[發明專利]基于SOI硅片的集成電路與電容式微硅麥克風的單片集成方法及芯片

有效

• 申請號: 200710044323.0
• 申請日: 2007-07-27
• 公開（公告）號: CN101355828A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 李剛;胡維
• 申請（專利權）人: 蘇州敏芯微電子技術有限公司
• 主分類號: H04R19/01
• 分類號: H04R19/01;H04R19/04;H04R31/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及一種基于SOI硅片的集成電路與電容式微硅麥克風的單片集成方法及形成的 單片集成芯片。

背景技術

麥克風是一種將聲音信號轉化為電信號的換能器。電容式麥克風的基本結構包括一敏感 膜作為電容一極，一背極板作為電容另外一極。當聲音信號作用于麥克風，聲壓導致敏感膜 產生形變，從而引起敏感膜與背極板之間的電容發生變化，此電容變化再經由后續處理電路 轉化為電信號。

自Bell實驗室科學家于1962年發明駐極體電容式麥克風(ECM)以來，經過幾十年的發 展，ECM已經廣泛應用于各個領域。但傳統ECM在高溫下其敏感膜中的常駐電荷會發生泄 漏，進而導致ECM失效。而在消費類電子產品的組裝工藝中，器件自動化表面貼裝工藝需經 歷高達260℃的焊接溫度，所以ECM在裝配至電路板時只能依賴人力手工組裝，伴隨著手機、 PDA、MP3播放器及數碼相機等消費類電子產品市場的發展，ECM正逐漸在這些大批量生產 的消費類電子產品領域喪失優勢。

MEMS是近年來高速發展的一項新技術，它采用先進的半導體制造工藝，可實現MEMS 器件的批量制造。與采用傳統技術制作的對應器件相比，MEMS器件在耐高溫、體積、功耗、 重量以及價格方面有十分明顯的優勢。而利用MEMS技術制造的電容式微型硅麥克風由于可 耐受表面貼裝中高溫，正迅速成為ECM產品的代替者，近幾年電容式微型硅麥克風的市場 占有率有著相當的高增長。

利用MEMS技術加工的電容式微硅麥克風與傳統ECM一個重要不同點在于偏置電壓施 加方式。ECM是通過存儲在麥克風敏感膜片中的常駐電荷對其進行偏置，而電容式微硅麥克 風是通過外電源直接對麥克風提供偏置電壓，無須在敏感膜中存儲常駐電荷，所以沒有常駐 電荷在高溫下流失的危險，因此電容式微硅麥克風可承受在自動化表面貼裝工藝中所需經歷 的高溫，從而可采用自動化表面貼裝工藝，而無須采用人力手工安裝。

目前，MEMS器件和集成電路(IC)一般采用多片集成方式集成化，即由不同廠商采用 不同的工藝流程來分別獨立完成電路和MEMS器件的制作，然后再將兩者混合封裝集成為一 個功能單元。這種方法的好處是制造工藝難度小，MEMS器件的設計及制造可單獨優化。該 種方法在多種MEMS器件集成中都有應用，例如壓阻型傳感器等，該種方法的缺點是MEMS 器件與集成電路之間的電氣連接通路較長且易受干擾信號影響。

對于某些易受干擾的應用，如高輸出阻抗的壓電式及電容式等類型的傳感器，MEMS器 件和IC進行單片集成則更有優勢，可有效提高器件整體性能并降低干擾噪聲的影響。電容式 微硅麥克風高輸出阻抗的特點，導致其受環境干擾噪音和寄生電容的影響較大，因此微硅麥 克風采用單片集成方式相對于采用多片集成式可在器件整體性能、尺寸、功耗等方面有較大 提高。

實現MEMS器件和IC單片集成的制造方法有三種：第一，先完成MEMS器件的制作， 然后再在同一基片上完成IC的制作；第二，MEMS器件和IC在制作過程中單步工藝相互交 叉進行；第三種方法即“后半導體工藝”，先做完標準的IC，然后再在同一基片上完成MEMS 器件的制作。其中，第一種及第二種辦法的缺點是有可能引入污染，導致IC失效，并有可能 導致設備污染。第三種集成辦法的好處是可避免前兩種集成方法可能導致的污染，并可充分 利用現有成熟的標準IC制造流程，有助于提高成品率及降低對設備的投資；第三種集成辦法 的缺點是在IC完成后，為不影響IC性能，在其后MEMS器件制造過程中不能有高溫工藝。 因為IC制造流程完成后，作為金屬電極的鋁等金屬不能承受400℃以上的高溫，另外高溫也 可能導致電路器件性能發生變化。目前已有的第三種集成方法都是在普通硅片上實現的，該 方法需要用多晶硅、金屬或復合膜作為振動膜，這樣面臨一個應力控制的難題，同時工藝也 較為復雜。

因此，如何解決現有技術存在的缺點實已成為本領域技術人員亟待解決的技術課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無須經歷高溫且又無須采用復合膜作為振動模的基于SOI硅 片的集成電路與電容式微硅麥克風的單片集成方法。

本發明的另一目的在于具有高靈敏度的基于SOI硅片的集成電路與電容式微硅麥克風的 單片集成芯片。