CN108696811A - Mems声学换能器元件和制造mems声学换能器元件的方法 - Google Patents

Mems声学换能器元件和制造mems声学换能器元件的方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种MEMS声学换能器元件(100)以及一种用于制造这样的MEMS声学换能器元件(100)的方法，其中，所述方法还包括提供第一衬底(200)，其中所述第一衬底(200)具有第一衬底侧(201)、对置的第二衬底侧(202)和布置在所述第一衬底侧(201)上的膜层(203)。另外的方法步骤包括：从所述第二衬底侧(202)起，在对置于所述膜层(203)的第一面部段(221)中实施第一蚀刻，直到第一深度(d1)，另外的方法步骤包括：从所述第二衬底侧(202)起，在大于所述第一面部段(221)并且包括所述第一面部段(221)的第二面部段(222)中实施第二蚀刻，以便在所述第一面部段(221)中暴露所述膜层(203)并且为所述膜层(203)产生背部容积。

Description

MEMS声学换能器元件和制造MEMS声学换能器元件的方法
技术领域
本公开的实施方式涉及MEMS声学换能器元件以及涉及用于制造MEMS声学换能器元件的方法或用于MEMS麦克风的晶片层封装。
背景技术
MEMS声学换能器元件(MEMS：微机电系统)可以例如以MEMS麦克风的形式或以MEMS扬声器等的形式形成。此时，对这样的MEMS声学换能器元件尤其提出以下两个要求：
在较大信噪比(SNR)方面的高声学性能，
小封装尺寸。
声学性能与所谓的背部容积直接相关。这里的一般规则是：背部容积越大，声学性能越好。因此，在高声学性能方面的第一要求在很大程度上与大背部容积关联，并且因此当然也不可避免地与很大的封装尺寸关联。
如今，例如所谓的OCP(开腔式封装)被用于MEMS麦克风，如图12所示。在此，MEMS麦克风的背部容积1250借助于固定在衬底1200处的盖1201实现。有时借助于预成型衬底或借助于特殊的层压技术提供背部容积1250。为此，使用不同类型的盖1201和材料，例如金属盖或铸造盖。
然而，背部容积1250与封装尺寸之间的尺寸比受到不利影响，这是由于所提供的腔1208内布置有单个裸片1202、1203这一事实。出于这个原因，由于专用集成电路(简称ASIC)的单个芯片1202、1203以及球形封装而减小了背部容积1250。因此背部容积与封装尺寸之间的尺寸比被这些已知的设计概念所限制。
由于总体上在MEMS声学换能器元件中的上述两个要求，也就是声学性能和封装尺寸彼此排斥，并且普通的封装方案不适合于解决这些矛盾，所以期望新的封装方案。在此应该提高背部容积与封装尺寸之间的尺寸比。
发明内容
因此在本公开中提出了MEMS声学换能器元件以及制造MEMS声学换能器元件的方法，其克服了上述问题。
附图说明
在附图中示出并且在下面解释实施例。图示：
图1示出了用于示意用于制造MEMS声学换能器元件的方法的实施例的框图，
图2A是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的步骤的具体图示，
图2B是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图2C是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图2D是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图2E是对第一衬底的第二衬底侧的俯视图，
图2F是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图2G是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图2H是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图3是MEMS声学换能器元件的实施例，
图4是MEMS声学换能器元件的另一实施例，
图5是MEMS声学换能器元件的另一实施例，
图6是MEMS声学换能器元件的另一实施例，
图7是MEMS声学换能器元件的另一实施例，
图8是MEMS声学换能器元件的另一实施例，
图9是MEMS声学换能器元件的另一实施例，
图10是MEMS声学换能器元件的另一实施例，
图11A是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的步骤的具体图示，
图11B是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示；
图11C是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图11D是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图11E是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图11F是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图11G是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图11H是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图11I是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，
