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MEMS麦克 风及其制造方法

阅读：669发布：2020-05-11

专利汇可以提供MEMS麦克风及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种MEMS麦克风及其制造方法。所述MEMS麦克风包括：衬底；位于所述衬底第一表面上的膜片和背极板结构，所述膜片与所述背极板结构之间彼此间隔，所述膜片的第一表面与所述背极板结构的第一表面彼此相对；以及贯穿所述衬底到达所述膜片的第二表面的声腔，其中，所述膜片的第一表面设置有与所述背极板结构连接的第一连接部。本申请将膜片通过表面的第一连接部悬挂于背极板结构，极大的释放了膜片的应力，提高了膜片机械响应的灵敏度。，下面是MEMS麦克风及其制造方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种MEMS麦克风，包括：
衬底；
位于所述衬底第一表面上的膜片和背极板结构，所述膜片与所述背极板结构之间彼此间隔，所述膜片的第一表面与所述背极板结构的第一表面彼此相对；以及贯穿所述衬底到达所述膜片的第二表面的声腔，
其中，所述膜片的第一表面设置有与所述背极板结构连接的第一连接部。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述膜片包括：
中间部分；以及
围绕所述中间部分的周边部分。
3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其中，
所述第一连接部位于所述膜片的中间部分。
4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其中，所述第一连接部为所述膜片的第一表面上的凸起，所述凸起与所述背极板结构的第二连接部嵌套连接，所述第二连接部为所述第二保护层贯穿所述背极板结构的第一表面所形成。
5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其中，所述第二连接部覆盖所述第一连接部的侧面和部分上表面。
6.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其中，所述背极板结构包括：
背极板电极，所述背极板电极的第一表面与所述膜片的第一表面相对；
第一保护层，位于所述背极板电极与所述膜片之间；以及
第二保护层，位于所述背极板电极的第二表面上方。
7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，所述背极板结构还包括：
多个限位柱，所述多个限位柱位于所述背极板结构的第一表面，所述限位柱与所述膜片之间存在间隔。
8.根据权利要求7所述的MEMS麦克风，其中，所述限位柱为所述第二保护层贯穿所述背极板结构并沿所述背极板结构第一表面向下延伸的部分。
9.根据权利要求7所述的MEMS麦克风，其中，所述多个限位柱位于所述膜片周边部分的上方。
10.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，所述背极板电极位于所述膜片的可动区域上方，并且所述背极板电极的面积小于等于所述膜片的可动区域的面积。
11.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，所述背极板电极的面积小于等于所述声腔的最小横截面积。
12.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其中，所述膜片还包括：
弹簧结构，用于连接所述膜片的中间部分和周边部分，所述弹簧结构为同心环形的褶皱部分或者螺旋状的褶皱部分。
13.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其中，所述膜片的周边部分的部分区域为不连续区域。
14.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，还包括：
位于所述衬底第一表面上方的第一隔离层，所述声腔贯穿所述第一隔离层，以使得所述膜片的整个第二表面暴露；以及
位于所述第二保护层和所述第一隔离层之间的第二隔离层，所述第二保护层位于所述第二隔离层远离所述第一隔离层的上方。
15.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，所述第一保护层在面对所述膜片的第一表面的表面上形成多个突起物，以防止所述背极板电极与所述膜片之间的粘连。
16.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，所述第二保护层作为所述背极板电极的机械支撑层以提供刚度，使得所述背极板电极在工作状态下维持为无形变状态。
17.根据权利要求14所述的MEMS麦克风，其中，还包括：
多个释放孔，所述多个释放孔贯穿所述第一保护层、所述背极板电极和所述第二保护层；以及
空腔，位于所述第二隔离层中，所述空腔与所述释放孔连通，并且所述空腔暴露所述膜片的第一表面以及连接所述膜片第一表面和第二表面的侧面，所述空腔还包括所述第二隔离层与所述膜片侧面之间的间隔。
18.根据权利要求17所述的MEMS麦克风，其中，所述释放孔和所述声腔经由所述空腔连通。
19.根据权利要求17所述的MEMS麦克风，其中，所述多个释放孔的形状为圆形、多边形、十字花孔中的任意一种。
20.根据权利要求17所述的MEMS麦克风，其中，所述多个释放孔排列成矩形阵列或者错开的矩形阵列或者圆形阵列。
21.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其中，还包括：
第一引线，穿过所述第二连接部到达所述膜片的第一表面；以及
第二引线，穿过所述第二保护层到达所述背极板电极的第二表面。
22.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其中，所述膜片与所述衬底之间具有间隔，所述膜片超出所述声腔最大开口的部分的单侧最大宽度与所述衬底和所述膜片之间的间隔的比例为30:1～200:1。
23.一种制造MEMS麦克风的方法，其中，包括：
在衬底第一表面上依次形成膜片和背极板结构，所述膜片与所述背极板结构之间彼此间隔，所述膜片的第一表面与所述背极板结构的第一表面彼此相对；以及形成贯穿所述衬底到达所述膜片的第二表面的声腔，
其中，还包括：在所述膜片的第一表面形成与所述背极板结构连接的第一连接部。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述膜片包括中间部分以及围绕所述中间部分的周边部分。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述膜片第一表面上的第一连接部位于所述膜片的中间部分。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，还包括：
所述第二保护层贯穿所述背极板结构的第一表面形成第二连接部，所述第一连接部为所述膜片的第一表面上的凸起，所述凸起与所述背极板结构的第二连接部嵌套连接。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第二连接部覆盖所述第一连接部的侧面和部分上表面。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，形成所述背极板结构的步骤包括：
在所述第二隔离层上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成背极板电极，所述背极板电极的第一表面与所述膜片的第一表面相对；以及
在所述背极板电极的第二表面上形成第二保护层，所述背极板电极位于所述第一保护层和所述第二保护层之间。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，还包括：
在所述背极板结构的第一表面形成多个限位柱，所述多个限位柱与所述膜片之间存在间隔。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述限位柱为所述第二保护层贯穿所述背极板结构并沿所述背极板结构第一表面向下延伸的部分。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述多个限位柱位于所述膜片周边部分的上方。
32.根据权利要求28所述的方法，其中，所述背极板电极在所述膜片的可动区域上方形成，并且所述背极板电极的面积小于等于所述膜片的可动区域的面积。
33.根据权利要求28所述的方法，其中，所述背极板电极的面积小于等于所述声腔的最小横截面积。
34.根据权利要求24所述的方法，其中，还包括：
在所述膜片中形成连接所述周边部分和中间部分的弹簧结构，所述弹簧结构为同心环形的褶皱部分或者螺旋状的褶皱部分。
35.根据权利要求24所述的方法，其中，还包括：
在所述膜片的周边部分的部分区域形成不连续区域。
36.根据权利要求28所述的方法，其中，还包括：
在所述衬底第一表面上方形成第一隔离层，所述声腔贯穿所述第一隔离层，以使得所述膜片的整个第二表面暴露；以及
在所述第二保护层和所述第一隔离层之间形成第二隔离层，所述第二保护层位于所述第二隔离层远离所述第一隔离层的上方。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，还包括：
形成贯穿所述第一保护层、所述背极板电极和所述第二保护层的多个释放孔；以及在所述第二隔离层中形成空腔，所述空腔与所述释放孔连通，并且所述空腔暴露所述膜片的第一表面以及连接所述膜片第一表面和第二表面的侧面，所述空腔还包括所述第二隔离层与所述膜片侧面之间的间隔。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述释放孔和所述声腔经由所述空腔连通。
39.根据权利要求28所述的方法，其中，还包括：
形成穿过所述第二连接部到达所述膜片的第一表面的第一引线；以及
形成穿过所述第二保护层到达所述背极板电极的第二表面的第二引线。
40.根据权利要求23所述的方法，其中，所述膜片超出所述声腔最大开口的部分的单侧最大宽度与所述衬底和所述膜片之间的间隔的比例为30:1～200:1。

