一种高灵敏度、高信噪比的MEMS麦克风及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种高灵敏度、高信噪比的MEMS麦克风及其制造方法。该MEMS麦克风包括从下到上设置的半导体衬底、背板和振动膜，三者相互之间通过介质层隔离；背板中形成有多个释放孔，其中，位于背板中心的释放孔为圆形孔，位于背板最外面的三圈释放孔为梯形孔。本发明专利技术所提供的MEMS麦克风，通过将背板最外面3圈小孔的形状全部改为梯形，并使三圈梯形小孔满足一定的排布方式，提高了MEMS麦克风的信噪比。同时，通过对MEMS麦克风生产过程中用到的背板光掩模和AR刻蚀掩膜的形状和尺寸进行改动，使得CMP之后在背板上方的介质层中不会形成凹陷，从而提高了振动膜的平整度，最终提高了MEMS麦克风的灵敏度。

A High Sensitivity and High Signal-to-Noise Ratio MEMS Microphone and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度、高信噪比的MEMS麦克风及其制造方法
本专利技术涉及一种MEMS麦克风，同时涉及MEMS麦克风的制造方法，属于微电子机械系统(MEMS)

技术介绍
MEMS麦克风属于电容式麦克风。电容式麦克风的主要结构为两块电容极板，即振动膜和背板，由中间的空气隙相绝缘隔离。它的工作原理是传入的声压波通过背板中的孔，引起振动膜的形变，从而使得振动膜和背板这二个极板之间的距离产生变化，导致电容值发生改变，从而转换为电信号输出，实现声信号到电信号的转换。MEMS麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，简单的说就是一个电容器集成在微硅晶片上，可以采用表贴工艺进行制造，能够承受很高的回流焊温度，容易与CMOS工艺及其它音频电路相集成，并具有改进的噪声消除性能与良好的RF及EMI抑制能力。由于可以利用持续微缩的CMOS工艺技术，MEMS麦克风可以做得很小，使得它可以广泛地应用到手机、笔记本电脑、平板电脑和摄像机等便携设备中。麦克风的灵敏度与振动膜的平整度息息相关。振动膜的形成与下层的介质层及背板的形态有关。在现有MEMS麦克风的在线生产及检测中，专利技术人发现当在背板上方沉积氧化物形成介质层时，经过CMP(ChemicalMechanicalPolishing，化学机械抛光)之后，在一些小尺寸的圆形释放孔的对应位置氧化物有大概0.4μm深的凹陷，并且这种凹陷在后面生产的流程中会被传递到上层的振动膜,从而导致振动膜平整度变差，这样振动膜在工作时会形成一些噪声,导致灵敏度偏低。同时，由于0.4μm的凹陷非常深，没有办法通过对生产工艺进行小改动来改善它。因此，需要对现有MEMS麦克风的结构或生产工艺进行改进，以提高振动膜的平整度，进而提高麦克风的灵敏度。同时，如果可以同步提高MEMS麦克风的信噪比，将会获得性能更为优异的MEMS麦克风产品。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种高灵敏度、高信噪比的MEMS麦克风。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供上述MEMS麦克风的制造方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案：一种MEMS麦克风，包括从下到上设置的半导体衬底、背板和振动膜，三者相互之间通过介质层隔离；所述背板中有多个释放孔，其中，位于所述背板中心的释放孔为圆形孔，位于所述背板最外面的N圈释放孔至少部分为梯形孔，N为自然数。其中较优地，位于所述背板最外面的N圈释放孔全部为梯形孔。其中较优地，所述背板中心的释放孔的尺寸大于所述背板最外面的N圈释放孔的尺寸。其中较优地，所述梯形孔的上底、下底和高在1-5μm之间取值。其中较优地，所述背板最外面的三圈释放孔，最内圈梯形孔顶朝内，外面两圈梯形孔顶朝外。其中较优地，最内圈梯形孔和第二圈梯形孔之间的间距大于第二圈梯形孔和最外圈梯形孔之间的间距。一种上述MEMS麦克风的制造方法，包括如下步骤：(1)在半导体衬底上形成第一介质层，并在第一介质层表面沉积背板材料形成背板；(2)通过对所述背板进行图形化形成多个释放孔，其中，位于所述背板中心的释放孔为圆形孔，位于所述背板最外面的N圈释放孔至少部分为梯形孔，N为自然数；(3)在所述背板表面沉积介质层，并通过AR刻蚀和CMP去除背板上表面沉积的多余物质；(4)再次沉积介质层，并沉积振动膜材料形成振动膜；然后，形成引线窗口、保护层并沉积电连接部，最后，形成背腔和前腔。其中较优地，位于所述背板最外面的N圈释放孔全部为梯形孔。其中较优地，在所述步骤(2)中，使用背板掩膜形成背板中的释放孔；所述背板掩膜中部形成圆形孔，所述背板掩膜最外面形成N圈梯形孔，每个梯形孔的尺寸和背板中将要形成的梯形孔的尺寸相等。其中较优地，在所述步骤(3)中，使用AR刻蚀掩膜对所述背板表面的介质层进行刻蚀，AR刻蚀掩膜包括最外面的N圈梯形掩膜部分，N圈梯形掩膜部分的分布形态和背板掩膜中梯形孔的分布形态相同，每个梯形掩膜部分和背板中对应的梯形孔同心设置，每个梯形掩膜部分的尺寸大于背板中对应梯形孔的尺寸。