图11J是用于制造MEMS声学换能器元件的示例性方法的另一步骤的具体图示，并且
图12是开腔式封装中的传统MEMS麦克风。
具体实施方式
在下面，参考附图更详细地描述优选实施例，其中，具有相同或相似功能的元件设有相同的附图标记。也可以在不同于所描述的顺序中实施随后的方法步骤。此外，一些步骤是可选的。
图1示出了根据本公开的用于制造MEMS声学换能器元件的方法的框图。
在框101中，提供第一衬底，第一衬底具有第一衬底侧、对置的第二衬底侧和布置在第一衬底侧上的膜层。
在框102中，从所述第二衬底侧起，在对置于膜层的第一面部段中实施第一蚀刻，直到第一深度。
在框103中，从第二衬底侧起，在大于第一面部段并且包括第一面部段的第二面部段中实施第二蚀刻，以便在第一面部段中暴露膜层并且为膜产生背部容积。
图2A至2G具体说明该方法。因此，图2A示出了具有第一衬底侧201和对置的第二衬底202的第一衬底200。在第一衬底侧201上布置有膜层203。
例如，膜层203可以一种材料的层，当其以自由振动方式悬挂时，可以在能够振动的状态下被移位。在这里，该层可以是例如氮化物层。
在第一衬底侧201上可以可选地布置有电路装置204。如这里例如所示，电路装置204可以集成在第一衬底200中。电路装置204可以是专用集成电路，所谓的ASIC(专用集成电路)。电路装置204能够被构造成控制所完成的MEMS声学换能器元件。
另外在图2A中可以看出，可选地也可以设置用于电接触MEMS声学换能器元件的接触面205。该接触面205可以如图所示那样布置在第一衬底200的第一衬底侧201上。
图2B示出了包括第一蚀刻掩模211的第一衬底200。在该步骤中，还在下面描述的第一蚀刻(图2C)之前，将该第一蚀刻掩模211安装在第二衬底202上。在这里，空出与膜层203对置的第一面部段221。即，第二衬底侧202的该第一面部段211未被第一蚀刻掩模206覆盖。该第一面部段221具有几乎对应于膜层的横向扩展XM的横向扩展X1。如下面将更详细解释的那样，第一面部段221的横向扩展X1略小于膜层的横向扩展XM。
在施加第一蚀刻掩模221之后，使用该第一蚀刻掩模221实施第一蚀刻步骤或第一蚀刻。为此，能够例如使用传统的湿化学蚀刻方法或干化学蚀刻方法。
如从图2C中可以看出的那样，第一面部段221中的第一蚀刻被实施直到第一深度d1，从而得到第一腔206。例如，蚀刻可以是受时间控制的，其中进行蚀刻直到达到第一深度d1。备选地或附加地，(在这里未示出的)蚀刻停止层可以布置在衬底200中，该蚀刻停止层确定第一深度d1。
如在图2D中可以看出的那样，现在可以去除第一蚀刻掩模211并且将第二蚀刻掩模212施加到第二衬底侧202上。备选地，当然也能够仅在一定程度上移除第一蚀刻掩模211，使得第一蚀刻掩模211的所示的部段212保留在第二衬底侧202上。之后，这些部段212相应地形成前述第二蚀刻掩模212。
第二蚀刻掩模212空出在第二衬底侧202上的第二面部段222。也就是说，该第二面部段222未被第二蚀刻掩模212覆盖。第二面部段222的面积大于第一面部段221的面积，并具有比第一面部段221的横向扩展X1更大的横向扩展X2。
为了阐明和说明上述面部段221、222，参考图2E。图2E示出了对第二衬底侧202的俯视图。第二蚀刻掩模212在这里环绕布置在第二衬底侧202的横向边缘部段处。第二蚀刻掩模212可以一直完全达到第二衬底侧202的最外部的边缘。如图所示，第二蚀刻掩模212当然也能够由于制造技术方面原因而不完全地达到第二衬底202的边缘。
然而可见的是，第二蚀刻掩模212围绕或包围第一面部段221。换句话说，第二面部段222包括第一面部段221。
在施加第二蚀刻掩模212之后，在这种情况中使用该第二蚀刻掩模212实施第二蚀刻步骤或第二蚀刻。结果如图2F所示。
在第二面部段222中，因此在第二面部段221中，从第二衬底侧202起，向着第一衬底侧201的方向蚀刻直到第二深度d2。经此得到了被示出的第二腔207。在第一蚀刻步骤中获得的第一腔206和在第二蚀刻步骤中获得的第二腔207一起形成大腔208。
可以清楚地看出，在该第二蚀刻步骤中，膜层203在先前蚀刻的第一面部段221内被暴露。也就是说，在第一蚀刻步骤中获得的第一腔206在第二蚀刻步骤中进一步向第一衬底表面201的方向迁移。在此，实施第二蚀刻步骤，使得至少直到第一腔体106达到第一衬底侧201。
经此，在第一衬底201中定义使得膜层203暴露的开口209。膜层103因此可以在该开口209上方自由振动。
图2F所示的结构示出了根据本公开的方面的被完成的MEMS声学换能器元件100。
MEMS声学换能器元件100相应地具有第一衬底200，第一衬底具有第一衬底侧201、对置的第二衬底侧202和布置在第一衬底侧201上的膜层203。
第一衬底200具有腔208，腔208在膜层203的区域中定义第一衬底侧201中的第一开口209。正如之前参照图2E所解释的那样，第一腔208以及由此所形成的第一开口209在第一面部段221上延伸。如再次可以在图2F中看到的那样，膜层203因此以自由振动的方式布置在该第一开口209之上。
腔208定义第二开口210，也就是在第二衬底侧202中定义第二开口210。该第二开口210在上述第二面部段222上延伸，该第二面部段222大于第一面部段221并且包括第一面部段221。
借助于所描述的两阶段蚀刻工艺而获得的腔208形成MEMS声学换能器元件100的背部容积。然而在更详细地解释背部容积之前，参照图2G还预先解释两个蚀刻掩模211、212的备选的能够考虑的布置方式。
