CN108391216A - 麦克风及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种麦克风及其制造方法,该麦克风包括:基板,其被配置成具有形成于基板中央部的通孔;振动膜,其被布置成覆盖基板上的通孔并包括狭缝图案,狭缝图案沿着振动膜的圆形边缘以多条线的方式布置;固定膜,其分离地安装在振动膜的上部,固定膜与振动膜之间具有空气层,并具有沿空气层的方向在固定膜与振动膜之间延伸的多个空气入口;以及支撑层,其被配置成支撑被分离安装在振动膜上的固定膜。该方法包括以下步骤:在基板上形成氧化层;在氧化层的上部形成振动膜;在振动膜的上部形成牺牲层,并且在牺牲层的上部形成固定膜;形成通孔;以及去除通孔的上部的氧化层,并且通过空气入口去除牺牲层的中央部来形成空气层和支撑层。

Description

麦克风及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种麦克风及其制造方法,更具体涉及一种坚固耐用并且具有优于现有开发的弹簧结构的振动位移的高灵敏度的微机电系统(MEMS,micro-electromechanicalsystems)麦克风,及其制造方法。
背景技术
MEMS麦克风用于将语音信号转换成电信号,并且通过利用半导体批处理来制造。
与应用于大多数机动车辆的驻极体电容式麦克风(ECM,electret condensermicrophone)相比,MEMS麦克风的每一个产品具有优异的灵敏度和低性能变化,可超小型化,并且有利地对抗诸如热、湿度等环境变化。因此,最近开始沿利用MEMS麦克风代替ECM的方向发展。
MEMS麦克风分为静电电容MEMS麦克风和压电MEMS麦克风。
静电电容MEMS麦克风包括固定膜和振动膜,当从外部向振动膜施加声压(声源)时,电容值随着固定膜和振动膜之间距离的变化而变化。由此产生的电信号用于测量声压。
例如,静电电容MEMS麦克风测量振动膜和固定膜之间电容的变化,并且将其输出为电压信号,即灵敏度,其是MEMS麦克风最重要的性能指标之一。
同时,为了改善作为MEMS麦克风的主要性能指标的灵敏度,需要降低振动膜刚性的技术。为此,过去已开发出用来降低振动膜的残余应力、施加弹簧结构等的方法。
例如,图1A和图1B示出为改善现有灵敏度而施加了狭槽图案和弹簧图案的振动膜结构。
首先,参考图1A,为了改善MEMS麦克风的灵敏度,现有技术已开发出通过在振动膜中形成狭槽图案并增加槽长度来降低刚度的技术。
然而,根据现有技术,为了增加槽长度会增大芯片尺寸,并且在低频带中会丢失声源。
另外,根据现有技术,已经开发出通过将弹簧图案应用于振动膜来减小应力的方法,但是为了在振动膜中实现微小弹簧图案,会增大工艺的复杂度,并且在实验中产品产量会降低,如图1B所示。
因此,为了提高灵敏度,迫切需要开发一种可改善振动位移和加工稳定性的新型振动膜结构,灵敏度是MEMS麦克风的主要性能指标。
在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解,因此其可以包含不构成本领域普通技术人员在本国已知的现有技术的信息。
专利文献1:韩国注册专利No.1601219(2016.03.08)
发明内容
本发明一个示例性实施例致力于提供一种高灵敏度MEMS麦克风及其制造方法,其中该高灵敏度MEMS麦克风具有振动膜结构,在该振动膜结构中形成有沿水平方向交错的微小狭缝图案,以便与现有振动膜的弹簧结构相比,其更稳固(robust)且具有改善的振动位移。
本发明的一个示例性实施例提供一种麦克风,包括:基板,其被配置成具有形成于基板中央部的通孔;振动膜,其被布置成覆盖基板上的通孔并包括狭缝图案,狭缝图案沿着振动膜的圆形边缘以多条线的方式布置;固定膜,其分离地安装在振动膜的上部,固定膜与振动膜之间具有空气层,并具有沿空气层的方向在固定膜与振动膜之间延伸的多个空气入口;以及支撑层,其被配置成支撑被分离安装在振动膜上的固定膜。
以线的方式布置的狭缝图案交错地形成,以便在狭缝图案中彼此交错。
麦克风,还可包括:焊盘,其被配置成将每个电极电连接到半导体芯片,以便测量根据固定膜与振动膜之间的距离变化而变化的静电容量。
狭缝图案可通过在振动膜的边缘蚀刻具有恒定长度和距离的微小狭缝图案而形成,以改善振动膜的振动位移。
