压电式微机电系统麦克风及其制造方法技术方案

公开了一种压电式微机电系统麦克风及其制造方法，压电式微机电系统麦克风包括：衬底，衬底中设有背腔，背腔贯穿衬底；支撑氧化层，位于衬底上，支撑氧化层围成空腔；背极板和振膜，背极板和振膜的边缘由支撑氧化层支撑，背极板包括多个声孔，多个声孔、空腔和背腔连通；压电结构，包括多个一维压电纳米结构，一维压电纳米结构的第一端与背极板电连接，第二端与振膜电连接；其中，位于空腔的背极板、振膜和一维压电纳米结构形成声压信号采集结构。本发明专利技术提高了压电式微机电系统麦克风的可靠性、信噪比和灵敏度。灵敏度。灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
压电式微机电系统麦克风及其制造方法


[0001]本专利技术涉及微机电系统
，特别涉及一种压电式微机电系统麦克风及其制造方法。

技术介绍

[0002]相关技术中，微机电系统麦克风主要包括：电容式微机电系统麦克风和压电式微机电系统麦克风。电容式微机电系统麦克风由刚性穿孔背板和弹性振膜构成可变电容，在外部声压作用下引起振膜振动，从而使可变电容发生变化，进而改变振膜与背板间的电势差，实现声电转换。压电式微机电系统麦克风包括：硅基底以及压电膜层，声压信号作用在压电膜层上，引起压电膜层发生形变，从而产生电势差，实现声电转换。然而，电容式微机电系统麦克风的工作原理是通过振膜的振动来拾取声压信号，当外界环境存在颗粒、震动等情况时很容易出现器件失效的情形，器件的可靠性较差。同时因电容式微机电系统麦克风的抗干扰性能一般，器件的信噪比较低。压电式微机电系统麦克风的压电膜层几乎都采用二维薄膜或者三维体结构，压电膜层的这种结构降低了压电式微机电系统麦克风的灵敏度。期待进一步改进微机电系统麦克风的结构以改善器件的可靠性、信噪比和灵敏度低的问题。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种压电式微机电麦克风及其制造方法，提高了压电式微机电麦克风的可靠性、信噪比和灵敏度。
[0004]根据本专利技术的第一方面，提供一种压电式微机电系统麦克风，包括：
[0005]衬底，所述衬底中设有背腔，所述背腔贯穿所述衬底；
[0006]支撑氧化层，位于所述衬底上，所述支撑氧化层围成空腔；r/>[0007]背极板和振膜，所述背极板和所述振膜的边缘由所述支撑氧化层支撑，所述背极板包括多个声孔，所述多个声孔、所述空腔和所述背腔连通；
[0008]压电结构，包括多个一维压电纳米结构，所述一维压电纳米结构的第一端与所述背极板电连接，第二端与所述振膜电连接；
[0009]其中，位于所述空腔的所述背极板、所述振膜和所述一维压电纳米结构形成声压信号采集结构。
[0010]可选地，所述压电结构为所述多个一维压电纳米结构。
[0011]可选地，所述多个一维压电纳米结构在声压信号作用下产生电势差。
[0012]可选地，所述振膜包括第一部分振膜和第二部分振膜，所述第一部分振膜位于所述空腔中，所述第二部分振膜位于所述支撑氧化层中。
[0013]可选地，所述背极板位于所述振膜的上方。
[0014]可选地，所述压电式微机电系统麦克风还包括：
[0015]第一电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第一开口与所述第二
部分振膜电连接；
[0016]第二电极，位于所述背极板上，与所述背极板电连接。
[0017]可选地，所述压电式微机电系统麦克风还包括：
[0018]钝化层，位于所述背极板和所述支撑氧化层上，所述钝化层包括多个第二开口，所述第二开口与所述声孔对应设置，所述钝化层暴露出所述第一电极和所述第二电极。
[0019]可选地，所述振膜位于所述背极板的上方。
[0020]可选地，所述压电式微机电系统麦克风还包括：
[0021]第一电极，位于所述第二部分振膜上，与所述第二部分振膜电连接。
[0022]第二电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第一开口与所述背极板电连接。
[0023]可选地，所述压电式微机电系统麦克风还包括：
[0024]钝化层，位于所述支撑氧化层上，覆盖所述第二部分振膜和所述支撑氧化层的裸露表面，暴露出所述第一部分振膜、所述第一电极和所述第二电极。
[0025]可选地，所述钝化层还覆盖所述支撑氧化层的部分侧壁。
[0026]可选地，所述第一部分振膜的尺寸小于所述空腔的尺寸。
[0027]可选地，所述第一部分振膜的尺寸小于所述背腔的尺寸。
[0028]可选地，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的中心位置。
[0029]可选地，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的外围周边。
[0030]可选地，所述多个一维压电纳米结构分布在整个所述第一部分振膜。
[0031]可选地，所述一维压电纳米结构的第一端嵌入所述背极板，第二端嵌入所述振膜。
[0032]可选地，所述一维压电纳米结构的材料包括：氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅压电陶瓷。
