本實(shí)用新型涉及復(fù)合傳感器鄰域，更具體地，涉及一種微機(jī)電麥克風(fēng)。

背景技術(shù)：

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)是集微傳感器、微執(zhí)行器、微機(jī)械結(jié)構(gòu)、微電源微能源、信號(hào)處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是一項(xiàng)革命性的新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是一項(xiàng)關(guān)系到國(guó)家的科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)防安全的關(guān)鍵技術(shù)MEMS器件是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的采用微加工工藝制作的電子機(jī)械器件，已經(jīng)廣泛地用作傳感器和執(zhí)行器，微機(jī)電麥克風(fēng)就是其中的代表。

目前，傳感器融合的趨勢(shì)非常明顯，但不同傳感器之間的MEMS制程和封裝制程差異較大，其專(zhuān)業(yè)性也存在一定互斥關(guān)系，因此多見(jiàn)當(dāng)前的傳統(tǒng)方案是多種傳感器組裝到一塊電路板上以獲得各自的物理量?，F(xiàn)有技術(shù)中，將壓力計(jì)的MEMS和專(zhuān)用集成電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)芯片與微機(jī)電麥克風(fēng)的MEMS和ASIC芯片封裝到一個(gè)殼體中，使得從視覺(jué)上只看到一個(gè)產(chǎn)品，而該產(chǎn)品同時(shí)提供兩種物理量信息，這樣可以節(jié)省一些封裝的成本。

但上述復(fù)合型的傳感器只是單純將兩種獨(dú)立的傳感器封裝在一起，其結(jié)構(gòu)及布局面積往往大于兩者的加和。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種微機(jī)電麥克風(fēng)，該微機(jī)電麥克風(fēng)在具有麥克風(fēng)功能的基礎(chǔ)上集成了其他物理量的傳感功能，且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省布局面積。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種微機(jī)電麥克風(fēng)，包括：

背極板，所述背極板包括第一表面和第二表面；

振膜，所述振膜與所述背極板的所述第一表面相對(duì)并且相隔預(yù)定距離設(shè)置，使得可振動(dòng)的所述振膜與所述背極板之間形成電場(chǎng)；

傳感層，所述傳感層貼附于所述背極板的所述第二表面，所述傳感層的形變帶動(dòng)所述背極板發(fā)生形變。

優(yōu)選地，所述傳感層敏感的信號(hào)頻率為0～20赫茲。

優(yōu)選地，所述傳感層為濕敏傳感層。

優(yōu)選地，所述背極板發(fā)生形變的范圍為所述振膜與所述背極板之間相隔的所述預(yù)定距離的-12％～+12％。

優(yōu)選地，所述微機(jī)電麥克風(fēng)還包括：

襯底，所述襯底包括聲腔，所述振膜位于所述襯底上并且通過(guò)所述聲腔與外部連通以接收聲音信號(hào)；

支撐層，所述支撐層設(shè)置在所述襯底與所述振膜之間以及所述振膜與所述背極板之間。

優(yōu)選地，所述微機(jī)電麥克風(fēng)還包括：

專(zhuān)用集成電路，所述專(zhuān)用集成電路與所述背極板以及所述振膜電連接。

優(yōu)選地，所述專(zhuān)用集成電路包括：

金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS管)，所述專(zhuān)用集成電路通過(guò)檢測(cè)所述MOS管的溫度特性輸出與溫度有關(guān)的電信號(hào)。

根據(jù)本實(shí)用新型的微機(jī)電麥克風(fēng)，在具有麥克風(fēng)功能的基礎(chǔ)上集成了其他物理量的傳感功能，且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省布局面積。通過(guò)檢測(cè)MOS管溫度特性輸出與溫度相關(guān)的電信號(hào)，使得微機(jī)電麥克風(fēng)還可以輸出溫度物理量，從而使得該微機(jī)電麥克風(fēng)更適用于消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等終端產(chǎn)品在聲學(xué)、溫度、濕度等多種物理量都有要求的場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的立體圖。

圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的立體分解圖。

圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的俯視圖。

圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的截面圖。

圖5a至圖5d示出根據(jù)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的制造方法的各個(gè)階段的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用類(lèi)似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見(jiàn)，附圖中的各個(gè)部分沒(méi)有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。

