跟着智能手机的鼓起，关于声响质量和轻浮矮小的需求越来越遭到我们的注重，近年来广泛应用的噪声按捺及回声消除技能均是为了进步声响的质量。比较于传统的驻极体式麦克风（ECM），电容式微机电麦克风选用硅半导体资料制作，这便于集成模仿扩大电路及ADC（∑-Δ ADC）电路，完结模仿或数字微机电麦克风元件，以及制作微型化元件，十分合适应用于轻浮矮小的便携式设备。本文针对CMOS微机电麦克风的规划与制作进行介绍，并比较纯MEMS与CMOS工艺微导入麦克风的差异。
电容式微麦克风原理
MEMS微麦克风是一种微型的传感器。其原理是运用声响改动产生的压力梯度使电容式微麦克风的声学振膜受声压搅扰而产生形变，然后改动声学振膜与硅背极板之间的电容值。该电容值的改动由电容电压转化电路转化为电压值的输出改动，再经过扩大电路将MEMS传感器产生得到电压扩大输出，然后将声压信号转化成电压信号。在此有必要选用一个高阻抗的电阻为MEMS传感器供给一个偏置电压VPP，借以在MEMS传感器上产生固定电荷，最终的输出电压将与VPP 及振膜的形变Δd成正比。振膜的形变与其刚性有关，刚性越低则形变越大；另一方面，输出电压与d（气隙）成反比，因此气隙越低，则输出电压及灵敏度越优，但这都将受限于MEMS传感器的吸合电压，也便是受限于MEMS传感器静电场的最大极限值。
CMOS微机电麦克风电路规划
在CMOS微麦克风规划中，电路是一个十分重要的环节，它将影响到微麦克风的操作、感测，以及体系的灵敏度。驻极式电容微麦克风的感应电荷由驻极体资料自身供给的驻极电荷所产生，而凝缩式电容微麦克风则是选用从CMOS的操作电压中抽取一个偏置电压，再经过一个高阻抗电阻供给给微麦克风的声学振膜来供给固定的电荷源。此刻，若声学振膜遭到声压驱动而产生位移改动，则电极板（感测端）的电压将会产生改动。最终，经过电路扩大器将信号扩大，则可完结模仿麦克风的电路规划；假如再加上一个∑-Δ ADC模数转化电路，便可完结数字麦克风的电路规划（一般数字麦克风的输出信号为1比特PDM输出）。
CMOS微机电麦克风工艺分类
从微机电麦克风的制作来看，就现在的技能层面而言，集成CMOS电路的MEMS元件可分为三种。Pre-CMOS MEMS工艺：先制作MEMS结构，再制作CMOS元件；Intra-CMOS MEMS工艺：CMOS与MEMS元件工艺混合制作；Post-CMOS MEMS工艺：先完结CMOS元件，再进行MEMS结构制作。一般来说，前两种办法无法在传统的晶圆厂进行，而Post-CMOS MEMS则可以在半导体晶圆代工厂进行出产。
下图简述了Post-CMOS MEMS的制作办法。在Post-CMOS MEMS工艺中需特别注意，不能让额定的热处理或高温工艺影响到CMOS组件的物理特性及MEMS的应力状况，防止影响到振膜的初始应力。鑫创科技公司克服了许多的技能难题，彻底选用规范的CMOS工艺来一起制作电路元件及微机电麦克风结构。在CMOS部分完结后，将芯片的反面研磨至恰当厚度以契合封装要求。最终，运用氢氟酸溶液（HF）去除献身氧化物来开释悬浮结构。此外，在规划中还需考虑可彻底去除献身资料而又不危害麦克风振膜的蚀刻办法，并应防止麦克风振膜与背电极板之间产生粘黏现象。
粘黏现象：由于麦克风振膜与背电极板之间的间隔仅为数微米，在该尺度下，当外表张力、范德华力、静电力、离子键等作用力大于麦克风振膜的回复力时，麦克风振膜将产生永久形变而附着于背电极板上，然后无法产生振荡。一般，微机电悬浮结构粘黏现象的首要成因可以分为两类：第一类产生在麦克风振膜开释后，麦克风振膜遭到外表张力影响，因此被拉近到与背电极板的间隔十分接近，若此刻范德华力或氢键力等外表力大于麦克风振膜的回复力，则结构将产生粘黏现象而无法回复；第二类是悬浮结构在运用中遭到外力冲击或是静电力招引而落入外表力较回复力大的区域，则也会产生粘黏现象。因此，在结构规划上，有必要特别考虑麦克风振膜在开释后的结构变形问题，并在重要的结构部位予以强化，运用特别规划来削减粘黏现象的产生。
纯MEMS与CMOS工艺的差异
大都企业所开发的MEMS微麦克风首要分为两种形状：第一种是运用专业的MEMS代工厂制作出MEMS IC，再加上一个ASIC扩大器，将MEMS IC及ASIC IC用SIP封装办法封装成MEMS麦克风芯片。这一部分在IC封装过程中有必要维护振膜不被损坏，其封装本钱相对较高；另一种是先运用CMOS晶圆厂制作出ASIC部分，再运用后工艺来构成MEMS的结构部分。其MEMS工艺技能现在好像还无法在规范的CMOS晶圆厂完结，这首要是由于振膜需堆积高分子聚合物资料，而高分子聚合物资料还未用于现在的规范半导体%&&&&&%工艺。别的，在CMOS工艺完结后，需分别在芯片的正面蚀刻出振膜并在其反面蚀刻出腔体及声学孔。该过程经过载体晶圆（Carrier Wafer）来完结，在规范的CMOS铸造厂现在没有创建出这样的环境。
现在，最大的课题是怎么打破这两种形状MEMS麦克风的封装技能。其专利均由美国的微麦克风企业所掌控，因此，MEMS麦克风市场占有率首要散布在少量企业手上。
有厂家采纳的办法是在CMOS工艺完结后，从芯片的反面构成腔体和声学孔作为MEMS结构的开释。这一部分无需运用特别的机器和资料，可在现有的CMOS晶圆厂内完结，因此可以下降开发本钱。别的，有些产品可直接运用晶圆级封装技能将CMOS电路与微麦克风集成在同一块芯片上，相同可防止在封装过程中对振膜产生损坏。
MEMS麦克风现在现已替代ECM麦克风被广泛应用于手机中（尤其是智能手机），其首要原因是MEMS麦克风具有耐候性佳、尺度小及易于数字化的长处。MEMS麦克风选用半导体原料，特性安稳，不会遭到环境温湿度的影响而产生改动，因此可以保持安稳的音质。电子产品拼装在过锡炉时的温度高达 260℃，常会损坏ECM麦克风的振膜而有必要返工，这将添加额定的本钱。选用MEMS麦克风则不会由于锡炉的高温而影响到原料，合适于SMT的主动拼装。麦克风信号在数字化后，可以对其进行去噪、声响集束及回声消除等信号处理，然后可以供给优异的通话质量。现在已有多款智能手机选用数字化技能，在功用手机中也有加快选用的痕迹。此外，笔记本电脑也是现在运用MEMS麦克风的干流，而机顶盒出产企业相同在活跃测验将MEMS麦克风应用于开发声控型机顶盒。
