CN109511066A - 用于制造薄过滤膜的方法以及包括过滤膜的声学换能器装置 - Google Patents

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Abstract

本文提供了用于制造薄过滤膜的方法以及包括过滤膜的声学换能器装置。一种制造过滤模块的方法，其包括以下步骤：形成多层体，其包括半导体材料的并且具有小于10μm的厚度的过滤层、耦合到过滤层的第一侧的第一结构层、以及耦合到过滤层的与第一侧相对的第二侧的第二结构层；在第一结构层中形成凹部，该凹部在其整个厚度上延伸；去除过滤层的通过凹部暴露的选择性部分，以形成多个开口，这些开口在过滤层的整个厚度上延伸；以及完全去除第二结构层以流体地连接过滤层的第一侧和第二侧，从而形成设计用于限制污染颗粒通过的过滤膜。

Description

用于制造薄过滤膜的方法以及包括过滤膜的声学换能器装置
技术领域
本公开涉及用于制造过滤膜的方法、包括过滤膜的声学换能器装置、用于组装声学换能器装置的方法以及包括声学换能器装置的电子系统。
背景技术
以已知的方式，MEMS(微电子机械系统)类型的声学换能器(特别是麦克风)包括被设计成将声压波转换为电量(例如，电容性变化)的敏感膜结构、以及被设计成执行所述电量的处理的适当操作(其中放大和滤波的操作)的读取电子设备，以便供给表示所接收的声压波的电输出信号(例如，电压)。在使用电容性感测原理的情况下，微电子机械敏感结构通常包括移动电极，其作为隔膜或膜而获得、面向固定电极被布置，以提供具有可变电容的感测电容器的板。移动电极通过其第一部分(通常是周边的)固定到结构层，然而移动电极的第二部分(通常是中央的)响应于由入射声压波施加的压力而自由移动或弯曲。移动电极和固定电极因此形成电容器，并且构成移动电极的膜的弯曲引起根据待检测的声学信号的电容的变化。
图1中示出的是声学换能器装置19，以坐标x、y、z的三轴系统表示。声学换能器装置19包括第一管芯21，其集成MEMS结构1，特别是MEMS声学换能器(麦克风)，提供有可移动的并且是导电材料的膜2，其面向刚性板3(通过这里的这个术语指的是相对于膜2相对刚性的元件，膜2相反是柔性的)。刚性板3包括面向膜2的至少一个导电层，使得膜2和刚性板3形成电容器的面对的板。
在使用中经受根据入射声压波的变形的膜2至少部分地悬浮在结构层5上方，并且直接面对通过蚀刻结构层5的后表面5b(后部5b与结构层5自身的前表面5a相对，被布置在膜2附近)而获得的腔6。。
MEMS结构1与半导体材料的另一管芯22一起容纳在封装20的内部腔8中，管芯22集成了处理电路或ASIC(专用集成电路)22'。ASIC 22'通过电导体25'电耦合到MEMS结构1，电导体25'连接第一管芯21和第二管芯22的各自的焊盘26'。第一管芯21和第二管芯22并行耦合到封装20的衬底23上。第一管芯21例如通过粘合剂层来在结构层5的后表面5b上耦合到衬底23；同样地，第二管芯22也在其后表面22b上耦合到衬底23。ASIC 22'被设置在第二管芯22的前表面22a上，与后表面22b相对。
在衬底23中设置适当的金属化层和过空(未详细示出)，以用于将电信号引向封装20的外部。通过引线键合技术获得的另外的电连接25”被设置在第二管芯22的焊盘26”和衬底23的各自的焊盘26”之间。
进一步耦合到衬底23的是封装20的覆盖物27，其在其内部包围第一管芯21和第二管芯22。所述覆盖物27可以是金属或预模制塑料。
电连接元件29例如以导电盘的形式设置在衬底23的下侧(向外暴露的侧)，以用于焊接和电连接到印刷电路板。
衬底23还具有贯通开口或孔28，其将第一管芯21的腔6与封装20外部的环境流体连通地布置。贯通开口28(在下文中称为“声音端口”)使能来自封装20外部的空气流和声压波的进入，声压波通过撞击膜2而引起其偏转。
以已知的方式，声学换能器的灵敏度取决于微电子机械结构1的膜2的机械特性，并且还取决于膜2和刚性板3的组装。此外，通过腔6创建的声学室的体积对声学性能具有直接影响，确定声学换能器的共振频率。
因此，对MEMS声学换能器的组装施加了若干约束，这使得其设计特别成问题，特别是在需要极其紧凑的尺寸的情况下，例如在便携式应用的情况下。
为了至少部分地保护腔6和膜2免受灰尘和/或水和/或其他碎屑可能渗透通过贯通开口28从而减小腔6的有用尺寸以及/或者形成漏电路径并且从而危害声学换能器的性能的影响，已知的是，在封装20的外部并且面向声音端口28(在与其相距一段距离处)提供过滤器(在图1中仅示意性地示出，并且由附图标记30表示)。例如，所述过滤器30耦合到容纳封装20的便携式装置(例如，手机)的保护壳。