说明书全文

MEMS麦克风及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于微麦克风的技术领域，更具体地，涉及MEMS麦克风及其制造方法。

背景技术

[0002] MEMS麦克风是采用微加工工艺制造的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)器件。由于具有体积小、灵敏度高、与现有半导体技术兼容性好的优点，MEMS麦克风在手机等移动终端上的应用越来越广泛。MEMS麦克风的结构包括彼此相对的膜片和背极板电极，二者分别经由引线连接至相应的电极。在膜片和背极板电极之间形成有空腔以提供膜片所需的振动空间。

[0003] 随着微加工工艺的发展，MEMS麦克风中膜片和背极板电极之间的间距例如可以小于1.5微米，但同时在MEMS麦克风的制造和应用过程中的工艺要求也越来越高。工艺偏差引入的结构缺陷不仅影响麦克风的成品率，而且导致MEMS麦克风在应用环境中的性能急剧恶化。期待进一步改进MEMS麦克风的结构以抑制工艺偏差对器件性能的不利影响，进而提高成品率和器件可靠性。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风及其制造方法，其中，采用将膜片悬挂固定在背极板结构上，进而释放了膜片的应力以提高器件的工作灵敏度。

[0005] 根据本申请的一方面，提供一种MEMS麦克风，包括：衬底；位于所述衬底第一表面上的膜片和背极板结构，所述膜片与所述背极板结构之间彼此间隔，所述膜片的第一表面与所述背极板结构的第一表面彼此相对；以及贯穿所述衬底到达所述膜片的第二表面的声腔，其中，所述膜片的第一表面设置有与所述背极板结构连接的第一连接部。

[0006] 优选地，所述膜片包括：中间部分；以及围绕所述中间部分的周边部分。

[0007] 优选地，所述第一连接部位于所述膜片的中间部分。

[0008] 优选地，所述第一连接部为所述膜片的第一表面上的凸起，所述凸起与所述背极板结构的第二连接部嵌套连接，所述第二连接部为所述第二保护层贯穿所述背极板结构的第一表面所形成。

[0009] 优选地，所述第二连接部覆盖所述第一连接部的侧面和部分上表面。

[0010] 优选地，所述背极板结构包括：背极板电极，所述背极板电极的第一表面与所述膜片的第一表面相对；第一保护层，位于所述背极板电极与所述膜片之间；以及第二保护层，位于所述背极板电极的第二表面上方。

