Cmos-mems電容式傳聲器晶片的製作方法

2023-06-13 03:19:36

專利名稱：Cmos-mems電容式傳聲器晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電容式傳聲器技術領域，具體地說，涉及一種利用標準CMOS工藝 和MEMS工藝結合製作的CM0S-MEMS電容式傳聲器晶片。
技術背景 近年來，MEMS工藝製作的電容式傳聲器由於其穩定性、可靠性、耐震性，以及頻率 特性均較好，在手機通信等音頻設備中得到了越來越廣泛的應用。隨著應用的發展，對電容 式傳聲器的要求也進一步提高，需要更小的尺寸和更高的靈敏度。把IC和MEMS結構集成 到同一晶片上可以有效減小晶片的整體尺寸，並且可以顯著減小引線導致的寄生電容，提 高器件的靈敏度和可靠性。

實用新型內容為了減小電容式傳聲器的尺寸並提高其可靠性，針對當前電容式傳聲器的結構， 本實用新型提供一種CM0S-MEMS電容式傳聲器結構。本實用新型提供的電容式傳聲器晶片包括IC電路和MEMS結構，其中，MEMS結構 部分包括具有貫通孔的基底、設置在基底上方與基底對應的振膜支撐層、覆蓋于振膜支撐 層上方的振膜、設置在振膜上方的背極支撐層和設置在背極支撐層上方的背極，其中，在所 述振膜的邊緣地區設置有與所述振膜同心的環狀的紋膜。此外，優選的結構是，在所述振膜上紋膜的內部設置有徑向凸起或凹陷結構的振 膜加強筋；在所述振膜加強筋的上方還設置有徑向凸起或凹陷結構的背極加強筋。另外，優選的結構是，所述振膜在基底上方內側位置設置有將振膜的中間與所述 基底貫通孔相對應的部分與振膜周圍部分斷開的振膜隔斷。另外，優選的結構是，所述背極在背極支撐層內側對應的位置設置有使背極中央 部分和周圍部分斷開的環形隔斷。另外，優選的結構是，在所述振膜和所述背極的延伸部還分別設置有用於實現所 述電容式傳聲器晶片與外部電路的電連接的振膜引出電極和背極引出電極。再者，優選的結構是，在所述背極上還設置有貫通的聲孔，其中設置在背極周邊部 分的聲孔的開孔稍大於設置在背極中央部分的聲孔的開孔。再者，優選的結構是，所述背極為導電材料或包含導電材料的複合層。採用上述方案後，可以實現IC和MEMS結構在同一晶片上的集成。另外不但振膜 上的紋膜結構能夠有效增加振膜的振幅，從而在不改變傳聲器晶片體積的前提下增加晶片 中電容量的變化，進而增加電容式傳聲器的靈敏度。並且，由於在振膜上的紋膜的內部設置 的振膜加強筋結構以及背極加強筋的作用，一方面使得振膜上在紋膜內的有振膜加強筋的 部分基本保持平動，能夠避免振膜局部變形過大的問題，從而提高了電容式傳聲器晶片的 可靠性。