特别地，在便携式应用的情况下，封装20容纳在便携式设备自身的保护壳内，以这样的方式使得声音端口28转而经由过滤器30本身的插入来面向穿过便携式装置的保护壳而制成的相应的贯通开口或孔。目前使用的过滤器手动装配在便携式装置的保护壳上，因此相对于实际操作需要而呈现过大的尺寸，该实际操作需要仅保护腔6以及显然地保护膜2和刚性板3。
此外，过滤器30防止污染颗粒通过穿过便携式装置的保护壳形成的孔来进入，但是没有解决源自来自不同来源(例如，由于保护壳的非完美密封封闭)的灰尘颗粒或其他碎屑的污染问题。
同样已知，如文献EP3065416中所述，该文献也公开为美国专利No.9,769,554，使用了集成在微电子机械结构1中和孔28上方的硅过滤器，或者布置在腔6和孔28之间的过滤模块，例如包括形成网格的编织线，以限定沿x轴和/或y轴测量的最大尺寸的贯通开口，包括在5和40μm之间。后一种解决方案在中间制造和组装步骤期间或者在将封装装配在便携式装置中的步骤期间提供对污染物的保护。然而，在两种情况下并且通常对于已知类型的过滤器，过滤器的厚度影响声学换能器19的声学性能，从而影响信噪比(SNR)。因此，期望提供用于小厚度的声学换能器的过滤器，以便最小化对信噪比(SNR)的影响。
发明内容
一个或多个实施例针对一种用于制造过滤膜的方法、一种包括过滤膜的声学换能器装置、一种用于组装声学换能器装置的方法以及一种包括声学换能器装置的电子系统，其将能够克服现有技术的缺点。
根据本发明，提供了一种用于制造过滤膜的方法、一种包括过滤膜的声学换能器装置、一种用于组装声学换能器装置的方法以及一种包括声学换能器装置的电子系统。特别地，过滤膜具有有限的厚度，从而对声学换能器装置的声学性能产生可忽略的影响。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例参考附图来描述其优选实施例，附图中：
图1是根据已知类型的实施例的包括具有对应封装的MEMS声学换能器的声学换能器装置的示意性剖视图；
图2是根据本发明的一个实施例的包括具有对应封装的MEMS声学换能器和过滤模块的声学换能器装置的示意性剖视图；
图3A和图3B是根据各自的实施例的图2的声学换能器装置的部分的俯视平面图；
图4是根据本发明另一实施例的包括具有对应封装的MEMS声学换能器和过滤模块的声学换能器装置的示意性剖视图；
图5是根据本发明又一实施例的包括具有对应封装的MEMS声学换能器和过滤模块的声学换能器装置的示意性剖视图；
图6A至图6E示出了用于制造与图2、图4和图5的声学换能器装置的实施例共同的过滤模块的方法；
图7A至图7G示出了用于制造与图2、图4和图5的声学换能器装置的实施例共同的过滤模块的并且是图6A至图6E的制造方法的替代的方法；
图8A至图8F示出了用于制造与图2、图4和图5的声学换能器装置的实施例共同的过滤模块的并且是图6A至图6E的制造方法的替代的方法；以及
图9示出了包括根据图2、图4和图5的任一实施例的声学换能器装置的电子系统。
具体实施方式
图2以剖视图示出了根据本发明的一个方面的声学换能器装置51。图2的声学换能器装置51和图1的声学换能器装置19共同的元件由相同的附图标记表示，并且不再进一步描述。
更详细地，图2的声学换能器装置51包括封装50，其通过基础衬底23和覆盖元件27形成。后者具有基本上杯状的构造，并且被耦合到基础衬底23以形成封装50的腔或内部空间8。提供正好穿过基础衬底23的厚度的贯通开口28，其被设计成将第一管芯21的腔6与封装50外部的环境以声学连通地布置。在下文中，贯通开口28也将被称为“声音端口”，并且第一管芯21的腔6也将被称为“声学室”。此外，术语“声学连通”在这里与“直接声学连通”的含义一起使用，在某种意义上，通用的声波或声压波在被认为使用作为唯一传播介质空气(或者从声传播的角度来看，等效于可能的气体或气体混合物)的环境中传播。
声学室6(在水平面xy中)的延伸大于声音端口28(再次在水平面xy中)的对应的延伸，以这样的方式使得声音端口28完全与声学室6连通而不具有直接到封装50的内部空间8中的出口。
