專利名稱:電容式微型硅麥克風(fēng)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于基于硅工藝的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域,具體涉及一種電容式微型硅麥克風(fēng)及其制備方法。
背景技術(shù):
MEMS技術(shù)是近年來高速發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù),與傳統(tǒng)對應(yīng)器件相比,MEMS器件在體積、功耗、重量及價(jià)格方面都有十分明顯的優(yōu)勢,而且其采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝,可以實(shí)現(xiàn)MEMS器件的批量制造,目前市場上,MEMS器件的主要應(yīng)用實(shí)例包括壓力傳感器、加速度計(jì)及硅麥克風(fēng)等。
對于硅麥克風(fēng),將其裝配至電路板通常采用自動(dòng)化表面貼裝工藝,該工藝需經(jīng)歷高溫,而傳統(tǒng)駐極體麥克風(fēng)(ECM)在高溫下會(huì)發(fā)生電荷泄漏,致使ECM失效,因此ECM的裝配只能采用手工裝配。而電容式微型硅麥克風(fēng)可以耐受高溫,所以能采用表面貼裝工藝以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配,另外電容式微型硅麥克風(fēng)在小型化、性能、可靠性、環(huán)境耐受性、成本及量產(chǎn)能力等方面都比ECM有優(yōu)勢,因此采用MEMS技術(shù)制造的微型硅麥克風(fēng)已迅速作為ECM的代替者開始占領(lǐng)手機(jī)、PDA、MP3及助聽器等消費(fèi)電子產(chǎn)品市場。
雖然對微型硅麥克風(fēng)的研究已經(jīng)開展有二十余年,具體實(shí)現(xiàn)電容式微型硅麥克風(fēng)的方法很多,但電容式微型硅麥克風(fēng)通常包括一個(gè)在四周進(jìn)行固定的振動(dòng)膜、一個(gè)帶有聲孔的背極板以及在兩者之間的微小空氣間隙。振動(dòng)膜通常采用常規(guī)的半導(dǎo)體加工工藝——淀積得到,材料可采用多種或多層材料得到(比如摻雜多晶硅,金屬與氮化硅復(fù)合膜等);背極板可由硅襯底或通過淀積得到,材料也可采用多種或多層材料(比如摻雜多晶硅,金屬與氮化硅復(fù)合膜等);微小空氣隙可以由犧牲層被腐蝕去掉后得到,犧牲層材料可采用多種材料(如氧化硅,硅等)。
但是,微型硅麥克風(fēng)制作中面臨的一個(gè)主要問題就是振動(dòng)膜應(yīng)力的控制?,F(xiàn)有薄膜制備手段基本采用淀積,通過淀積得到的振動(dòng)膜會(huì)存在較大的殘余應(yīng)力,通常包括熱失配應(yīng)力和本征應(yīng)力兩種。殘余應(yīng)力對微型硅麥克風(fēng)特性具有較大影響,嚴(yán)重時(shí)甚至使其失效不能工作。再有,大的殘余張應(yīng)力也會(huì)顯著降低振動(dòng)膜的機(jī)械靈敏度,而振動(dòng)膜的機(jī)械靈敏度又與麥克風(fēng)的關(guān)鍵指標(biāo)——靈敏度成正比,因此大的殘余應(yīng)力將會(huì)間接導(dǎo)致麥克風(fēng)靈敏度的降低。還有,大的殘余壓應(yīng)力也可能導(dǎo)致振動(dòng)膜發(fā)生屈曲,從而使麥克風(fēng)性能不穩(wěn)定甚至失效。
因此,提高麥克風(fēng)靈敏度已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn),現(xiàn)有通過采用改進(jìn)制備方法淀積的工藝條件的方法,或采用一些附加工藝如退火等來減小振動(dòng)膜的殘余應(yīng)力,但是采用這種方法對減小殘余應(yīng)力的效果不大,而且重復(fù)性不好,實(shí)現(xiàn)也較為復(fù)雜;另外一個(gè)途徑就是使振動(dòng)膜懸浮,使振動(dòng)膜的機(jī)械靈敏度對殘余應(yīng)力不敏感,但該種方式常導(dǎo)致加工工藝復(fù)雜度增加。
因此,如何解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)提高麥克風(fēng)的靈敏度實(shí)已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電容式微型硅麥克風(fēng)及制備方法,以提高電容式微型硅麥克風(fēng)的靈敏度。
