一种MEMS麦克风结构及其制作方法

技术领域

本发明属于麦克风技术领域，涉及一种MEMS麦克风结构及其制作方法。

背景技术

现今的智能手机和智能音箱中使用的都是用微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，简称MEMS）技术制造的麦克风。这种麦克风具有体积小、功耗低、性能优异、一致性好、便于装配等特点。MEMS麦克风电容结构中采用绝缘层背板支撑固定背极，绝缘层背板的顶部与侧壁的连接处存在一拐角，容易因应力集中产生裂纹、破损等缺陷而影响背板强度，导致MEMS麦克风的机械可靠性变差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风结构及其制作方法，用于解决现有技术中MEMS麦克风的机械可靠性较差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS麦克风结构的制作方法，包括以下步骤：

提供一衬底，形成第一牺牲层于所述衬底上；

图形化所述第一牺牲层以得到支架；

形成振膜于所述第一牺牲层上，所述振膜的下表面与所述支架的上表面连接；

形成第二牺牲层，所述第二牺牲层位于所述第一牺牲层上并覆盖所述振膜；

形成环形保护侧墙及背极，所述背极位于所述第二牺牲层的上表面，所述环形保护侧墙在垂直方向上贯穿所述第二牺牲层并与所述背极的下表面连接；

形成背板，所述背板覆盖所述背极及所述第二牺牲层，并与所述衬底连接；

去除所述第二牺牲层被所述环形保护侧墙的内侧壁包围的部分以得到位于所述背极与所述振膜之间的气隙。

可选地，在形成所述气隙时，保留所述第二牺牲层位于环形保护侧墙外侧壁与所述背板内侧壁之间的部分作为支撑结构。

可选地，所述背极的边缘在水平方向上突出于所述环形保护侧墙的外侧壁之外。

可选地，所述环形保护侧墙的横截面形状呈圆环或多边形环。

可选地，图形化所述第一牺牲层包括：形成支架通槽及阻隔通槽于所述第一牺牲层中，所述支架通槽在所述第一牺牲层中划分出所述支架，所述阻隔通槽位于所述支架的外围并与所述支架间隔预设距离；形成所述振膜时，振膜材料还填充进所述支架通槽中以构成支架侧墙，振膜材料还填充进所述阻隔通槽中以构成阻隔层。

可选地，还包括形成释放孔及狭缝于所述振膜中的步骤，所述支架在水平方向上位于所述释放孔与所述狭缝之间，且所述释放孔与所述振膜的中心之间的距离小于所述狭缝与所述振膜的中心之间的距离；在形成所述第二牺牲层时，所述第二牺牲层还填充进所述释放孔与所述狭缝中；在形成所述气隙时，还包括去除所述第二牺牲层位于所述释放孔及所述狭缝中的部分。

可选地，还包括形成阻挡块凹槽于所述第二牺牲层中以及形成阻挡块通槽于所述背极中的步骤，在形成所述背板时，背板材料还填充进所述阻挡块通槽及所述阻挡块凹槽中以构成与所述背板下表面连接的阻挡块。

