CN215935065U - 微机电结构、麦克风和终端 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微机电结构、麦克风和终端，该微机电结构包括：振膜结构，包括第一导电层；第一背板，被绝缘支撑于振膜结构的第一表面；以及第二背板，被绝缘支撑于振膜结构的第二表面；其中，振膜结构还包括位于所述第一导电层的第一表面的第一保护层和/或位于所述第一导电层的第二表面的第二保护层。在双背板微机电结构中，通过将振膜结构设置为保护层与导电层的叠层复合结构，利用保护层对振膜的导电层进行保护，从而改善了在高温高湿环境下振膜的导电层容易被侵蚀氧化以发生变形的问题。

Description

微机电结构、麦克风和终端

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、麦克风和终端。

背景技术

基于微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)制造的器件被称为MEMS器件，MEMS器件主要包括导电的振膜与背板，并且振膜与背板之间具有间隙。气压的改变会导致振膜变形，振膜与电极板之间的电容值发生改变，从而转换为电信号输出。

在现有技术中，为了抵御高温、高湿等外界恶劣环境对导电振膜的侵蚀氧化，防止导电振膜变形，通常会增加导电振膜的厚度以及增加导电振膜材料的硬度，但是这种方法会使得产品的灵敏度大幅下降。另一种做法是通过增加封装时用的黏附胶的厚度，从而抵御高温高湿的恶劣环境，但是在封装过程中上胶量的控制精度较差，而且上胶量过多容易进入MEMS腔体导致腔体体积减小，降低产品性能。

因此，希望提供一种改进的微机电结构，以达到兼顾抵御高温、高湿的环境并稳定产品性能的目的。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种改进的微机电结构、麦克风和终端，在双背板微机电结构中，通过将振膜结构设置为保护层与导电层的叠层复合结构，利用保护层保护导电层，从而达到了兼顾抵御高温、高湿的环境并稳定产品性能的目的。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供了一种微机电结构，包括：振膜结构，包括第一导电层；第一背板，被绝缘支撑于所述振膜结构的第一表面；以及第二背板，被绝缘支撑于所述振膜结构的第二表面；其中，所述振膜结构还包括位于所述第一导电层的第一表面的第一保护层和/或位于所述第一导电层的第二表面的第二保护层。

可选地，所述第一保护层与所述第二保护层的至少之一包含氮化硅或氧化硅。

可选地，所述第一保护层与所述第二保护层的至少之一为氮化硅层或氧化硅层。

可选地，所述第一保护层与所述第二保护层均为所述第一导电层的镀膜层。

可选地，所述振膜结构具至少一个有泄气孔，各所述泄气孔穿过所述第一导电层、所述第一保护层、所述第二保护层。

可选地，所述第一导电层为多晶硅层。

可选地，还包括：多个第一声孔，贯穿所述第一背板；以及多个第二声孔，贯穿所述第二背板。

可选地，所述第一背板由单层导电层构成，和/或所述第二背板由单层导电层构成。

可选地，所述第一背板由堆叠的绝缘层与导电层构成，所述第一背板的导电层面向所述振膜结构的第一保护层。

可选地，所述第二背板由单层导电层构成，或者所述第二背板由堆叠的绝缘层与导电层构成且所述第二背板的导电层面向所述振膜结构的第二保护层。

可选地，还包括：第二支撑部，位于所述第一背板与所述振膜结构之间；以及第三支撑部，位于所述振膜结构与所述第二背板之间。

可选地，所述第一保护层覆盖到所述第一导电层的第一表面的边缘，所述第二保护层覆盖到所述第一导电层的第二表面的边缘，其中，所述第二支撑部与所述第一保护层接触，所述第三支撑部与所述第二保护层接触。

可选地，所述第一导电层的第一表面和第二表面均具有中间部和边缘部，所述第一表面的中间部由所述第一保护层覆盖，所述第一表面的边缘部由所述第二支撑部覆盖，所述第二表面的中间部由所述第二保护层覆盖，所述第二表面的边缘部由所述第三支撑部覆盖。

可选地，还包括：衬底，具有腔体；以及第一支撑部，位于所述衬底与所述第一背板之间，其中，所述第一背板覆盖所述腔体。

可选地，所述第一背板与所述振膜结构之间具有间隙，所述第一背板由堆叠的绝缘层与导电层构成，所述第一背板的导电层面向所述振膜结构的第一保护层，并且所述第一背板的导电层的表面与侧壁暴露在所述间隙中，和/或所述第二背板由堆叠的绝缘层与导电层构成，所述第二背板的绝缘层面向所述振膜结构的第二保护层，并且所述第二背板的导电层的表面与侧壁被暴露。