根据本公开的一个方面，第一管芯21的声学室6仅通过过滤模块52与声音端口28声学连通，过滤模块52布置在声音端口28和第一管芯21的声学室6之间。例如，过滤模块52可以布置在声学室6内。过滤模块52包括支撑层54和过滤层56，过滤层56布置在支撑层54上。支撑层54(在水平面xy中)的延伸大于声音端口28(再次在水平面xy中)的对应延伸，以这样的方式使得声音端口28完全被支撑层54围绕。
因此，过滤模块52对来自封装50外部的环境的灰尘和/或污染颗粒朝向声学室6的通道创建障碍。
根据本发明的一个方面，过滤层56具有的厚度包括例如1μm和10μm之间，特别是5μm，并且具有多个贯通开口，使得声波的流动不被中断或由于过滤模块52的存在而明显地降级。因此，对声学换能器装置51的信噪比的影响被最小化，并且提供声学室6朝向封装50外部的声学连通。支撑层54具有的厚度包括30μm和120μm之间，特别是50μm。因此，过滤模块52具有的总厚度在51μm和130μm之间，特别是55μm。
过滤模块52可以是与制造半导体器件的工艺兼容的任何材料。特别地，支撑层54可以是金属材料、绝缘材料(例如，二氧化硅或氮化硅)或半导体材料(例如，硅、多晶硅或外延硅)。此外，如下文更详细描述，过滤层56可以是外延地或任何其他生长多晶硅的方法生长的多晶硅。备选地，过滤层56可以是与用于制造半导体器件的工艺兼容的任何其他材料，该材料可以沉积几微米的厚度。
基础衬底23(例如，由多层结构构成)由一层或多层导电材料(通常为金属)构成，导电材料由一个或多个介电层(例如，BT(双马来酰亚胺三嗪)层压材料)分开。电路径49穿过基础衬底23被提供，以用于将其面向内部空间8的内表面23a连接到其面向外部环境的外表面23b，外表面23b支撑电连接元件29。特别地，后者在所谓的LGA(盘格栅阵列)封装的情况下以盘的形式被提供，如图2所示。备选地，焊盘29可以由球或凸块的阵列代替，从而获得所谓的BGA(球格栅阵列)封装。
根据不同的实施例，基础衬底23通常不包括金属层或导电材料层，并且例如由塑料材料制成。
覆盖元件27同样可以由多层构成，例如包括一个或多个塑料和/或金属层，并且可以有利地在其面向内部空间8的内表面27a上呈现金属涂层(未示出)，以便提供电磁屏蔽。备选地，覆盖元件27完全由金属制成。
覆盖元件27进一步耦合到基础衬底23以便密封地密闭内部空间8。
图3A是声学换能器装置51的部分的示意性俯视平面图。具体地，图3A呈现了过滤模块52相对于结构层5的布置。支撑层54和过滤层56具有平行六面体形状。此外，支撑层54具有腔，例如具有多边形截面，其在支撑层54的整个厚度上延伸。此外，如上所述，过滤层56具有多个贯通开口58，其例如具有直径在1μm和10μm之间、特别是5μm的圆形截面。在其他实施例中，贯通开口58可以具有多边形截面的尺寸，使得内切在多边形中的圆周将具有包括在与针对上述圆形截面规定的相同范围内的直径。因此，过滤层56防止具有的尺寸大于上述直径的污染颗粒的通过。
贯通开口58可以被布置成阵列配置，其中彼此相邻的贯通开口58彼此相距一定距离(在各自的圆心之间的水平面xy中测量)，包括在3μm和15μm之间，特别是7μm。在其他实施例中，贯通开口58可以以不规则的方式布置。
贯通开口58可以在过滤层56的中心区域中延伸，在俯视平面图中基本上与贯通开口28对齐，以及/或者在过滤层56的周边区中，在俯视平面图中布置在贯通开口28和支撑层54之间。
通常，贯通开口58的数量被选择，以便使贯通开口58(在水平面xy中测量)的面积之和与过滤层56的悬浮部分(在水平面xy中有限地测量到过滤层56的围绕贯通开口58延伸的区域，即，过滤层56的实心部分)的面积之间的比率最大化。例如，贯通开口58的面积之和与过滤层56的悬浮部分的面积之比包括在0.3和0.7之间，特别是0.45。所述比率与贯通开口58的体积之和与过滤层56的剩余悬浮部分的体积之间的比率一致。
图3B是根据本发明的实施例的声学换能器装置51的部分的示意性俯视平面图，其是图3A的实施例的替代。
在图3B的声学换能器装置51中，支撑层54的形状类似于具有例如八边形的多边形底部的棱柱，并且具有圆形截面的腔，其在支撑层54的整个厚度上延伸。过滤层56同样具有棱柱形状，该棱柱具有例如八边形的多边形底部。
以图中未示出的方式，第一键合层在基础衬底23的内表面23a和第一管芯21之间延伸，并且第二键合层在基础衬底23的内表面23a和过滤模块52之间延伸。在一个实施例中，第一键合层和第二键合层一致并形成单个键合层，例如通过优选地施加非导电胶而获得。另外的各自的键合层(例如，优选由非导电胶或双粘合带制成)以图中未示出的方式在基础衬底23的内表面23a和第二管芯22之间延伸。
