[發明專利]采用多孔SOI硅硅鍵合的MEMS硅麥克風及其制造方法

有效

• 申請號: 201310056813.8
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN103139691A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 繆建民
• 申請（專利權）人: 上海微聯傳感科技有限公司
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04;H04R31/00
• 代理公司: 上海浦東良風專利代理有限責任公司 31113
• 代理人: 陳志良

技術領域

本發明涉及一種電容式硅麥克風及其制備方法，特別是公開一種采用多孔SOI硅硅鍵合的MEMS硅麥克風，屬于硅麥克風的技術領域。

背景技術

麥克風能把人的語音信號轉化為相應的電信號，廣泛應用于手機，電腦，電話機，照相機及攝像機等。傳統的駐極體電容式麥克風采用特氟龍作為振動薄膜，不能承受在印刷電路板回流焊接工藝近300度的高溫，從而只能與集成電路的組裝分開，單獨手工裝配，大大增加了生產成本。

近三十年的MEMS（Microelectromechanical?Systems）技術與工藝的發展，特別是基于硅芯片MEMS技術的發展，實現了許多傳感器（如壓力傳感器，加速度計，陀螺儀等）的微型化和低成本。MEMS硅麥克風已開始產業化，在高端手機的應用上，逐漸取代傳統的駐極體電容式麥克風。

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

人的語音聲壓信號非常微弱，振動薄膜必須非常靈敏。振動膜通常采用常規的半導體加工工藝—淀積得到，材料可采用多種或多層材料得到（比如摻雜多晶硅，金屬與氮化硅復合膜等）。由于材料的熱膨脹系數不同和高溫工藝，制備后的振動薄膜會有不同程度的殘留應力，大大影響了振動薄膜的靈敏度。所以，用多晶硅作為振動薄膜時，在制備后一般會采用附加退火工藝，來調節殘留應力降到最低；若用氮化硅作為振動薄膜，在制備時通過調節反應氣體間的比例來降低殘留應力。但采用這種方法對減小殘余應力的效果不大，而且重復性不好，實現也較為復雜。另外，也可以采用改變振動薄膜的機械結構，把一般的平板型振動薄膜改為紋膜，浮膜，或在振動薄膜上切割微小的槽，從而達到減少殘留應力﹑增加靈敏度的目的。但改變振動薄膜結構的方法會造成制備工藝復雜化，增加成本，降低良率。

背極板除了與振動薄膜形成電容以外，還具有控制麥克風的頻帶，降低聲學噪聲等功能。它需要具有一定的剛度，不會因外部的振動或聲壓而形變。除此以外，一般的設計還需在背極板上制備數百至上千個直徑為幾微米的穿孔，用來調節麥克風的頻帶和降低聲學噪聲。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種采用多孔SOI硅硅鍵合的MEMS硅麥克風及其制備方法，以簡化制造工藝，且可提高電容式微型硅麥克風的良率和靈敏度。

本發明是這樣實現的：一種采用多孔SOI硅硅鍵合的MEMS硅麥克風及其制造方法，包括多孔背極板硅基及位于所述多孔背極板硅基上方的單晶硅振膜，其特征在于：所述的多孔背極板硅基和單晶硅振膜作為麥克風電容的兩極板，經過硅硅鍵合工藝鍵合成一體；所述麥克風的制造方法包括如下步驟：

a、采用導電性良好的背極板硅基；

b、在上述背極板硅基上DRIE刻蝕出若干盲孔，形成多孔背極板硅基，所蝕刻出的盲孔為麥克風的聲孔；?

c、在上述多孔背極板硅基上熱氧化出一層氧化硅層；

d、提供導電性良好的單晶硅作為振動薄膜基板，并在該基板上熱氧化出一層氧化硅層；

e、將上述振動薄膜基板和背極板硅基鍵合；

f、將上述振動薄膜基板減薄成為振動薄膜，即單晶硅振膜；

g、等離子刻蝕上述振動薄膜，刻蝕貫穿振動薄膜，刻蝕部分下面的氧化硅，形成所需小凸柱的外輪廓；

h、等離子刻蝕貫穿上述振動薄膜及其下的氧化硅，露出背極板硅基上沉積金屬電極的面；

i、在上述器件表面LPCVD摻雜多晶硅；

j、去除上述器件中背極板硅基背面的多晶硅和氧化硅；

k、在上述器件上表面沉積金屬層；

l、刻蝕貫穿上述器件的金屬層及其下的多晶硅，形成金屬電極和小凸柱；

m、在上述器件上表面沉積一層PECVD氧化硅；

n、在上述器件的多孔背極板硅基背面DRIE蝕刻背腔直至多孔背極板硅基上的氧化硅，背腔位于聲孔的正下方；

o、濕法去除上述器件中PECVD生成的氧化硅；

p、濕法去除上述器件中多孔背極板硅基的背腔及聲孔間的氧化硅以及振動薄膜振動部分下方的氧化硅，釋放振動薄膜。