电容式微硅麦克风的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种电容式微硅麦克风及其制造方法。所述电容式微硅麦克风包括衬底、设置在衬底正面的第一绝缘支撑层、形成在所述第一绝缘支撑层上方的可动敏感层、设置在可动敏感层上方的背极板。可动敏感层包括与背极板间隔设置的振动体。所述衬底和第一绝缘支撑层形成有自衬底的背面朝正面方向凹陷以露出所述振动体的背腔。所述可动敏感层还具有若干设置在振动体周围并固定在背极板和衬底之间的锚点、连接锚点和振动体并向下暴露于背腔内的柔性梁以及连接在锚点外侧的压焊点。所述第一绝缘支撑层还包括自背腔向外继续延伸的延伸腔，所述电容式微硅麦克风还包括抗冲击结构，所述抗冲击结构向下暴露于延伸腔内且呈悬空状设置于衬底的正面上方。
【专利说明】电容式微硅麦克风
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种麦克风制造【技术领域】，尤其涉及一种电容式微硅麦克风。
【背景技术】
[0002]MEMS (Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)技术是近年来高速发展的一项高新技术，它采用先进的半导体制造工艺，实现传感器、驱动器等器件的批量制造，与对应的传统器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量以及价格方面有十分明显的优势。市场上，MEMS器件的主要应用实例包括压力传感器、加速度计及硅麦克风等。
[0003]装配麦克风至电路板的自动化表面贴装工艺需经历高温，传统驻极体麦克风(ECM)在高温下会发生电荷泄漏，致使ECM失效，因此ECM的装配只能采用手工装配。电容式微硅麦克风可以耐受高温，能采用表面贴装工艺以实现自动装配，另外电容式微硅麦克风在小型化、性能、可靠性、环境耐受性、成本及量产能力上与ECM比都有相当优势，采用MEMS技术制造的电容式微硅麦克风将迅速作为ECM的代替者迅速占领手机、PDA、MP3及助听器等消费电子产品市场。
[0004]虽然对电容式微硅麦克风的研究已经开展有二十余年，具体实现电容式微硅麦克风的方法很多。目前对麦克风提出了更小，成本更低，性能(信噪比等指标)更好的要求。目前振动膜四周全部固支的结构如果持续减小尺寸，会导致灵敏度下降，信噪比下降。因此有必要采用更软的柔性梁来悬挂振动膜。但是更软的梁有不能耐受跌落、冲击的缺点。
[0005]因此，有必要对现有的电容式微硅麦克风予以改进以解决上述问题。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种可耐受跌落、冲击的电容式微硅麦克风。
[0007]为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种电容式微硅麦克风，其包括具有正面和背面的衬底、设置在衬底正面的第一绝缘支撑层、形成在所述第一绝缘支撑层上方的可动敏感层、设置在可动敏感层上方的背极板，所述可动敏感层包括与背极板间隔设置的振动体，所述振动体悬空设置，所述衬底和第一绝缘支撑层形成有自衬底的背面朝正面方向凹陷以露出所述振动体的背腔，所述可动敏感层还具有若干设置在振动体周围并固定在背极板和衬底之间的锚点、连接锚点和振动体并向下暴露于背腔内的柔性梁以及连接在锚点外侧的压焊点，所述第一绝缘支撑层还包括自背腔向外继续延伸的延伸腔，所述电容式微硅麦克风还包括连接在所述振动体外侧的抗冲击结构，所述抗冲击结构向下暴露于延伸腔内且呈悬空状设置于衬底的正面上方。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，所述抗冲击结构自振动体边缘向外延伸而成。
