一種mems麥克風(fēng)元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種麥克風(fēng)，尤其涉及一種差分電容式MEMS麥克風(fēng)元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS麥克風(fēng)是一種用微機械加工技術(shù)制作出來的聲電換能器，其具有體積小、頻響特性好、噪聲低等特點。隨著電子設(shè)備的小巧化、薄型化發(fā)展，MEMS麥克風(fēng)被越來越廣泛地運用到這些設(shè)備上。
[0003]目前MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品中包含一個基于電容檢測的MEMS芯片和一個ASIC芯片，MEMS芯片的電容會隨著輸入聲音信號的不同產(chǎn)生相應(yīng)的變化，再利用ASIC芯片對變化的電容信號進(jìn)行處理和輸出從而實現(xiàn)對聲音的拾取。MEMS芯片通常包括具有背腔的基底、在基底上方設(shè)置的由背極板和振膜構(gòu)成的平行板電容器，振膜接收外界的聲音信號并發(fā)生振動，從而使平行板電容器產(chǎn)生一個變化的電信號，實現(xiàn)聲-電轉(zhuǎn)換功能。
[0004]上述技術(shù)方案的問題在于，單個電容檢測對外界的干擾信號無法濾除，影響輸出信號的噪聲水平，降低信噪比。
[0005]如果要將MEMS麥克風(fēng)設(shè)計成傳統(tǒng)的差分式電容檢測，采用三層膜的結(jié)構(gòu)，上下兩層膜作為背極板，中間層作為振膜，振膜分別與上下層的背極板形成電容，這兩個電容組成差分電容。在有聲波作用在中間位置上的振膜時，振膜上下振動，進(jìn)而差分電容中的一個增加，另一個減小，從而實現(xiàn)聲波的差分檢測。但這種方案的問題在于，工藝比較復(fù)雜，且很難控制上下背極板到振膜的間距相同，所以差分電容的靜態(tài)電容和靈敏度都很難一致，削弱了差分的效果，與最初的目的相背離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種性能良好的差分電容式MEMS麥克風(fēng)元件。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種MEMS麥克風(fēng)元件，包括:基底，所述基底上設(shè)置有上下貫通的第一開孔和第二開孔；并列設(shè)置于所述基底上方的第一電容和第二電容，所述第一電容設(shè)置在所述第一開孔之上，所述第二電容設(shè)置在所述第二開孔之上；所述第一電容包括位于下方的第一背極板以及位于上方的與第一背極板相對的第一振膜，所述第二電容包括位于上方的第二背極板以及位于下方的與第二背極板相對的第二振膜；所述第一電容和第二電容共同構(gòu)成差分電容。
[0008]優(yōu)選的，所述第一振膜和第二背極板的材質(zhì)相同，所述第一背極板和第二振膜的材質(zhì)相同。
[0009]優(yōu)選的，所述第一振膜和第二振膜電連接在一起作為所述差分電容的公共可動極板。
[0010]優(yōu)選的，所述第一背極板以及第二背極板的感應(yīng)部分分別設(shè)置有多個通孔，所述第一振膜以及第二振膜的中心位置分別設(shè)置有通孔。
[0011]優(yōu)選的，所述第一背極板、第一振膜、第二背極板以及第二振膜由下列材料任意之一形成:多晶硅、氮化硅上附加多晶硅層、氮化硅上附加金屬層。
[0012]優(yōu)選的，所述MEMS麥克風(fēng)元件適用于聲音信號從MEMS麥克風(fēng)元件上方或者下方進(jìn)入的兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造MEMS麥克風(fēng)元件的方法，包括如下步驟:s1、提供襯底；S2、在所述襯底上生長第一隔離層；S3、在第一隔離層生長第一極板材料層；對第一極板材料層進(jìn)行構(gòu)圖和刻蝕以形成第一電容的背極板、第二電容的可動極板，以及隔離第一電容的背極板和第二電容的可動極板的第一隔離槽；S4、在第一極板材料層上沉積第二隔離層；在第二電容的可動極板上方的第二隔離層上開設(shè)連接窗口，用以連接第一電容的可動極板和第二電容的可動極板；S5、在第二隔離層生長第二極板材料層；對第二極板材料層進(jìn)行構(gòu)圖和刻蝕以形成第一電容的可動極板、第二電容的背極板、以及隔離第一電容的可動極板和第二電容的背極板的隔離槽；S6、刻蝕襯底和第一隔離層以在第一電容的下方形成貫通的第一開孔以及在第二電容下方形成貫通的第二開孔；以及刻蝕第二隔離層以在第一、第二電容、各自的背極板和可動極板之間形成間隙。
[0014]優(yōu)選的，在步驟S3中，在第一電容的背極板上開設(shè)多個通孔以及在第二電容的可動極板的中心位置開設(shè)通孔；在步驟S5中，在第二電容的背極板上開設(shè)多個通孔以及第一電容的可動極板的中心位置開設(shè)通孔。
[0015]優(yōu)選的，第一電容的背極板的厚度大于其可動極板的厚度，第二電容的背極板的厚度大于其可動極板的厚度。
[0016]優(yōu)選的，所述MEMS麥克風(fēng)元件適用于聲音信號從MEMS麥克風(fēng)元件上方或者下方進(jìn)入的兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明的差分電容式MEMS麥克風(fēng)，將一對差分電容并排設(shè)計，通過兩層膜來實現(xiàn)差分檢測，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]1.實現(xiàn)差分電容式MEMS麥克風(fēng)，有利于濾除外界電磁和噪聲干擾，提高輸出信號的信噪比和收音質(zhì)量。
