CN112104961A - 微机电结构与mems麦克风 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种微机电结构与MEMS麦克风，该微机电结构包括：背板；振动膜，与背板之间具有间隙，并与背板构成可变电容；以及保护层，覆盖背板并与背板接触，其中，背板具有靠近振动膜的第一表面与远离振动膜的第二表面，第一表面和/或第二表面具有至少一个凸起和/或凹陷，以增加背板与保护层的接触面积。该微机电结构通过设置与背板接触的保护层，提高了背板的强度，并且通过在背板的至少一个表面上形成凸起/或凹陷，从而增加背板的表面积，进而增加了保护层与背板的接触面积，提高了保护层与背板的结合强度。

Description

微机电结构与MEMS麦克风
技术领域
本申请涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及微机电结构与MEMS麦克风。
背景技术
基于微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)制造的麦克风被称为MEMS麦克风，通常包括微机电结构以及与之电连接的功能集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit,ASIC)芯片。MEMS麦克风是通过与集成电路制造兼容的表面加工或体硅加工工艺制造的麦克风，由于可以利用持续微缩的CMOS工艺技术，MEMS麦克风可以做得很小，使得它可以广泛地应用到手机、笔记本电脑、平板电脑和摄像机等便携设备中。
MEMS麦克风的主要结构为两块电容极板，即振动膜和背板，它的工作原理是压力引起振动膜的形变，导致电容值发生改变，从而转换为电信号输出，由此可知，振动膜和背板是MEMS麦克风的关键结构。
因此，希望提供一种改进的微机电结构与MEMS麦克风，从而提高产品的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种改进的微机电结构与MEMS麦克风，通过设置与背板接触的保护层，从而提高了背板的强度。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种微机电结构，包括：背板；振动膜，与所述背板之间具有间隙，并与所述背板构成可变电容；以及保护层，覆盖所述背板并与所述背板接触，其中，所述背板具有靠近所述振动膜的第一表面与远离所述振动膜的第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面具有至少一个凸起和/或凹陷，以增加所述背板与所述保护层的接触面积。
可选地，所述保护层为一体结构，并包覆所述背板。
可选地，所述保护层与所述背板共形。
可选地，所述保护层的厚度至少为所述背板的厚度的3倍。
可选地，所述振动膜具有至少一个凸起和/或凹陷，所述背板的第一表面的凸起和凹陷与所述振动膜的凸起与凹陷的位置对应，所述保护层远离所述振动膜的表面至少保留部分所述背板的凸起和凹陷形貌，或者不保留所述背板的凸起和凹陷形貌。
可选地，所述背板包括至少一个通孔，所述保护层覆盖所述通孔的侧壁。
可选地，还包括：衬底，具有腔体，所述振动膜位于所述衬底上并覆盖所述腔体；以及支撑结构，位于所述背板与所述振动膜之间。
可选地，所述保护层的材料包括氮化硅。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种MEMS麦克风，包括如上所述的微机电结构。
根据本发明实施例提供的微机电结构与MEMS麦克风，通过设置与背板接触的保护层，提高了背板的强度，并且通过在背板的至少一个表面上形成凸起/或凹陷，从而增加背板的表面积，进而增加了保护层与背板的接触面积，提高了保护层与背板的结合强度。
进一步的，通过将保护层制作为包覆背板的一体结构，进一步提高保护层与背板的结合强度。
进一步的，通过控制保护层的厚度使得保护层的厚度至少为背板厚度的3倍，从而进一步提高了背板的机械强度，在受到机械冲击的情况下，较厚保护层可以减少背板被损伤的概率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。
图1示出了相关技术中的微机电结构示意图。
图2a示出了本发明第一实施例的微机电结构示意图。
图2b示出了图2a中背板的部分放大结构示意图。
