本发明专利技术为一种无背部大声学腔体的MEMS硅麦克风，包括背极板硅基及位于所述背极板硅基上方的振膜，其特征在于：导电良好的背极板硅基和振膜作为麦克风电容的两极板；背极板硅基上沉积有背极板金属电极，背极板金属电极和背极板硅基电连接；背极板硅基上设有若干个直接与大气相通的TSV声孔；振膜上设有小凸柱；振膜上沉积有振膜电极，振膜电极和振膜电连接；振膜电极和背极板金属电极分别为麦克风电容两极板的输出信号引出端，用来与CMOS信号放大电路实现电连接；振膜由氧化硅层支撑悬于背极板硅基的上方，之间形成气隙，背极板硅基、振膜和气隙形成电容结构。本发明专利技术产品灵敏度高、一致性好且生产优良率高，可与ASIC封装为一体。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电容式硅麦克风，特别是公开一种无背部大声学腔体的MEMS硅麦克风，属于硅麦克风的
技术介绍
麦克风能把人的语音信号转化为相应的电信号，广泛应用于手机，电脑，电话机，照相机及摄像机等。传统的驻极体电容式麦克风采用特氟龙作为振动薄膜，不能承受在印刷电路板回流焊接工艺近300度的高温，从而只能与集成电路的组装分开，单独手工装配，大大增加了生产成本。近三十年的MEMS（Microelectromechanical Systems）技术与工艺的发展，特别是基于硅芯片MEMS技术的发展，实现了许多传感器（如压力传感器，加速度计，陀螺仪等）的微型化和低成本。MEMS硅麦克风已开始产业化，在高端手机的应用上，逐渐取代传统的驻极体电容式麦克风。MEMS麦克风主要还是采用电容式的原理，由一个振动薄膜和背极板组成，振动薄膜与背极板之间有一个几微米的间距，形成电容结构。高灵敏的振动薄膜感受到外部的音频声压信号后，改变振动薄膜与背极板间的距离，从而形成电容变化。MEMS麦克风后接CMOS放大器把电容变化转化成电压信号的变化，再放大后变成电输出。人的语音声压信号非常微弱，振动薄膜必须非常灵敏。振动膜通常采用常规的半导体加工工艺—淀积得到，材料可采用多种或多层材料得到（比如掺杂多晶硅，金属与氮化硅复合膜等）。由于材料的热膨胀系数不同和高温工艺，制备后的振动薄膜会有不同程度的残留应力，大大影响了振动薄膜的灵敏度。所以，用多晶硅作为振动薄膜时，在制备后一般会采用附加退火工艺，来调节残留应力降到最低；若用氮化硅作为振动薄膜，在制备时通过调节反应气体间的比例来降低残留应力。但采用这种方法对减小残余应力的效果不大，而且重复性不好，实现也较为复杂。另外，也可以采用改变振动薄膜的机械结构，把一般的平板型振动薄膜改为纹膜，浮膜，或在振动薄膜上切割微小的槽，从而达到减少残留应力﹑增加灵敏度的目的。但改变振动薄膜结构的方法会造成制备工艺复杂化，增加成本，降低良率。背极板除了与振动薄膜形成电容以外，还具有控制麦克风的频带，降低声学噪声等功能。它需要具有一定的刚度，不会因外部的振动或声压而形变。除此以外，一般的设计为了配合前进音的封装形式，还需在背极板上制备一个几百微米的声学腔体，使声波能更好地传达到振膜并获得高的信噪比。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种适合于背进音封装形式的MEMS硅麦克风及其制备方法，以简化制造工艺，且可提高电容式微型硅麦克风的良率和灵敏度。本专利技术是这样实现的：一种无背部大声学腔体的MEMS硅麦克风，包括背极板硅基及位于所述背极板硅基上方的振膜，其特征是：背极板硅基和振膜均导电良好，作为麦克风电容的两极板；背极板硅基上沉积有背极板金属电极，背极板金属电极的材质为Al/Cu合金或Al/Cu合金加上Au，背极板金属电极和背极板硅基1电连接；背极板硅基上设有若干个TSV声孔，TSV声孔直接与大气相通；振膜上设有小凸柱，小凸柱的材质为高硅氮化硅，小凸柱阻止振膜和背极板硅基吸合在一起；振膜上沉积有振膜电极，振膜电极和振膜电连接；振膜电极和背极板金属电极分别为麦克风电容两极板的输出信号引出端，用来与CMOS信号放大电路实现电连接；振膜和背极板硅基经硅硅键合工艺键合成一体，振膜由氧化硅层支撑悬于背极板硅基的上方，振膜和背极板硅基之间有气隙，背极板硅基、振膜和气隙形成电容结构。所述的振膜和背极板硅基之间的气隙由湿法刻蚀氧化硅形成，振膜厚度为1～7μm，背极板硅基的厚度为400μm。所述的无背部大声学腔体的MEMS硅麦克风采用贯通整个背极板硅基的TSV声孔来实现振膜与外界大气间的连通，所述的TSV声孔设有50～150个，单个孔径为20～40μm。本专利技术背极板硅基导电作为电容的一极，振动薄膜导电作为电容的另一极。背极板硅基上设有的TSV声孔位于振动薄膜的正下方，TSV声孔贯穿整个背极板硅基。振动薄膜位于TSV声孔的上方且覆盖整个TSV声孔面，振动薄膜由单晶硅片减薄后得到。用于支撑振动薄膜的氧化硅层可实现振动薄膜和背极板硅基的电绝缘，且振动薄膜和背极板硅基间的气隙深度也由该氧化硅层厚度决定。