[0009]作为本实用新型的进一步改进，所述抗冲击结构沿垂直所述振动体边缘的方向直线延伸而成。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，所述振动体呈圆形，所述抗冲击结构沿所述振动体径向延伸形成。
[0011]作为本实用新型的进一步改进，所述锚点和柔性梁沿振动体圆周方向均匀设置，所述抗冲击结构设置在相邻的柔性梁之间。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，所述电容式微硅麦克风还具有设置在可动敏感层和背极板之间的第二绝缘支撑层，所述第二绝缘支撑层具有形成在振动体与背极板之间的空腔，所述抗冲击结构包括自振动体边缘延伸的延伸部、设置在背极板上的缓冲部、设置在空腔内并连接延伸部和缓冲部的支撑结构，所述支撑结构位于背腔正上方，所述缓冲部的外侧缘位于衬底的正面上方，并且所述缓冲部与背极板上除缓冲部外的其他部分通过通槽分隔开。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，所述背极板上设置有朝向所述振动体的防粘着结构，所述防粘着结构为自所述背极板朝所述振动体突伸形成的凸点。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，所述背极板上开设有若干声孔，所述凸点与所述声孔错位设置。
[0015]作为本实用新型的进一步改进，所述柔性梁为柔性折叠梁，并具有连接振动体边缘的第一连接部、连接锚点的第二连接部、以及设置在第一连接部和第二连接部之间的梁体，所述梁体与所述振动体和锚点间隔设置。
[0016]本实用新型的有益效果是:本实用新型电容式微硅麦克风通过采用柔性梁使振动体能够充分的释放加工工艺中带来残余应力，从而使电容式微硅麦克风的灵敏度对工艺不敏感；同时较软的柔性梁使得整个芯片不必做得太大即可有高灵敏度及高信噪比；同时又设置了抗冲击结构使得受到气体吹击和跌落等冲击时振动体和柔性梁等不会损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型电容式微硅麦克风一较佳实施方式的剖视图。
[0018]图2是图1中电容式微硅麦克风的另一角度的剖视图。
[0019]图3是图1中电容式微硅麦克风中的可动敏感层的立体图。
[0020]图4至图15是图1中电容式微硅麦克风的制作过程示意图。
[0021]图16是本实用新型电容式微硅麦克风的另一实施方式的剖视图。
【具体实施方式】
[0022]以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
[0023]请参照图1至图3所示为本实用新型电容式微硅麦克风100的第一较佳实施方式。本实用新型电容式微硅麦克风100包括具有正面11和背面12的衬底1、设置在衬底I正面11的第一绝缘支撑层2、设置在第一绝缘支撑层2上的可动敏感层3、设置在可动敏感层3上的第二绝缘支撑层4、设置在第二绝缘支撑层4上的导电层5、设置在导电层5上的结构层6、金属导电体71以及用以防止可动敏感层3受冲击而过度浮动的抗冲击结构。所述导电层5及结构层6共同组成位于可动敏感层3上方的背极板8。
[0024]所述衬底I为低阻硅或者有金属覆盖表面的玻璃，以用以起支撑作用。所述第一绝缘支撑层2位于可动敏感层3与衬底I之间，起到将可动敏感层3支撑在衬底I上的作用，还在可动敏感层3与衬底I之间起绝缘的作用。所述衬底I和第一绝缘支撑层2形成有自衬底I的背面12朝正面11方向凹陷以露出所述可动敏感层3的背腔13。所述背腔13的形状可为圆形，也可为方形等形状。所述第一绝缘支撑层2还包括自背腔13向外继续延伸的延伸腔21。
[0025]结合图1至3所示，所述可动敏感层3位于第一绝缘支撑层2及第二绝缘支撑层4之间，并具有向下暴露于背腔13内并悬空设置的振动体34、若干设置在振动体34周围并固定在背极板8和衬底I之间的锚点31、连接锚点31和振动体34并向下暴露于背腔13内的柔性梁33以及压焊点35。所述压焊点35与锚点31相连接进而与振动体34相连接以将电信号引出。
