CN112822615A - 骨传导mems芯片以及其制备方法和骨传导拾音器件 - Google Patents

Abstract

该发明公开了一种骨传导MEMS芯片以及其制备方法和骨传导拾音器件，所述骨传导MEMS芯片包括：第一基底、第二基底和多晶硅结构层，所述多晶硅结构层设有用于通过振动来检测声音的振动电容结构和用于传输所述振动电容结构电容变化信息的金属连接部；所述第二基底和所述第一基底之间密封以限定出密封腔，所述振动电容结构设在所述密封腔内。根据本发明的骨传导MEMS芯片，能够实现对振动电容结构的密封以通过机械振动传导声音，避免了空气传导声音的干扰，而且不需要依靠外部外壳封装来实现密封环境，提高了产品的一致性和可靠性。

Description

骨传导MEMS芯片以及其制备方法和骨传导拾音器件

技术领域

本发明涉及微机电系统传感器领域，具体涉及一种骨传导MEMS芯片以及其制备方法和骨传导拾音器件。

背景技术

骨传导拾音器件是通过采集人讲话时头颈部骨骼的振动信号，再利用信号处理芯片把收集到的振动信号转换为电信号来实现声音的采集。传统麦克风则是通过空气振动采集声音，抗干扰能力差，噪音高。传统麦克风的MEMS芯片一般包括具有背腔的基底、在基底上方设置的由背极板和振膜构成的平行板电容器，现有的骨传导麦克风通常是在传统麦克风的基础上，再在MEMS芯片的振膜上设置一质量块来采集头骨的振动信号，这种骨传导麦克风需要依靠外壳封装来保证密封性，密封性差且通常体积较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种骨传导MEMS芯片，密封效果好，可靠性高且一致性好。

根据本发明实施例的骨传导MEMS芯片，包括：第一基底，所述第一基底包括第一衬底；多晶硅结构层，所述多晶硅结构层形成在所述第一基底上，所述多晶硅结构层设有用于传输所述振动电容结构电容变化信息的金属连接部，所述多晶硅结构层包括质量块和振动电容结构，所述振动电容结构包括电容固定件和与所述质量块相连的电容浮动件，所述电容固定件设有多个固定梳齿，所述电容浮动件设有多个可动梳齿，多个所述可动梳齿插设配合在多个所述固定梳齿之间，相邻所述可动梳齿与所述固定梳齿之间具有活动间隙，所述电容浮动件相对所述电容固定件可活动；第二基底，所述第二基底包括第二衬底，所述第二基底与所述第一基底以所述多晶硅结构层作为中间层进行键合，所述第二基底和所述第一基底之间限定出密封腔，所述振动电容结构形成在所述密封腔内。

根据本发明实施例的骨传导MEMS芯片，通过第一基底和第二基底密封连接形成密封振动电容结构的密封腔，从而实现对振动电容结构的密封以通过机械振动传导声音，避免了空气传导声音的干扰，而且不需要依靠外部外壳封装来实现密封环境，提高了产品的一致性和可靠性。

根据本发明的一些实施例，所述第一基底还包括形成在所述第一衬底上的绝缘层、引线层和牺牲层，所述绝缘层形成在所述第一衬底表面且具有第一窗口，所述引线层形成在所述绝缘层表面且穿过第一窗口与所述第一衬底接触，所述牺牲层形成在所述绝缘层和所述引线层表面，所述多晶硅结构层形成在所述牺牲层和所述引线层表面。

根据本发明的一些实施例，所述质量块包括浮动装置，所述浮动装置包括弹性部和固设在所述基底上的固定部，所述弹性部分别与所述固定部和所述电容浮动件相连，所述弹性部振动以带动所述电容浮动件相对所述电容固定件活动。

进一步地，所述浮动装置为两个，两个所述浮动装置沿所述电容浮动件的长度方向间隔开设置且分别与所述电容浮动件相连，所述电容浮动件的两端分别与所述浮动装置的弹性部相连。

进一步地，所述弹性部包括多个连接横梁，多个所述连接横梁间隔开设置且彼此首尾连接，最邻近所述固定部的所述连接横梁与所述固定部连接。

可选地，所述电容固定件包括固设在所述基底上的支撑梁，多个所述固定梳齿沿所述支撑梁的长度方向间隔开设置且设在所述支撑梁的至少一侧。

可选地，所述质量块内形成有浮动腔，所述可动梳齿设在所述浮动腔的相对侧壁上，所述电容固定件位于所述浮动腔内，所述可动梳齿与所述固定梳齿的插设配合。

可选地，所述质量块、所述浮动装置和所述电容固定件中的至少一个上设有防撞凸起。

根据本发明的一些实施例，所述第二基底包括第一键合结构，所述第一基底包括第二键合结构，所述第一键合结构形成在所述第二衬底表面，所述第二键合结构形成在所述多晶硅结构层表面，所述第一键合结构和所述第二键合结构键合以在所述第一基底和所述第二基底之间形成所述密封腔。

