[发明专利]一种电容式硅微型麦克风及其制作方法

说明书

本发明提供了一种电容式硅微型麦克风及其制作方法。一种电容式硅微型麦克风，包括衬底、背板以及支撑结构，所述衬底上设有隧穿层，所述隧穿层上设有介质层，所述介质层作为存储层，所述存储层上设有阻挡层；在所述衬底正中下方位置开设有一空腔，位于所述空腔正上方的衬底、隧穿层、存储层以及阻挡层共同构成一振膜；所述背板设在所述衬底上方，所述背板设有通孔；所述背板和所述振膜之间通过支撑结构连接，并在所述振膜正上方形成一间隙。本发明提供的电容式硅微型麦克风无需外加电源，与CMOS工艺兼容，具有易于微型化、低成本、高精度、高可靠性的优点，并能应用于高温、高湿等恶劣环境。

技术领域

本发明涉及一种基于CMOS技术和MEMS技术的电容式硅微型麦克风及其制作方法，尤其涉及一种采用储存在电荷陷阱型非易失性存储器中的电荷提供偏压的电容式硅微型麦克风及其制作方法。

背景技术

微型麦克风广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑、助听器等电子产品中。目前微麦克风正呈现出微型化、低成本、高精度、集成化的发展趋势。传统的通过组装方法形成的麦克风，不仅体积大，而且精度低，难以满足上述发展趋势。与传统麦克风相比，基于CMOS工艺和MEMS工艺形成的硅微型麦克风，可借助集成电路（IC）工艺强大的基础设施，实现高精度的批量制造，具有体积小、成本低及精度高的优点。此外，基于CMOS工艺和MEMS工艺形成的硅微型麦克风还可以实现与接口电路的单片集成，有效抑制了引线互联及封装所引入的寄生对麦克风性能的影响。因此基于CMOS工艺和MEMS工艺形成的硅微型麦克风成为微型麦克风发展的主流。

根据不同的转换原理，硅微型麦克风主要包括压电式、压阻式及电容式等三种类型。在商用领域中，电容式硅微型麦克风应用最为广泛，这是因为电容式硅微型麦克风具有高灵敏度以及低功耗等优点。电容式硅微型麦克风呈可变电容器结构，由可动极板（振膜）和固定极板（背板）组成，并在极板之间施加固定偏压。在声压作用下，振膜发生振动，改变极板间距，并引起电容发生变化，电容变化引起振膜与背板间的电荷重新分布，从而实现声音信号到电学信号（声—电）转换。目前加在极板之间的固定偏压主要由外加电源提供，其体积较大。M.Kranz(人名)等提出基于驻极体的硅微型麦克风，采用储存在驻极体中的电荷为硅微型麦克风提供偏压。驻极体是一种具有电荷存储和电荷保持能力的电介质材料。但是，这种基于驻极体的硅微型麦克风存在与CMOS工艺兼容性的问题。M.Wong(人名)等提出基于浮栅式非易失性存储器的硅微型麦克风，采用储存在浮栅中的电荷为硅微型麦克风提供偏压。这种基于浮栅式非易失性存储器的硅微型麦克风与CMOS工艺兼容，但是，与驻极体比较，由于浮栅是导体，储存在浮栅的电荷能自由移动，当后续工艺导致存储器产生一个泄漏通道时，所有储存在浮栅中的电荷会通过这个泄漏通道丢失，导致麦克风不能工作，因此可靠性有待改善。此外，储存在驻极体和浮栅式非易失性存储器中的电荷在高温、高湿等环境下容易丢失，因此基于驻极体或浮栅式非易失性存储器的硅微型麦克风难以在高温、高湿等恶劣环境中应用。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种无需外加电源、与CMOS工艺兼容、可靠性高，并能应用于恶劣环境的电容式硅微型麦克风及其制作方法。本发明所采用的技术方案具体是这样实现的：

本发明提供了一种电容式硅微型麦克风，包括衬底、背板以及支撑结构，所述衬底上设有隧穿层，所述隧穿层上设有介质层，所述介质层作为存储层，所述存储层上设有阻挡层；位于所述空腔正上方的衬底、隧穿层、存储层以及阻挡层共同构成一振膜；所述背板设在所述衬底上方，所述背板设有通孔；所述背板和所述振膜之间通过支撑结构连接，并在所述振膜正上方形成一间隙。所述衬底为N型掺杂硅衬底，所述隧穿层为二氧化硅层，所述介质层为氮化硅层，所述阻挡层为二氧化硅层。

所述背板材料为低阻多晶硅。

所述支撑结构材料为氧化铝。

一种电容式硅微型麦克风制作方法，步骤如下：