狭缝图案可具有确定振动膜的每个狭缝图案距中心轴的长度的狭缝图案角度,该狭缝图案角度大于用于确定狭缝图案的排列角度的狭缝图案之间的角度。
在狭缝图案中,狭缝线之间的距离大于狭缝图案的狭缝宽度。
固定膜可被形成为具有层叠有绝缘层、固定电极和背板的层叠结构,并且在绝缘层的下部可形成有多个突起。
固定膜在背板上可包括:第一焊盘,形成在用以打开固定电极以接触固定电极的第一接触孔中;以及第二焊盘,形成在用以打开振动膜的振动电极以接触振动电极的第二接触孔中。
本发明的一个示例性实施例提供一种麦克风制造方法,该方法包括以下步骤:在基板上形成氧化层;在氧化层的上部形成包括狭缝图案的振动膜,其中狭缝图案沿着振动膜的圆形边缘以多条线的方式布置;在振动膜的上部形成牺牲层,并且在牺牲层的上部形成包括多个空气入口的固定膜;通过在基板后表面的中央部进行蚀刻来形成用以输入声源的通孔;以及去除通孔的上部的氧化层,并且通过空气入口去除牺牲层的中央部来形成空气层和支撑层。
振动膜的形成步骤可包括以下步骤:在氧化层上形成导电材料的振动膜,并且在氧化层上形成感光层;以及通过使感光层曝光和显影来形成用以形成狭缝图案的感光层图案,并且通过利用感光层图案作为掩模对振动膜的一部分进行蚀刻来形成狭缝图案。
在牺牲层的形成过程中,通过在牺牲层的上部依次层叠绝缘层、固定电极和背板来形成固定膜,并且通过对其中央部的感测区域进行蚀刻而形成具有相同图案的贯穿的空气入口。
牺牲层的形成步骤可包括以下步骤:在牺牲层的上部的中央部使多个凹坑形成图案;以及通过在牺牲层上层叠绝缘层,利用多个凹坑,在绝缘层的下部形成多个突起。
牺牲层的形成步骤可包括以下步骤:在绝缘层的上部形成固定电极;以及通过对绝缘层和牺牲层的一部分进行蚀刻来形成用以露出振动膜的导线的通孔。
牺牲层的形成步骤可包括以下步骤:通过蚀刻背板的一部分作为固定膜的最上层,来形成用以打开固定电极的导线的第一接触孔和用以打开振动电极的导线的第二接触孔。
牺牲层的形成步骤可包括以下步骤:将第一接触孔图案化到第一焊盘中以接触固定电极的导线;以及将第二接触孔图案化到第二焊盘中以接触振动电极的导线。
根据本发明的示例性实施例,与现有振动膜的弹簧结构相比,通过根据振动膜的边缘在水平方向上形成微小狭缝图案,可以获得坚固且更好的振动位移。
此外,通过布置在振动膜中形成多条狭缝线的微小狭缝图案,可以获得比传统狭槽结构具有更低刚度的改善的振动位移,从而改善作为麦克风主要性能指标的灵敏度。
附图说明
图1A和图1B示出施加了用于改善现有灵敏度的狭槽图案和弹簧图案的振动膜结构;
图2示意性示出根据本发明的麦克风的示例性实施例的麦克风的平面结构;
图3是沿图2的A-A'线截取的剖视图,示出根据本发明的示例性实施例的麦克风;
图4示出根据本发明的示例性实施例的狭缝图案的详细结构;
图5示出导出根据本发明示例性实施例的振动膜的狭缝图案的结构的实验结果;
图6示出根据本发明示例性实施例的狭缝图案的各种结构;
图7示出依据根据本发明示例性实施例的狭缝图案的各种结构的狭缝结构优化的实验结果;
图8至图14顺序地示出根据本发明示例性实施例的麦克风的制造方法。
具体实施方式
在下面的详细描述中,仅简单地通过说明的方式示出和描述了本发明的某些示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的,在不脱离本发明的精神或范围的情况下,所述实施例可以以各种不同的方式进行修改。因此,附图和描述在本质上被认为是说明性的而不是限制性的。在整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件
另外,除非明确地相反地描述,否则在整个说明书中,单词“包括”和变型形式诸如“含有”或“包含”将被理解为暗示包括所述元素,而不排除任何其它元素。另外,在本说明书中所述的术语“-er”,“-or”和“模块”意指用于处理至少一个功能和操作的装置(unit),并且可由硬件部件或软件部件及其组合来实现。
在整个说明书中,附图和描述在本质上被认为是说明性的而不是限制性的,为了清楚起见,层(或膜)、区域等的厚度被夸大。
应当理解,当原件诸如层、膜、区域或基板被称为在另一个元件“上”时,其可直接在其它元件上,或者也可以存在中间元件。
在整个说明书中,输入到麦克风的声源具有与声音和声压相同的含义,以振动振动膜。
