CN113873404A - 一种振膜及其制备方法、mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振膜及其制备方法、MEMS麦克风，该振膜包括中间的振动部和环绕振动部的固定部，振动部包括多个振动子部，多个振动子部沿振膜的振动方向呈阶梯状分布。多个振动子部沿振膜的振动方向呈阶梯状分布，增大了振膜的有效面积，应力可通过阶梯的高度及其倾斜角度来调整，包含此振膜的MEMS麦克风机械灵敏度提高，从而获得高性能、小尺寸的MEMS麦克风。

Description

一种振膜及其制备方法、MEMS麦克风

技术领域

本发明属于电声转换领域，具体涉及一种将声音转变为电信号的振膜及其制备方法，以及使用该振膜的MEMS麦克风。

背景技术

近年来移动通信技术已经得到快速发展，消费者越来越多地使用移动通信设备，其中麦克风则是其中重要的部件之一。随着社会的发展以及高科技术的不断进步，微电机技术(Micro-Electro-

Mechanical Systems，简称MEMS)已经逐渐融入至麦克风的生产领域中，MEMS实现了各种传感器的微型化和低成本化，并且在智能终端中已经出现诸如MEMS硅麦克风的信号转换装置。

麦克风的要求是高性能，小尺寸，而这两点明显是互相制约的，封装尺寸的限制直接影响MEMS麦克风的大小。

针对上述问题，有必要提出一种设计合理且可以有效改善上述问题的一种振膜及其制备方法、MEMS麦克风。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种振膜及其制备方法、MEMS麦克风。

本发明的一方面提供了一种振膜，所述振膜包括中间的振动部和环绕所述振动部的固定部，所述振动部包括多个振动子部，所述多个振动子部沿所述振膜的振动方向呈阶梯状分布。

可选的，每个所述振动子部的中心均与其余所述振动子部的中心重合；或，

至少一个所述振动子部的中心与其余所述振动子部的中心不重合。

可选的，所述振动子部包括侧壁以及与所述侧壁连接的顶壁；其中，所述侧壁与所述顶壁垂直；或，所述侧壁与所述顶壁之间具有预设的倾斜角。

可选的，所述固定部包括第一固定壁、以及自所述第一固定壁的内侧端部向背离所述振动部的方向弯折延伸的第二固定壁。

本发明的另一方面提供一种振膜的制备方法，所述方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成隔离层；

在所述隔离层上依次形成多层牺牲层，并分别图形化所述多层牺牲层，以使得所述多层牺牲层的边缘区域呈阶梯状分布；

在所述隔离层和图形化后的所述多层牺牲层的表面形成振膜。

可选的，所述在所述隔离层和图形化后的所述多层牺牲层的表面形成振膜，包括：图形化所述隔离层，以在所述隔离层对应图形化后的底层牺牲层的边缘处形成通孔；在所述隔离层和图形化后的所述多层牺牲层的表面以及所述通孔内形成所述振膜。

本发明的另一方面提供一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底及设置于所述基底上并与所述基底绝缘连接的电容***，所述电容***包括振膜和与所述振膜间隔设置的背板，所述背板上设置有至少一个通孔，所述背板朝向所述振膜的一侧设置有背板电极，所述振膜采用前文所述的振膜。

可选的，在所述振膜的所述固定部包括第一固定壁和第二固定壁时；所述第一固定壁夹设在所述基底和所述背板之间，所述第二固定壁的端部与所述基底抵接。

可选的，所述背板还设置有朝向所述振膜方向凸出的至少一个凸起，所述凸起凸出于所述背板电极。

可选的，所述凸起与距离所述背板最近的所述振动子部的位置相对应。

本发明实施例的振膜及其制备方法、MEMS麦克风，振膜包括中间的振动部和环绕振动部的固定部，振动部包括多个振动子部，多个振动子部沿振膜的振动方向呈阶梯状分布，增大了振膜的有效面积，应力可通过阶梯的高度及其倾斜角度来调整，包含此振膜的MEMS麦克风机械灵敏度提高，从而获得高性能、小尺寸的MEMS麦克风。

附图说明

图1为本发明一种振膜的结构示意图；

图2为本发明一种振膜的制备方法流程图；

图3～图8为本发明一种振膜的制备工艺示意图；

图9为本发明一种MEMS麦克风的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供一种振膜100，该振膜100包括中间的振动部110和环绕振动部110的固定部120，振动部110包括多个振动子部111，多个振动子部111沿振膜100的振动方向呈阶梯状分布，也就是说，振膜100的振动部110的纵剖面呈阶梯状。

本发明实施例的振膜，振膜包括中间的振动部和环绕振动部的固定部，振动部包括多个振动子部，多个振动子部沿振膜的振动方向呈阶梯状分布，增大了振膜的有效面积，应力可通过阶梯的高度及其倾斜角度来调整，包含此振膜的MEMS麦克风机械灵敏度提高，从而获得高性能、小尺寸的MEMS麦克风。

