本發(fā)明涉及一種硅麥克風，特別是公開一種梳齒結(jié)構(gòu)MEMS硅麥克風。

背景技術(shù)：

麥克風作為一種將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，廣泛的應用在手機、攝像機等智能終端設備中。

隨著社會的發(fā)展以及高科技術(shù)的不斷進步，微電機技術(shù)（Micro Electro Mechanical Systems，簡稱MEMS）已經(jīng)逐漸融入至麥克風的生產(chǎn)領域中，MEMS實現(xiàn)了各種傳感器的微型化和低成本化，并且在智能終端設備中已經(jīng)出現(xiàn)諸如MEMS硅麥克風的信號轉(zhuǎn)換裝置。

此專利中MEMS硅麥克風采用電容式的原理，由與中心振膜相連的梳齒狀結(jié)構(gòu)和與邊緣震腳相連接的梳齒狀結(jié)構(gòu)組成，兩組齒狀結(jié)構(gòu)間有一個幾微米的間距，形成電容結(jié)構(gòu)。當中心振動薄膜感受到外部的音頻聲壓信號后，與中心振膜相連接的梳齒狀結(jié)構(gòu)將與固定在邊緣震腳的梳齒狀結(jié)構(gòu)發(fā)生位移，從而形成電容變化，進一步通過CMOS放大器將電容變化轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化并進行輸出。

人的語音聲壓信號微弱，因此，作為感受信號的振動薄膜必須減薄到一定的厚度使其具有較強的靈敏度。現(xiàn)有技術(shù)工藝中，振動薄膜的制備會導致其具有不同程度的殘余應力，因此會大大降低振動薄膜的靈敏度，此外，現(xiàn)有的硅麥包括專利申請?zhí)枮?01310056813.8公開的一種采用多孔SOI硅硅鍵合的MEMS硅麥克風及其制造方法，其振膜位移與加偏壓后的電場在同一垂直方向，在偏壓太大或聲強太大時，振膜會與下電極吸合，從而造成硅麥不工作。為了避免吸膜現(xiàn)象，偏壓不能太高，但這樣降低了靈敏度和信嘈比。

傳統(tǒng)梳齒狀麥克風技術(shù)方案主要是采用高摻雜多晶硅作為振動薄膜的主要材料，并通過以下兩個方面進行提高振動薄膜的靈敏度：第一、若振動薄膜的材質(zhì)為多晶硅，需對制備后的振動薄膜進行附加退火處理，該技術(shù)方案雖然可以降低殘余應力，但是遠遠達不到振動薄膜所需靈敏度的要求；第二、若振動薄膜的材質(zhì)為多晶硅，可在制備時通過調(diào)節(jié)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(xiàn)也較為復雜。

因此，如何解決上述技術(shù)缺陷成為本領域技術(shù)人員致力于研究的方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種可以實現(xiàn)在簡化MEMS硅麥克風的結(jié)構(gòu)，同時滿足靈敏度、可靠性以及產(chǎn)量需求的梳齒結(jié)構(gòu)MEMS硅麥克風。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種梳齒結(jié)構(gòu)MEMS硅麥克風，包括多孔硅襯底及位于所述多孔硅襯底上方的單晶硅薄膜，其特征在于：所述MEMS硅麥克風中的多孔硅襯底與其上方導電性良好的單晶硅薄膜通過硅硅鍵合工藝鍵合成一體；所述單晶硅薄膜包括中心的振動薄膜、與振動薄膜相連的一圈呈梳齒狀結(jié)構(gòu)的振膜梳齒、設于單晶硅薄膜邊緣的邊緣固定腳、設于所述振動膜邊緣的振膜固定腳、與所述邊緣固定腳相連接的一圈相對應于所述振膜梳齒的呈梳齒狀結(jié)構(gòu)的邊緣梳齒；所述振膜梳齒與邊緣梳齒之間設有梳齒氣隙相間隔并形成麥克風的電容結(jié)構(gòu)，在所述振膜梳齒與邊緣梳齒之間加偏壓后，形成橫向電場，橫向電場與所述振動薄膜的位移方向相互垂直，從而可以在加大偏壓時，增加靈敏度和信噪比，支撐振動薄膜的所述振膜固定腳上方沉積有振膜金屬電極，振膜金屬電極與所述振動薄膜相連接，支撐邊緣梳齒的所述邊緣固定腳上方沉積有邊緣金屬電極，邊緣金屬電極與單晶硅薄膜相連；多孔硅襯底上設有聲孔和背腔，聲孔和背腔位置相對應；振膜金屬電極與邊緣金屬電極均采用Al或Al-Cu合金材質(zhì)，分別為麥克風電容兩極的輸出信號引出端，用來與CMOS信號放大電路實現(xiàn)電連接。所述振動薄膜和振膜梳齒均由氧化硅絕緣層支撐懸于多孔硅襯底的上方。