通過
以下結合附圖對其實施例進行描述，本實用新型的上述特徵和技術優點將會 變得更加清楚和容易理解。圖1是表示本實用新型實施例的電容式傳聲器晶片的俯視圖；圖2為圖1的沿AA虛線的部面圖；圖3為圖2的沿BB虛線的俯視圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細的描述。圖1、圖2、圖3分別表示本實用新型實施例的CM0S-MEMS電容式傳聲器晶片的俯 視圖、縱向剖視圖和橫向剖視圖。如圖1-3所示，本實用新型提供的CM0S-MEMS電容式傳聲 器晶片的IC部分41可採用標準CMOS工藝，通過背極和振膜引出點23、24與MEMS結構相 連。完成IC部分後可以採用氮化矽、光刻膠或其他掩膜層保護IC部分，之後再進行MEMS 部分的工藝。MEMS部分工藝完成後可通過鋁或其他導電材料連接IC和MEMS部分。42、43 為CM0S-MEMS電容式傳聲器晶片的引出電極(可以有多個引出電極)引出電極用於使傳聲 器晶片與外部電路實現電連接。左側MEMS部分自下而上依次包括具有貫通孔的基底21、設置在基底上方與基底 21對應的振膜支撐層31、覆蓋于振膜支撐層31的貫通孔上方的振膜32、設置在振膜32上 方具有與基底21的貫通孔相對應的貫通孔的背極支撐層36 (同時也為犧牲層)和設置在 背極支撐層36上方的背極22。其中，在振膜32上與基底貫通孔相對應的部分(在本實施例中為一圓形部分)的 外圍、即振膜32上對應基底上方內側位置設置有將振膜的中間部分與振膜周圍部分斷開 的振膜隔斷37，振膜32在振膜隔斷37處與周圍部分斷開，能夠減少在傳聲器工作過程中基 本不變化的部分無效電容(即不希望存在的寄生電容)，在振膜32的邊緣地區設置有與振 膜33同心的環狀的紋膜33，在振膜上環狀紋膜的內部有徑向凸起或凹陷結構的振膜加強 筋34，在振膜加強筋34的上方還設置有與振膜加強筋34相對應的具有凹陷或凸起結構的 背極加強筋26，背極22覆蓋於背極支撐層36上方。另外，背極22上還設置有貫通的聲孔25、27 ；其中設置在背極周邊部分的聲孔27 的開孔稍大於設置在背極22中央部分的聲孔25的開孔，以利於背極支撐層36的釋放，並 減小其邊緣部分與振膜之間形成的無效電容(即不希望存在的寄生電容)。另外，在振膜 32的延伸部設置有振膜引出電極24，在背極22的延伸部還設置有背極引出電極23 ；這兩 個引出電極用於使傳聲器晶片與外部電路實現電連接。在圖1 圖3中所示的實施例中，電容式傳聲器晶片是一種背極在上、振膜在下的 電容式傳聲器結構，其所示為圓形振膜。當然本實用新型提供的電容式傳聲器晶片結構不 限於圖1 圖3中所示的一種結構，也可以根據實際生產或者應用的需要對其中的上下順 序和形狀進行合理的調整，均不影響本實用新型的主旨。如圖2和圖3所示，在本實施例中，圓形振膜32四周固定，其靠近固定處有圓環狀 的紋膜33，該紋膜33能夠有效增加振膜的振幅，從而在不改變晶片體積的前提下增加晶片 中電容量的變化，進而增加電容式傳聲器的靈敏度。並且，在振膜上環狀的紋膜33的內部還設置有徑向的具有凸起或凹陷結構振膜加強筋34，即振膜加強筋34方向可以為向上或 者向下。因為加強筋結構的作用，振膜32上在紋膜33內的有振膜加強筋34的部分基本保 持平動，能夠避免振膜局部變形過大的問題，從而提高了電容式傳聲器晶片的可靠性。背極22為導電材料或包含導電材料的複合層，在背極22上有徑向凹陷或凸起的 背極加強筋26，其作用為增加背極22的硬度，使傳聲器工作時背極保持不動；另一方面，背 極加強筋26和振膜加強筋34也可以契合對應，這樣可以使得二者重合面積增加，從而增加 了電容變化率，也提高了電容式傳聲器晶片的靈敏度。此外，背極22上還設置有貫通孔聲孔25、27，背極周邊部分的聲孔27可以開孔稍 大以利於犧牲層的釋放。背極在背極支撐層內側對應的位置具有環形的背極隔斷28，使得背極中央部分和 周圍部分在背極隔斷28處斷開，以減少在傳聲器工作過程中基本不變化的部分電容，提高 靈敏度。當振膜振動時，由於紋膜33和振膜加強筋34的作用使得振膜在紋膜的內部部分 基本保持平動，背極加強筋26和振膜加強筋34在水平方向上的投影部分重合面積變化，增 加了電容變化率，從而提高電容式傳聲器晶片的靈敏度。需要說明的是，本實用新型所提供的CM0S-MEMS電容式傳聲器晶片根據產品的需 求可以有多種不同形式的實施方式，並不局限於以上的優選實施例。在本實用新型的上述 教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進和 變形，都落在本實用新型的保護範圍內，本領域技術人員應該明白，上述的具體描述只是更 好的解釋本實用新型的目的，本實用新型的保護範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求1.一種CM0S-MEMS電容式傳聲器晶片，其IC電路部分採用標準CMOS工藝製作；其MEMS 部分包括具有貫通孔的基底、設置在基底上方與基底對應的振膜支撐層、覆蓋于振膜支撐 層上方的振膜、設置在振膜上方的背極支撐層和設置在背極支撐層上方的背極，其特徵在 於在所述振膜的邊緣地區設置有與所述振膜同心的環狀的紋膜。
2.按照權利要求1所述的電容式傳聲器晶片，其特徵在於，在所述振膜上紋膜的內部設置有徑向凸起或凹陷結構的振膜加強筋；在所述振膜加強筋的上方還設置有徑向凸起或凹陷結構的背極加強筋。
3.按照權利要求2所述的電容式傳聲器晶片，其特徵在於，所述振膜在基底上方內側位置設置有將振膜的中間與所述基底貫通孔相對應的部分 與振膜周圍部分斷開的振膜隔斷。
4.按照權利要求3所述的電容式傳聲器晶片，其特徵在於，所述背極在背極支撐層內側對應的位置設置有使背極中央部分和周圍部分斷開的環 形隔斷。
5.按照權利要求4所述的電容式傳聲器晶片，其特徵在於，在所述振膜和所述背極的延伸部還分別設置有用於實現所述電容式傳聲器晶片與外 部電路的電連接的振膜引出電極和背極引出電極。
6.按照權利要求5所述的電容式傳聲器晶片，其特徵在於，在所述背極上還設置有貫通的聲孔，其中設置在背極周邊部分的聲孔的開孔稍大於設 置在背極中央部分的聲孔的開孔。
7.按照權利要求6所述的電容式傳聲器晶片，其特徵在於，所述背極為導電材料或包含導電材料的複合層。
專利摘要本實用新型提供一種CMOS-MEMS電容式傳聲器晶片，採用pre-cmos技術，包括IC電路部分和MEMS電容式傳聲器部分，MEMS傳聲器部分具有貫通孔的基底、設置在基底上方與基底對應的振膜支撐層、覆蓋于振膜支撐層上方的振膜、設置在振膜上方的背極支撐層和設置在背極支撐層上方的背極，其中，在所述振膜的邊緣地區設置有與所述振膜同心的環狀的紋膜。利用本實用新型的紋膜和加強筋結構，不但能夠有效增加振膜的振幅，從而在不改變晶片體積的前提下增加晶片中電容量的變化，進而增加電容式傳聲器的靈敏度，還能夠使振膜上在紋膜內的有振膜加強筋的部分基本保持平動並增加傳聲器的電容變化率，避免振膜局部變形過大的問題，提高電容式傳聲器晶片的靈敏度並提高了電容式傳聲器晶片的可靠性。所述振膜採用Ge-Si材料，可以用相對較低的溫度退火，減小對IC部分的影響。
文檔編號H04R7/02GK201789628SQ201020299839
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者宋青林, 隋鴻鵬 申請人:歌爾聲學股份有限公司