根据本实用新型实施例的第二方面，提供了一种麦克风，包括如上所述的微机电结构。

根据本实用新型实施例的第三方面，提供了一种终端，包括如上所述的麦克风。

本实用新型实施例通过在双背板微机电结构中，将振膜结构设置为保护层与导电层的叠层复合结构，利用保护层对导电层进行保护，在不增加振膜结构导电层厚度、硬度的情况下就可以改善微机电结构抵御高温高湿环境的性能，同时最大程度保持了振膜结构导电层的形变能力，稳定了产品的灵敏度等性能。

进一步的，氧化硅、氮化硅与多晶硅的材料的容易结合，因此振膜结构中的叠层彼此之间不易脱落。

由于振膜结构的保护层为绝缘材料构成，将第一背板和/或第二背板设置为双层复合结构且第二背板的导电层面向振膜的保护层，或者设置为单层导电结构也可以达到将振膜结构与背板电隔离的目的，进一步减少了背板的厚度，降低工艺难度，减少成本。

在背板厚度减小的情况下，贯穿背板的声孔深度也随之减小，进而减小了因声孔深度过大造成的噪音，提升了产品的信噪比。

在背板为双层复合结构的情况下，背板包括堆叠的绝缘层与导电层构成，其中导电层的位置与背腔对应，由于导电层边缘与绝缘层构成的台阶处无其他材料覆盖，避免了在大声压的外界环境下，台阶处的应力过于集中的问题，提高了产品的机械可靠性。

在第一保护层与第二保护层分别覆盖至导电层的边缘时，振膜结构的导电层无论是暴露在间隙的部分还是与第二支撑部和第三支撑部接触的部分均被保护层保护，还使得振膜结构的整体结构保持了高度的一致性，有助于提升振膜结构的应力一致性，进一步提升产品的灵敏度。与此同时，由于第一支撑部和第二支撑部分别与第一保护层和第二保护层接触，增加了在振膜结构的感应部与固定部衔接处的机械强度，有效改善了振膜结构在边缘处易破碎的问题，从而提升了产品的使用寿命。

与第一保护层覆盖至第一导电层的边缘相比，第一保护层仅覆盖第一表面的中间部的方案在制造过程中更加容易实现，降低了工艺复杂程度，进而降低了制造成本。同理，在第二保护层仅覆盖第二表面的中间部时，也可以降低工艺复杂程度，进而降低制造成本。

通过将振膜结构的上下保护层均设置为振膜结构导电层的镀膜层，增加了振膜结构的上下保护层与振膜结构导电层的形状一致性，进一步稳定了产品的灵敏度。

本实用新型的方案仅需要对振膜结构的导电层附着上下表面的绝缘抗氧化层，其结构简单，镀膜工艺流程步骤简便，因此具有更高的可靠性和更低的成本。

因此，本实用新型提供的微机电结构、麦克风和终端可以大大提高产品的性能。

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示出了本实用新型第一实施例的微机电结构的立体图。

图2示出了图1中立体图的截面图。

图3示出了本实用新型实施例的振膜结构的示意图。

图4示出了本实用新型第二实施例的微机电结构的截面图。

图5示出了本实用新型第三实施例的微机电结构的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。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。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，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实用新型。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实用新型。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了本实用新型第一实施例的微机电结构的立体图，图2示出了图1中立体图的截面图。

如图1与图2所示，本实用新型第一实施例的微机电结构包括：衬底101、第一支撑部111、第二支撑部112、第三支撑部113、第一背板120、振膜结构130以及第二背板140。衬底101具有腔体10。第一支撑部111位于衬底101上的边缘处。第一背板120位于第一支撑部111上并覆盖腔体10。第二支撑部112位于第一背板120上，位置与第一支撑部111对应。振膜结构130位于第二支撑部112上，与第一背板120之间具有间隙。第三支撑部113位于振膜结构130上，位置与第二支撑部112对应。第二背板140位于第三支撑部113上，与振膜结构130之间具有间隙。

在本实施例中，第一支撑部111为该层牺牲层释放之后在衬底101上留下来的部分，第一支撑部111位于衬底110的周边缘上，采用周边缘全固支的方式将位于第一支撑部111上方的第一背板120支撑在衬底101上。第二支撑部112为该层牺牲层释放之后在第一背板120上留下来的部分，第二支撑部112位于第一背板120的周边缘上，采用周边缘全固支的方式将位于第二支撑部112上方的振膜结构130支撑固定。第三支撑部113为该层牺牲层释放之后在振膜结构130上留下来的部分，第三支撑部113位于振膜结构130的周边缘上，采用周边缘全固支的方式将位于第三支撑部113上方的第二背板140支撑固定。