[0011] 优选地，所述背极板结构还包括：多个限位柱，所述多个限位柱位于所述背极板结构的第一表面，所述限位柱与所述膜片之间存在间隔。

[0012] 优选地，所述限位柱为所述第二保护层贯穿所述背极板结构并沿所述背极板结构第一表面向下延伸的部分。

[0013] 优选地，所述多个限位柱位于所述膜片周边部分的上方。

[0014] 优选地，所述背极板电极位于所述膜片的可动区域上方，并且所述背极板电极的面积小于等于所述膜片的可动区域的面积。

[0015] 优选地，所述背极板电极的面积小于等于所述声腔的最小横截面积。

[0016] 优选地，所述膜片还包括：弹簧结构，用于连接所述膜片的中间部分和周边部分，所述弹簧结构为同心环形的褶皱部分或者螺旋状的褶皱部分。

[0017] 优选地，所述膜片的周边部分的部分区域为不连续区域。

[0018] 优选地，还包括：位于所述衬底第一表面上方的第一隔离层，所述声腔贯穿所述第一隔离层，以使得所述膜片的整个第二表面暴露；以及位于所述第二保护层和所述第一隔离层之间的第二隔离层，所述第二保护层位于所述第二隔离层远离所述第一隔离层的上方。

[0019] 优选地，所述第一保护层在面对所述膜片的第一表面的表面上形成多个突起物，以防止所述背极板电极与所述膜片之间的粘连。

[0020] 优选地，所述第二保护层作为所述背极板电极的机械支撑层以提供刚度，使得所述背极板电极在工作状态下维持为无形变状态。

[0021] 优选地，还包括：多个释放孔，所述多个释放孔贯穿所述第一保护层、所述背极板电极和所述第二保护层；以及空腔，位于所述第二隔离层中，所述空腔与所述释放孔连通，并且所述空腔暴露所述膜片的第一表面以及连接所述膜片第一表面和第二表面的侧面，所述空腔还包括所述第二隔离层与所述膜片侧面之间的间隔。

[0022] 优选地，所述释放孔和所述声腔经由所述空腔连通。

[0023] 优选地，所述多个释放孔的形状为圆形、多边形、十字花孔中的任意一种。

[0024] 优选地，所述多个释放孔排列成矩形阵列或者错开的矩形阵列或者圆形阵列。

[0025] 优选地，还包括：第一引线，穿过所述第二连接部到达所述膜片的第一表面；以及[0026] 第二引线，穿过所述第二保护层到达所述背极板电极的第二表面。

[0027] 优选地，所述膜片与所述衬底之间具有间隔，所述膜片超出所述声腔最大开口的部分的单侧最大宽度与所述衬底和所述膜片之间的间隔的比例为30∶1～200∶1。

[0028] 根据本发明的另一方面，提供一种制造MEMS麦克风的方法，其中，包括：在衬底第一表面上依次形成膜片和背极板结构，所述膜片与所述背极板结构之间彼此间隔，所述膜片的第一表面与所述背极板结构的第一表面彼此相对；以及形成贯穿所述衬底到达所述膜片的第二表面的声腔，其中，还包括：在所述膜片的第一表面形成与所述背极板结构连接的第一连接部。

[0029] 优选地，所述膜片包括中间部分以及围绕所述中间部分的周边部分。

[0030] 优选地，所述膜片第一表面上的第一连接部位于所述膜片的中间部分。

[0031] 优选地，还包括：所述第二保护层贯穿所述背极板结构的第一表面形成第二连接部，所述第一连接部为所述膜片的第一表面上的凸起，所述凸起与所述背极板结构的第二连接部嵌套连接。

[0032] 优选地，所述第二连接部覆盖所述第一连接部的侧面和部分上表面。

[0033] 优选地，形成所述背极板结构的步骤包括：在所述第二隔离层上形成第一保护层；在所述第一保护层上形成背极板电极，所述背极板电极的第一表面与所述膜片的第一表面相对；以及在所述背极板电极的第二表面上形成第二保护层，所述背极板电极位于所述第一保护层和所述第二保护层之间。

[0034] 优选地，还包括：在所述背极板结构的第一表面形成多个限位柱，所述多个限位柱与所述膜片之间存在间隔。

[0035] 优选地，所述限位柱为所述第二保护层贯穿所述背极板结构并沿所述背极板结构第一表面向下延伸的部分。

[0036] 优选地，所述多个限位柱位于所述膜片周边部分的上方。

[0037] 优选地，所述背极板电极在所述膜片的可动区域上方形成，并且所述背极板电极的面积小于等于所述膜片的可动区域的面积。

[0038] 优选地，所述背极板电极的面积小于等于所述声腔的最小横截面积。

[0039] 优选地，还包括：在所述膜片中形成连接所述周边部分和中间部分的弹簧结构，所述弹簧结构为同心环形的褶皱部分或者螺旋状的褶皱部分。

[0040] 优选地，还包括：在所述膜片的周边部分的部分区域形成不连续区域。

[0041] 优选地，还包括：在所述衬底第一表面上方形成第一隔离层，所述声腔贯穿所述第一隔离层，以使得所述膜片的整个第二表面暴露；以及

[0042] 在所述第二保护层和所述第一隔离层之间形成第二隔离层，所述第二保护层位于所述第二隔离层远离所述第一隔离层的上方。

[0043] 优选地，还包括：形成贯穿所述第一保护层、所述背极板电极和所述第二保护层的多个释放孔；以及

[0044] 在所述第二隔离层中形成空腔，所述空腔与所述释放孔连通，并且所述空腔暴露所述膜片的第一表面以及连接所述膜片第一表面和第二表面的侧面，所述空腔还包括所述第二隔离层与所述膜片侧面之间的间隔。