[0033]可选地，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒、纳米线、纳米柱、纳米带。
[0034]可选地，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒，所述纳米棒的长度包括：1至5um，所述纳米棒的直径包括：0.1至0.5um，所述纳米棒之间的间距包括：0.5至5um，所述纳米棒的数量包括：1000至10000根。
[0035]可选地，所述支撑氧化层包括：第一牺牲层和第二牺牲层，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第一牺牲层的厚度包括：0.5至2um，所述第二牺牲层的厚度包括：1至5um。
[0036]可选地，所述振膜的材料包括：掺杂的多晶硅，所述振膜的厚度包括：0.2至1um。
[0037]可选地，所述背极板的材料包括：掺杂的多晶硅，所述背极板的厚度包括：1至3um。
[0038]可选地，所述钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼和碳化硅中的一种，所述钝化层的厚度包括：0.1至0.5um。
[0039]根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种压电式微机电系统麦克风的制造方法，包括：
[0040]提供衬底，在所述衬底上形成支撑氧化层；
[0041]形成背极板和振膜，所述背极板和所述振膜的边缘由所述支撑氧化层支撑，所述背极板包括多个声孔；
[0042]形成压电结构，所述压电结构包括多个一维压电纳米结构，所述一维压电纳米结
构的第一端与所述背极板电连接，第二端与所述振膜电连接；
[0043]在所述衬底中形成背腔，所述背腔贯穿所述衬底；
[0044]在所述支撑氧化层中形成空腔，所述多个声孔、所述空腔和所述背腔连通，
[0045]其中，位于所述空腔的所述背极板、所述振膜和所述一维压电纳米结构形成声压信号采集结构。
[0046]可选地，所述压电结构为所述多个一维压电纳米结构。
[0047]可选地，所述多个一维压电纳米结构在声压信号作用下产生电势差。
[0048]可选地，所述背极板位于所述振膜的上方，所述支撑氧化层包括：第一牺牲层和第二牺牲层，在所述衬底上形成支撑氧化层包括：
[0049]在所述衬底上形成所述第一牺牲层；
[0050]在所述振膜上形成所述第二牺牲层，所述第二牺牲层填充所述一维压电纳米结构的缝隙并暴露出所述一维压电纳米结构的第一端。
[0051]可选地，形成背极板和振膜包括：
[0052]在所述第一牺牲层上形成所述振膜，所述振膜包括第一部分振膜和第二部分振膜；
[0053]在所述第二牺牲层上形成所述背极板，所述一维压电纳米结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电式微机电系统麦克风，其中，包括：衬底，所述衬底中设有背腔，所述背腔贯穿所述衬底；支撑氧化层，位于所述衬底上，所述支撑氧化层围成空腔；背极板和振膜，所述背极板和所述振膜的边缘由所述支撑氧化层支撑，所述背极板包括多个声孔，所述多个声孔、所述空腔和所述背腔连通；压电结构，包括多个一维压电纳米结构，所述一维压电纳米结构的第一端与所述背极板电连接，第二端与所述振膜电连接；其中，位于所述空腔的所述背极板、所述振膜和所述一维压电纳米结构形成声压信号采集结构。2.根据权利要求1所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述压电结构为所述多个一维压电纳米结构。3.根据权利要求1或2所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述多个一维压电纳米结构在声压信号作用下产生电势差。4.根据权利要求1或2所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述振膜包括第一部分振膜和第二部分振膜，所述第一部分振膜位于所述空腔中，所述第二部分振膜位于所述支撑氧化层中。5.根据权利要求4所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述背极板位于所述振膜的上方。6.根据权利要求5所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述压电式微机电系统麦克风还包括：第一电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第一开口与所述第二部分振膜电连接；第二电极，位于所述背极板上，与所述背极板电连接。7.根据权利要求6所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述压电式微机电系统麦克风还包括：钝化层，位于所述背极板和所述支撑氧化层上，所述钝化层包括多个第二开口，所述第二开口与所述声孔对应设置，所述钝化层暴露出所述第一电极和所述第二电极。