在这里，在实施第一蚀刻步骤和第二蚀刻步骤之前，两个蚀刻掩模211、212布置在第二衬底侧202处。如图所示，在此第一蚀刻掩模211可以至少部分地覆盖第二蚀刻掩模212。蚀刻掩模211、212本身此外还对应于上述的蚀刻掩模211、212。
也就是说，第一蚀刻掩模211在第一面部段221的与膜层203对置的区域中不覆盖第二衬底侧202。换句话说，第一蚀刻掩模211具有留空部，该留空部至少部分地位于与膜层203对置的第一面部段221中。第二蚀刻掩模212包括或围绕第二面部段212，该第二面部段212大于第一面部段211并且包括第一面部段211。
在两个蚀刻掩模211、212的在图2G中所示的备选的共同布置中，使用第一蚀刻掩模211来实施第一蚀刻步骤，其中第二蚀刻掩模212受保护地布置在第一蚀刻掩模211下方。在第一蚀刻之后，然后获得图2C所示的结构。
在第一蚀刻之后，可以去除第一蚀刻掩模211，其中，第二蚀刻掩模212保留在第二衬底侧202上(图2D)。接下来然后可以使用第二蚀刻掩模212实施第二蚀刻。结果，然后再次获得图2F所示的MEMS声学换能器元件100。
图2H示出MEMS声学换能器元件100的另一个能够考虑的实施例。在这里附加地在第二衬底侧202上安装盖240。可以说，盖240封闭腔208。也就是说，盖240与第一衬底200一起形成闭合腔208，闭合腔208为MEMS声学换能器元件100或为膜层203提供闭合的背部容积250。
如图2H所示，声波260冲击膜层203。更准确地说，这些声波260冲击膜层203的背离于第一衬底侧201的侧面203a。由此，膜层203向着背部容积250的方向偏移。由于膜层203自由振动地布置，所以膜层随后开始以激励频率振动。
因此可以说，背部容积被定义为膜层203后侧的容积，其中，后侧是这样的侧面：在声波260冲击时膜层203初始偏转到该侧面中。
背部容积250越大，则对抗膜层203的振动的反压越低。膜层203因此可以以更大的幅度振动，由此可以增大信噪比。此外相较于更小的背部容积而言，更大的背部容积250的发热更慢。因此，在较大的背部容积250中，背部容积250中所包封的介质的出现热膨胀的更小。
如开文已经提到的那样，MEMS声学换能器元件100可以具有电路装置204。在这里所示的示例是集成到第一衬底侧201中的ASIC204。
MEMS声学换能器元件100由此不仅是功能性MEMS声学换能器，而且MEMS声学换能器元件100同时也形成用于功能性MEMS声学换能器的整个封装。除了膜层203之外，封装还可以包括用于控制MEMS声学换能器的电路装置204。
在这里，在第二蚀刻中所获得的腔207产生封装的侧壁251以及顶侧252。因此，整个封装的总体积可以用作用于MEMS声学换能器或膜层203的背部容积250。因此，在可以同时减小封装尺寸时，获得尽可能大的背部容积250。
图3示出了借助于这里所公开的方法待获得的MEMS声学换能器元件100的另一个实施例。该实施例与至今所描述的示例的不同之处在于，该实施例另外具有用于保护膜层203的可选的遮盖部301。
遮盖部301布置在第一衬底侧201上并且与膜层203间隔。遮盖部301至少部分地覆盖膜层203并且从而对于膜层203形成了向外的保护。然而，为了实现将先前所提到的声波260推进至膜层203，遮盖部301具有与膜层203对置的开口302。
图4示出了MEMS声学换能器元件100的另一个实施例。MEMS声学换能器元件100同样在这里还具有可选的遮盖部301。当然在没有这个遮盖部301的情况下也可以设想这个实施例。
与上述MEMS声学换能器元件相比，电路装置204在此不是被构造为集成在第一衬底侧201中的电路装置，而是构造为被构造在单独元件263中的电路装置204。该电路装置204又可以是集成在该单独元件263中的ASIC。
电路装置204可以在此借助于焊球(所谓的焊球264)至少机械耦合到或电耦合到MEMS声学换能器元件100或衬底200。
图5示出了MEMS声学换能器元件100的另一个实施例。该实施例可以具有可选的遮盖部301(在这里未示出)。
如前文已经提到的那样，MEMS声学换能器元件100可以具有用于电接触MEMS声学换能器元件100的接触部段205。这些接触部段205可以布置在第一衬底侧201上。接触部段205可以例如被构造为所谓的焊盘。
如图5所示，所谓的焊球501、502又可以布置在接触部段205处。借助于这些焊球501、502、MEMS声学换能器元件100可以例如连接到在这里未示出的印刷电路板等处。
在此，焊球501、502应该比膜层203更远地与第一衬底侧201间隔，以实现膜层203自由振动。此外，焊球501、502也可以比电路装置204更远地与第一衬底侧201间隔。
图6示出了MEMS声学换能器元件100的另一可以考虑的实施例。在这里，设置接触部段205，以用于电接触MEMS声学换能器元件100，其中，该接触部段205布置在电路装置204的背离于第一衬底侧201的侧面263上。
该电路装置204可以在这里设置在单独元件263中，其中，接触部段205在该情况下布置在单独元件263或电路装置204的背离于第一衬底侧201的侧面263上。
此外，电路装置204在这里再次也借助于焊球264可以至少机械耦合到或电耦合到第一衬底200。
也能够考虑的是，单独元件263或电路装置204具有将焊球264与接触部段205电连接的电镀通孔602。例如，电镀通孔602可以被设计为所谓的TSV(硅通孔)。
同样在该实施例中，MEMS声学换能器元件100可以具有用于膜层203的可选的遮盖部301。在这里，遮盖部301可以与布置在电路装置204上的接触部段205大致等距离。
图7示出了MEMS声学换能器元件100的另一可以考虑的实施例，MEMS声学换能器元件基本上对应于先前参照图6描述的MEMS声学换能器元件100。一个区别在于，利用浇铸料701浇铸至少第一衬底侧201。