然而，本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第一背板120、振膜结构130、第二背板140之间的固定方式进行其他设置，其中，需要使得第一背板120被绝缘支撑于振膜结构130的第一表面且第二背板140被绝缘支撑于振膜结构130的第二表面。

在一些具体的实施例中，衬底101为硅衬底，腔体10位于衬底101的中部，且连通衬底101相对的两个表面。当然，腔体10的位置、形状等本领域技术人员可以根据需要设置，此处不做限定。第一支撑部111、第二支撑部112以及第三支撑部113的材料为绝缘材料，包括但不限于氧化硅。

进一步的，振膜结构130包括：第一保护层131、第二保护层132以及第一保护层131与第二保护层132所夹的第一导电层133，其中，第一保护层131位于第二支撑部112上，第三支撑部113位于第二保护层132上。

在本实施例中，第一导电层133的第一表面与第二表面均具有中间部和边缘部，第一表面的中间部由第一保护层131覆盖且第一表面的边缘部由第二支撑部112覆盖；第二表面的中间部由第二保护层132覆盖且第二表面的边缘部由第三支撑部113覆盖。

在一些具体实施例中，第一保护层131与第二保护层132均为第一导电层133的镀膜层，并且第一保护层131与第二保护层132的厚度均小于第一导电层133的厚度。其中，第一保护层131与第二保护层132的厚度均在100nm以内。第一保护层131与第二保护层132均为绝缘抗氧化层，例如为氮化硅层或者氧化硅层。第一导电层133为多晶硅层。然而本实用新型实施例不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第一保护层131、第二保护层132以及第一导电层133的厚度、材料进行其他设置。

在一些优选实施例中，振膜结构130具至少一个有泄气孔30，泄气孔30依次穿过第一保护层131、第一导电层133以及第二保护层132从而将位于振膜结构130上下的间隙连通。

在另一些具体的实施例中，第一保护层131覆盖至第一导电层133的第一表面边缘，第二支撑部112与第一保护层131接触，第二保护层132覆盖至第一导电层133的第二表面边缘，第三支撑部113与第二保护层132接触，如图3所示。

进一步参照图1与图2，第一背板120包括绝缘层121与导电层122，其中，绝缘层121与第一支撑部111接触；导电层122位于绝缘层121上，且尺寸小于绝缘层121，导电层122的位置与腔体10对应，并与第二支撑部112分隔。本实施例的微机电结构还包括多个第一声孔21，各第一声孔21依次穿过导电层122与绝缘层121。在本实施例中，多个第一声孔21呈圆形阵列排布，绝缘层121为氮化硅层，导电层122为多晶硅层。在本实施例中，由于振膜结构130中的第一保护层131面向第一背板120的导电层122，在振膜结构130上下振动的过程中，第一保护层131使得第一导电层133与导电层122电隔离，因此，第一背板120不必再设置一层绝缘层覆盖导电层122。这样一来，导电层122边缘与绝缘层121构成的台阶处(图2中的虚框位置)无其他材料覆盖，避免了在大声压下的外界环境下，台阶处出现应力过于集中的，提高了产品的机械可靠性。此外，由于第一背板120为绝缘层121与导电层122构成的双叠层背板，相比于再在导电层122上形成一层绝缘层的三叠层背板厚度更小，因此，第一声孔21的深度也会随之减小，进而减小了由于声孔深度过大造成的噪音问题，提升了产品的信噪比。

第二背板140包括绝缘层141与导电层142，其中，绝缘层141与第三支撑部113接触；导电层142位于绝缘层141上，且尺寸小于绝缘层141，导电层142的位置与腔体10对应。本实施例的微机电结构还包括多个第二声孔22，各第二声孔22依次穿过导电层142与绝缘层141。在本实施例中，多个第二声孔22呈圆形阵列排布，绝缘层141为氮化硅层，导电层142为多晶硅层。在本实施例中，由于振膜结构130中的第二保护层132面向第二背板140的绝缘层141，在振膜结构140上下振动的过程中，第二保护层132与绝缘层141共同使得第一导电层133与导电层142电隔离。与第一背板120类似，将第二背板140也设置为双叠层结构，导电层142边缘与绝缘层141构成的台阶处无其他材料覆盖，避免了在大声压下的外界环境下，台阶处出现应力过于集中的，提高了产品的机械可靠性。此外，本实施例的第二背板140相比于三叠层背板厚度更小，因此，第二声孔22的深度也会随之减小，进而减小了由于声孔深度过大造成的噪音问题，提升了产品的信噪比。