可选地，还包括以下步骤：

形成第一声孔于所述背极中；

形成第二声孔于所述背板中，所述第二声孔、所述第一声孔及所述气隙依次连通；

形成空腔于所述衬底中，所述空腔在垂直方向上贯穿所述衬底；

去除所述第一牺牲层的预设区域以释放所述振膜与所述空腔相对的部分。

本发明还提供一种MEMS麦克风结构，包括：

衬底；

支架，位于所述衬底上；

振膜，位于所述支架上，且所述振膜的下表面与所述支架连接；

环形保护侧墙，位于所述振膜上；

背极，位于所述环形保护侧墙上，且所述背极的下表面与所述环形保护侧墙连接；

背板，与所述背极的上表面连接，并延伸至所述衬底表面；

气隙，位于所述背极与所述振膜之间，并被所述环形保护侧墙的内侧壁包围。

可选地，所述MEMS麦克风结构还包括支撑结构，所述支撑结构位于环形保护侧墙外侧壁与所述背板内侧壁之间。

可选地，所述背极的边缘在水平方向上突出于所述环形保护侧墙的外侧壁之外。

可选地，所述环形保护侧墙的横截面形状呈圆环或多边形环。

可选地，所述支架的内侧壁与外侧壁均设有支架侧墙。

可选地，所述振膜中设有释放孔及狭缝，所述支架在水平方向上位于所述释放孔与所述狭缝之间，且所述释放孔与所述振膜的中心之间的距离小于所述狭缝与所述振膜的中心之间的距离。

可选地，所述背板下表面连接有阻挡块，所述阻挡块的下表面低于所述背极的下表面。

可选地，所述MEMS麦克风结构还包括第一声孔、第二声孔及空腔，其中，所述第一声孔位于所述背极中，所述第二声孔位于所述背板中，所述第二声孔、所述第一声孔及所述气隙依次连通；所述空腔位于所述衬底中并在垂直方向上贯穿所述衬底。

如上所述，本发明的MEMS麦克风结构中设有环形保护侧墙，能够提高背板结构的机械强度，特别是提高气隙顶部拐角处的机械强度，避免其容易受到应力集中作用的部分产生裂纹等损坏，有助于提升MEMS麦克风的机械可靠性。

附图说明

图1显示为一种MEMS麦克风的剖面结构示意图。

图2显示为图1的局部放大图。

图3显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法的工艺流程图。

图4显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法形成第一牺牲层于衬底上的示意图。

图5显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法图形化所述第一牺牲层以得到支架的示意图。

图6显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法形成振膜材料层的示意图。

图7显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法去除所述振膜材料层位于振膜区域以外的部分以得到振膜的示意图。

图8显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法形成第二牺牲层的示意图。

图9显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法形成阻挡块凹槽于所述第二牺牲层中的示意图。

图10显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法形成通槽于所述第二牺牲层中，并去除所述第二牺牲层及所述第一牺牲层的外围部分以暴露出所述衬底的示意图。

图11显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法沉积背极材料层的示意图。

图12显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法去除所述背极材料层位于背极区域以外的部分以得到背极，并形成阻挡块通槽、第一声孔于所述背极中的示意图。

图13显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法形成背板的示意图。

图14显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法形成第二声孔于所述背板中的示意图。

图15显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法减薄所述衬底的示意图。

图16显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法形成空腔于所述衬底中的示意图。

图17显示为本发明MEMS麦克风结构的制作方法去除所述第二牺牲层被所述环形保护侧墙的内侧壁包围的部分以得到位于所述背极与所述振膜之间的气隙的示意图。

图18显示为所述环形保护侧墙的横截面形状呈圆环的示意图。

图19显示为所述环形保护侧墙的横截面形状呈六边形环的示意图。

图20显示为所述环形保护侧墙的横截面形状呈八边形环的示意图。

元件标号说明：101 衬底，102 支架，103 振膜，104 背极，105 背板，S1~S7 步骤，201 衬底，202 第一牺牲层，203 支架，204 支架通槽，205 阻隔通槽，206 振膜，207 振膜材料层，208 支架侧墙，209 阻隔层，210 释放孔，211 狭缝，212 第二牺牲层，213 阻挡块凹槽，214 通槽，215 环形保护侧墙，216 背极，217 背极材料层，218 阻挡块通槽，219 第一声孔，220 背板，221 背板材料层，222 阻挡块，223 第二声孔，224 空腔，225 气隙，226支撑结构。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图20。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，显示为一种MEMS麦克风的剖面结构示意图，该MEMS麦克风包括衬底101、支架102、振膜103、背极104及背板105，其中，在背板105顶部和侧壁的连接部位的内表面存在一个拐角（图1虚线圆圈所示区域）。因图1仅作MEMS麦克风结构的简单示意，所以图中虚线圆圈所示区域的拐角呈现为直角，实际情况中该部位拐角处呈一定的弧形（如图2所示），若该弧形部位的曲率较大，就会导致该部位有较强的应力集中，所以该部位容易产生裂纹破损等影响背板强度，导致MEMS麦克风的机械可靠性变差。针对该问题，本发明通过新的设计进行改善。下面通过具体的实施例来说明本发明的技术方案。

