[发明专利]一种采用共晶键合与SOI硅片的MEMS硅麦克风及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS硅麦克风及其制备方法，尤其是一种采用共晶键合与SOI硅片的MEMS硅麦克风及其制备方法，属于硅麦克风的技术领域。

背景技术

麦克风能把人的语音信号转化为相应的电信号，广泛应用于手机，电脑，电话机，照相机及摄像机等。传统的驻极体电容式麦克风采用特氟龙作为振动薄膜，不能承受在印刷电路板回流焊接工艺近300度的高温，从而只能与集成电路的组装分开，单独手工装配，大大增加了生产成本。

近三十年的MEMS（Microelectromechanical Systems）技术与工艺的发展，特别是基于硅芯片MEMS技术的发展，实现了许多传感器（如压力传感器，加速度计，陀螺仪等）的微型化和低成本。MEMS硅麦克风已开始产业化，在高端手机的应用上，逐渐取代传统的驻极体电容式麦克风。

MEMS麦克风主要还是采用电容式的原理，由一个振动薄膜和背极板组成，振动薄膜与背极板之间有一个几微米的间距，形成电容结构。高灵敏的振动薄膜感受到外部的音频声压信号后，改变振动薄膜与背极板间的距离，从而形成电容变化。MEMS麦克风后接CMOS放大器把电容变化转化成电压信号的变化，再放大后变成电输出。

人的语音声压信号非常微弱，振动薄膜必须非常灵敏。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）。由于材料的热膨胀系数不同和高温工艺，制备后的振动薄膜会有不同程度的残留应力，大大影响了振动薄膜的灵敏度。所以，用多晶硅作为振动薄膜时，在制备后一般会采用附加退火工艺，来调节残留应力降到最低；若用氮化硅作为振动薄膜，在制备时通过调节反应气体间的比例来降低残留应力。但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，也可以采用改变振动薄膜的机械结构，把一般的平板型振动薄膜改为纹膜，浮膜，或在振动薄膜上切割微小的槽，从而达到减少残留应力﹑增加灵敏度的目的。但改变振动薄膜结构的方法会造成制备工艺复杂化，增加成本，降低良率。

背极板除了与振动薄膜形成电容以外，还具有控制麦克风的频带，降低声学噪声等功能。它需要具有一定的刚度，不会因外部的振动或声压而形变。除此以外，一般的设计还需在背极板上制备数百至上千个直径为几微米的穿孔，用来调节麦克风的频带和降低声学噪声。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种采用共晶键合与SOI硅片的MEMS硅麦克风及其制备方法，其结构简单紧凑，制备方便，提高电容式硅麦克风的良率与灵敏度。

按照本发明提供的技术方案，所述采用共晶键合与SOI硅片的MEMS硅麦克风，包括背极板及位于所述背极板下方的振膜体；所述背极板与振膜体通过共晶键合连接；所述振膜体包括SOI硅基，所述SOI硅基包括振动薄膜，所述SOI硅基内的中心区刻蚀有深坑，所述深坑从SOI硅基对应形成振动薄膜另一侧的表面延伸到振动薄膜；所述背极板内设有贯通背极板的分离槽，背极板通过分离槽形成相分离的第一极板区域及第二极板区域；所述第二极板区域内设有若干贯通第二极板区域的声孔，所述声孔与下方的深坑相对应分布；第二极板区域对应设置声孔且邻近振动薄膜的区域表面与振动薄膜间具有气隙；所述第一极板区域对应于远离振动薄膜的表面设有第一金属焊盘，所述第一金属焊盘与第一极板区域欧姆接触，并与振动薄膜电连接；第二极板区域对应远离振动薄膜的表面设有第二金属焊盘，所述第二金属焊盘与第二极板区域欧姆接触，且第二极板区域对应的背极板通过绝缘介质层与振动薄膜绝缘隔离。

所述振动薄膜对应邻近背极板的表面淀积有第二电连接金属，所述第二电连接金属与振动薄膜欧姆接触；背极板对应邻近振动薄膜的表面淀积有第一电连接金属，所述第一电连接金属同时覆盖第一极板区域、第二极板区域对应的表面，第一电连接金属与第一极板区域欧姆接触，且第一电连接金属通过绝缘介质层与第二极板区域绝缘隔离；背极板通过第一电连接金属及第二电连接金属与振膜体共晶键合连接。

所述背极板的材料包括硅，SOI硅基对应形成振动薄膜的下方设有埋氧层及支撑层，所述埋氧层与振动薄膜分别形成于支撑层上。

所述声孔的孔径为40μm~100μm。所述背极板的厚度为200~400μm，振膜体的厚度为250~450μm。

一种采用共晶键合与SOI硅片的MEMS硅麦克风制备方法，所述MEMS硅麦克风制备方法包括如下步骤：

a、提供背极板，并在所述背极板一侧的中心区刻蚀有浅坑；