如图1所示，该微机电结构还包括多个位于第二背板140上的焊盘150，用于分别和第二背板140、振膜结构130以及第一背板120形成电连接。该微机电结构还包括多个防粘结构160，分别位于第一背板120与第二背板140靠近振膜结构130的表面。

图4示出了本实用新型第二实施例的微机电结构的截面图。

如图4所示，本实用新型第二实施例的微机电结构与第一实施例类似，可以参照图1至图3的描述，此处不再赘述。与第一实施例的不同之处在于，本实施例中的振膜结构130仅包括第一导电层133和位于第一导电层133第一表面的第一保护层131，由于振膜结构130中的第二保护层132面向第二背板140的导电层142，在振膜结构140上下振动的过程中，绝缘层141也能使得第一导电层133与导电层142电隔离。对于振膜结构130而言，减少了叠层的层数，进一步提高灵敏度，降低了成本。

图5示出了本实用新型第三实施例的微机电结构的截面图。如图5所示，本实用新型第三实施例的微机电结构与第二实施例类似，可以参照图4的描述，此处不再赘述。与第二实施例的不同之处在于，本实施例中的，第一背板可以仅由单层的导电层122构成，第一支撑部111与第二支撑部112分别与导电层122的边缘接触，从而固定导电层122。相比与第二实施例，由单层的导电层122构成的第一背板进一步减小了第一背板的厚度，提升了产品的信噪比。

然而本实用新型并不限于此，在一些其他实施例中，振膜结构130的设置还可以仅包括第一导电层133和位于第一导电层133第二表面的第二保护层132。在另一些其他实施例中，第二背板可以仅由单层的导电层142构成，比如在振膜结构130为第一导电层133夹在第一保护层131与第二保护层132之间的结构时，第一背板仅由单层的导电层122构成且第二背板仅由单层的导电层142构成。本领域技术人员可以根据需要对第一背板、第二背板以及振膜结构的构成方式进行其他组合。

本实用新型还提供了一种麦克风，包括如上所述的微机电结构。

本实用新型还提供了一种终端，包括如上所述的麦克风。

本实用新型实施例通过在双背板微机电结构中，将振膜结构设置为保护层与导电层的叠层复合结构，利用保护层对导电层进行保护，在不增加振膜结构导电层厚度、硬度的情况下就可以改善微机电结构抵御高温高湿环境的性能，同时最大程度保持了振膜结构导电层的形变能力，稳定了产品的灵敏度等性能。

进一步的，氧化硅、氮化硅与多晶硅的材料的容易结合，因此振膜结构中的叠层彼此之间不易脱落。

由于振膜结构的保护层为绝缘材料构成，将第一背板和/或第二背板设置为双层复合结构且第二背板的导电层面向振膜的保护层，或者设置为单层导电结构也可以达到将振膜结构与背板电隔离的目的，进一步减少了背板的厚度，降低工艺难度，减少成本。

在背板厚度减小的情况下，贯穿背板的声孔深度也随之减小，进而减小了因声孔深度过大造成的噪音，提升了产品的信噪比。

在背板为双层复合结构的情况下，背板包括堆叠的绝缘层与导电层构成，其中导电层的位置与背腔对应，由于导电层边缘与绝缘层构成的台阶处无其他材料覆盖，避免了在大声压的外界环境下，台阶处的应力过于集中的问题，提高了产品的机械可靠性。

在第一保护层与第二保护层分别覆盖至导电层的边缘时，振膜结构的导电层无论是暴露在间隙的部分还是与第二支撑部和第三支撑部接触的部分均被保护层保护，还使得振膜结构的整体结构保持了高度的一致性，有助于提升振膜结构的应力一致性，进一步提升产品的灵敏度。与此同时，由于第一支撑部和第二支撑部分别与第一保护层和第二保护层接触，增加了在振膜结构的感应部与固定部衔接处的机械强度，有效改善了振膜结构在边缘处易破碎的问题，从而提升了产品的使用寿命。

与第一保护层覆盖至第一导电层的边缘相比，第一保护层仅覆盖第一表面的中间部的方案在制造过程中更加容易实现，降低了工艺复杂程度，进而降低了制造成本。同理，在第二保护层仅覆盖第二表面的中间部时，也可以降低工艺复杂程度，进而降低制造成本。