應(yīng)當(dāng)理解，在描述器件的結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)將一層、一個(gè)區(qū)域稱(chēng)為位于另一層、另一個(gè)區(qū)域“上面”或“上方”時(shí)，可以指直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個(gè)區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將器件翻轉(zhuǎn)，該一層、一個(gè)區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚印⒘硪粋€(gè)區(qū)域“下面”或“下方”。

如果為了描述直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面的情形，本文將采用“A直接在B上面”或“A在B上面并與之鄰接”的表述方式。在本申請(qǐng)中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A與B直接鄰接。

本實(shí)用新型提供一種微機(jī)電麥克風(fēng)，該微機(jī)電麥克風(fēng)包括：背極板、振膜、以及傳感層，其中，所述背極板包括第一表面和第二表面，所述振膜與所述背極板的所述第一表面相對(duì)并且相隔預(yù)定距離設(shè)置，使得可振動(dòng)的所述振膜與所述背極板之間形成電場(chǎng)，所述傳感層貼附于所述背極板的所述第二表面，所述傳感層的形變帶動(dòng)所述背極板發(fā)生形變。本實(shí)用新型提供的微機(jī)電麥克風(fēng)在具有麥克風(fēng)功能的基礎(chǔ)上集成了其他物理量的傳感功能，且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省布局面積。

下面結(jié)合附圖1至圖4具體說(shuō)明本實(shí)用新型的微機(jī)電麥克風(fēng)的實(shí)施例，在下文中描述了本實(shí)用新型的許多特定的細(xì)節(jié)，例如器件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、處理工藝和技術(shù)，以便更清楚地理解本實(shí)用新型。但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。

圖1至圖4分別示出根據(jù)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的立體圖、立體分解圖、俯視圖以及截面圖，其中圖3中的線(xiàn)A-A′示出截面圖的截取位置。該微機(jī)電麥克風(fēng)包括背極板140，所述背極板140包括第一表面和第二表面；振膜130，所述振膜130與所述背極板140的所述第一表面相對(duì)并且相隔預(yù)定距離設(shè)置，使得可振動(dòng)的所述振膜130與所述背極板140之間形成電場(chǎng)；以及傳感層150，所述傳感層150貼附于所述背極板140的所述第二表面，所述傳感層150的形變帶動(dòng)所述背極板140發(fā)生形變。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)還包括：襯底110，所述襯底110包括聲腔111，所述振膜130位于所述襯底110的上方，所述振膜130通過(guò)所述聲腔111與外部連通以接收聲音信號(hào)；支撐層120，所述支撐層120設(shè)置在所述襯底110與所述振膜130之間以及所述振膜130與所述背極板140之間。

背極板140由導(dǎo)電材料(例如摻雜的多晶硅、金屬或合金)組成，振膜層130由導(dǎo)電材料(例如摻雜的多晶硅、金屬或合金)組成，襯底110例如為體硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底等，所述襯底110、所述振膜層130、所述背極板140均包括相對(duì)的第一表面和第二表面，支撐層120的材料例如為氧化硅或氮化硅。于本實(shí)施例中，所述襯底110為圓環(huán)形，其內(nèi)部設(shè)有連通襯底110第一表面和第二表面的聲腔111，所述振膜130設(shè)置在所述襯底110的第一表面的上方，并且二者之間設(shè)置有所述支撐層120，所述振膜130的第二表面暴露于聲腔111中，外界聲音信號(hào)通過(guò)所述聲腔111到達(dá)所述振膜130第二表面使得所述振膜130發(fā)生振動(dòng)。所述背極板140設(shè)置在所述振膜130的上方，并且二者之間通過(guò)設(shè)置所述支撐層120而隔開(kāi)預(yù)定距離，所述振膜120與所述背極板140都為圓形，上述支撐層120為對(duì)應(yīng)于所述振膜120、所述背極板140外圓周邊緣的圓環(huán)形，所述背極板140的第二表面與所述振膜130的第一表面相對(duì)，并且二者之間形成電場(chǎng)，所述振膜130振動(dòng)時(shí)，所述電場(chǎng)也發(fā)生相應(yīng)變化，從而使聲學(xué)信號(hào)通過(guò)電容信號(hào)得以反映出來(lái)。

