[发明专利]穿孔微型硅麦克风

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅麦克风，尤其是一种穿孔微型硅麦克风，属于硅麦克风的技术领域。

背景技术

相关的参考文献：如美国专利文件5,146,435；5,452,268；6,535,460；6,847,090；6,870,937；6,945,115；7,152,481；7,329,933；7,346,178；US2006/0280319。

对于许多出版物和披露来说硅电容式麦克风已成为有吸引力的话题。微加工的分批加工能够使这些麦克风廉价和大批量的生产。与传统的电容式麦克风相比较，硅电容式麦克风提供了一个更大的优化参数，同时也便于电子集成芯片。

在许多出版物中，例如编号为5146435、5452268、6847090和6870937的美国专利文件，硅电容式麦克风的可移动隔膜是由衬底支持或绝缘体支持的，诸如氮化硅、氧化硅和聚酰亚胺的绝缘体，这些支持保证可移动隔膜的优势。在衬底和可移动隔膜表面之间应用的加载一定的电压，并在通过声波时，产生的回应引起偏差和振动，在特定情况下如编号为6535460的美国专利描述的那样，可移动隔膜允许在支撑环上暂停。王等人的编号为7329933美国专利介绍了传声器传感元件及其制造方法，该传感元件有一个隔膜和一个附加的电引出装备，这个电引出装备最好由多晶硅组成，多晶硅由形成在导电硅衬底上的底层背板区域上的空气间隙与隔膜所分离。底层背板区域上有声孔，通过腐蚀底层背板区域连续沟槽内的氧化物形成声孔，并在声孔上方形成空气间隙。隔膜是软约束沿其边缘的弹性元件连接到周围的刚性多晶硅层，弹性元件是一个典型的聚合物，如采用聚对二甲苯的弹性元件的杨氏模量大大低于隔膜的杨氏模量。第一电极及第二电极分别通过引出装备连接到隔膜，并通过多晶硅经由填料连接到基板，并因此构建声学传感器的可变电容电路。

考虑到一个好的麦克风能使得穿过其运行音频频段会具有几乎平直的录放幅频响应，即从20赫兹到20千赫都具有平直的录放幅频响应。好的麦克风还需要有高信噪比，以便配有麦克风的电子设备可以在嘈杂的环境中工作。通常使用麦克风得到的高信噪比具有足够高的固有敏感性，这意味着麦克风的隔膜必须充分兼容，这样它能感知到较小的声压波动。然而，达到较大的动态频段和较高的敏感度可能存在目标冲突，因为如果非常兼容的话，较大的声压可能会导致隔膜受其偏压而瓦解。隔膜的尺寸和厚度固定时，硅电容麦克风的敏感度主要是受隔膜的内应力影响。由于内应力是在加工过程中产生的，所以应力释放与控制技术对一个良好的硅电容式麦克风来说很重要。

一种常用的应力释放技术是要在隔膜中形成波纹状。起波纹的隔膜能够在加工过程中释放内置应力，从而提高隔膜的机械敏感度并减小非再生性。与传统的平隔膜相比，波纹隔膜的敏感度增加使得具有较好的机械敏感度，特别在有较高残余应力的情况下。

好的麦克风还需要在可能充满灰尘和/或微粒的环境中工作，这些灰尘和微粒会落到隔膜表面。这些粉尘和/或颗粒可能会很小，不至于造成麦克风的灾难性故障。然而，它们肯定会导致麦克风的性能下降。这种退化的一个原因是由于这些粉尘会成为隔膜的附加质量，造成隔膜的兼容性降低，并因此对声音的敏感度变弱。尘埃颗粒也有可能被捕集到隔膜和背板之间的空气间隙里，使隔膜不灵活，并因此使麦克风敏感度降低。

在实践中，硅麦克风的隔膜需要有足够的粗糙度以便通过可靠性测试。这种粗糙度要求可能会导致麦克风的固有敏感度较低，因此需要使用信号调节和放大电路与硅传感元件连结。对于硅电容式麦克风，声压下由隔膜振动引起的电容变化作为拾音器的驱动元件。这是麦克风的原始敏感性。理想的情况下，这种原始信号应通过电子电路调节并放大，没有任何损失。但事实上，仍有与硅传感元件相关的寄生效应。寄生效应可作为分压器，降低麦克风的原始敏感性，因此要求电子电路对原始信号进一步放大，并降低麦克风的信噪比。因此使用最小的寄生效应制作硅传感元件非常重要。

在微细加工中，沉积膜必然存在剩余应力，如氮化硅、多晶硅、聚酰亚胺。因此，要开发一种技术，即在保持其机械强度的同时释放沉积膜中的剩余应力，这是非常重要的。而制作工艺简单、可靠的硅麦克风制造同样也很重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有宽而平坦的频率响应并具有高信噪比的穿孔微型硅麦克风。

本发明的再一内容是要提供一种由支撑在基板上的冲孔背板构成的微型硅电容式麦克风。

本发明的另一内容是要提供一种具有浅波纹膜片的微型硅电容式麦克风。

本发明的再一内容是要提供一种浅波纹膜片穿孔的微型硅电容式麦克风。