一种微机电电容式麦克风及制作方法技术

本发明专利技术涉及电容式麦克风技术领域，尤其涉及一种微机电电容式麦克风及制作方法，其中，该麦克风背板包含第一区域及第二区域，分别对应振膜的主要变形区和非主要变形区，所述第二区域围绕所述第一区域；第二区域具有多个大面积的背板开窗，所述坐落于第二区域的单一个背板开窗之面积远大于所述第一区域的背板声孔面积，以及一支撑结构设置于所述背板结构的中央，穿设于所述振膜中，上端与所述背板的第一区域连接，下端和硅闸板结构连接，第一区域使用较低开孔率来维持高有效电极感测面积,来提升信噪比中的“信号”,而第二区域则利用高开窗比率可达90％来降低由空气阻抗造成的“干扰杂讯”，支撑结构在背板结构释放后可提供最佳的背板刚性及背板感测面积。背板刚性及背板感测面积。背板刚性及背板感测面积。

【技术实现步骤摘要】
一种微机电电容式麦克风及制作方法


[0001]本专利技术属微机电电容式麦克风


技术介绍

[0002]现有的微机电麦克风技术，通过设置均匀且尺寸接近的背板声孔阵列(相临的连续孔,其单一孔面积,可类比至不大于直径20um的圆)；微机电(MEMS)麦克风对于高灵敏度、高信噪比、较广动态范围及高结构可靠度的要求日渐提升，但其中不仅灵敏度与动态范围存在权衡关系，微机电电容式麦克风在低空气阻抗(高背板开孔率)、高背板刚性及大背板电极面积间亦存在两难的权衡关系。
[0003]具体而言，在微机电电容式麦克风中，若为了达到可收集到微小声音的高灵敏度时，振膜的柔度需变大，即较易受声压作用而产生形变，因此可允许的声压等级将会降低，从而使动态范围变窄，因此，在产生大音量时，输出信号失真将会变大，从而产生破音。相反的，若增加振膜的刚性，即较不易受声压作用而产生形变，使其在大音量下也不容易产生非线性变形，失真度较小，而可允许声压等级也会变高，其动态范围也会变宽，但缺点是灵敏度会下降，而灵敏度的降低也直接影响到信噪比。另外，为了提升微机电电容式麦克风的信噪比，必须思考如何降低杂讯来源，如：电路中的约翰逊－奈奎斯特噪声(Johnson
–
Nyquist noise)、微机电结构耦合的寄生电容、空气阻抗或背板刚性不足产生的声压变形等。
[0004]因此，如何改善MEMS麦克风的结构设计，以解决传统MEMS麦克风在空气阻抗、背板电极面积或背板刚性之间存在高度的权衡关系的抉择困境，乃为目前业者所极力追求的。/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有微机电麦克风技术的缺陷和不足，借由大面积的背板开窗来大幅降低空气阻抗，提升微机电电容式麦克风的信噪比，同时，通过搭配背板支撑结构，不但不会造成背板柔度增加，反而可以提升背板刚性及防止背板产生预变形，而此微机电电容式麦克风亦具有感测效率佳的优点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所提供的一种微机电电容式麦克风，包括：一衬底，具有硅空腔及硅闸板结构，所述硅空腔贯穿所述衬底，所述硅空腔的内壁朝所述硅空腔的中央延伸；一振膜，可振动地设置于所述衬底的一侧,所述振膜位于所述衬底与所述背板结构之间，一背板结构，设置于所述振膜的一侧，所述背板包含第一区域及第二区域，分别对应振膜的主要变形区和非主要变形区，所述第二区域围绕所述第一区域；第二区域具有多个大面积的背板开窗，所述坐落于第二区域的单一个背板开窗之面积远大于个所述的第一区域的背板声孔面积，以及单个支撑结构设置于所述背板结构的中央，穿设于所述振膜，上端与所述背板的第一区域连接，并抵于单个硅闸板结构。
[0007]其中，优选方案为：还包括多个支撑结构设置于背板的第一区域，并靠近第二区域，上端与所背板连接，下端分别抵于所述的多个硅闸板结构。
[0008]其中，优选方案为：还包括多个硅闸板结构设置于其悬臂(8
‑
300)上，和所述多个
支撑结构相对应。
[0009]其中，优选方案为：所述背板开窗形状为圆形、椭圆形、多边形或不规则形。
[0010]其中，优选方案为：所述振膜的周边形成至少一圈的第一结构保护围栏，以限制振膜结构释放的侧向距离。
[0011]其中，优选方案为：所述背板结构包含背板主体及背板电极，所述振膜为振动电极，所述振膜与所述背板电极相对，且所述振动电极与所述背板电极之间存在气隙。