[0026]在本实施方式中，所述振动体34对应背腔13的形状而设置为圆形，当然，所述振动体34也可设置为其他形状；所述柔性梁33和锚点31沿振动体34圆周方向均匀分布。并且在本实施方式中，所述柔性梁33为柔性折叠梁，并具有连接振动体34边缘的第一连接部331、连接锚点31的第二连接部333、以及设置在第一连接部331和第二连接部333之间的梁体332。在本实施方式中，所述第一连接部331和第二连接部333基本上均沿振动体34径向延伸，并且沿振动体34圆周方向间隔设置；所述梁体332大致平行于振动体34边缘延伸。所述振动体34和梁体332之间形成有窄槽32，并且在本实施方式中，所述锚点31和梁体332之间也形成有间隙37，所述振动体34、锚点31和柔性梁33即通过在可动敏感层3上开设所述窄槽32和间隙37而形成，亦即所述梁体332与所述振动体34和锚点31间隔设置。所述柔性梁33和锚点31的形状也可设置为方形或圆形等。
[0027]所述振动体34与柔性梁33均悬空设置，悬空的振动体34与柔性梁33形成为可动敏感层3中的可动结构，在声压做用下可实现振动从而产生电容变化。所述锚点31分布在振动体34四周，并主要通过第一绝缘支撑层2固定在衬底I上。
[0028]结合图1至图3所示，在本实施方式中，所述抗冲击结构为自振动体34边缘向外延伸的突片36。所述突片36延伸入所述延伸腔21内且呈悬空状设置于衬底I正面上方，而非背腔13上方，从而在振动体34受到气体吹击、跌落等冲击向背腔13运动时，该突片36可被衬底I限制位移从而使得振动体34不会运动范围过大，进而使得柔性梁33不会由于被拉伸过多而引起破裂。
[0029]所述抗冲击结构36沿垂直所述振动体34边缘的方向直线延伸而成。在本实施方式中，所述抗冲击结构36为沿所述振动体34径向延伸形成，并且设置在相邻的柔性梁33之间。
[0030]请参照图1、2所示，所述第二绝缘支撑层4位于可动敏感层3与背极板8之间，其厚度即定义了可动敏感层3与背极板8之间的间距。所述第二绝缘支撑层4具有形成在振动体34与背极板8之间的空腔43，从而使得所述振动体34和背极板8的导电层5形成一电容，振动体34和导电层5作为该电容的二个电极板。
[0031]在所述背极板8中，所述导电层5设置有焊点54及圆孔52，所述焊点54与可动敏感层3上的压焊点35相对应设置以连接可动敏感层3，所述圆孔52起到传递声音到振动体34上的作用，还可起到释放工艺时输运腐蚀液的作用；所述结构层6位于导电层5上方，所述结构层6上设置有通孔62，起到传递声音到振动体34上的作用，还可起到释放工艺时输运腐蚀液的作用，所述通孔62与圆孔52大小及位置一致，使得两者共同构成声孔，所述声孔的形状可采用圆形，但形状大小及位置也可根据需要进行设计以便得到好的声学性能。
[0032]所述导电层5上还设置有朝向振动体34的防粘着结构53。该防粘着结构53为自背极板8朝向振动体34方向突伸所形成的凸点。所述凸点53与导电层5上的圆孔52错位设置。通过该凸点53能够有效的防止振动体34黏附到导电层5上。所述凸点53的形状可为圆形及方形，数量可根据需要进行设计。
[0033]所述结构层6上还设置有开口 61，所述开口 61位于压焊点35和焊点54的上方，用于将可动敏感层3上的压焊点35及导电层5上的焊点54露出，所述金属导电体71设置于开口 61内以便引出信号。当然，所述结构层6和导电层5也可调整位置，改为导电层5在结构层6的上方。
