[发明专利]CMOS兼容的硅差分电容器麦克风及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，具体说，涉及一种CMOS兼容的硅差分电容器麦克风及其制造方法。

背景技术

广泛地应用在助听器、移动电话、数字相机和玩具中的硅基MEMS麦克风正在走向它们的极限。对灵敏度高且噪声水平低的更小、更便宜、健壮的麦克风的需求是无止境的。减小麦克风的尺寸会使其性能（诸如灵敏度）变差。然而当今，微工艺技术对麦克风的关键尺寸和特性提供了非常好的控制，使麦克风的进一步小型化和优化成为可能。另外，可以应用更为复杂的MEMS麦克风原理（诸如具有差分电容器和差分前置放大器的麦克风），使MEMS麦克风的性能（诸如灵敏度）得以保持或提高。

在一个非专利文献（Jesper Bay,Ole Hansen and Siebe Bouwstra,Design of a silicon microphone with differential read-out of a sealed double parallel-plate capacitor,The 8^th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators,and Eurosensors IX,Stockholm,Sweden,June 25-29,1995）中，提供了一种具有差分电容读出和高灵敏度的密封电容性麦克风，其中，该麦克风包括两个振膜，在这两个振膜之间有穿孔中心电极，并且这两个振膜可以用柱子互联。这种双振膜结构的不利之处在于，它给出了电容的共模变化，并且在振膜之间具有柱子的情形中，振膜的顺应性较差。

在另一个非专利文献（P.Rombach,M.Mullenborn,U.Klein and K.Rasmussen,The first low voltage,low noise differential condenser silicon microphone,The 14^thEuropean Conference on Solid-State Transducers,August27-30,2000,Copenhagen,Denmark）中，给出了一种低电压、低噪声差分电容器硅麦克风，该麦克风包括非平面结构，并连续沉积所有的结构层然后再分别回蚀以形成所述结构。然而，这种结构或许不适合与CMOS电路的集成和/ 或倒装法键合。

在另一个非专利文献（David T.Martin,Jian Liu,Karthik Kadirvel,Robert M.Fox,Mark Sheplak,and Toshikazu Nishida,A micromachined dual-backplate capacitive microphone for aeroacoustic measurements,Journal of Microelectromechanical Systems,Vol.16,No.6,December 2007）中，提供了一种用于空气声学测量的微机械加工的双背板电容性麦克风，其中，层叠三层多晶硅层分别作为单振膜和双背板，振膜夹在双背板之间。然而，由于所述三层低应力多晶硅层之故，这种结构不会是CMOS兼容的。另外，所述麦克风的三个多晶硅板具有略微不同的半径，使得所述差分电容器的电容之间的关系不太简单。

专利申请国际公布号WO 2007/089505公开了一种差分麦克风，该麦克风具有中心胶接的转动振膜，使得该振膜能够响应声波绕着所述铰链来回摇摆，从而形成两个差分电容器。该麦克风的特征在于，它不需要形成背部腔，然而，振膜的摇摆依赖于声波的方向，并且没有穿孔背板以减小空气阻尼。此外，这种结构或许不适合与其它CMOS调节电路集成。

专利申请公布号US 2008/0089536示出了一种麦克风微芯片器件，其中，提供附加的匹配电容器，以便与麦克风电容器的电容进行差分，并使用差分接收器来处理麦克风信号与基本固定的电压之间的差。

因此，需要一种具有差分传感以增加信噪比性能的CMOS兼容的单片硅麦克风芯片，以及这种麦克风芯片的制造方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种CMOS兼容的硅差分电容器麦克风及其制造方法。采用这种CMOS兼容的硅差分电容器麦克风，可以增加该麦克风的信噪比。此外，这种差分电容性麦克风传感器与CMOS工艺兼容，并且能够与前置放大器和/或差分放大器集成电路制造和集成为单个芯片。