BAR 的温度稳定性，采用工艺较为简单的背腔刻蚀工艺形成空腔与弹性膜片，交叉禪合小，器件 机械强度大，布线方便；膜片上FBAR结构的微麦克风，可望满足消费电子、汽车电子、航空 航天、武器工程等领域对高灵敏度、高稳定性、可制造性好的新型麦克风的应用需求。
【附图说明】
[002引图1 (a)-l(e)为本发明的俯视结构示意图；
[0026] 图2为图1A-A方向上的横截面示意图；
[0027] 图3为本发明的背视结构示意图；
[002引图4为本发明静态条件下FBAR谐振频率示意图；
[0029] 图5(a)-图5(g)为本发明主要制作工艺步骤示意图；
[0030] 其中，附图标记为；1-娃衬底，2-检测元件，3-Si基座，4-弹性膜片，5-空腔， 6-Si〇2层，7-SisNjl，8-压电振荡堆，9-焊盘，10-引线，11-底电极，12-压电层，13-顶电 极，14-复合弹性支撑层。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明作详细说明：
[003引如图1 (a)-l(d)和图2所示，分别为本发明中的俯视结构示意图和侧视结构示意 图。
[0033] 膜片上FBAR结构的微麦克风，包括基底、检测元件2和复合弹性支撑层14,基底 位于复合弹性支撑层14下方，检测元件2位于复合弹性支撑层14的上方，复合弹性支撑层 14用于支撑检测元件2 ;基底包括Si基座3与空腔5,Si基座3外形为一长方体，Si基座 3的中间设置有卿趴状的通孔，通孔孔径较小的一端位于Si基座3的上表面，Si基座3的 上表面紧贴于复合弹性支撑层14的下表面，通孔与复合弹性支撑层14之间形成空腔5 ;空 腔5顶面对应的复合弹性支撑层14的部分为弹性膜片4,空腔5侧面为通孔的内壁，空腔 5的底面为开放区域，所述弹性膜片4用于形成振膜，空腔5的顶面和侧面形成声波反射界 面；检测元件2包括FBAR、引线10、焊盘9,FBAR通过引线10与焊盘9连接。
[0034] 对于检测元件2,进一步具体结构和连接关系为：
[0035] 所述FBAR主要包括有压电振荡堆8,压电振荡堆8位于空腔5上面对应的弹性膜 片4上面，即压电振荡堆8位于复合弹性支撑层14上面的应力集中处；压电振荡堆8由下 至化依次包括底电极11、压电层12、顶电极13,底电极11设置于弹性膜片4上面，压电层12 底面的一部分紧贴底电极11上面，压电层12底面的另一部分向弹性膜片4中屯、方向包覆 底电极11侧面并延伸至弹性膜片4上面，顶电极13底面的一部分紧贴压电层12的上面， 顶电极13底面的另一部分向弹性膜片4中屯、方向包覆压电层12侧面并延伸至弹性膜片4 上面。
[0036] 压电振荡堆8的形状为任意正多边形，可W如图1(a)所示的矩形，也可W如图 1化）所示的正方形或者图1(C)所示的正五边形等；压电振荡堆8在弹性膜片4上分布的 位置可W如图1(b)所示靠近弹性膜片4的外边沿处，也可W如图1(d)所述位于弹性膜片 4的中间；压电振荡堆8的数量可W如图1(a)所示的四个，也可W如图1(e)所示的两个。 压电振荡堆8可W是多个，但至少有一个。
[0037] 图3为本发明的背视结构示意图。图3中编号4所指向位置为本发明膜片上FBAR 中复合弹性支撑层14的应力集中区，既是弹性膜片4。当声波作用于该区域时弹性膜片4 产生振动进而产生应变，使得设置于SisNjl7顶部、工作于纵波模式下FBAR的压电振荡堆 8中的压电层12发生变形，从而导致FBAR的谐振频率发生偏移。膜片上FBAR结构的微麦 克风应力最大处集中在弹性膜片4边缘，为了使该结构的微麦克风有较好的灵敏度，将检 测元件2中的压电振荡堆8设置于该区域上。
[003引表1显示了本发明的初始结构参数：
[0039] 表1膜片上FBAR结构的微麦克风初始结构参数
[0040]
【主权项】
1. 膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：包括基底、检测元件和复合弹性支撑层， 基底位于复合弹性支撑层下方，检测元件位于复合弹性支撑层的上方，复合弹性支撑层用 于支撑检测元件；基底包括Si基座与空腔，Si基座外形为一长方体，Si基座的中间设置有 喇叭状的通孔，通孔孔径较小的一端位于Si基座的上表面，Si基座的上表面紧贴于复合弹 性支撑层的下表面，通孔与复合弹性支撑层之间形成空腔；空腔顶面对应的复合弹性支撑 层的部分为弹性膜片，空腔侧面为通孔的内壁，空腔的底面为开放区域，所述弹性膜片用于 形成振膜，空腔的顶面和侧面形成声波反射界面；检测元件包括FBAR、引线、焊盘，FBAR通 过引线与焊盘连接。