本发明还提出了一种骨传导拾音器件，

根据本发明实施例的骨传导拾音器件包括：上述实施例所述的骨传导MEMS芯片；PCB板，所述骨传导MEMS芯片设在所述PCB板的上方，所述金属连接部与所述PCB板电连接；ASIC信号处理芯片，所述ASIC信号处理芯片与所述PCB板电连接。

根据本发明的一些实施例，所述ASIC信号处理芯片设在所述PCB板上且位于所述骨传导MEMS芯片的一侧。

根据本发明的一些实施例，所述ASIC信号处理芯片设在所述骨传导MEMS芯片的上方。

根据本发明的一些实施例，所述骨传导拾音器件还包括实体封装部，所述实体封装部填充形成在所述骨传导MEMS芯片、所述PCB板和所述ASIC信号处理芯片之间，所述实体封装部位于所述PCB板的上方且与所述PCB板配合实体密封。

本发明还提出了一种骨传导MEMS芯片的制备方法。

根据本发明实施例的骨传导MEMS芯片的制备方法，形成第一基底，所述第一基底包括第一衬底；于所述第一基底表面形成多晶硅结构层；于所述多晶硅结构层表面形成金属连接部；

刻蚀所述多晶硅结构层和所述第一基底以形成振动电容结构和与所述振动电容结构相连的质量块，所述振动电容结构包括支撑在所述第一基底表面的电容固定件和悬浮于所述第一基底设置的电容浮动件，所述电容固定件设有多个固定梳齿，所述电容浮动件设有多个可动梳齿，多个所述可动梳齿插设配合在多个所述固定梳齿之间，相邻所述可动梳齿与所述固定梳齿之间具有活动间隙，所述电容浮动件相对所述电容固定件可活动；

形成第二基底，包括：提供第二衬底；对所述第二衬底刻蚀以形成第一空腔和第二空腔；所述第二基底与所述第一基底以所述多晶硅结构层为中间层进行键合，所述第一空腔与所述第一基底限定出密封腔，所述振动电容结构位于所述密封腔内，所述第二空腔与所述金属连接部对应。

根据本发明的一些实施例，形成所述第一基底的步骤包括：提供所述第一衬底；于所述第一衬底表面形成具有第一窗口的绝缘层；形成部分覆盖所述绝缘层表面的引线层，所述引线层填充所述第一窗口以与所述第一衬底接触；形成牺牲层，所述牺牲层覆盖所述绝缘层和所述引线层表面，所述牺牲层形成有暴露所述引线层的第二窗口；在于所述第一基底表面形成多晶硅结构层的步骤中，所述多晶硅结构层形成在所述牺牲层表面且填充所述第二窗口；

在刻蚀所述多晶硅结构层和所述第一基底以形成振动电容结构和与所述振动电容结构相连的质量块的步骤中，对所述多晶硅结构层和所述牺牲层进行刻蚀以形成所述振动电容结构和所述质量块。

可选地，在于所述多晶硅结构层形成振动电容结构的步骤中包括：图形化所述多晶硅结构层以形成所述振动电容结构和所述质量块；去除部分所述牺牲层，使得部分所述振动电容结构悬空以在振动时可活动。

根据本发明的一些实施例，在于所述多晶硅结构层表面形成金属连接部步骤包括：于所述多晶硅结构层表面形成保护层，所述保护层形成有暴露所述多晶硅结构层的第三窗口；于所述第三窗口内形成所述金属连接部；去除所述保护层。

根据本发明的一些实施例，在形成所述第二基底的步骤中，在对所述第二衬底刻蚀形成第一空腔和第二空腔之前还包括以下步骤：于所述第二衬底表面形成止挡结构；于所述第二衬底表面且与所述止挡结构内形成第一键合结构；在形成所述金属连接部的步骤中，所述第三窗口为多个，在与所述第一键合结构对应位置的所述第三窗口内形成第二键合结构；在所述第一基底和所述第二基底键合的步骤中，所述第一键合结构和所述第二键合结构键合。

根据本发明的一些实施例，在所述第一基底和所述第二基底键合后还包括：将所述第二衬底的形成所述第二空腔的顶部部分去除。

根据本发明的一些实施例，所述多晶硅结构层的厚度大于10μm。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的骨传导MEMS芯片的结构示意图；

图2为本发明的另一个实施例的骨传导MEMS芯片的结构示意图；

图3为本发明的一个实施例的骨传导MEMS芯片的振动电容结构的结构示意图；

图4为本发明的一个实施例的骨传导拾音器件的结构示意图；

图5为本发明的另一个实施例的骨传导拾音器件的结构示意图；

图6为本发明实施例的骨传导MEMS芯片的制备方法的流程示意图；

图7-图19为本发明一具体实施例的骨传导MEMS芯片的制备方法的各步骤剖面图；

图20为本发明实施例的骨传导MEMS芯片的多晶硅结构层的部分结构示意图；

图21为本发明实施例的骨传导MEMS芯片部分剖视图。

1000：骨传导拾音器件；

100：骨传导MEMS芯片；

10：第一基底，1：第一衬底，11：金属连接部，12：多晶硅结构层；

2：振动电容结构，21：电容固定件，211：固定梳齿，212：支撑梁，22：电容浮动件，221：可动梳齿，222：浮动腔，223：容纳腔，23：浮动装置，231：固定部，232：弹性部，233：第一连接横梁，234：第二连接横梁，235：第三连接横梁；