在下文中,将参考附图描述根据本发明的示例性实施例的麦克风及其制造方法。
图2示意性示出了根据本发明的示例性实施例的麦克风的平面结构。
图3是沿着图2的A-A'线截取的剖视图,示出了根据本发明麦克风的示例性实施例的麦克风。
参考图2和图3,根据本发明的示例性实施例,麦克风100包括基板110、振动膜120、固定膜130、支撑层140和焊盘150。
基板110可以由硅制成,以具有形成在其中央部的用于输入声源(声压)的通孔111。
振动膜120设置在基板110上以覆盖通孔111。
因此,振动膜120的一部分通过形成在基板中的通孔111露出,并且其露出部分通过从外部传送的声源而振动。
氧化层115设置在基板110和振动膜120之间,并且其中央部被打开(蚀刻),使得通孔111向内部延伸。
振动膜120可以由多晶硅或氮化硅(SiNx)制成,但不限于此。例如,可以采用具有导电性的任何材料。
特别地,根据本发明的示例性实施例,振动膜120被形成为具有能够通过在圆形振动膜边缘的边缘中蚀刻微小狭缝图案来减小容量的结构,以便像弹簧结构那样起作用,以便改善振动膜120的振动位移。
详细地,振动膜120包括振动电极121、导线122和狭缝图案123。
振动电极121通过从通孔111输入的声源振动。
导线122接触第二焊盘152,以便电连接到半导体芯片(未示出)。
狭缝图案123包括相对于振动膜120的中心轴,沿其边缘排列成多个圆的微小狭缝图案。
在这种情况下,在狭缝图案123中,排列在分别布置在相对于中心轴的内侧和外侧的第一狭缝线123-1和第二狭缝线123-2中的每一个中的微小狭缝图案而交错形成,从而彼此交错而不是彼此对齐。
例如,图4示出根据本发明的示例性实施例的狭缝图案的详细结构。
参考图4,根据本发明的示例性实施例,狭缝图案123可以通过以规则的长度和距离蚀刻微小狭缝图案来形成,以便改善振动膜120的振动位移。狭缝图案可被看作是由于2μm的非常精细的狭缝宽度,而在振动膜120的边缘处形成圆形虚线。
在这种情况下,在狭缝图案123中,用于确定每个狭缝图案距中心轴的长度的狭缝图案角度(例如,4°),可以大于用于确定狭缝图案的排列角度的狭缝图案之间的角度(例如,1°)。
因此,狭缝图案的长度可以比狭缝图案之间的距离大。
此外,第一狭缝线123-1和第二狭缝线123-2之间的距离(例如,8μm)可大于狭缝图案的狭缝宽度(例如2μm)。
另外,图4示出了具有矩形形状的狭缝图案的孔,但是本发明不限于此。例如,孔的相对表面可以是半圆形的,以防止由振动引起的损坏。
在以上描述中,可通过根据振动膜的残余应力的狭缝结构优化测试来导出用于形成振动膜120中的狭缝图案123的详细尺寸的实施例。然而,其具体尺寸不限于上述实施例,可以改变为各种尺寸来形成狭缝图案。
回到图3,固定膜130分离地安装在振动膜120的上部,固定膜130和振动膜120之间具有空气层145,并且固定膜130包括沿着空气层145的方向形成的多个空气入口135。
固定膜130可被形成为包括绝缘层131、固定电极133和背板134的顺序层叠结构。
绝缘层131的边缘部被由氧化物制成的支撑层140支撑和固定,并且在绝缘层131下部形成有多个突起132。
在本文中,支撑层140设置在振动膜120的上部边缘中,并且通过稍后要描述的麦克风100的制造方法对牺牲层140’的一部分进行蚀刻而形成,并且空气层145指代通过蚀刻牺牲层140’而形成的空间。
形成在绝缘层131的下部的突起132朝向振动膜120突出。因此,当振动膜120振动时,突起132用于防止振动膜120的电极与固定膜130的电极之间直接接触。
固定电极133感测振动膜120的振动位移,并且包括以与振动膜120相同的方式接触第一焊盘151的导电线。
背板134可以通过在固定电极133的上部层叠氮化硅(SiNx)而形成。
具有与绝缘层131和固定电极133相同图案的空气入口135从背板134的中央部延伸,并且用于打开固定膜130的导线的第一接触孔H1和用于打开振动膜120的导线的第二接触孔H2,在背板134的相反两侧上形成。
焊盘150包括用于将每个电极电连接到半导体芯片的金属焊盘,以便测量根据固定膜130和振动膜120之间的距离变化而变化的静电容量。
