[发明专利]电容式微型硅麦克风及其制造方法

说明书

【技术领域】

本发明属于基于硅工艺的微电子机械系统(MEMS)领域，具体涉及一种电容式微型硅麦克风及其制造方法。

【背景技术】

MEMS技术是近年来高速发展的一项高新技术，与传统对应器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量及价格方面都有十分明显的优势，而且其采用先进的半导体制造工艺，可以实现MEMS器件的批量制造，目前市场上，MEMS器件的主要应用实例包括压力传感器、加速度计及硅麦克风等。

对于硅麦克风，将其装配至电路板通常采用自动化表面贴装工艺，该工艺需经历高温，而传统驻极体麦克风(ECM)在高温下会发生电荷泄漏，致使ECM失效，因此ECM的装配只能采用手工装配。而电容式微型硅麦克风可以耐受高温，所以能采用表面贴装工艺以实现自动装配，另外电容式微型硅麦克风在小型化、性能、可靠性、环境耐受性、成本及量产能力等方面都比ECM有优势，因此采用MEMS技术制造的微型硅麦克风已迅速作为ECM的代替者开始占领手机、PDA、MP3及助听器等消费电子产品市场。

虽然对微型硅麦克风的研究已经开展有二十余年，具体实现电容式微型硅麦克风的方法很多，但电容式微型硅麦克风通常包括一个在四周进行固定的振动膜、一个带有声孔的背极板以及在两者之间的微小空气间隙。振动膜通常采用常规的半导体加工工艺——淀积得到，材料可采用多种或多层材料得到(比如掺杂多晶硅，金属与氮化硅复合膜等)；背极板可由硅衬底或通过淀积得到，材料也可采用多种或多层材料(比如掺杂多晶硅，金属与氮化硅复合膜等)；微小空气隙可以由牺牲层被腐蚀去掉后得到，牺牲层材料可采用多种材料(如氧化硅，硅等)。

但是，微型硅麦克风制作中面临的一个主要问题就是振动膜应力的控制。现有薄膜制备手段基本采用淀积，通过淀积得到的振动膜会存在较大的残余应力，通常包括热失配应力和本征应力两种。残余应力对微型硅麦克风特性具有较大影响，严重时甚至使其失效不能工作。再有，大的残余张应力也会显著降低振动膜的机械灵敏度，而振动膜的机械灵敏度又与麦克风的关键指标——灵敏度成正比，因此大的残余应力将会间接导致麦克风灵敏度的降低。还有，大的残余压应力也可能导致振动膜发生屈曲，从而使麦克风性能不稳定甚至失效。

因此，提高麦克风灵敏度已成为本领域技术人员关注的焦点，现有通过采用改进制备方法淀积的工艺条件的方法，或采用一些附加工艺如退火等来减小振动膜的残余应力，但是采用这种方法对减小残余应力的效果不大，而且重复性不好，实现也较为复杂；另外一个途径就是使振动膜悬浮，使振动膜的机械灵敏度对残余应力不敏感，但该种方式常导致加工工艺复杂度增加。

因此，如何解决现有技术存在的缺点提高麦克风的灵敏度实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种电容式微型硅麦克风及制造方法，以提高电容式微型硅麦克风的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明电容式微型硅麦克风包括：用于作为电容的一极且具有导电功能的背极板、用于作为所述电容的另一极且具有导电功能的振动膜及支撑所述振动膜的绝缘支撑体，所述背极板与振动膜间隔设置，所述背极板设有若干与振动膜连通的声孔，所述振动膜包括外端面、位于外端面内侧的若干圆弧槽及若干分别连通圆弧槽且向外贯穿外端面的狭槽，所述狭槽及圆弧槽将所述梁形成为悬臂状，所述绝缘支撑体的一端支撑所述梁，而另一端固定于背极板上。

本发明还揭示了一种电容式微型硅麦克风的制造方法，包括如下步骤：

1)在半导体材料的衬底上淀积或热氧生长氧化硅或氮化硅作为自停止层；

2)在所述自停止层上采用淀积工艺生成多晶硅作为背极板；

3)利用光刻、刻蚀背极板得到声孔；

4)在所述背极板上采用淀积工艺得到氧化硅或氮化硅形成的绝缘牺牲层；

5)在所述绝缘牺牲层上淀积生成多晶硅作为振动膜；

6)采用光刻、刻蚀工艺去除部分振动膜，形成若干悬臂状的梁；

7)采用光刻腐蚀，去除部分的绝缘牺牲层，以露出部分背极板；

8)采用淀积、溅射等方法得到金属层，再利用光刻、刻蚀等方法得到金属压点；

9)采用双面光刻、深槽刻蚀的方法在衬底背面形成背腔；

10)再通过选择性湿法腐蚀，选择只腐蚀自停止层及绝缘牺牲层的腐蚀液，通过背面的背腔先腐蚀除去部分自停止层，再通过声孔腐蚀部分绝缘牺牲层，未腐蚀去除的绝缘牺牲层形成了绝缘支撑体，所述绝缘支撑体的一端支撑所述梁，而另一端固定于背极板或衬底上。