此外在该实施例中，利用浇铸料701浇铸电路装置204。可以至少部分地利用浇铸料701浇铸接触部段205，然而其中，使得接触部段205的大部分暴露。
而且，遮盖部301大部分暴露。然而备选地，也可以利用浇铸料701浇铸遮盖部301。
图8示出了MEMS声学换能器元件100的另一个能够考虑的实施例。在该实施方式中，电路装置204布置在背部容积250内。如图所示，电路装置204在此可以例如借助于焊球801、802和电镀通孔803、804导电地耦合到接触部段205。
电路装置204在这里被布置成与第一衬底侧201的朝向背部容积250的侧面201a相邻。然而也能够考虑的是，电路装置204集成在第一衬底侧201的朝向背部容积250的侧面201a中。
图9示出了MEMS声学换能器元件100的另一可以考虑的实施例。同样在该实施方式中，电路装置204布置在背部容积250内。
如图所示，电路装置204可以被布置在第一衬底侧201的朝向背部容积250的侧面201a处。为此，可以例如使用诸如焊料、粘接剂等的固定介质901。
在第一衬底侧201中能够设置有电镀通孔902，该电镀通孔在第一衬底侧201的背离于背部容积的上侧201b上形成接触部段或与接触部段205电耦合。
电镀通孔902与布置在背部容积250中的电路装置204之间的连接可以例如借助于键合线903等来实现。
图10示出了MEMS声学换能器元件100的另一可以考虑的实施例。在这里，例如先前所述的盖240可以以衬底1001为形式构造，例如作为层压衬底、印刷电路板PCB等。
在衬底1001的背离于背部容积250的侧面上可以设置有例如以焊盘为形式的接触部段1005。在衬底1001的朝向背部容积250的侧面上可以设置电路装置204，其中，该电路装置204然后又布置在背部容积250内。
例如，电路装置204可以借助于键合线903或类似物导电地耦合到衬底1001。此外，可以设置导体1020，导体将层压衬底1001与第一衬底200的第一衬底侧201导电连接，或与布置在第一衬底200的第一基体侧201上的一个或多个接触部段205导电连接。
为此，如图所示，能够例如使用所谓的堆叠线1020。堆叠线1020能够例如借助于焊料、粘接剂等，例如借助于所谓的C胶与层压衬底1001至少机械连接或电连接。然而也能够例如借助于所谓的线以凸块(bump)法实现电连接。
在下文，参照图11A至图11J描述可以生产MEMS声学换能器元件100的用于具有多个步骤的方法的实施例。也可以以不同于下述的顺序实施在这里所示的步骤。
在图11A中，示出了具有第一衬底侧201和对置的第二衬底202的第一衬底200。在第一衬底侧201上布置有膜层203。
膜层203可以设有用于对于后续处理步骤保护膜层的保护层1103。如图所示，该保护层1103可以布置在膜层203的背离于第一衬底200的第一衬底侧201的侧面上。
在第一衬底200的第一衬底侧201上布置有第二衬底1100布。第二衬底1100具有至少一个腔1102a。腔1102a被构造在第二衬底1100的朝向第一衬底200的第一衬底侧201的衬底侧1101中。
第二衬底1100布置在第一衬底200的第一衬底侧201上，使得膜层203位于腔1102a内。
第二衬底1100还可以具有第二腔1102b。第二腔1102b同样被构造在第二衬底1100的朝向第一衬底200的第一衬底侧201的衬底侧1101中。
第二衬底1100稍后形成先前所述的遮盖部301，并且因此也可以称为遮盖衬底。第一衬底200和第二衬底1100能够例如借助于晶片键合而彼此键合。
在图11B中，第二腔1102b打开。也就是说，第二衬底1100的布置在第二腔1102b上方的部段被去除，使得第一衬底200的第一衬底侧201被暴露并且能够穿过该打开的第二腔1102b接近该暴露的第一衬底200的第一衬底侧201。
如图11C所示，在第二衬底1100的这个打开的第二腔1102b中可以布置有电路装置204。电路装置204可以在这里例如以如先前参考图6描述那样的方式布置在第一衬底200的第一衬底侧201上。
在图11D中可以看出，第二腔1102b借助于填料1120，例如借助于由聚合物等制成的浇铸料填充或浇铸。在这里，借助于填料例如以如先前参考图7描述那样的方式来浇铸电路装置204。
如图11E所示，第二衬底1100的背离于第一衬底200的衬底侧1104可以被磨光或在去除材料的情况下被抛光。在这里，可以去除填料1120以及第二衬底1100的材料，直到电路装置204暴露。
如先前参照图6描述的那样，电路装置204例如具有电镀通孔602。通过第二衬底1100的前述的材料去除，这些电镀通孔602也可以同样暴露。
在图11F中示出了方法步骤，在该方法步骤中，提供了用于电接触MEMS声学换能器元件100或电路装置204的至少一个接触部段1132。在这里示出了两个接触部段1132，该接触部段1132与两个所示的电镀通孔602中的每一个电镀通孔连接。
接触部段1132在这里布置在电路装置204的背离于第一衬底200的第一衬底侧201的侧面601处。
此外，在这里示出了接触部段1131，该接触部段可以布置在第二衬底1100的背离于第一衬底200的第一衬底侧201的衬底侧1104上。这些接触部段1131在这里示例性地环形地布置在位于下方的膜层203的区域中。在这里指的是所谓的焊环。焊环1131可以布置在待稍后构造在遮盖部301中的开口302的区域中，该开口形成音孔或声音端口。
此外可以设置RDL层1130(重新分配层)。该RDL层1130能够同样布置在电路装置204的背离于第一衬底200的第一衬底侧201的至少一个侧面601上，或者布置在第二衬底1100的背离于第一衬底200的第一衬底侧201的衬底侧1104上。
