CN108769881A - 改善mems麦克风声学特性的通风孔结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及麦克风领域，具体是一种改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构及其制造方法。它包括设于芯片上具有背腔的衬底、声学结构以及通风孔，所述的声学结构设在衬底外部端面上，背腔以设在衬底内，所述的通风孔包括开设于背腔侧壁的内部开口、开设于芯片外部侧壁的外部开口以及连接内部开口与内部开口的通风道。本发明的提高了制造工艺的稳定性以及产品的精度、灵敏度。

Description

改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及麦克风领域，具体是一种改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构及其制造方法。
背景技术
随着手机、笔记本电脑等电子产品体积不断减小，人们对这些便携电子产品的性能要求也越来越高，从而也要求与之配套的电子零件的体积不断减小、性能和一致性不断提高。在这种背景下，作为便携电子产品的重要零件之一的麦克风产品领域也推出了很多的新型产品，其中以利用半导体制造加工技术而批量实现的硅麦克风为代表产品。
一般产品需要进行均压设计，使麦克风的内部空间可以和外部有一个狭小空间的连接，现行方案主要有两种：
一种是通过外封装解决，其通过在封装基板中、麦克风和基板间的垫片或粘合剂中形成通风孔来均衡麦克风内部和外部的静态大气压力变化，具体可参考专利CN202085303U《一种硅麦克风》和EP2503793A1《MEMS MICROPHONE PACKAGE AND PACKAGINGMETHOD》等。该种方案增加了封装成本和封装难度，而且由于加工精度问题会使通风孔尺寸较大，增加低频信号泄露，降低灵敏度等。
另一种是在MEMS麦克风芯片制造过程中，在膜片中形成多个通风孔以维持内部空气压力和外部空气压力之间的空气平衡。可以参考专利CN206948611U《一种压电麦克风》、CN107071672A《一种压电式麦克风》和CN105230047A《用于MEMS麦克风的数字声学低频响应控制》。在该方案中，如果在隔膜中形成过多数量的通风孔或者通风孔的直径过大，则由背板和隔膜的表面区域形成的电容降低或压电薄膜压电区域降低，因此，灵敏度会变差，低频域的特性会恶化。相反，如果在隔膜中形成的通风孔的数量不足或通风孔的直径不足，则隔膜的灵敏度提高，但空气平衡不足，从而会导致在后室中形成空气阻力，膜片的响应速度和灵敏度出现异常。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种改善mems麦克风声学特性的通风孔结构及其制造方法，用于解决现有技术外封装通风孔加工精度不足，MEMS麦克风薄膜上制作通风孔的缺陷等问题。
本发明提供的技术方案是：
改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构，它包括设于芯片上具有背腔的衬底、声学结构以及通风孔，所述的声学结构设在衬底外部端面上，背腔以设在衬底内，所述的通风孔包括开设于背腔侧壁的内部开口、开设于芯片外部侧壁的外部开口以及连接内部开口与内部开口的通风道。
一种用于制造如权利要求1-3所述的改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构的方法，包括如下步骤：
(1)提供硅片，在其正面或背面涂胶、光刻并显影通风孔图形；
(2)使用深反应离子刻蚀技术刻蚀通风孔图形，刻蚀深度5μm～500μm，去胶；
(3)在硅片正面或背面淀积氧化硅填充通风孔图形，并形成高度0.1μm～500μm的通风孔；
(4)继续麦克风常规工艺形成声学结构和背腔，背腔和通风孔一端连通；
(5)将硅片划片形成麦克风芯片，使芯片侧壁露出通风孔另一端。
所述的声学结构为电容结构或者压电结构。
所述的声学结构为电容结构时，所述的通风道开设于接近衬底的位置，该通风道包括有内而外环绕设置的第一风道、第二风道、第三风道，第一风道由内部开口出发环绕背腔，在接近内部开口处反向环绕形成第二风道，第二风道在接近开口处在反向环绕至外部开口形成第三风道。
所述的声学结构为压电结构时，所述的通风道设在背腔中间位置或背腔开口处端部位置；该通风道设在背腔中间位置时由内部开口出发由内而外环绕两周后至外部开口，或者该通风道设在背腔开口处端部位置时，直接由内部开口直通至外部开口。
本发明的提高了制造工艺的稳定性以及产品的精度、灵敏度。
附图说明
图1为高通截止频率(-3dB点)与不同后室的通气(泄漏)阻力关系图。
图2为实施例1电容式麦克风的通风孔位置及形状示意图；
图3为图2的通风孔位置的轴向截面图；
图4为实施例2压电式麦克风的通风孔位置及形状示意图；
图5为图4的通风孔位置的轴向截面图；
图6为实施例3压电式麦克风的通风孔位置及形状示意图；
图7为图6的通风孔位置的轴向截面图。
具体实施方式
本发明提出的一种改善mems麦克风声学特性的通风孔结构及其制造方法利用mems工艺技术加工，工艺的稳定性和制造精度都会控制的比较好。
如附图1，在麦克风前室和后室体积一定的情况下，根据麦克风应用场景不同，设计不同的通风孔的声阻(不同通风孔尺寸)可以用来调节麦克风的低频截止频率。同时，通风孔避免在声学结构上打孔，减少灵敏度的降低。
改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构，它包括设于芯片上具有背腔2的衬底、声学结构1以及通风孔3，所述的声学结构设在衬底外部端面上，背腔以设在衬底内，所述的通风孔包括开设于背腔侧壁的内部开口、开设于芯片外部侧壁的外部开口以及连接内部开口与内部开口的通风道。
所述声学结构，可以是把声学信号转换为电容信号的电容结构，也可以是把声学信号转换为压电信号的压电结构。
如图2、图3所示，声学结构为电容结构时，所述的通风道开设于接近衬底的位置，该通风道包括有内而外环绕设置的第一风道、第二风道、第三风道，第一风道由内部开口出发环绕背腔，在接近内部开口处反向环绕形成第二风道，第二风道在接近开口处在反向环绕至外部开口形成第三风道。
如图4、图5声学结构为压电结构时，所述的通风道设在背腔中间位置或背腔开口处端部位置；
如图4所示，该通风道设在背腔中间位置时由内部开口出发由内而外环绕两周后至外部开口，
如图6、7所示，该通风道设在背腔开口处端部位置时，直接由内部开口直通至外部开口。
一种用于制造如权利要求1-3所述的改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构的方法，包括如下步骤：
(1)提供硅片，在其正面或背面涂胶、光刻并显影通风孔图形；为通风孔结构的形成作图形化准备，露出刻蚀窗口；
(2)使用深反应离子刻蚀技术刻蚀通风孔图形，刻蚀深度5μm～500μm，去胶；形成预订刻蚀窗口内的通风孔图形；
(3)在硅片正面或背面淀积氧化硅填充通风孔图形，并形成高度0.1μm～500μm的通风孔；形成给定深度的通风孔结构；
(4)继续麦克风常规工艺形成声学结构和背腔，背腔和通风孔一端连通；麦克风声学结构与通风孔结构相连，实现灵敏度的提升；
(5)将硅片划片形成麦克风芯片，使芯片侧壁露出通风孔另一端,形成单颗麦克风晶圆，为后续硅麦封装做准备。
实施例一
本发明提供一种改善mems麦克风声学特性的通风孔结构及其制造方法，至少包括以下步骤：
提供600μm厚度的硅片，在其正面涂胶、光刻并显影通风孔图形，图形如图2中的3；
使用深反应离子刻蚀技术刻蚀通风孔图形，刻蚀深度5μm，去胶；
在硅片正面淀积氧化硅填充通风孔图形，并形成高度1μm的通风孔；
继续麦克风常规工艺形成声学结构和背腔，背腔和通风孔一端连通，形成图2左图中的电容式麦克风；
工艺完成，将硅片划片形成麦克风芯片，使芯片侧壁露出通风孔另一端。
实施例二
和实施例一类似，不同的是，在背面涂胶、光刻、显影并刻蚀通风孔图形，刻蚀深度100μm，在背面淀积氧化硅填充并形成高度10μm的通风孔。形成如图3的压电式麦克风。
实施例三
和实施例一类似，不同的是，在背面涂胶、光刻、显影并刻蚀通风孔图形，刻蚀深度10μm，在背面淀积氧化硅填充并形成高度5μm的通风孔。形成如图4的压电式麦克风。

