MEMS麦克风制造技术

公开了一种MEMS麦克风。包括：在衬底上依次形成的第一隔离层、膜片和第二隔离层；在第二隔离层上依次形成的第一保护层、第二保护层、背极板电极、第三保护层和第四保护层；贯穿衬底和第一隔离层的声腔，背极板电极形成在膜片的可动区域上方，并且背极板电极的面积小于等于膜片的可动区域的面积。本实用新型专利技术采用第一保护层至第四保护层保护背极板电极，使得背极板电极不被腐蚀。并且背极板电极位于膜片的可动区域上方且背极板电极的面积小于等于膜片的可动区域的面积。从而可以减小对MEMS麦克风的灵敏度无任何贡献的寄生电容的影响。即使存在着工艺波动，由于背极板电极仅需要对准膜片的可动区域，也可以容易地将二者对准。

【技术实现步骤摘要】
MEMS麦克风
本技术属于微麦克风的
，更具体地，涉及MEMS麦克风。
技术介绍
MEMS麦克风是采用半导体技术制造的电容式麦克风。由于具有体积小、灵敏度高、与现有半导体技术兼容性好的优点，MEMS麦克风在手机等移动终端上的应用越来越广泛。MEMS麦克风的结构包括彼此相对的膜片和背极板电极，二者分别经由导电通道连接至相应的电极。在膜片和背极板电极之间还包括隔离层。该隔离层用于隔开膜片和背极板电极，并且其中形成有空腔以提供膜片所需的振动空间。随着微加工工艺的发展，MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微电子机械系统)麦克风越来越小型化，其中，膜片和背极板电极现之间的间距例如小于1.5微米，在MEMS麦克风的制造和应用过程中的工艺要求也越来越高。工艺偏差引入的结构缺陷不仅影响麦克风的成品率，而且导致MEMS麦克风在应用环境中的性能急剧恶化。例如，在MEMS麦克风的制造工艺中，采用蚀刻形成膜片和背极板电极之间的空腔。该蚀刻步骤的工艺偏差影响MEMS麦克风的有效面积，导致MEMS麦克风的性能出现波动。作为进一步改进的方法，采用HF酸气相熏蒸的方法以去除隔离层的一部分以形成空腔。然而，HF气相熏蒸会对背极板电极造成腐蚀，导致器件失效，使得成品率降低。期待进一步改进MEMS麦克风以提高器件的灵敏度和可靠性。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种MEMS麦克风，其中，采用第一保护层至第四保护层保护背极板电极，使得背极板电极不被腐蚀，并且采用背极板电极的图案限定有效电容面积，以提高器件的灵敏度和可靠性。根据本技术提供的一种MEMS麦克风，包括：在衬底上依次形成的第一隔离层、膜片和第二隔离层；在所述第二隔离层上依次形成的第一保护层、第二保护层、背极板电极、第三保护层和第四保护层；以及贯穿所述衬底和所述第一隔离层的声腔，其中，所述背极板电极形成在所述膜片的可动区域上方，并且所述背极板电极的面积小于等于所述膜片的可动区域的面积。优选地，所述背极板电极的面积小于等于所述声腔的最小横截面积。优选地，所述背极板电极的面积为所述可动区域的70％～100％。优选地，所述膜片包括中间部分和周边部分、以及连接二者的弹簧结构，所述膜片的可动区域包括所述中间部分的区域和所述弹簧结构的区域。优选地，所述声腔最小横截面的半径为385微米～415微米。优选地，所述第一隔离层和所述第二隔离层夹持所述膜片的周边部分的至少部分区域。优选地，还包括：贯穿所述第一保护层、所述第二保护层、所述背极板电极、所述第三保护层和所述第四保护层的释放孔；以及贯穿所述第二隔离层的空腔，所述空腔与所述释放孔连通，在所述膜片的振动期间，所述声腔和所述释放孔作为气流通道。优选地，还包括：至少覆盖在所述膜片的暴露表面上的单分子层有机膜。优选地，还包括：位于所述单分子层有机膜的表面的金属氧化物膜、氧化硅膜中的至少一层附加膜，所述附加膜与所述单分子层有机膜形成叠层结构。优选地，所述单分子层有机膜覆盖所述MEMS麦克风的外部表面以及与外部环境连通的内部表面。优选地，所述单分子层有机膜覆盖所述第一保护层在所述空腔中的暴露表面。优选地，所述膜片和所述背极板电极分别由掺杂的多晶硅组成。优选地，所述第一保护层至所述第四保护层中的每一个由选自氮化硅层、氮化硼层、碳化硅层中的任一种组成，并且所述第一保护层与所述第二保护层的组成材料不同，所述第三保护层和所述第四保护层的组成材料不同。优选地，所述膜片的弹簧结构为同心环形的褶皱部分或者螺旋状的褶皱部分。优选地，还包括：第一导电通道，穿过所述第四保护层、所述第三保护层、所述第二保护层、所述第一保护层、以及所述第二隔离层到达所述膜片表面；以及第二导电通道，穿过所述第四保护层、以及所述第三保护层到达所述背极板电极表面。优选地，所述第一保护层面对所述膜片的表面上形成多个突起物，以防止所述背极板电极与所述膜片之间的粘连。优选地，所述第一保护层的厚度为20纳米至50纳米，或者所述第二保护层的厚度为80纳米至120纳米。优选地，所述背极板电极的厚度为0.3微米～1.0微米。优选地，所述第三保护层的厚度为300纳米至500纳米，或者所述第四保护层的厚度为20纳米至30纳米。根据本技术实施例的MEMS麦克风，本技术在释放膜片的蚀刻步骤中，采用第一保护层至第四保护层保护背极板电极，使得在释放器件结构中的膜片时，背极板电极不被腐蚀，提高了器件可靠性。并且背极板电极位于膜片的可动区域上方，并且背极板电极的面积小于等于膜片的可动区域的面积。从而可以减小对MEMS麦克风的灵敏度无任何贡献的寄生电容的影响。即使存在着工艺波动，由于背极板电极仅需要对准膜片的可动区域，也可以容易地将二者对准。在优选的实施例中，背极板电极的面积小于等于所述声腔的最小横截面积，避免了批量生产中因工艺波动造成的MEMS麦克风可靠性下降的问题，提高了产品的整体性能。在优选的实施例中，背极板电极的面积为膜片可动区域的70％～100％。该MEMS麦克风采用背极板电极的图案限定有效电容面积，可以减小对MEMS麦克风的灵敏度无任何贡献的寄生电容的影响。该MEMS麦克风可以抑制寄生电容和工艺波动对器件能力的不利影响，以及提高器件的工作灵敏度。优选地，还包括至少在所述膜片的暴露表面形成的单分子层有机膜，利用单分子层有机膜的疏水性和低表面粘附力，可以有效地减少或防止膜片与背极板电极之间的粘连，同时避免漏电，从而可以提高成品率和器件性能可靠性。该单分子层有机膜对MEMS麦克风的电学性能未造成明显的不利影响，从而可以满足器件性能要求。进一步地，在释放膜片的蚀刻步骤中，利用已经形成的释放孔和声腔作为反应气体的供给通道，使得反应气体容易进入MEMS麦克风的内部空腔，因此，单分子层有机膜可以形成在MEMS麦克风的内部表面上，形成高质量的防粘附层。释放孔不仅在工艺过程中作为蚀刻剂的供给通道，而且在MEMS麦克风的工作状态下降低声阻。在优选的实施例中，MEMS麦克风的背极板电极夹在第一保护层、第二保护层和第三保护层、第四保护层之间。第一保护层在面对膜片的第一表面的表面上形成多个突起物，以防止所述背极板电极与所述膜片之间的粘连。在优选的实施例中，该MEMS麦克风的膜片包括中间部分和周边部分、以及连接二者的弹簧结构，该膜片的弹簧结构有效地释放了膜片的应力，提高了MEMS麦克风的灵敏度。在优选的实施例中，第一保护层与第二保护层的材料不同，第三保护层和第四保护层的组成材料不同，使得背极板电极的抗腐蚀性有所提高。附图说明通过以下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是根据本技术实施例的MEMS麦克风的制造方法的流程示意图；图2至图14是根据本技术实施例的MEMS麦克风的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：/n在衬底上依次形成的第一隔离层、膜片和第二隔离层；/n在所述第二隔离层上依次形成的第一保护层、第二保护层、背极板电极、第三保护层和第四保护层；以及/n贯穿所述衬底和所述第一隔离层的声腔，/n其中，所述背极板电极形成在所述膜片的可动区域上方，并且所述背极板电极的面积小于等于所述膜片的可动区域的面积。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括：
在衬底上依次形成的第一隔离层、膜片和第二隔离层；
在所述第二隔离层上依次形成的第一保护层、第二保护层、背极板电极、第三保护层和第四保护层；以及
贯穿所述衬底和所述第一隔离层的声腔，
其中，所述背极板电极形成在所述膜片的可动区域上方，并且所述背极板电极的面积小于等于所述膜片的可动区域的面积。