图4以剖视图示出了根据本发明又一实施例的声学换能器装置61。与图4的声学换能器装置61和图2的声学换能器装置51共同的元件由相同的附图标记表示，并且不再进一步描述。更详细地，在图4的声学换能器装置61中，基础衬底23在其内表面23a上具有凹部24，其具有的(在水平面xy中测量的)延伸大于声音端口28的延伸并且小于声学室6的延伸，以便在俯视平面图中完全包围声音端口28，并且在俯视平面图中由声学室6完全包围。凹部24从内表面23a朝向基础支撑件23的外表面23b延伸一定距离(沿z轴测量)例如包括在10μm和100μm之间，特别是40μm。
在声学换能器装置61中，过滤模块52至少部分地由凹部24容纳。以这种方式，过滤模块52的总厚度仅部分地受到声学腔6的厚度的约束。
以图中未示出的方式，第一键合层在基础衬底23的内表面23a和第一管芯21之间延伸，以及第二键合层在凹部24中的基础衬底23的内表面23a和过滤模块52之间延伸。第一键合层和第二键合层例如通过优选地施加非导电胶或者备选地施加双粘合带而获得。另外的各自的键合层(其同样例如优选地由非导电胶或双粘合带)以图中未示出的方式在基础衬底23的内表面23a和第二管芯22之间延伸。
图5以剖视图示出了根据本发明又一实施例的声学换能器装置71。在图5的声学换能器装置71中，过滤模块52布置在基础衬底23的内表面23a上，以这样的方式使得支撑层54的腔在俯视平面图中完全包围声音端口28。此外，第一管芯21布置在过滤模块52上以形成堆叠。同样在该实施例中，声学室6经由过滤层56的贯通开口与声音端口28流体连接，并且特别是以这样的方式使得从声音端口28进入的声波朝向声学室6穿过过滤层56的贯通开口呈现优先通道。
以图中未示出的方式，第一键合层在基础衬底23的内表面23a和过滤模块52之间延伸，以及第二键合层在距贯通开口58一定距离处在第一管芯21和过滤层56的周边区之间延伸。例如，通过优选地施加非导电胶获得第一键合层和第二键合层。另外的各自的键合层(例如，其也优选地由非导电胶或双粘合带)以图中未示出的方式在基础衬底23的内表面23a和第二管芯22之间延伸。
在一个实施例中，在过滤模块52的附加厚度的基础上，声学换能器装置71的封装50的厚度可以大于图2的声学换能器装置51的厚度以及图4的声学换能器装置61的厚度。在另一实施例中，其中支撑层54的厚度被最小化(例如，使用下文参考图7A至图7G详细描述的制造工艺)，过滤模块52的存在对封装50厚度的选择的影响可以忽略不计
图5的声学换能器装置71防止可能存在于图2的声学换能器装置51和图4的声学换能器装置61中的麦克风1的声学性能的降级，因为过滤层56中的真空区在这里具有更广阔的总面积，并且与之相关联的是更少的噪音生成。
图6A至图6E示出了用于制造与图2的声学换能器装置51、图4的声学换能器装置61以及图5的声学换能器装置71的共同的过滤模块52的工艺。
参考图6A，提供晶圆100，其包括诸如硅的半导体材料的衬底101，其在晶圆100的前表面100a和后表面100b之间延伸，晶圆100的厚度包括例如在500μm和1000μm之间。氧化物层102形成在晶圆100的前表面100a上，具有用于制造工艺的后续步骤的蚀刻掩模的功能。特别地，氧化物层102在晶圆100的其中将形成过滤层56的贯通开口58的区域中具有多个开口102'，以便提供如上文所讨论的具有期望形状的贯通开口58。氧化物层102例如由氧化硅(SiO2)构成，其具有的厚度包括在0.5μm和3μm之间。例如，通过沉积氧化硅和/或热生长氧化硅的步骤来形成氧化物层102。使用已知的光刻技术形成氧化物层102的开口102'。
参考图6B，在晶圆100的前表面100a上形成结构层104，其厚度大于氧化物层102的厚度，以便在氧化物层102的开口之间延伸并且完全地覆盖氧化物层102。详细地，结构层104的厚度与过滤层所需的厚度相同，并且因此例如在1μm和10μm之间。结构层104是在衬底101上生长(可以包括外延生长)的诸如硅或多晶硅的半导体材料。
参考图6C，提供载体晶圆110。例如，载体晶圆110是诸如硅的半导体材料，其厚度例如包括在500μm和1000μm之间。使用本身已知类型的晶圆到晶圆键合技术，通过键合层106将载体晶圆110机械地键合到晶圆100的前表面100a。例如，在键合层106具有二氧化硅基质的情况下，可以使用直接键合技术，或者使用玻璃熔块技术。在其他实施例中，键合层106可包括金属合金(例如，Al/Ge)或其他双粘合层。