[0045] 优选地，所述释放孔和所述声腔经由所述空腔连通。

[0046] 优选地，还包括：形成穿过所述第二连接部到达所述膜片的第一表面的第一引线；以及形成穿过所述第二保护层到达所述背极板电极的第二表面的第二引线。

[0047] 优选地，所述膜片超出所述声腔最大开口的部分的单侧最大宽度与所述衬底和所述膜片之间的间隔的比例为30∶1～200∶1。

[0048] 根据本发明实施例的MEMS麦克风，通过在膜片的第一表面设置与背极板结构连接的第一连接部，以使得膜片通过电连接固定悬挂于背极板结构。该MEMS麦克风的膜片脱离了膜片和衬底连接的传统麦克风结构，将膜片通过表面的第一连接部悬挂于背极板结构，极大的释放了膜片的应力，提高了膜片机械响应的灵敏度。进一步地，膜片第一表面上的第一连接部位于所述膜片的中间部分，第一连接部为所述膜片的第一表面上的凸起，所述凸起与背极板结构的第二连接部嵌套连接，第二连接部为第二保护层贯穿背极板结构的第一表面所形成。进一步地，第二连接部覆盖第一连接部的侧面和部分上表面。

[0049] 优选地，背极板结构还包括多个限位柱，多个限位柱位于背极板结构的第一表面，限位柱与膜片之间存在间隙。进一步地，限位柱为第二保护层贯穿背极板结构并沿背极板结构第一表面向下延伸的部分。进一步地，多个限位柱位于膜片周边部分的上方。用于防止特殊情况下膜片和背极板结构黏连进而限制膜片震动位移，提升了MEMS麦克风的可靠性。

[0050] 在优选的实施例中，背极板电极位于膜片的可动区域上方，并且背极板电极的面积小于等于膜片的可动区域的面积，从而可以减小对MEMS麦克风的灵敏度无任何贡献的寄生电容的影响。即使存在着工艺波动，由于背极板电极仅需要对准膜片的可动区域，也可以容易地将二者对准。

[0051] 在优选的实施例中，背极板电极的面积小于等于所述声腔的最小横截面积，避免了批量生产中因工艺波动造成的MEMS麦克风可靠性下降的问题，提高了产品的整体性能。

[0052] 在优选的实施例中，第一保护层在面对膜片的第一表面的表面上形成多个突起物，以防止所述背极板电极与所述膜片之间的粘连。第二保护层作为所述背极板电极的机械支撑层以提供刚度，使得所述背极板电极工作状态下维持为未形变状态。由于第二保护层作为机械支撑层，因此可以改善器件设计自由度。该MEMS麦克风的背极板电极的图案设计仅需基于电学性能设计，而无需兼顾机械刚度的需求，因而可以采用背极板电极的图案限定有效电容面积，从而可以减小对MEMS麦克风的灵敏度无任何贡献的寄生电容的影响。

[0053] 在优选的实施例中，该MEMS麦克风的膜片包括同心环形的褶皱部分或者螺旋状的褶皱部分的弹簧结构。该膜片的弹簧结构有效地释放了膜片的应力，提高了MEMS麦克风的灵敏度。

[0054] 在优选的实施例中，膜片的周边部分的部分区域为不连续区域。该不连续区域为周边部分边缘不连续或者周边部分的镂空结构。膜片的不连续区域与上下的介质层之间无法构成电容结构，进而降低了对麦克风灵敏度不利的寄生电容。同时不连续区域可以释放一部分的膜片应力，有效提高膜片的灵敏度。

[0055] 在优选的实施例中，该MEMS麦克风还包括多个释放孔，所述多个释放孔贯穿所述第一保护层、所述背极板电极和所述第二保护层。释放孔不仅在工艺过程中作为蚀刻剂的供给通道，而且在MEMS麦克风的工作状态下降低声阻。

[0056] 在优选的实施例中，空腔包括所述第二隔离层与所述膜片之间的间隔，释放孔和声腔经由空腔连通。即，膜片与隔离层之间不接触以使得声腔和释放孔通过空腔连接，释放了膜片的应力，提高了膜片机械响应的灵敏度。附图说明

[0057] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

[0058] 图1示出根据本发明实施例的MEMS麦克风的制造方法的流程示意图；

[0059] 图2至12示出根据本发明实施例的MEMS麦克风的制造方法不同阶段的截面图；

[0060] 图13a示出根据本发明实施例的MEMS麦克风的一种膜片的结构示意图；图13b示出根据本发明实施例的MEMS麦克风的另一种膜片的结构示意图；

[0061] 图14a示出根据本发明另一实施例的MEMS麦克风的一种膜片的结构示意图；图14b示出根据本发明另一实施例的MEMS麦克风的另一种膜片的结构示意图。

具体实施方式

[0062] 以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

[0063] 本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

[0064] 图1示出根据本发明实施例的MEMS麦克风的制造方法的流程示意图，图2至12示出根据本发明实施例的MEMS麦克风的制造方法不同阶段的截面图。

[0065] 在步骤S01中，在衬底101上形成第一隔离层102，如图2所示。

[0066] 在该实施例中，衬底101例如是<100>晶向的衬底硅片。可选地，衬底掺杂为N型。第一隔离层102例如是氧化硅层。例如，通过热氧化或化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)的方法在衬底101上形成氧化硅层，作为第一隔离层102。