[0034]此外，请参照图16所示，作为本实用新型的另一实施方式，所述抗冲击结构还可设置为包括自振动体34边缘延伸的延伸部91、设置在背极板8上的缓冲部93、设置在空腔43内并连接延伸部91和缓冲部93的支撑结构92，所述支撑结构92位于背腔13正上方，所述缓冲部93的外侧缘位于衬底I的正面11上方，并且所述缓冲部93与背极板8上除缓冲部93外的其他部分通过通槽95分隔开。在该实施方式中，当振动体34受到冲击向背腔13运动时，缓冲部93可被衬底I阻挡住，而不至于运动幅度过大导致柔性梁33的损坏。
[0035]请参见图4至图15，本实用新型一实施例中的电容式微硅麦克风的制造方法包括以下步骤。
[0036]结合图4, S1:提供一具有正面11和背面12的衬底I,该衬底I可以为低阻娃,或者有金属覆盖表面的玻璃，并主要用以起支撑作用。
[0037]结合图5，S2:在衬底I的正面11淀积绝缘材料以形成第一绝缘支撑层2。该绝缘材料可为氧化硅。
[0038]结合图3、图6、图7，S3:在第一绝缘支撑层2上淀积导电物质以形成可动敏感层
3。该导电物质可为多晶硅，使得可动敏感层3具有导电功能。同时在所形成的可动敏感层3上采用光刻、各向异性刻蚀工艺形成若干窄槽32以定义出围设在窄槽32之间的振动体34、同时形成围设在振动体34外围的柔性梁33、连接在柔性梁33外侧的锚点31、连接锚点31的压焊点35以及连接在振动体34边缘外侧的抗冲击结构36。在该成型过程中，所述振动体34由窄槽32决定大小，并且在本实施方式中将所述振动体34的形状设置为圆形，柔性梁33的数量可根据对灵敏度等的需要进行刻蚀设计。
[0039]请结合图8至图10，S4:在可动敏感层3上淀积绝缘材料以形成第二绝缘支撑层
4。具体为，本步骤S4具体由S41至S43步骤完成。
[0040]请参见图8，S41:在可动敏感层3上淀积氧化硅以形成第二绝缘支撑层4。
[0041]请参见图9，S42:在第二绝缘支撑层4上采用光刻、腐蚀掩膜、各向异性刻蚀工艺形成若干凹槽41。所形成的凹槽41位于振动体34的正上方。
[0042]请参见图10，S43:在第二绝缘支撑层4上采用光刻腐蚀等工艺局部腐蚀以露出压焊点35。
[0043]结合图1及图11，S5:采用化学气相沉积(CVD)工艺在第二绝缘支撑层4上淀积多晶硅以形成导电层5。再采用光刻、刻蚀等工艺形成圆孔52、压焊点54等图形。由于在S42步骤中于第二绝缘支撑层4上形成有若干凹槽41，所以，在形成导电层5的同时，导电层材料将凹槽41填充以形成凸点53。该凸点53用以防止背极板8黏附到振动体34上。由于在S42步骤中凹槽41形成在振动体34的正上方，而凸点53又是多晶硅填充凹槽41所形成，所以，凸点53位于振动体34的正上方。
[0044]结合图12、图13，S6:再采用化学气相沉积(CVD)工艺在导电层5上淀积绝缘物质以形成结构层6，该绝缘物质可为氮化硅等材料；并且在结构层6上采用光刻、刻蚀工艺形成若干通孔62，该通孔62与圆孔52位置大小对应一致且相互连通；所述导电层5与结构层6共同形成背极板8 ;所述通孔62与圆孔52合起来即共同组成声孔。所述声孔与形成的凸点53错位设置，使得凸点53可以起到防止黏附的作用。声孔位于振动体34的正上方。
[0045]在本步骤中同时也形成了凹槽61，凹槽61露出了压焊点35及焊点54。
[0046]结合图14，S7:采用溅射、光刻、腐蚀等工艺用以在压焊点上制作金属导电体71。
[0047]结合图15，S8:采用双面光刻工艺结合深硅刻蚀工艺，从衬底I的背面12进行深硅刻蚀制作背腔13的一部分。该背腔13部分自衬底I的背面12朝正面11延伸并贯穿衬底I。在本步骤中，第一绝缘支撑层2作为自停止层，深硅刻蚀自停止在自停止层2上。背腔13的形状与大小根据需要设计为圆形或方形等。
[0048]请参照图1及图2，S9:采用湿法腐蚀等工艺，从背腔13及正面的声孔进行湿法腐蚀,去除第一绝缘支撑层2的部分以于衬底I的背面露出振动体34并使该振动体34、柔性梁33悬空，同时使所述抗冲击结构36悬空收容在衬底I和背极板8之间；去除振动体34、柔性梁33与背极板8之间的第二绝缘支撑层4的部分以形成空腔43。悬空的振动体34即成为为可动敏感层3中的可动结构。上述振动体34和背极板8形成一电容，振动体34和背极板8分别作为该电容的两个电极板。
