一种MEMS麦克风、阵列结构及加工方法技术

本发明专利技术提供了一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底、固定于所述基底之上的压电振膜，所述压电振膜包括固定于所述基底的主振膜以及固定于所述主振膜上的压电薄膜，所述主振膜包括与所述基底固定相连的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的支撑梁，所述压电薄膜设于所述主体部。使得压电区的中心区域相比现有振膜型结构有更大的形变量，但由于支撑梁的牵制，又使得该形变量远小于现有中悬臂梁型结构的形变量，实现麦克风具有更高灵敏度的同时避免了过大的压电形变。

A MEMS microphone, array structure and processing method

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS麦克风、阵列结构及加工方法
本专利技术涉及麦克风
，尤其涉及一种压电式MEMS麦克风单元结构、阵列结构及其加工方法。
技术介绍
当前，MEMS麦克风因其尺寸小、质量轻、安装简单、易形成阵列、成本低等特点，广泛应用于消费电子领域。现有的压电式MEMS麦克风结构主要采用振膜弯曲或悬臂梁弯曲的方式在锚点位置产生较大的应力，从而使覆盖其上的压电薄膜受压产生电荷输出。然而，对于振膜型结构而言，由于在锚点位置覆盖压电薄膜后其刚度会有一定增加，因此相同的压力条件下所受的应力与未覆盖压电层相比会有一定的减小，从而形变小，导致输出电压减少，灵敏度降低。而对于悬臂梁结构，由于膜层结构应力的存在会导致悬臂梁的变形较大，并且如果结构中有多个对称悬臂梁，难免会造成悬臂梁的弯曲程度不同，这就对后续的封装技术提出了更高要求。因此，有必要提供一种灵敏度高且形变适于封装的压电式MEMS麦克风结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种MEMS麦克风，旨在解决如何提供一种灵敏度高且形变适于封装的压电式MEMS麦克风。一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底、固定于所述基底之上的压电振膜，所述压电振膜包括固定于所述基底的主振膜以及固定于所述主振膜上的压电薄膜，所述主振膜振膜包括与所述基底固定相连的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的支撑梁，所述压电薄膜设于所述主体部。上述任一技术方案中，所述边框部呈矩形，所述边框部包括位于四个角部位置的第一连接部，所述支撑梁将所述主体部连接于所述第一连接部。上述任一技术方案中，所述主体部呈矩形，所述主体部包括位于四个角部位置的第二连接部，所述支撑梁为四个，每一所述支撑梁将一个所述第二连接部连接于与其正对设置的所述第一连接部。上述任一技术方案中，所述压电薄膜为环状，所述压电薄膜的平面几何中心与所述压电振膜的平面几何中心重合。上述任一技术方案中，所述压电薄膜呈圆环状，所述压电薄膜包括若干个，若干个所述压电薄膜为同心圆环。上述任一技术方案中，所述压电薄膜设于所述主振膜远离所述背腔的一侧。上述任一技术方案中，所述主体部与所述边框部均呈正方形。本专利技术还提供一种MEMS麦克风阵列结构，包括多个所述MEMS麦克风单元，多个MEMS麦克风单元呈阵列排布。上述任一技术方案中，所述麦克风阵列结构为MEMS麦克风单元组成2x2，3x3或者4x4阵列式结构。本专利技术还提供一种MEMS麦克风的加工方法，该方法包括以下步骤：清洗硅微基片作为基底；在基底上沉积形成氧化隔离层；在氧化隔离层上沉积形成压电振膜层；在压电振膜层上沉积第二物料形成第一电极层；在第一电极层上沉积第三物料形成压电薄膜层；在压电薄膜层上沉积第四物料形成第二电极层；在第二电极层、压电薄膜层和第一电极层上干法刻蚀形成空心环状结构；在压电振膜层上进行干法刻蚀形成边框部、主体部和支撑梁；在基底上经感应耦合等离子体刻蚀形成背腔；在氧化隔离层上腐蚀释放形成镂空区域。上述任一技术方案中，所述边框部与基底固定相连，所述主体部间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应，所述支撑梁连接所述主体部与所述边框部。上述任一技术方案中，所述氧化隔离层采用化学气相沉积法沉积形成。上述任一技术方案中，所述压电振膜层由第一物料沉积形成，所述第一物料为聚乙烯、多晶硅、氮化硅或碳化硅中的一种或多种材料的组合。上述任一技术方案中，所述第一电极层由第二物料沉积形成，所述第二物料为钼、钛钼合金、铂、铝或钨中的一种或多种材料的组合。上述任一技术方案中，所述压电薄膜层由第三物料沉积形成，所述第三物料为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、氮化铝钪中的一种或多种材料的组合。上述任一技术方案中，所述第二电极层由第四物料沉积形成，所述第四物料为铝、钼、金、氮化钛中的一种或多种材料的组合。上述任一技术方案中，所述镂空区域由氧化隔离层经第五物料腐蚀释放形成，所述第五物料为氢氟酸或缓冲氧化物刻蚀液中的一种。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过设置与所述基底固定相连的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的支撑梁，使得压电区的中心区域相比现有振膜型结构有更大的形变量，由于支撑梁的牵制，又使得该形变量远小于现有中悬臂梁型结构的形变量，实现麦克风具有更高灵敏度的同时避免了过大的压电形变。同时，该阵列结构可以根据单元结构的具体形式做成2x2、3x3或者4x4等多种阵列式结构，以保证具有更大的电荷输出，进一步提高了灵敏度。【附图说明】图1为本专利技术实施例一麦克风单元结构平面示意图；图2为图1的A-A截面剖视图；图3为本专利技术实施例二麦克风阵列结构平面示意图；图4为本专利技术实施例三加工方法流程图；图5为本专利技术实施例三步骤S60对应产品结构示意图；图6为本专利技术实施例三步骤S70对应产品结构示意图；图7为本专利技术实施例三步骤S80对应产品结构示意图；图8为本专利技术实施例三步骤S90对应产品结构示意图；图9为本专利技术实施例三步骤S100对应产品结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。实施例一本实施例提供一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风包括基底20和压电振膜10，所述压电振膜10固定于所述基底20之上，所述基底20具有背腔21，所述压电振膜包括主振膜11和压电薄膜12，所述压电薄膜12设置于主振膜11上，所述压电薄膜12受压带动主振膜11在基底20的背腔21对应的空间上产生形变，进而产生电压信号。进一步地，所述主振膜11包括边框部111、主体部112和支撑梁113，所述边框部111与所述基底20固定相连，所述主体部112间隔设置于所述边框部111内侧，且所述主体部112与所述背腔20相对应，所述支撑梁113连接所述主体部112和所述边框部111。参见图1，所述边框部111指的麦克风起到支撑作用的结构区域，同时，在阵列结构中，边框部111还起到了连接另一麦克风单元的边框部的作用，从而将多个麦克风单元组合成一体结构。具体地，所述支撑梁113指的是连接在边框部111与主体部112之间的结构，所述支撑梁113对主体部112的受压形变起到放大作用，进而产生较大的电信号，提升了麦克风的灵敏度，同时，由于支撑梁113的两端分别连接着边框部111和主体部112，在结构上限制了梁的形变，使得主体部112的形变不至于太大，实现了具备较高灵敏度和形变适于封装工艺的双重优点。进一步地，所述压电薄膜12设置于所述主体部112的中心区域，本专利技术压电薄膜12直接刻蚀成型，压电薄膜12起到受压产生电压信号的作用，压电振膜起到传递形变以及连接支撑梁的作用，从而使得压电薄膜12受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底、固定于所述基底之上的压电振膜，其特征在于，所述压电振膜包括固定于所述基底的主振膜以及固定于所述主振膜上的压电薄膜，所述主振膜包括与所述基底固定相连的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的支撑梁，所述压电薄膜设于所述主体部。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底、固定于所述基底之上的压电振膜，其特征在于，所述压电振膜包括固定于所述基底的主振膜以及固定于所述主振膜上的压电薄膜，所述主振膜包括与所述基底固定相连的边框部、间隔设置于所述边框部内侧并与所述背腔相对应的主体部以及连接所述主体部和所述边框部的支撑梁，所述压电薄膜设于所述主体部。


