一种MEMS麦克风结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种MEMS麦克风结构，包括具有腔体的衬底；第一介质层，具有与腔体相通的通孔；下电极层，包括相互连接的背电极及第一引出部，背电极位于通孔上方；上电极结构，其包括由上电极层形成的振动膜、与振动膜相连的第二引出部，以及填充有一层绝缘层的环形沟槽；环形沟槽底部支撑于下电极层且位于背电极以外区域；绝缘层从环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸至振动膜下方，使振动膜通过环形沟槽悬空于背电极上方；空气隙，形成于振动膜与背电极之间；以及释放孔，形成于背电极中，与空气隙及通孔连通。本发明专利技术能够避免背电极和振动膜在释放工艺中遭受损害或脱落。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS麦克风结构及其制造方法
本专利技术涉及微电子机械系统
，特别涉及一种MEMS麦克风结构及其制造方法。
技术介绍
麦克风分为动圈式麦克风和电容式麦克风。传统的动圈式麦克风由线圈、振膜和永磁铁组成，它是基于线圈在磁场中的运动产生感应电流的原理；而电容式麦克风的主要结构为两块电容极板，即振动膜(Diaphragm)和背电极(Backplate),它的工作原理是声压引起振动膜的形变，导致电容值发生改变，从而转换为电信号输出。MEMS麦克风是迄今最成功的MEMS产品之一。MEMS麦克风是通过与集成电路制造兼容的表面加工或体硅加工工艺制造的麦克风，由于可以利用持续微缩的CMOS工艺技术，MEMS麦克风可以做得很小，使得它可以广泛地应用到手机、笔记本电脑、平板电脑和摄像机等便携设备中。MEMS麦克风一般是电容式的,其中背电极(下电极)通过介质层支撑于衬底上，与衬底的腔体相对，振动膜(上电极)则悬空设置在背电极上方，由氧化硅及氮化硅提供支撑。振动膜与背电极之间为空气隙。这种方式存在的一个问题是当进行释放工艺去除振动膜与背电极之间以及背电极与衬底之间的介质层以形成空气隙时，需要对释放工艺时间加以严格控制，若工艺时间过长会将背电极下方的介质层完全去除造成背电极的脱落。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种MEMS麦克风结构及其制造方法，能够使释放工艺自动停止，不会因工艺时间过长造成背电极或振动膜的损害或脱落。为达成上述目的，本专利技术提供一种MEMS麦克风结构，包括:衬底，其具有腔体；第一介质层，形成于所述衬底上表面，具有与所述腔体相通的通孔；下电极层，至少部分与所述第一介质层的上表面接触，所述下电极层包括相互连接的背电极及第一引出部，所述背电极位于所述通孔的上方；上电极结构，其包括振动膜、与所述振动膜相连的第二引出部以及填充有一层绝缘层的环形沟槽；所述第二引出部被所述环形沟槽隔断为两部分；所述绝缘层从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸至所述振动膜下方，使所述振动膜悬空于所述背电极上方；其中所述振动膜、第二引出部由上电极层形成；所述环形沟槽包括连接部，所述上电极层沉积于所述连接部的绝缘层上以使所述第二引出部的两部分相连；所述环形沟槽底部的绝缘层支撑于所述下电极层上且位于所述背电极以外区域；其中，所述背电极为齿轮形状，其包括圆形主体部及从所述圆形主体部向外延伸并在其边缘均匀分布的多个齿部；所述振动膜为圆形，所述绝缘层从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸的部分的形状与所述多个齿部相对应；空气隙，形成于所述振动膜与所述背电极之间；以及释放孔，形成于所述背电极的圆形主体部中，与所述空气隙及所述通孔连通。可选的，所述连接部的弧长小于等于所述环形沟槽周长的十分之一。可选的，所述上电极层填充于所述环形沟槽中除所述连接部以外部分，且不与所述振动膜相连。可选的，所述连接部的绝缘层与上电极层之间填充有一层刻蚀选择比高于所述绝缘层的第三介质层。可选的，所述环形沟槽在垂直于所述衬底上表面的方向的截面形状为矩形或倒梯形，其深度与底部开口宽度之比为大于等于5:1。