焊盘150包括:第一焊盘151,其被形成为通过图案化第一接触孔H1而与固定电极133相接触;以及第二焊盘152,其被形成为通过图案化第二接触孔H2而与振动电极121接触。
同时,图5示出了根据本发明的示例性实施例导出振动膜的狭缝图案的结构的实验结果。
参考图5,示出配置成如下的具有与本发明相同狭缝面积的现有狭槽结构、2行线的狭缝横向平行依次排列的第一变形的狭缝结构(变型#1)、1行线的狭缝纵向依次排列的第二变形的狭缝结构(变型#2)、以及2行线的狭缝横向交错排列以彼此交错的本发明的狭槽图案结构各自的谐振频率和振动位移的实验结果。
通过上述实验,比较和检查每个振动膜结构的分析结果,可以看出,根据本发明的示例性实施例,2行线的狭缝纵向交错布置以彼此错开的狭缝图案结构,在满足用于确保语音频带的目标谐振频率(>31kHz)的同时,将振动位移提高到另一种结构的振动位移的1.5倍至2.1倍。
通过根据本发明的示例性实施例的振动膜120的狭缝图案123与现有的狭槽结构相比,可以得到具有低刚度的改善的振动位移,从而提高作为麦克风的主要性能指标的灵敏度。
上述振动膜120的狭缝图案123已被描述为包括交错的2行线的狭缝,但是本发明不限于上述示例性实施例。也可以是用于得到其它狭缝结构优化的各种变型。
例如,图6示出了根据本发明的示例性实施例的狭缝图案的各种结构。
参考图6,示出各种变型的狭缝,以得到根据本发明的示例性实施例的形成在振动膜120中的狭缝123的优化结构。
参考图6(A),示出了上述2行线的狭缝交错的狭缝图案123。
另外,图6(B)示出了3行线的狭缝交错的狭缝图案123’,图6(C)示出了4行线的狭缝交错的狭缝图案123”。
基于通过向2行线的狭缝交错的狭缝图案123增加狭缝线而获得的结构以及现有的狭槽结构的振动膜的最终残余应力的变化的各种示例性实施例进行实验,来测量振动位移和谐振频率。
图7示出了基于根据本发明示例性实施例的狭缝图案的各种结构的狭缝结构优化的实验结果。
参考图7,作为根据振动膜的最终残余应力的变化来分析振动位移和谐振频率的结果,在现有现有狭槽结构的情况下,目标最终残余应力(11.8MPa)约为25nm,而在2行线的狭缝交错的狭缝图案123的情况下,目标最终残余应力约为35nm。因此,可以看出,在狭缝图案123的情况下,振动位移得以改善。
具体地,在狭缝图案123的情况下,可以看出与现有现有狭槽结构相比,振动位移增加了33%,并且可以看出,可确保用于确保频率响应特性的目标谐振频率(≥30kHz)。
另外,可以看出,与现有狭槽结构相比,在具有4行线的狭缝结构的振动膜120”中,可确保最终残余应力的余量的最大值为15MPa。
在合成这些结果时,作为与最终残余应力的误差相对应的狭缝图案分割(split)的附加设计和分析验证结果,随着狭缝线数量的增加,振动膜的刚度降低,因此振动位移增加,谐振频率降低。
同时,将基于麦克风100的上述结构,参考附图来描述根据本发明示例性实施例的麦克风制造方法,假设在2行线的狭缝交错的狭缝图案123的情况下。
图8至图14依次示出根据本发明的麦克风的示例性实施例的麦克风制造方法。
首先,如图8所示,制备基板110,并且在基板110的上部形成氧化层115。在本文中,基板110可由硅制成,并且氧化层115可以通过层叠氧化硅来形成。
接下来,在氧化层115的上部形成包括狭缝图案123的振动膜,狭缝图案123沿振动膜的边缘布置成多条线。
例如,通过使振动膜120上基于中心轴的边缘的一部分图案化,来形成以多个圆排列的微小狭缝图案123。
具体地,通过在氧化层115上形成多晶硅或导电材料的振动膜120,并且在氧化层115上形成感光层来得到狭缝图案123。
然后,可以通过使感光层曝光和显影,来形成用于形成狭缝图案的感光层图案,并且可以通过利用感光层图案作为掩模对振动膜120的一部分进行蚀刻。
参考图9,在振动膜120的上部形成多个牺牲层140’,并且在牺牲层140’的中央部使多个凹坑图案化。
然后,在牺牲层140’上层叠绝缘层131,以通过凹坑在绝缘层131的下部处形成多个突起132。
参考图10,在绝缘层131的上部形成固定电极133,通过对绝缘层131和牺牲层140’进行局部蚀刻,以形成具有开放上部的通孔H。
可以通过蚀刻绝缘层131和牺牲层140’,直至露出振动膜120的导线122来形成通孔H。
参考图11,在固定电极133和绝缘层131的上部处形成背板134。
