CN108966098A - 麦克风及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种麦克风及其制造方法。麦克风包括：固定膜，设置在基底上；隔膜，与固定膜间隔开，其中，空气层位于固定膜与隔膜之间；支撑层，被构造成将隔膜支撑在固定膜上；以及阻尼孔，被构造成使空气层中的空气流动到支撑层的非感测区域。

Description

麦克风及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月19日提交的韩国专利申请第10-2017-0062453号的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及一种麦克风及其制造方法，并且更具体地，涉及一种能够在简化过程的同时提高灵敏度的高灵敏度微电子机械系统(MEMS)麦克风。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

一般而言，微电子机械系统(MEMS)麦克风是将音频信号转换成电信号的装置，并且MEMS麦克风由半导体批量过程制造。

与应用于大多数车辆的驻极体电容麦克风(ECM)相比，MEMS麦克风具有出色的灵敏度和低的产品性能变化。而且，其可以被微型化并且耐受诸如热量、湿度等的环境的变化。因此，近来，MEMS麦克风的发展正在逐渐取代ECM。

为了增加作为MEMS麦克风的一个最重要的性能指标的灵敏度，已经进行了对刚度的减小或感测区域的最大化的研究。

图1是示意性地示出了传统商用MEMS麦克风的结构的截面图。

参考图1，传统的MEMS麦克风具有隔膜2和固定膜3以规则间隔形成在基底1上并且牺牲层4支撑在其之间的结构。在固定膜中形成有用于进气的固定膜3的多个孔3h，并且在隔膜2与固定膜之间形成有空气层5。由通过基底孔1h输入的声压而振动的隔膜2的振动位移由固定膜3感测。

固定膜孔3h用作用于去除固定膜3与隔膜2之间的牺牲层4的路径。固定膜孔3h用于减小当隔膜2由声压振动时的空气阻尼。

空气阻尼意味着隔膜2的振动被空气及其压力吸收，并且振动位移被抑制。这被称为由于振动位移的抑制而发生的灵敏度劣化的空气阻尼效应。

然而，在传统技术中，当固定膜孔3h的数量增加时，感测区域减小，以便减小固定膜3的空气阻尼。因此，灵敏度降低。

因此，可以期望可以提高灵敏度的新概念结构。

在韩国专利公开第10-2014-0028467号中进一步公开了相关信息。

发明内容

本公开提供了一种能够降低空气阻尼并提高灵敏度的麦克风及其制造方法。为了增加固定膜的感测区域，省略了固定膜的孔。用于减小空气阻尼的阻尼孔也形成在隔膜外部，以将阻尼孔连接到固定膜与隔膜之间的振动空间。

在本公开的一些形式中，可以提供一种麦克风，其包括：固定膜，设置在基底上；隔膜，与固定膜间隔开，其中，空气层位于固定膜与隔膜之间；支撑层，被构造成将隔膜支撑在固定膜上；以及阻尼孔，被构造成使空气层中的空气流动到支撑层的非感测区域。

阻尼孔可以从隔膜的中心以规则间隔步骤在支撑层的非感测区域中。

阻尼孔可以包括：通孔，被构造成竖直地穿透支撑层的非感测区域；以及连接通道，被构造成将通孔的下部连接到沿水平方向布置的空气层。

连接通道可以包括具有细狭缝结构的多个通孔。

通孔可以从隔膜的中心步骤成多行。

所述连接通道可以由以下步骤形成：在基底的上表面的部分上和固定膜上形成牺牲图案；并且在牺牲图案上形成通孔之后，通过通孔去除牺牲图案。

牺牲图案可以通过在基底的上表面的部分上图案化光致抗蚀剂而形成。

隔膜可以形成在第二基底的释放层上，并且被转移到支撑层的上部，使得隔膜附接到支撑层。

隔膜可以包括：振动电极，被构造成与外部声源对应地振动，其中，振动电极的上部被暴露；导线，连接到振动电极；以及第二焊盘，电连接到被构造成处理由振动电极感测到的信号的半导体芯片。隔膜可以通过图案化一导电材料而一次成形。

