麦克风及其制造方法与流程

本申请要求于2014年10月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0141156号的优先权和权益，将其全部内容以引用方式结合于本文中。

技术领域

本公开内容总体涉及麦克风及其制造方法，且更具体地，涉及具有改进的灵敏度的麦克风及其制造方法。

背景技术：

麦克风可以用于多种用途，诸如将语音转换为电信号。近年来，麦克风已逐渐小型化。为此，微电子机械系统(MEMS)技术得到发展。MEMS麦克风的有利之处在于其比传统的驻极体电容式麦克风(ECM)更加耐湿和耐热，并且其可被小型化和与信号处理电路集成。

通常，MEMS麦克风被分为两种类型：电容类型和压电类型。

电容类型MEMS麦克风包括固定电极和振动膜。当外部声压施加于振动膜时，电容值因为固定电极与振动膜之间的距离改变而改变。基于此时产生的电信号来测量声压。

同时，压电类型MEMS麦克风仅包括振动膜。当振动膜受到外部声压而形变时，由于压电效应产生电信号。基于该电信号来测量声压。

目前，为了改进电容类型MEMS麦克风的灵敏度，正在进行多方面的研究。

在该背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增进对本公开内容背景技术的理解，因此，其包括的信息可能并未形成为本领域的普通技术人员所已知的现有技术。

技术实现要素：

本公开内容致力于提供一种麦克风和制造麦克风的方法，该麦克风具有能够改进麦克风的灵敏度的优势。

本公开内容的实施方式提供一种麦克风，包括：基板，包含穿孔；振动膜，设置在基板上并且覆盖穿孔；固定电极；设置在振动膜以上并且与振动膜间隔开；固定板，设置在固定电极上；和多个进气口，设置在固定电极和固定板中。振动膜包括定位在穿孔以上的多个狭缝，并且多个狭缝的全部面积是振动膜的全部面积的大约8％至大约19％。

振动膜可包括注入有离子的第一部分和定位在第一部分的外周的第二部分。

多个狭缝可定位在第一部分的外部。

离子可包括硼离子或者磷离子。

固定电极可包括多个开口。

固定板可包括沿着从固定板朝向振动膜的方向突出的多个第一突出部，并且多个第一突出部可以穿透各个开口。

固定电极可包括沿着从固定电极朝向振动膜的方向突出的多个第二突出部。

振动膜可以由多晶硅或者导电材料制成。

固定电极可以由多晶硅或者金属制成。

固定板可包括氮化硅膜。

基板可以由硅制成。

麦克风可以进一步包括支撑层，该支撑层设置在振动膜的边缘并且被配置为支撑固定电极。

此外，根据本公开内容的实施方式，一种制造麦克风的方法，包括：提供基板；在基板上形成包括多个狭缝的振动膜；在振动膜上形成牺牲层；在牺牲层上形成固定电极；在固定电极上形成固定板；在固定电极和固定板中形成多个进气口；通过移除牺牲层的部分在固定电极与振动膜之间形成空气层；并且通过对基板的后部进行蚀刻在基板中形成穿孔，通过穿孔将振动膜的部分暴露。狭缝的全部面积是振动膜的全部面积的大约8％至大约19％。

多个狭缝可以定位在穿孔以上。

振动膜的形成可包括：在振动膜上形成缓冲层，通过缓冲层将振动膜的中心部分暴露；使用缓冲层作为掩模将离子注入到振动膜的暴露的部分中；并且移除缓冲层。

离子可包括硼离子或者磷离子。

固定电极的形成可包括：在固定电极中形成多个开口和牺牲层的多个凹陷单元。各个开口的边界线可以与各个凹陷单元的边界线基本上相同。

固定板可包括多个第一突出部，多个第一突出部被配置为穿透各个开口并且形成在各个凹陷单元中。

牺牲层的形成可包括通过对牺牲层的部分进行蚀刻形成多个凹陷单元。

固定电极可包括定位在各个凹陷单元中的多个第二突出部。

如上所述，并且根据本公开内容的示例性实施方式，具有振动膜的全部面积的8％至19％的面积的狭缝形成在振动膜中。因此，当振动膜振动(例如，响应于外部声音)时，麦克风的灵敏度可以因为可归因于空气阻尼的影响的减小而得到改进。此外，因为通过将离子注入到振动膜的部分中，振动膜具有增加的硬度，所以检测面积可以得到提高。