30：第二基底，3：第二衬底，31：密封腔，32：第一空腔，33：第二空腔，34：第一键合结构，35：止挡结构；

4：绝缘层，41：第一窗口，5：引线层，6：牺牲层，61：第二窗口，7：保护层，71：第三窗口，72：第二键合结构；

8：质量块，81：外围固定墙结构，82：防撞凸起，83：释放孔；

200：ASIC信号处理芯片；

300：导线；

400：实体封装部；

500：PCB板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种骨传导MEMS芯片100作进一步详细说明。

下面参考附图描述根据本发明实施例的骨传导MEMS芯片100。

结合图1-图5以及图18-图21所示，根据本发明实施例的骨传导MEMS芯片100可以包括第一基底10、第二基底30和多晶硅结构层12，第一基底10包括第一衬底1，第二基底30包括第二衬底3。多晶硅结构层12包括用于通过振动来检测声音的振动电容结构2和设有用于传输振动电容结构2的电容变化信息的金属连接部11，第二基底30与第一基底10以多晶硅结构层12作为中间层键合相连，第二基底30和第一基底之间密封以限定出密封腔31，振动电容结构2设在密封腔31内。

如图18-图21所示，第一基底10还包括绝缘层4、引线层5和牺牲层6，绝缘层4、引线层5和牺牲层6形成在第一衬底1上，绝缘层4形成有第一窗口41，引线层5穿过第一窗口41与第一衬底1接触，即引线层5通过第一窗口41与第一衬底1连接，牺牲层6形成在绝缘层4和引线层5表面，多晶硅结构层12形成在牺牲层6上，牺牲层6形成有第二窗口61，多晶硅结构层12通过第二窗口61连接至引线层5，以形成支撑并能够实现信号传递。

多晶硅结构层12可以包括质量块8和振动电容结构2，金属连接部11形成在多晶硅结构层12表面，其中，振动电容结构2用于通过振动来检测声音，具体地，振动电容结构2根据人体头骨传播的声音开始振动，振动电容结构2振动并产生电容变化，从而实现将声音转化为不同频率的机械振动，并转化为电信号，以此来检测声音实现通过骨传导传递声音，由此可避免空气传导声音所产生的噪声干扰，提高声音质量。金属连接部11用于将振动电容结构2产生的电容变化信息传输出去进行处理，从而完成声音的传导。

第二基底30设在第一基底10上方且与第一基底10密封连接，使得第二基底30与第一基底10之间形成密封腔31，振动电容结构2位于密封腔31内，由此通过第一基底10和第二基底30可实现对振动电容结构2的密封，这样声音无法通过空气传递至振动电容结构2内，能够避免外部噪音干扰，实现通过振动来传递声音，而且骨传导MEMS芯片100自身通过第一基底10和第二基底30的密封连接来实现对振动电容结构2的密封，从而不需要依靠外壳封装来实现骨传导MEMS芯片100的密封环境，不仅提高了密封效果，一致性好且能够提高产品良率，也便于骨传导MEMS芯片100的安装。

其中第二基底30和第一基底10之间可采用半导体键合工艺连接，以保证第一基底10和第二基底30之间的密封连接效果。进一步地，金属连接部11设在多晶硅结构层12表面，第二基底30与第一基底10密封连接时，金属连接部11露出以便于与其它部件电连接，例如，第二基底30覆盖第一基底10的上表面的一部分，金属连接部11形成在未被第二基底30覆盖的部分上，以便于金属连接部11露出与其它部件导线连接。

由此，根据本发明实施例的骨传导MEMS芯片100，通过第一基底10和第二基底30密封连接形成密封振动电容结构2的密封腔31，从而实现对振动电容结构2的密封以通过机械振动传导声音，避免了空气传导声音的干扰，而且不需要依靠外部外壳封装来实现密封环境，提高了产品的一致性和可靠性。

其中振动电容结构2和质量块8可在第一基底10表面采用光刻刻蚀等工艺形成，或者可通过光刻刻蚀工艺形成后移植到第一基底10表面。如图1和图17所示，第二衬底3可通过光刻、刻蚀等工艺形成第一空腔32和第二空腔33，其中第一空腔32与振动电容结构2位置对应且与第一基底10配合形成密封腔31，第二空腔33与金属连接部11位置对应，这样第二基底30与第一基底10密封封装后，振动电容结构2密封在密封腔31内，通过骨传导实现声音的传递，第二空腔33形成在第二衬底3的边缘处且与第一基底10配合以适于容纳金属连接部11。其中第二基底30与第一基底10键合后，可通过物理处理工艺去除第二衬底3形成第二空腔33的顶部部分，例如，可将第二衬底3对应形成第二空腔33的顶部的部分物理切割掉，使得金属连接部11露出以方便金属连接部11与其它部件的连接。