通过研磨晶圆100的后表面100b，衬底101的厚度减小到包括在30μm和120μm之间，特别是50μm。
使用具有开口的光刻掩模，在其后表面100b上实施晶圆100的掩模蚀刻(图6D)，该开口在俯视平面图中完全围绕氧化物层102的开口。
晶圆100的掩模蚀刻通过已知类型的表面微加工技术实施，使用选择性地去除衬底101的材料而不是氧化物层102的材料和键合层106的材料的蚀刻化学物质，键合层106起到蚀刻停止层的作用。因此，在晶圆100的掩模蚀刻结束时，在结构层104中形成贯通开口，从而形成如前所述的过滤层56的贯通开口58。过滤层56的厚度由结构层104的厚度以及存在的氧化物层102的厚度给出。在该实施例中，由于氧化物层102在使用中面向声音端口28，因此它在过滤模块上赋予疏水性的特性。
在备选的实施例(未示出)中，去除氧化物层102，使得过滤层56的厚度与结构层104的厚度一致。支撑层54的厚度与衬底101的厚度一致。
在又一实施例(未示出)中，选择性地去除氧化物层102以形成开口102'，但是保持在衬底101的剩余表面区域上。在这种情况下，层104与衬底101在开口102'处接触，并且对于剩余部分，在氧化物层102上方延伸。这里，支撑层54的厚度等于衬底101和氧化物层102的厚度之和。
参考图6E，通过化学蚀刻和/或剥离技术去除载体晶圆110和键合层106。
最后，以图中未示出的方式，实施切割或分割晶圆100的步骤，以便获得多个过滤模块52。
图7A至图7G示出了与图2的声学换能器装置51、图4的声学换能器装置61以及图5的声学换能器装置71共同的制造工艺，其是图6A至图6E的制造工艺的替代。
参考图7A，提供具有前侧200a和背侧200b的晶圆200。晶圆200包括诸如硅的半导体材料的衬底201，其在自身前表面201a和自身后表面201b(这里与晶圆的背侧200b一致)之间延伸，其厚度例如在500μm和1000μm之间。在衬底201的前表面201a上形成氧化物层202，其具有用于制造工艺的后续步骤的蚀刻掩模的功能。例如，氧化物层202由氧化硅(SiO2)制成，其具有的厚度包括在0.5μm和3μm之间。例如，通过沉积氧化硅和/或热生长氧化硅的步骤形成氧化物层202。
参考图7B，在氧化物层202中，在晶圆200的其中将形成过滤层56的贯通开口58的区域中形成多个开口204，以便提供具有如前所述的所需的形状的贯通开口58。此外，在氧化物层202中，在晶圆200的其中将形成开口的区域中形成边缘开口206，该开口在制造工艺结束时将从晶圆200获得的过滤模块52彼此分离。在俯视平面图(图中未示出)中，边缘开口206完全围绕多个开口204。氧化物层202的开口通过光刻和化学蚀刻的本身已知的技术形成。
参考图7C，在晶圆200的前侧200a处形成第一结构层208，其厚度大于氧化物层202的厚度，以便在边缘开口206中的多个开口204之间延伸，并且以便完全覆盖氧化物层202。详细地，第一结构层208的厚度介于1μm和10μm之间。第一结构层208由在衬底201上生长的诸如硅或多晶硅的半导体材料制成。在制造工艺的后续步骤中，第一结构层208形成过滤层56。
在第一结构层208上形成蚀刻停止层210。蚀刻停止层210被图形化，以这样的方式使得在平面xy的平面图中，它被叠加在多个开口204上而不是在边缘开口206上。
蚀刻停止层210例如由原硅酸四乙酯(TEOS)制成，并且具有包括在0.5μm和3μm之间的厚度。
参考图7D，在晶圆200的前侧200a处形成第二结构层212，其具有比蚀刻停止层210更大的厚度，以便在第一结构层208上和蚀刻停止层210上延伸，完全地覆盖蚀刻停止层210。详细地，第二结构层212的厚度包括在10μm和60μm之间，特别是20μm。第二结构层212由在第一结构层208上诸如以外延或任何其他方式生长的诸如硅或多晶硅的半导体材料制成。在制造工艺的后续步骤中，第一结构层208形成过滤层56。
使用具有开口的掩模实施第二结构层212的掩模蚀刻，该开口具有延伸，该延伸在平面xy中与蚀刻停止层210的延伸基本上一致。使用选择性地去除第二结构层212的材料直到暴露蚀刻停止层210的蚀刻化学物质，通过已知类型的表面微加工技术执行第二结构层212的蚀刻。
参考图7E，执行蚀刻停止层210的化学蚀刻。例如，蚀刻停止层210的化学蚀刻是湿式的，特别是基于氢氟酸(HF)的使用，并且对于第一结构层208和第二结构层212是选择性的。在蚀刻步骤结束时，完全去除蚀刻停止层210。