振动薄膜和背极板硅基上均沉积有金属焊盘，分别为振膜电极和背极板金属电极，金属焊盘用来与CMOS信号放大电路实现电连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术的背极板硅基上设有振动薄膜，其通过硅硅键合法与背极板硅基键合，导电振膜与背极板形成电容结构；导电振膜为单晶硅片减薄而成，其导电性良好，作为电容的一极，且其残余应力小且一致性好，从而可提高麦克风的灵敏度和良率。振膜上设有小凸柱，小凸柱可降低振膜和背极板硅基吸合的可能性，进一步提高了麦克风的良率。背极板硅基导电性良好，作为电容的另一极，背极板硅基上设有贯穿整个背极板硅基的TSV声孔，声音作用于振膜上，可外接CMOS电路通过检测振膜变化引起的电容变化从而输出相应的声音信号。本专利技术产品麦克风生产工艺简单、灵敏度高、成本低、一致性好、良率高，非常适用于背进音封装形式。附图说明图1 是本专利技术产品整体结构示意图。图2 是图1的A-A向剖视结构示意图。图3 是图2的立体图。图中：1、背极板硅基； 2、振膜； 3、TSV声孔； 4、气隙； 5、背极板金属电极； 6、氧化硅层； 7、小凸柱； 8、振膜电极。具体实施方式根据附图1、附图2和附图3，本专利技术包括背极板硅基1、振膜2、TSV声孔3、气隙（极板间距）4、背极板金属电极5、氧化硅层（绝缘介质层）6、小凸柱7、振膜金属电极8。振膜2由单晶硅减薄而成，位于背极板硅基1的上方，背极板硅基1和振膜2均导电良好，作为麦克风电容的两极板。背极板硅基1上沉积有背极板金属电极5，背极板金属电极5和背极板硅基1电连接。背极板硅基上设有若干个TSV声孔3，TSV声孔3贯穿整个背极板硅基1，并均匀分布于振膜2下方，TSV声孔3直接与大气相通。振膜2上设有小凸柱7，小凸柱7的材质为高硅氮化硅，小凸柱7阻止振膜2和背极板硅基1吸合在一起。振膜2上沉积有振膜电极8，振膜电极8和振膜2电连接。背极板金属电极5和振膜电极8的金属层的材质为Al/Cu合金或Al/Cu合金加上Au，采用先沉积金属层，再干法刻蚀出所需图形行成。振膜电极8和背极板金属电极5分别为麦克风电容两极板的输出信号引出端，用来与CMOS信号放大电路实现电连接；振膜2和背极板硅基1经硅硅键合工艺键合成一体，振膜2由氧化硅层6支撑悬于背极板硅基1的上方，振膜2和背极板硅基1之间形成气隙4，氧化硅层6的厚度决定了气隙4的深度，同时所述氧化硅层6的绝缘性能保证了振膜2和背极板硅基1的电绝缘，背极板硅基1、振膜2和气隙4形成电容结构。振膜2和背极板硅基1之间的气隙4由湿法刻蚀氧化硅形成，振膜2厚度为1～7μm，背极板硅基的厚度为400μm。本专利技术产品麦克风采用贯通整个背极板硅基1的TSV声孔3来实现振膜2与外界大气间的连通，TSV声孔3的大小、数量及位置可按需要进行设定，一般设有50～150个，单个孔径为20～40μ本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无背部大声学腔体的MEMS硅麦克风，包括背极板硅基（1）及位于所述背极板硅基（1）上方的振膜（2），其特征在于：背极板硅基（1）和振膜（2）均导电良好，作为麦克风电容的两极板；背极板硅基（1）上沉积有背极板金属电极（5），背极板金属电极的材质为Al/Cu合金或Al/Cu合金加上Au，背极板金属电极（5）和背极板硅基（1）电连接；背极板硅基（1）上设有若干个TSV声孔（3），TSV声孔（3）直接与大气相通；振膜（2）上设有小凸柱（7）；振膜（2）上沉积有振膜电极（8），振膜电极（8）和振膜（2）电连接；振膜电极（8）和背极板金属电极（5）分别为麦克风电容两极板的输出信号引出端，用来与CMOS信号放大电路实现电连接；振膜（2）和背极板硅基（1）经硅硅键合工艺键合成一体，振膜（2）由氧化硅层（6）支撑悬于背极板硅基（1）的上方，振膜（2）和背极板硅基（1）之间有气隙（4），背极板硅基（1）、振膜（2）和气隙（4）形成电容结构。
【技术特征摘要】
1.一种无背部大声学腔体的MEMS硅麦克风，包括背极板硅基（1）及位于所述背极板硅基（1）上方的振膜（2），其特征在于：背极板硅基（1）和振膜（2）均导电良好，作为麦克风电容的两极板；背极板硅基（1）上沉积有背极板金属电极（5），背极板金属电极的材质为Al/Cu合金或Al/Cu合金加上Au，背极板金属电极（5）和背极板硅基（1）电连接；背极板硅基（1）上设有若干个TSV声孔（3），TSV声孔（3）直接与大气相通；振膜（2）上设有小凸柱（7）；振膜（2）上沉积有振膜电极（8），振膜电极（8）和振膜（2）电连接；振膜电极（8）和背极板金属电极（5）分别为麦克风电容两极板的输出信号引出端，用来与CMOS信号放大电路实现电连接；振膜（2）和背极板硅基（1）经硅硅键合工艺键合成一体，振膜（2）由氧化硅层（6）支撑悬于背极板硅基（1）的上方，振膜（2）和背极板硅基（1）之...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪建民，
申请(专利权)人：缪建民，
类型：发明
国别省市：上海;31
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