附图说明

图1是根据本公开内容的实施方式的麦克风的示意截面图；

图2是示意性地示出了图1的麦克风的振动膜的俯视平面图；

图3是示出了根据本公开内容的实施方式的麦克风和传统的麦克风的灵敏度的曲线图；

图4是示出了根据本公开内容的实施方式的麦克风和传统的麦克风的噪声的曲线图；

图5至图8是示出了制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的方法的示图；

图9是根据本公开内容的实施方式的麦克风的示意截面图；

图10至图13是示出了制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的方法的示图；

图14是根据本公开内容的实施方式的麦克风的示意截面图；

图15是示意性地示出了图14的麦克风的振动膜的俯视平面图；

图16是示出了制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的方法的示图；以及

图17是根据本公开内容的实施方式的麦克风的示意截面图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细描述本公开内容的实施方式。然而，本公开内容并不限于在本文中描述的实施方式，而是可以其他形式实现。相反地，提供公开的实施方式以使本文中的主题全面且完整，并且足以向本领域中的技术人员描述本公开内容的实质。

本文中使用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的，并不旨在限制本公开内容。除非上下文另有明确说明，否则如本文中使用的单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。应进一步理解的是，术语“包含”和/或“包括”在本说明书中使用时指定存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。

在附图中，为了描述的清楚起见，层和区域的厚度已被放大。此外，当说层相对另一层或者基板“位于…上”时，层可能直接地形成在另一层或者基板上或者可能有第三层介于其间。

在下文中，参考图1和图2描述根据本公开内容的实施方式的麦克风。

图1是根据本公开内容的实施方式的麦克风的示意截面图，及图2是示意性地示出了图1的麦克风的振动膜的俯视平面图。

参考图1和图2，麦克风包括基板100、振动膜120、固定电极130、和固定板140。

基板100可以由硅制成，并且穿孔110形成在基板100中。振动膜120设置在基板100上。振动膜120覆盖穿孔110。振动膜120的部分暴露于穿孔110，并且振动膜120的暴露于穿孔110的部分响应于外部声音而振动。

振动膜120具有圆形形状并且包括多个狭缝121。狭缝121形成在穿孔110上。振动膜120被示出为具有4个狭缝121，但是本公开内容不限于此。狭缝121的数量可以大于4。狭缝121可以具有相同的大小或者不同的大小。狭缝121的全部面积可以是振动膜120的全部面积的8％至19％。振动膜120可以由多晶硅制成。然而，振动膜120的材料不限于多晶硅。例如，振动膜120可以由导电材料制成。

与振动膜120隔开的固定电极130设置在振动膜120上，并且固定板140设置在固定电极130上。多个进气口141设置在固定电极130和固定板140中。固定电极130设置在支撑层163上并且固定于此。支撑层163设置在振动膜120的边缘部分，并且支撑层163支撑固定电极130。在该情况下，固定电极130可以由多晶硅或者金属制成。此外，固定电极130包括多个支撑层131。

空气层162形成在固定电极130与振动膜120之间。固定电极130和振动膜120彼此隔开预定的间隔。

固定板140与固定电极130接触。固定板140可以由氮化硅制成。然而，固定板140的材料不限于氮化硅，并且固定板140可以由其他绝缘材料制成。此外，固定板140包括多个第一突出部142。第一突出部142被配置为穿透固定电极130的各个开口131并且向振动膜120的方向突出。在该情况下，第一突出部142起防止振动膜120与固定电极130在振动膜120振动时彼此接触的作用。

外部声音通过形成在固定电极130和固定板140中的进气口141引入，因此激励振动膜120。响应于此振动膜120振动。当振动膜120响应于外部声音振动时，振动膜120与固定电极130之间的距离改变。因此，振动膜120与固定电极130之间的电容改变。信号处理电路(未示出)通过连接至固定电极130的第一焊盘151和连接至振动膜120的第二焊盘152，将改变的电容转换为电信号，从而能够检测外部声音。

振动膜120包括多个狭缝121。当振动膜120响应于外部声音振动时，狭缝121减小可归因于空气阻尼的影响，从而改进麦克风的灵敏度。在该情况下，空气阻尼是指振动膜的振动因空气而减小。如上所述，狭缝121的全部面积可以是振动膜120的全部面积的大约8％至大约19％。如果狭缝121的全部面积小于振动膜120的全部面积的大约8％，则有效检测面积增加的效果因为振动膜120的刚度增加而减小。因此，难以改进灵敏度，并且减小可归因于空气阻尼的影响的效果也减小。如果狭缝121的全部面积超过振动膜120的全部面积的大约19％，噪声信号因为振动膜120的刚度减小而增加，并且信噪比因为检测面积减小而具有低值。