所述振動薄膜隨語音聲壓而上下振動，造成所述振膜梳齒及所述邊緣梳齒在垂直方向產(chǎn)生上下位移，形成電容變化。

利用導電性良好的單晶硅作為基板或者SOI晶圓作為基板進行減薄后制成振動薄膜，所述振動薄膜的厚度為1～3微米。

所述的振動薄膜和多孔硅襯底之間設有膜層氣隙，所述膜層氣隙由濕法或蒸汽法刻蝕氧化硅絕緣層形成。

本發(fā)明所述多孔硅襯底厚度為400~420μm；多孔硅襯底上設有幾十個聲孔，所述聲孔位于中心區(qū)域振動薄膜的正下方，孔徑為20 ~ 80微米左右；聲孔下設有背腔，使聲孔更易貫通多孔硅襯底；中心區(qū)域振動薄膜位于聲孔的上方，所述振動薄膜上設有微型輔助釋放孔，用以在后續(xù)濕法或蒸汽法釋放工藝中均勻釋放多孔硅襯底與單晶硅薄膜間氧化硅絕緣層；單晶硅薄膜由單晶硅片經(jīng)減薄后或具有導電良好的SOI圓片器件層得到；單晶硅薄膜由氧化硅絕緣層支撐在多孔硅襯底上，所述氧化硅絕緣層同時可實現(xiàn)單晶硅薄膜和多孔硅襯底間的電絕緣，且單晶硅薄膜和多孔硅襯底間的膜層氣隙深度也由該氧化硅絕緣層厚度決定；支撐振動薄膜的所述振膜固定腳上方和支撐邊緣梳齒的邊緣固定腳上均沉積有金屬焊盤，金屬焊盤用來與CMOS信號放大電路實現(xiàn)電連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明多孔硅襯底上設有單晶硅薄膜，其通過硅硅鍵合法與多孔硅襯底鍵合，單晶硅薄膜包括中心的振動薄膜、設于所述振動膜邊緣的振膜固定腳、與振動薄膜相連的一圈呈梳齒狀結(jié)構(gòu)的振膜梳齒、設于單晶硅薄膜邊緣的邊緣固定腳、與所述邊緣固定腳相連接的一圈相對應于所述振膜梳齒的呈梳齒狀結(jié)構(gòu)的邊緣梳齒；兩組梳齒狀結(jié)構(gòu)，即振膜梳齒與邊緣梳齒之間由一個幾微米的梳齒氣隙相間隔并形成麥克風的電容結(jié)構(gòu)；偏壓加在振膜梳齒與邊緣梳齒之間，形成橫向電場，而振動薄膜位移是上下方向，兩者互相垂直，從而可以加大偏壓，增加靈敏度和信嘈比；單晶硅薄膜為單晶硅片或具有器件層的SOI圓片減薄而成，其導電性良好，其殘余應力小且一致性好，從而可提高麥克風的靈敏度和良率；振動薄膜上設有微型輔助釋放孔，用以在后續(xù)濕法或蒸汽法釋放工藝中均勻釋放多孔硅襯底與單晶硅薄膜間氧化硅絕緣層，進一步提高麥克風的良率；多孔硅襯底上設有聲孔。聲音作用于振動薄膜上時，外接CMOS電路通過檢測振動薄膜變化引起的電容變化從而輸出相應的聲音信號。本發(fā)明靈敏度高、成本低、一致性好、良率高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中MEMS硅麥克風頂側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的B部局部放大圖；

