Mems麦克风及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及MEMS技术领域，特别涉及一种MEMS麦克风及其形成方法。
【背景技术】
[0002]米用微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)工艺的 MEMS 麦克风由于其小型化和轻薄化的特点，逐渐取代了传统的麦克风。
[0003]参照图1、图2，现有的一种MEMS麦克风包括:基底1，基底1具有正面S1和背面S2，基底1具有贯穿正面S1和背面S2的背腔11 ;位于基底1正面S1的膜片2，膜片2覆盖背腔11 ;位于膜片2上的支撑部3、和横亘在支撑部3上的导电极板4，导电极板4与膜片2之间具有间隙5，该间隙5对应背腔11的位置，背腔11和间隙5为膜片2振动提供空间，支撑部3具有绝缘性且起到支撑导电极板4的作用。在导电极板4中形成有若干相互隔开的声孔41，声孔41与间隙5连通。
[0004]在MEMS麦克风工作时，声音从导电极板4中的声孔41进入间隙5，并引起膜片2振动。其中膜片2与导电极板4相对而构成一个电容,膜片2与导电极板4分别与读出电路(未示出)电连接。当膜片2上下振动时，膜片2与导电极板4之间的间距发生改变，这会引起电容值变化，进而使声音信号转换成电信号。
[0005]但是，参照图2，声音经背腔11进入间隙5，膜片2与通孔41之间无遮挡，声音直接作用在膜片2上，当声音较大时，膜片2会受到很大的声音冲击力，而容易在较短时间内出现损伤甚至破裂的问题，降低了 MEMS麦克风的使用寿命和性能。另外，即使声音不大，膜片2长时间遭受声音冲击，也存在上述损伤和寿命较短的问题。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是，现有MEMS麦克风的使用寿命低且性能不佳。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种MEMS麦克风的形成方法，该MEMS麦克风的形成方法包括:
[0008]提供第一晶圆，所述第一晶圆的正面具有第一区和第二区，所述第二区环绕第一区，在所述第一区形成有导电极板；
[0009]在所述第一区形成覆盖、且包围导电极板的第一牺牲层；
[0010]在所述第一区形成位于第一牺牲层侧壁的第一支撑部、位于所述第一支撑部和第一牺牲层上的第一膜片，所述第一支撑部导电；
[0011]在垂直于第一晶圆正面方向上，在所述第一膜片上对应第一牺牲层的位置形成至少一层第二牺牲层；
[0012]在形成每层第二牺牲层后，形成位于该层第二牺牲层侧壁的第二支撑部、位于所述第二支撑部和第二牺牲层上的第二膜片，在每层所述第二膜片中形成若干相互隔开的第一通孔，所述第一通孔露出第二牺牲层，所述第二支撑部对应第一支撑部的位置，所述第二支撑部导电；
[0013]在形成所有第二牺牲层、第二膜片和第一通孔后，去除第一牺牲层和所有第二牺牲层；
[0014]提供第二晶圆，在所述第二晶圆背面形成有凹槽，所述凹槽侧壁对应第二区的位置，所述凹槽对应第一区的位置，在所述凹槽的底面形成有若干相互隔开的声孔，所述声孔贯通第二晶圆正面；
[0015]在所述第二区位置，将所述凹槽侧壁与第一晶圆正面键合在一起，所述凹槽底面与顶层第二膜片之间具有间隙。
[0016]可选地,所述第一膜片、第二膜片的厚度范围为0.5μηι?2μηι。
[0017]可选地，所述第一膜片与相邻的第二膜片之间的间距、所有第二膜片中的相邻两膜片之间的间距、所述第一膜片与导电极板之间的间距、顶层第二膜片与导电极板之间的间距范围均为1 μ m?4 μ m。
[0018]可选地，所述凹槽底面与导电极板之间的间距范围为30μπι?50μπι。
[0019]可选地，所述第一支撑部的数量为多个，多个所述第一支撑部相互隔开；
[0020]使用各向同性干法刻蚀去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，刻蚀气体通过所述第一通孔刻蚀第二牺牲层、通过相邻两第一支撑部之间的空隙刻蚀第一牺牲层；或者，
[0021]使用湿法刻蚀去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，刻蚀剂通过所述第一通孔刻蚀第二牺牲层、通过相邻两第一支撑部之间的空隙刻蚀第一牺牲层。
[0022]可选地，在形成所述第二牺牲层之前，在所述第一膜片中形成若干第二通孔，所述第二通孔露出第一牺牲层。
[0023]可选地，所述第一支撑部为环形；
[0024]在形成所述第二牺牲层之前，在所述第一膜片中形成若干第二通孔，所述第二通孔露出第一牺牲层；
[0025]使用各向同性干法刻蚀去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，刻蚀气体通过所述第一通孔刻蚀第二牺牲层、通过所述第二通孔刻蚀第一牺牲层；或者，