结合图3和图20所示，振动电容结构2可以包括电容固定件21和电容浮动件22，电容固定件21设有多个固定梳齿211，电容浮动件22设有多个可动梳齿221，多个可动梳齿221插设配合在多个固定梳齿211之间，相邻可动梳齿221与固定梳齿211之间具有活动间隙，电容浮动件22相对电容固定件21可活动。

具体地，电容固定件21固定形成在第一基底10上，电容浮动件22设在第一基底10上且相对电容固定件21可活动，这样，电容固定件21和电容浮动件22配合构成电容器，电容浮动件22活动，从而在电容固定件21和电容浮动件22之间产生电容信号变化，例如人体头骨振动带动电容浮动件22振动，以此来采集头骨的振动信号，这样振动电容结构2振动产生电容信号变化，通过将振动信号转化为电容信号来实现声音的采集。

其中，电容固定件21上设有多个固定梳齿211，多个固定梳齿211之间间隔开设置且相邻梳齿之间具有一定间隔空间，电容浮动件22设有多个间隔开设置的可动梳齿221，多个可动梳齿221之间具有一定间隔空间，这样，多个可动梳齿221配合在多个固定梳齿211之间，每个可动梳齿221插设在相邻两个固定梳齿211之间，每个可动梳齿221与相邻固定梳齿211之间具有活动间隙，这样，电容浮动件22相对电容固定件21活动，可动梳齿221相对固定梳齿211活动，由此使得可动梳齿221与固定梳齿211之间的距离产生变化，从而使得可动梳齿221与固定梳齿211之间产生电容信号变化，多组可动梳齿221和固定梳齿211之间产生的电容信号变化即振动电容结构2产生的电信号变化，从而实现通过电信号来检测声音。

如图3和图20所示，质量块8可以还包括浮动装置23，电容浮动件22可设在质量块8上，通过浮动装置23振动能够带动电容浮动件22相对电容固定件21活动。浮动装置23可以包括弹性部232和固设在第一基底10上的固定部231，弹性部232分别与固定部231和电容浮动件22相连，弹性部232振动以带动电容浮动件22相对电容固定件21活动。具体地，弹性部232通过固定部231支撑固定，振动电容结构2振动，弹性部232振动且能够产生弹性变形从而带动电容浮动件22活动。

在如图3所示的示例中，浮动装置23可以为两个，两个浮动装置23沿电容浮动件22的长度方向间隔开设置且分别与电容浮动件22相连，电容浮动件22的两端分别与浮动装置23的弹性部232相连。这样多个可动梳齿221沿电容浮动件22的长度方向均匀间隔开设置，电容浮动件22通过两个浮动装置23支撑，且电容浮动件22分别与两个弹性部232相连，由此振动电容结构2振动，弹性部232振动产生变形，从而带动电容浮动件22在沿其长度方向上可活动，以与电容固定件21配合产生电容信号变化。

可选地，如图3所示，弹性部232可以包括多个连接横梁，多个连接横梁间隔开设置且彼此首尾连接，具体地，多个连接横梁沿电容浮动件22的长度方向间隔开设置且每个连接横梁的两端分别与相邻的两个连接横梁连接，其中最邻近固定部231的连接横梁与固定部231连接，最邻近固定部231的连接横梁的一端与相邻的连接横梁相连且另一端为自由端，最邻近电容浮动件22的连接横梁与电容浮动件22连接，最邻近电容浮动件22设置的连接横梁一端与邻近的连接横梁相连且另一端为自由端。这样，多个连接横梁彼此相连形成在电容浮动件22的长度方向能够产生变形的弹性部232，从而能够带动电容浮动件22在其长度方向上可活动。

在如图3所示的示例中，弹性部232可以包括三个连接横梁，三个连接横梁平行且沿电容浮动件22的长度方向间隔开设置，三个连接横梁即第一连接横梁233、第二连接横梁234和第三连接横梁235，其中第一连接横梁233与固定部231连接固定且一端与第二连接横梁234的一端固定连接，第二连接横梁234的一端与第一连接横梁233相连且第二连接横梁234的另一端与第三连接横梁235相连，第三连接横梁235与电容浮动件22连接。

对于电容固定件21，结合图3和图20所示，电容固定件21包括固设在第一基底10上的支撑梁212，多个固定梳齿211沿支撑梁212的长度方向间隔开设置且设在支撑梁212的至少一侧，也就是说，电容固定件21包括支撑梁212和设在支撑梁212上的多个固定梳齿211，其中，多个固定梳齿211沿支撑梁212的长度方向间隔开设置，多个固定梳齿211可设在支撑梁212的一侧，或者多个固定梳齿211可设在支撑梁212的两侧。