[0067] 第一隔离层102的一部分将作为牺牲层，用于形成膜片下方的声腔的一部分。第一隔离层102的厚度例如是0.5微米至2微米。

[0068] 在步骤S02中，在第一隔离层102上形成共形的膜片103，如图3所示。

[0069] 在该实施例中，膜片103例如由掺杂的多晶硅组成。例如，采用低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)在第一隔离层102上沉积多晶硅，沉积温度例如是570摄氏度至630摄氏度。进一步地，采用光刻和蚀刻步骤对多晶硅层进行图案化，从而在多晶硅层的部分区域形成膜片103。

[0070] 该膜片103包括中间部分和围绕中间部分的周边部分。膜片103的中间部分和周边部分覆盖第一隔离层102的部分表面。

[0071] 在优选的实施例中，在形成膜片103之前还包括：在第一隔离层102的表面形成凹槽。进一步地，在第一隔离层102的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩膜，采用选择性的蚀刻剂去除第一隔离层102的暴露部分，从而形成凹槽。通过控制蚀刻时间，该蚀刻可以在到达第一隔离层102的预定深度停止。在蚀刻之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。凹槽在第一隔离层102的表面开口，并且向下延伸。从第一隔离层102的表面观察，凹槽的形状为同心环形，例如包括嵌套的
1至6个圆环形。从第一隔离层102的截面观察，凹槽的形状为底面尺寸小于开口面尺寸的大致梯形或V字形，在优选的实施例中，从第一隔离层102的截面观察凹槽的形状为方形。凹槽的深度例如是0.5微米至0.8微米。凹槽用于限定后续步骤将形成的膜片的弹簧结构。

[0072] 进一步地，该凹槽不仅用于限定膜片的弹簧结构，而且用于在膜片的弹簧结构区域形成同心环形结构或者螺旋状结构。进一步，在步骤之后形成的膜片103还包括连接中间部分和周边部分的弹簧结构，

[0073] 弹簧结构与中间部分和周边部分连续且共形地覆盖凹槽的底面和侧壁。进一步地，与凹槽的形状一致，弹簧结构为同心环形的褶皱部分1042(如图13b所示)。膜片103的厚度例如是0.3微米至1.5微米。在该实施例中，膜片103的中间部分和周边部分均为平整的表面，膜片103的弹簧结构为同心环形的褶皱部分1042。膜片103的中间部分和弹簧结构为膜片103的可动区域。在替代的实施例中，膜片103的弹簧结构为螺旋状的褶皱部分1041(如图13a所示)。图13a中的弹簧结构的螺纹的曲率半径随位置变化而不变化或者随位置变化而变化，这两种实施方式可以根据实际应用的需求进行选择。与平整表面的膜片相比，在表面上形成有弹簧结构的膜片103可以改善膜片的弹性特性，可以控制振动区域、改善膜结构的弹性系数，满足MEMS麦克风的性能设计所需。在优选的实施例中，每条螺旋纹的曲率半径相同。在替代的实施例中，弹簧结构位于膜片103的周边部分和第一连接部分，即膜片103的第一连接部分和周边部分设置为弹簧结构。有效地释放了膜片的应力，提高了MEMS麦克风的灵敏度。

[0074] 在替代的实施例中，膜片103的周边部分的部分区域为不连续区域(如图14a、14b所示)。如图14a所示，膜片103的周边部分的边缘不连续。具体地，周边部分的边缘为锯齿状，该锯齿状的多个缺口1043形成不连续区域。在替代的实施例中，如图14b所示，膜片103的周边部分的不连续区域包括镂空结构。具体地，镂空结构包括多个通孔1044，该通孔1044为圆形、梯形或者多边形，其中，该实施例中，通孔1044为类似扇形的形状，多个通孔1044交叉排列地形成在膜片103的周边部分区域，进一步地，膜片103的形状为太阳花形状，更具体地，膜片103的边缘由多个圆弧边连接。

[0075] 在替代的实施例中，膜片103的周边部分也形成弹簧结构，或者膜片103的中间部分和周边部分之间通过不连续区域连接，或者膜片103的周边都为不连续区域，或者膜片103的周边部分为平整表面。上述实施方式的其他排列组合也属于本发明的实施方式。

[0076] 在步骤S03中，在膜片103上形成第二隔离层104，以及在第二隔离层104表面上形成多个凹槽，如图4所示。

[0077] 在该实施例中，第二隔离层104例如是氧化硅层。例如，通过低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical VaporDeposition,LPCVD)或等离子增强型化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)的方法在膜片103上形成氧化硅层，作为第二隔离层104。在形成第二隔离层104之后，例如采用化学机械平面化平整第二隔离层104的表面。

[0078] 第二隔离层104的一部分将作为牺牲层，用于形成膜片103上方的空腔，并且还利用第二隔离层104的厚度限定膜片与背极板电极之间的间距。根据MEMS麦克风的电学和声学性能选择第二隔离层104的厚度，例如是2微米至4微米。

[0079] 接着，在第二隔离层104的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩膜，采用选择性的蚀刻剂去除第二隔离层104的暴露部分，从而形成凹槽134、凹槽133以及凹槽132。通过控制蚀刻时间，该蚀刻可以在到达第二隔离层104的预定深度停止。在蚀刻之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。

