一种双振膜硅麦克风及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种双振膜硅麦克风及其制备方法，其结构包括：下结构层、第一振膜、背极板、第二振膜、第一空腔、第一牺牲层锚区、第二空腔、第二牺牲层锚区、第三空腔、第三牺牲层锚区、通孔、气体流动通道、连接杆、释放孔、腔体封口结构。其制造方法包括以下步骤：在下结构层上依次沉积第一牺牲层、第一振膜、第二牺牲层；沉积背极板，并图形化形成通孔；沉积第三牺牲层，并图形化形成深槽；沉积连接杆膜层，并图形化；沉积第二振膜，并图形化形成释放孔；释放第二牺牲层和第三牺牲层；沉积封口材料，并图形化形成腔体封口结构；光刻刻蚀下结构层背面，并停止在第一牺牲层，形成气体流动通道；腐蚀释放第一牺牲层部分材料，形成第一空腔。形成第一空腔。形成第一空腔。

【技术实现步骤摘要】
一种双振膜硅麦克风及其制造方法


[0001]本专利技术涉及硅麦克风领域，特别涉及一种双振膜硅麦克风及其制造方法。

技术介绍

[0002]MEMS(微电子机械系统)麦克风或称硅麦克风因其体积小、一致性好、适合批量生产、适于表面贴装等优点被广泛用于手机、耳机、音箱等热门消费领域，乃至智能家居、物联网、可穿戴设备、VR、AR等新兴方向。在硅麦克风的实际应用中，信噪比是关键性能参数，伴随着高端应用的不断涌现，信噪比提升是当前业界关注焦点。
[0003]当前，如何突破MEMS麦克风体积受限导致的性能极限，研制更小体积、更高信噪比、更大声学过载点的MEMS麦克风具有非常重要的研究和商业价值，对实现中国MEMS制造业迈向高端具有重大意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有硅麦克风信噪比差的问题，从而提供一种双振膜硅麦克风及其制造方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案提供了一种双振膜硅麦克风，所述麦克风结构主体由下至上依次包括：下结构层7、第一振膜5、背极板3、第二振膜1；
[0006]所述下结构层7和所述第一振膜5之间设有第一空腔8和第一牺牲层锚区6；所述第一振膜5和所述背极板3之间设有第二空腔9和第二牺牲层锚区4；第一空腔8 和第二空腔9用于为第一振膜5提供运动空间；所述背极板3和所述第二振膜1之间设有第三空腔15和第三牺牲层锚区2；第三空腔15用于为第二振膜1提供运动空间；
[0007]所述背极板3中间设有通孔13，所述通孔13用于连通所述第二空腔9和所述第三空腔15；
[0008]所述下结构层7中设有气体流动通道10；
[0009]所述第一振膜5和所述第二振膜1之间设有连接杆14，所述连接杆14穿过通孔 13连接第一振膜5和第二振膜1，用于使第一振膜5与第二振膜1同步运动；
[0010]所述第二振膜1上设有释放孔12，所述释放孔12上设有腔体封口结构11。
[0011]作为上述技术方案的改进之一，所述背极板3设置为多层复合层，其中包括一层导电层3
‑
1，其他层为结构层3
‑
2；
[0012]所述背极板3采用两层复合层时包括以下情况：
[0013]下层为背极板结构层3
‑
2，上层为背极板导电层3
‑
1；
[0014]上层为背极板结构层3
‑
2，下层为背极板导电层3
‑
1；
[0015]所述背极板3采用三层复合层时包括以下情况：
[0016]上层和下层为背极板结构层3
‑
2，中间层为背极板导电层3
‑
1；
[0017]上层和下层为背极板结构层3
‑
2，中间层为背极板导电层3
‑
1，背极板导电层3
‑ꢀ
1的侧壁被背极板结构层3
‑
2覆盖；
[0018]所述背极板导电层3