Claims (5)

1.改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构，它包括设于芯片上具有背腔的衬底、声学结构以及通风孔，其特征在于：所述的声学结构设在衬底外部端面上，背腔以设在衬底内，所述的通风孔包括开设于背腔侧壁的内部开口、开设于芯片外部侧壁的外部开口以及连接内部开口与内部开口的通风道。
2.一种用于制造如权利要求1-3所述的改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构的方法，包括如下步骤：
(1)提供硅片，在其正面或背面涂胶、光刻并显影通风孔图形；
(2)使用深反应离子刻蚀技术刻蚀通风孔图形，刻蚀深度5μm～500μm，去胶；
(3)在硅片正面或背面淀积氧化硅填充通风孔图形，并形成高度0.1μm～500μm的通风孔；
(4)继续麦克风常规工艺形成声学结构和背腔，背腔和通风孔一端连通；
(5)将硅片划片形成麦克风芯片，使芯片侧壁露出通风孔另一端。
3.根据权利要求1所述的改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构，其特征在于：所述的声学结构为电容结构或者压电结构。
4.根据权利要求3所述的改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构，其特征在于：所述的声学结构为电容结构时，所述的通风道开设于接近衬底的位置，该通风道包括有内而外环绕设置的第一风道、第二风道、第三风道，第一风道由内部开口出发环绕背腔，在接近内部开口处反向环绕形成第二风道，第二风道在接近开口处在反向环绕至外部开口形成第三风道。
5.根据权利要求3所述的改善MEMS麦克风声学特性的通风孔结构，其特征在于：声学结构为压电结构时，所述的通风道设在背腔中间位置或背腔开口处端部位置；该通风道设在背腔中间位置时由内部开口出发由内而外环绕两周后至外部开口，或者该通风道设在背腔开口处端部位置时，直接由内部开口直通至外部开口。
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