傳感層150可以對(duì)各種物理量敏感的敏感材料制成，如溫敏材料、濕敏材料、壓敏材料等。本實(shí)施例中的傳感層150貼附在所述背極板140的第一表面上，可以是圓形，并且其大小可以略小于所述背極板140的大小，例如其外圓周邊緣對(duì)應(yīng)于所述環(huán)形支撐層120的內(nèi)圓周邊緣，所述傳感層150檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的敏感物理量的變化時(shí)會(huì)發(fā)生形變，即脹縮，該變化會(huì)帶動(dòng)所述背極板140同時(shí)發(fā)生形變，反映為所述背極板140與所述振膜120之間距離的變化，從而使所述背極板140與所述振膜120之間電場(chǎng)的電容發(fā)生變化，使得所述敏感物理量的變化反映為電容信號(hào)而被示出。

當(dāng)然可以理解的是，所述振膜130、所述背極板140、所述傳感層150的形狀不限于上述實(shí)施例中的圓形，也可以根據(jù)實(shí)際需要制成其他形狀，例如方形，對(duì)應(yīng)地，所述襯底110、所述支撐層120也可以是方環(huán)形。

顯然，由于聲學(xué)信號(hào)的頻率范圍為20～20000赫茲(Hz)，不適合把頻率范圍有重疊的運(yùn)動(dòng)傳感器如加速度計(jì)、陀螺儀等與所述微機(jī)電麥克風(fēng)集成在一起，以避免無(wú)法區(qū)分電容信號(hào)是表征運(yùn)動(dòng)量還是聲學(xué)量的困難，而對(duì)于壓力、濕度、溫度等物理量的測(cè)量，會(huì)更加適合集成。因此優(yōu)選地，所述傳感層150敏感的信號(hào)頻率為0～20Hz，以避免反映傳感層檢測(cè)物理量變化的電容(下稱(chēng)為敏感電容)信號(hào)與反映聲學(xué)信號(hào)的電容(下稱(chēng)為聲學(xué)電容)信號(hào)之間的混淆，將頻率為0～20Hz的電容信號(hào)作為濕度信號(hào)的輸出，將20～20000Hz的電容信號(hào)作為聲音信號(hào)的輸出。

傳感層150的材料可以是多孔硅或聚酰亞胺，所述傳感層150可以是濕敏傳感層，使得所述微機(jī)電麥克風(fēng)既保留麥克風(fēng)的功能、又具有檢測(cè)濕度的功能。優(yōu)選地，所述背極板發(fā)生形變的范圍為所述振膜與所述背極板之間相隔的所述預(yù)定距離的-12％～+12％。通常情況下，要求微機(jī)電麥克風(fēng)的靈敏度精度控制為±1分貝(dB)，而微機(jī)電麥克風(fēng)的靈敏度是通過(guò)檢測(cè)聲學(xué)電容變化在所述振膜130與所述背極板140之間的總電容值中的比例來(lái)體現(xiàn)，本文中，定義所述振膜130與所述背極板140之間的總電容值為C₀，所述聲學(xué)電容的變化為ΔC，則靈敏度即通過(guò)ΔC/C₀體現(xiàn)，設(shè)定所述振膜130與所述背極板140之間總距離為d₀，在聲音信號(hào)作用下振膜130的位移的幅值為Δd，在Δd較小時(shí)，會(huì)有ΔC/C₀≈Δd/d₀，所述傳感層150帶動(dòng)所述背極板140發(fā)生形變時(shí)以及在聲音信號(hào)作用下背極板140的形變會(huì)改變上述d₀，同時(shí)Δd不會(huì)有明顯變化，此時(shí)所述微機(jī)電麥克風(fēng)靈敏度會(huì)受d₀的影響。由于1dB的精度對(duì)應(yīng)于所述振膜130與所述背極板140之間總距離d₀的12％，需要保證所述背極板發(fā)生形變的范圍為所述振膜與所述背極板之間相隔的所述預(yù)定距離的-12％～+12％。當(dāng)然，可以理解的是，根據(jù)實(shí)際對(duì)所述微機(jī)電麥克風(fēng)精度要求的不同，上述背極板發(fā)生形變的范圍占所述振膜與所述背極板之間相隔的所述預(yù)定距離的百分?jǐn)?shù)可以作相應(yīng)的調(diào)整，使得新集成的敏感物理量的檢測(cè)對(duì)所述微機(jī)電麥克風(fēng)的精度和性能控制在允許的范圍內(nèi)，減少所述敏感電容信號(hào)與所述聲學(xué)電容信號(hào)之間的相互影響。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)還包括專(zhuān)用集成電路(ASIC，圖中未示出)，所述ASIC與所述背極板140以及所述振膜130電連接，使得所述背極板140以及所述振膜130的電學(xué)信號(hào)通過(guò)所述ASIC得以輸出。再進(jìn)一步地，所述ASIC又包括金屬(metal)-氧化物(oxide)-半導(dǎo)體(semiconductor)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管)，所述微機(jī)電麥克風(fēng)可以直接通過(guò)檢測(cè)所述MOS管的溫度特性從而輸出與溫度有關(guān)的電信號(hào)，使得所述微機(jī)電麥克風(fēng)還可以同時(shí)檢測(cè)溫度這種敏感物理量，集成了溫度、濕度傳感功能的所述微機(jī)電麥克風(fēng)基本不增加產(chǎn)品的成本、體積、功耗，更適用于消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等終端產(chǎn)品在聲學(xué)、溫度、濕度等多種物理量都有要求的場(chǎng)合。

