麦克风及其制造方法与流程

本申请要求于2016年11月24日提交的韩国专利申请第10-2016-0157567号的优先权和权益，通过引证将其全部内容结合于本文中。

技术领域

本公开内容涉及麦克风(microphone)及其制造方法。

背景技术：

该部分中的陈述仅提供了与本公开内容相关的背景信息并且不可构成现有技术。

通常，将语音转换为电信号的麦克风可应用于各种装置，诸如移动通信装置、耳机、助听器等。

麦克风已经小型化，并且基于微型机电系统(MEMS)技术正在开发微型机电系统(MEMS)麦克风。

这种MEMS麦克风可以由半导体分批处理制造而成。它比传统的驻极体电容麦克风(ECM)可具有更强的耐湿性和耐热性。另外，它的大小可变得更小并且它可与信号处理电路结合。

MEMS麦克风可分为压电MEMS麦克风和电容MEMS麦克风。

压电MEMS麦克风仅包括振动膜(vibration membrane)。当振动膜受到外部声压而变形时，由于压电效应产生电信号。因此，基于电信号测量声压。

电容MEMS麦克风包括固定层和振动膜。当外部声压施加到振动膜时，随着固定层与振动膜之间的间隔改变，它的电容值也改变。

在这种情况下，改变的电容被输出作为电压信号，其对应于作为用于电容MEMS麦克风的主要性能指标中的一个的灵敏度。

为了提高这种灵敏度，期望减少振动膜的硬度。

技术实现要素：

本公开内容的一些形式提供了一种麦克风，包括：具有声孔(acoustic hole)的基板；振动电极，布置在基板上；以及固定层，布置在振动电极上并且形成为使得固定层的与基板的声孔相对应的中央部向上凸出。

振动电极的边缘可利用结合至基板，氧化层介于振动电极的边缘与基板之间。

固定层可以包括：形成在振动电极上的背板；以及在背板的上部的由背板支撑的固定电极。

固定层可以形成为具有平坦的边缘和具有拱顶形状(dome shape)的弯曲的中央部。

多个通孔可以形成在固定层中的与声孔相对应的位置处。

可通过其暴露出振动电极的电极孔形成为穿透固定层的边缘的一侧。

在本公开内容的一些形式中，可以通过形成具有向上凸出的拱顶形状的固定电极的中央部来提高灵敏度，使得振动电极与固定电极之间的距离可以在振动电极振动时始终保持一致。

另外的应用领域从本文中所提供的描述中将变得显而易见。应当理解的是，描述和具体实例仅旨在用于说明的目的，而并非旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

为了可以充分理解本公开内容，现在将参考附图以实例的方式描述本公开内容的各种形式，在附图中：

图1示出了麦克风的示意图；

图2至图9示出了用于制造麦克风的制造方法的顺序处理图；以及

图10示出了分析麦克风的灵敏度的曲线图。

本文中描述的附图仅用于说明目的并且不旨在以任何方式限制本公开内容的范围。

具体实施方式

以下说明实际上仅是示例性的并不旨在限制本公开内容、应用或者用途。应当理解，贯穿附图，相应的参考标号表示相同或相应的部件和特征。

图1示出了在本公开内容的一些形式中的麦克风的示意图。

现在将描述与电容MEMS麦克风相对应的本公开内容的一些形式中的麦克风1。

参考图1，麦克风1包括基板10、振动电极20和固定层30。

声孔11形成在基板10的中央部，并且基板10可由硅片(silicon wafer)制成。

声孔11使来自外部声音处理装置(未示出)的声音通过它而被输入的通道。

在这种情况下，声音处理装置处理用户的声音，并且可以是声音识别装置、免提设备和便携式通信终端中的至少一个。

当用户将命令输入至此时，声音识别装置识别并且执行该命令。

免提设备通过短程无线通信连接至便携式通信终端使得用户可自由讲话而无需用手把持便携式通信终端。

便携式通信终端可无线地通信，并且它可以是智能电话、个人数字助理(PDA)等。

振动电极20被放置在基板10上。

振动电极20的边缘利用介于振动电极的边缘与基板10之间的氧化层21结合至基板。

振动电极20覆盖基板10的声孔11。

换言之，通过声孔11暴露一些振动电极20。

通过声孔11暴露的一些振动电极20根据从声音处理装置传输的声音而振动。

振动电极20可形成为具有圆形的平面形状。

振动电极20可由多晶硅材料制成，但不限于此，并且可由导电材料制成。

固定层30被布置在振动电极20上。

固定层30包括背板31和固定电极33。

在这种情况下，背板31可由氮化硅材料制成，但不限于此，并且根据需要可由各种材料制成。

背板31被布置在振动电极20与固定电极33之间以将振动电极20与固定电极33隔离。

此外，背板31被布置在固定电极33下方以支撑固定电极33。

与振动电极20类似，固定电极33可由多晶硅材料制成，但不限于此，并且可由导电材料制成。

包括背板31和固定电极33的固定层30设置有与基板10的声孔11相对应并且向上凸出的中央部。

换言之，固定层30的边缘结合至平坦的振动电极20，并且它的中央部形成为具有弯曲的拱顶形状。

固定层30形成为具有拱顶形状，并且与振动电极20在空间上间隔预定距离。

由预定距离形成的空间形成空气层39。

当输入声源使得振动电极20振动时，空气层39防止振动电极20与背板31接触。

在固定层30的与声孔11相对应的一部分中形成多个通孔35。

通孔35是声源通过其从声音处理装置输入的通道。

当具有上述结构的麦克风1通过声孔11和通孔35从声音处理装置接收声源时，声源刺激振动电极20，因此振动电极20振动。

随着振动电极20振动，振动电极20与固定层30之间的距离改变。

换言之，随着振动电极20振动，振动电极20与固定电极33之间的距离改变。

因此，振动电极20与固定电极33之间的电容值改变，并且外部信号处理电路C通过连接至振动电极20的第一电极极板P1和连接至固定电极33的第二电极极板P2接收改变的电容值以便将其转换为电信号，从而检测灵敏度。