背板134可以通过层叠氮化硅(SiNx)来形成。
然后,通过蚀刻背板134和固定电极133以及位于其下方的绝缘层131,来形成以相同图案贯穿的多个空气入口135。
在这种情况下,可以通过执行干蚀刻或湿蚀刻直至暴露出牺牲层140’来形成空气入口135。
在这些步骤中,以相同图案形成的空气入口135形成在其中央部的感测区域中,以便在具有多个突起132的绝缘层131、固定电极133和背板134依次层叠的状态下构成固定膜130。
在本文中,感测区域可以是振动膜120的振动区域和声源被引入到振动膜120中的通孔111。形成在感测区域中的突起132的数量和空气入口135的数量不限于附图中所示的数量。
参考图12,通过蚀刻背板134的一部分,来形成用于打开固定电极133的导线的第一接触孔H1和用于打开振动电极121的导线122的第二接触孔H2。
参考图13,第一接触孔H1被图案化到第一焊盘151中,第二接触孔H2被图案化到第二焊盘152中。
固定电极133和振动电极121分别通过第一焊盘151和第二焊盘152电连接到外部处理部件。
参考图14,通过蚀刻基板110的后表面的中央部,来形成用于输入声源的通孔111。
接下来,根据本示例性实施例,可以通过去除基板110的通孔111中的氧化层115和牺牲层140’的中央部来生成如图3所示的麦克风100的结构。
在这种情况下,空气层145形成在牺牲层140’的去除区域中,并且形成支撑层140以支撑固定膜130的边缘。
可以通过空气入口135,利用蚀刻溶液的湿法去除牺牲层140’来形成空气层141。另外,也可以通过根据通过空气入口135的氧等离子体(O2等离子体)的灰化干法来去除牺牲层140’。
上面假设在2行线的狭缝交错的狭缝图案123的情况下,描述了根据本发明的示例性实施例的上述麦克风制造方法,然而本发明不限于此。例如,很显然,还可包括3行线的狭缝和4行线的狭缝。
因此,根据本发明的示例性实施例,通过在根据振动膜的边缘的横向方向上形成微小的狭缝图案,可以获得与现有振动膜的弹簧结构相比稳固且更好的振动位移。
另外,与现有的狭槽结构相比,通过布置在振动膜中形成多条线的狭缝的微小狭缝图案,可以得到具有低刚度的改善的振动位移,从而提高作为麦克风的主要性能指标的灵敏度。
尽管已经结合目前被认为是实用的示例性实施例描述了本发明,但是应当理解,本发明不限于所公开的实施例,相反地,本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (15)

1.一种麦克风,包括:
基板,其被配置成具有形成于所述基板中央部的通孔;
振动膜,其被布置成覆盖所述基板上的通孔并包括狭缝图案,所述狭缝图案沿着所述振动膜的圆形边缘以多条线的方式布置;
固定膜,其分离地安装在所述振动膜的上部,所述固定膜与所述振动膜之间具有空气层,并具有沿所述空气层的方向在所述固定膜与所述振动膜之间延伸的多个空气入口;以及
支撑层,其被配置成支撑被分离安装在所述振动膜上的固定膜。
2.根据权利要求1所述的麦克风,其中以线的方式布置的狭缝图案交错地形成,以便在所述狭缝图案中彼此交错。
3.根据权利要求1所述的麦克风,还包括:
焊盘,其被配置成将每个电极电连接到半导体芯片,以便测量根据所述固定膜与所述振动膜之间的距离变化而变化的静电容量。
4.根据权利要求1所述的麦克风,其中所述狭缝图案是通过在所述振动膜的边缘蚀刻具有恒定长度和距离的微小狭缝图案而形成的,以改善所述振动膜的振动位移。
5.根据权利要求1所述的麦克风,其中所述狭缝图案具有确定所述振动膜的每个狭缝图案距中心轴的长度的狭缝图案角度,所述狭缝图案角度大于用于确定狭缝图案的排列角度的狭缝图案之间的角度。
6.根据权利要求5所述的麦克风,其中在狭缝图案中,狭缝线之间的距离大于狭缝图案的狭缝宽度。
7.根据权利要求1所述的麦克风,其中所述固定膜被形成为具有层叠有绝缘层、固定电极和背板的层叠结构,并且在所述绝缘层的下部形成有多个突起。
8.根据权利要求7所述的麦克风,其中所述固定膜在所述背板上包括:
第一焊盘,所述第一焊盘形成在用以打开所述固定电极以接触固定电极的第一接触孔中;以及
第二焊盘,所述第二焊盘形成在用以打开所述振动膜的振动电极以接触所述振动电极的第二接触孔中。
9.一种麦克风制造方法,所述方法包括以下步骤:
在基板上形成氧化层;