[0026]使用湿法刻蚀去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，刻蚀剂通过所述第一通孔刻蚀第二牺牲层、通过所述第二通孔刻蚀第一牺牲层。
[0027]可选地，每个第二膜片上所有第一通孔在第一晶圆正面的投影表面积之和，大于所有第二通孔在所述第一晶圆正面的投影表面积之和。
[0028]可选地，在所述第一膜片和所有第二膜片中的相邻两膜片，顶层膜片上所有通孔在底层膜片表面上的投影与底层膜片上的通孔相互隔开。
[0029]可选地，所述第一支撑部和第一膜片的形成方法包括:
[0030]在所述第一晶圆和第一牺牲层上形成膜片材料层；
[0031]在所述膜片材料层上形成图形化的掩模层，所述图形化的掩模层定义第一膜片的位置；
[0032]以所述图形化的掩模层为掩模，刻蚀膜片材料层至露出第一晶圆，所述第一牺牲层侧壁的膜片材料层部分作为第一支撑部，所述第一支撑部上和第一牺牲层上的膜片材料层部分作为第一膜片；
[0033]去除图形化的掩模层。
[0034]本发明还提供一种MEMS麦克风，该MEMS麦克风包括:
[0035]第一晶圆，所述第一晶圆的正面具有第一区和第二区，所述第二区环绕第一区，在所述第一区形成有导电极板；
[0036]位于所述第一区且导电极板周围的第一支撑部、横亘在所述第一支撑部上的第一膜片，所述第一膜片与导电极板相对且具有间隙，所述第一支撑部与导电极板之间具有间隙，所述第一支撑部导电；
[0037]在垂直于第一晶圆正面方向上，位于所述第一膜片上的至少一层对应第一膜片位置的第二膜片，在第一膜片和所有第二膜片中的相邻两膜片之间具有对应第一支撑部位置的第二支撑部，所述第二支撑部导电，所述相邻两膜片相对且具有间隙；
[0038]位于每个所述第二膜片中的若干相互隔开的第一通孔；
[0039]第二晶圆，在所述第二晶圆背面形成有凹槽，所述凹槽的侧壁对应第二区的位置，所述凹槽对应第一区的位置，在所述凹槽的底面形成有若干相互隔开的声孔，所述声孔贯通第二晶圆正面；
[0040]在所述第二区位置，所述凹槽侧壁与第一晶圆的正面键合在一起，所述凹槽底面与顶层第二膜片之间具有间隙。
[0041]可选地,所述第一膜片、第二膜片的厚度范围为0.5μηι?2μηι。
[0042]可选地，所述第一膜片与相邻的第二膜片之间的间距、所有第二膜片中的相邻两膜片之间的间距、所述第一膜片与导电极板之间的间距、顶层第二膜片与导电极板之间的间距范围均为1 μ m?4 μ m。
[0043]可选地，所述凹槽底面与导电极板之间的间距范围为30 μ m?50 μ m。
[0044]可选地，所述第一支撑部的数量为多个，多个所述第一支撑部相互隔开。
[0045]可选地，在所述第一膜片中形成有若干第二通孔，所述第二通孔露出导电极板。
[0046]可选地，所述第一支撑部为环形，在所述第一膜片中形成有若干第二通孔，所述第二通孔露出导电极板。
[0047]可选地，每个第二膜片上所有第一通孔在第一晶圆正面的投影表面积之和，大于所有第二通孔在所述第一晶圆正面的投影表面积之和。
[0048]可选地，在所述第一膜片和所有第二膜片中的相邻两膜片，顶层膜片上所有通孔在底层膜片表面上的投影与底层膜片上的通孔相互隔开。
[0049]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0050]MEMS麦克风中，第一膜片和所有第二膜片中，相邻两膜片之间通过第二支撑部电连接，第一膜片和所有第二膜片共同作为上极板，导电极板作为下极板，该上极板和下极板构成一个电容，下极板可直接与第一晶圆中的集成电路电连接，上极板通过第一支撑部与第一晶圆中的集成电路电连接。
[0051]由于每层第二膜片均具有若干第一通孔，当声音从声孔中进入凹槽，除部分声音作用在第二膜片上，另外部分声音会通过第一通孔继续向下传播至第一膜片上。第一膜片和每个第二膜片受声音压力作用而振动，振动时引起每个膜片与导电极板之间间距的变化，并进一步引起电容值变化，电容值变化信号通过集成电路后输出，并经放大等处理后转化为电信号。其中，第二膜片中的第一通孔起到分流声音的作用，也就是传播到第二膜片的声音中仅有一部分对第二膜片施加作用力，同时传播到第一膜片上的声音能量也降低了，即使声音音量较大，第二膜片和第一膜片受到的作用力也减小，第一膜片和第二膜片受到的损伤降低。这样，第一膜片和第二膜片的使用寿命得到延长，延长了 MEMS麦克风的使用寿命，提升MEMS麦克风的性能。
【附图说明】
[0052]图1是现有技术的MEMS麦克风的俯视图；
[0053]图2是图1沿AA方向的剖面结构示意图；
[0054]图3?图19是本发明具体实施例的MEMS麦克风在形成过程各阶段的示意图。
【具体实施方式】
[0055]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明