[實用新型]一種集成硅微麥克風與CMOS集成電路的芯片

有效

• 申請號: 201220281909.5
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN202679626U
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 潘昕;宋青林
• 申請（專利權）人: 歌爾聲學股份有限公司
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種集成硅微麥克風與CMOS(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)集成電路的芯片。

背景技術

MEMS麥克風作為目前應用較多且性能較好的麥克風，在其封裝結構內部的線路板上設置有MEMS聲換能器和CMOS集成電路。之前，MEMS器件和CMOS集成電路一般采用多片集成方式，即由不同廠商采用不同的工藝流程來分別獨立完成MEMS芯片和CMOS集成電路芯片制造，然后再將二者封裝集成為一個器件單元；這一集成方法的制造工藝成熟，MEMS器件的設計、制造可以單獨優化，缺點在于MEMS器件與CMOS集成電路之間需要通過外部引線連接，該電氣連接通路容易受外部干擾信號影響。

隨著SOC(System-on-a-chip，系統單芯片)技術的發展，現已實現MEMS器件和CMOS集成電路的單片集成。單片集成芯片由于是片上放大級，MEMS器件和前置放大器的間距極短，輸入輸出隔離更好，幾乎沒有可能會把電磁場耦合到MEMS器件中。因此相對于多片集成方式，單片集成方式可以很好避免電氣連接通路受到外部干擾信號影響。

消費電子的快速發展需要音質更好的MEMS麥克風，但是MEMS麥克風的本底噪聲與MEMS麥克風的設計相關，局限于MEMS麥克風的結構設計，進一步提高MEMS麥克風的信噪比相當困難。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是：提供一種集成硅微麥克風與CMOS集成電路的芯片，能夠提高MEMS麥克風的總信噪比增益。

本實用新型提供的集成硅微麥克風與CMOS集成電路的芯片，所述芯片以硅晶圓為基片，所述硅晶圓一表面劃分為兩個區域：CMOS集成電路區域和硅微麥克風區域，其中，所述硅微麥克風區域包括兩個或更多個MEMS聲換能器，MEMS聲換能器之間以并聯、串聯或者差分的方式彼此互聯，并且MEMS聲換能器之間以及MEMS聲換能器與CMOS集成電路之間通過片內的電連接通路實現電氣連接。

優選地，所述各個MEMS聲換能器的背極板由單晶硅和在其上沉積的多晶硅柵層構成，所述多晶硅柵層是在制作CMOS集成電路中由沉積的多晶硅柵層同時延伸至所述硅微麥克風區域形成；刻蝕所述多晶硅柵層形成各個MEMS聲換能器的背電極，背電極之間的電連接通路、背電極與CMOS集成電路之間的電連接通路，以及預留出振膜電極與CMOS集成電路的電氣接口。

優選地，所述各個MEMS聲換能器之間良好匹配。

優選地，所述各個MEMS聲換能器的振動膜上設置有釋放孔。

作為一種優選實施例，本實用新型的芯片集成了四個MEMS聲換能器。

在所述四個MEMS聲換能器之間并聯連接時，四個背電極依次連接至CMOS集成電路的一個預留接口；四個振膜電極并列連接至CMOS集成電路的另一個預留接口。

在所述四個MEMS聲換能器之間串聯連接時，四個背電極彼此隔離，其中第一個背電極單獨與CMOS集成電路的一個預留接口連接，其余三個背電極各預留一個接口用于與另一MEMS聲換能器的振膜電極相連，四個振膜電極串聯連接，其中前三個振膜電極依次連接至對應的另一MEMS聲換能器的背電極的預留接口，最后一個振膜電極連接至CMOS集成電路的另一個預留接口。

在所述四個MEMS聲換能器之間差分連接時，四個背電極依次連接至CMOS集成電路的一個預留接口，四個振膜電極分別對應連接至CMOS集成電路的四個預留接口，所述四個預留接口構成差分放大器的四個輸入點。

與現有技術相比，本實用新型的方案一方面通過將硅微麥克風與CMOS集成電路進行單片集成，從而相對于多片集成方式可以顯著提升MEMS麥克風整體性能、尺寸和功耗；另一方面通過由兩個或更多個MEMS聲換能器構成硅微麥克風，MEMS聲換能器之間以并聯、串聯或者差分的方式彼此互聯，并且MEMS聲換能器之間以及MEMS聲換能器與單片集成的CMOS集成電路之間通過片內的電連接通路實現電氣連接，從而相對于僅集成單個MEMS聲換能器的MEMS麥克風，能夠提高MEMS麥克風的總信噪比增益。

具體而言，在n個MEMS聲換能器之間并聯連接時，雖然整體信號未有改變，靈敏度與單個MEMS換能器情況一致，但是總的非相關噪聲降低由此總信噪比增益提高在n個MEMS聲換能器之間串聯連接時，整體信號增大n倍，但是同時總的非相關噪聲增大由此總信噪比增益提高在n個MEMS聲換能器之間差分連接時，整體信號增大n倍，但是同時總的非相關噪聲增大由此總信噪比增益提高

附圖說明