在所述氧化层的上部形成包括狭缝图案的振动膜,其中所述狭缝图案沿着所述振动膜的圆形边缘以多条线的方式布置;
在所述振动膜的上部形成牺牲层,并且在所述牺牲层的上部形成包括多个空气入口的固定膜;
通过在所述基板后表面的中央部进行蚀刻来形成用以输入声源的通孔;以及
去除所述通孔的上部的氧化层,并且通过所述空气入口去除所述牺牲层的中央部来形成空气层和支撑层。
10.根据权利要求9所述的麦克风制造方法,其中所述振动膜的形成步骤包括以下步骤:
在所述氧化层上形成导电材料的振动膜,并且在所述氧化层上形成感光层;以及
通过使所述感光层曝光和显影来形成用以形成狭缝图案的感光层图案,并且通过利用感光层图案作为掩模对所述振动膜的一部分进行蚀刻来形成所述狭缝图案。
11.根据权利要求9所述的麦克风制造方法,其中在所述牺牲层的形成过程中,通过在所述牺牲层的上部依次层叠绝缘层、固定电极和背板来形成固定膜,并且通过对其中央部的感测区域进行蚀刻而形成贯穿的具有相同图案的空气入口。
12.根据权利要求9所述的麦克风制造方法,其中所述牺牲层的形成步骤包括以下步骤:
在所述牺牲层的上部的中央部使多个凹坑形成图案;以及
通过在所述牺牲层上层叠绝缘层,利用所述多个凹坑,在所述绝缘层的下部形成多个突起。
13.根据权利要求12所述的麦克风制造方法,其中所述牺牲层的形成步骤包括以下步骤:在所述绝缘层的上部形成固定电极;以及通过对所述绝缘层和所述牺牲层的一部分进行蚀刻来形成用以露出所述振动膜的导线的通孔。
14.根据权利要求13所述的麦克风制造方法,其中所述牺牲层的形成步骤包括以下步骤:通过蚀刻背板的一部分作为所述固定膜的最上层,来形成用以打开所述固定电极的导线的第一接触孔和用以打开所述振动电极的导线的第二接触孔。
15.根据权利要求14所述的麦克风制造方法,其中所述牺牲层的形成步骤包括以下步骤:将所述第一接触孔图案化到第一焊盘中以接触所述固定电极的导线;以及将所述第二接触孔图案化到第二焊盘中以接触所述振动电极的导线。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112399325A (zh) * 2019-08-15 2021-02-23 新科实业有限公司 薄膜过滤件、薄膜过滤基板、mems麦克风、及其制造方法
CN112788508A (zh) * 2019-11-05 2021-05-11 鑫创科技股份有限公司 微机电系统麦克风的结构及其制作方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017115923A1 (de) * 2017-07-14 2019-01-17 Infineon Technologies Ag Mikroelektromechanischer Transducer
US10715924B2 (en) * 2018-06-25 2020-07-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. MEMS microphone having diaphragm
CN109195075B (zh) * 2018-11-29 2024-04-12 华景科技无锡有限公司 一种麦克风振膜及麦克风
CN115885522A (zh) * 2020-05-05 2023-03-31 Tdk电子股份有限公司 具有隔膜沟槽加强件的微机电麦克风和制造方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1787694A (zh) * 2004-12-10 2006-06-14 美律实业股份有限公司 硅晶微麦克风的制作方法
CN1957238A (zh) * 2004-05-18 2007-05-02 星电株式会社 振动传感器
CN101180917A (zh) * 2005-05-17 2008-05-14 Nxp股份有限公司 用于mems电容式麦克风的改进膜片
CN103281661A (zh) * 2013-05-09 2013-09-04 上海集成电路研发中心有限公司 一种mems麦克风结构及其制造方法
JP2014233059A (ja) * 2013-05-30 2014-12-11 新日本無線株式会社 Mems素子
