本发明专利技术提供了一种多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风及其制备方法，其中，在硅电容麦克风的基板上设置有1～3层多晶硅层，且至少1层多晶硅层会在接受到声压后发生变形，1～3层多晶硅层中的至少一层上同时设置有高度和横截面不同的多个突起，突起按照高度和横截面的不同进行种类区分，种类数目大于等于3种。本发明专利技术在保证振膜和背极吸合后可自然放开的可靠性的基础上，不但实现了对硅电容麦克风电性能的优化，也实现对硅电容麦克风力学和几何变形的优化，从而使得硅电容麦克风的灵敏度、信噪比、线性度、工作电压等性能指标得到综合力学和电学的全局优化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硅电容麦克风
，具体而言，涉及。
技术介绍
微机电(MEMS micro-electro-mechanical system)系统因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于消费电子和一些高端电子产品，例如:手机、MP3、录音笔、汽车电子等。一般地，MEMS系统在最前端包含将其他物理信号转化为电信号的微机械结构传感器，或在最后端包含将电信号转化为其他物理信号的微机械结构执行器。微机械结构在MEMS系统中起到电信号与其他物理信号的转换接口的作用。为满足人民群众日益增长的物质文化需求，MEMS系统的体积、成本、灵敏度、线性度等指标也在不断地优化提高。在相关优化技术方案中，不乏众多努力，试图通过在多晶硅层上设置突起来避免可动结构的机械黏附。众所周知，在微机械系统中，相对于重力、惯性力等而言，表面力成为主导作用力，这容易导致微机械结构表面在相互接触时产生较强的黏着和黏附作用，会严重影响MEMS器件的可靠性。现有技术中，为解决黏着和黏附问题，开发了一些在多晶硅层上设置突起的技术。中国专利CN103449354A、中国专利CN100502560C和中国专利CN1498513B通过定义突起的材料和尺寸来控制多晶硅层的表面能，保证其受外力黏着/黏附后的黏着/黏附力较小，能在外力消失后自行释放。中国专利CN100539740C和中国专利CN102762490同时兼顾膜片运动的翘曲特点，在多晶硅层上设置了多个突起。但上述两个技术方案的目的仅为保证多晶硅层受外力黏着/黏附后的黏着/黏附力较小，结构能在外力消失后自行释放，故设置的多个突起高度是相同的。中国专利CN103569942A则在微机械结构表面设置了多个突起，分为金属突起和氧化物突起两种，分别运用两次沉积工艺实现，通过设置不同高度的突起，可以缓冲和减少发生黏着/黏附时的接触面积，但由于多种材料的特性不同，在外界温湿度变化时易引入热应力和黏着/黏附力或接触电阻波动等问题，这里多种材料的使用也相应地增加了掩膜和工序成本。如前文所述，传统的在多晶硅层上设置突起的技术是为了解决黏着和黏附问题，因此传统技术没有特别地针对突起的高度、尺寸，数量、位置等因素予以优化和提高，一般的做法是根据结构释放后的需要，在关心的位置设置突起，通过减小接触面积，控制接触材料来减小潜在的发生黏附时的表面黏附力，从而实现接触后的自然释放。这样的优化技术在可靠性上取得了较明显的成功，但在力学和电学性能优化上仍有较大提高空间，这一局限性也造成了可靠性与性能之间的矛盾。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，能在一次成形的工艺条件下，通过先设置牺牲层图形后沉积多晶硅的方式，不但实现硅电容麦克风中电路和电性能的优化，也实现硅电容麦克风的力学特性和几何变形特性的优化，同时保证多晶硅层在黏着和黏附后可以自然放开，从而使得硅电容麦克风的灵敏度、线性度等性能指标得到综合力学和电学的全局优化。为解决上述问题，本专利技术公开了一种多晶娃层上设置有突起的娃电容麦克风，在其基板上设置有1?3层多晶硅层，其中至少一层多晶硅层会在接受到声压后发生变形，1?3层多晶硅层中的至少一层上设置有多个突起，突起按照高度和横截面的不同进行种类区分，突起的种类至少为3种。较佳的，本专利技术公开的多晶娃层上设置有突起的娃电容麦克风，还可在多晶娃层中朝向突起方向的一面设置一层薄膜，薄膜的材料可以包括以下一种或多种:碳基聚合物、石圭、石圭氧体、石圭氮化合物、碳化石圭、锗、砷化镓、碳、钛、金、铁、铜、铬、鹤、招、钼、IE、镍、钽、由钛、金、铁、铜、铬、钨、铝、钼、钯、镍、钽中的一种或多种组成的合金及氧化物。