固定膜可以包括：固定电极，其被构造成感测隔膜的振动位移。固定电极可以形成具有与隔膜的感测区域的尺寸对应的尺寸的感测区域。

在本公开的其他形式中，可以提供一种制造麦克风的方法，包括：步骤a)在第一基底上形成氧化膜和固定膜，并在氧化膜和固定膜的上表面的部分上形成牺牲图案；步骤b)在氧化膜和固定膜的上表面的部分上形成牺牲层，并去除牺牲层的中心部分，以形成空气层和支撑层，其中，支撑层被构造成支撑隔膜的边缘部分；步骤c)形成被构造成竖直地穿透支撑层的通孔，通过通孔去除牺牲图案，并且形成被构造成使空气层中的空气流动到支撑层的非感测区域的阻尼孔；以及步骤d)在第二基底上形成释放层和隔膜，并将隔膜附接到支撑层的上表面。

可以通过沉积氧化硅、光敏材料或氮化硅中的任一种来执行形成牺牲层。

步骤a)中的固定膜可以包括：固定电极，被构造成感测隔膜的振动位移；导线，连接到固定电极；以及第一焊盘，电连接到被构造成处理由固定电极感测到的信号的半导体芯片。固定膜可以通过图案化一导电材料而一次成形。

步骤c)可以包括：通过干式蚀刻或湿式蚀刻直到暴露牺牲图案，来形成通孔。

步骤d)可以包括：通过在释放层的上表面上图案化金，来形成隔膜。

步骤d)可以包括：将第二基底定位成使得隔膜向下形成在第一基底的上侧，其中，支撑层形成在第一基底上；通过降低第二基底，将隔膜的下表面附接到支撑层的上表面；以及通过升高第二基底，将隔膜与释放层分离。

在本公开的一些形式中，阻尼孔可以布置在感测区域外的非感测区域中，而不在固定膜中形成孔，从而减小空气阻尼，而不减小感测区域。因此，本公开的一些形式可以提高由于固定膜中的孔而导致的灵敏度降低。

本公开的一些形式可省略固定膜中的孔，以扩大感测区域，从而实现高度灵敏的麦克风。

此外，本公开的一些形式可以在使用金属薄膜的转移过程形成隔膜之前通过去除牺牲层来省略使用固定膜孔的牺牲层去除过程。

从本文提供的描述中将使其他适用领域变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅用于说明的目的，而非旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了能够很好地理解本公开，现在将描述其参考附图通过示例给出的各种形式，附图中：

图1是示意性地示出了传统商用MEMS麦克风的结构的截面图；

图2示意性地示出了麦克风的平面结构；

图3是沿着麦克风的线A-A'截取的截面图；

图4示出了麦克风结构之间的灵敏度分析结果的比较；

图5到图15是示出了制造麦克风的方法的示图；以及

图16是示出了麦克风的构造的截面图。

此处描述的附图仅用于说明的目的，且并非旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，且并非旨在限制本公开、应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部分和特征。

在整个说明书中，除非明确地相反地描述，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或“含有(comprising)”等变型将被理解为暗示包含陈述的元件，但不排除任何其他元件。另外，说明书中所描述的术语“件(-er)”、“器(-or)”和“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且其可以由硬件组件或软件组件及其组合来实现。

在整个说明书中，输入到麦克风的声源具有与使隔膜振动的声音或声压相同的含义。

在下文中，将参考附图详细描述本公开的一些形式的麦克风及其制造方法。

图2示意性地示出了本公开的一些形式的麦克风的平面结构。

图3是沿着本公开的一些形式的麦克风的线A-A'截取的截面图。

参考图2和图3，麦克风100包括基底110、隔膜120、固定膜130、支撑层140以及阻尼孔150。

基底110可以由硅制成。

隔膜120和固定膜130可以布置成彼此间隔开，其间设置有空气层145，并且支撑层140可以形成在隔膜与固定膜之间以支撑隔膜。

氧化膜115可以形成在基底110与固定膜130之间。

氧化膜115可以通过在基底110上沉积氧化硅来形成。

由于隔膜120的顶面是开放的，所以隔膜可以通过从外部传输的声源而振动。

隔膜120可以由多晶硅或氮化硅形成，但不限于此，就可以应用任何材料，只要具有导电性即可。

参考图2，隔膜120包括：振动电极121，其由外部声源振动并且是在感测区域的边界内的感测区域；导线122，其将振动电极120电连接到第二焊盘123；以及第二焊盘123，其电连接到处理由振动电极感测到的信号的半导体芯片。

振动电极121、导线122和第二焊盘123可以通过图案化金(Au)来形成。然而，本公开不限于此，并且可用作电极的导电材料可被图案化以一次成形。

参考图14，隔膜120可以形成在使用下述转移过程(transfer process)分开设置的第二基底的释放层上，并且可以转移到支撑层140的上表面，以附接到支撑层。