CN104540776A (zh) * 2012-08-14 2015-04-22 埃普科斯股份有限公司 Mems部件和用于制造的方法
JP2015188946A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 新日本無線株式会社 Mems素子
CN105191350A (zh) * 2013-03-13 2015-12-23 欧姆龙株式会社 静电容量式传感器、声音传感器以及麦克风
CN105191351A (zh) * 2013-03-12 2015-12-23 欧姆龙株式会社 静电容量式传感器、声音传感器以及麦克风
CN106211015A (zh) * 2014-10-17 2016-12-07 现代自动车株式会社 麦克风及其制造方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5146435A (en) * 1989-12-04 1992-09-08 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Acoustic transducer
US5303210A (en) * 1992-10-29 1994-04-12 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Integrated resonant cavity acoustic transducer
US5452268A (en) * 1994-08-12 1995-09-19 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Acoustic transducer with improved low frequency response
US6847090B2 (en) * 2001-01-24 2005-01-25 Knowles Electronics, Llc Silicon capacitive microphone
GB0107404D0 (en) * 2001-03-23 2001-05-16 Koninkl Philips Electronics Nv Display substrate and display device
US7146016B2 (en) * 2001-11-27 2006-12-05 Center For National Research Initiatives Miniature condenser microphone and fabrication method therefor
WO2005050680A1 (ja) * 2003-11-20 2005-06-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. エレクトレット及びエレクトレットコンデンサー
KR20060129041A (ko) * 2004-03-05 2006-12-14 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 일렉트릿 컨덴서
WO2005086535A1 (ja) * 2004-03-09 2005-09-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. エレクトレットコンデンサーマイクロホン
JP4355273B2 (ja) * 2004-10-07 2009-10-28 日本放送協会 静電容量型センサ及びその製造方法
US7152481B2 (en) * 2005-04-13 2006-12-26 Yunlong Wang Capacitive micromachined acoustic transducer
JP4480728B2 (ja) * 2006-06-09 2010-06-16 パナソニック株式会社 Memsマイクの製造方法
KR100901777B1 (ko) 2006-12-06 2009-06-11 한국전자통신연구원 유연 스프링형 진동판을 갖는 콘덴서 마이크로폰 및 그제조방법