图3示出了本发明第二实施例的微机电结构示意图。
图4示出了本发明第三实施例的微机电结构示意图。
图5示出了本发明实施例的MEMS麦克风的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”等表述方式。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1示出了相关技术中的微机电结构示意图。
如图1所示，相关技术中的微机电结构100包括：背板110、振动膜120、衬底130、支撑结构140、第一保护层151以及第二保护层152。背板110与振动膜120之间具有间隙101，以构成可变电容，其中，背板110具有与间隙101连通的通孔102。衬底130具有腔体131，振动膜120位于衬底130上并覆盖腔体131。支撑结构140位于背板110与振动膜120之间。第一保护层151覆盖背板110靠近振动膜120的表面，第二保护层152覆盖背板110远离振动膜120的表面与通孔102的侧壁，第一保护层151与第二保护层的材料为绝缘材料152，用于保护导电的背板110。
然而，在相关技术中，第一保护层151、第二保护层152与背板110会因为材料和应力不同，使得第一保护层151、第二保护层152与背板110在结合界面上有脱落的风险，在受到机械冲击后也可能发生分层的风险。
图2a示出了本发明第一实施例的微机电结构示意图，图2b示出了图2a中背板的部分放大结构示意图。
如图2a与图2b所示，本发明的第一实施例微机电结构200包括背板210、振动膜220、衬底230、支撑结构240以及保护层250。背板210与振动膜220之间具有间隙201，以构成可变电容。保护层250覆盖背板210并与背板210接触。衬底230具有腔体231，振动膜220位于衬底230上并覆盖腔体231。支撑结构240位于背板210与振动膜220之间。其中，背板210具有靠近振动膜220的第一表面210a与远离振动膜220的第二表面210b，背板的第一表面210a和/或第二表面210b具有至少一个凸起和/或凹陷，以增加背板210的表面积，从而增加了背板210与保护层250的接触面积，提高了保护层250与背板210的结合强度。
在一些具体的实施例中，背板210具有与间隙201连通的通孔202(或者开槽)，保护层250覆盖通孔202的侧壁。背板210的第一表面210a具有凸起211、凹陷212以及凸起213，第二表面210b具有凸起214与凹陷215，其中，凸起213与凹陷215的位置对应。保护层250呈一体结构包覆背板210，保护层250的材料包括但不限于氮化硅，保护层250在第一表面210a与第二表面210b上的厚度和至少为背板210厚度的3倍。在本实施例中，保护层250靠近振动膜220的表面251与远离振动膜的表面252均为平面。
然而，本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对背板的第一表面210a与第二表面210b上的凸起、凹陷的数量、位置以及尺寸进行其他设计，或者还可以根据需要使得保护层250仅覆盖背板的第一表面210a与第二表面210b中的一面。
图3示出了本发明第二实施例的微机电结构200示意图。
如图3所示，本发明第二实施例的微机电结构200包括背板210、振动膜220、衬底230、支撑结构240以及保护层250，背板210与振动膜220之间具有间隙201，以构成可变电容。保护层250覆盖背板210并与背板210接触。衬底230具有腔体231，振动膜220位于衬底230上并覆盖腔体231。支撑结构240位于背板210与振动膜220之间。其中，背板210具有靠近振动膜220的第一表面210a与远离振动膜220的第二表面210b，背板的第一表面210a和/或第二表面210b具有至少一个凸起和/或凹陷，以增加背板210的表面积，从而增加了背板210与保护层250的接触面积，提高了保护层250与背板210的结合强度。本发明第二实施例与第一实施例类似，可参照图2a与图2b的描述，此处不再赘述。与第一实施例的不同之处在于，本实施例的振动膜220具有至少一个凸起和/或凹陷，背板210的第一表面210a的凸起和凹陷与振动膜220的凸起与凹陷位置对应。