8.根据权利要求4所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述振膜位于所述背极板的上方。9.根据权利要求8所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述压电式微机电系统麦克风还包括：第一电极，位于所述第二部分振膜上，与所述第二部分振膜电连接。第二电极，位于所述支撑氧化层上，通过所述支撑氧化层的第一开口与所述背极板电连接。10.根据权利要求9所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述压电式微机电系统麦克风还包括：钝化层，位于所述支撑氧化层上，覆盖所述第二部分振膜和所述支撑氧化层的裸露表面，暴露出所述第一部分振膜、所述第一电极和所述第二电极。11.根据权利要求10所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述钝化层还覆盖所述支
撑氧化层的部分侧壁。12.根据权利要求4所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述第一部分振膜的尺寸小于所述空腔的尺寸。13.根据权利要求4所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述第一部分振膜的尺寸小于所述背腔的尺寸。14.根据权利要求4所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的中心位置。15.根据权利要求4所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在所述第一部分振膜的外围周边。16.根据权利要求4所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述多个一维压电纳米结构分布在整个所述第一部分振膜。17.根据权利要求1或2所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述一维压电纳米结构的第一端嵌入所述背极板，第二端嵌入所述振膜。18.根据权利要求1或2所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述一维压电纳米结构的材料包括：氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅压电陶瓷。19.根据权利要求1或2所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒、纳米线、纳米柱、纳米带。20.根据权利要求1或2所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述一维压电纳米结构包括：纳米棒，所述纳米棒的长度包括：1至5um，所述纳米棒的直径包括：0.1至0.5um，所述纳米棒之间的间距包括：0.5至5um，所述纳米棒的数量包括：1000至10000根。21.根据权利要求1所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述支撑氧化层包括：第一牺牲层和第二牺牲层，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的材料包括：二氧化硅，所述第一牺牲层的厚度包括：0.5至2um，所述第二牺牲层的厚度包括：1至5um。22.根据权利要求1所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述振膜的材料包括：掺杂的多晶硅，所述振膜的厚度包括：0.2至1um。23.根据权利要求1所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述背极板的材料包括：掺杂的多晶硅，所述背极板的厚度包括：1至3um。24.根据权利要求7或10所述的压电式微机电系统麦克风，其中，所述钝化层的材料包括：氮化硅、氮化硼和碳化硅中的一种，所述钝化层的厚度包括：0.1至0.5um。25.一种压电式微机电系统麦克风的制造方法，其中，包括：提供衬底，在所述衬底上形成支撑氧化层；形成背极板和振膜，所述背极板和所述振膜的边缘由所述支撑氧化层支撑，所述背极板包括多个声孔；形成压电结构，所述压电结构包括多个一维压电纳米结构，所述一维压电纳米结构的第一端与所述背极板电连接，第二端与所述振膜电连接；在所述衬底中形成背腔，所述背腔贯穿所述衬底；在所述支撑氧化层中形成空腔，所述多个声孔、所述空腔和所述背腔连通，其中，位于所述空腔的所述背极板、所述振膜和所述一维压电纳米结构形成声压信号采集结构。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：金文超，孙福河，李佳，闻永祥，
申请(专利权)人：杭州士兰集昕微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：