在这种情况下，第一电极极板P1和第二电极极板P2可以由金属材料制成。

图2至图9示出了在本公开内容的一些形式中用于制造麦克风的制造方法的顺序处理图。

参考图2，首先，制备基板10。

基板10可以是硅片。

氧化层21形成在基板10上。

在这种情况下，氧化层21用作防止基板10被氧化。

接下来，振动电极20形成在氧化层21上。

振动电极20可由多晶硅材料制成。

参考图3，支撑层40形成在振动电极20的整个上部上。

支撑层40可由铝材料制成。

接下来，通过对支撑层40进行图案化而蚀刻除了它的预定的中央区域之外的支撑层40的边缘。

参考图4，预定的中央区域中剩余的支撑层40的表面通过加热处理而弯曲以具有凸出的拱顶形状。

在这种情况下，加热处理是通过将热量施加至此使金属熔化的普通处理，因此将省略其详细描述。

参考图5和图6，固定层30形成在振动电极20和支撑层40上。

在这种情况下，更详细地描述形成包括背板31和固定电极33的固定层30的过程，背板31形成在振动电极20和支撑层40上。

因为背板31形成在振动电极20上以及支撑层40的整个上方区域上，所以其中不存在支撑层40的背板31的边缘与振动电极20接触以具有平面形状，并且背板31的与支撑层40相对应的部分根据支撑层40的拱顶形状而具有向上凸出的拱顶形状。

背板31可由氮化硅材料制成。

接下来，固定电极33形成在背板31上。

与背板31的形状相似，固定电极33具有平坦边缘和具有弯曲的中央部的拱顶形状。

固定电极33可由多晶硅材料制成。

参考图7，多个通孔35形成在与支撑层40相对应的固定层30中。

通孔35是声源通过其从声音处理装置流入的通道。

接下来，电极孔37形成在固定层30的边缘的用于暴露振动电极20的一侧中。

形成电极孔37使得振动电极20可电连接至外部信号处理电路C。

在这种情况下，第一电极极板P1和第二电极极板P2分别形成在暴露的振动电极20上和固定电极33的一侧上。

第一电极极板P1和第二电极极板P2由金属材料制成，并且分别将振动电极20和固定电极33电连接至外部信号处理电路C。

参考图8，基板10的背面被蚀刻以形成声孔11。

声孔11是从声音处理装置生成的声源通过它被输入的通道。

参考图9，与基板10的声孔11相对应的氧化层21的一部分被蚀刻。

接下来，移除支撑层40。

在这种情况下，可通过铝移除剂移除支撑层。

如上所述，可通过等式1计算麦克风1的灵敏度。

[等式1]

在等式1中，V₀的固定偏压，h_g是振动电极20与固定电极33之间的距离，d是振动电极20与固定电极33之间改变的距离，P是由压力的变化而固定的1Pa，C_p是除了振动电极20与固定电极33之间的一部分之外的部分的寄生电容，以及C₀是初始电容。

根据等式1，随着初始电容C₀增加，可提高麦克风1的灵敏度。

此外，随着振动电极20与固定电极33之间改变的距离d增加，可提高麦克风1的灵敏度。

在这种情况下，振动电极20与固定电极33之间改变的距离可根据等式2进行说明。

等式2是表示由于麦克风1中生成的静电力导致的吸引力的等式。

[等式2]

在等式2中，ε表示介电常数，A表示有效面积，V表示偏压以及g表示振动电极20与固定电极33之间的距离。

通常，当偏压被施加在振动电极20与固定电极33之间时，在麦克风1中生成由于静电力导致的吸引力。

在等式2中，因为吸引力与振动电极20和固定电极33之间的距离的平方成反比，所以振动电极20与固定电极33之间的距离越小，介于其间的吸引力越大。

即，在本公开内容的一些形式中的麦克风1中，当振动电极20通过具有拱顶形状的固定电极33振动时，因为振动电极20与固定电极33之间生成的吸引力通常是一致的并且很大，所以振动电极20的振动位移增加。

因此，振动电极20与固定电极33之间改变的距离d增加，因此根据等式1而使灵敏度提高。

图10示出了在本公开内容的一些形式中分析麦克风的灵敏度的结果曲线图。

图10示出了分析当施加到麦克风的频率和压力分别大约为1KHz和大约1Pa时的麦克风的灵敏度的结果，并且在图10中将本公开内容的一些形式和现有技术中的麦克风进行比较。在现有技术中，振动电极和固定电极是平行的。

当将本公开内容的一些形式中的麦克风1与根据现有技术的麦克风进行比较时，本公开内容的一些形式中的麦克风1的灵敏度改善大约3.1dB，即，大约是现有技术的灵敏度的1.4倍。

在本公开内容的一些形式中，固定电极33形成为具有其中央部向上凸出的拱顶形状，因此当振动电极20振动时振动电极20与固定电极33之间的距离通常保持为一致，从而提高麦克风的灵敏度。

本公开内容的描述实质上仅是示例性的，并且因此，不背离本公开内容的实质的变形旨在包含在本公开内容的范围内。此种变形不被认为背离本公开内容的精神和范围。