為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)包括用于作為電容的一極且具有導(dǎo)電功能的背極板、用于作為所述電容的另一極且具有導(dǎo)電功能的振動(dòng)膜、及支撐在所述振動(dòng)膜的邊緣且與所述振動(dòng)膜及所述背極板固定連接的多個(gè)絕緣支撐體。
其中,所述振動(dòng)膜具有多個(gè)窄槽,所述多個(gè)窄槽分別為各起點(diǎn)分別臨近相應(yīng)絕緣支撐體的短縫,所述多個(gè)短縫可分別為由所述振動(dòng)膜的邊角向所述振動(dòng)膜的中心延伸,所述多個(gè)窄槽還可為分別為由所述振動(dòng)膜的邊緣延伸且與所述振動(dòng)膜對應(yīng)邊側(cè)平行的長縫,所述振動(dòng)膜呈方形,所述多個(gè)絕緣支撐體分別位于所述振動(dòng)膜的相應(yīng)邊角,所述多個(gè)絕緣支撐體分別位于所述振動(dòng)膜各邊側(cè)的中部,所述振動(dòng)膜還可呈圓形,所述背極板設(shè)置有多個(gè)聲孔,所述多個(gè)聲孔為圓形或者方形,且其按振動(dòng)膜的形狀排布成陣列,所述背極板及所述振動(dòng)膜的材料分別為導(dǎo)電材料及由導(dǎo)電材料和絕緣材料組合的復(fù)合膜中的一種。
本發(fā)明還提供一種電容式微型硅麥克風(fēng)的制備方法,其包括步驟1)在半導(dǎo)體材料的襯底一側(cè)進(jìn)行重?fù)诫s以形成背極板;2)在所述背極板上淀積氧化硅或磷硅玻璃(PSG)以形成絕緣支撐層;3)在所述絕緣支撐層上淀積導(dǎo)電物質(zhì)以形成振動(dòng)膜;及4)采用氫氟酸腐蝕所述絕緣支撐層以形成位于所述振動(dòng)膜邊緣的多個(gè)絕緣支撐體;5)采用腐蝕液濕法腐蝕法或采用干法的等離子體刻蝕法在所述振動(dòng)膜開設(shè)窄槽;6)在所述背極板上進(jìn)行光刻及刻蝕以形成聲孔。
綜上所述,本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)及其制備方法采用絕緣支撐體的支撐在振動(dòng)膜四周局部,而非傳統(tǒng)的在振動(dòng)膜整個(gè)四周支撐,同時(shí)在振動(dòng)膜開設(shè)窄槽,可使振動(dòng)膜對殘余應(yīng)力不敏感且提高設(shè)計(jì)靈活性,同時(shí)在相同靈敏度情況下可減小芯片面積。
圖1至圖3為本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)的實(shí)施例一的示意圖,其中,圖1為本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)的透視圖,圖2為本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)的剖面透視圖,圖3為本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)的剖面圖。
圖4為本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)的實(shí)施例二的透視圖。
圖5為本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)的實(shí)施例三的透視圖。
圖6為本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)的實(shí)施例四的透視圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式一請參閱圖1至圖3,本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)包括背極板、振動(dòng)膜、絕緣支撐體等。
