一种mems硅麦克风及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及硅麦克风技术领域，尤其涉及一种MEMS硅麦克风及其制备方法。
【背景技术】
[0002]麦克风作为一种将声音信号转换为电信号的装置，广泛的应用在手机、摄像机等智能终端设备中。
[0003]随着社会的发展以及高科技术的不断进步，微电机技术(Micro ElectroMechanical Systems，简称MEMS)已经逐渐融入至麦克风的生产领域中，MEMS实现了各种传感器的微型化和低成本化，并且在智能终端设备中已经出现诸如MEMS硅麦克风的信号转换装置。
[0004]MEMS硅麦克风采用电容式的原理，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。当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，进一步的，通过CMOS放大器将电容变化转化为电压信号的变化并进行输出。
[0005]人的语音声压信号微弱，因此，作为感受信号的振动薄膜必须减薄到一定的厚度使其具有较强的灵敏度。现有技术工艺中，振动薄膜的制备会导致其具有不同程度的残余应力，因此会大大降低振动薄膜的灵敏度。
[0006]传统技术方案主要是采用多晶硅或者金属和氮化硅的叠层作为振动薄膜的主要材料，并通过以下几个方面进行提高振动薄膜的灵敏度:第一、若振动薄膜的材质为多晶硅，需对制备后的振动薄膜进行附加退火处理，该技术方案虽然可以降低残余应力，但是远远达不到振动薄膜所需灵敏度的要求；第二、若振动薄膜的材质为氮化硅或多晶硅，可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；第三、通过对振动薄膜的机械结构进行改造，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。
[0007]因此，如何解决上述技术缺陷成为本领域技术人员致力于研究的方向。
【发明内容】
[0008]鉴于现有技术中的不足和缺陷，本发明提供了一种MEMS硅麦克风及其制备方法，该发明技术方案可以实现在简化MEMS硅麦克风制造工艺的基础上，还可以满足灵敏度、可靠性以及产量方面的需求。
[0009]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
[0010]一种MEMS硅麦克风的制备方法，其中，所述方法包括:
[0011]步骤S1、提供一振动薄膜基板和一具有中心区域和及环绕该中心区域的边缘区域的多孔背极板硅基，且在所述中心区域中的多孔背极板硅基上开设有若干间隔排列的盲孔；
[0012]步骤S2、分别于所述多孔背极板硅基的上下表面均沉积一层第一绝缘层，且该第一绝缘层还覆盖所述盲孔的底部及其侧壁；
[0013]于所述振动薄膜基板的上下表面各沉积一层第二绝缘层；
[0014]步骤S3、将所述振动薄膜基板的下表面键合至所述多孔背极板硅基的上表面，以形成所述MEMS硅麦克风的电容极板；
[0015]步骤S4、对所述振动薄膜基板进行减薄处理，以形成所述MEMS硅麦克风的单晶硅振膜；
[0016]步骤S5、部分刻蚀所述单晶硅振膜并停止在所述第二绝缘层中，以在所述边缘区域中形成凹槽和若干弧形沟槽，在所述中心区域中形成若干第一通孔和若干第二通孔，且所述若干弧形沟槽位于所述凹槽与中心区域之间；
[0017]步骤S6、制备富硅氮化硅层覆盖所述第二通孔的底部及其侧壁，且该富硅氮化硅层还延伸覆盖临近所述第二通孔的振膜的部分上表面，以形成凸柱；
[0018]步骤S7、刻蚀部分所述凹槽的底部至所述多孔背极板硅基的上表面，以形成一开P ;
[0019]于所述开口中及位于所述边缘区域内的所述振膜之上均制备一金属电极，且该两个金属电极分别位于所述中心区域的相对一侧；
[0020]步骤S8、刻蚀所述多孔背极板硅基的下表面，以形成将位于所述盲孔底部的第一绝缘层予以暴露的背腔；
[0021]步骤S9、部分去除所述第一绝缘层和所述第二绝缘层，以保留位于所述边缘区域之上的部分第一绝缘层和部分第二绝缘层，用于支撑所述单晶硅振膜。