在图11G中示出了另一方法步骤。在这里，借助于参照图2A至2H详细描述的两阶段蚀刻工艺，在第一衬底200中形成腔208。腔208形成用于膜层203的背部容积250。
在这种情况下产生并且在图11G中描绘的结构形成MEMS声学换能器元件100。
图11H示出了另一方法步骤。这里，在第二衬底1100的与第一衬底200的第一衬底侧201对置布置的衬底侧1104上加入了开口302。该开口302延伸穿过第二衬底1100并且使得膜层302暴露。
在这种情况下产生并且在图11H中示出的第二衬底1100的结构形成先前参照图3描述的遮盖部301，其中，该遮盖部301具有实现声波通过的孔302。
在图11I中示出了另一方法步骤。这里，从膜层203移除前述保护层1103。膜层203现在可以在腔208上方自由振动。
图11J示出了另一方法步骤。这里，先前参考图3描述的盖240布置在第一衬底200的第二衬底侧202处，由此可以产生闭合的背部容积250。
盖240也可以是衬底，即第三衬底。第一衬底200，第二衬底1100和第三衬底240可以是晶片衬底。也就是说，能够在晶片层上实施这里公开的方法。单个MEMS声学换能器元件100可以在另一个在这里未明确示出的方法步骤中分离。
在下文中，换句话说，本公开的主题将被再次概括。
此时，对MEMS麦克风尤其提出以下两个要求：
在较大信噪比(SNR)方面的高声学性能，
小封装尺寸。
声学性能与所谓的背部容积250直接相关。这里的一般规则是：背部容积250越大，声学性能越好。因此，在高声学性能方面的第一要求在很大程度上与大背部容积250关联，并且因此当然也不可避免地与很大的封装尺寸关联。
由于这两个要求是相互排斥的，并且普通的封装方案(图12)不适合于解决这些矛盾，所以期望新的封装方案。在此应该提高背部容积与封装尺寸之间的尺寸比。
通常，所谓的OCP(开腔式封装)被用于MEMS麦克风(参见图12)。在此，背部容积1250借助于固定在衬底1200处的盖1201实现。有时借助于预成型衬底或借助于特殊的层压技术提供背部容积1250。为此，使用不同类型的盖1201和材料，例如金属盖或铸造盖。
此外，可以使用不同的衬底，例如印刷电路板，所谓的PCB、引线框架或预先成形的多层衬底。通常借助于粘合或钎焊来实施盖1201的安装。
然而，背部容积1250与封装尺寸之间的尺寸比受到不利影响，这是由于所提供的腔1208内布置有单个裸片1202、1203这一事实。出于这个原因，由于专用集成电路(简称ASIC)1202的单个芯片1202、1203以及球形封装而减小了背部容积1250。因此背部容积1250与封装尺寸之间的尺寸比被这些已知的设计概念所限制。
本公开的方案尤其基于后侧腔208的两阶段蚀刻工艺。通常，MEMS麦克风的后侧腔208应当具有与膜203大致相同的形状和尺寸。然而，在两阶段蚀刻工艺中，根据本公开的方案，腔208可以比膜203更大，并且形状在这方面是独立的。
因此，该技术允许人为地增加背部容积250的大小。这可以用于制造晶片层的很大的背部容积205(请参见图3)。除此之外，也可以利用覆盖晶片240闭合背部容积250，可以借助于晶片到晶片键合工艺来安装该覆盖晶片。
在一个简单的实施方式中，用于第二级封装的焊盘205可以布置在单元100的前侧201上。因此，MEMS麦克风100被构造为所谓的顶部端口麦克风。
在图11A至11J中，示出了一些示例性实施方式。基本思想是，通过实施两阶段的光刻以及两阶段的蚀刻工艺来与MEMS结构组100的后侧腔208一起形成背部容积250。能够实施方法步骤的一系列附加可选方案，并且可以可选地可移除一些部件，例如遮盖部301，而在此不会不利地影响本公开的基本思想。
还能够以下述能够考虑的实施例的形式能够实施MEMS声学换能器元件100或用于制造MEMS声学换能器元件100的方法。
1.一种用于制造MEMS声学换能器元件(100)的方法，具有下述步骤：
提供第一衬底(200)，第一衬底具有第一衬底侧(201)、对置的第二衬底侧(202)和布置在第一衬底侧(201)上的膜层(203)，
从第二衬底侧(202)起，在对置于膜层(203)的第一面部段(221)中实施第一蚀刻，直到第一深度(d1)，
从第二衬底侧(202)起，在大于第一面部段(221)并且包括第一面部段(221)的第二面部段(222)中实施第二蚀刻，以便在第一面部段(221)中使得膜层(203)暴露并且为膜层(203)产生背部容积。
2.根据实施例1的方法，还包括将盖(240)安设到第二衬底侧(202)上，其中，盖(240)与第一衬底(200)共同形成闭合腔(208)，闭合腔为膜层(203)提供背部容积。
3.根据实施例1的方法，其中，在第一蚀刻之前，在空出与膜层(203)对置的第一面部段(221)的情况下，将第一蚀刻掩模(211)布置在第二衬底侧(202)上，并且其中，实施使用第一蚀刻掩模(211)的第一蚀刻。
4.根据实施例1的方法，其中，在第二蚀刻之前，将第二蚀刻掩模(212)布置在第二衬底侧(202)上，实施使用第二蚀刻掩模(212)的第二蚀刻。
5.根据实施例1的方法，其中，在第一蚀刻之前并且在第二蚀刻之前，将第一蚀刻掩模(211)和第二蚀刻掩模(212)布置在第二衬底侧(202)上，其中，第一蚀刻掩模(211)在与膜层(203)对置的第一面部段(221)中具有留空部，并且第二蚀刻掩模(212)围绕第二面部段(222)，其中，使用第一蚀刻掩模(211)进行第一蚀刻，并且实施使用第二蚀刻掩模(212)的第二蚀刻。
6.根据实施例5的方法，其中，第一蚀刻掩模(211)至少部分地覆盖第二蚀刻掩模(212)。