可选地，质量块8内形成有浮动腔222，可动梳齿221设在浮动腔222的相对侧壁上，电容固定件21位于浮动腔222内，这样不仅方便多个固定梳齿211与多个可动梳齿221的配合，而且电容固定件21配合设在电容浮动件22内，能够使得振动电容结构2结构更加紧凑，也便于振动电容结构2通过光刻、刻蚀等工艺形成。

在如图3所示的具体示例中，质量块8形成为长方形框架，在电容浮动件22内形成有两个浮动腔222，每个浮动腔222的宽度方向的两个内侧壁上分别设有多个可动梳齿221，电容固定件21为两个，两个电容固定件21分别设在两个浮动腔222内，多个可动梳齿221分别插设配合在多个固定梳齿211之间，其中电容浮动件22内还形成有适于容纳浮动装置23的容纳腔223，浮动装置23为两个且分别设在电容浮动件22的两端，从而带动电容浮动件22在长度方向上可活动。

在本发明的一些实施例中，质量块8、浮动装置23和电容固定件21中的至少一个上设有防撞凸起82，通过防撞凸起82从而可减少受到振动时，质量块8、浮动装置23以及电容固定件21之间的撞击力。如图20所示，在浮动装置23的弹性部232上可设有防撞凸起82以减少连接横梁之间以及连接横梁与质量块8之间的振动撞击；防撞凸起82也可形成在质量块8和电容固定件21之间，以减少振动时电容固定件21与质量块8之间的振动撞击。

在本发明的一些实施例中，结合图13、图17和图18所示，第二基底30包括第一键合结构34，第一基底10包括第二键合结构72，第一键合结构34形成在第二衬底3表面，第二键合结构72形成在多晶硅结构层12表面，第一键合结构34和第二键合结构72键合以使得第一基底10和第二基底30相连以形成密封腔31。

本发明还提出了一种骨传导拾音器件。

根据本发明实施例的骨传导拾音器件可以包括：骨传导MEMS芯片100、PCB板500和ASIC信号处理芯片200，其中骨传导MEMS芯片100为上述实施例的骨传导MEMS芯片100。

骨传导MEMS芯片100设在PCB板500的上方，金属连接部11与PCB板500电连接，ASIC信号处理芯片200与PCB板500电连接。这样，骨传导MEMS芯片100的振动电容结构2产生电容信号变化可通过金属连接部11传递至ASIC信号处理芯片200，通过ASIC信号处理芯片200对电容信号进行处理，从而实现对声音的采集，其中，金属连接部11和PCB板500以及ASIC信号处理芯片200与PCB板500均可以通过导线300进行电连接。

由此，根据本发明实施例的骨传导拾音器件，通过设置上述实施例的骨传导MEMS芯片100，骨传导MEMS芯片100自身通过第一基底10和第二基底30密封振动电容结构2，从而不需要设置外壳进行密封封装，而且骨传导MEMS芯片100结构稳定且一致性好，也方便骨传导拾音器件的安装，同时也使得骨传导拾音器件的外部封装体积可以相对减小，提高骨传导拾音器件的密封性和可靠性。

对于ASIC信号处理芯片200的设置而言，在如图4所示的示例中，ASIC信号处理芯片200设在PCB板500上且位于骨传导MEMS芯片100的一侧。由此不仅便于ASIC信号处理芯片200和骨传导MEMS芯片100与PCB板500的电连接，降低导线300连接的难度，而且能够减小骨传导拾音器件封装厚度。在如图5所示的示例中，ASIC信号处理芯片200设在骨传导MEMS芯片100的上方，即ASIC信号处理芯片200与骨传导MEMS芯片100堆叠设置，从而能够减小封装体积，降低封装成本。

在本发明的一些实施例中，骨传导拾音器件还包括实体封装部400，实体封装部400填充形成在骨传导MEMS芯片100、PCB板500和信号处理芯片之间，实体封装部400位于PCB板500的上方且与PCB板500配合实体密封，即PCB板500、骨传导MEMS芯片100、ASIC信号处理芯片200以及ASIC信号处理芯片200与PCB板500的连接导线300和骨传导MEMS芯片100与PCB板500的连接导线300进行实体封装，实体封装部400覆盖PCB板500的上表面，从而进一步地提高骨传导拾音器件的可靠性。

下面参考附图6-图21描述根据本发明实施例的骨传导MEMS芯片的制备方法，所述骨传导MEMS芯片的制备方法用于制备上述实施例的骨传导MEMS芯片100.