[0080] 凹槽134、凹槽133以及凹槽132在第二隔离层104的表面开口，并且向下延伸。从第二隔离层104的表面观察，凹槽134的形状为多个圆形孔、多个方形孔或多个三角形孔。从第二隔离层104的截面观察，凹槽134的形状为底面尺寸小于开口面尺寸的大致梯形或V字形，用于限定后续步骤将形成用于防止背极板电极粘附的突起物。凹槽132的形状为圆形孔或者方形孔。从第二隔离层104的截面观察，凹槽132的形状为方型或者梯形，用于在后续步骤中形成膜片103和背极板结构之间的连接结构。凹槽133的形状为圆形孔或者方形孔。从第二隔离层104的截面观察，凹槽133的形状为方型或者梯形，在后续步骤中形成限位柱，限位柱用于防止特殊情况下膜片103和背极板结构黏连进而限制膜片103的震动位移。其中，凹槽134、凹槽133以及凹槽132之间的深度皆不相同。限位柱和膜片之间正常情况下没有接触，特殊情况包括但不限于大的冲击、制造过程中暂时的应力翘曲等等。

[0081] 在步骤S04中，在第二隔离层104上形成第一保护层105，如图5所示。

[0082] 第一保护层105例如由选自氮化硅层、氮化硼层、碳化硅层中的任一种组成。在该实施例中，第一保护层105例如是氮化硼层。例如，通过热丝辅助的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在第二隔离层104上形成氮化硼层，其中，以N2、H2、以及由H2稀释的B2H6作为反应气体，基板温度为400摄氏度至500摄氏度，反应压强约为100Pa。第一保护层105的厚度例如为800埃～1500埃。

[0083] 第一保护层105填充第二隔离层104表面上的凹槽134，从而形成突起物105a。突起物105a的形状与凹槽134的形状相一致，例如以下任意一种：多棱锥、多棱柱、圆柱。突起物105a的直径例如是0.5微米至1.5微米，深度例如是0.5微米至1.5微米。

[0084] 在步骤S05中，在第一保护层105上形成背极板电极106以及在膜片103的第一表面上形成第一连接部107，以及形成与背极板电极106相连接的接触121，如图6所示。

[0085] 背极板电极106、膜片103第一表面的第一连接部107、接触121是导电层，例如由选自Al、Cu、Au、Ti、Ni、Wu以及其合金掺杂的多晶硅中的任一种组成。例如，采用低压化学气相沉积(LPCVD)在第一保护层105的部分表面上以及在通过凹槽132裸露的膜片103的第一表面上形成掺杂的多晶硅层。然后，采用光刻和蚀刻步骤对多晶硅层进行图案化，以形成背极板电极106的图案、第一连接部107的图案以及连接背极板电极106的接触121。背极板电极106的厚度例如为0.3微米至1微米。

[0086] 其中，第一连接部107为所述膜片103的第一表面上的凸起。优选地，第一连接部107位于所述膜片103的中间部分。优选地，第一连接部107与所述第一隔离层104不接触。本实施例中第一连接部107的数量可以为一个。但本发明的实施中第一连接部的数量不限于1个。

[0087] 在该实施例中，背极板电极106与膜片103构成电容的两个极板。如上文所述，膜片103包括中间部分、周边部分，背极板电极106至少对应于膜片103的中间部分。在优选的实施例中，背极板电极106的面积小于等于膜片103的可动区域的面积。更优选地，背极板电极
106的面积为膜片103的可动区域的70％～100％。通过采用背极板电极106的面积小于等于膜片103可动区域的面积，因此从检测信号中去除了无效电容分量，使得检测信号的灵敏度仅与有效电容分量相关，从而提高了MEMS麦克风的灵敏度。膜片的可动区域包括中间部分和第一连接部分。

[0088] 在步骤S06中，在背极板电极106上形成第二保护层108，如图7所示。

[0089] 第二保护层108例如由选自氮化硅层、氮化硼层、碳化硅层中的任一种组成。在该实施例中，第二保护层108例如是氮化硼层。例如，通过热丝辅助的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在背极板电极106上形成共形的氮化硼层，其中，以N2、H2、以及由H2稀释的B2H6作为反应气体，基板温度为400摄氏度至500摄氏度，反应压强约为100Pa。第二保护层108的厚度例如为0.1微米至1.5微米。其中，第一保护层105、背极板电极106、第二保护层
108构成背极板结构。

[0090] 由于背极板电极106经过图案化，第二保护层108的第一部分形成在背极板电极106和接触121的表面上，第二部分形成在第一保护层105的表面上，第三部分填充凹槽132以贯穿背极板结构的第一表面形成第二连接部108a，第二连接部108a与第一连接部107嵌套连接，第四部分填充凹槽133并从背极板结构的第一表面向下延伸以形成多个限位柱
108b。限位柱108b与所述膜片103之间存在间隙。具体地，多个限位柱108b位于所述膜片103周边部分的上方。

[0091] 在步骤S07中，形成分别到达膜片103第一表面的第一连接部107的通道孔122和到达背极板电极106的接触121的通道孔123，如图8所示。

[0092] 在该实施例中，在第二保护层108的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩膜，采用选择性的蚀刻剂，形成通道孔122和123。在第二保护层108第三部分的部分区域，蚀刻去除第二保护层108经由掩膜开口暴露的部分，以在背极板结构第一表面的第二连接部108a中形成到达膜片103第一表面的第一连接部107的通道孔122。在第二保护层107的第一部分区域，该蚀刻去除位于接触121上方的部分第二保护层108经由掩膜开口暴露的部分，以形成到达膜片背极板电极106的接触121的通道孔123。在蚀刻之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。