通过选择薄膜的材料保证微机械结构的表面能较小，在控制微机械结构最大黏着/黏附力的基础上，综合考虑力学上不同材料的热胀系数、介电常数以及材料的表面粗糙度对电场分布和空气阻力的影响等因素，对硅电容麦克风进行力学和电学上的进一步优化。较佳的，本专利技术公开的多晶娃层上设置有突起的娃电容麦克风，其中多晶娃层上突起的尺寸由多晶硅层下方的牺牲层的尺寸来决定。除了通过设置下方牺牲层的尺寸来控制突起的尺寸外，还存在其他控制突起的尺寸的方式。例如可使设置的多个突起对释放后的残余应力响应不同，这样也可以得到不同尺寸的突起。但这种方式不如设置牺牲层的尺寸这种方式可控。较佳的，本专利技术公开的多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，其中牺牲层的材料可以是二氧化硅。实际上，常用的牺牲层材料还有磷硅玻璃、硼硅玻璃、铝等，甚至多晶硅本身，但从材料去除的选择比、导电性、热胀系数、介电常数和加工过程应力影响来看，选用二氧化硅是较优的。较佳的，本专利技术公开的多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，其中多晶硅层上突起的种类、位置、数量、尺寸可根据力学和电学优化需要，通过设置掩膜板和定义工艺参数确定。在具体实施时，如前文所述，工艺条件和优化需要决定突起种类。掩膜版图形和多晶硅层的厚度必须同时考虑，才能完全确定突起的种类和尺寸，在本专利技术的实施例中，涉及的掩膜去除牺牲层的图形特征尺寸应有较大的尺寸范围，其特征尺寸可以为小于沉积厚度、与沉积厚度相当或大于沉积厚度，分别对应三种突起高度，在实际实施中可根据工艺参数的稳定性，结合传感器优化需要决定设置的突起高度的种类。在确定突起的种类和尺寸后，就可以根据突起的种类和尺寸来确定突起的位置和数量，因为黏着黏附力取决于每次多晶硅层之间接触的总面积，且可以依据突起的种类和尺寸这一约束设置最优的突起位置和数量，以在电容、应力、阻尼等方面取得全局的优化。较佳的，本专利技术公开的多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，其中设置有多个突起的多晶硅层可以是可动的，也可以是不可动的。在实施中，根据振膜变形和应力的优化需要，可以将突起设置在可动的多晶硅层上，也可以设置在不可动的多晶硅层上，甚至同时设置在可动和不可动的多晶硅层上。较佳的，本专利技术公开的多晶娃层上设置有突起的娃电容麦克风，其中在多晶娃层上设置高度和横截面不同的多个突起的技术方案与通用的优化力学性能和电学性能的技术方案兼容。例如本专利技术兼容有关设置柔性背极的技术方案，以及在多晶硅层上设置褶皱的技术方案等。相比之下，中国专利CN103569942A在与这些其他改进的技术方案兼容时会遇到一些冲突。较佳的，本专利技术公开的多晶娃层上设置有突起的娃电容麦克风中，娃电容麦克风中振膜和背极之间的间隙与突起的高度之间具有一设定关系。硅电容麦克风中设置有突起的多晶硅层为背极或振膜，振膜一般为可动的，背极一般为不可动的，振膜与背极之间构成一可变电容。振膜在接受声压后发生的变形形式一般为翘曲，变形后，振膜与背极之间的平面接触面积与振膜的变形程度、突起的高度以及振膜与背极之间的间隙有关。故在背极和振膜上设置突起时，对应振膜与背极之间不同的间隙，存在不同的最优突起高度。在实际实施中，突起的高度一般为离散化的，例如当加工精度为0.lum时，突起的高度可以为0.5um、0.6um、0.7um和0.8um，突起的高度以0.lum为单位递增；而当加工精度为0.2um时，突当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多晶硅层上设置有突起的硅电容麦克风，其特征在于：在其基板上设置有1～3层多晶硅层，其中至少一层所述多晶硅层会在接受到声压后发生变形，所述1～3层多晶硅层中的至少一层上设置有多个突起，所述突起按照高度和横截面的不同进行种类区分，所述突起的种类至少为3种。
【技术特征摘要】
【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
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