图6是本发明实施例的骨传导MEMS芯片的制备方法的流程图，参阅图6，本发明实施例的骨传导MEMS芯片100的制备方法可以包括形成第一基底10，第一基底10包括第一衬底1，于第一基底10表面形成多晶硅结构层12；于多晶硅结构层12表面形成金属连接部11；

刻蚀多晶硅结构层12和第一基底10以形成振动电容结构2和与振动电容结构2相连的质量块8，振动电容结构2包括支撑在第一基底10表面的电容固定件21和悬浮于牺牲层6设置的电容浮动件22，电容固定件21设有多个固定梳齿211，电容浮动件22设有多个可动梳齿221，多个可动梳齿221插设配合在多个固定梳齿211之间，相邻可动梳齿221与固定梳齿211之间具有活动间隙，电容浮动件22相对电容固定件21可活动；

形成第二基底30，形成第二基底30的步骤包括：提供第二衬底3；对第二衬底3刻蚀以形成第一空腔32和第二空腔33；第二基底30与第一基底10键合，第一空腔32与第一基底10限定出密闭空腔，振动电容结构2位于密封空腔内，第二空腔33与金属连接部11对应。

图7-图19是本发明骨传导MEMS芯片100的制备方法的一具体实施例的工艺流程图。

如图7-图9所示，形成第一基底10的步骤包括：提供第一衬底1；于第一衬底1表面形成具有第一窗口41的绝缘层4；形成部分覆盖绝缘层4表面的引线层5，引线层5填充第一窗口41以与第一衬底1接触；形成牺牲层6，牺牲层6覆盖绝缘层4和引线层5表面，牺牲层6形成有暴露引线层5的第二窗口61。

如图7所示，在第一衬底1表面沉积形成绝缘层4，绝缘层4覆盖第一衬底1表面，利用光刻刻蚀技术对绝缘层4进行刻蚀以形成暴露所述第一衬底1的第一窗口41。第一衬底1材料可以为硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(GeSi)、或碳化硅(SiC)；也可以是绝缘体上硅(SOI)，绝缘体上锗(GOI)；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物。绝缘层4可以为氧化硅、氧化锗等。

如图8所示，在绝缘层4表面沉积一层引线层5，引线层5可以为多晶硅层，引线层5至少部分覆盖绝缘层4的表面且填充第一窗口41以与第一衬底1相连，对引线层5进行刻蚀以形成多条走线，其中至少一条走线通过第一窗口41与第一衬底1相连。

如图9所示，在引线层5表面和绝缘层4表面沉积形成牺牲层6，牺牲层6覆盖绝缘层4和引线层5的表面，对牺牲层6进行刻蚀以形成贯穿牺牲层6的第二窗口61，第二窗口61暴露引线层5表面。

如图10所示，于牺牲层6表面沉积形成多晶硅结构层12，多晶硅结构层12填充第二窗口61以通过第二窗口61与引线层5连接，其中多晶硅结构层12可通过外延生长形成，多晶硅结构层12的厚度大于10μm，由此使得后续形成的振动电容结构2的厚度大于10μm，这样相较传统薄膜的麦克风芯片，本发明的振动电容结构2的厚度大，质量大，这样在感受振动时变形大，从而产生的电容信号强，灵敏度会更高。第二窗口61可以为多个，多晶硅结构层12通过第二窗口61连接至引线层5和绝缘层4以形成支撑并能实现信号传递。

如图11-图12所示，在多晶硅结构层12表面形成金属连接部11，具体地，如图11所示，在多晶硅结构层12表面形成保护层7，对保护层7进行刻蚀以形成暴露多晶硅结构层12的第三窗口71，在第三窗口71沉积形成金属连接部11。如图13所示，利用光刻刻蚀去除保护层7，使得金属连接部11暴露出来。

进一步地，如图11和图12所示，第三窗口71可以为多个，在沉积形成金属连接部11时，还可在第三窗口71内沉积形成第二键合结构72，第二键合结构72与金属连接部11的材料是相同的，在第一基底10和第二基底30键合时可通过第二键合结构72与第二基底30键合连接。

如图13-图14所示，对多晶硅结构层12和牺牲层6进行刻蚀以形成振动电容结构2，如图13所示，先利用光刻刻蚀技术对多晶硅结构层12进行刻蚀以在多晶硅结构层12上形成初始振动电容结构2，然后刻蚀掉部分牺牲层6以使得振动电容结构2部分悬空以在受到振动时可以振动；可选地，可采用深硅刻蚀对多晶硅结构层12进行刻蚀，采用气相刻蚀刻蚀掉部分牺牲层6形成振动电容结构2使得受到振动时能够活动。

结合图14和图20所示，对多晶硅结构层12刻蚀后可形成振动电容结构2和质量块8，质量块8可形成多个释放孔84以用于释放应力。振动电容结构2可以包括支撑在牺牲层6表面的电容固定件21和悬浮于牺牲层6和引线层5设置的电容浮动件22，电容固定件21设有多个固定梳齿211，电容浮动件22设有多个可动梳齿221，多个可动梳齿221插设配合在多个固定梳齿211之间，相邻可动梳齿221与所述固定梳齿211之间具有活动间隙，电容浮动件22相对电容固定件21可活动。

