CN102387455A - 具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片 - Google Patents

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陈宏仁
丘冠动
王俊杰
许明莉
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Abstract

本发明公开了一种具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是，包括有：一基板，具有一主背腔室及一副背腔室，该副背腔室形成于该主背腔室侧面，且该主背腔室与该副背腔室之间连通；以及一振膜，悬设于该主背腔室上。本发明所述具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片借由在基板上同时形成有主背腔室及副背腔室，不但扩增了现有微机电麦克风芯片的背腔空间，且并未因此加大微机电麦克风芯片的整体尺寸，也不需求搭配其他结构件来辅助，如此即可达成背腔扩增的结果，而使得此微机电麦克风芯片组设于微机电麦克当中时，展现出较佳的灵敏度，得到较佳的声学频率响应曲线。

Description

具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片
技术领域
本发明涉及微机电麦克风芯片领域，尤其是一种在原本的背腔空间之外，另外再扩增设置一连通的背腔空间的微机电麦克风芯片。
 
背景技术
近年来随着半导体技术的迅速发展，电子产品愈来愈能朝向微型化及薄型化来设计；在电声领域的产品当中，用来将声波转换为电子讯号的麦克风在与半导体技术结合过程上发展最为快速，目前市面上可见的许多电子产品中皆已组配有微机电(MEMS)麦克风，其与现有较为广泛使用的驻极体麦克风(ECM)相较之下，具备有更强的耐热、抗振与防射频干扰的性能，也因为具有较佳的耐热性能，因此微机电麦克风可采用全自动表面贴装生产工艺，不仅能简化生产流程，降低生产成本，而且能够因此提供较高的设计自由度及系统成本优势。
图1所示为现有微机电麦克风芯片的剖视图。其中微机电麦克风芯片的形成，先在硅基板10由微机电工艺形成有一氧化硅绝缘层11及一氮化硅绝缘层12，且在氮化硅绝缘层12上再形成有一振膜层13及一电极14，其中振膜层13与电极14之间具有一导线15以电性连接，另外，此处硅基板10上借由蚀刻方式形成有一背腔16，使得振膜层13悬设在氮化硅绝缘层12上，此处所叙述的微机电麦克风芯片可设置在一底板上，并电性连接于同样设置在底板上的半导体芯片(ASIC)，且底板上结合具有音孔的外壳后，即组配形成为一微机电麦克风，当外界声波由音孔传入至微机电麦克风芯片并使得振膜层13产生振动时，即会对应产生一电子讯号由电极14传送至半导体芯片上，而输出至微机电麦克风所安装的电子产品的处理器上。
由于上述微机电麦克风芯片尺寸非常小，因此在硅基板10上所形成的背腔16空间也是非常狭小，因此在有限的空间当中所产生的空气阻力，将使得振动层13的振动力下降，最后将导致微机电麦克风的音质下降，特别是灵敏度的下降。
 