2.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述边框部呈矩形，所述边框部包括位于四个角部位置的第一连接部，所述支撑梁将所述主体部连接于所述第一连接部。


3.根据权利要求2所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述主体部呈矩形，所述主体部包括位于四个角部位置的第二连接部，所述支撑梁为四个，每一所述支撑梁将一个所述第二连接部连接于与其正对设置的所述第一连接部。


4.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述压电薄膜为环状，所述压电薄膜的平面几何中心与所述压电振膜的平面几何中心重合。


5.根据权利要求4所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述压电薄膜呈圆环状，所述压电薄膜包括若干个，若干个所述压电薄膜为同心圆环。


6.根据权利要求1所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述压电薄膜设于所述主振膜远离所述背腔的一侧。


7.根据权利要求3所述的一种MEMS麦克风，其特征在于，所述主体部与所述边框部均呈正方形。


8.一种MEMS麦克风阵列结构，其特征在于：包括多个如权利要求1所述的MEMS麦克风单元，多个MEMS麦克风单元呈阵列排布。


9.根据权利要求8所述的一种MEMS阵列结构，其特征在于：所述麦克风阵列结构为MEMS麦克风单元组成2x2，3x3或者4x4阵列式结构。


10.一种MEMS麦克风的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
清洗硅微基片作为基底；
在基底上沉积形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：童贝，李杨，黎家健，钟晓辉，段炼，张睿，
申请(专利权)人：瑞声科技新加坡有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG