電容式微矽麥克風的製作方法
2023-07-07 17:41:31 3
電容式微矽麥克風的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種電容式微矽麥克風及其製造方法。所述電容式微矽麥克風包括襯底、設置在襯底正面的第一絕緣支撐層、形成在所述第一絕緣支撐層上方的可動敏感層、設置在可動敏感層上方的背極板。可動敏感層包括與背極板間隔設置的振動體。所述襯底和第一絕緣支撐層形成有自襯底的背面朝正面方向凹陷以露出所述振動體的背腔。所述可動敏感層還具有若干設置在振動體周圍並固定在背極板和襯底之間的錨點、連接錨點和振動體並向下暴露於背腔內的柔性梁以及連接在錨點外側的壓焊點。所述第一絕緣支撐層還包括自背腔向外繼續延伸的延伸腔，所述電容式微矽麥克風還包括抗衝擊結構，所述抗衝擊結構向下暴露於延伸腔內且呈懸空狀設置於襯底的正面上方。
【專利說明】電容式微矽麥克風
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種麥克風製造【技術領域】，尤其涉及一種電容式微矽麥克風。
【背景技術】
[0002]MEMS (Micro-Electro-Mechanical System,微機電系統)技術是近年來高速發展的一項高新技術，它採用先進的半導體製造工藝，實現傳感器、驅動器等器件的批量製造，與對應的傳統器件相比，MEMS器件在體積、功耗、重量以及價格方面有十分明顯的優勢。市場上，MEMS器件的主要應用實例包括壓力傳感器、加速度計及矽麥克風等。
[0003]裝配麥克風至電路板的自動化表面貼裝工藝需經歷高溫，傳統駐極體麥克風(ECM)在高溫下會發生電荷洩漏，致使ECM失效，因此ECM的裝配只能採用手工裝配。電容式微矽麥克風可以耐受高溫，能採用表面貼裝工藝以實現自動裝配，另外電容式微矽麥克風在小型化、性能、可靠性、環境耐受性、成本及量產能力上與ECM比都有相當優勢，採用MEMS技術製造的電容式微矽麥克風將迅速作為ECM的代替者迅速佔領手機、PDA、MP3及助聽器等消費電子產品市場。
[0004]雖然對電容式微矽麥克風的研究已經開展有二十餘年，具體實現電容式微矽麥克風的方法很多。目前對麥克風提出了更小，成本更低，性能(信噪比等指標)更好的要求。目前振動膜四周全部固支的結構如果持續減小尺寸，會導致靈敏度下降，信噪比下降。因此有必要採用更軟的柔性梁來懸掛振動膜。但是更軟的梁有不能耐受跌落、衝擊的缺點。
[0005]因此，有必要對現有的電容式微矽麥克風予以改進以解決上述問題。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於提供一種可耐受跌落、衝擊的電容式微矽麥克風。
[0007]為實現上述實用新型目的，本實用新型提供了一種電容式微矽麥克風，其包括具有正面和背面的襯底、設置在襯底正面的第一絕緣支撐層、形成在所述第一絕緣支撐層上方的可動敏感層、設置在可動敏感層上方的背極板，所述可動敏感層包括與背極板間隔設置的振動體，所述振動體懸空設置，所述襯底和第一絕緣支撐層形成有自襯底的背面朝正面方向凹陷以露出所述振動體的背腔，所述可動敏感層還具有若干設置在振動體周圍並固定在背極板和襯底之間的錨點、連接錨點和振動體並向下暴露於背腔內的柔性梁以及連接在錨點外側的壓焊點，所述第一絕緣支撐層還包括自背腔向外繼續延伸的延伸腔，所述電容式微矽麥克風還包括連接在所述振動體外側的抗衝擊結構，所述抗衝擊結構向下暴露於延伸腔內且呈懸空狀設置於襯底的正面上方。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，所述抗衝擊結構自振動體邊緣向外延伸而成。
[0009]作為本實用新型的進一步改進，所述抗衝擊結構沿垂直所述振動體邊緣的方向直線延伸而成。
[0010]作為本實用新型的進一步改進，所述振動體呈圓形，所述抗衝擊結構沿所述振動體徑向延伸形成。
[0011]作為本實用新型的進一步改進，所述錨點和柔性梁沿振動體圓周方向均勻設置，所述抗衝擊結構設置在相鄰的柔性梁之間。
[0012]作為本實用新型的進一步改進，所述電容式微矽麥克風還具有設置在可動敏感層和背極板之間的第二絕緣支撐層，所述第二絕緣支撐層具有形成在振動體與背極板之間的空腔，所述抗衝擊結構包括自振動體邊緣延伸的延伸部、設置在背極板上的緩衝部、設置在空腔內並連接延伸部和緩衝部的支撐結構，所述支撐結構位於背腔正上方，所述緩衝部的外側緣位於襯底的正面上方，並且所述緩衝部與背極板上除緩衝部外的其他部分通過通槽分隔開。
[0013]作為本實用新型的進一步改進，所述背極板上設置有朝向所述振動體的防粘著結構，所述防粘著結構為自所述背極板朝所述振動體突伸形成的凸點。
[0014]作為本實用新型的進一步改進，所述背極板上開設有若干聲孔，所述凸點與所述聲孔錯位設置。
[0015]作為本實用新型的進一步改進，所述柔性梁為柔性摺疊梁，並具有連接振動體邊緣的第一連接部、連接錨點的第二連接部、以及設置在第一連接部和第二連接部之間的梁體，所述梁體與所述振動體和錨點間隔設置。
[0016]本實用新型的有益效果是:本實用新型電容式微矽麥克風通過採用柔性梁使振動體能夠充分的釋放加工工藝中帶來殘餘應力，從而使電容式微矽麥克風的靈敏度對工藝不敏感；同時較軟的柔性梁使得整個晶片不必做得太大即可有高靈敏度及高信噪比；同時又設置了抗衝擊結構使得受到氣體吹擊和跌落等衝擊時振動體和柔性梁等不會損壞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型電容式微矽麥克風一較佳實施方式的剖視圖。
[0018]圖2是圖1中電容式微矽麥克風的另一角度的剖視圖。
[0019]圖3是圖1中電容式微矽麥克風中的可動敏感層的立體圖。
[0020]圖4至圖15是圖1中電容式微矽麥克風的製作過程示意圖。
[0021]圖16是本實用新型電容式微矽麥克風的另一實施方式的剖視圖。
【具體實施方式】
[0022]以下將結合附圖所示的各實施方式對本實用新型進行詳細描述。但這些實施方式並不限制本實用新型，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本實用新型的保護範圍內。
[0023]請參照圖1至圖3所示為本實用新型電容式微矽麥克風100的第一較佳實施方式。本實用新型電容式微矽麥克風100包括具有正面11和背面12的襯底1、設置在襯底I正面11的第一絕緣支撐層2、設置在第一絕緣支撐層2上的可動敏感層3、設置在可動敏感層3上的第二絕緣支撐層4、設置在第二絕緣支撐層4上的導電層5、設置在導電層5上的結構層6、金屬導電體71以及用以防止可動敏感層3受衝擊而過度浮動的抗衝擊結構。所述導電層5及結構層6共同組成位於可動敏感層3上方的背極板8。
[0024]所述襯底I為低阻矽或者有金屬覆蓋表面的玻璃，以用以起支撐作用。所述第一絕緣支撐層2位於可動敏感層3與襯底I之間，起到將可動敏感層3支撐在襯底I上的作用，還在可動敏感層3與襯底I之間起絕緣的作用。所述襯底I和第一絕緣支撐層2形成有自襯底I的背面12朝正面11方向凹陷以露出所述可動敏感層3的背腔13。所述背腔13的形狀可為圓形，也可為方形等形狀。所述第一絕緣支撐層2還包括自背腔13向外繼續延伸的延伸腔21。
[0025]結合圖1至3所示，所述可動敏感層3位於第一絕緣支撐層2及第二絕緣支撐層4之間，並具有向下暴露於背腔13內並懸空設置的振動體34、若干設置在振動體34周圍並固定在背極板8和襯底I之間的錨點31、連接錨點31和振動體34並向下暴露於背腔13內的柔性梁33以及壓焊點35。所述壓焊點35與錨點31相連接進而與振動體34相連接以將電信號引出。
[0026]在本實施方式中，所述振動體34對應背腔13的形狀而設置為圓形，當然，所述振動體34也可設置為其他形狀；所述柔性梁33和錨點31沿振動體34圓周方向均勻分布。並且在本實施方式中，所述柔性梁33為柔性摺疊梁，並具有連接振動體34邊緣的第一連接部331、連接錨點31的第二連接部333、以及設置在第一連接部331和第二連接部333之間的梁體332。在本實施方式中，所述第一連接部331和第二連接部333基本上均沿振動體34徑向延伸，並且沿振動體34圓周方向間隔設置；所述梁體332大致平行于振動體34邊緣延伸。所述振動體34和梁體332之間形成有窄槽32，並且在本實施方式中，所述錨點31和梁體332之間也形成有間隙37，所述振動體34、錨點31和柔性梁33即通過在可動敏感層3上開設所述窄槽32和間隙37而形成，亦即所述梁體332與所述振動體34和錨點31間隔設置。所述柔性梁33和錨點31的形狀也可設置為方形或圓形等。
[0027]所述振動體34與柔性梁33均懸空設置，懸空的振動體34與柔性梁33形成為可動敏感層3中的可動結構，在聲壓做用下可實現振動從而產生電容變化。所述錨點31分布在振動體34四周，並主要通過第一絕緣支撐層2固定在襯底I上。
[0028]結合圖1至圖3所示，在本實施方式中，所述抗衝擊結構為自振動體34邊緣向外延伸的突片36。所述突片36延伸入所述延伸腔21內且呈懸空狀設置於襯底I正面上方，而非背腔13上方，從而在振動體34受到氣體吹擊、跌落等衝擊向背腔13運動時，該突片36可被襯底I限制位移從而使得振動體34不會運動範圍過大，進而使得柔性梁33不會由於被拉伸過多而引起破裂。
[0029]所述抗衝擊結構36沿垂直所述振動體34邊緣的方向直線延伸而成。在本實施方式中，所述抗衝擊結構36為沿所述振動體34徑向延伸形成，並且設置在相鄰的柔性梁33之間。
[0030]請參照圖1、2所示，所述第二絕緣支撐層4位於可動敏感層3與背極板8之間，其厚度即定義了可動敏感層3與背極板8之間的間距。所述第二絕緣支撐層4具有形成在振動體34與背極板8之間的空腔43，從而使得所述振動體34和背極板8的導電層5形成一電容，振動體34和導電層5作為該電容的二個電極板。
[0031]在所述背極板8中，所述導電層5設置有焊點54及圓孔52，所述焊點54與可動敏感層3上的壓焊點35相對應設置以連接可動敏感層3，所述圓孔52起到傳遞聲音到振動體34上的作用，還可起到釋放工藝時輸運腐蝕液的作用；所述結構層6位於導電層5上方，所述結構層6上設置有通孔62，起到傳遞聲音到振動體34上的作用，還可起到釋放工藝時輸運腐蝕液的作用，所述通孔62與圓孔52大小及位置一致，使得兩者共同構成聲孔，所述聲孔的形狀可採用圓形，但形狀大小及位置也可根據需要進行設計以便得到好的聲學性能。
[0032]所述導電層5上還設置有朝向振動體34的防粘著結構53。該防粘著結構53為自背極板8朝向振動體34方向突伸所形成的凸點。所述凸點53與導電層5上的圓孔52錯位設置。通過該凸點53能夠有效的防止振動體34黏附到導電層5上。所述凸點53的形狀可為圓形及方形，數量可根據需要進行設計。
[0033]所述結構層6上還設置有開口 61，所述開口 61位於壓焊點35和焊點54的上方，用於將可動敏感層3上的壓焊點35及導電層5上的焊點54露出，所述金屬導電體71設置於開口 61內以便引出信號。當然，所述結構層6和導電層5也可調整位置，改為導電層5在結構層6的上方。
[0034]此外，請參照圖16所示，作為本實用新型的另一實施方式，所述抗衝擊結構還可設置為包括自振動體34邊緣延伸的延伸部91、設置在背極板8上的緩衝部93、設置在空腔43內並連接延伸部91和緩衝部93的支撐結構92，所述支撐結構92位於背腔13正上方，所述緩衝部93的外側緣位於襯底I的正面11上方，並且所述緩衝部93與背極板8上除緩衝部93外的其他部分通過通槽95分隔開。在該實施方式中，當振動體34受到衝擊向背腔13運動時，緩衝部93可被襯底I阻擋住，而不至於運動幅度過大導致柔性梁33的損壞。
[0035]請參見圖4至圖15，本實用新型一實施例中的電容式微矽麥克風的製造方法包括以下步驟。
[0036]結合圖4, S1:提供一具有正面11和背面12的襯底I,該襯底I可以為低阻娃,或者有金屬覆蓋表面的玻璃，並主要用以起支撐作用。
[0037]結合圖5，S2:在襯底I的正面11澱積絕緣材料以形成第一絕緣支撐層2。該絕緣材料可為氧化矽。
[0038]結合圖3、圖6、圖7，S3:在第一絕緣支撐層2上澱積導電物質以形成可動敏感層
3。該導電物質可為多晶矽，使得可動敏感層3具有導電功能。同時在所形成的可動敏感層3上採用光刻、各向異性刻蝕工藝形成若干窄槽32以定義出圍設在窄槽32之間的振動體34、同時形成圍設在振動體34外圍的柔性梁33、連接在柔性梁33外側的錨點31、連接錨點31的壓焊點35以及連接在振動體34邊緣外側的抗衝擊結構36。在該成型過程中，所述振動體34由窄槽32決定大小，並且在本實施方式中將所述振動體34的形狀設置為圓形，柔性梁33的數量可根據對靈敏度等的需要進行刻蝕設計。
[0039]請結合圖8至圖10，S4:在可動敏感層3上澱積絕緣材料以形成第二絕緣支撐層
4。具體為，本步驟S4具體由S41至S43步驟完成。
[0040]請參見圖8，S41:在可動敏感層3上澱積氧化矽以形成第二絕緣支撐層4。
[0041]請參見圖9，S42:在第二絕緣支撐層4上採用光刻、腐蝕掩膜、各向異性刻蝕工藝形成若干凹槽41。所形成的凹槽41位于振動體34的正上方。
[0042]請參見圖10，S43:在第二絕緣支撐層4上採用光刻腐蝕等工藝局部腐蝕以露出壓焊點35。
[0043]結合圖1及圖11，S5:採用化學氣相沉積(CVD)工藝在第二絕緣支撐層4上澱積多晶矽以形成導電層5。再採用光刻、刻蝕等工藝形成圓孔52、壓焊點54等圖形。由於在S42步驟中於第二絕緣支撐層4上形成有若干凹槽41，所以，在形成導電層5的同時，導電層材料將凹槽41填充以形成凸點53。該凸點53用以防止背極板8黏附到振動體34上。由於在S42步驟中凹槽41形成在振動體34的正上方，而凸點53又是多晶矽填充凹槽41所形成，所以，凸點53位于振動體34的正上方。
[0044]結合圖12、圖13，S6:再採用化學氣相沉積(CVD)工藝在導電層5上澱積絕緣物質以形成結構層6，該絕緣物質可為氮化矽等材料；並且在結構層6上採用光刻、刻蝕工藝形成若干通孔62，該通孔62與圓孔52位置大小對應一致且相互連通；所述導電層5與結構層6共同形成背極板8 ;所述通孔62與圓孔52合起來即共同組成聲孔。所述聲孔與形成的凸點53錯位設置，使得凸點53可以起到防止黏附的作用。聲孔位于振動體34的正上方。
[0045]在本步驟中同時也形成了凹槽61，凹槽61露出了壓焊點35及焊點54。
[0046]結合圖14，S7:採用濺射、光刻、腐蝕等工藝用以在壓焊點上製作金屬導電體71。
[0047]結合圖15，S8:採用雙面光刻工藝結合深矽刻蝕工藝，從襯底I的背面12進行深矽刻蝕製作背腔13的一部分。該背腔13部分自襯底I的背面12朝正面11延伸並貫穿襯底I。在本步驟中，第一絕緣支撐層2作為自停止層，深矽刻蝕自停止在自停止層2上。背腔13的形狀與大小根據需要設計為圓形或方形等。
[0048]請參照圖1及圖2，S9:採用溼法腐蝕等工藝，從背腔13及正面的聲孔進行溼法腐蝕,去除第一絕緣支撐層2的部分以於襯底I的背面露出振動體34並使該振動體34、柔性梁33懸空，同時使所述抗衝擊結構36懸空收容在襯底I和背極板8之間；去除振動體34、柔性梁33與背極板8之間的第二絕緣支撐層4的部分以形成空腔43。懸空的振動體34即成為為可動敏感層3中的可動結構。上述振動體34和背極板8形成一電容，振動體34和背極板8分別作為該電容的兩個電極板。
[0049]綜上所述，本實用新型電容式微矽麥克風通過採用柔性梁33使振動體34能夠充分的釋放加工工藝中帶來殘餘應力，從而使電容式微矽麥克風的靈敏度對工藝不敏感；同時較軟的柔性梁33使得整個晶片不必做得太大即可有高靈敏度及高信噪比；同時又設置了抗衝擊結構使得受到氣體吹擊和跌落等衝擊時振動體34和柔性梁33等不會損壞。
[0050]另外，本實用新型電容式微矽麥克風的製造方法還可有效減小電容式微矽麥克風的體積，並且通過上述製造方法可在不同批次中可得到均勻性和一致性的電容式微矽麥克風，而且還能降低在後續封裝時所引入的應力對麥克風靈敏度造成的影響。另外在此工藝中同時形成了防止黏附的凸點53結構以及抗衝擊結構使得受到氣體吹擊和跌落等衝擊時振動體34和柔性梁33等不會損壞。
[0051]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0052]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施方式的具體說明，它們並非用以限制本實用新型的保護範圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電容式微娃麥克風,包括:具有正面和背面的襯底、設置在襯底正面的第一絕緣支撐層、形成在所述第一絕緣支撐層上方的可動敏感層、設置在可動敏感層上方的背極板，所述可動敏感層包括與背極板間隔設置的振動體，所述振動體懸空設置，所述襯底和第一絕緣支撐層形成有自襯底的背面朝正面方向凹陷以露出所述振動體的背腔，其特徵在於，所述可動敏感層還具有若干設置在振動體周圍並固定在背極板和襯底之間的錨點、連接錨點和振動體並向下暴露於背腔內的柔性梁以及連接在錨點外側的壓焊點，所述第一絕緣支撐層還包括自背腔向外繼續延伸的延伸腔，所述電容式微矽麥克風還包括連接在所述振動體外側的抗衝擊結構，所述抗衝擊結構向下暴露於延伸腔內且呈懸空狀設置於襯底的正面上方。
2.根據權利要求1所述的電容式微娃麥克風，其特徵在於:所述抗衝擊結構自振動體邊緣向外延伸而成。
3.根據權利要求2所述的電容式微矽麥克風，其特徵在於，所述抗衝擊結構沿垂直所述振動體邊緣的方向直線延伸而成。
4.根據權利要求2所述的電容式微矽麥克風，其特徵在於，所述振動體呈圓形，所述抗衝擊結構沿所述振動體徑向延伸形成。
5.根據權利要求4所述的電容式微矽麥克風，其特徵在於，所述錨點和柔性梁沿振動體圓周方向均勻設置，所述抗衝擊結構設置在相鄰的柔性梁之間。
6.根據權利要求1所述的電容式微娃麥克風，其特徵在於，所述電容式微娃麥克風還具有設置在可動敏感層和背極板之間的第二絕緣支撐層，所述第二絕緣支撐層具有形成在振動體與背極板之間的空腔，所述抗衝擊結構包括自振動體邊緣延伸的延伸部、設置在背極板上的緩衝部、設置在空腔內並連接延伸部和緩衝部的支撐結構，所述支撐結構位於背腔正上方，所述緩衝部的外側緣位於襯底的正面上方，並且所述緩衝部與背極板上除緩衝部外的其他部分通過通槽分隔開。
7.根據權利要求1所述的電容式微矽麥克風，其特徵在於，所述背極板上設置有朝向所述振動體的防粘著結構，所述防粘著結構為自所述背極板朝所述振動體突伸形成的凸點。
8.根據權利要求7所述的電容式微矽麥克風，其特徵在於，所述背極板上開設有若干聲孔，所述凸點與所述聲孔錯位設置。
9.根據權利要求1所述的電容式微矽麥克風，其特徵在於，所述柔性梁為柔性摺疊梁，並具有連接振動體邊緣的第一連接部、連接錨點的第二連接部、以及設置在第一連接部和第二連接部之間的梁體，所述梁體與所述振動體和錨點間隔設置。
【文檔編號】H04R19/04GK204090150SQ201420449714
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月11日 優先權日:2014年8月11日
【發明者】胡維, 李剛 申請人:蘇州敏芯微電子技術有限公司