固定膜130可以与隔膜120隔开，空气层145置于其间并且形成振动空间。固定膜130可以由具有导电性的材料形成。

固定膜130可以包括固定电极131，用于感测隔膜120的振动位移；导线132，连接到固定电极；以及第一焊盘133，电连接到导线并电连接到处理由固定电极感测到的信号的半导体芯片。固定电极131可以形成为具有与面对振动电极121的感测区域的边界对应的尺寸，使得固定电极形成固定膜130的实质感测区域。

隔膜120的边缘可以由包括氧化物的支撑层140支撑和固定。

支撑层140可以将隔膜120支撑在固定膜130和氧化膜115上，并且可以在其中心部分形成空气层145，该空气层形成隔膜120的振动空间。

支撑层140可以被称为牺牲层140'，直到在稍后描述的麦克风制造过程中蚀刻和去除中心部分。

在麦克风制造过程中，可以在形成隔膜120之前去除牺牲层140'的中心部分，并且可以使用转移过程将隔膜120附接到支撑层140。

与传统商用MEMS麦克风不同，固定膜130可以具有能够通过省略固定膜孔来提高麦克风灵敏度的结构，以使感测区域最大化。

麦克风100包括连接到空气层145的阻尼孔150，使得空气层145中的空气流入支撑层140上的隔膜的感测区域外的非感测区域，以便减少空气阻尼。

参考图2，麦克风100的整个区域可以相对于隔膜120的感测区域的边界而分成内部感测区域和外部非感测区域。感测区域的边界的形状可以是由振动电极121和固定电极131形成的圆。

阻尼孔150可以相对于隔膜120的中心在支撑层140的非感测区域中以规则间隔布置成圆形形状。然而，本公开的这种形式不限于圆形布置，并且阻尼孔150可以布置在基于感测区域的边界的形状而形成的非感测区域中。

阻尼孔150包括竖直穿透支撑层140的非感测区域的通孔151以及将通孔151的下部连接到水平空气层145的连接通道152。

可以通过蚀刻支撑层140，直到暴露氧化膜115，来形成通孔151。

连接通道152可以是将通孔151连接到空气层145的通道。

可以通过在氧化膜115和固定膜130的上表面的部分上形成光致抗蚀剂PR并且在形成通孔151之后去除PR，来形成连接通道152。

阻尼孔150可以相对于隔膜120的中心以预定间隔布置在支撑层140的非感测区域中。

甚至当省略了传统的固定膜孔时，阻尼孔150也可以根据外部声源减小空气阻尼对隔膜120的振动的影响，从而提高麦克风100的灵敏度。

图4示出了本公开的一些形式的麦克风结构与传统结构之间的灵敏度分析结果的比较。

参考图4，示出了具有固定膜的孔的传统结构、没有固定膜的孔且没有阻尼孔的结构、以及本公开的一些形式的没有固定膜的孔并具有阻尼孔150的结构。结构的固定膜和隔膜可以具有相同的材料和相同的尺寸。图4示出了结构的灵敏度和频率响应特性的实验结果。

实验或分析结果证实，本公开的一些形式的麦克风100的结构通过省略传统的固定膜孔来增加感测区域，并通过在隔膜的振动期间减小空气阻尼来增加灵敏度和频率响应范围。

因此，麦克风100可以在没有固定膜孔的情况下将阻尼孔布置在非感测区域中，以解决由于固定膜孔所导致的灵敏度降低的问题。

传统的固定膜孔可以用作用于去除固定膜与隔膜之间的牺牲层的通道，而本公开的一些形式的麦克风100可以具有没有固定膜孔的结构。因此，传统结构与本公开的示例性形式之间在制造方法上可能存在差异。

