[發(fā)明專利]自檢測硅微機械電容式麥克風(fēng)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910095918.8
• 申請日: 2009-02-20
• 公開（公告）號: CN101489170A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董健;計時鳴;王偉;張立彬
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04R19/01
• 分類號: H04R19/01;H04R19/04;B81B7/02;H04R31/00;B81C1/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 王 兵;黃美娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微機械聲學(xué)傳感器及其制備方法，特別是一種自 檢測硅微機械電容式麥克風(fēng)及其制備方法。

技術(shù)背景

采用微機械加工手段和微電子批量生產(chǎn)方式制作的微機械電容 式麥克風(fēng)具有體積小、成本低、高精度、可靠性高和批量制造等優(yōu)點， 因而具有較強的工業(yè)化應(yīng)用前景。微機械電容式麥克風(fēng)包括一個薄的 導(dǎo)電敏感膜和一個堅硬的導(dǎo)電底板，分別作為電容式麥克風(fēng)的兩個電 極，敏感膜和底板間存在一間隙，微機械電容式麥克風(fēng)工作時，敏感 膜感受聲壓，撓曲并發(fā)生振動，使麥克風(fēng)工作電容發(fā)生變化，通過檢 測麥克風(fēng)工作電容的變化來測量聲音信號。

從90年代初期開始，全世界上許多高校和研究機構(gòu)都積極地開 展了硅微機械麥克風(fēng)的研究，并有多種器件獲得成功。W.Kuhnel和 G.Hess在一塊硅片上制作麥克風(fēng)的敏感膜，在另一塊硅片上制作麥 克風(fēng)的底板，采用鍵合的方式構(gòu)成敏感膜和底板的間隙從而形成麥克 風(fēng)的工作電容(W.Kuhnel?and?G.Hess，Sensors?and?Actuators. vol.A32.pp.560-564.1992)。P.R.Scheeper，W.Olthuis和 P.Bergveld在單一硅片上集成制作了硅微機械麥克風(fēng)，采用犧牲層 技術(shù)構(gòu)成敏感膜和底板的間隙而形成麥克風(fēng)的工作電容。 (P.R.Scheeper，W.Olthuis，and?P.Bergveld，Sensors?and Actuators，vol.A40，pp.179-186.1994)。

微機械電容式麥克風(fēng)的技術(shù)性能指標主要有三個：靈敏度，頻率 帶寬和最大直流偏置電壓。傳統(tǒng)的微機械電容式麥克風(fēng)成品的性能指 標檢測較為復(fù)雜，靈敏度和頻率帶寬的檢測采用聲學(xué)檢測的方法，具 體的做法是將微機械電容式麥克風(fēng)和標準的麥克風(fēng)同時放入一標準 的聲源中，調(diào)節(jié)聲源產(chǎn)生在不同聲強和頻率的聲音信號，用專門的測 量電路測出微機械電容式麥克風(fēng)的電容變化。最大直流偏置電壓的測 量采用在麥克風(fēng)電極兩端加直流電壓，用專門的儀器測量麥克風(fēng)電容 的變化，找出使麥克風(fēng)電容突然增大的臨界電壓即為最大直流偏置電 壓。因此，針對于批量生產(chǎn)而言，傳統(tǒng)的微機械電容式麥克風(fēng)成品檢 測需要專門的檢測設(shè)備，檢測效率較為低下，不利于工業(yè)化大生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有的微機械電容式麥克風(fēng)成品檢測需要專門的檢測設(shè) 備，成本高、檢測效率較為低下的缺點，本發(fā)明提供了一種能實現(xiàn)電 學(xué)自檢測、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、有利于工業(yè)化大生產(chǎn)的自檢測硅微 機械電容式麥克風(fēng)及其制備方法。

自檢測硅微機械電容式麥克風(fēng)，包括作為電容極板的敏感膜和金 屬銅底板、設(shè)有聲波傳入通道的硅基體；所述的敏感膜的周邊通過第 一絕緣層固定在所述的硅基體上，所述的敏感膜的底面朝向所述的聲 波傳入通道；所述的底板上分布有通氣孔，所述的底板通過連接座固 定在所述的硅基體上，所述的底板位于所述的敏感膜的正上方，所述 的底板和所述的敏感膜之間有空氣隔層；所述的連接座與所述的硅基 體之間設(shè)有第二絕緣層；

其特征在于：所述的底板由第一支板、第二支板、第三支板拼 接而成，所述的第一支板和所述的第二支板之間有第一間隙，所述的 第二支板和第三支板之間有第二間隙；所述的支板分別通過連接支座 固定在所述的硅基體上，所述的支板分別通過所述的連接支座與一引 線端連接；所述的敏感膜上設(shè)有敏感膜引線端。

進一步，所述的通氣孔呈蜂窩狀排列。

進一步，所述的敏感膜為正方形，所述的底板的邊長為所述的 敏感膜的邊長的80％。

進一步，所述的敏感膜依次包括第一氮化硅層、摻雜硼的多晶 硅層，第二氮化硅層。

進一步，所述的絕緣層為氧化硅層。

進一步，所述的硅基體上設(shè)有封裝接點。

所述的自檢測硅微機械電容式麥克風(fēng)的制備方法，包括一下幾 個步驟：

(1)在硅片的正面通過低壓化學(xué)氣相淀積(Low?Pressure Chemical?Vapour?Deposition，簡稱LPCVD)一層3μm厚的低應(yīng)力氧 化硅，并致密化；緊接著LPCVD一層0.1μm厚的氮化硅；

(2)在所述的氮化硅的上再LPCVD一層0.4μm厚的多晶硅，用 離子注入的方法在多晶硅中摻雜硼形成導(dǎo)電體；并將多晶硅干法刻蝕 成正方形的敏感膜區(qū)域；