以下参考图3和图4描述根据本公开内容的实施方式的麦克风和传统的麦克风的灵敏性。

图3是示出了根据本公开内容的实施方式的麦克风和传统的麦克风的灵敏度的曲线图，以及图4是示出了根据本公开内容的实施方式的麦克风和传统的麦克风的噪声的曲线图。

在图3和图4中，麦克风的振动膜具有圆形形状并且包括四个狭缝，并且四个狭缝的全部面积约是振动膜的全部面积的12％。传统的麦克风的振动膜具有圆形形状并且不包括狭缝。在该情况下，根据本公开的实施方式的麦克风的振动膜和传统的麦克风的振动膜均由多晶硅制成。

图3示出根据本公开内容的实施方式的麦克风在1KHz具有31.9的灵敏度(mV/Pa)，而传统的麦克风在1KHz具有6.8的灵敏度(mV/Pa)。即，可以看出，本文中公开的麦克风的灵敏度大约是传统的麦克风的灵敏度的4.7倍。

图4示出根据本公开的实施方式的麦克风在1KHz具有89.4的噪声 而传统的麦克风在1KHz具有27.7的噪声就信噪比(dB)而论，麦克风具有71.0的比率，而传统的麦克风具有67.8的比率。因此，可以看到本文中公开的麦克风具有改进的信噪比。

以下参考图5至图8描述制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的方法。

图5至图8是示出了制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的方法的示图。

参考图5，在制备基板100之后，在基板100上形成氧化层10。在氧化层10上形成包括多个狭缝121的振动膜120。在该情况下，基板100可以由硅制成，而振动膜120可以由多晶硅或者导电材料制成。

包括多个狭缝121的振动膜120可以通过在氧化层10上形成多晶硅层或者导电材料层并且使多晶硅层或者导电材料层图案化来形成。在该情 况下，多晶硅层或者导电材料层的图案化可通过以下方式进行：在多晶硅层或者导电材料层上形成光致抗蚀剂层，通过在光致抗蚀剂层上进行曝光和显影形成光致抗蚀剂层图案，并使用光致抗蚀剂层图案作为掩模对多晶硅层或者导电材料层进行蚀刻。同样地，氧化层10也被图案化。

参考图6，在振动膜120上形成包括多个凹陷单元161的牺牲层160和包括多个开口131的固定电极130。牺牲层160可以由光致抗蚀剂材料、氧化硅、或者氮化硅制成。固定电极130可以由多晶硅或者金属制成。

牺牲层160和固定电极130可通过以下方式形成：在振动膜120上形成光致抗蚀剂材料层、氧化硅层、或者氮化硅层，在光致抗蚀剂材料层、氧化硅层、或者氮化硅层上形成多晶硅层或者金属层，并且同时使光致抗蚀剂材料层、氧化硅层或者氮化硅层以及多晶硅层或者金属层图案化。在该情况下，多个凹陷单元161形成在牺牲层160中，并且多个开口131形成在固定电极130中。在该情况下，各个凹陷单元161的边界线与各个开口131的那些边界线相同。

参考图7，在固定电极130和牺牲层160上形成固定板140。通过使固定板140和固定电极130图案化形成多个进气口141。固定板140可以由氮化硅制成。

此外，固定板140包括多个第一突出部142。第一突出部142被配置为穿透固定电极130的各个开口131并且形成在牺牲层160的各个凹陷单元161中。牺牲层160的部分通过固定板140和进气口141暴露。

参考图8，在连接至固定电极130的第一焊盘151和连接至振动膜120的第二焊盘152形成之后，通过移除牺牲层160的部分形成空气层162和支撑层163。

在通过移除固定板140的部分暴露固定电极130之后，第一焊盘151形成在暴露的固定电极130上。在振动膜120通过移除牺牲层160的部分而被暴露之后，第二焊盘152形成在暴露的振动膜120上。

可以通过使用蚀刻剂通过进气口141的湿法来移除牺牲层160的部分，形成空气层162。此外，可以使用通过进气口141的干法，诸如根据氧等离子体的灰化来形成空气层162。牺牲层160的部分通过湿法或干法来移除，并因此，空气层162形成在固定电极130与振动膜120之间。保持完好的未被移除的牺牲层160形成支撑固定电极130的支撑层163。支撑层163放置在振动膜120的边缘。

当移除牺牲层160时，可能发生振动膜120与固定电极130彼此粘附的静摩擦现象。固定板140的第一突出部142可防止这种静摩擦现象。

参考图1，穿孔110形成在在基板100中。穿孔110通过在基板100的后部进行干法刻蚀或者湿法蚀刻形成。当对基板100的后部进行蚀刻时，氧化层10被蚀刻，使得振动膜120的部分被暴露。因此，狭缝121形成在穿孔110之上。