麦克风100可以通过使用金属薄膜的转移过程来去除牺牲层去除过程，以在固定膜130与隔膜120之间形成空气层145。

将参考附图，将描述制造本公开的一些形式的麦克风100的方法。

图5到图15是示出了本公开的一些形式的制造麦克风的方法的示图。

将参考图5到9，描述除了本公开的一些形式的隔膜之外的制造麦克风的方法。

参考图5，在制备第一基底110之后，可以在第一基底110上形成氧化膜115。第一基底110可以由硅形成，并且氧化膜115可以通过沉积氧化硅如图形成。

参考图6，固定膜130可以在氧化膜115上被图案化，并且牺牲图案162'可以形成在氧化膜115和固定膜130的上表面的部分上。

固定膜130包括固定电极131、导线132和第一焊盘133，并且其可以通过图案化一种导电材料来一次成形。

牺牲图案162'可以通过在上表面的部分上图案化光致抗蚀剂(PR)层而形成。

参考图7，牺牲层140'可以形成在氧化膜115上，在该氧化膜上形成有固定膜130和牺牲图案162'。

牺牲层140'可以通过沉积氧化硅、光敏材料和氮化硅中的任一种来形成。

参考图8，牺牲层140'的一部分可以被图案化，以形成空气层145、通孔151和接触孔H。

可以通过使用蚀刻溶液的湿式方法或者使用O2等离子体进行灰化的干式方法来去除牺牲层140'，使得同时形成空气层145、通孔151和接触孔H。

在去除牺牲层140'的中心部分并形成空气层145之后，剩余的牺牲层140'可以形成支撑隔膜120的边缘部分的支撑层140。

由于在形成隔膜120之前去除牺牲层140'，所以可以使用固定膜孔来省略的牺牲层去除过程。

可以通过执行干式蚀刻或湿式蚀刻，直到暴露牺牲图案162'，来形成通孔151。

可以通过执行干式蚀刻或湿式蚀刻，直到暴露固定膜130的第一焊盘133，来形成接触孔H。

参考图9，牺牲图案162'可以通过通孔151而被去除，以形成连接至空气层145的连接通道152。

当形成连接通道152时，可以形成阻尼孔150，使得空气层145中的空气通过通孔151流到隔膜120的感测区域的边界之外。

当隔膜120根据外部声源振动时，阻尼孔160可用于通过减小空气阻尼的影响来提高麦克风100的灵敏度。

将参考图10到图12，描述制造本公开的一些形式的隔膜的方法。

参考图10到图12，在制备包括沿下方向呈阶梯式的非感测区域的第二基底之后，释放层220可以沉积在第二基底210的上表面上。

隔膜120可以形成在释放层220的上表面上。

隔膜120包括振动电极121、导线122和第二焊盘123，并且可以通过图案化金(Au)来形成。然而，本公开不限于此，并且可用作电极的导电材料可以被图案化以一次成形。

将参考图13到15，描述附接本公开的一些形式的隔膜的方法。

参考图13，形成有面向下的隔膜120的第二基底210可以位于形成有支撑层140的第一基底110的上侧。

第二基底210可以通过转移装置在隔膜120的感测区域与形成在第一基底110处的固定膜130的感测区域对应的位置处对准。

参考图14，可以降低第二基底210，以将隔膜120的下表面附接到形成在第一基底110处的支撑层140的上表面。

参考图15，第二基底210可以升高，使得在支撑层140的上表面上拾取或附接隔膜120。此时，隔膜120可以与第二基底210的释放层220分离。

因此，可以制造图3所示的麦克风100。

尽管图中未示出，但可以在麦克风100中进一步形成用于固定隔膜120的边缘的结构。

在本公开的一些形式中，阻尼孔可以布置在感测区域外部的非感测区域中，从而在不减小感测区域的情况下，减小空气阻尼。因此，本公开的一些形式可以改进由于固定膜的孔而导致的灵敏度降低。

本公开的一些形式可以省略固定膜中的孔，以使感测区域最大化，从而实现高度灵敏的麦克风。

此外，本公开的一些形式可以在使用金属薄膜的转移过程形成隔膜之前，通过去除牺牲层，来省略使用固定膜孔的牺牲层去除过程。

虽然已经参考示例性形式描述了本公开，但是应该理解，本公开不限于所公开的示例性形式，并且本公开的各种其他修改是可能的。

例如，尽管在图2和3中所示的本公开的一些形式中，阻尼孔150的通孔151设置成一行，但是本公开不限于此，并且本公开的以下其他修改是可能的。

[根据本公开的另一形式的麦克风的制造方法]

