[實(shí)用新型]一種與CMOS電路縱向集成的MEMS硅麥克風(fēng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120341396.8
• 申請(qǐng)日: 2011-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202261791U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 繆建民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華景傳感科技（無(wú)錫）有限公司
• 主分類號(hào): H04R19/04
• 分類號(hào): H04R19/04;H04R7/00
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種硅麥克風(fēng)，尤其是一種與CMOS電路縱向集成的MEMS硅麥克風(fēng)，屬于硅麥克風(fēng)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

麥克風(fēng)能把人的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)，電腦，電話機(jī)，照相機(jī)及攝像機(jī)等。傳統(tǒng)的駐極體電容式麥克風(fēng)采用特氟龍作為振動(dòng)薄膜，不能承受在印刷電路板焊接回流工藝近300度的高溫，從而只能與集成電路的組裝分開(kāi)，單獨(dú)手工裝配，大大增加了生產(chǎn)成本。

近三十年的MEMS(Microelectromechanical?Systems)技術(shù)與工藝的發(fā)展，特別是基于硅芯片MEMS技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了許多傳感器(如壓力傳感器，加速度計(jì)，陀螺儀等)的微型化和低成本。MEMS硅麥克風(fēng)已開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化，在高端手機(jī)的應(yīng)用上，逐漸取代傳統(tǒng)的駐極體電容式麥克風(fēng)。但是，由于制備工藝復(fù)雜，MEMS硅麥克風(fēng)的生產(chǎn)成本與駐極體麥克風(fēng)相比還相當(dāng)高，特別是MEMS硅麥克風(fēng)芯片的生產(chǎn)工藝與CMOS集成電路不兼容，使得與麥克風(fēng)芯片相配的放大器芯片必須分開(kāi)制備，而麥克風(fēng)芯片與放大器芯片的電信號(hào)連接需采用焊線鍵合，進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本，同時(shí)降低了可靠性。

MEMS麥克風(fēng)主要還是采用電容式的原理，由一個(gè)振動(dòng)薄膜和背極板組成，振動(dòng)薄膜與背極板之間有一個(gè)幾微米的間距，形成電容結(jié)構(gòu)。高靈敏的振動(dòng)薄膜感受到外部的音頻聲壓信號(hào)后，改變振動(dòng)薄膜與背極板間的距離，從而形成電容變化。MEMS麥克風(fēng)后接CMOS放大器把電容變化轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)的變化，再放大后變成電輸出。

人的語(yǔ)音聲壓信號(hào)非常微弱，振動(dòng)薄膜必須非常靈敏。一般振動(dòng)薄膜的材料是多晶硅或氮化硅，厚度在零點(diǎn)五到二微米左右，視振動(dòng)薄膜的大小而異。由于材料的熱膨脹系數(shù)不同和高溫工藝，制備后的振動(dòng)薄膜會(huì)有不同程度的殘留應(yīng)力，大大影響了振動(dòng)薄膜的靈敏度。所以，用多晶硅作為振動(dòng)薄膜時(shí)，在制備后一般會(huì)采用附加退火工藝，來(lái)調(diào)節(jié)殘留應(yīng)力降到最低；若用氮化硅作為振動(dòng)薄膜，在制備時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體間的比例來(lái)降低殘留應(yīng)力。同時(shí)，也可以采用改變振動(dòng)薄膜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，把一般的平板型振動(dòng)薄膜改為紋膜，浮膜，或在振動(dòng)薄膜上切割微小的槽，從而達(dá)到減少殘留應(yīng)力、增加靈敏度的目的。但改變振動(dòng)薄膜結(jié)構(gòu)的方法會(huì)造成制備工藝復(fù)雜化，增加成本，降低良率。

背極板除了與振動(dòng)薄膜形成電容以外，還具有控制麥克風(fēng)的頻帶，降低聲學(xué)噪聲等功能。它需要具有一定的剛度，不會(huì)因外部的振動(dòng)或聲壓而形變。除此以外，一般的設(shè)計(jì)還需在背極板上制備數(shù)百至上千個(gè)直徑為幾微米的穿孔，用來(lái)調(diào)節(jié)麥克風(fēng)的頻帶和降低聲學(xué)噪聲。由于穿孔腐蝕制備工藝的深寬比的制約，背極板的厚度一般不會(huì)超過(guò)幾十微米。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種與CMOS電路縱向集成的MEMS硅麥克風(fēng)，其可與CMOS電路芯片垂直集成，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝及其封裝結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)器件的可靠性。

按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述與CMOS電路縱向集成的MEMS硅麥克風(fēng)，包括背極板硅基及位于所述背極板硅基上方振膜硅基；所述背極板硅基上對(duì)應(yīng)于與振膜硅基相連的另一側(cè)設(shè)有CMOS電路，背極板硅基對(duì)應(yīng)設(shè)置CMOS電路的表面上淀積有電絕緣層，所述電絕緣層上設(shè)有金屬鍵合層，所述金屬鍵合層與CMOS電路的連接端電連接；背極板硅基上設(shè)有若干聲孔，所述聲孔位于振膜硅基的正下方，且聲孔從金屬鍵合層的表面向下延伸貫通背極板硅基，背極板硅基對(duì)應(yīng)于設(shè)置聲孔表面的金屬鍵合層形成下電極；振膜硅基對(duì)應(yīng)于與背極板硅基相連的表面設(shè)有導(dǎo)電振膜，振膜硅基內(nèi)設(shè)有貫通振膜硅基的深坑，所述深坑位于聲孔的正上方，且深坑與聲孔對(duì)應(yīng)分布；振膜硅基對(duì)應(yīng)于設(shè)置振膜的表面鍵合安裝于金屬鍵合層上，導(dǎo)電振膜通過(guò)金屬鍵合層與CMOS電路電連接，導(dǎo)電振膜與下電極間隙配合。

所述聲孔的孔徑為50～100μm；所述背極板硅基的厚度為300～500μm。所述電絕緣層包括位于背極板硅基表面的第一絕緣介質(zhì)層及位于所述第一絕緣介質(zhì)層上的第二絕緣介質(zhì)層；所述第一絕緣層為氮化硅層，第二絕緣介質(zhì)層為二氧化硅層。

所述CMOS電路的連接端包括輸入端及輸出端，所述輸入端鄰近振膜硅基；輸入端及輸出端通過(guò)電絕緣層隔離。

所述導(dǎo)電振膜包括生長(zhǎng)于振膜硅基上的絕緣支撐膜及淀積于所述絕緣支撐膜上的振膜體薄膜，且所述振膜體薄膜通過(guò)高溫退火去除殘余應(yīng)力。

所述振膜體薄膜的材料為導(dǎo)電多晶硅或單晶硅。振膜體薄膜的厚度為0.7～1.2μm。