以下参考图9描述根据本公开内容的实施方式的另一个麦克风。

图9是根据本公开内容的实施方式的麦克风的示意截面图。

参考图9，除了固定电极和固定板的形状之外，该麦克风具有与图1的麦克风结构相同的结构。因此，省略对与图1的麦克风的那些元件相同的元件的描述。

与振动膜120隔开的固定电极130设置在振动膜120上，并且固定板140设置在固定电极130上。多个进气口141设置在固定电极130和固定板140中。固定电极130设置在支撑层163上并固定于此。支撑层163设置在振动膜120的边缘部分处，并且被配置为支撑固定电极130。在该情 况下，固定电极130由多晶硅或者金属制成。此外，固定电极130包括多个第二突出部132。第二突出部132沿从固定电极130至振动膜120的方向突出。

空气层162形成在固定电极130与振动膜120之间。固定电极130与振动膜120隔开预定的间隔。

固定板140与固定电极130接触。固定板140可以由氮化硅制成。然而，固定板140的材料不局限于氮化硅。例如，固定板140可以由与固定电极130的材料相同的材料制成。

外部声音通过形成在固定电极130和固定板140中的进气口141引入，因此激励振动膜120。响应于此，振动膜120振动。

当振动膜120响应于外部声音振动时，振动膜120与固定电极130之间的距离改变。因此，振动膜120与固定电极130之间的电容改变。信号处理电路(未示出)通过连接至固定电极130的第一焊盘151和连接至振动膜120的第二焊盘152将改变的电容转换为电信号，从而能够检测外部声音。

以下参考图10至图13描述制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的另一种方法。

图10至图13是示出了制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的方法的示图。

参考图10，在制备基板100之后，在基板100上形成氧化层10。在氧化层10上形成包括多个狭缝121的振动膜120。在该情况下，基板100可以由硅制成，而振动膜120可以由多晶硅或者导电材料制成。

此后，在振动膜120和基板100上形成牺牲层160之后，在牺牲层160中形成多个凹陷单元161。在该情况下，牺牲层160可以由光致抗蚀剂材料、氧化硅、或者氮化硅制成。多个凹陷单元161可以通过对牺牲层160的部分进行蚀刻形成。

参考图11，在牺牲层160上形成包括多个第二突出部132的固定电极130。在该情况下，固定电极130可以由多晶硅或者金属制成。第二突出部132形成在各个凹陷单元161之上。此外，牺牲层160的部分通过固定电极130暴露。

参考图12，在固定电极130和牺牲层160上形成固定板140之后，通过使固定板140和固定电极130图案化形成多个进气口141。在该情况下，固定板140可以由氮化硅制成。此外，牺牲层160的部分通过进气口141暴露。

参考图13，在连接至固定电极130的第一焊盘151和连接至振动膜120的第二焊盘152形成之后，通过移除牺牲层160的部分来形成空气层162和支撑层163。

在通过移除固定板140的部分使固定电极130暴露之后，在暴露的固定电极130上形成第一焊盘151。在通过移除牺牲层160和固定板140的部分使振动膜120暴露之后，在暴露的振动膜120上形成第二焊盘152。

空气层162可以通过使用穿过进气口141的蚀刻剂的湿法移除牺牲层160的部分来形成。此外，空气层162可以使用干法，诸如通过进气口141的根据氧等离子体的灰化来形成。牺牲层160的部分通过湿法或干法移除，因此，空气层162形成在固定电极130与振动膜120之间。保持完好且未被移除的牺牲层160形成支撑固定电极130的支撑层163。支撑层163形成在振动膜120的边缘处。

当移除牺牲层160时，可能发生振动膜120与固定电极130彼此粘附的静摩擦现象。固定电极130的第二突出部132可防止这种静摩擦现象。

参考图9，穿孔110形成在基板100内。

通过对基板100的后部进行干法蚀刻或湿法蚀刻来形成穿孔110。当对基板100的后部进行蚀刻时，氧化层10被蚀刻，使得振动膜120的部分暴露。因此，狭缝121形成在穿孔110之上。