在一些具体的实施例中，振动膜220具有凹陷221、凸起222以及凹陷223，分别与背板第一表面210a的凸起211、凹陷212以及凸起213对应，在本实施例中，保护层250与背板210共形，在保护层的表面251具有与凸起211、凹陷212以及凸起213对应的形貌，在保护层的表面252具有与凸起214与凹陷215对应的形貌。在一些其他实施例中，保护层250远离振动膜220的表面252仅保留部分背板210的凸起和凹陷形貌，例如保护层的表面252仅保留凹陷215的形貌。
图4示出了本发明第三实施例的微机电结构200示意图。
如图4所示，本发明第三实施例的微机电结构200包括背板210、振动膜220、衬底230、支撑结构240以及保护层250，背板210与振动膜220之间具有间隙201，以构成可变电容。保护层250覆盖背板210并与背板210接触。衬底230具有腔体231，振动膜220位于衬底230上并覆盖腔体231。支撑结构240位于背板210与振动膜220之间。其中，背板210具有靠近振动膜220的第一表面210a与远离振动膜220的第二表面210b，背板的第一表面210a和/或第二表面210b具有至少一个凸起和/或凹陷，以增加背板210的表面积，从而增加了背板210与保护层250的接触面积，提高了保护层250与背板210的结合强度。本发明第三实施例与第二实施例类似，可参照图3的描述，此处不再赘述。与第二实施例的不同之处在于，本实施例的保护层250远离振动膜220的表面252为平面，保护层的表面252并未保留凸起213与凹陷215对应的形貌。
图5示出了本发明实施例的MEMS麦克风的结构示意图。
如图5所示，该MEMS麦克风包括：微机电结构200、芯片结构300、基板400、外壳500。其中，基板400与外壳500作为该器件的封装结构。本发明施例的微机电结构200可以在上述所列举的三个实施例中进行选择，芯片结构300例如为ASIC芯片，基板400例如为引线框架或PCB电路板。在本实施例中，微机电结构200与芯片结构300通过焊盘电连接，封装结构的基板400与外壳500用于形成封装结构的容置腔，微机电结构200与芯片结300位于容置腔内。
然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要将图2a至图4所描述的微机电结构应用到其它传感器中。
根据本发明实施例提供的微机电结构与MEMS麦克风，通过设置与背板接触的保护层，提高了背板的强度，并且通过在背板的至少一个表面上形成凸起/或凹陷，从而增加背板的表面积，进而增加了保护层与背板的接触面积，提高了保护层与背板的结合强度。
进一步的，通过将保护层制作为包覆背板的一体结构，进一步提高保护层与背板的结合强度。
进一步的，通过控制保护层的厚度使得保护层的厚度至少为背板厚度的3倍，从而进一步提高了背板的机械强度，在受到机械冲击的情况下，较厚保护层可以减少背板被损伤的概率。
在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种微机电结构，包括：
背板；
振动膜，与所述背板之间具有间隙，并与所述背板构成可变电容；以及
保护层，覆盖所述背板并与所述背板接触，
其中，所述背板具有靠近所述振动膜的第一表面与远离所述振动膜的第二表面，
所述第一表面和/或所述第二表面具有至少一个凸起和/或凹陷，以增加所述背板与所述保护层的接触面积。
2.根据权利要求1所述的微机电结构，其中，所述保护层为一体结构，并包覆所述背板。
3.根据权利要求1所述的微机电结构，其中，所述保护层与所述背板共形。
4.根据权利要求1所述的微机电结构，其中，所述保护层的厚度至少为所述背板的厚度的3倍。
5.根据权利要求1所述的微机电结构，其中，所述振动膜具有至少一个凸起和/或凹陷，所述背板的第一表面的凸起和凹陷与所述振动膜的凸起与凹陷的位置对应，
所述保护层远离所述振动膜的表面至少保留部分所述背板的凸起和凹陷形貌，或者不保留所述背板的凸起和凹陷形貌。
6.根据权利要求1所述的微机电结构，其中，所述背板包括至少一个通孔，所述保护层覆盖所述通孔的侧壁。
7.根据权利要求1-6任一项微机电结构，还包括：
衬底，具有腔体，所述振动膜位于所述衬底上并覆盖所述腔体；以及
支撑结构，位于所述背板与所述振动膜之间。
8.根据权利要求1-6任一项微机电结构，其中，所述保护层的材料包括氮化硅。
9.一种MEMS麦克风，包括如权利要求1至8任一项所述的微机电结构。
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