一种膜片、MEMS麦克风芯片及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种膜片、MEMS麦克风芯片及其制作方法，其中，所述振膜本体上设置有至少两个均匀分布的泄气阀，所述泄气阀包括活动部和孔隙；所述孔隙具有阶梯状截面，且所述阶梯状截面的“阶梯数”为一个或多个。本发明专利技术公开的技术方案，通过设置孔隙截面为阶梯状的泄气阀，不仅可以在受到剧烈冲击时打开，起到快速释放压力的作用，还可非打开状态时，增加孔隙对空气的阻尼，从而改善MEMS麦克风芯片的低频响应；此外，由于采用阶梯状结构，低频响应对孔隙尺寸偏差的敏感度降低，因此可降低工艺精度要求，提高产品的成品率和一致性。提高产品的成品率和一致性。提高产品的成品率和一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种膜片、MEMS麦克风芯片及其制作方法


[0001]本专利技术属于电声器件
，特别是涉及一种膜片、MEMS麦克风芯片及其制作方法。

技术介绍

[0002]MEMS（Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，微机电系统）麦克风以灵敏度高、功耗低、频率响应平坦等诸多优点而备受人们的关注，并成为当今麦克风市场的主流。MEMS芯片是MEMS麦克风中的重要部件，其工作原理是：振膜在声波的作用下产生振动，使振膜与背板之间的距离发生变化，从而改变电容，将声波信号转化为电信号。
[0003]当MEMS芯片受到吹气、跌落等剧烈冲击时，振膜因受到过大的压力而易破裂受损，从而导致整个MEMS麦克风的失效。针对该问题，通常选择在振膜上设置泄气阀，以实现快速释放压力的目的。泄气阀在声压或者气流急剧变化时打开，可以很好地平衡振膜上下两侧的压力。但是在正常情况下，由于泄压阀中矩形的孔隙对空气的阻尼过小，使得MEMS麦克风的低频响应下跌，且下跌程度与孔隙尺寸紧密相关。因此，泄压效果与低频下跌的程度相互矛盾，这不仅需要对泄气结阀的尺寸/数量进行权衡，对其工艺精度也具有苛刻的要求。
[0004]上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表否认现有技术。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术，本专利技术的目的在于提供一种膜片、MEMS麦克风芯片及其制作方法，所述振膜上设有改进的泄气阀，在受到剧烈冲击时打开实现泄压目的，在正常应用时保证空气阻尼以改善低频响应，从而实现更好的机械性能和电声性能。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种膜片，包括振膜本体，所述振膜本体上设置有泄气阀，其特征在于：所述泄气阀包括与振膜本体连接的连接端和离开连接端的活动部，所述活动部的外周缘和/或振膜本体上具有阶梯状的阶梯边缘，相邻的所述活动部或活动部与振膜本体之间的阶梯边缘交错设置形成阶梯样平台，交错设置的阶梯边缘之间形成孔隙，所述孔隙垂直截面为阶梯状。
[0007]可以理解的，泄气阀的活动部周边与相邻结构之间具有孔隙，孔隙的截面构成阶梯状。相应的，该孔隙的阶梯状截面具有类似台阶式多级的平台，在振膜的两个表面之间至少具有一个平台，一个平台与振膜的两个表面共同构成两级阶梯。
[0008]可选地，所述阶梯样平台为一个或多个。也即，所述孔隙的截面的“阶梯数”为两个或多个。
[0009]可选地，所述泄气阀的数量为至少两个，所述泄气阀均匀分布在振膜的周边；不同所述泄气阀内的所述孔隙的垂直投影的形状相同。
[0010]可选地，所述振膜的形状为圆形，或其它中心对称图形，所述振膜的材料为掺杂多晶硅，或其它具有张应力的柔性导电薄膜。
[0011]可选地，所述孔隙的形状包括但不限于花型、十字型、V型、U型。
[0012]进一步的，本专利技术公开了采用上述膜片制成的一种MEMS麦克风芯片，包括：衬底，设有沿上下向贯穿的背腔；振膜，间隔设置在所述衬底的一侧，至少部分所述振膜可振动地设于所述背腔的上方；背板，间隔设置在所述振膜远离所述衬底的一侧；所述背板中还设有多个间隔排列的通孔，所述通孔沿上下向贯穿所述背板；振动间隙，设于所述振膜与所述背板之间，且位于所述背腔的上方；所述振膜、所述背板及所述振动间隙共同形成电容器结构；牺牲层，位于所述振膜与所述背板之间、且位于所述振动间隙外侧；绝缘层，位于所述振膜与所述衬底边缘部之间；电极，其中至少一个与所述背板电性连接，至少一个通过部分所述背板与所述振膜电性连接；所述振膜为上述的一种膜片，所述振膜本体上的所述泄气阀连通所述背腔及所述振动间隙。
[0013]可选地，所述振膜的形状为中心对称图形，所述振膜的材料为具有张应力的柔性导电薄膜。所述柔性导电薄膜包括但不限于掺杂多晶硅。
[0014]可选地，所述背板为刚性的导电薄膜，所述导电薄膜包括但不限于：氮化硅上/下附着掺杂多晶硅层、氮化硅上/下附着金属层。
[0015]可选地，所述牺牲层内设有接触孔，部分所述背板经所述接触孔的表面延伸到所述振膜，所述接触孔的截面形状包括但不限于矩形、梯形、倒梯形的一种。