参考图7F，晶圆200在其前侧200a处被放置在胶带(或薄膜)214上。通过在晶圆200的背侧200b上的研磨，将衬底201的厚度减小到包括在400μm和725μm之间的厚度。
参考图7G，在晶圆200的背侧200b上实施非掩模化学蚀刻，完全地去除衬底201以及不受氧化物层202保护的第一结构层208和第二结构层212的选择性部分。以这种方式，获得了过滤层56的贯通开口58以及分割的晶圆200，以便获得多个过滤模块52。特别地，通过分割步骤分开的第一结构层208的区域形成各自的过滤模块52的各自的过滤层56。此外，通过分割步骤分开的第二结构层212的区域形成各自的过滤模块52的各自的支撑层54。每个过滤模块52与粘合胶带214分离并且组装在第一管芯21上。
与图6A至图6E的制造工艺相比，图7A至图7G的制造工艺使得可能获得较小厚度的支撑层54，并且因此获得较小厚度的过滤模块52，因为所述厚度由层212的生长决定，层212可以获得比通过研磨可以实现的厚度小得多的厚度。因此，过滤模块52和第一管芯21的相互布置的灵活性增加，例如有利于图2的声学换能器装置51的实施，并且特别是图5的声学换能器装置71的实施，而没有任何需要增加封装50的厚度。
图8A至8F示出了与图2的声学换能器装置51、图4的声学换能器装置61以及图5的声学换能器装置71共同的制造工艺，并且是前述制造工艺的替代。
按照已经参考图7A描述的步骤(提供包括其上延伸有氧化硅层302的衬底301的晶圆300)，实施(图8A)在硅氧化物层302上的第一结构层308的沉积，以获得类似于图7C的第一结构层208的层。然而，在图8A的情况下，硅氧化物层302先前未被图形化。
形成掩模层310(例如TEOS的)，其在结构层308的整个表面上方延伸。掩模层310被图形化为像图7B的氧化物层202。
参考图8B，以类似于图7C的第一结构层212的方式形成第二结构层312。参考图8C，使用掩模314实施第一结构层308和第二结构层312的掩模蚀刻，掩模314在平面xy中的平面图中具有在掩模层310的开口上完全叠加的开口。第一结构层308和第二结构层312的蚀刻通过已知类型的表面微加工技术实施，使用选择性地去除第一结构层308和第二结构层312的材料的蚀刻化学物质，直到到达氧化硅层302(图8D)。以这种方式，形成在第一结构层308和第二结构层312的整个厚度上延伸的沟槽，实施晶圆300的分割，以便在制造工艺结束时获得多个过滤模块52。以这种方式，进一步形成在第一结构层308的整个厚度上延伸的沟槽，并且在制造工艺的后续步骤中形成过滤层56的贯通开口58。
参考图8E，晶圆300在其前侧300a处被放置在胶带(或薄膜)316上。通过在晶圆300的背侧300b上执行研磨，将衬底301的厚度减小到包括在400μm和725μm之间的厚度。
参考图8F，在晶圆300的背侧300b上实施非掩模化学蚀刻，完全地去除衬底301。去除硅氧化物层302。每个过滤模块52与胶带316分离并且组装在第一管芯21上。
与图6A至图6E的制造工艺相比，图8A至图8F的制造工艺使得能够获得较小厚度的支撑层54，并且因此获得较小厚度的过滤模块52，因为在这种情况下也是最终厚度通过层312的外延生长的步骤或其他生长方法来被布置，而不是通过研磨步骤来被布置。因此，过滤模块52和第一管芯21的相互布置的灵活性增加，例如有利于图2的声学换能器装置51的实施，特别是图5的声学换能器装置71的实施，而没有任何需要增加封装50的厚度。此外，与图7A至图7G的制造工艺不同，在使用中面对声音端口28的氧化硅的掩模层310的存在，赋予在过滤模块52上的疏水性的特性。
图9示出了使用根据图2、图4和图5的各自的实施例的声学换能器装置51、61、71的电子系统400。
除了声学换能器装置51、61、71之外，电子系统400还包括微处理器(CPU)401、连接到微处理器401的存储器块402，以及输入/输出接口403，例如键盘、和/或显示器，其也连接到微处理器401。
声学换能器装置51、61、71与微处理器401通信，并且特别地转换由与第一管芯21的MEMS感测结构相关联的第二管芯22的ASIC 22'处理的电信号。
电子系统400例如是移动通信设备、手机、智能手机、计算机、平板电脑、PDA、笔记本、诸如智能手表的可穿戴设备、录音机、具有录音功能的音频文件播放器、视频游戏控制台等。
通过检查本文描述和说明的本发明的特性，其提供的优点是显而易见的。