[0093] 由于上述背极板电极106的图案化步骤，第二保护层108的第二部分与第一保护层105的相应部分直接接触。至少一个通道孔122从第二保护层108的第二部分表面开始，经由第二保护层108、延伸至膜片103第一表面上的第一连接部107，进而与膜片103连接。

[0094] 在步骤S09中，形成分别到达膜片103的第一连接部107的第一引线124以及到达背极板电极106的接触121的第二引线126，以及形成在第二保护层108远离第一保护层106的表面上的接触125，如图10所示。

[0095] 在该实施例中，第二引线126和第一引线124以及接触125由导电材料组成，例如选自铝、金、银、铜、镍、钛、铬或其合金中的任一种。用于引线的铝合金例如包括铝硅合金(硅的重量百分比1％)，钛合金包括氮化钛。例如，通过溅射或蒸发的方法，在第二保护层108的表面形成金属层。该金属层的厚度例如是1微米至2微米，并且填充通道孔122和123。第一引线124连接接触125，接触125和第二引线126作为电容式微硅麦克风的两个电极的引线层。

[0096] 在金属层的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩膜，采用选择性的蚀刻剂去除金属层的暴露部分。由于蚀刻剂的选择性，该蚀刻以第二保护层108作为停止层。在蚀刻之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。

[0097] 在第二保护层108的第一部分区域，至少一个引线126穿过第二保护层108到达接触121。在第二保护层108的第三部分区域，至少一个引线124依次穿过第二保护层108到达膜片103。

[0098] 在步骤S9中，形成贯穿第二保护层108、背极板电极106和第一保护层105的释放孔151，如图10所示。

[0099] 在该实施例中，在第二保护层108的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩膜，采用选择性的蚀刻剂去除第二保护层108、背极板电极106和第一保护层105各自的暴露部分，从而形成释放孔151。由于蚀刻剂的选择性，第二隔离层104作为停止层。在蚀刻之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。

[0100] 该步骤例如采用专门的深槽刻蚀机形成释放孔151。释放孔151不仅在制造工艺中作为蚀刻剂的供给通道，而且在最终形成的MEMS麦克风中作为声孔以降低声阻。从第二保护层108的表面观察，释放孔151的形状例如为圆形、十字花孔和多边形中的任意一种。释放孔151的形状为圆形时释放孔113的直径为1微米至15微米。释放孔151的形状为多边形或者十字花孔中的任意一种时，释放孔151的两个顶点距离的最大值为1微米至15微米。在该实施例中，释放孔151的形状为六边形，多个释放孔151排列成蜂巢结构阵列(错开的矩形阵列)。在替代的实施例中，多个释放孔151可以排列成矩形阵列、圆形阵列等等。

[0101] 在优选的实施例中，当背极板电极106的面积小于膜片103可动区域的面积时，部分释放孔151未穿透背极板电极106。

[0102] 在步骤S10中，在膜片103的下方形成贯穿衬底101的声腔161，如图11所示。

[0103] 在该实施例中，通过化学机械平面化或减薄工艺，将衬底101的厚度减小至设计值，例如350微米至450微米，优选为400微米。例如，衬底101的彼此相对的第一表面和第二表面，衬底101的第一表面上形成上述第一隔离层102，衬底101的第二表面对第二表面进行研磨以减小衬底101的厚度。然后，在衬底101的第二表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩膜，采用选择性的蚀刻剂去除衬底101的暴露部分，从而形成声腔161。在该实施例中，所述声腔是倒梯形开口，替代地，还可以是方形开口。由于蚀刻剂的选择性，第一隔离层102作为停止层。在蚀刻之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。

[0104] 其中，优选地，背极板电极106的面积小于等于声腔161的最小横截面积。需要说明的是，当声腔161的开口为方形时，声腔161在不同水平面得到的横截面积皆相同，该唯一的横截面积为声腔161的最小横截面积。当声腔161的开口为倒梯形或者梯形时，声腔161位于衬底101第一表面或者第二表面处的横截面的面积最小。在一些实施例中，其最小横截面的半径为385微米至415微米。

[0105] 该步骤例如采用MEMS技术中的常规Bosch工艺以及专门的深槽刻蚀机，形成声腔161。

[0106] 在步骤S11中，经由声腔161去除第一隔离层102的一部分，以及经由释放孔151去除第二隔离层104的一部分，以释放膜片103，如图12所示。

[0107] 在该实施例中，例如，采用HF酸作为蚀刻剂，采用上述步骤中形成声腔161和释放孔151作为蚀刻剂的进入通道。第一保护层105和第二保护层108分别作为背极板电极106的保护膜，使得在该蚀刻步骤中背极板电极106未受到蚀刻。

[0108] 通过HF酸气相熏蒸的方式或HF酸湿法腐蚀的方法，分别去除第一隔离层102和第二隔离层104各自的一部分，使得膜片103彼此相对的第一表面和第二表面各自的一部分重新暴露，因而释放膜片103。在去除第一隔离层102的一部分之后，声腔161从衬底101的第二表面延伸至膜片103的第二表面。在去除第二隔离层104的一部分之后，在第一保护层105和膜片103的第一表面之间形成空腔162。空腔162包括所述第二隔离层104与所述膜片103的侧面之间的间隔，释放孔151与空腔162以及声腔161彼此连通，在膜片103的振动期间提供气流通道。并且膜片103上的通孔1031直接将空腔162和声腔161连通。