圖3本發(fā)明中MEMS硅麥克風背側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明圖1的A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、多孔硅襯底；2、單晶硅薄膜；3、聲孔；4、背腔；5、振動薄膜； 6、膜層氣隙；7、梳齒氣隙； 8、振膜金屬電極； 9、氧化硅絕緣層； 10、邊緣金屬電極； 11、振膜彈簧支撐結(jié)構(gòu)；12、振膜梳齒；13、邊緣梳齒；14、輔助釋放孔；15、振膜固定腳；16、邊緣固定腳。

具體實施方式

根據(jù)圖1~圖4，本發(fā)明包括多孔硅襯底1、單晶硅薄膜2、聲孔3、背腔4、振動薄膜5、膜層氣隙6（膜層氣隙6即振動薄膜5與多孔硅襯底1之間的間距）、梳齒氣隙7（即振膜梳齒12與邊緣梳齒13之間的間距）、振膜金屬電極8、氧化硅絕緣層9、邊緣金屬電極10、振膜彈簧支撐結(jié)構(gòu)11、振膜梳齒12、邊緣梳齒13、輔助釋放孔14、振膜固定腳15、邊緣固定腳16。

所述多孔硅襯底1上設有聲孔3和背腔4。聲孔3均勻分布于背腔4的上方，且與背腔4相通。聲孔3的孔徑為20 ~ 80微米，多孔硅襯底1厚度為400～420微米；聲孔3的大小、數(shù)量及位置按需要進行設定，調(diào)節(jié)空氣阻尼，平滑頻率響應曲線，以能夠得到所需的靈敏度﹑帶寬與極低的聲學噪音為準。

所述單晶硅薄膜2由單晶硅減薄或SOI晶圓器件層而制成，單晶硅薄膜2導電性良好。單晶硅薄膜2由氧化硅絕緣層9支撐，懸空于聲孔3的上方，單晶硅薄膜2與多孔硅襯底1間形成膜層氣隙6。氧化硅絕緣層9的厚度決定了膜層氣隙6的深度，同時氧化硅絕緣層9的絕緣性能保證了單晶硅薄膜2和多孔硅襯底1的電絕緣。所述單晶硅薄膜2的中心設有振動薄膜5，所述振動薄膜5的四周邊緣設有振膜固定腳15，所述振膜固定腳15通過振膜固定腳15上的振膜彈簧支撐結(jié)構(gòu)11與所述振動薄膜5相連，所述振動薄膜5的四周邊緣還連有所述振膜梳齒12。所述單晶硅薄膜2的邊緣設有邊緣固定腳16，所述邊緣固定腳16上連有一圈與所述振膜梳齒12相對應的邊緣梳齒13，所述振膜梳齒12與邊緣梳齒13兩組梳齒狀的結(jié)構(gòu)之間由一個幾微米的梳齒氣隙7相間隔，所述梳齒狀的結(jié)構(gòu)均通過干法刻蝕同步成型。支撐中心的振動薄膜5的振膜固定腳15上方覆蓋有振膜金屬電極8，振膜金屬電極8與導電性良好的單晶硅中心的振動薄膜5相連接；支撐邊緣梳齒13的邊緣固定腳16上方覆蓋有邊緣金屬電極10，邊緣金屬電極10與導電性良好的單晶硅薄膜2相連，形成另一個電極。振膜金屬電極8和邊緣金屬電極10的金屬層的材質(zhì)均為Al-Cu合金，采用先沉積金屬層，再濕法刻蝕出所需圖形行成。