DE102009026682A1 (de) 2009-06-03 2010-12-09 Robert Bosch Gmbh Bauelement mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung
JP5454345B2 (ja) * 2010-05-11 2014-03-26 オムロン株式会社 音響センサ及びその製造方法
JP5177309B1 (ja) * 2012-01-31 2013-04-03 オムロン株式会社 静電容量型センサ
JP6467837B2 (ja) * 2014-09-25 2019-02-13 オムロン株式会社 音響トランスデューサ及びマイクロフォン
KR101601219B1 (ko) * 2014-10-17 2016-03-08 현대자동차주식회사 마이크로폰 및 그 제조 방법
KR101610129B1 (ko) * 2014-11-26 2016-04-20 현대자동차 주식회사 마이크로폰 및 그 제조방법
KR101619253B1 (ko) * 2014-11-26 2016-05-10 현대자동차 주식회사 마이크로폰 및 그 제조방법
KR101698312B1 (ko) * 2016-06-24 2017-01-23 (주)이미지스테크놀로지 멤스 마이크로폰 및 그 제조방법

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1957238A (zh) * 2004-05-18 2007-05-02 星电株式会社 振动传感器
CN1787694A (zh) * 2004-12-10 2006-06-14 美律实业股份有限公司 硅晶微麦克风的制作方法
CN101180917A (zh) * 2005-05-17 2008-05-14 Nxp股份有限公司 用于mems电容式麦克风的改进膜片
CN104540776A (zh) * 2012-08-14 2015-04-22 埃普科斯股份有限公司 Mems部件和用于制造的方法
CN105191351A (zh) * 2013-03-12 2015-12-23 欧姆龙株式会社 静电容量式传感器、声音传感器以及麦克风
CN105191350A (zh) * 2013-03-13 2015-12-23 欧姆龙株式会社 静电容量式传感器、声音传感器以及麦克风
CN103281661A (zh) * 2013-05-09 2013-09-04 上海集成电路研发中心有限公司 一种mems麦克风结构及其制造方法
JP2014233059A (ja) * 2013-05-30 2014-12-11 新日本無線株式会社 Mems素子
JP2015188946A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 新日本無線株式会社 Mems素子
CN106211015A (zh) * 2014-10-17 2016-12-07 现代自动车株式会社 麦克风及其制造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112399325A (zh) * 2019-08-15 2021-02-23 新科实业有限公司 薄膜过滤件、薄膜过滤基板、mems麦克风、及其制造方法
CN112788508A (zh) * 2019-11-05 2021-05-11 鑫创科技股份有限公司 微机电系统麦克风的结构及其制作方法
CN112788508B (zh) * 2019-11-05 2022-09-13 鑫创科技股份有限公司 微机电系统麦克风的结构及其制作方法

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Publication number Publication date
KR102212575B1 (ko) 2021-02-04
KR20180090133A (ko) 2018-08-10
US10327077B2 (en) 2019-06-18
US20180220240A1 (en) 2018-08-02

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