示例性的，如图1所示，每个振动子部111的中心均与其余振动子部111的中心重合了，也就是说，振膜100的振动部110为同心圆的阶梯状。或者，至少一个振动子部111的中心与其余振动子部111的中心不重合，也就是说，可以是一个振动子部111与其余的振动子部111的中心不重合，也可以是每个振动子部111的中心均不重合，振膜100的振动部110为非同心圆的阶梯状。

示例性的，如图1所示，振动子部111包括侧壁111a以及与侧壁111a连接的顶壁111b，其中，侧壁111a与顶壁111b垂直。或者，侧壁111a与顶壁111b之间具有预设的倾斜角，倾斜角了可以是锐角也可以是钝角，本实施例中，侧壁111a与顶壁111b之间的倾斜角为锐角。应力可通过顶壁的高度及其侧壁合顶壁之间的预设倾斜角度来调整。

示例性的，如图1所示，固定部120包括第一固定壁121、以及自第一固定壁121的内侧端部向背离振动部110的方向弯折延伸的第二固定壁122。

如图2所示，本发明的另一方面提供一种振膜的制备方法S100，该制备方法S100包括：

S110、提供衬底。

具体地，衬底130的材质可以为硅，也可以是锗、锗硅、砷化镓，本实施例不做具体限定，本领域技术人员可以根据需要选择。

S120、在所述衬底上形成隔离层。

具体地，如图3所示，在衬底130上沉积形成隔离层140，隔离层140可以为氧化物隔离层，例如氧化硅等，或者本领域技术人员已知的其他材料。

S130、在所述隔离层上依次形成多层牺牲层，并分别图形化所述多层牺牲层，以使得所述多层牺牲层的边缘区域呈阶梯状分布。

具体地，如图4所示，在隔离层140上沉积形成底层牺牲层150，在底层牺牲层150上形成光刻胶，采用光刻工艺，对光刻胶进行曝光于显影，形成图形化后的光刻胶层，暴露出底层牺牲层150上预定形成凹槽的位置，以图形化的光刻胶层为掩膜对底层牺牲层150进行刻蚀，进而对底层牺牲层150的边缘部分进行图形化，使得图形化后的底层牺牲层150在隔离层140上的正投影在隔离层140的内侧。

如图5所示，在底层牺牲层150上沉积形成第一层牺牲层150a，采用光刻和刻蚀工艺对第一层牺牲层150a的边缘部分进行图形化，以使得图形化后的第一层牺牲层150a在底层牺牲层150上的正投影在底层牺牲层150的内侧。

如图6所示，在第一层牺牲层150a上沉积形成第二层牺牲层150b，采用光刻和刻蚀工艺对第二层牺牲层150b的边缘部分进行图形化，以使得图形化后的第二层牺牲层150b在第一层牺牲层150a上的正投影在第一层牺牲层150a的内侧。

如图7所述，依次类推，采用同样的工艺，将其余各层牺牲层150依次沉积在第二层牺牲层150b上，对每一层牺牲层150a均进行图形化，以使得每相邻两层牺牲层150的上层牺牲层150在下层牺牲层150上的正投影位于下层牺牲层150的内侧，以使得多层牺牲层150的边缘区域呈阶梯状分布。

本实施例中，牺牲层150可以为氧化物牺牲层，例如二氧化硅等，本领域技术人员可以根据需要选择。

S140、在所述隔离层和图形化后的所述多层牺牲层的表面形成振膜。

首先，图形化所述隔离层，以在所述隔离层对应图形化后的底层牺牲层的边缘处形成通孔。

如图7所示，采用光刻和刻蚀工艺将隔离层140进行图形化处理，以在隔离层140对应图形化后的底层牺牲层150的边缘处形成151通孔，通孔151暴露出隔离层140，通孔151可以为1个、2个、3个或多个，本实施例不做具体限定。

其次，在所述隔离层和图形化后的所述多层牺牲层的表面以及所述通孔内形成所述振膜。

如图8所示，在隔离层140和图形化的多层牺牲层150的表面沉积振膜材料层，采用刻蚀工艺将隔离层140和图形化后的多层牺牲层150进行刻蚀去除，形成振膜100。其中振膜材料层填充通孔151形成锚点，也就是图1所述的第二固定壁122，锚点也属于振膜100的一部分，对振膜100起到固定的作用。锚点与通孔151相对应，可以是1个、2个、3个或多个。刻蚀工艺可以是干法刻蚀，例如采用氧等离子体对隔离层140和多层牺牲层150进行干法刻蚀，也可以是湿法刻蚀，例如采用缓冲氧化物刻蚀法，将上一步骤中形成的结构放置于氧化物刻蚀液中，对隔离层140和多层牺牲层150进行刻蚀。