如图20所示，骨传导MEMS芯片100还包括外围固定墙结构81，外围固定墙结构81包围质量块8和振动电容结构2且沿牺牲层6的边缘设置以保护振动电容结构2，对多晶硅结构层12刻蚀可形成振动电容结构2、质量块8和包围振动电容结构2和质量块8的外围固定墙结构81，振动电容结构2、质量块8和外围固定墙结构81中之间中的至少一个上可形成防撞凸起82，以减少振动时撞击力。

如图15-图17所示为形成第二基底30的各步骤的剖视图，如图15所示，形成第二基底30包括：提供第二衬底3，在第二衬底3表面形成止挡层，对止挡层进行刻蚀以形成止挡结构35；如图16所示，在第二衬底3表面且与止挡结构35内沉积形成第一键合结构34，第一键合结构34结构与第二键合结构72位置对应，第一键合结构34材料可以为金属材料。具体地，在第二衬底3表面沉积金属层，对金属层进行刻蚀，保留位于止挡结构35内的部分金属层以形成第一键合结构34，这样在第一衬底1和第二衬底3键合时，通过止挡结构35能够防止键合时金属外溢损伤振动电容结构2。

如图17所示，对第二衬底3进行刻蚀，以在第二衬底3表面形成顶部敞开的第一空腔32和第二空腔33，其中第一空腔32形成在止挡结构35之间，第二空腔33形成在第二衬底3的边缘处。

如图18所示，将第一基底和第二基底30键合，即第一基底10的第二键合结构72与第二基底30的第一键合结构34键合在一起，这样，第一空腔32与第一衬底1之间限定密封腔31，振动电容结构2位于密封腔31内，第二空腔33与金属连接部11对应。

如图19所示，将第二衬底3的形成第二空腔的顶部部分去除，即去除掉金属连接部11顶部的用于形成第二空腔33的顶部部分以将金属连接部11暴露出来，从而方便金属连接部11的连接，以便于将接受到的振动信号转换为电信号后传递出去。例如，可采用切割工艺将第二衬底3的位于金属连接部11上方的部分切掉。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种骨传导MEMS芯片，其特征在于，包括：

第一基底，所述第一基底包括第一衬底；

多晶硅结构层，所述多晶硅结构层形成在所述第一基底上，所述多晶硅结构层设有用于传输所述振动电容结构电容变化信息的金属连接部，所述多晶硅结构层包括质量块和振动电容结构，所述振动电容结构包括电容固定件和与所述质量块相连的电容浮动件，所述电容固定件设有多个固定梳齿，所述电容浮动件设有多个可动梳齿，多个所述可动梳齿插设配合在多个所述固定梳齿之间，相邻所述可动梳齿与所述固定梳齿之间具有活动间隙，所述电容浮动件相对所述电容固定件可活动；

第二基底，所述第二基底包括第二衬底，所述第二基底与所述第一基底以所述多晶硅结构层作为中间层进行键合，所述第二基底和所述第一基底之间限定出密封腔，所述振动电容结构形成在所述密封腔内。

2.根据权利要求1所述的骨传导MEMS芯片，其特征在于，所述第一基底还包括形成在所述第一衬底上的绝缘层、引线层和牺牲层，所述绝缘层形成在所述第一衬底表面且具有第一窗口，所述引线层形成在所述绝缘层表面且穿过所述第一窗口与所述第一衬底接触，所述牺牲层形成在所述绝缘层和所述引线层表面，所述多晶硅结构层形成在所述牺牲层和所述引线层表面。

3.根据权利要求1所述的骨传导MEMS芯片，其特征在于，所述质量块包括浮动装置，所述浮动装置包括弹性部和与所述第一衬底上固接的固定部，所述弹性部分别与所述固定部和所述电容浮动件相连，所述弹性部振动以带动所述电容浮动件相对所述电容固定件活动。

4.根据权利要求3所述的骨传导MEMS芯片，其特征在于，所述浮动装置为两个，两个所述浮动装置沿所述电容浮动件的长度方向间隔开设置且分别与所述电容浮动件相连，所述电容浮动件的两端分别与所述浮动装置的弹性部相连。

5.根据权利要求3所述的骨传导MEMS芯片，其特征在于，所述弹性部包括多个连接横梁，多个所述连接横梁间隔开设置且彼此首尾连接，最邻近所述固定部的所述连接横梁与所述固定部连接。

6.根据权利要求1所述的骨传导MEMS芯片，其特征在于，所述电容固定件包括固设在所述第一衬底上的支撑梁，多个所述固定梳齿沿所述支撑梁的长度方向间隔开设置且设在所述支撑梁的至少一侧。

7.根据权利要求1所述的骨传导MEMS芯片，其特征在于，所述质量块内形成有浮动腔，所述可动梳齿设在所述浮动腔的相对侧壁上，所述电容固定件位于所述浮动腔内。

8.根据权利要求3所述的骨传导MEMS芯片，其特征在于，所述质量块、所述浮动装置和所述电容固定件中的至少一个上设有防撞凸起。

9.根据权利要求1所述的骨传导MEMS芯片，其特征在于，所述第二基底包括第一键合结构，所述第一基底包括第二键合结构，所述第一键合结构形成在所述第二衬底表面，所述第二键合结构形成在所述多晶硅结构层表面，所述第一键合结构和所述第二键合结构键合以使得所述第一基底和所述第二基底之间形成所述密封腔。