以下参考图14和图15描述根据本公开内容的实施方式的另一个麦克风。

图14是根据本公开内容的实施方式的麦克风的示意截面图，及图15是示意性地示出了图14的麦克风的振动膜的俯视平面图。

参考图14和图15，除了振动膜的结构之外，该麦克风具有与图1的麦克风结构相同的结构。因此，省略对与图1的麦克风的那些元件相同的元件的描述。

振动膜120可以由多晶硅或者导电材料制成，并且包括多个狭缝121、第一部分122、和第二部分123。狭缝121在穿孔110之上形成并且放置在第一部分122外部。振动膜120被示出为具有四个狭缝121，但是狭缝121的数量不限于4并且可以大于4。狭缝121可以具有相同的大小或者不同的大小。狭缝121的全部面积可以是振动膜120的全部面积的8％至19％。

第一部分122被放置在穿孔110上，并且离子被注入到第一部分122中。离子可包括硼离子或者磷离子。第二部分123形成在第一部分122的外周，并且第二部分123起使振动膜120振动的弹簧的作用。因为离子被注入到第一部分122中，所以第一部分122具有比第二部分123更大的硬度。

当振动膜120响应于通过进气口141的外部声音振动时，振动膜120与固定电极130之间的距离改变。具体地，振动膜120的第一部分122与固定电极130之间的距离改变。然而，因为通过将离子注入第一部分122中，第一部分122具有增加的硬度(stiffness)，所以第一部分122未弯曲。因此，提高了检测面积。当振动膜120响应于外部声音振动时，狭缝121减小可归因于空气阻尼的影响，从而改进麦克风的灵敏度。

参考图16描述制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的另一种方法。

图16是示出了制造根据本公开内容的实施方式的麦克风的方法的示图。除了增加将离子注入到振动膜内的工艺之外，制造该麦克风的方法与制造图1的麦克风的方法相同。省略对与制造图1的麦克风的方法的那些工艺相同的工艺的描述。

参考图16，在制备基板100之后，在基板100上形成氧化层10。在氧化层10上形成包括多个狭缝121的振动膜120之后，在振动膜120和基板100上形成缓冲层20。在该情况下，基板100可以由硅制成。振动膜120可以由多晶硅或者导电材料制成。振动膜120的中心部分通过缓冲层20暴露。

此后，使用缓冲层20作为掩模，将离子注入到暴露的振动膜120中。因此，振动膜120包括狭缝121、第一部分122、和第二部分123。第一部分122对应于离子已被注入的部分。第二部分123形成在第一部分122的外周，并且第二部分123起使振动膜120振动的弹簧的作用。离子可包括硼离子或者磷离子。第一部分122具有比第二部分123更大的硬度，因为离子被注入到第一部分122中。在缓冲层20移除之后，随后的工艺与在图6至图9中示出的那些工艺相同。

以下参考图17描述根据本公开内容的实施方式的另一个麦克风。

图17是根据本公开内容的实施方式的麦克风的示意截面图。

参考图17，除振动膜的结构之外，麦克风具有与图9的结构相同的结构。因此，省略对与图9的那些元件相同的元件的描述。

振动膜120可以由多晶硅或者导电材料制成。振动膜120包括多个狭缝121、第一部分122、和第二部分123。狭缝121形成在穿孔110上并且形成在第一部分122外部。振动膜120被示出为具有四个狭缝121，但是狭缝121的数量不限于此。例如，狭缝121的数量可以大于4。狭缝121可以具有相同的大小或者不同的大小。狭缝121的全部面积可以是振动膜120的全部面积的大约8％至大约19％。

第一部分122形成在穿孔110上。离子被注入到第一部分122中。在该情况下，离子可包括硼离子或者磷离子。第二部分123放置在第一部分122的外周，并且第二部分123起使振动膜120振动的弹簧的作用。第一部分122具有比第二部分123更大的硬度，这是因为离子被注入到第一部分122中。

当振动膜120响应于通过进气口141引入的外部声音振动时，振动膜120与固定电极130之间的距离改变。具体地，振动膜120的第一部分122与固定电极130之间的距离改变。然而，第一部分122未弯曲，这是因为第一部分122因将离子注入第一部分122中而具有增加的硬度。因此，提高了检测面积。当振动膜120响应于外部声音振动时，狭缝121减小可归因于空气阻尼的影响，从而改进麦克风的灵敏度。

虽然已结合目前被视为实施方式的内容描述了本公开内容，但是应理解，本公开内容不限于所公开的实施方式，而是相反，本公开内容旨在覆盖包括在所附权利要求的实质和范围内的各种修改和等同配置。

<符号说明>

110：基板 110：穿孔

120：振动膜 121：狭缝

122：第一部分 123：第二部分

130：固定电极 131：开口

132：第二突出部 140：固定板

141：进气口 142：第一突出部

160：牺牲层 161：凹陷单元

162：空气层 163：支撑层。