所述背極板2具有導(dǎo)電功能,用于作為電容的一極,制作時(shí),先通過各向同性或各向異性加工方法在硅襯底上形成背腔6,然后在得到背腔6的同時(shí)結(jié)合自停止技術(shù)(如重?fù)诫s)可形成背極板2,其中,襯底1可以是低阻硅,或是有金屬覆蓋表面的玻璃,起機(jī)械支撐作用,在背極板2上再通過采用選擇性摻雜或光刻等手段可以得到多個(gè)聲孔3,多個(gè)聲孔3可以起到傳播聲壓以及調(diào)節(jié)振動(dòng)膜和背極板之間阻尼的作用,聲孔的形狀、尺寸以及數(shù)量根據(jù)需要進(jìn)行確定,一般聲孔為圓形或者方形,且其按振動(dòng)膜的形狀排布成陣列。振動(dòng)膜4具有導(dǎo)電功能,用于作為所述電容的另一極,其可以由單晶硅、多晶硅或覆有導(dǎo)電層的氮化硅等形成,呈方形,振動(dòng)膜4的機(jī)械支撐由起絕緣支撐作用的絕緣支撐體5在振動(dòng)膜四角與背極板相連接來完成,絕緣支撐體5可由二氧化硅或氮化硅等絕緣材料單獨(dú)或復(fù)合組成,其與所述振動(dòng)膜4及背極板2都固定連接,在本實(shí)施方式中,所述絕緣支撐體5為4根柱體以構(gòu)成4個(gè)支撐點(diǎn)。此外,在振動(dòng)膜4以及背極板2之間除絕緣支撐體5以外,還有空氣隙7,該空氣隙可通過腐蝕絕緣層來得到。
實(shí)施方式二請參見圖4,本實(shí)施方式與實(shí)施方式一類似,襯底8可以是低阻硅,或是有金屬覆蓋表面的玻璃,起機(jī)械支撐作用;振動(dòng)膜9可以由硅、多晶硅、覆有導(dǎo)電層的氮化硅等形成,振動(dòng)膜9的機(jī)械支撐由起絕緣支撐作用的絕緣支撐體11在振動(dòng)膜四個(gè)角上與背板相連接來完成,絕緣支撐體可由二氧化硅或氮化硅等絕緣材料單獨(dú)或復(fù)合組成。其余背板、背腔及聲孔與實(shí)施例1相同。
與實(shí)施方式一不同的地方是在振動(dòng)膜上開有多個(gè)窄槽10,所述多個(gè)窄槽分別為兩兩平行的短縫,所述多個(gè)短縫分別為由所述振動(dòng)膜的邊角向所述振動(dòng)膜的中心延伸,增加窄槽10可以得到更多的設(shè)計(jì)靈活性,提高麥克風(fēng)的靈敏度。
實(shí)施方式三請參見圖5,本實(shí)施方式除在振動(dòng)膜上開槽的形狀、尺寸、數(shù)量與位置不同外,其余與實(shí)施方式二相同,在本實(shí)施方式中,所述多個(gè)窄槽分別為由所述振動(dòng)膜的邊緣延伸且與所述振動(dòng)膜對應(yīng)邊側(cè)平行的長縫。
實(shí)施方式四本實(shí)施方式與實(shí)施方式二相比,其差異在于第一、在振動(dòng)膜上開槽的形狀、尺寸、數(shù)量與位置不同,第二絕緣連接層的位置也不在振動(dòng)膜四個(gè)邊角上而在振動(dòng)膜邊緣的中部,在本實(shí)施方式中,所述各短縫的起點(diǎn)分別臨近相應(yīng)絕緣支撐體,即位于所述振動(dòng)膜邊側(cè)的中部。
須注意的是,振動(dòng)膜的形狀并非以本實(shí)施方式為限,也可采用其它形狀,例如圓形。
本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)制備方法主要包括以下步驟1)在半導(dǎo)體材料的襯底一側(cè)進(jìn)行重?fù)诫s以形成背極板,即在襯底1上注入或擴(kuò)散P+離子形成重?fù)诫s硅,以構(gòu)成背極板2。
2)在背極板2上進(jìn)行光刻以及刻蝕,從而在背極板2上得到聲孔3。
3)在所述背極板上淀積絕緣物質(zhì)以形成絕緣支撐層,所述絕緣物質(zhì)為氧化硅或磷硅玻璃(PSG)。
4)在所述絕緣支撐層上淀積導(dǎo)電物質(zhì)以形成振動(dòng)膜,通常是在絕緣支撐層上淀積多晶硅得到振動(dòng)膜4。
5)所述背極板另一側(cè)進(jìn)行光刻及采用第二腐蝕性物質(zhì)進(jìn)行腐蝕以得到背腔,通常采用KOH作為第二腐蝕性物質(zhì)。
6)采用第一腐蝕性物質(zhì)腐蝕所述絕緣支撐層以形成位于所述振動(dòng)膜邊緣的多個(gè)絕緣支撐體,所述第一腐蝕性物質(zhì)為氫氟酸。
7)在所述振動(dòng)膜開設(shè)多個(gè)窄槽,通常采用腐蝕液濕法腐蝕法或采用干法的等離子體刻蝕法開設(shè)所述多個(gè)窄槽。
需注意的是,在背極板上光刻及刻蝕得到聲孔的步驟也可以在開設(shè)窄槽的步驟之后,在此予以說明。