‑
1为导体材料，包括多晶硅或非晶硅材料；所述背极板结构层3
‑
2为绝缘材料，包括氮化硅材料。
[0019]作为上述技术方案的改进之一，所述第一牺牲层锚区6、第二牺牲层锚区4、第三牺牲层锚区2的内侧和外侧设置有释放停止结构16，用于控制所述第一牺牲层锚区6、第二牺牲层锚区4和第三牺牲层锚区2的边界。
[0020]作为上述技术方案的改进之一，所述释放停止结构16还设置在背极板3的外侧，用于控制所述背极板3的边界。
[0021]作为上述技术方案的改进之一，所述释放停止结构16还设置在第一振膜5的外侧，用于控制所述第一振膜5的边界。
[0022]作为上述技术方案的改进之一，所述连接杆14的上下表面电绝缘。
[0023]作为上述技术方案的改进之一，所述第一牺牲层锚区6、第二牺牲层锚区4、第三牺牲层锚区2的材料为氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃的单一材料，或由至少其中两种随机堆叠的复合材料；
[0024]所述第一振膜5、第二振膜1的材料为多晶硅或非晶硅；
[0025]所述下结构层7的材料为硅；
[0026]所述连接杆14的材料为氮化硅单一材料或者由氮化硅与多晶硅或/和非晶硅随机堆叠的多层复合材料。氮化硅为绝缘材料，所以连接杆采用氮化硅或者氮化硅和多晶硅或者氮化硅和非晶硅的复合层材料，也就是说如果用氮化硅单一材料，就是绝缘的；如果用复合层材料，即便多晶硅或者非晶硅导电，因为有氮化硅隔在中间所以上下还是绝缘的。
[0027]本专利技术还提出了一种用于制备以上任一所述双振膜硅麦克风的制造方法，包括以下步骤：
[0028]1)在下结构层7上沉积第一牺牲层；
[0029]2)在第一牺牲层上沉积第一振膜5；
[0030]3)在第一振膜5上沉积第二牺牲层；
[0031]4)在第二牺牲层上沉积背极板3，并图形化形成一个或多个通孔13；
[0032]5)在背极板3上沉积第三牺牲层；
[0033]6)图形化形成后续沉积填充连接杆14膜层材料的深槽，深槽一直贯穿到第一振膜5表面，沉积连接杆14膜层，并图形化形成连接杆14；或者在第3)、4)、5) 步骤完成沉积后，分别进行图形化，再形成连接杆14的部分结构，逐层完成后形成连接杆14；
[0034]7)在第三牺牲层上沉积第二振膜1，并图形化形成释放孔12，通过释放孔12完成第二牺牲层和第三牺牲层腐蚀释放，形成第二牺牲层锚区4、第三牺牲层锚区2、第二空腔9和第三空腔15；
[0035]8)在第二振膜1上沉积释放孔12封口材料，并图形化形成腔体封口结构11；
[0036]9)下结构层7背面光刻刻蚀，刻蚀停止在第一牺牲层，形成气体流动通道10；
[0037]10)腐蚀释放第一牺牲层部分材料，形成第一空腔8和第一牺牲层锚区6。
[0038]作为上述技术方案的改进之一，当在所述第一牺牲层锚区6、第二牺牲层锚区4、第三牺牲层锚区2的内侧和外侧设置释放停止结构16时，还包括具体步骤为：分别在步骤1)、3)、5)完成第一、二、三层牺牲层的沉积后，图形化牺牲层，形成凹槽，然后沉积锚区释放停止材料，图形化形成锚区释放停止结构16；
[0039]当在所述第一牺牲层锚区6、第二牺牲层锚区4、第三牺牲层锚区2的内侧和外侧，以及背极板3的外侧设置释放停止结构16时，还包括具体步骤为：分别在步骤 1)、3)、4)、5)完成第一、二层牺牲层、背极板3、第三层牺牲层的沉积后，图形化背极板、各层牺牲层，形成凹槽，然后沉积锚区释放停止材料，图形化形成锚区释放停止结构16；