例如，由于使用半导体层以及在制造工艺结束(线的后端)时实施晶圆分割的可能性，最小化过滤模块52的厚度意味着过滤模块52对声学换能器装置的信噪比的影响可忽略不计。
此外，过滤模块52的小厚度使得能够在过滤模块和麦克风之间形成堆叠，从而进一步减小过滤模块52对声学换能器装置的声学性能的影响。
此外，与现有技术相比，将声学换能器装置中的过滤模块52集成为具有更大的灵活性是可能的。
最后，清楚的是，可以对在本文描述和示出的本发明进行修改和变化，而不脱离其范围。
例如，过滤模块52在平面xy中可以在平面图中具有不同的形状，例如圆形的或椭圆形的或通常多边形的、或具有圆角的多边形。
此外，可以在图7A至图7G的制造工艺中实施附加的步骤，其被设计为在过滤层56的在使用中面向声音端口28的表面上形成疏水材料层(例如，SiO2)。
另外，参考前面描述的所有实施例，设想在过滤层56的在使用中面向声音端口28的表面上的导电路径的集成是可能的。用于到过滤模块52外部的偏置装置的连接的适当路径可以集成在基础衬底23中并且用于静电地偏置过滤层56，以便在过滤模块52上赋予疏水性的特性。为此，基础衬底23可以是LGA类型的衬底，其包括内芯以及一个或多个金属层，金属层在芯的相对面上延伸。例如，芯由例如FR4的刚性介电材料的管芯限定。
此外，将由过滤模块52和第一管芯21形成的堆叠(如图5所示)布置在基础衬底23的凹部(图4所示类型的)中是可能的。
最后，对于先前描述的每个实施例，可以设想MEMS声学换能器装置的不同配置，特别是关于组成元件的几何形状。在封装内部的空间允许的情况下，除了MEMS声学换能器之外，可能还在封装本身内容纳多个MEMS传感器，每个MEMS传感器可能提供有需要与外部环境连通的敏感元件。可以进一步提供其他集成电路(例如，ASIC)并将其容纳在相同封装内。
可以组合上述各种实施例以提供进一步的实施例。
根据以上详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。通常，在以下权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求有权享有的等同的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (27)

1.一种用于制造过滤模块的方法，所述方法包括：
形成多层体，所述多层体包括：
过滤层，所述过滤层为半导体材料并且具有小于10μm的厚度，
第一结构层，在所述过滤层的第一侧处，以及
第二结构层，在所述过滤层的第二侧处，所述第二侧与所述第一侧相对；
在所述第一结构层中形成贯通开口；
去除所述过滤层的选择性部分以形成多个贯通开口；以及
去除所述第二结构层以流体地耦合所述过滤层的所述第一侧和所述第二侧，从而形成过滤膜，所述过滤膜配置为限制阈值尺寸以上的污染颗粒的通过。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值尺寸大于5μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其中去除选择性部分包括：以这样的方式形成所述多个贯通开口，使得所述贯通开口的体积之和与所述过滤膜的悬浮部分的体积之间的比率在0.3和0.7之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述过滤层包括：生长半导体层。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述过滤层的所述第一侧形成疏水层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一结构层是硅衬底，其中所述过滤层包括：在所述第一结构层上生长多晶硅，并且其中形成所述多层体包括：将所述第二结构层耦合到所述过滤层。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：减小所述第一结构层的厚度。