綜上所述,本發(fā)明的電容式微型硅麥克風(fēng)及制備方法采用絕緣支撐體的支撐在振動(dòng)膜四周局部,而非傳統(tǒng)的在振動(dòng)膜整個(gè)四周支撐,同時(shí)在振動(dòng)膜開設(shè)窄槽,可使振動(dòng)膜對殘余應(yīng)力不敏感且提高設(shè)計(jì)靈活性,同時(shí)在相同靈敏度情況下可減小芯片面積。該結(jié)構(gòu)采用常規(guī)加工工藝即可制備得到,采用該結(jié)構(gòu)的振動(dòng)膜能夠充分的釋放殘余應(yīng)力,其優(yōu)點(diǎn)在于第一,可以提高微型硅麥克風(fēng)的靈敏度;第二,同樣靈敏度規(guī)格下,減小微型硅麥克風(fēng)的尺寸;第三,不同加工批次得到的微型硅麥克風(fēng)性能有更好的均勻性和一致性;第四,由于封裝而引入的應(yīng)力對靈敏度造成的影響減小。
權(quán)利要求
1.一種電容式微型硅麥克風(fēng),包括用于作為電容的一極且具有導(dǎo)電功能的背極板、用于作為所述電容的另一極且具有導(dǎo)電功能的振動(dòng)膜、及支撐在所述振動(dòng)膜的邊緣的多個(gè)絕緣支撐體,其特征在于所述多個(gè)絕緣支撐體與所述振動(dòng)膜及所述背極板固定連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述振動(dòng)膜具有多個(gè)窄槽。
3.如權(quán)利要求2所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述多個(gè)窄槽分別為各起點(diǎn)分別臨近相應(yīng)絕緣支撐體的短縫。
4.如權(quán)利要求3所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述多個(gè)短縫分別為由所述振動(dòng)膜的邊角向所述振動(dòng)膜的中心延伸。
5.如權(quán)利要求2所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述多個(gè)窄槽分別為由所述振動(dòng)膜的邊緣延伸且與所述振動(dòng)膜對應(yīng)邊側(cè)平行的長縫。
6.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述振動(dòng)膜呈方形或圓形。
7.如權(quán)利要求6所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述多個(gè)絕緣支撐體分別位于所述振動(dòng)膜的相應(yīng)邊角。
8.如權(quán)利要求6所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述振動(dòng)膜呈方形時(shí),所述多個(gè)絕緣支撐體分別位于所述振動(dòng)膜各邊側(cè)的中部。
9.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述背極板設(shè)置有呈圓形或方形的多個(gè)聲孔,且所述多個(gè)聲孔按振動(dòng)膜的形狀排布成陣列。
10.如權(quán)利要求1所述的電容式微型硅麥克風(fēng),其特征在于所述背極板及所述振動(dòng)膜的材料分別為導(dǎo)電材料及由導(dǎo)電材料和絕緣材料組合的復(fù)合膜中的一種。
11.一種制造權(quán)利要求1至10任一電容式微型硅麥克風(fēng)的制備方法,其特征在于包括步驟1)在半導(dǎo)體材料的襯底一側(cè)進(jìn)行重?fù)诫s以形成背極板;2)在所述背極板上淀積氧化硅或磷硅玻璃以形成絕緣支撐層;3)在所述絕緣支撐層上淀積導(dǎo)電物質(zhì)以形成振動(dòng)膜;4)采用氫氟酸腐蝕所述絕緣支撐層以形成位于所述振動(dòng)膜邊緣的多個(gè)絕緣支撐體;5)采用腐蝕液濕法腐蝕法或采用干法的等離子體刻蝕法在所述振動(dòng)膜開設(shè)窄槽;6)在所述背極板上進(jìn)行光刻及刻蝕以形成聲孔。
全文摘要
一種電容式微型硅麥克風(fēng)及其制備方法,其包括用于作為電容的一極且具有導(dǎo)電功能的背極板、用于作為所述電容的另一極且具有導(dǎo)電功能的振動(dòng)膜、支撐在所述振動(dòng)膜的邊緣且與所述振動(dòng)膜及所述背極板固定連接的多個(gè)絕緣支撐體,同時(shí)在所述振動(dòng)膜開設(shè)有窄槽,由此可使振動(dòng)膜對殘余應(yīng)力不敏感且提高設(shè)計(jì)靈活性,同時(shí)在相同靈敏度情況下可減小芯片面積。
文檔編號H04R31/00GK101022685SQ20071003842
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者胡維, 李剛 申請人:胡維, 李剛