CN102740204A - 具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片及其制造方法，该具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其包括有一基底具有一腔室，一振膜设置腔室上，且振膜具有纵向落差的阶级，一背板设置振膜上方，并与振膜之间形成一空间，且背板具有多个音孔连通于此空间。

Description

具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种微机电麦克风晶片，特别是涉及一种具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片及其制造方法。

背景技术

微机电麦克风是目前电声产业极力发展的一项产品，其可广泛地被运用于各项可携式电子装置上，借以符合微型化并兼具收音的效果。

如图1所示，为现有习知的微机电麦克风晶片示意图，其包括有一基底1，其上设有一固定电极2，固定电极2利用一支撑件3支撑其下方的振膜4，其中当振膜4因释放残余应力而发生变形时，会借由支撑件3与固定电极2的连结而产生作用力，使固定电极2的中央区域与振膜4同步发生变形，并产生类似弯弧的变形结构，此一变形作用除了吸收振膜4的残留应力之外，亦希望使中央区域的结构表面仍保持平坦，以及固定电极2与振膜4之间所形成的电容间隙距离能够维持不变。

然而，对于微机电麦克风晶片而言，通常固定电极2与振膜4的结构厚度差异极大，而支撑件3连结的两层结构设计，使弯弧的变形结构释放振膜4的残余应力，难使振膜4与固定电极2表面获得预期的平坦结果，当振膜4表面具有任何变形起伏时，其将会使固定电极2与振膜4之间的电容间隙距离发生局部区域性改变，而导致当声波经过振膜4振动时，产生严重的谐波失真现象。

该结构设计利用在固定电极2与振膜4之间制作异质材料的支撑件3，其制程技术上十分困难、成本亦相对昂贵。另外，如何在振膜4与固定电极2结构上制作出个别的导体层、使两导体层相互间形成电容构造，以及如何将振膜4的讯号接线拉出至表面焊垫位置，皆是该结构设计上所须面对的困难与挑战。

由此可见，上述现有的微机电麦克风晶片及其制造方法在制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般制造方法又没有适切的制造方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片及其制造方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片及其制造方法，是在基底上制作一具有多层阶级状的悬浮振膜，以及对应振膜外形的背板，用以增加振膜的有效面积，据以提升灵敏度。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其包括：一基底，具有一腔室；一振膜，设置该腔室上，该振膜具有纵向落差的阶级；以及一背板，邻近于该振膜，并与其保持一距离，且该背板具有多个音孔。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其中所述的振膜的阶级为两层。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其中所述的振膜的顶缘阶级层的横向宽度小于或大于底缘阶级层。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其中该背板内缘形状与该振膜外缘对应相同。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其中所述的振膜阶级的边缘端角为圆角结构。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其中该基底与该振膜之间具有二氧化硅层。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其中所述的该振膜与该二氧化硅层之间设有一氮化硅层。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其包括下列步骤：提供一基底；在该基底上成型带有纵向落差阶级的一振膜与一背板，且该背板具有多个音孔；在该基底制作一腔室，以使该振膜形成悬浮结构；以及将该背板与该振膜之间制作出一空间，以制作出该微机电麦克风晶片。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中将该第一牺牲层、第二牺牲层施以蚀刻，使得该振膜形成悬浮结构。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中自该背板朝该振膜方向，将该第三牺牲层施以蚀刻，以制作该空间。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中在沉积该振膜之前，将该第一牺牲层与该第二牺牲层施以湿蚀刻，而分别在边缘端角制作出圆角结构。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中制作该音孔的同时，在该振膜上成型一金属焊垫。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，9所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中沉积该第一牺牲层之前，在基底上表面及下表面依序分别成型有二氧化硅层及氮化硅层。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中沉积该背板之前，在该第三牺牲层上制作一介电层。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中基底蚀刻一第一凹槽，其于槽内向下蚀刻一第二凹槽，该背板沉积于该第一凹槽与该第二凹槽，该背板沉积有一绝缘层，之后该绝缘层上沉积一牺牲层，该振膜即沉积于该牺牲层上。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中该第一凹槽与该第二凹槽两端的转折处制作有圆角结构。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中所述的第二凹槽为在第一凹槽的槽内向槽外扩大蚀刻成型。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中其中制作该背板的同时，在其侧边制作金属焊垫而位于基板的预定图形上。