7.根据实施例1的方法，还包括将遮盖部(301)布置在第一衬底侧(201)上，其中，遮盖部(301)与膜层(203)间隔并且至少部分地覆盖膜层(203)，并且其中，遮盖部(301)具有对置于膜层(203)的开口(302)。
8.根据实施例1的方法，还包括布置接触部段(205)，以用于电接触MEMS声学换能器元件(100)，其中，接触部段(205)布置在第一衬底侧(201)上。
9.根据实施例1的方法，还包括在第一衬底侧(201)上提供电路装置(204)，其中，电路装置(204)是被集成在第一衬底侧(201)中的电路装置，或者其中，电路装置(204)是构造在单独元件(263)中的电路装置，电路装置与第一衬底(200)至少机械耦合或电耦合。
10.根据实施例9的方法，还包括布置接触部段(205)，以用于电接触MEMS声学换能器元件的(100)，其中，接触部段(205)布置在电路装置(204)的背离于第一衬底侧(201)的侧面(601)上。
11.根据实施例1的方法，还包括提供电路装置(204)并且将电路装置(204)布置在背部容积(250)内。
12.根据实施例1的方法，还包括利用浇铸料浇铸至少第一衬底侧(201)。
13.根据实施例1的方法，还包括将保护层布置在膜层的背离于第一衬底侧的侧面上。
14.根据实施例1的方法，还包括提供具有至少一个腔的第二衬底，并且将第二衬底布置在第一衬底的第一衬底侧上，其中，膜层位于腔内。
15.根据实施例14的方法，还包括将电路装置布置在第二衬底的第二腔中。
16.根据实施例14的方法，还包括布置接触部段(205)，以用于电接触MEMS声学换能器元件(100)，其中，接触部段(205)布置在第二衬底的背离于第一衬底(200)的第一衬底侧(201)的至少一个侧面上，或者在电路装置(204)的背离于第一衬底(200)的第一衬底侧(201)的至少一个侧面上。
17.根据实施例15的方法，其中，在第二衬底的对置于第一衬底(200)的第一衬底侧(201)布置的衬底侧之一上加入开口，开口延伸直到第二衬底的腔中。
18.根据实施例1的方法，其中，第一衬底(200)是晶片衬底，并且在晶片上实施方法。
19.一种MEMS声学换能器元件(100)，具有
第一衬底(200)，第一衬底具有第一衬底侧(201)、对置的第二衬底侧(202)和布置在第一衬底侧(201)上的膜层(203)，
其中，第一衬底(200)具有腔(208)，腔在膜层(203)的区域中定义所述第一衬底侧(201)中的第一开口(209)，其中，第一开口(209)在第一面部段(221)上延伸，并且其中，膜层(203)自由振动地布置在第一开口(209)之上，
其中，腔(209)定义第二衬底侧(202)中的第二开口(210)，其中，第二开口(210)在第二面部段(222)上延伸并且形成MEMS声学换能器元件(100)的背部容积，其中，第二面部段(222)大于第一面部段(221)并且包括第一面部段(221)。
20.根据实施例19的MEMS声学换能器元件(100)，其中，盖(240)布置在第二衬底侧(202)上，并且盖(240)将形成背部容积(250)的腔(208)封闭。
21.根据实施例19的MEMS声学换能器元件(100)，其中，遮盖部(301)布置在第一衬底侧(201)上，遮盖部(301)与膜层(203)间隔并且至少部分地覆盖膜层(203)，并且其中，遮盖部(301)具有对置于膜层(203)的开口(302)。
22.根据实施例19的MEMS声学换能器元件(100)，其中，接触部段(205)布置在第一衬底侧(201)上，以用于电接触MEMS声学换能器元件(100)。
23.根据实施例19的MEMS声学换能器元件(100)，其中，MEMS声学换能器元件(100)元件具有布置在第一衬底侧(201)上的电路装置(204)，其中，电路装置(204)是集成在第一衬底侧(201)中的电路装置，或者其中，电路装置(204)是构造在单独元件(263)中的电路装置，电路装置与第一衬底(200)至少机械耦合或电耦合。
24.根据实施例23的MEMS声学换能器元件(100)，其中，接触部段(205)布置在电路装置(204)的背离于第一衬底侧(201)的侧面(601)上，以用于电接触MEMS声学换能器元件(100)。
25.根据实施例19的MEMS声学换能器元件(100)，其中，MEMS声学换能器元件(100)具有布置在背部容积(250)内的电路装置(204)。
虽然已经结合装置描述了一些方面，但是显然的是，这些方面也表示对相应方法的描述，从而装置的块或结构元件也被理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，结合或作为方法步骤被描述的方面也表示相应装置的相应块或具体情况或特征的描述。方法步骤中的一些或全部方法步骤可以由硬件装置(或使用硬件装置)实施，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或多个方法步骤可以由这样的装置执行。
分别按照特定的实施要求，实施例可以用硬件或软件来实现，或者至少部分用硬件来实现，或者至少部分用软件来实现。该实现可以使用数字存储介质，如软盘、DVD、蓝光盘、CD、ROM、PROM、EPROM以及EEPROM或FLASH存储器、硬盘或其它磁存储器或光存储器来执行，电子可读控制信号存储在该数字存储介质上，电子可读控制信号与可编程计算机系统能够配合作用或配合作用，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
因此，一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，数据载体能够与可编程计算机系统配合作用，使得执行本文描述的方法之一。