2. 根据权利要求1所述的膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：所述FBAR包括 有压电振荡堆，压电振荡堆位于空腔上面对应的弹性膜片应力集中部分；压电振荡堆由下 到上依次包括底电极、压电层、顶电极，底电极紧贴设置于弹性膜片上面，压电层底面的一 部分紧贴底电极上面，压电层底面的另一部分向弹性膜片中心方向包覆底电极侧面并延伸 至弹性膜片上面，顶电极底面的一部分紧贴压电层的上面，顶电极底面的另一部分向弹性 膜片中心方向包覆压电层侧面并延伸至弹性膜片上面。
3. 根据权利要求2所述的膜片上FBAR结构的微压力传感器，其特征在于：所述压电振 荡堆的数量多1。
4. 根据权利要求1所述的膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：所述引线包括底 电极引线与顶电极引线，焊盘包括底电极焊盘与顶电极焊盘，FBAR的底电极通过底电极引 线与底电极焊盘连接，FBAR的顶电极通过顶电极引线与顶电极焊盘连接。
5. 根据权利要求4所述的膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：所述底电极焊 盘、顶电极焊盘均设置于Si基座对应支撑的复合弹性支撑层上面。
6. 根据权利要求1所述的膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：所述检测元件通 过三次沉积和图形化工艺形成，具体为：底电极、底电极引线、及底电极焊盘在第一次金属 层沉积和图形化时形成；压电层在第二次压电材料沉积和图形化时形成；顶电极、顶引线 及顶电极焊盘在第三次金属层沉积和图形化时形成。
7. 根据权利要求1所述的膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：所述空腔的顶面 还用于形成FBAR的声波反射界面。
8. 根据权利要求1所述的膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：所述复合弹性支 撑层包括SiO2层和Si 3N4层，SiO 2层与Si基座连接，Si 3N4层位于SiO 2层上面。
9. 根据权利要求8所述的膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：所述复合弹性支 撑层中的SiO2层具有正温度系数，通过CVD工艺制备；所述FBAR的压电层具有负温度系数； 复合弹性支撑层的弹性膜片的SiO2层与FBAR的压电层复合，进行温度补偿，用于提高FBAR 的温度稳定性。
10. 根据权利要求8所述的膜片上FBAR结构的微麦克风，其特征在于：所述复合弹性 支撑层中的SiO2层作为硅衬底背面刻蚀时的自停止层。
【专利摘要】本发明公开了膜片上FBAR结构的微麦克风，包括基底、检测元件和复合弹性支撑层，基底位于复合弹性支撑层下方，检测元件位于复合弹性支撑层的上方，复合弹性支撑层用于支撑检测元件；基底包括Si基座与空腔，Si基座外形为一长方体，Si基座的中间设置有喇叭状的通孔，通孔孔径较小端位于Si基座的上表面，Si基座上表面紧贴于复合弹性支撑层下表面，通孔与复合弹性支撑层之间形成为空腔；空腔顶面对应的复合弹性支撑层的部分为弹性膜片，弹性膜片用于形成振膜，空腔顶面和侧面形成声波反射界面；检测元件包括FBAR、引线、焊盘，FBAR通过引线与焊盘连接；本发明具有可制造性好、温度稳定性高、模态交叉耦合小和机械强度高的优点。
【IPC分类】H04R19-04
【公开号】CN104837099
【申请号】CN201510055829
【发明人】高杨, 赵俊武, 何婉婧, 李君儒, 黄振华, 蔡洵, 尹汐漾, 赵坤丽
【申请人】中国工程物理研究院电子工程研究所
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年2月3日