实施例一

本实施例中提供一种MEMS麦克风结构的制作方法，请参阅图3，显示为该方法的工艺流程图，包括以下步骤：

S1：提供一衬底，形成第一牺牲层于所述衬底上；

S2：图形化所述第一牺牲层以得到支架；

S3：形成振膜于所述第一牺牲层上，所述振膜的下表面与所述支架的上表面连接；

S4：形成第二牺牲层，所述第二牺牲层位于所述第一牺牲层上并覆盖所述振膜；

S5：形成环形保护侧墙及背极，所述背极位于所述第二牺牲层的上表面，所述环形保护侧墙在垂直方向上贯穿所述第二牺牲层并与所述背极的下表面连接；

S6：形成背板，所述背板覆盖所述背极及所述第二牺牲层，并与所述衬底连接；

S7：去除所述第二牺牲层被所述环形保护侧墙的内侧壁包围的部分以得到位于所述背极与所述振膜之间的气隙。

首先请参阅图4，执行所述步骤S1：提供一衬底201，形成第一牺牲层202于所述衬底201上。

具体的，所述衬底201用于为MEMS麦克风结构的形成提供工艺平台，可采用硅衬底、锗衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅衬底、绝缘体上锗衬底、玻璃衬底、III-V族化合物衬底（例如氮化镓衬底或砷化镓基衬底等）或其它合适的衬底。本实施例中，所述衬底201以为硅衬底为例。

具体的，采用化学气相沉积、物理气相沉积或其它合适的方法形成所述第一牺牲层202于所述衬底201上，所述第一牺牲层202的材质可包括二氧化硅或其它合适的材料。

然后请参阅图5，执行所述步骤S2：图形化所述第一牺牲层202以得到支架203。

具体的，采用光刻、刻蚀或其它合适的工艺图形化所述第一牺牲层202。所述支架203用于支撑振膜。

作为示例，图形化所述第一牺牲层202包括形成支架通槽204及阻隔通槽205于所述第一牺牲层202中，所述支架通槽204在所述第一牺牲层202中划分出所述支架203，所述阻隔通槽205位于所述支架203的外围并与所述支架203间隔预设距离。

再请参阅图6及图7，执行所述步骤S3：形成振膜206于所述第一牺牲层202上，所述振膜206的下表面与所述支架203的上表面连接。

具体的，如图6所示，先通过采用化学气相沉积、物理气相沉积或其它合适的方法形成振膜材料层207，然后如图7所示，去除所述振膜材料层207位于振膜区域以外的部分以得到所述振膜206。所述振膜206的材质可包括多晶硅或其它合适的材料。

作为示例，在形成所述振膜206时，振膜材料还填充进所述支架通槽204中以构成支架侧墙208，振膜材料还填充进所述阻隔通槽205中以构成阻隔层209。

作为示例，可形成释放孔210及狭缝211于所述振膜206中，所述释放孔210用于在所述振膜206承受高气压冲击时，将空气通过所述释放孔210泄放出去，从而降低所述振膜206所需承受的压力。所述释放孔210的数量和分布可以根据需要进行调整。所述狭缝211一方面作为后续蚀刻液流通的通道以去除特定区域的牺牲层，另一方面用于电性隔离所述振膜206的功能部分（可以振动的部分）与非功能部分（边缘区域，与后述环形保护侧墙215接触的部分）。