[0016]可选地，所述背腔及所述振动间隙的截面形状包括但不限于矩形、梯形、倒梯形的一种。
[0017]可选地，所述通孔的形状包括但不限于圆形、多边形、花形的一种或多种组合。
[0018]进一步的，本专利技术公开了上述MEMS麦克风芯片的制作方法，包括如下步骤：S1：提供一衬底，于所述衬底上形成绝缘层；S2：于所述绝缘层上形成具有阶梯状泄气阀的振膜；S3：于所述振膜上形成牺牲层，并局部刻蚀出接触孔；S4：于所述牺牲层上形成背板，并局部刻蚀出若干通孔，且部分背板通过所述接触孔连接所述振膜；S5：于背板上形成电极；S6：于所述衬底的下表面向内形成背腔，并对部分所述牺牲层释放，形成振动间隙，完成MEMS麦克风芯片的制作。
[0019]进一步的，S2中，形成具有阶梯状泄气阀的振膜的方法具体包括以下步骤：
S2
‑
1：于所述振膜上形成第一材料层，局部刻蚀出第一凹槽；S2
‑
2：于所述第一凹槽及所述第一材料层靠近所述第一凹槽的部分表面形成第一过渡层；S2
‑
3：于所述第一材料层及所述第一过渡层表面形成第二材料层，并对所述第二材料层局部刻蚀出第二凹槽。
[0020]需要说明的是，通过上述方法，可形成“阶梯数”为两个的泄气阀，所述第一材料层、第二材料层共同形成所述振膜。
[0021]可选的，重复S2
‑
2~S2
‑
3，形成具有多个阶梯样平台的泄气阀。即可形成“阶梯数”为多个的泄气阀。
[0022]可选的，S1中，所述衬底采用双面抛光的半导体衬底，所述半导体衬底包括但不限于硅衬底、锗衬底、碳化硅衬底的一种；所述绝缘层的材料为氧化硅。
[0023]可选的，S2中，所述振膜、第一材料层和第二材料层的材料为掺杂多晶硅或其它具有张应力的柔性导电薄膜，所述第一过渡层的材料为氧化硅。
[0024]可选的，S3中，所述牺牲层的材料为氧化硅，所述接触孔的截面形状包括但不限于矩形、梯形、倒梯形的一种。
[0025]可选的，S4中，所述背板采用刚性的导电薄膜，所述导电薄膜包括但不限于：氮化硅上/下附着掺杂多晶硅层、氮化硅上/下附着金属层；所述通孔的形状为圆形、多边形、花形中的一种或多种组合。
[0026]可选的，S5中，所述电极的材料为钛、钨、铬、铂、铝、金中的一种或多种组合。
[0027]可选的，S6中，所述背腔及所述振动间隙的截面形状包括但不限于矩形、梯形、倒梯形中的一种。
[0028]如上所述，本专利技术公开的一种膜片及MEMS麦克风芯片，通过设置孔隙截面为阶梯状的泄气阀，不仅可以在受到剧烈冲击时打开，起到快速释放压力的作用，还可非打开状态时，增加孔隙对空气的阻尼，从而保证MEMS麦克风的低频灵敏度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜片，包括振膜本体，所述振膜本体上设置有泄气阀，其特征在于：所述泄气阀包括与振膜本体连接的连接端和离开连接端的活动部，所述活动部的外周缘和/或振膜本体上具有阶梯状的阶梯边缘，相邻的所述活动部或活动部与振膜本体之间的阶梯边缘交错设置形成阶梯样平台，交错设置的阶梯边缘之间形成孔隙，所述孔隙垂直截面为阶梯状。2.根据权利要求1中所述的一种膜片，其特征在于：所述阶梯样平台为一个或多个。3.根据权利要求2中所述的一种膜片，其特征在于：所述泄气阀的数量为至少两个，所述泄气阀均匀分布在振膜本体的周边；不同所述泄气阀内的所述孔隙的垂直投影的形状相同。4.MEMS麦克风芯片，其特征在于：包括：衬底，设有沿上下向贯穿的背腔；振膜，间隔设置在所述衬底的一侧，至少部分所述振膜可振动地设于所述背腔的上方；背板，间隔设置在所述振膜远离所述衬底的一侧；以及，振动间隙，设于所述振膜与所述背板之间，且位于所述背腔的上方；所述振膜、所述背板及所述振动间隙共同形成电容器结构；所述振膜为权利要求1至3中任一所述的一种膜片，所述振膜本体上的所述泄气阀连通所述背腔及所述振动间隙。5.根据权利要求4中所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：还包括：牺牲层，位于所述振膜与所述背板之间、且位于所述振动间隙外侧；绝缘层，位于所述振膜与所述衬底边缘部之间；电极，其中至少一个与所述背板电性连接，至少一个通过部分所述背板与所述振膜电性连接；所述背板中还设有多个间隔排列的通孔，所述通孔沿上下向贯穿所述背板。6.根据权利要求5中所述的MEMS麦克风芯片，其特征在于：所述振膜的形状为中心对称图形，所述振膜的材料为具有张应力的柔性导电薄膜；所述背板为刚性的导电薄膜，所述导电薄膜为氮化硅上/下附着掺杂多晶硅层或氮化硅上/下附着金属层；所述牺牲层内设有接触孔，部分所述背板经所述接触孔的表面延伸到所述振膜，所述接触孔的截面形状为矩形、梯形、倒梯形中的一种；所述背腔及所述振动间隙的截面形状为矩形、梯形、倒梯形中的一种。7.MEMS麦克风芯片的制作方法，其特征在于：包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：山东新港电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：