发明内容
本发明的目的在于提供一种在基板既有的背腔之外，再于基板的适处延伸连通另一空间以作为背腔的扩增，而能在不增加多余结构的情况下达到背腔扩增的效能。
为实现上述目的，本发明具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片包括有一基板，且基板具有一主背腔室及一副背腔室，副背腔室形成于主背腔室侧面，与主背腔室间连通，在主背腔室上还悬设有一振膜，当振膜接收外在声波且相对该些背腔室产生振动时，即可产生对应的电子讯号并传输至与微机电麦克风芯片电性连接之一电子电路而作读取处理。
本发明所述具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片借由在基板上同时形成有主背腔室及副背腔室，不但扩增了现有微机电麦克风芯片的背腔空间，且并未因此加大微机电麦克风芯片的整体尺寸，也不需求搭配其他结构件来辅助，如此即可达成背腔扩增的结果，而使得此微机电麦克风芯片组设于微机电麦克当中时，展现出较佳的灵敏度，得到较佳的声学频率响应曲线。
附图说明
图1为现有微机电麦克风芯片的剖视图；
图2A为本发明所述微机电麦克风芯片的剖视图；
图2B为图2A的局部上透视图；
图3为本发明另一实施例的微机电麦克风芯片工艺示意图(一)；
图4A为本发明另一实施例的微机电麦克风芯片工艺示意图(二)；
图4B为图4A图的局部上透视图；
图5A为本发明另一实施例的微机电麦克风芯片工艺示意图(三)； 
图5B为图5A图的局部上透视图。
图中：
10 硅基板 11 氧化硅绝缘层
12 氮化硅绝缘层 13 振膜层
14 电极 15 导线
16 背腔    
20 基板 21 主背腔室
22 副背腔室 23 通道
30 振膜 40 第一绝缘层
50 第二绝缘层 51 边界柱
60 电极 70 导线
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片作进一步详细说明。
图2A及2B图所示为本实施例所述微机电麦克风芯片的剖视图及局部上透视图，其中微机电麦克风芯片包括有一基板20，基板20具有一主背腔室21及一副背腔室22，副背腔室22形成于主背腔室21的侧面，主背腔室21与副背腔室22之间连通，在主背腔室21上还悬设有一振膜30，当振膜30接收外在声波而相对所述背腔室21、22产生振动时，即可产生对应的电子讯号以传输至与微机电麦克风芯片电性连接的电子电路读取处理。 
本实施例所述微机电麦克风芯片与现有说明中相同可设置在一底板上，且电性连接于底板上的半导体芯片，当底板结合具有音孔的外壳后，即可组配为一微机电麦克风，因此上述振膜振动后所产生的电子讯号即可传输至半导体芯片，并再透过半导体芯片传输至安装在此微机电麦克风的电子产品处理器上。
再者，此处基板20由硅材质所制成，且基板20与振膜30之间还包括有第一绝缘层40与第二绝缘层50，振膜30由第二绝缘层50所承载，第一绝缘层40由二氧化硅所沉积形成，第二绝缘层50由氮化硅沉积形成。由于基板20以硅材质制成，因此可借由蚀刻工艺来对基板20进行加工，先在基板20上加工出两个独立的凹槽，之后再借由蚀刻第一绝缘层40使得两个凹槽之间建立起一个通道23，如此而能让主背腔室21与副背腔室22之间形成连通，而此处另须说明的是，由于第二绝缘层50在沉积于第一绝缘层40上时即可设计边界柱51形成于第一绝缘层40当中，因此对第一绝缘层40进行蚀刻时，仅会蚀刻掉在两侧边界柱51之间的区域。详细的工艺说明，将以另一实施例的附图来辅以介绍。
另外，基板20上还包括有一电极60，且电极60借由一导线70与振膜30电性连接，微机电麦克风芯片借由电极60电性连接至上述半导体芯片。在本实施例当中，如图2A所示，主背腔室21的宽度小于振膜30的宽度，副背腔室22形成于振膜30投影下来的外围，但此处主背腔室21的宽度也可等于振膜30的宽度，而使得副背腔室22形成在更外围的区域，但所能达成的功效是相同的；再者，如图2B所示，主背腔室21与振膜30均设计为圆形，副背腔室22形成于导线70的下方，此处仅为示例，背腔室21、22的形状并不限于此图的形状，可依照实际需求作设计。
图3至图5B所示，为本发明另一实施例的微机电麦克风芯片的工艺示意图。图3中所示工艺阶段，先准备硅材质的基板20，并在基板20上沉积第一绝缘层40，第一绝缘层40上再沉积第二绝缘层50，第二绝缘层50上再形成振膜30、导线70及电极60等结构，此处第一绝缘层40可选用二氧化硅材质，第二绝缘层50可选择氮化硅材质，振膜30为多晶硅材质，导线70及电极60皆可选择具导电功能的金属材质。
图4A所示，将基板20中央及两侧适处分别借由干蚀刻工艺以形成大凹槽及小凹槽，中央大凹槽即作为主背腔室21，两侧小凹槽即作为副背腔室22，如图4B所示，本实施例中副背腔室22共有四个，这些副背腔室22都呈圆弧状而环绕于主背腔室21的周围。接着，如图5A所示，由于第一绝缘层40与第二绝缘层50的材质不同，因此可选择仅对第一绝缘层40有蚀刻效果的电浆来作进一步的蚀刻工艺，且加上因为第二绝缘层50在沉积于第一绝缘层40上时即可设计边界柱51形成于第一绝缘层40当中，因此对第一绝缘层40进行蚀刻时，仅会蚀刻掉在两侧边界柱51之间的区域，如图5B所示，蚀刻掉第一绝缘层40所形成的通道23，使得主背腔室21与副背腔室22之间连通，等同振膜30产生振动时的背腔空间范围扩增，而能提供较佳的频率响应特性。
综上所述，本发明微机电麦克风芯片借由在振膜下方以基板、第一绝缘层及第二绝缘层等三层材料所构成，透过事先定义设计的背腔范围，搭配蚀刻技术的工艺，能在基板上形成有主背腔室与副背腔室之间的沟通，并因此扩增了振膜下方的背腔体积，与现有技术相较之下，本发明微机电麦克风芯片的振膜在接收外在声波时，被空气阻力的影响减少许多，较不易影响灵敏度，而能提供较佳声音频率响应曲线。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本专利的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是，包括有：
一基板，具有一主背腔室及一副背腔室，该副背腔室形成于该主背腔室侧面，且该主背腔室与该副背腔室之间连通；以及
一振膜，悬设于该主背腔室上；
其中，当该振膜接收外在声波而相对该些背腔室产生振动时，即可产生对应的一电子讯号以传输至与该微机电麦克风芯片电性连接的电子电路读取处理。
2.如权利要求1所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：还包括数个副背腔室设置在该主背腔室的周缘，且各自与该主背腔室连通。
3.如权利要求1所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：所述基板为为硅材质，且该主背腔室与该副背腔室为蚀刻工艺形成。
4.如权利要求1所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：所述基板与该振膜之间还包括有第一绝缘层及第二绝缘层，第二绝缘层承载该振膜。
5.如权利要求4所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：所述主背腔室与副背腔室之间具有通过蚀刻第一绝缘层的部份形成的通道。
6.如权利要求4所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：所述第二绝缘层在第一绝缘层中延伸设置有边界柱，控制第一绝缘层被蚀刻的范围。
7.如如权利要求4所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：所述第一绝缘层为二氧化硅材质。
8.如权利要求4所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：所述第二绝缘层为氮化硅材质。
9.如如权利要求1所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：所述基板上还包括有一电极与该振膜电性连接，且该微机电麦克风芯片系借由该电极而电性连接至一外部电子电路。
10.如如权利要求1所述的具扩增背腔空间的微机电麦克风芯片，其特征是：所述主背腔室的宽度小于或等于该振膜的宽度。
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