作为示例，所述支架203在水平方向上位于所述释放孔210与所述狭缝211之间，且所述释放孔210与所述振膜206的中心之间的距离小于所述狭缝211与所述振膜206的中心之间的距离。本实施例中，所述狭缝211在水平方向上位于所述阻隔层209与所述支架侧墙208之间。

再请参阅图8，执行所述步骤S4：形成第二牺牲层212，所述第二牺牲层212位于所述第一牺牲层202上并覆盖所述振膜206。

具体的，采用化学气相沉积、物理气相沉积或其它合适的方法形成所述第二牺牲层212，所述第二牺牲层212的材质可包括二氧化硅或其它合适的材料。所述第二牺牲层212还填充进所述释放孔210与所述狭缝211中。

作为示例，如图9所示，通过光刻、刻蚀等工艺进一步形成阻挡块凹槽213于所述第二牺牲层212中。

作为示例，如图10所示，通过光刻、刻蚀等工艺进一步形成通槽214于所述第二牺牲层212中，并去除所述第二牺牲层212及所述第一牺牲层202的外围部分以暴露出所述衬底201,但所述振膜206的侧面仍被所述第二牺牲层202包围。

具体的，所述通槽214的底面暴露出所述振膜206的上表面，所述通槽214在水平方向上位于所述狭缝211的外围，且所述通槽214呈环形。

再请参阅图11及图12，执行所述步骤S5：形成环形保护侧墙215及背极216，所述背极216位于所述第二牺牲层212的上表面，所述环形保护侧墙215在垂直方向上贯穿所述第二牺牲层212并与所述背极216的下表面连接。

具体的，如图11所示，先采用化学气相沉积、物理气相沉积或其它合适的方法沉积背极材料层217，所述背极材料层217覆盖所述第二牺牲层212的顶面与侧面、所述第一牺牲层202的侧面及所述衬底201被暴露的上表面，并填充进所述通槽214中以构成所述环形保护侧墙215。所述背极材料层217的材质可包括多晶硅或其它合适的材料。

如图12所示，通过光刻、刻蚀等工艺去除所述背极材料层217位于背极区域以外的部分以得到所述背极216，本实施例中，还去除所述背极216位于所述阻挡块凹槽213所在区域的部分以得到阻挡块通槽218于所述背极216中，并去除所述阻挡块凹槽213内的背极材料，并形成第一声孔219于所述背极216中。

再请参阅图13及图14，执行所述步骤S6：形成背板220，所述背板220覆盖所述背极216及所述第二牺牲层212，并与所述衬底201连接。

具体的，如图13所示，先采用化学气相沉积、物理气相沉积或其它合适的方法形成背板材料层221，所述背板材料层221覆盖所述背极216、所述第二牺牲层212及所述第一牺牲层202。如图14所示，再图形化所述背板材料层221以得到所述背板220。本实施例中，图形化所述背板材料层221包括通过光刻、刻蚀等工艺形成第二声孔223于所述背板220中，所述第二声孔223与所述第一声孔219连通，并包括去除所述背板材料层221的外围部分以暴露出所述衬底201。

本实施例中，背板材料还填充进所述阻挡块通槽218及所述阻挡块凹槽213中以构成与所述背板220下表面连接的阻挡块222，用于防止所述振膜206与所述背极216粘附。

如图15所示，进一步采用化学机械抛光或其它合适的工艺减薄所述衬底201。

如图16所示，采用深反应离子刻蚀（DRIE）或其它合适的工艺形成空腔224于所述衬底201中，所述空腔224在垂直方向上贯穿所述衬底201。

再请参阅图17，执行所述步骤S7：去除所述第二牺牲层212被所述环形保护侧墙215的内侧壁包围的部分以得到位于所述背极216与所述振膜206之间的气隙225。

具体的，所述第二声孔223、所述第一声孔219及所述气隙225依次连通。所述振膜206、所述气隙225和所述背极216用于构成电容结构，麦克风工作时，声音信号可以经声孔进入电容结构内（所述气隙225内），还可以通过所述空腔224进入电容结构，使所述振膜206与所述背极216之间的距离发生改变，从而使所述电容结构的电容值发生相应改变，进而将声音信号转换为电信号。