本专利技术还提供了一种上述MEMS麦克风结构的制造方法，包括以下步骤:在衬底上依次形成第一介质层，图形化的下电极层和第二介质层；所述下电极层定义出具有多个释放孔的背电极以及与所述背电极相连的第一引出部；所述背电极为齿轮形状，其包括圆形主体部及从所述圆形主体部向外延伸并在其边缘均匀分布的多个齿部；在所述背电极以外区域光刻刻蚀所述第二介质层以形成底部延伸至所述下电极层的环形沟槽，所述环形沟槽具有连接部；在上述结构上方沉积一层绝缘材料并图形化以去除所述背电极上方的部分所述绝缘材料，以形成填充于所述环形沟槽内且从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸的绝缘层；其中所述绝缘层从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸的部分的形状与所述多个齿部相对应；在上述结构上沉积上电极层并图形化，以形成圆形的振动膜及与所述振动膜相连的第二引出部，其中所述振动膜位于所述环形沟槽内侧壁以内且底部边缘覆盖至少部分所述绝缘层从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸的部分，所述第二引出部被所述环形沟槽分隔为两部分，所述上电极层覆盖于所述环形沟槽的连接部的绝缘层上以使所述第二引出部的两部分相连；形成上电极电连接以及下电极电连接；形成贯穿所述衬底的腔体，所述腔体顶部位于所述背电极以内区域的下方；以及通过所述释放孔进行释放工艺，去除所述腔体上方的所述第一介质层和第二介质层，使所述背电极与所述振动膜之间形成空气隙。可选的，所述连接部的弧长小于等于所述环形沟槽周长的十分之一。可选的，所述上电极层在所述环形沟槽中淀积为一层，且位于所述连接部以外的所述上电极层不与所述振动膜相连。可选的，在形成填充于所述环形沟槽内且从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸的绝缘层的步骤后，在上述结构上方沉积一层刻蚀选择比高于所述绝缘层的第三介质层并去除所述环形沟槽的连接部以外的所述第三介质层。可选的，所述环形沟槽在垂直于所述衬底上表面的方向的截面形状为矩形或倒梯形，其深度与底部开口宽度之比为大于等于5:1。本专利技术的优点在于通过填充有绝缘层的环形沟槽使形成空气隙的释放工艺自动停止于环形沟槽内侧壁，从而避免因释放工艺时间过长导致背电极脱落的缺陷；而通过仅在环形沟槽的连接部连接振动膜与背板，可减小MEMS麦克风振动膜以外区域上下电极之间的电容。此外，通过绝缘层能够隔离上电极/下电极与硅片之间的应力关联；同时通过绝缘层齿状的部分连接振动膜可以进一步提高MEMS麦克风的灵敏度。【附图说明】图1为本专利技术一实施例的MEMS麦克风结构的剖视图；图2a和图2b为图1所示的MEMS麦克风结构的上电极结构及背电极的俯视图；图3为本专利技术另一实施例的MEMS麦克风结构环形沟槽的连接部的示意图；图4a和图4b分别为本专利技术另一实施例的MEMS麦克风结构环形沟槽的局部剖示图；图5至图12为本专利技术MEMS麦克风结构制造方法的剖视图。【具体实施方式】为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。首先，对本专利技术一实施例的MEMS麦克风结构进行说明。如图1所示，MEMS麦克风结构包括半导体衬底101，第一介质层102，下电极层103以及上电极结构。其中，衬底中形成有腔体110，其形状可为圆柱形或圆锥形。第一介质层102形成于半导体衬底101上表面，其具有与腔体110连通的通孔。下电极层103包括相互连接的背电极103a及第一引出部103b，上电极结构包括振动膜106a、填充有一层绝缘层104的封闭的环形沟槽105及与振动膜106a相连的第二引出部106b。请参考图1，背电极103a通过第一引出部103b引出。其中背电极103a位于通孔上方，第一引出部103b与第一介质层102的上表面接触。如图2b所不，背电极103a为齿轮形状，其具有圆形主体部以及从圆形主体部向外延伸并在其边缘均匀分布的多个齿部；第一引出部103b则可为矩形。