙，所述振膜与所述背极板上分别设有电极引出的焊盘以作电气连接之用，其中所述振膜为圆形，其边缘全封闭固定在所述基底上，所述振膜上包括中心孔和与所述中心孔同心的一个或多个褶皱环，所述褶皱环位于等于或大于1/2振膜半径的区域内。本发明专利技术通过硅电容麦克风的振膜结构上的改变，能够提高硅电容麦克风受外界冲击和受高压气流吹击时的抗冲击性，帮助导电多晶硅振膜释放应力，保持振膜的高灵敏度，从而达到提高品质、降低成本、拓宽产品应用场合的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微麦克风
，特别涉及一种使用多晶硅振膜的硅电容麦克风及其制造方法。
技术介绍
微机电（MEMS micro-electro-mechanical system）麦克风或称硅麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛应用于具声音采集功能的电子装置中，如手机、MP3、录音笔和监听器材等。硅电容麦克风通常包括基底、背极板和振膜，其中振膜是硅电容麦克风的核心部件，其既需要灵敏地反映声压信号并将之转化为电信号，又需要在外界风压吹击、跌落冲击的应力和内部加工工艺释放应力作用后保持性能基本不变地正常工作。传统的硅微麦克风一般包括振膜构成的振动部和与基底相连的支撑部，支撑部的截面为矩形。这种结构层应力对振膜产生的应力梯度无法释放，振膜屈曲强度低，工艺挑战度高。为保证多晶硅振膜的灵敏度较高且较为一致，现有技术中多采用应力释放结构制作振膜，如图1和图2所示，其中01为锚区、02为外围应力释放结构或凹陷部分。再例如，中国专利CN101572850A和CN102065354A分别给出了一种平面内和平面外消除应力的振膜的结构方案，美国专利US20060280319更是给出了一种通过振膜边缘悬臂梁上的褶皱消除振膜应力的方案。然而，上述方案虽然能达到应力消除的效果，但对于多晶硅振膜而言，均使结构成为了非全封闭的开放性结构，在受到外界风压吹击或跌落冲击的情况下，冲击应力将在振膜周边悬臂梁与锚区之间的结合面上产生高度应力集中，从而致使结构失效，影响正常使用。中国专利CN101931852A给出了一种使用单晶硅制作全封闭振膜并在振膜上制作褶皱消除应力的方案，但相对多晶硅工艺和材料而言，其方案中的自停止腐蚀法制作单晶硅振膜的工艺相对复杂，成本也较高。若使用多晶硅工艺实现同样目标，在应力一致性控制上存在着很大的难度。此外，中国专利CN201491265U给出了有褶皱的全封闭振膜，其剖面结构如图3所示。CN201491265U中所公开的褶皱形式比较简单，从图3中可看出，两个褶皱环03之间直接相连使得剖面呈V型，且各连接面之间未设置倒角。从振膜的材料特性及现有工艺下应力离散性控制水平来看，采用这种褶皱形式的振膜只能适合与其文中提及的传统微型电容式麦克风，而对于含多晶硅振膜的硅电容麦克风而言，由于多晶硅材料的自身特点及工艺水平的局限性，CN201491265U中所公开的褶皱形式是并不适用的。针对在封闭多晶硅振膜上设置褶皱时的褶皱形状和排布，美国专利US20120091546给出了一种尽量消除和释放多晶硅应力的方案。但由于其目标是尽量消除和释放多晶硅振膜的应力，因此为专门追求低应力而对工艺应力控制水平做出了极限规定，对残余应力的控制范围要求较高，工艺复杂，不利于低成本高合格率的大规模工业化生产。同时，该专利也未考虑硅麦克风抗吹击性、灵敏度和残余应力一致性的问题，因此应用时仍存在诸多不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决目前硅电容麦克风中存在的抗冲击性差、成本较高的缺陷，提供一种灵敏度高、抗冲击力强、成本低廉、易于生产的硅电容麦克风，并同时提供上述硅电容麦克风的制作方法。为达上述目的，本专利技术首先提出一种硅电容麦克风，包括基板、背极板和振膜，所述振膜位于所述基板和所述背极板之间，所述基板上设有声腔，所述背极板和所述振膜之间设有固定气隙，所述振膜与所述背极板上分别设有电极引出的焊盘以作电气连接之用，其中所述振膜为圆形，其边缘全封闭固定在所述基底上，所述振膜上包括中心孔和与所述中心孔同心的一个或多个褶皱环，所述褶皱环位于等于或大于1/2振膜半径的区域内。根据本专利技术提出的一种硅电容麦克风，其中所述振膜的材料为导电多晶硅，通过淀积的工艺实现。根据本专利技术提出的一种硅电容麦克风，其中所述褶皱环为一个，其形状为上凸或下凹形状，所述褶皱环与所述振膜所在平面之间设置有倒角。根据本专利技术提出的一种硅电容麦克风，其中所述褶皱环为多个，彼此之间为上凸形状和下凹形状交错设置，且每两个褶皱环之间设有过渡平面，相邻的所述褶皱环和所述过渡平面之间、以及所述褶皱环和所述振膜所在平面之间均设置有倒角。