[0019]2.由于差分電容的背極板和可動極板之間的間隙是在同一步驟完成的，差分電容的間距可以做到完全一致，提高了差分的效果。
[0020]3.制造工藝流程簡單并且容易控制。工藝流程與目前的單電容式MEMS麥克風(fēng)的工藝完全兼容，不需要做出工藝的變動。
[0021]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有雙層膜結(jié)構(gòu)的單芯片差分電容式MEMS麥克風(fēng)，因此本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。
[0022]通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0023]被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0024]圖1-2是本發(fā)明MEMS麥克風(fēng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3-4是本發(fā)明MEMS麥克風(fēng)的差分檢測的原理示意圖。
[0026]圖5-14是本發(fā)明MEMS麥克風(fēng)的制造過程的各個階段的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0028]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0029]對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。
[0030]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0031]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0032]針對以上提出的問題，本專利提出一種新型的差分電容式MEMS麥克風(fēng)。將一對差分電容并排設(shè)計，通過兩層膜來實現(xiàn)，降低了工藝難度。
[0033]參考圖1-2所示為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，包括:基底I，基底I包括襯底100和位于襯底100上方的第一隔離層200?；譏上設(shè)置有上下貫通的第一開孔101和上下貫通的第二開孔102。并列設(shè)置于基底I上方的第一電容Cl和第二電容C2，第一電容Cl設(shè)置在第一開孔101之上，第二電容C2設(shè)置在第二開孔102之上。第一電容Cl包括位于下方的第一背極板12、以及位于上方的與第一背極板12相對的第一振膜11，第二電容C2包括位于上方的第二背極板22以及位于下方的與第二背極板22相對的第二振膜21。第一背極板12和第一振膜11之間、第二背極板22和第二振膜21之間分別設(shè)置有第二隔離層400，以在第一背極板12和第一振膜11之間、第二背極板22和第二振膜21之間形成間隙109。
[0034]第一背極板12和第二背極板22為固定極板，第一振膜11和第二振膜21為可動極板。
[0035]第一電容Cl和第二電容C2構(gòu)成一對差分電容，第一振膜11和第二振膜21電連接在一起作為差分電容的公共可動極板，第一背極板12和第二振膜21之間通過絕緣層106隔離開，第一振膜11和第二背極板22之間通過隔離槽108隔離開。
[0036]其中，第一背極板12以及第二背極板22的感應(yīng)部分分別設(shè)置有多個通孔104，第一振膜11以及第二振膜21的中心位置分別設(shè)置有通孔103，通孔103和104共同起到傳導(dǎo)聲音及平衡聲壓的作用。
[0037]其中，第一振膜11和第二背極板22的材質(zhì)相同，第一背極板12和第二振膜21的材質(zhì)相同。其中，第一電容Cl的背極板12的厚度可以等于或者大于可動極板11的厚度，第二電容C2的背極板22的厚度可以等于或者大于可動極板21的厚度。
[0038]其中，第一背極板12、第一振膜11、第二背極板22以及第二振膜21由下列材料任意之一形成:多晶硅、氮化硅上附加多晶硅層、氮化硅上附加金屬層。第一隔離層200的材質(zhì)例如為氧化硅。第二隔離層400例如可以為氧化物層，絕緣層106可以是第2隔離層400的一部分。
[0039]從圖1中可以看出，MEMS麥克風(fēng)元件適用于聲音信號從MEMS麥克風(fēng)元件上方進(jìn)入的TOP產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，也適用于聲音信號下方進(jìn)入的BOTTOM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
[0040]從圖1-2中可以看出，本發(fā)明在單個芯片內(nèi)設(shè)置有兩個MEMS結(jié)構(gòu)。第一電容Cl的振膜11在上，背極板12在下；第二電容C2的振膜21在下，背極板22在上。第一電容Cl的背極板12和第二電容C2的振膜21是同時制作的，為同樣材質(zhì)，例如都為多晶娃，或者都為氮化硅附加金屬層的材質(zhì)；第一電容Cl的振膜11和第二電容C2的背極板22是同時制作的，也為同樣材質(zhì)，例如都為多晶硅。第一電容Cl的背極板12和第二電容C2的振膜21是由第一極板材料層300形成的，第一電容Cl的振膜11和第二電容C2的背極板22是