8.根据权利要求6所述的方法，其中形成所述疏水层包括：在所述第一结构层上沉积疏水材料以及图形化所述疏水材料以限定用于去除所述过滤层的选择性部分的蚀刻掩模，并且其中去除所述选择性部分包括：去除所述过滤层的未被所述疏水材料覆盖的部分。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二结构层是硅衬底，其中形成所述过滤层包括：在所述第二结构层上生长多晶硅，并且其中形成所述多层体包括：通过在所述过滤层上生长多晶硅来形成所述第一结构层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中继续生长所述第一结构层直到达到所述第一结构层的厚度在30μm和60μm之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二结构层是提供有蚀刻停止区域的硅衬底，其中形成所述过滤层包括：在所述蚀刻停止区域上沉积多晶硅，并且其中形成所述多层体包括：通过在所述过滤层上生长多晶硅来形成所述第一结构层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中继续在所述过滤层上生长多晶硅直到达到30μm和60μm之间的厚度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述疏水层包括：在所述过滤层上沉积疏水材料以及图形化所述疏水材料以限定用于去除所述过滤层的所述选择性部分的蚀刻掩模，并且其中去除所述选择性部分包括：去除所述过滤层的未被所述疏水层覆盖的部分，直到达到所述蚀刻停止区域。
14.一种声学换能器装置，包括：
封装，具有一起限定所述封装的内部空间的基础衬底和覆盖元件，所述基础衬底具有与所述封装外部的环境声学连通的声音端口；
MEMS声学换能器，在所述封装的所述内部空间中，并且具有面向所述声音端口的声学室；以及
过滤模块，在所述封装的所述内部空间中，并且被布置在所述MEMS声学换能器与所述声音端口之间，所述过滤模块包括具有与所述声音端口和所述声学室流体连接的多个贯通开口的过滤膜，所述过滤膜由半导体材料制成并且具有小于10μm的厚度。
15.根据权利要求14所述的声学换能器装置，其中每个贯通开口具有的形状和尺寸使得限制具有大于5μm的尺寸的污染颗粒的通过。
16.根据权利要求14所述的声学换能器装置，其中所述贯通开口的体积之和与所述过滤膜的悬浮部分的体积之间的比率包括在0.3和0.7之间。
17.根据权利要求14所述的声学换能器装置，其中所述过滤膜由硅制成。
18.根据权利要求14所述的声学换能器装置，其中所述过滤模块进一步包括具有在30μm和120μm之间的厚度的硅的支撑层，所述支撑层在所述基础衬底上，所述过滤膜在所述支撑层上。
19.根据权利要求14所述的声学换能器装置，其中所述基础衬底包括在所述声音端口与所述内部空间之间的凹部，并且其中所述过滤模块至少部分地在所述凹部中。
20.根据权利要求14所述的声学换能器装置，其中所述MEMS声学换能器在所述过滤模块上并且形成堆叠。
21.根据权利要求14所述的声学换能器装置，其中所述过滤膜完全包含在所述声学室内。
22.根据权利要求14所述的声学换能器装置，其中所述过滤膜包括面向所述声音端口的疏水材料的层。
23.一种电子系统，包括：
微处理器；以及
声学换能器装置，被耦合到所述微处理器，所述声学换能器装置包括：
封装，具有一起限定所述封装的内部空间的基础衬底和覆盖元件，所述基础衬底具有与所述封装外部的环境声学连通的声音端口；
MEMS声学换能器，在所述封装的所述内部空间中，并且具有面向所述声音端口的声学室；以及
过滤模块，在所述封装的所述内部空间中，并且被布置在所述MEMS声学换能器与所述声音端口之间，所述过滤模块包括具有与所述声音端口和所述声学室流体连接的多个贯通开口的过滤膜，所述过滤膜由半导体材料制成并且具有小于10μm的厚度。
24.根据权利要求23所述的电子系统，其中所述电子系统是以下中的至少一个：移动通信设备、手机、智能电话、计算机、平板电脑、PDA、笔记本电脑、诸如智能手表的可穿戴设备、录音机、具有录音功能的音频文件播放器、视频游戏控制台。
25.一种用于组装声学换能器装置的方法，所述方法包括：
将过滤模块放置在MEMS声学换能器与封装体的声音端口之间，所述过滤模块包括具有多个贯通开口的过滤膜，所述过滤膜是半导体材料并且具有小于10μm的厚度。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述过滤膜限制5μm以上的污染颗粒的通过。
27.根据权利要求25所述的方法，其中封装体是衬底，所述方法进一步包括：在所述衬底上方放置帽以包围所述MEMS声学换能器。
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