2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背极板电极的面积小于等于所述声腔的最小横截面积。


3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背极板电极的面积为所述可动区域的70％～100％。


4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述膜片包括中间部分和周边部分、以及连接二者的弹簧结构，所述膜片的可动区域包括所述中间部分的区域和所述弹簧结构的区域。


5.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述声腔最小横截面的半径为385微米～415微米。


6.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一隔离层和所述第二隔离层夹持所述膜片的周边部分的至少部分区域。


7.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，还包括：
贯穿所述第一保护层、所述第二保护层、所述背极板电极、所述第三保护层和所述第四保护层的释放孔；以及
贯穿所述第二隔离层的空腔，所述空腔与所述释放孔连通，
在所述膜片的振动期间，所述声腔和所述释放孔作为气流通道。


8.根据权利要求7所述的MEMS麦克风，其特征在于，还包括：至少覆盖在所述膜片的暴露表面上的单分子层有机膜。


9.根据权利要求8所述的MEMS麦克风，其特征在于，还包括：
位于所述单分子层有机膜的表面的金属氧化物膜、氧化硅膜中的至少一层附加膜，所述附加膜与所述单分子层有机膜形成叠层结构。

【专利技术属性】
技术研发人员：周延青，潘华兵，郑泉智，胡铁刚，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33