10.一种骨传导拾音器件，其特征在于，包括：

根据权利要求1-9中任一项所述的骨传导MEMS芯片；

PCB板，所述骨传导MEMS芯片设在所述PCB板的上方，所述金属连接部与所述PCB板电连接；

ASIC信号处理芯片，所述ASIC信号处理芯片与所述PCB板电连接。

11.根据权利要求10所述的骨传导拾音器件，其特征在于，所述ASIC信号处理芯片设在所述PCB板上且位于所述骨传导MEMS芯片的一侧。

12.根据权利要求10所述的骨传导拾音器件，其特征在于，所述ASIC信号处理芯片设在所述骨传导MEMS芯片的上方。

13.根据权利要求10所述的骨传导拾音器件，其特征在于，还包括实体封装部，所述实体封装部填充形成在所述骨传导MEMS芯片、所述PCB板和所述ASIC信号处理芯片之间，所述实体封装部位于所述PCB板的上方且与所述PCB板配合实体密封。

14.一种骨传导MEMS芯片的制备方法，其特征在于，包括：

形成第一基底，所述第一基底包括第一衬底；

于所述第一基底表面形成多晶硅结构层；

于所述多晶硅结构层表面形成金属连接部；

刻蚀所述多晶硅结构层和所述第一基底以形成振动电容结构和与所述振动电容结构相连的质量块，所述振动电容结构包括支撑在所述第一基底表面的电容固定件和悬浮于所述第一基底设置的电容浮动件，所述电容固定件设有多个固定梳齿，所述电容浮动件设有多个可动梳齿，多个所述可动梳齿插设配合在多个所述固定梳齿之间，相邻所述可动梳齿与所述固定梳齿之间具有活动间隙，所述电容浮动件相对所述电容固定件可活动；

形成第二基底，所述第二基底包括提供第二衬底；

对所述第二衬底刻蚀以形成第一空腔和第二空腔；

所述第二基底与所述第一基底以所述多晶硅结构层为中间层进行键合，所述第一空腔与所述第一基底限定出密封腔，所述振动电容结构位于所述密封腔内，所述第二空腔与所述金属连接部对应。

15.根据权利要求14所述的骨传导MEMS芯片的制备方法，其特征在于，形成所述第一基底的步骤包括：

提供所述第一衬底；

于所述第一衬底表面形成具有第一窗口的绝缘层；

形成部分覆盖所述绝缘层表面的引线层，所述引线层填充所述第一窗口以与所述第一衬底接触；

形成牺牲层，所述牺牲层覆盖所述绝缘层和所述引线层表面，所述牺牲层形成有暴露所述引线层的第二窗口；

在于所述第一基底表面形成多晶硅结构层的步骤中，所述多晶硅结构层形成在所述牺牲层表面且填充所述第二窗口；

在刻蚀所述多晶硅结构层和所述第一基底以形成振动电容结构和与所述振动电容结构相连的质量块的步骤中，对所述多晶硅结构层和所述牺牲层进行刻蚀以形成所述振动电容结构和所述质量块。

16.根据权利要求15所述的骨传导MEMS芯片的制备方法，其特征在于，在于所述多晶硅结构层形成振动电容结构的步骤中包括：

图形化所述多晶硅结构层以形成所述振动电容结构和所述质量块；

去除部分所述牺牲层，使得部分所述振动电容结构悬空以在振动时可活动。

17.根据权利要求14所述的骨传导MEMS芯片的制备方法，其特征在于，在于所述多晶硅结构层表面形成金属连接部步骤包括：

于所述多晶硅结构层表面形成保护层，所述保护层形成有暴露所述多晶硅结构层的第三窗口；

于所述第三窗口内形成所述金属连接部；

去除所述保护层。

18.根据权利要求17所述的骨传导MEMS芯片的制备方法，其特征在于，在形成所述第二基底的步骤中，在对所述第二衬底刻蚀形成第一空腔和第二空腔之前还包括以下步骤：

于所述第二衬底表面形成止挡结构；

于所述第二衬底表面且与所述止挡结构内形成第一键合结构；

在形成所述金属连接部的步骤中，所述第三窗口为多个，在与所述第一键合结构对应位置的所述第三窗口内形成第二键合结构；

在所述第一基底和所述第二基底键合的步骤中，所述第一键合结构和所述第二键合结构键合。

19.根据权利要求14所述的骨传导MEMS芯片的制备方法，其特征在于，在所述第一基底和所述第二基底键合后还包括：

将所述第二衬底的形成所述第二空腔的顶部部分去除。

20.根据权利要求14所述的骨传导MEMS芯片的制备方法，其特征在于，所述多晶硅结构层的厚度大于10μm。

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