振膜100的材料可以选择多晶硅、锗硅、锗或其他具有弹性的金属或半导体材料，确保振膜受到声音或惯性力等的作用力而振动变形后还能回复原状，并且确保振膜具有良好的导电性，本实施例中，振膜材料选择多晶硅材料。

如图9所示，本发明的另一方面提供一种MEMS麦克风200，包括具有背腔250的基底210及设置于基底210上并与基底210绝缘连接的电容***，电容***包括振膜100和与振膜100间隔设置的背板220，背板220上设置有至少一个通孔230，背板220朝向振膜100的一侧设置有背板电极240，振膜100采用前文所述的振膜100，其中，振膜100通过隔离层140与基底210绝缘连接。振膜100可通过隔离层140与基底210绝缘连接；在其他可选择的实施方式中，振膜100通过固定部122与基底210高电阻联通。振膜100的具体结构前文已经详细描述，在此不再赘述。MEMS麦克风200通过设置在背板220上的金属连线270与相应器件电连接。

需要说明的使，本实施例中，背板220的材料可以为氮化物，例如氮化硅等。背板电极240的材料可以为多晶硅材料。基底210的材料可以为硅。

MEMS麦克风中振膜的多个振动子部沿振膜的振动方向呈阶梯状分布，增大了振膜的有效面积，应力可通过阶梯的高度及其倾斜角度来调整，使MEMS麦克风机械灵敏度提高，从而获得高性能、小尺寸的MEMS麦克风。

示例性的，如图1和图9所示，在振膜100的固定部120包括第一固定壁121和第二固定壁122时，第一固定壁121夹设在基底210和背板220之间，第二固定壁122的端部与基底210抵接。第一固定壁121将振膜100固定在背板220上，第二固定壁122将振膜100固定在基底210上。

示例性的，如图9所示，背板220还设置有朝向振膜100方向凸出的至少一个凸起260，凸起260凸出于背板电极240。凸起可以防止背板与振膜粘连。凸起260可以为1个、2个、3个或多个，形状可以为圆柱形、倒水滴型等，本实施例对凸起的个数和形状均不做具体限定，只要能起到防止背板与振膜粘连的作用即可。

示例性的，凸起260与距离背板220最近的振动子部111的位置相对应。也就是说，由于振动子部111沿振膜100的振动方向上呈阶梯状分布，所以凸起260可以可只设置于背板220与振膜100间距最窄的位置即可，不用在背板220的所有位置处设置凸起260，这样可以节省成本。本实施例中，如图9所示，振膜100的纵剖面为朝向背板220方向的阶梯状，所以只在背板220的中央区域设置凸起260即可。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种振膜，所述振膜包括中间的振动部和环绕所述振动部的固定部，其特征在于，所述振动部包括多个振动子部，所述多个振动子部沿所述振膜的振动方向呈阶梯状分布。

2.根据权利要求1所述的振膜，其特征在于，每个所述振动子部的中心均与其余所述振动子部的中心重合；或，

至少一个所述振动子部的中心与其余所述振动子部的中心不重合。

3.根据权利要求1或2所述的振膜，其特征在于，所述振动子部包括侧壁以及与所述侧壁连接的顶壁；其中，

所述侧壁与所述顶壁垂直；或，

所述侧壁与所述顶壁之间具有预设的倾斜角。

4.根据权利要求1或2所述的振膜，其特征在于，所述固定部包括第一固定壁、以及自所述第一固定壁的内侧端部向背离所述振动部的方向弯折延伸的第二固定壁。

5.一种振膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供衬底；

在所述隔离层上依次形成多层牺牲层，并分别图形化所述多层牺牲层，以使得所述多层牺牲层的边缘区域呈阶梯状分布；

在所述隔离层和图形化后的所述多层牺牲层的表面形成振膜。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述隔离层和图形化后的所述多层牺牲层的表面形成振膜，包括：

图形化所述隔离层，以在所述隔离层对应图形化后的底层牺牲层的边缘处形成通孔；

在所述隔离层和图形化后的所述多层牺牲层的表面以及所述通孔内形成所述振膜。

7.一种MEMS麦克风，包括具有背腔的基底及设置于所述基底上并与所述基底绝缘连接的电容***，所述电容***包括振膜和与所述振膜间隔设置的背板，所述背板上设置有至少一个通孔，所述背板朝向所述振膜的一侧设置有背板电极，其特征在于，所述振膜采用权利要求1至4任一项所述的振膜。

8.根据权利要求7所述的MEMS麦克风，其特征在于，在所述振膜的所述固定部包括第一固定壁和第二固定壁时；

所述第一固定壁夹设在所述基底和所述背板之间，所述第二固定壁的端部与所述基底抵接。

9.根据权利要求7或8所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述背板还设置有朝向所述振膜方向凸出的至少一个凸起，所述凸起凸出于所述背板电极。

10.根据权利要求9所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述凸起与距离所述背板最近的所述振动子部的位置相对应。

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