[0012]其中，优选方案为：所述背板结构包括多个防粘附挡块，穿设于所述背板电极，所述的防粘附挡块的突出朝向所述振动电极。
[0013]其中，优选方案为：所述硅闸板结构及其悬臂的形状为长条形、圆形、环形、椭圆形、蜂巢形、方形、三角形、多边形或其组合。
[0014]其中，优选方案为：所述振膜上形成单个或多个振膜通孔供所述单个或多个支撑结构穿过。
[0015]本专利技术还提供一种微机电电容式麦克风的制作方法，包括：提供衬底；形成第一牺牲层于所述衬底上，并形成至少一圈的第一结构保护围栏通孔，以限制振膜结构释放的侧向距离，以及中央形成支撑结构第一通孔；形成振膜于所述第一牺牲层上，形成振膜通孔；填充第一结构保护围栏通孔形成第一结构保护围栏；形成第二牺牲层于所述振膜上，覆盖所述振膜且填充所述多个振膜通孔，并同时于第二牺牲层形成第二结构保护围栏第一通孔；形成第三牺牲层于所述第二牺牲层上，所述第二牺牲层或第三牺牲层上形成有多个防粘附挡块凹槽，并也同时于第三牺牲层形成第二结构保护围栏的第二通孔并与第二结构保护围栏第一通孔重叠，形成支撑结构第二通孔；形成背板电极于所述第三牺牲层上，并于所述背板电极上形成有多个防粘附挡块的通孔，于背板电极填充第二结构保护围栏的第二通孔形成第二结构保护围栏；形成背板材料层于所述背板电极上形成背板主体，所述背板材料层填充形成支撑结构第三通孔；形成多个大面积的背板开窗于所述背板主体的第二区域上；形成单个或多个支撑结构通槽，每一所述支撑结构通槽贯穿振膜并连接所述背板的第二区域、所述第三牺牲层、所述振膜通孔内的第二牺牲层及所述第一牺牲层，其中所述单个或多个振膜通孔的内壁残留有一部分所述第二牺牲层，最后结构释放时被移除；于所述衬底形成硅空腔及单个或多个硅闸板结构，所述一个以上硅闸板结构分别对应所述个别支撑结构；以及移除部分所述第一牺牲层、部分所述第二牺牲层及部分所述第三牺牲层，于所述第一牺牲层形成支撑结构第一通孔连通所述硅空腔；于所述第二牺牲层及所述的第三牺牲层分别形成支撑结构第二通孔和支撑结构第三通孔，连通所述支撑结构第一通孔、所述支撑结构第二通孔及所述支撑结构第三通孔，形成完整的支撑结构通孔。
[0016]其中，优选方案为：形成多个支撑结构通槽，设置于背板的第一区域，并靠近第二区域，上端与所背板的第一区域连接，下端分别对应抵于所述的多个硅闸板结构。
[0017]其中，优选方案为：在定义第二牺牲层的支撑结构之第二通孔时大于振膜通孔，所述振膜通孔的内壁残留一部分的第二牺牲层材料，所述第三牺牲层的支撑结构之第三通孔，所述第三通孔尺寸需小于振膜通孔，限制于第二牺牲层所形成大于振膜通孔得到支撑结构的阶梯结构。
[0018]其中，优选方案为：于所述衬底形成所述硅空腔及所述多个硅闸板结构前，先对所述衬底远离所述第一牺牲层的背面进行抛光制程。
[0019]其中，优选方案为：打开第一牺牲层并连接振膜与衬底构成电性连结，或选择在所述第一牺牲层的氧化硅下方垫一层氮化硅，作为振膜与硅衬底间的电性隔绝层。
[0020]其中，优选方案为：形成所述背板主体、所述多个支撑结构及所述多个防粘附挡块的步骤包含：沉积非导电材料于所述第三牺牲层上，以填充进第三牺牲层上的防粘附挡块通孔，或在背板电极上形成有多个防粘附挡块通孔。
[0021]其中，优选方案为：形成中间的支撑结构,还包括在第一区域及第二区域交界附近的形成支撑结构,坐落于在背板的第二区域并靠近背板的第二区域。
[0022]其中，优选方案为：所述第二结构保护围栏与背板主体的连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电电容式麦克风，其特征在于，包括：一衬底(2
‑
500)，具有硅空腔(8
‑
200)及一个以上硅闸板结构(8
‑
100)，所述硅空腔(8
‑
200)贯穿所述衬底(2
‑
500)，所述硅空腔(8
‑
200)的内壁朝所述硅空腔(8
‑
200)的中央延伸；一振膜(3
‑
100)，可振动地设置于所述衬底(2
‑
500)的一侧,所述振膜(3
‑
100)位于所述衬底(2
‑
500)与所述背板(9
‑
100)之间；一背板结构，设置于所述振膜(3
‑
100)的一侧，所述背板结构包含第一区域(1
‑
400)及第二区域(1
‑
300)，分别对应振膜(3
‑
100)的主要变形区(3
‑
100a)和非主要变形区(3
‑
100b)，所述第二区域(1
‑