通常，实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可以有效执行所述方法之一。
程序代码也能够例如存储在能够机读的载体上。
其他实施例包括用于执行本文描述的方法之一的计算机程序，其中该计算机程序存储在能够机读的载体上。换句话说，该方法的实施例因此是计算机程序，该计算机程序具有当该计算机程序在计算机上运行时用于执行本文所描述的方法之一的程序代码。
因此，该方法的另一个实施例是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，在该数据载体上记录有用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。数据载体或数字存储介质或计算机可读介质通常是有形(greifbar)的和/或非易失性的。
该方法的另一个实施例因此是数据流或信号序列，该数据流或信号序列表示用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。该数据流或信号序列例如可以被配置为通过数据通信连接(例如通过互联网)得以传送。
另一个实施例包括处理设备，诸如计算机或可编程逻辑结构元件，处理设备被配置成或匹配于执行本文描述的方法之一。
另一个实施例包括计算机，在该计算机上安装有计算机程序以执行这里描述的方法之一。
另一个实施例包括装置或系统，该装置或系统被设计成把用于执行这里描述的方法中的至少一个方法的计算机程序传输给接收器。该传输可以例如以电子方式或光学方式进行。接收器可以例如是计算机、移动设备、存储设备或类似装置。装置或系统可以例如包括用于将计算机程序传输给接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可以使用可编程逻辑结构元件(例如，现场可编程门阵列，FPGA)来执行本文描述的方法的一些功能或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器配合作用以执行本文描述的方法之一。通常，在一些实施例中，该方法由任何硬件装置执行。这可以是诸如计算机处理器(CPU)的通用硬件或特定于该方法的硬件，诸如ASIC。
上述的实施例仅是本公开的原理的展示。显然，本文描述的装置和具体情况的变型方案和变体方案对于其他技术人员是显而易见的。因此，本公开旨在仅由所附权利要求的保护范围来限制，而不是由借助于本文的实施例的描述和解释而呈现的具体细节来限制。

Claims (25)

1.一种用于制造MEMS声学换能器元件(100)的方法，包括以下步骤：
提供第一衬底(200)，所述第一衬底具有第一衬底侧(201)、对置的第二衬底侧(202)和布置在所述第一衬底侧(201)上的膜层(203)，
从所述第二衬底侧(202)起，在对置于所述膜层(203)的第一面部段(221)中实施第一蚀刻，直到第一深度(d1)，
从所述第二衬底侧(202)起，在大于所述第一面部段(221)并且包括所述第一面部段(221)的第二面部段(222)中实施实施第二蚀刻，以便在所述第一面部段(221)中使得所述膜层(203)裸露暴露并且为所述膜层(203)产生背部容积。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将盖(240)安装到所述第二衬底侧(202)上，其中，所述盖(240)与所述第一衬底(200)一起形成闭合腔(208)，所述闭合腔为所述膜层(203)提供所述背部容积。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一蚀刻之前，在空出与所述膜层(203)对置的第一面部段(221)的情况下，将第一蚀刻掩模(211)布置在所述第二衬底侧(202)上，并且其中，实施使用所述第一蚀刻掩模(211)的所述第一蚀刻。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第二蚀刻之前，将第二蚀刻掩模(212)布置在所述第二衬底侧(202)上，其中，所述第二蚀刻掩模(212)围绕所述第二面部段(222)，并且其中，实施使用所述第二蚀刻掩模(212)的所述第二蚀刻。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一蚀刻之前并且在所述第二蚀刻之前，将第一蚀刻掩模(211)和第二蚀刻掩模(212)布置在所述第二衬底侧(202)上，其中，所述第一蚀刻掩模(211)在与所述膜层(203)对置的第一面部段(221)中具有留空部，并且所述第二蚀刻掩模(212)围绕所述第二面部段(222)，其中，使用所述第一蚀刻掩模(211)进行所述第一蚀刻，并且实施使用所述第二蚀刻掩模(212)的所述第二蚀刻。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一蚀刻掩模(211)至少部分地覆盖所述第二蚀刻掩模(212)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将遮盖部(301)布置在所述第一衬底侧(201)上，其中，所述遮盖部(301)与所述膜层(203)间隔并且至少部分地覆盖所述膜层(203)，并且其中，所述遮盖部(301)具有对置于所述膜层(203)的开口(302)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括布置接触部段(205)，以用于电接触所述MEMS声学换能器元件(100)，其中，所述接触部段(205)布置在所述第一衬底侧(201)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述第一衬底侧(201)上提供电路装置(204)，其中，所述电路装置(204)是被集成在所述第一衬底侧(201)中的电路装置，或者其中，所述电路装置(204)是构造在单独元件(263)中的电路装置，所述电路装置与所述第一衬底(200)至少机械耦合或电耦合。