一种电容式麦克风及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及麦克风领域，具体而言，涉及一种电容式麦克风及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微机电(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)麦克风或称硅麦克风，因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如:手机、MP3、录音笔和监听器材等。相关技术中，电容式麦克风包括基底、背极板和振膜。其中，振膜是电容式麦克风的核心部件，既需要灵敏地敏感声压信号并将之转化为电信号，又需要在外界风压吹击、跌落冲击的应力和内部加工工艺释放应力作用后保持性能基本不变地正常工作。其背极也根据实现的制作工艺不同，分为刚性背极和柔性背极。振膜上受到约束包括多种连接和支撑形式，是决定振膜敏感振型并抑制其它不需要振型的关键技术，直接与电容式麦克风的灵敏度、线性度、信噪比、吸合电压、敏感电容、动态响应等指标相关。
[0003]传统的娃微麦克风一般限于在振膜与固定的刚性基板和相对基板静止的刚性背极之间构造多种相对约束，这种约束方式由于基板和刚性背极在敏感运动中相对静止，设计较为简便，但灵活性也受限。因此，有必要针对此问题提供一种新型的在振膜与背极之间约束的结构方案，并且为保证新结构方案的可替代性，所提供的新方案需以与已有MEMS制备工艺兼容的方式实现。
[0004]为了适应硅微麦克风的灵敏度、线性度、信噪比、吸合电压、敏感电容、动态响应等指标，现有技术在可动的振膜部分与不可动的背极和基板之间提出了多种设置约束的方式。
[0005]例如，中国专利CN201345734给出了一种在振膜中心连向固定的刚性背极的结构方案，虽然这种方案因为振膜周缘未被固定，灵敏度较高，但也同样因为周缘未固定，在振膜电极引出上却有额外困难:如果通过振膜与下方固定的刚性背极导电连接，再通过固定的刚性背极分块划分导电区域引出，则会引入由此带来的工艺成本升高和平板电容模型的不理想；如果通过在振膜正中央上方制作电极引出，则要求固定的刚性背极承受引线时的冲击力而不致于结构损坏，同时由于引线在麦克风结构中心，会引入额外的寄生参数和引线长度等问题。
[0006]又如中国专利CN101841758A，通过将振膜划分为圆形内膜和环形外膜的方式，分别与周缘处的基板固定，从而通过综合内外振膜对应的第一、第二电极的信号来提高性能。但是，这种技术方案在振膜尺寸较大时针对振膜本身刚度下降的约束手段有限，无法适应振膜尺寸较大时的高性能要求。
[0007]中国专利CN1498513A和欧洲专利EP1469701B1，以及早期的美国专利US5146435、美国专利US5452268，提出了从声腔边缘开始覆盖整个声腔上方的凸微观结构方案，并通过背极边缘的多个固支区域集来约束振膜。
[0008]上述方案虽然均能取得振膜敏感运动振型优化效果，但对于较大尺寸的振膜而言，由于振膜仅与声腔边缘处的固定基板或固定背极存在机械连接，根据圣维南原理，即使将声腔边缘处振膜周缘全部固定住，对振膜中心处刚度仍然影响甚微，无法通过设计手段对振型予以有效调整。
[0009]美国专利US8477983在固定的刚性背极技术路线下提出共用背极电极，制作多个麦克风单元的技术方案。这在总体振膜尺寸较大时，相当于应用多个小尺寸麦克风来合成一个麦克风的情况。由于各麦克风单元之间存在完全约束而互不相关，这种方案在实际应用中存在各麦克风单元之间的一致性问题，换言之，这种MEMS结构对麦克风性能指标的提高存在效率损失。
[0010]美国专利US20130177180通过在正对固定的刚性背极的可动振膜上设置档块兼支撑的方式，来通过接触式约束边缘固定的振膜。这种约束方式虽然使得麦克风工作方式变得更加灵活，性能指标也可以有所提高，但在实际麦克风工作时有可能遇到振动、潮湿等复杂工况，这种接触式约束在复杂工况下较为不可靠，会引入麦克风输出信号不必要的波动。
【发明内容】
[0011]本发明提供一种电容式麦克风及其制备方法，用以在现有工艺水平下改善振膜振型，从而优化灵敏度、线性度、信噪比、吸合电压、敏感电容、动态响应等指标。
[0012]为达到上述目的，本发明提供了一种电容式麦克风，包括:
[0013]基板，其上具有一声腔；
[0014]振膜，设置于声腔上部并与基板固连，被声压波激发时实现机械振动；
[0015]背极，位于振膜上部，其上具有多个开孔和开槽；
[0016]背极与振膜上分别设置有用于引出电极的焊盘，背极与振膜之间设置有固定的气隙，背极、气隙与振膜构成一个电容器，其中，在振膜的可动部分和与之相对的背极的可动部分之间，边缘处设有相对于基板固定的边缘连接，中部区域设有一个或多个连接振膜和背极的结构作为中部连接。
[0017]较佳的，振膜的厚度为0.1-2微米，气隙的宽度为0.01?20微米。
[0018]较佳的，振膜的材料为导电多晶硅，通过淀积的工艺实现。
[0019]较佳的，背极是柔性的或刚性的。
[0020]较佳的，柔性的背极材料为导电多晶硅，通过淀积的工艺实现。
[0021]较佳的，中部连接为机械式连接而非电气连接。
[0022]较佳的，振膜的可动部分与背极的可动部分之间的一个或多个中部连接在振膜和背极所在平面俯视图上呈对称分布。
[0023]为达到上述目的，本发明还提供了一种电容式麦克风的制备方法，包括以下步骤:
[0024]在基板的表面采用淀积方法形成第一牺牲层；
[0025]在第一牺牲层的表面淀积振膜并选择性地掩蔽和刻蚀振膜，得到振膜结构；
[0026]在振膜表面采用淀积方法形成第二牺牲层；
[0027]在第二牺牲层的表面淀积背极；
[0028]先选择性地掩蔽和刻蚀背极，在背极上形成多个开孔和开槽，同时设定通过第二牺牲层形成的连接背极与振膜之用的中部连接部分；再以背极为掩膜，刻蚀第二层牺牲层，将背极上开孔部分下方的振膜暴露出来；
[0029]分别在背极和振膜上的暴露部分形成电极，并对振膜的电极和背极的电极分别作电气引出并制作焊盘；
[0030]在基板背面选择性地掩蔽和刻蚀，形成声腔，声腔从基板上对应于设置振膜的中心区域贯穿整个基板；
[0031]采用湿法刻蚀第一牺牲层和第二牺牲层，有选择性地去除基板、背极的可动部分与振膜的可动部分之间的第一牺牲层和第二牺牲层，释放结构。
[0032]本发明的技术方案使得以现有工艺水平可以实现在多晶硅振膜及与其正对的柔性或刚性背极之间灵活地设置机械连接，进一步提高灵敏度、线性度、信噪比等指标，从而既无需像一些刚性背极方案一样要求相应工艺配合，也无需像中国专利CN101841758A —样划分振膜。换言之，使得高性能的电容式麦克风可在现有通用工艺水平下也可以大规模生产。
【附图说明】
[0033]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提