300)围绕所述第一区域(1
‑
400)；第二区域(1
‑
300)具有多个大面积的背板开窗(9
‑
400)，所述坐落于第二区域(1
‑
300)的单一个背板开窗(9
‑
400)之面积远大于个所述的第一区域(1
‑
400)的背板声孔面积；单个支撑结构(1
‑
100)设置于背板结构的中央，穿设于所述振膜(3
‑
100)，上端连接至所述背板结构的第一区域(1
‑
400)，并抵于单个硅闸板结构(8
‑
100)。2.根据权利要求1所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，还包括多个支撑结构(1
‑
100)设置于背板(9
‑
100)的第一区域(1
‑
400)，并靠近第二区域(1
‑
300)，上端与所背板(9
‑
100)连接，下端分别抵于所述的多个硅闸板结构(8
‑
100)。3.根据权利要求1或2所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，还包括多个硅闸板结构(8
‑
100)设置于其悬臂(8
‑
300)上，和所述多个支撑结构(1
‑
100)相对应。4.根据权利要求3所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述硅闸板结构(8
‑
100)及其悬臂(8
‑
300)的形状为长条形、圆形、环形、椭圆形、蜂巢形、方形、三角形、多边形或其组合。5.根据权利要求1所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述背板开窗(9
‑
400)形状为圆形、椭圆形、多边形或不规则形。6.根据权利要求1所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述振膜(3
‑
100)的周边形成至少一圈的第一结构保护围栏(3
‑
200)，以限制振膜(3
‑
100)结构释放的侧向距离。7.根据权利要求1所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述背板(9
‑
100)结构包含背板(9
‑
100)主体及背板电极(6
‑
300)，所述振膜(3
‑
100)为振动电极，所述振膜(3
‑
100)与所述背板电极(6
‑
300)相对，且所述振动电极与所述背板电极(6
‑
300)之间存在气隙(9
‑
300)。8.根据权利要求1所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述背板(9
‑
100)结构包括多个防粘附挡块(5
‑
300)，穿设于所述背板电极(6
‑
300)，所述的防粘附挡块(5
‑
300)的突出朝向所述振动电极。9.根据权利要求1或2所述的微机电电容式麦克风，其特征在于，所述振膜(3
‑
100)上形成单个或多个振膜通孔(3
‑
300)供所述单个或多个支撑结构(1
‑
100)穿过。10.一种微机电电容式麦克风的制作方法，其特征在于，包括：提供衬底(2
‑
500)；形成第一牺牲层(2
‑
400)于所述衬底(2
‑
500)上，并形成至少一圈的第一结构保护围栏通孔(2
‑
200)，以限制振膜(3
‑
100)结构释放的侧向距离，以及中央形成支撑结构第一通孔(2
‑
300)；形成振膜(3
‑
100)于所述第一牺牲层(2
‑
400)上，形成振膜通孔(3
‑
300)；填充第一结构
保护围栏通孔(2
‑
200)形成第一结构保护围栏(3
‑
200)；形成第二牺牲层(4
‑
300)于所述振膜(3
‑
100)上，覆盖所述振膜(3
‑
100)且填充所述振膜通孔(3
‑
300)，并同时于第二牺牲层(4
‑
300)形成第二结构保护围栏第一通孔(4
‑
200)；形成第三牺牲层(5
‑
500)于所述第二牺牲层(4
‑
300)上，所述第二牺牲层(4
‑
300)或第三牺牲层(5
‑
500)上形成有多个防粘附挡块(5
‑
300)凹槽，并也同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建欣，
申请(专利权)人：深圳奇思微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：