前述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其中自腔室朝振膜方向将该绝缘层蚀穿，再将该背板与该振膜之间的该牺牲层蚀刻，以制作该空间。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片及其制造方法至少具有下列优点及有益效果：本发明能通过微机电技术的牺牲层、湿蚀刻与沉积等制造方式，以形成立体结构的振膜，使得本发明较现有习知的制造方式，具有加工制造上的优势，使得本发明的微机电麦克风晶片有效降低制造成本。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为现有习知的微机电麦克风的晶片示意图。

图2为本发明第一实施例在基底上制作牺牲层的示意图。

图3为本发明第一实施例在牺牲层制作圆角结构的示意图。

图4为本发明第一实施例在基底上制作振膜的示意图。

图5为本发明第一实施例在振膜上制作牺牲层的示意图。

图6为本发明第一实施例在牺牲层上制作介电层的示意图。

图7为本发明第一实施例制作背板的示意图。

图8为本发明第一实施例在基底制作腔室的示意图。

图9为本发明第一实施例微机电麦克风的晶片的示意图。

图10为本发明第二实施例微机电麦克风的晶片的示意图。

图11为本发明第三实施例在基板制作第一凹槽的示意图。

图12为本发明第三实施例在基底制作第二凹槽的示意图。

图13为本发明第三实施例制作背板的示意图。

图14为本发明第三实施例制作绝缘层的示意图。

图15为本发明第三实施例制作牺牲层的示意图。

图16为本发明第三实施例制作振膜的示意图。

图17为本发明第三实施例制作腔室的示意图。

图18为本发明第三实施例微机电麦克风的晶片的示意图。

图19为本发明第四实施例微机电麦克风的晶片的示意图。

1：基底              2：固定电极

3：支撑件            4：振膜

10：基底             11：二氧化硅层

12：氮化硅层         13：腔室

14：第一凹槽         15：第二凹槽

16：圆角结构         17：腔室

20：第一牺牲层       21：第二牺牲层

22：圆角结构         30：振膜

31：第三牺牲层       32：介电层

40：背板             41：音孔

50：金属焊垫         60：空间

70：背板             71：音孔

80：色缘层           81：牺牲层

90：振膜             100：空间

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片及其制造方法其具体实施方式、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

参阅图2所示，为本发明在基底上制作牺牲层的示意图。首先提供硅材料的基底10，并在上表面及下表面依序分别成型有二氧化硅层11及氮化硅层12，且在上表面分别沉积一第一牺牲层20及一第二牺牲层21的阶级层，且第二牺牲层21设于第一牺牲层20上，第二牺牲层21的横向宽度小于第一牺牲层20，而第一牺牲层20、第二牺牲层21两者均可选用氧化硅材料。

参阅图3所示，为本发明在牺牲层制作圆角结构的示意图。利用湿蚀刻方式于第一牺牲层20及第二牺牲层21的两侧加以蚀刻，使得第一牺牲层20及第二牺牲层21的边缘端角制作成为圆角结构22。

参阅图4所示，为本发明在基底上制作振膜的示意图。在基底10上表面的氮化硅层12制作一振膜30，振膜30披覆第一牺牲层20及一第二牺牲层21的上，且顺沿着第一牺牲层20及第二牺牲层21的外形而成型，使得振膜30具有相同圆弧的圆角结构22，其中，牺牲层的层数决定了振膜30的阶级层数，因此可依产品的需求在第二牺牲层21上再设置另一牺牲层，以使振膜30阶级层数增加。