具体的，本步骤中还去除所述第二牺牲层212位于所述释放孔210及所述狭缝211中的部分，还去除所述第一牺牲层202的预设区域以释放所述振膜206与所述空腔224相对的部分。

本实施例中，蚀刻剂还通过所述狭缝211去除了所述第一牺牲层202位于所述阻隔层209与所述支架侧墙208之间的部分。

本实施例中，还保留所述第二牺牲层212位于环形保护侧墙215外侧壁与所述背板219内侧壁之间的部分作为支撑结构226。

至此，制作得到一种MEMS麦克风结构，该MEMS麦克风结构包括所述环形保护侧墙215，所述环形保护侧墙215可以防止所述气隙225外围的所述支撑结构226被蚀刻，从而能够提高背板结构的机械强度，特别是提高气隙顶部拐角处的机械强度，避免其容易受到应力集中作用的部分产生裂纹等损坏，有助于提升MEMS麦克风的机械可靠性。

作为示例，所述背极216的边缘在水平方向上可突出于所述环形保护侧墙215的外侧壁之外，从而进一步提高所述气隙225的顶部拐角处的机械强度。

作为示例，所述环形保护侧墙215的横截面形状可以呈圆环（如图18所示）、多边形环（例如图19所示的六边形环、图20所示的八边形环）或其它合适的形状，可跟随背极形状变化，此处不应过分限制本发明的保护范围。

实施例二

本实施例中提供一种MEMS麦克风结构，请参阅图17，显示为该MEMS麦克风结构的剖面结构示意图，包括衬底201、支架203、振膜206、环形保护侧墙215、背极216、背板220及气隙225，其中，所述支架203位于所述衬底201上，所述振膜206位于所述支架203上，且所述振膜206的下表面与所述支架203连接；所述环形保护侧墙215位于所述振膜206上；所述背极216位于所述环形保护侧墙215上，且所述背极216的下表面与所述环形保护侧墙215连接；所述背板220与所述背极216的上表面连接，并延伸至所述衬底201表面；所述气隙225位于所述背极216与所述振膜206之间，并被所述环形保护侧墙215的内侧壁包围。

作为示例，所述MEMS麦克风结构还包括支撑结构226，所述支撑结构226位于环形保护侧墙215外侧壁与所述背板220内侧壁之间。

作为示例，所述背极216的边缘在水平方向上突出于所述环形保护侧墙215的外侧壁之外。

作为示例，所述环形保护侧墙215的横截面形状呈圆环或多边形环。

作为示例，所述支架203的内侧壁与外侧壁均设有支架侧墙208。

作为示例，所述振膜206中设有释放孔210及狭缝211，所述支架203在水平方向上位于所述释放孔210与所述狭缝211之间，且所述释放孔210与所述振膜206的中心之间的距离小于所述狭缝211与所述振膜206的中心之间的距离。

作为示例，所述背板220下表面连接有阻挡块222，所述阻挡块222的下表面低于所述背极216的下表面。

作为示例，所述MEMS麦克风结构还包括第一声孔219、第二声孔223及空腔224，其中，所述第一声孔219位于所述背极216中，所述第二声孔223位于所述背板220中，所述第二声孔223、所述第一声孔219及所述气隙225依次连通；所述空腔224位于所述衬底201中并在垂直方向上贯穿所述衬底201。

作为示例，所述MEMS麦克风结构可通过实施例一所述的方法制作得到，也可以采用其它合适的方法制作，此处不应过分限制本发明的保护范围。

综上所述，本发明的MEMS麦克风结构中设有环形保护侧墙，能够提高背板结构的机械强度，特别是提高气隙顶部拐角处的机械强度，避免其容易受到应力集中作用的部分产生裂纹等损坏，有助于提升MEMS麦克风的机械可靠性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。