[0109] 需要说明的是，在膜片103上设置不连续区域时，不连续区域中的通孔或者开口和空腔162连通，进而与释放孔152和声腔161连通。

[0110] 释放膜片103后，衬底101和膜片103之间具有间隔h，其膜片103超出声腔161最大开口尺寸的单侧的最大宽度为d。其中，宽度d与间隔h的比例为30∶1～200∶1。更进一步地，膜片103超出声腔161最大开口的部分在本实施例中为一环形时，该环形的最大宽度为d。需要说明的是膜片103超出声腔161最大开口的部分的形状和膜片103以及声腔最大开口处的形状相关。

[0111] 在该步骤中，膜片103的第一连接部分的弹簧结构也暴露于声腔161和空腔162中。

[0112] 采用上述方法制造的MEMS麦克风的结构如图13所示。

[0113] 该MEMS麦克风100包括：在衬底101上依次形成的第一隔离层102、膜片103和第二隔离层104；在第二隔离层104上依次形成的第一保护层105、背极板电极106和第二保护层108；贯穿第一保护层105、背极板电极106和第二保护层108的释放孔151；贯穿第二隔离层
104的空腔162，空腔162与释放孔151连通；贯穿衬底101和第一隔离层102的声腔161；膜片
103彼此相对的第一表面和第二表面以及连接第一表面和第二表面的侧面通过空腔162和声腔161暴露。

[0114] 膜片103包括中间部分和围绕中间部分的周边部分。膜片103的第一表面上设置有第一连接部107，第一连接部107为所述膜片103的第一表面上的凸起。优选地，第一连接部107位于所述膜片103的中间部分。本实施例中第一连接部107的数量可以为一个。但本发明的实施中第一连接部的数量不限于1个。

[0115] 第一连接部107与所述背极板结构的第二连接部108a嵌套连接，第二连接部108a为第二保护层108贯穿所述背极板结构的第一表面所形成，第二连接部108a与第一连接部107相对应。第二连接部108a覆盖第一连接部107的侧面和部分上表面。

[0116] 优选地，背极板结构还包括位于背极板结构的第一表面的多个限位柱108b。限位柱108b与所述膜片103之间存在间隙。具体地，多个限位柱108b位于所述膜片103周边部分的上方。进一步，限位柱108b之间均匀分布。优选地，限位柱108b为第二保护108层贯穿所述背极板结构并沿背极板结构第一表面向下延伸的部分。

[0117] 在优选的实施例中，膜片103还包括连接中间部分和周边部分的弹簧结构。本实施例中膜片103的弹簧结构为同心环形的褶皱部分，同心环形的弹簧结构包括1至6个圆环形。在替代的实施例中，膜片103的弹簧结构为螺旋状的褶皱部。进一步地，螺旋状的弹簧结构包括至少一条螺旋纹，螺旋纹从所述膜片的中间部分向外辐射。

[0118] 在优选的实施例中，膜片103的周边部分的部分区域为不连续区域。进一步地，膜片103的周边部分的边缘不连续，进一步地，周边部分的边缘为锯齿状，该锯齿状的多个缺口形成不连续区域。在替代的实施例中，膜片103的周边部分的不连续区域包括镂空结构，进一步地，该镂空结构包括多个通孔，该通孔为多边形、圆形或者梯形。

[0119] 膜片103和背极板电极106分别由掺杂的多晶硅组成。第一保护层105和第二保护层108中的每一个由氮化硅层、氮化硼层、碳化硅层中的任一种组成。其中，第一保护层105、背极板电极106、第二保护层108构成背极板结构。

[0120] 该MEMS麦克风100还包括多个导电通道。至少一个引线126穿过第二保护层108到达背极板电极106。在第二保护层107的第三部分区域，至少一个引线124依次穿过第二保护层107到达膜片103。优选地，当第一连接部107位于膜片103的中间部分时，在第二保护层108远离第一保护层106的表面上设置接触125，接触125连接第一引线124以作为电容式微硅麦克风的另一个电极的引线层。

[0121] 在优选的实施例中，背极板电极106的面积小于等于声腔161的最小横截面积，更优选地，背极板电极的面积小于所述声腔161的最小横截面积，避免因批量生产中的工艺波动造成的MEMS麦克风可靠性下降的问题，提高产品的整体性能。需要说明的是，当声腔161的开口为方形时，声腔161在不同水平面得到的横截面积皆相同，该唯一的横截面积为声腔161的最小横截面积。当声腔161的开口为倒梯形或者梯形时，声腔161位于衬底101第一表面或者第二表面处的横截面的面积最小。在一些实施例中，其最小横截面的半径为385微米～415微米。

[0122] 在优选的实施例中，在第一保护层105面对膜片103的表面上形成多个突起物105a，以防止背极板电极106与膜片103之间粘连。

[0123] 在优选的实施例中，膜片103的可动区域与背极板电极106的部分相对应。进一步地，背极板电极106形成在膜片103的可动区域上方，并且背极板电极106的面积小于等于膜片103的可动区域的面积。在优选地的实施例中，背极板电极106的面积小于膜片103的可动区域的面积，更优选地，背极板电极106的面积为膜片103的可动区域的70％～100％。通过采用背极板电极106的面积小于等于膜片103可动区域的面积，因此从检测信号中去除了无效电容分量，使得检测信号的灵敏度仅与有效电容分量相关，从而提高了MEMS麦克风的灵敏度。

[0124] 依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

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