[0040]当在所述第一牺牲层锚区6、第二牺牲层锚区4、第三牺牲层锚区2的内侧和外侧，以及第一振膜5和背极板3的外侧设置释放停止结构16时，还包括具体步骤为：分别在步骤1)、2)、3)、4)、5)完成第一牺牲层、第一振膜5、第二牺牲层、背极板3、第三层牺牲层的沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双振膜硅麦克风，其特征在于，所述麦克风结构主体由下至上依次包括：下结构层(7)、第一振膜(5)、背极板(3)、第二振膜(1)；所述下结构层(7)和所述第一振膜(5)之间设有第一空腔(8)和第一牺牲层锚区(6)；所述第一振膜(5)和所述背极板(3)之间设有第二空腔(9)和第二牺牲层锚区(4)；第一空腔(8)和第二空腔(9)用于为第一振膜(5)提供运动空间；所述背极板(3)和所述第二振膜(1)之间设有第三空腔(15)和第三牺牲层锚区(2)；第三空腔(15)用于为第二振膜(1)提供运动空间；所述背极板(3)中间设有通孔(13)，所述通孔(13)用于连通所述第二空腔(9)和所述第三空腔(15)；所述下结构层(7)中设有气体流动通道(10)；所述第一振膜(5)和所述第二振膜(1)之间设有连接杆(14)，所述连接杆(14)穿过通孔(13)连接第一振膜(5)和第二振膜(1)，用于使第一振膜(5)与第二振膜(1)同步运动；所述第二振膜(1)上设有释放孔(12)，所述释放孔(12)上设有腔体封口结构(11)。2.根据权利要求1所述的双振膜硅麦克风，其特征在于，所述背极板设置为多层复合层，其中包括一层导电层(3
‑
1)，其他层为结构层(3
‑
2)；所述背极板采用两层复合层时包括以下情况：下层为背极板结构层(3
‑
2)，上层为背极板导电层(3
‑
1)；上层为背极板结构层(3
‑
2)，下层为背极板导电层(3
‑
1)；所述背极板采用三层复合层时包括以下情况：上层和下层为背极板结构层(3
‑
2)，中间层为背极板导电层(3
‑
1)；上层和下层为背极板结构层(3
‑
2)，中间层为背极板导电层(3
‑
1)，背极板导电层(3
‑
1)的侧壁被背极板的结构层(3
‑
2)覆盖；所述背极板的导电层(3
‑
1)为导体材料，包括多晶硅或非晶硅材料；所述背极板的结构层(3
‑
2)为绝缘材料，包括氮化硅材料。3.根据权利要求1所述的双振膜硅麦克风，其特征在于，所述第一牺牲层锚区(6)、第二牺牲层锚区(4)、第三牺牲层锚区(2)的内侧和外侧设置有释放停止结构(16)，用于控制所述第一牺牲层锚区(6)、第二牺牲层锚区(4)和第三牺牲层锚区(2)的边界。4.根据权利要求3所述的双振膜硅麦克风，其特征在于，所述释放停止结构(16)还设置在背极板(3)的外侧，用于控制所述背极板(3)的边界。5.根据权利要求4所述的双振膜硅麦克风，其特征在于，所述释放停止结构(16)还设置在第一振膜(5)的外侧，用于控制所述第一振膜(5)的边界。6.根据权利要求1所述的双振膜硅麦克风，其特征在于，所述连接杆(14)的上下表面电绝缘。7.根据权利要求1所述的双振膜硅麦克风，其特征在于，所述第一牺牲层锚区(6)、第二牺牲层锚区(4)、第三牺牲层锚区(2)的材料为氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃的单一材料，或由至少其中两种随机堆叠的复合材料；所述第一振膜(5)、第二振膜(1)的材料为多晶硅或非晶硅；所述下结构层(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：万蔡辛，何政达，赵成龙，陈骁，巩啸风，蔡春华，蒋樱，林谷丰，
申请(专利权)人：无锡韦感半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：