[0049]综上所述，本实用新型电容式微硅麦克风通过采用柔性梁33使振动体34能够充分的释放加工工艺中带来残余应力，从而使电容式微硅麦克风的灵敏度对工艺不敏感；同时较软的柔性梁33使得整个芯片不必做得太大即可有高灵敏度及高信噪比；同时又设置了抗冲击结构使得受到气体吹击和跌落等冲击时振动体34和柔性梁33等不会损坏。
[0050]另外，本实用新型电容式微硅麦克风的制造方法还可有效减小电容式微硅麦克风的体积，并且通过上述制造方法可在不同批次中可得到均匀性和一致性的电容式微硅麦克风，而且还能降低在后续封装时所引入的应力对麦克风灵敏度造成的影响。另外在此工艺中同时形成了防止黏附的凸点53结构以及抗冲击结构使得受到气体吹击和跌落等冲击时振动体34和柔性梁33等不会损坏。
[0051]应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0052]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电容式微娃麦克风,包括:具有正面和背面的衬底、设置在衬底正面的第一绝缘支撑层、形成在所述第一绝缘支撑层上方的可动敏感层、设置在可动敏感层上方的背极板，所述可动敏感层包括与背极板间隔设置的振动体，所述振动体悬空设置，所述衬底和第一绝缘支撑层形成有自衬底的背面朝正面方向凹陷以露出所述振动体的背腔，其特征在于，所述可动敏感层还具有若干设置在振动体周围并固定在背极板和衬底之间的锚点、连接锚点和振动体并向下暴露于背腔内的柔性梁以及连接在锚点外侧的压焊点，所述第一绝缘支撑层还包括自背腔向外继续延伸的延伸腔，所述电容式微硅麦克风还包括连接在所述振动体外侧的抗冲击结构，所述抗冲击结构向下暴露于延伸腔内且呈悬空状设置于衬底的正面上方。
2.根据权利要求1所述的电容式微娃麦克风，其特征在于:所述抗冲击结构自振动体边缘向外延伸而成。
3.根据权利要求2所述的电容式微硅麦克风，其特征在于，所述抗冲击结构沿垂直所述振动体边缘的方向直线延伸而成。
4.根据权利要求2所述的电容式微硅麦克风，其特征在于，所述振动体呈圆形，所述抗冲击结构沿所述振动体径向延伸形成。
5.根据权利要求4所述的电容式微硅麦克风，其特征在于，所述锚点和柔性梁沿振动体圆周方向均匀设置，所述抗冲击结构设置在相邻的柔性梁之间。
6.根据权利要求1所述的电容式微娃麦克风，其特征在于，所述电容式微娃麦克风还具有设置在可动敏感层和背极板之间的第二绝缘支撑层，所述第二绝缘支撑层具有形成在振动体与背极板之间的空腔，所述抗冲击结构包括自振动体边缘延伸的延伸部、设置在背极板上的缓冲部、设置在空腔内并连接延伸部和缓冲部的支撑结构，所述支撑结构位于背腔正上方，所述缓冲部的外侧缘位于衬底的正面上方，并且所述缓冲部与背极板上除缓冲部外的其他部分通过通槽分隔开。
7.根据权利要求1所述的电容式微硅麦克风，其特征在于，所述背极板上设置有朝向所述振动体的防粘着结构，所述防粘着结构为自所述背极板朝所述振动体突伸形成的凸点。
8.根据权利要求7所述的电容式微硅麦克风，其特征在于，所述背极板上开设有若干声孔，所述凸点与所述声孔错位设置。
9.根据权利要求1所述的电容式微硅麦克风，其特征在于，所述柔性梁为柔性折叠梁，并具有连接振动体边缘的第一连接部、连接锚点的第二连接部、以及设置在第一连接部和第二连接部之间的梁体，所述梁体与所述振动体和锚点间隔设置。
【文档编号】H04R19/04GK204090150SQ201420449714
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】胡维, 李刚 申请人:苏州敏芯微电子技术有限公司