通过将振膜结构的上下保护层均设置为振膜结构导电层的镀膜层，增加了振膜结构的上下保护层与振膜结构导电层的形状一致性，进一步稳定了产品的灵敏度。

本实用新型的方案仅需要对振膜结构的导电层附着上下表面的绝缘抗氧化层，其结构简单，镀膜工艺流程步骤简便，因此具有更高的可靠性和更低的成本。

因此，本实用新型提供的微机电结构、麦克风和终端可以大大提高产品的性能。

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。

以上对本实用新型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，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本实用新型的范围，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实用新型的范围之内。

Claims (17)

1.一种微机电结构，其特征在于，包括：

振膜结构，包括第一导电层；

第一背板，被绝缘支撑于所述振膜结构的第一表面；以及

第二背板，被绝缘支撑于所述振膜结构的第二表面；

其中，所述振膜结构还包括位于所述第一导电层的第一表面的第一保护层和/或位于所述第一导电层的第二表面的第二保护层。

2.根据权利要求1所述的微机电结构，其特征在于，所述第一保护层与所述第二保护层的至少之一包含氮化硅或氧化硅。

3.根据权利要求1所述的微机电结构，其特征在于，所述第一保护层与所述第二保护层的至少之一为氮化硅层或氧化硅层。

4.根据权利要求1所述的微机电结构，其特征在于，所述第一保护层与所述第二保护层均为所述第一导电层的镀膜层。

5.根据权利要求1所述的微机电结构，其特征在于，所述振膜结构具至少一个有泄气孔，各所述泄气孔穿过所述第一导电层、所述第一保护层、所述第二保护层。

6.根据权利要求1至5任一项所述的微机电结构，其特征在于，所述第一导电层为多晶硅层。

7.根据权利要求1至5任一项所述的微机电结构，其特征在于，还包括：

多个第一声孔，贯穿所述第一背板；以及

多个第二声孔，贯穿所述第二背板。

8.根据权利要求7所述的微机电结构，其特征在于，所述第一背板由单层导电层构成，和/或所述第二背板由单层导电层构成。

9.根据权利要求7所述的微机电结构，其特征在于，所述第一背板由堆叠的绝缘层与导电层构成，所述第一背板的导电层面向所述振膜结构的第一保护层。

10.根据权利要求9所述的微机电结构，其特征在于，所述第二背板由单层导电层构成，或者所述第二背板由堆叠的绝缘层与导电层构成且所述第二背板的导电层面向所述振膜结构的第二保护层。

11.根据权利要求1至5任一项所述的微机电结构，其特征在于，还包括：

第二支撑部，位于所述第一背板与所述振膜结构之间；以及

第三支撑部，位于所述振膜结构与所述第二背板之间。

12.根据权利要求11所述的微机电结构，其特征在于，所述第一保护层覆盖到所述第一导电层的第一表面的边缘，所述第二保护层覆盖到所述第一导电层的第二表面的边缘，

其中，所述第二支撑部与所述第一保护层接触，所述第三支撑部与所述第二保护层接触。

13.根据权利要求11所述的微机电结构，其特征在于，所述第一导电层的第一表面和第二表面均由中间部和边缘部组成，所述第一表面的中间部由所述第一保护层覆盖，所述第一表面的边缘部由所述第二支撑部覆盖，所述第二表面的中间部由所述第二保护层覆盖，所述第二表面的边缘部由所述第三支撑部覆盖。

14.根据权利要求11所述的微机电结构，其特征在于，还包括：

衬底，具有腔体；以及

第一支撑部，位于所述衬底与所述第一背板之间，

其中，所述第一背板覆盖所述腔体。

15.根据权利要求1至5任一项所述的微机电结构，其特征在于，所述第一背板与所述振膜结构之间具有间隙，

所述第一背板由堆叠的绝缘层与导电层构成，所述第一背板的导电层面向所述振膜结构的第一保护层，并且所述第一背板的导电层的表面与侧壁暴露在所述间隙中，

和/或所述第二背板由堆叠的绝缘层与导电层构成，所述第二背板的绝缘层面向所述振膜结构的第二保护层，并且所述第二背板的导电层的表面与侧壁被暴露。

16.一种麦克风，其特征在于，包括如权利要求1-15任一项所述的微机电结构。

17.一种终端，其特征在于，包括如权利要求16所述的麦克风。

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