下面以上述具體實(shí)施例中的微機(jī)電麥克風(fēng)的制作來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的制造微機(jī)電麥克風(fēng)的方法，圖5a至圖5d示出根據(jù)本實(shí)用新型具體實(shí)施例的微機(jī)電麥克風(fēng)的制造方法的各個(gè)階段的截面圖,圖3中的線(xiàn)A-A′示出各截面圖的截取位置。

如圖5a，提供襯底110，在所述襯底110上形成振膜130，優(yōu)選地，在所述襯底110與所述振膜130之間形成支撐層120，使得所述振膜130的邊緣部分得到所述支撐層120的支撐。

接著，如圖5b，在所述振膜130上再形成支撐層120，圖案化該支撐層120，并且在該支撐層120上形成背極板140，使得所述振膜130與所述背極板140通過(guò)所述支撐層120相隔預(yù)定距離。

接著，如圖5c，在所述襯底110內(nèi)形成聲腔111，所述聲腔111貫穿所述襯底110相對(duì)的兩個(gè)表面，使得所述振膜130可以通過(guò)所述聲腔111接收外界的聲音信號(hào)。形成聲腔111的工藝可以是干法刻蝕工藝，本實(shí)施例中，采用感應(yīng)耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma,ICP)刻蝕工藝，采用該工藝形成所述聲腔111過(guò)程中，其溫度通常會(huì)超過(guò)300攝氏度。當(dāng)然可以理解的是，上述形成聲腔111的步驟也可以采用其他本領(lǐng)域公知的方法。

接著，如圖5d，在所述背極板140上形成傳感層150，所述傳感層150貼附在所述背極板140上，從而，其形變可以帶動(dòng)所述背極板140發(fā)生形變。上述實(shí)施例中微機(jī)電麥克風(fēng)的傳感層150采用聚酰亞胺制成，根據(jù)現(xiàn)有的微機(jī)電麥克風(fēng)制程，形成所述聲腔111的步驟可以在任何時(shí)候進(jìn)行，但本實(shí)施例中，聚酰亞胺制成的傳感層150使用溫度為-200～300攝氏度，為保證形成所述傳感層150之后的制程不影響其敏感特性，需要將形成傳感層150的步驟設(shè)置在溫度會(huì)超過(guò)300攝氏度的全部步驟之后，因此本實(shí)施例中，在形成所述聲腔111后再進(jìn)行形成所述傳感層150的步驟，形成所述傳感層150后，可以進(jìn)行工藝溫度低于300攝氏度的其他步驟，本實(shí)施例在形成所述傳感層150后采用濕法刻蝕工藝圖案化所述支撐層120，釋放所述振膜130以及所述背極板140的中心部分。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，所述振膜層130上可以設(shè)有開(kāi)孔(圖中未示出)，以方便對(duì)所述支撐層120的圖案化。最后，將上述微機(jī)電麥克風(fēng)中的所述振膜130、所述背極板140與對(duì)應(yīng)的ASIC電連接，完成所述微機(jī)電麥克風(fēng)的制作。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

依照本實(shí)用新型的實(shí)施例如上文所述，這些實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實(shí)用新型僅為所述的具體實(shí)施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書(shū)選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本實(shí)用新型以及在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上的修改使用。本實(shí)用新型僅受權(quán)利要求書(shū)及其全部范圍和等效物的限制。