根据本专利技术提出的一种硅电容麦克风，其中所述中心孔的直径为0.2-200微米。根据本专利技术提出的一种硅电容麦克风，其中所述振膜的褶皱环的数量、褶皱环之间的间距以及褶皱环的深度由振膜的厚度及残余应力分布范围决定。根据本专利技术提出的一种硅电容麦克风，其中所述背极板上有多个开孔，且所述背极板靠近所述振膜的一面设有突起。另外，本专利技术还提供一种硅电容麦克风的制作方法，包括以下步骤：S1：在基板的表面淀积第一层牺牲层，使所述牺牲层具有褶皱环形状；S2：在第一层牺牲层的表面利用淀积工艺形成带有褶皱环的振膜，对所述振膜进行选择性地掩蔽和刻蚀，形成所述振膜的中心通气圆孔；S3：在所述振膜表面淀积第二层牺牲层，并对第二层牺牲层进行选择性地掩蔽和刻蚀，以形成背极板的突起形状；S4：在第二层牺牲层的表面利用淀积工艺形成带有突起的背极板，对所述背极板进行选择性地掩蔽和刻蚀，以在所述背极板上形成多个穿孔；S5：以所述背极板为掩膜，刻蚀第二层牺牲层，使背极板上穿孔部分下方的振膜层暴露；S6：在背极板和振膜的暴露部分上制作金属化的背极电极和振膜电极，对背极电极和振膜电极分别作电气引出并制作焊盘；S7：在基板背面通过选择性地掩蔽和刻蚀以制作声腔，声腔从基板上对应于设置振膜的中心区域贯穿整个基板；S8：湿法同时刻蚀第一层牺牲层和第二层牺牲层，去除基板与振膜的可动部分之间的第一层牺牲层，去除振膜的可动部分与背极之间的第二层牺牲层。根据本专利技术提出的一种硅电容麦克风的制作方法，其中，所述步骤S1中淀积第一层牺牲层的过程分两次完成，包括以下步骤：S11：在基板的表面淀积形成部分第一层牺牲层，并选择性地掩蔽和刻蚀牺牲层，通过本次刻蚀决定振膜上的褶皱形状、数量、尺寸和分布；S12：在S11形成的部分第一层牺牲层的基础上，再次淀积牺牲层，完成第一层牺牲层的制作，通过先刻蚀牺牲层再淀积的工艺顺序，根据淀积后二氧化硅材料的表面形状，使褶皱与振膜所在平面间的过渡面与振膜的夹角为钝角，褶皱环与振膜所在平面的过渡面之间设置有工艺允许的倒角，且由工艺参数确定相应的角度值。根据本专利技术提出的一种硅电容麦克风的制作方法，其中，所述牺牲层的材料为二氧化硅。与现有技术相比，本专利技术提出的硅电容麦克风及其制作方法能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅电容麦克风，包括基板、背极板和振膜，所述振膜位于所述基板和所述背极板之间，所述基板上设有声腔，所述背极板和所述振膜之间设有固定气隙，所述振膜与所述背极板上分别设有电极引出的焊盘以作电气连接之用，其特征在于，所述振膜为圆形，其边缘全封闭固定在所述基底上，所述振膜上包括中心孔和与所述中心孔同心的一个或多个褶皱环，所述褶皱环位于等于或大于1/2振膜半径的区域内。

【技术特征摘要】
1.一种硅电容麦克风，包括基板、背极板和振膜，所述振膜位于所述基板
和所述背极板之间，所述基板上设有声腔，所述背极板和所述振膜之间设有固
定气隙，所述振膜与所述背极板上分别设有电极引出的焊盘以作电气连接之用，
其特征在于，所述振膜为圆形，其边缘全封闭固定在所述基底上，所述振膜上
包括中心孔和与所述中心孔同心的一个或多个褶皱环，所述褶皱环位于等于或
大于1/2振膜半径的区域内。
2.根据权利要求1所述的一种硅电容麦克风，其特征在于，所述振膜的材
料为导电多晶硅，通过淀积的工艺实现。
3.根据权利要求1所述的一种硅电容麦克风，其特征在于，所述褶皱环为
一个，其形状为上凸或下凹形状，所述褶皱环与所述振膜所在平面之间设置有
倒角。
4.根据权利要求1所述的一种硅电容麦克风，其特征在于，所述褶皱环为
多个，彼此之间为上凸形状和下凹形状交错设置，且相邻的两个褶皱环之间设
有过渡平面，相邻的所述褶皱环和所述过渡平面之间、以及所述褶皱环和所述
振膜所在平面之间均设置有倒角。
5.根据权利要求1所述的一种硅电容麦克风，其特征在于，所述中心孔的
直径为0.2-200微米。
6.根据权利要求1所述的一种硅电容麦克风，其特征在于，所述振膜的褶
皱环的数量、褶皱环之间的间距以及褶皱环的深度由振膜的厚度及残余应力分
布范围决定。
7.根据权利要求1所述的一种硅电容麦克风，其特征在于，所述背极板上
有多个开孔，且所述背极板靠近所述振膜的一面设有突起。
8.一种硅电容麦克风的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在基板的表面淀积制作第一层牺牲层，使所述牺牲层具有褶皱环形状；
S2：在第一层牺牲层的表面利用淀积工艺形成带有褶皱环...

【专利技术属性】
技术研发人员：万蔡辛，杨少军，
申请(专利权)人：北京卓锐微技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11