基于压电薄膜的MEMS麦克风芯片及悬膜单元制备方法技术

本发明专利技术涉及基于压电薄膜的MEMS麦克风芯片，包括MEMS芯片基底，所述的MEMS芯片基底上开设有上下贯通的空腔，所述的空腔上安装有由多组悬膜单元串联而成的悬膜体，所述的悬膜体密封覆盖在空腔上，所述的悬膜单元以压电层为基底，分别在压电层上下两面依次叠设金属钼层、氧化硅层和氮化硅层。悬膜体为五边形结构，悬膜体由五个悬膜单元组合拼接而成，每个悬膜单元均呈三角形。本发明专利技术采用压电薄膜代替电容，借住压电效应实现零功耗监听，并且设置多组悬膜，将悬膜串联，有效提高对声音的敏感度。有效提高对声音的敏感度。有效提高对声音的敏感度。

【技术实现步骤摘要】
基于压电薄膜的MEMS麦克风芯片及悬膜单元制备方法


[0001]本专利技术属于芯片设计的
，具体地说，涉及基于压电薄膜的MEMS麦克风芯片及悬膜单元制备方法。

技术介绍

[0002]MEMS麦克风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.MEMS麦克风的全部潜能还有待挖掘，但是采用这种技术的产品已经在多种应用中体现出了诸多优势，特别是中高端手机应用中。
[0003]MEMS制造工艺(Microfabrication Process)是下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺的通称。广义上的MEMS制造工艺，方式十分丰富，几乎涉及了各种现代加工技术。起源于半导体和微电子工艺，以光刻、外延、薄膜淀积、氧化、扩散、注入、溅射、蒸镀、刻蚀、划片和封装等为基本工艺步骤来制造复杂三维形体的微加工技术。
[0004]1、光刻编辑
[0005]光刻是将制作在光刻掩模上的图形转移(Pattern Transfer)到衬底的表面上。无论加工何种微器件，微加工工艺都可以分解成薄膜淀积，光刻和刻蚀这三个工艺步骤的一个或者多个循环。光刻在MEMS制造过程中位于首要地位，其图形分辨率、套刻精度、光刻胶侧壁形貌、光刻胶缺陷和光刻胶抗刻蚀能力等性能都直接影响到后续工艺的成败。
[0006]2、剥离
[0007]剥离(Lift
‑
off)工艺是首先在衬底上涂胶并光刻，然后再制备金属薄膜，在有光刻胶的地方，金属薄膜形成在光刻胶上，而没有光刻胶的地方，金属薄膜就直接形成在衬底上。当使用溶剂去除衬底上的光刻胶时，不需要的金属就随着光刻胶的溶解而脱落在溶剂中，而直接形成在衬底上的金属部分则保留下来形成图形。剥离通常用于铂、金、硅化物和难熔金属的图形化。
[0008]3、湿法腐蚀
[0009]湿法腐蚀由于其设备简单，可批量生产和选择性好的优点，被广泛地用于制备探针、悬臂梁、V形槽和薄膜等微结构。
[0010]4、干法刻蚀
[0011]干法刻蚀是利用等离子体进行刻蚀的技术。
[0012]5、氧化
[0013]氧化硅膜被大量用在器件生产中作选择扩散的掩膜。同时，在硅表面生长的二氧化硅膜不但能与硅有好的附着性，而且具有稳定的化学性质和电绝缘性，用高温氧化制备的SiO2电阻率可高达10Ω
·
cm以上,它的本征击穿电场强度约为10～10V/cm。不同方法制备的SiO2的密度在2.0～2.3g/cm之间，折射率在1.43～1.47之间。氧化层在MEMS制造中有多个应用：
[0014]1)器件保护和隔离
[0015]2)表面钝化，
[0016]3)栅氧电介质，
[0017]4)掺杂阻挡，
[0018]5)金属层间的介质层。
[0019]6、掺杂
[0020]本征半导体中载流子数目极少，导电能力很低。所以在其中掺入微量的杂质，所形成的杂质半导体的导电性能将大大增强。掺杂方法主要扩散(Diffusion)和注入(Implantation)
[0021]7、化学气相沉积
[0022]化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态薄膜的技术。常用的化学气相沉积技术有以下三种：
[0023]1)常压化学气相沉积；
[0024]2)低压化学气相沉积；
[0025]3)等离子增强化学气相沉积。
[0026]8、真空镀膜
[0027]真空镀膜是将固体材料置于真空室内，在真空条件下，使用一定的能量形态迫使固体材料的原子或分子从表面脱离，并自由地弥布到容器的器壁上。当将衬底放在真空容器中时，弥布的原子或分子就会吸附在衬底上逐渐形成一层薄膜。
[0028]实际使用的大多数麦克风都是ECM(驻极体电容器)麦克风，这种技术已经有几十年的历史。ECM的工作原理是利用驻有永久电荷的聚合材料振动膜。与ECM的聚合材料振动膜相比，MEMS麦克风在不同温度下的性能都十分稳定，其敏感性不会受温度、振动、湿度和时间的影响。由于耐热性强，MEMS麦克风可承受260℃的高温回流焊，而性能不会有任何变化。由于组装前后敏感性变化很小，还可以节省制造过程中的音频调试成本。MEMS麦克风需要ASIC提供的外部偏置，而ECM没有这种偏置。有效的偏置将使MEMS麦克风在整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数，还支持具有不同敏感性的麦克风设计。传统ECM的尺寸通常比MEMS麦克风大，并且不能进行SMT(表面贴装技术)操作。在MEMS麦克风的制造过程中，SMT回流焊简化了制造流程，可以省略一个通常以手工方式进行的制造步骤。在ECM麦克风内，必须添加进行信号处理的电子元件；而在MEMS麦克风中，只需在上添加额外的专用功能即可。与ECM相比，这种额外功能的优点是使麦克风具有很高的电源抑制比，能够有效抑制电源电压的波动。另一个优点是，集成在芯片上的宽带RF抑制功能，这一点不仅对手机这样的RF应用尤其重要，而且对所有与手机操作原理类似的设备(如助听器)都非常重要。MEMS麦克风的小型振动膜还有另一个优点，直径不到1mm的小型薄膜的重量同样轻巧，这意味着，与ECM相比，MEMS麦克风会对由安装在同一PCB上的扬声器引起的PCB噪声产生更低的振动耦合。
[0029]当前MEMS麦克风芯片绝大多数采用电容式原理，由MEMS工艺加工成悬膜，悬膜结构是由上下电极组成的电容，对声音的敏感度不足，需要进行改进。