参阅图5所示，为本发明在振膜上制作牺牲层的示意图。在振膜30上沉积一第三牺牲层31，第三牺牲层31的外型亦顺沿着振膜30外形而成型。

参阅图6所示，为本发明在牺牲层上制作介电层的示意图。在第三牺牲层31上沉积一介电层32。

参阅图7所示，为本发明制作背板的示意图。在振膜30与介电层32上制作一背板40，且背板40中央部位蚀刻出多个音孔41，同时在侧边制作一金属焊垫50位于振膜30的预定图形上，其中，背板40的外型亦顺沿着介电层32外形而成型。

参阅图8所示，为本发明在基底制作腔室的示意图。接着在基底10的底面朝向振膜30蚀刻出一腔室13，以及将振膜30下侧的二氧化硅层11及氮化硅层12蚀空。

参阅图9所示，为本发明第一实施例微机电麦克风的晶片的示意图。是接着自腔室13朝振膜30方向，将第一牺牲层20、第二牺牲层21中间部份蚀空，以蚀刻出一悬浮结构的振膜30。自音孔41向振膜30方向蚀刻出一空间60，音孔41与空间60连通，借以将振膜30上方的第三牺牲层31与介电层32蚀空，以使成型出纵向落差的阶级状的振膜30，且带有圆角结构22，并借由介电层32的设置，而防止振膜30与背板40的接触，另外背板40的内缘形状是与振膜30对应而相同，如此得以完成制作一微机电麦克风晶片。

参阅图10所示，为本发明第二实施例微机电麦克风的晶片的示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于，振膜30是设置于背板40的上面，故在制造时，即使背板40先成型，振膜30后成型。

参阅图11所示，为本发明第三实施例在基板制作第一凹槽的示意图。与前述实施例不同的是在于基底10上表面利用蚀刻方式，制作出一第一凹槽14。

参阅图12所示，为本发明第三实施例在基底制作第二凹槽的示意图。接续前步骤，在第一凹槽14的槽内向下蚀刻一第二凹槽15，或是在第一凹槽14的槽内向槽外扩大蚀刻出第二凹槽14，并在第一凹槽14与第二凹槽15两端的转折处制作圆角结构16。

参阅图13所示，为本发明第三实施例制作背板的示意图。接着在基底10上以及第一凹槽14、第二凹槽15内沉积一具有多个音孔71的背板70，且背板70顺沿着第一凹槽14与第二凹槽15的形状而成型，因第一凹槽14与第二凹槽15形成两阶级的落差，故背板70亦具有阶级状，且制作背板70的同时，在其侧边制作金属焊垫50位于基板10的预定图形上。

参阅图14所示，为本发明第三实施例制作绝缘层的示意图。在背板70沉积一绝缘层80，绝缘层80可采用氮化硅材料。

参阅图15所示，为本发明第三实施例制作牺牲层的示意图。在绝缘层80上沉积一牺牲层81。

参阅图16所示，为本发明第三实施例制作振膜的示意图。在牺牲层81上沉积一振膜90，振膜90披覆于牺牲层81上，且顺沿着牺牲层81外形而成型，振膜90具有与第一凹槽14、第二凹槽15的相同的圆角结构。

参阅图17所示，为本发明第三实施例制作腔室的示意图。接着在基底10的底面朝背板70方向，并将下表面的二氧化硅层11及氮化硅层12蚀刻，以成型出一腔室17。

参阅图18所示，为本发明第三实施例微机电麦克风的晶片的示意图。是自腔室17朝振膜30方向将绝缘层80蚀穿，将背板70与振膜90之间的牺牲层81蚀刻，以制作一空间100，且音孔71与空间100连通，并使得振膜90成为悬浮结构，如此得以完成制作微机电麦克风晶片。

参阅图19所示，为本发明第四实施例微机电麦克风的晶片的示意图。本实施例与第三实施例不同之处在于，背板70是设置于振膜90的上面，故在制造时，即使振膜90先成型，背板70后成型。