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括布置接触部段(205)，以用于电接触所述MEMS声学换能器元件(100)，其中，所述接触部段(205)布置在所述电路装置(204)的背离于所述第一衬底侧(201)的侧面(601)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括提供电路装置(204)并且将所述电路装置(204)布置在所述背部容积(250)的内部。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括利用浇铸料至少浇铸所述第一衬底侧(201)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将保护层布置在所述膜层的背离于所述第一衬底侧的侧面上。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括提供具有至少一个腔的第二衬底，并且将所述第二衬底布置在所述第一衬底的所述第一衬底侧上，其中，所述膜层位于所述腔内。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将电路装置布置在所述第二衬底的第二腔中。
16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括布置接触部段(205)，以用于电接触所述MEMS声学换能器元件(100)，其中，所述接触部段(205)布置在所述第二衬底的背离于所述第一衬底(200)的第一衬底侧(201)的至少一个侧面上，或者布置在所述电路装置(204)的背离于所述第一衬底(200)的第一衬底侧(201)的至少一个侧面上。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的方法，其中，在所述第二衬底的对置于所述第一衬底(200)的第一衬底侧(201)进行布置的衬底侧之一上引入开口，所述开口延伸直到所述第二衬底的所述腔中。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一衬底(200)是晶片衬底，并且在晶片层上实施所述方法。
19.一种MEMS声学换能器元件(100)，具有
第一衬底(200)，所述第一衬底具有第一衬底侧(201)、对置的第二衬底侧(202)和布置在所述第一衬底侧(201)上的膜层(203)，
其中，所述第一衬底(200)具有腔(208)，所述腔在所述膜层(203)的区域中定义所述第一衬底侧(201)中的第一开口(209)，其中，所述第一开口(209)在第一面部段(221)上延伸，并且其中，所述膜层(203)自由振动地布置在所述第一开口(209)之上，
其中，所述腔(209)定义所述第二衬底侧(202)中的第二开口(210)，其中，所述第二开口(210)在第二面部段(222)上延伸并且形成所述MEMS声学换能器元件(100)的背部容积，其中，所述第二面部段(222)大于所述第一面部段(221)并且包括所述第一面部段(221)。
20.根据权利要求19所述的MEMS声学换能器元件(100)，其中，盖(240)布置在所述第二衬底侧(202)上，并且所述盖(240)将形成所述背部容积(250)的腔(208)封闭。
21.根据权利要求19或20所述的MEMS声学换能器元件(100)，其中，遮盖部(301)布置在所述第一衬底侧(201)上，所述遮盖部(301)与所述膜层(203)间隔并且至少部分地覆盖所述膜层(203)，并且其中，所述遮盖部(301)具有对置于所述膜层(203)的开口(302)。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的MEMS声学换能器元件(100)，其中，接触部段(205)布置在所述第一衬底侧(201)上，以用于电接触所述MEMS声学换能器元件(100)。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的MEMS声学换能器元件(100)，其中，所述MEMS声学换能器元件(100)元件具有布置在所述第一衬底侧(201)上的电路装置(204)，其中，所述电路装置(204)是集成在所述第一衬底侧(201)中的电路装置，或者其中，所述电路装置(204)是构造在单独元件(263)中的电路装置，所述电路装置与所述第一衬底(200)至少机械耦合或电耦合。
24.根据权利要求23所述的MEMS声学换能器元件(100)，其中，接触部段(205)布置在所述电路装置(204)的背离于所述第一衬底侧(201)的侧面(601)上，以用于电接触所述MEMS声学换能器元件(100)。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的MEMS声学换能器元件(100)，其中，所述MEMS声学换能器元件(100)具有布置在所述背部容积(250)内的电路装置(204)。
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