技术实现思路

[0030]本专利技术提供基于压电薄膜的MEMS麦克风芯片，采用压电薄膜代替电容，借住压电效应实现零功耗监听，并且设置多组悬膜，将悬膜串联，有效提高对声音的敏感度。
[0031]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0032]本专利技术提供了基于压电薄膜的MEMS麦克风芯片，包括MEMS芯片基底，所述的MEMS芯片基底上开设有上下贯通的空腔，所述的空腔上安装有由多组悬膜单元串联而成的悬膜体，所述的悬膜体密封覆盖在空腔上，所述的悬膜单元以压电层为基底，分别在压电层上下两面依次叠设金属钼层、氧化硅层和氮化硅层。
[0033]进一步的，悬膜体为五边形结构，悬膜体由五个悬膜单元组合拼接而成，每个悬膜单元均呈三角形。
[0034]一种悬膜单元的制备方法，步骤如下：
[0035]步骤一、将硅晶圆进行RCA清洗，并激光打标；
[0036]步骤二、打标后的硅晶圆投入PECVD设备的生长腔中，生长SiO2/Si3N4；
[0037]步骤三、生长SiO2/Si3N4后的硅晶圆涂光刻胶，用涂胶显影机固胶，放入光刻机中按照掩模版一进行光刻，随后进行显影操作，热板固胶；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于压电薄膜的MEMS麦克风芯片，其特征在于，包括MEMS芯片基底(2)，所述的MEMS芯片基底(2)上开设有上下贯通的空腔(3)，所述的空腔(3)上安装有由多组悬膜单元(1)串联而成的悬膜体，所述的悬膜体密封覆盖在空腔(3)上，所述的悬膜单元(1)以压电层(7)为基底，分别在压电层(7)上下两面依次叠设金属钼层(6)、氧化硅层(5)和氮化硅层(4)。2.根据权利要求1所述的基于压电薄膜的MEMS麦克风芯片，其特征在于，所述的悬膜体为五边形结构，悬膜体由五个悬膜单元(1)组合拼接而成，每个悬膜单元(1)均呈三角形。3.一种悬膜单元的制备方法，其特征是：制备如权利要求1中所述的悬膜单元(1)，步骤如下：步骤一、将硅晶圆进行RCA清洗，并激光打标；步骤二、打标后的硅晶圆投入PECVD设备的生长腔中，生长SiO2/Si3N4；步骤三、生长SiO2/Si3N4后的硅晶圆涂光刻胶，用涂胶显影机固胶，放入光刻机中按照掩模版一进行光刻，随后进行显影操作，热板固胶；步骤四、磁控溅射生长下极板，即溅射一层金属钼；步骤五、去胶，再次涂胶，并以掩膜版二光刻电极连接区域；步骤六、去胶，再次涂胶，并以掩膜版三光刻压电层生长区域，并用MOCVD设备生长压电层；步骤七、去胶，再次涂胶，并于掩膜版四光刻上极板区域，用磁控溅射生长上极板，即溅射一层金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，程少帅，曲恒绪，肖清蓉，胡金勇，周政，李亚，
申请(专利权)人：广东氢芯智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：