[0022]较佳的，上述的MEMS娃麦克风的制备方法，其中，所述振动薄膜基板为单晶娃衬底或包括有器件层和位于所述器件层之上的SOI晶片。
[0023]较佳的，上述的MEMS硅麦克风的制备方法，其中，步骤SI中，所述中心区域中的若干盲孔通过DRIE工艺实现。
[0024]较佳的，上述的MEMS硅麦克风的制备方法，其中，步骤S5中，通过采用RIE工艺刻蚀所述单晶硅振膜。
[0025]较佳的，上述的MEMS硅麦克风的制备方法，其中，所述步骤S6具体包括:
[0026]于所述第二绝缘层的上表面、所述单晶硅振膜的上表面和所述第二通孔的底部及其侧壁沉积富硅氮化硅层，且所述富硅氮化硅层填充所述弧形沟槽和所述第一通孔；
[0027]刻蚀部分所述富硅氮化硅层，使其仅保留在所述第二小孔的底部、侧壁且该氮化硅层还延伸覆盖临近所述第二通孔的单晶硅振膜的部分上表面，以形成凸柱。
[0028]较佳的，上述的MEMS硅麦克风的制备方法，其中，所述步骤S7具体包括:
[0029]刻蚀部分所述凹槽的底部至所述多孔背极板硅基的上表面，以形成开口 ；
[0030]于所述单晶硅振膜之上沉积一层金属层，且所述金属层完全覆盖所述第二绝缘层和所述富硅氮化硅层，且所述金属层还填充所述弧形沟槽、所述第一通孔、所述第二通孔和所述开口 ；
[0031]刻蚀部分所述金属层，使其仅位于所述开口中和位于边缘区域中的部分所述单晶硅振膜的上表面，并作为两个金属电极，且该两个金属电极分别位于所述中心区域的相对一侧。
[0032]一种MEMS硅麦克风，其中，包括:
[0033]作为所述MEMS硅麦克风的电容极板的多孔背极板硅基和单晶硅振膜，所述多孔背极板硅基上设有背极板金属电极和二氧化硅层，所述背极板金属电极与所述多孔背极板硅基实现电连接；所述多孔背极板硅基中设置有背腔和若干声孔，该若干声孔分布于所述背腔之上，且每个所述声孔均与所述背腔连通；
[0034]所述单晶硅振膜位于所述多孔背极板硅基之上，且由所述二氧化硅层支撑；所述单晶硅振膜上具有若干凸柱、若干弹簧支撑结构和若干辅助微孔，所述单晶硅振膜上设有与所述单晶硅振膜电连接的振膜金属电极；所述单晶硅振膜和所述多孔背极板硅基之间具有气隙，所述单晶硅振膜、所述多孔背极板硅基和所述气隙形成所述MEMS硅麦克风的电容结构；
[0035]其中，所述振膜金属电极和所述背极板金属电极分别作为所述电容结构的两电容极板的输出信号引出端，用于连接CMOS信号放大电路。
[0036]较佳的，上述的MEMS娃麦克风，其中，所述凸柱的材质为富娃氮化娃。
[0037]较佳的，上述的MEMS硅麦克风，其中，所述若干弹簧支撑结构环绕所述若干凸柱和所述若干辅助微孔设置。
[0038]较佳的，上述的MEMS硅麦克风，其中，所述多孔背极板硅基的厚度为400?420um，所述振膜的厚度为I?3um。
[0039]上述技术方案具有如下优点或有益效果:
[0040]本发明技术方案的MEMS硅麦克风中，通过在多孔背极板硅基上方设有单晶硅振膜，并由二氧化硅层分离，其通过硅硅键合法与多孔背极板硅基键合，两者形成麦克风的电容结构；另外单晶硅振膜具有残余应力小且一致性好的特点，从而可提高MEMS硅麦克风的灵敏度和良率；振膜上设有弹簧支撑、凸柱、微孔等其它结构，可快速释放振膜的残余应力，同时避免振膜和多孔背极板硅基间吸和可能性，进一步提高麦克风的良率和可靠性，因此，本发明技术方案生产的MEMS硅麦克风结构具有生产工艺简单、灵敏度高、成本低、一致性好、可靠性强等特点。
【附图说明】
[0041]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、夕卜形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分，同时也可以未按照比例绘制附图，其重点在于示出本发明的主旨。
[0042]图1是本发明中MEMS硅麦克风顶侧的结构示意图；
[0043]图2是本发明中MEMS硅麦克风背侧的结构示意图；
[0044]图3是本发明中MEMS硅麦克风的剖面结构示意图；
[0045]图4?图11是本发明中MEMS硅麦克风的制备工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施例的保护范围不限于下述的实施例。
[0047]鉴于现有技术中的不足