本专利技术所提供的MEMS麦克风，通过将背板最外面3圈小孔的形状全部改为梯形，并使三圈梯形孔满足一定的排布方式，提高了MEMS麦克风的信噪比。同时，通过对MEMS麦克风生产过程中用到的背板掩模和AR刻蚀掩膜的形状和尺寸进行改动，使得CMP之后在背板上方的介质层中不会形成凹陷，从而提高了振动膜的平整度，最终提高了MEMS麦克风的灵敏度。附图说明图1是一种MEMS麦克风的剖视示意图；图2是图1所示MEMS麦克风的生产过程中所用到的AR刻蚀掩膜的俯视示意图；图3是现有MEMS麦克风生产过程中，AR刻蚀的原理示意图；图4是现有MEMS麦克风中，振动膜中的凹陷的形成原理示意图；图5是改进后的背板掩膜的俯视示意图；图6是改进后的AR刻蚀掩膜的俯视示意图；图7是改进后的AR刻蚀的原理示意图；图8～图18是改进后的MEMS麦克风的制造过程中对应形成的器件结构的剖视示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的
技术实现思路
做进一步地详细说明。图1所示是一种MEMS麦克风的结构示意图。MEMS麦克风包括从下到上设置的半导体衬底1、背板2和振动膜3，三者相互之间通过介质层4隔离。其中，半导体衬底1中部形成有上下贯通的背腔。在半导体衬底1之上形成有第一介质层，在第一介质层中部对应于半导体衬底1的背腔的位置具有与背腔相通的空心区域，且空心区域的边缘超过背腔边界。背板2形成于第一介质层上，背板2作为麦克风的电容下极板，背板2中部悬空设于半导体衬底1的背腔和第一介质层的空心区域之上，并且，背板2中形成有多个圆形的第一释放孔，其中，中部的释放孔孔径较大，最外面的三圈释放孔的孔径较小。在背板2之上形成有第二介质层，第二介质层中部对应于背腔的位置具有可通过第一释放孔与背腔相连的空心区域。振动膜3形成于第二介质层之上，振动膜3作为麦克风的电容上极板，振动膜3中部悬空设于第二介质层的空心区域之上，在振动膜3中形成有第二释放孔。在上述结构中，背板2、第二介质层和振动膜3所围成的内部空腔形成一个前腔，作为隔离麦克风上下极板的空气隙；在背板2的上表面的中部还设置有多个凸起结构6，用于防止背板2和振动膜3的粘连。第一介质层和第二介质层可以使用同样的材料，第一介质层和第二介质层具有超出背板2的边缘部分，并且两者的边缘部分结合，第一介质层和第二介质层整体构成介质层4。在介质层4中形成有通向半导体衬底1上表面的第一引线窗口和通向背板2上表面的第二引线窗口，在振动膜3的上部及介质层4的外部还形成有保护层5，保护层5中形成有通向振动膜3上表面的第三引线窗口，并且，保护层5将振动膜3中部的悬空部暴露在外。在上述三个引线窗口中分别设置有电连接部7，电连接部7可以通过引线从引线窗口中向上引出。上述MEMS麦克风的制造方法包括如下步骤：在半导体衬底1上形成第一介质层；在第一介质层表面沉积作为麦克风电容下极板的背板材料；对背板2进行图形化，形成多个第一释放孔；填充第二介质层并去除背板2上表面沉积的多余物质；再次沉积第二介质层并图形化，在第二介质层中部形成多个通向背板表面的深槽；在深槽中填充作为凸起结构6的材料，并再次沉积第二介质层；沉积作为麦克风电容上极板的振动膜材料并图形化，在振动膜3中形成第二释放孔；在振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS麦克风，包括从下到上设置的半导体衬底、背板和振动膜，三者相互之间通过介质层隔离，其特征在于：所述背板中有多个释放孔，其中，位于所述背板中心的释放孔为圆形孔，位于所述背板最外面的N圈释放孔至少部分为梯形孔，N为自然数。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS麦克风，包括从下到上设置的半导体衬底、背板和振动膜，三者相互之间通过介质层隔离，其特征在于：所述背板中有多个释放孔，其中，位于所述背板中心的释放孔为圆形孔，位于所述背板最外面的N圈释放孔至少部分为梯形孔，N为自然数。2.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，位于所述背板最外面的N圈释放孔全部为梯形孔。3.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背板中心的释放孔的尺寸大于所述背板最外面的N圈释放孔的尺寸。4.如权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述梯形孔的上底、下底和高在1-5μm之间取值。5.如权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背板最外面的三圈释放孔，最内圈梯形孔顶朝内，外面两圈梯形孔顶朝外。6.如权利要求5所述的MEMS麦克风，其特征在于，最内圈梯形孔和第二圈梯形孔之间的间距大于第二圈梯形孔和最外圈梯形孔之间的间距。7.一种用于制造权利要求1所述的MEMS麦克风的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在半导体衬底上形成第一介质层，并在第一介质层表面沉积背板材料形成背板；(2)通过对所述背板进行图形...

【专利技术属性】
技术研发人员：石慧，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31