此外，背电极的圆形主体部中具有用于进行释放工艺形成空气隙的多个释放孔(图2b中未示)。下电极层的材料例如为导电材料，如Al、W、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS麦克风结构，其特征在于，包括：衬底，其具有腔体；第一介质层，形成于所述衬底上表面，具有与所述腔体相通的通孔；下电极层，至少部分与所述第一介质层的上表面接触，所述下电极层包括相互连接的背电极及第一引出部，所述背电极位于所述通孔的上方；上电极结构，其包括振动膜、与所述振动膜相连的第二引出部以及填充有一层绝缘层的环形沟槽；所述第二引出部被所述环形沟槽隔断为两部分；所述绝缘层从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸至所述振动膜下方，使所述振动膜悬空于所述背电极上方；其中所述振动膜、第二引出部由上电极层形成；所述环形沟槽包括连接部，所述上电极层沉积于所述连接部的绝缘层上以使所述第二引出部的两部分相连；所述环形沟槽底部的绝缘层支撑于所述下电极层上且位于所述背电极以外区域；其中，所述背电极为齿轮形状，其包括圆形主体部及从所述圆形主体部向外延伸并在其边缘均匀分布的多个齿部；所述振动膜为圆形，所述绝缘层从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸的部分的形状与所述多个齿部相对应；空气隙，形成于所述振动膜与所述背电极之间；以及释放孔，形成于所述背电极的圆形主体部中，与所述空气隙及所述通孔连通。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS麦克风结构，其特征在于，包括: 衬底，其具有腔体； 第一介质层，形成于所述衬底上表面，具有与所述腔体相通的通孔； 下电极层，至少部分与所述第一介质层的上表面接触，所述下电极层包括相互连接的背电极及第一引出部，所述背电极位于所述通孔的上方； 上电极结构，其包括振动膜、与所述振动膜相连的第二引出部以及填充有一层绝缘层的环形沟槽；所述第二引出部被所述环形沟槽隔断为两部分；所述绝缘层从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸至所述振动膜下方，使所述振动膜悬空于所述背电极上方；其中所述振动膜、第二引出部由上电极层形成；所述环形沟槽包括连接部，所述上电极层沉积于所述连接部的绝缘层上以使所述第二引出部的两部分相连；所述环形沟槽底部的绝缘层支撑于所述下电极层上且位于所述背电极以外区域；其中，所述背电极为齿轮形状，其包括圆形主体部及从所述圆形主体部向外延伸并在其边缘均匀分布的多个齿部；所述振动膜为圆形，所述绝缘层从所述环形沟槽内侧壁上端水平向内延伸的部分的形状与所述多个齿部相对应； 空气隙，形成于所述振动膜与所述背电极之间；以及 释放孔，形成于所述背电极的圆形主体部中，与所述空气隙及所述通孔连通。2.如权利要求1所述的MEMS麦克风结构，其特征在于，所述连接部的弧长小于等于所述环形沟槽周长的十分之 一。3.如权利要求1所述的MEMS麦克风结构，其特征在于，所述上电极层填充于所述环形沟槽中除所述连接部以外部分，且不与所述振动膜相连。4.如权利要求1所述的MEMS麦克风结构，其特征在于，所述连接部的绝缘层与上电极层之间填充有一层刻蚀选择比高于所述绝缘层的第三介质层。5.如权利要求1所述的MEMS麦克风结构，其特征在于，所述环形沟槽在垂直于所述衬底上表面的方向的截面形状为矩形或倒梯形，其深度与底部开口宽度之比为大于等于5:1。6.一种MEMS麦克风结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 在衬底上依次形成第一介质层，图形化的下电极层和第二介质层；所述下电极层定义出具有多个释放孔的背电极以及与...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，袁超，左青云，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：