图16是示出了根据本公开的另一形式的麦克风的构造的截面图。

将省略与上述麦克风100相同的构造，并将主要描述另一阻尼孔150'。

参考图16，本公开的另一形式的麦克风100'的阻尼孔150'包括多个通孔151'，这些通孔具有细狭缝结构并连接至连接通道152。

通孔151'可以相对于隔膜120的中心布置成多行。

阻尼孔150'可以包括细长通孔151'，该细长通孔具有狭缝结构并连接到连接通道152，使得阻尼孔允许空气层145中的空气流动到感测区域之外。

尽管狭缝结构的通孔151'可以流动空气，但通孔可以通过使声源不能经由通孔流动而增加灵敏度。

本公开的描述本质上仅是示例性的，因此不脱离本公开的实质的变化旨在在本公开的范围内。这种变化不被视为背离本公开的精神和范围。

<符号的描述>

100：麦克风

110：基底

115：氧化膜

120：隔膜

130：固定膜

140：支撑层(140'：牺牲层)

145：空气层

150：阻尼孔

151：通孔

152：连接通道(162'：牺牲图案)

Claims (16)

1.一种麦克风，包括：

固定膜，设置在基底上；

隔膜，与所述固定膜间隔开，其中，空气层位于所述固定膜与所述隔膜之间；

支撑层，被构造成将所述隔膜支撑在所述固定膜上；以及

阻尼孔，被构造成使所述空气层中的空气流动到所述支撑层的非感测区域。

2.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述阻尼孔从所述隔膜的中心以规则间隔布置在所述支撑层的所述非感测区域中。

3.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述阻尼孔包括：

通孔，被构造成竖直地穿透所述支撑层的所述非感测区域；以及

连接通道，被构造成将所述通孔的下部连接到沿水平方向布置的所述空气层。

4.根据权利要求3所述的麦克风，其中，所述连接通道包括具有细狭缝结构的多个通孔。

5.根据权利要求3所述的麦克风，其中，所述通孔从所述隔膜的中心布置成多行。

6.根据权利要求3所述的麦克风，其中，所述连接通道由以下步骤形成：

在所述基底的上表面的部分上和所述固定膜上形成牺牲图案；并且

在所述牺牲图案上形成所述通孔之后，通过所述通孔去除所述牺牲图案。

7.根据权利要求6所述的麦克风，其中，所述牺牲图案通过在所述基底的所述上表面的所述部分上图案化光致抗蚀剂而形成。

8.根据权利要求6所述的麦克风，其中，所述隔膜形成在第二基底的释放层上，并且所述隔膜被转移到所述支撑层的上部，使得所述隔膜附接到所述支撑层。

9.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述隔膜包括：

振动电极，被构造成与外部声源对应地振动，其中，所述振动电极的上部被暴露；

导线，连接到所述振动电极；以及

第二焊盘，电连接到被构造成处理由所述振动电极感测到的信号的半导体芯片，

其中，所述隔膜通过图案化一导电材料而一次成形。

10.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述固定膜包括：

固定电极，被构造成感测所述隔膜的振动位移，其中，所述固定电极形成具有与所述隔膜的感测区域的尺寸对应的尺寸的感测区域。

11.一种制造麦克风的方法，所述方法包括：

步骤a，在第一基底上形成氧化膜和固定膜，并在所述氧化膜和所述固定膜的上表面的部分上形成牺牲图案；

步骤b，在所述氧化膜和所述固定膜的所述上表面的所述部分上形成牺牲层，并去除所述牺牲层的中心部分，以形成空气层和支撑层，其中，所述支撑层被构造成支撑隔膜的边缘部分；

步骤c，形成被构造成竖直地穿透所述支撑层的通孔，通过所述通孔去除所述牺牲图案，并且形成被构造成使所述空气层中的空气流动到所述支撑层的非感测区域的阻尼孔；以及

步骤d，在第二基底上形成释放层和所述隔膜，并将所述隔膜附接到所述支撑层的上表面。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过沉积氧化硅、光敏材料或氮化硅中的任一种来执行形成所述牺牲层。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述步骤a中的所述固定膜包括：

固定电极，被构造成感测隔膜的振动位移；

导线，连接到所述固定电极；以及

第一焊盘，电连接到被构造成处理由所述固定电极感测到的信号的半导体芯片，

其中，所述固定膜通过图案化一导电材料而一次成形。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述步骤c包括：

通过干式蚀刻或湿式蚀刻直到暴露所述牺牲图案，来形成所述通孔。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述步骤d包括：

通过在所述释放层的上表面上图案化金，来形成隔膜。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述步骤d包括：

将所述第二基底定位成使得所述隔膜向下形成在所述第一基底的上侧，其中，所述支撑层形成在所述第一基底上；

通过降低所述第二基底，将所述隔膜的下表面附接到所述支撑层的上表面；以及

通过升高所述第二基底，将所述隔膜与所述释放层分离。