本发明的背板与振膜所构成的阶级和圆角结构，可增加电容构造所需的振膜有效面积，相较于现有习知的平直状的振膜，可提高振动的灵敏度，并对其性能有所改善；再者，本发明振膜具有圆角结构，如此可避免振膜在转角处产生应力集中现象，而降低结构损坏。

本发明以利用湿蚀刻与牺牲层的微机电技术，得于基底上成型出多层阶级状的振膜，以使振膜的阶级端角为圆角结构，使得振膜不但具有较佳的有效面积，以提高其振动的灵敏度，且圆角结构更使得振膜可降低应力集中问题，避免结构损坏，借此改善微机电麦克风晶片的性能；同时本发明亦可以在基底上先蚀刻出凹槽，以沉积背板与振膜，同样具有前述的功效。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (20)

1.一种具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其特征在于其包括：

一基底，具有一腔室；

一振膜，设置该腔室上，该振膜具有纵向落差的阶级；以及

一背板，邻近于该振膜，并与其保持一距离，且该背板具有多个音孔。

2.根据权利要求1所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其特征在于其中所述的振膜的阶级为两层。

3.根据权利要求2所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其特征在于其中所述的振膜的顶缘阶级层的横向宽度小于或大于底缘阶级层。

4.根据权利要求1所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其特征在于其中该背板内缘形状与该振膜外缘对应相同。

5.根据权利要求4所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其特征在于其中所述的振膜阶级的边缘端角为圆角结构。

6.根据权利要求1所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其特征在于其中该基底与该振膜之间具有二氧化硅层。

7.根据权利要求6所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片，其特征在于其中所述的该振膜与该二氧化硅层之间设有一氮化硅层。

8.一种具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其包括下列步骤：

提供一基底；

在该基底上成型带有纵向落差阶级的一振膜与一背板，且该背板具有多个音孔；

在该基底制作一腔室，以使该振膜形成悬浮结构；以及

将该背板与该振膜之间制作出一空间，以制作出该微机电麦克风晶片。

9.根据权利要求8所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中所述的基底的上表面沉积一第一牺牲层，且在该第一牺牲层上沉积一第二牺牲层，该振膜沿着该第一牺牲层与该第二牺牲层的外形沉积，再沿着该振膜外形沉积一第三牺牲层，再将该背板沉积于该第三牺牲层上。

10.根据权利要求9所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中将该第一牺牲层、第二牺牲层施以蚀刻，使得该振膜形成悬浮结构。

11.根据权利要求9所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中自该背板朝该振膜方向，将该第三牺牲层施以蚀刻，以制作该空间。

12.根据权利要求9所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中在沉积该振膜之前，将该第一牺牲层与该第二牺牲层施以湿蚀刻，而分别在边缘端角制作出圆角结构。

13.根据权利要求8所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中制作该音孔的同时，在该振膜上成型一金属焊垫。

14.根据权利要求9所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中沉积该第一牺牲层之前，在基底上表面及下表面依序分别成型有二氧化硅层及氮化硅层。

15.根据权利要求9所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中沉积该背板之前，在该第三牺牲层上制作一介电层。

16.根据权利要求8所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中基底蚀刻一第一凹槽，其于槽内向下蚀刻一第二凹槽，该背板沉积于该第一凹槽与该第二凹槽，该背板沉积有一绝缘层，之后该绝缘层上沉积一牺牲层，该振膜即沉积于该牺牲层上。

17.根据权利要求16所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中该第一凹槽与该第二凹槽两端的转折处制作有圆角结构。

18.根据权利要求16所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中所述的第二凹槽为在第一凹槽的槽内向槽外扩大蚀刻成型。

19.根据权利要求16所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中其中制作该背板的同时，在其侧边制作金属焊垫而位于基板的预定图形上。

20.根据权利要求16所述的具有立体振膜结构的微机电麦克风晶片的制造方法，其特征在于其中自腔室朝振膜方向将该绝缘层蚀穿，再将该背板与该振膜之间的该牺牲层蚀刻，以制作该空间。

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