200905722 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及—種麥克風及其製備方法，尤係涉及 -種微機電系統（MlcroElect_echanicaiSyst⑽， MEMS )麥克風及其製備方法。 【先前技術】 ，著科學技術之精進步，麥克風之應用亦越來 ;廣泛，尤係微機電系統麥克風發展最爲迅速，微機 電糸統麥克風由於其良好之性能及易於批量生產等^ 點，可望逐步在移動通訊、多媒體系統、消費性雪子 及助聽器等方面替代傳統之駐極體電容式麥克。風 (Electret Condenser Microphone > ECM)〇 =容式微機電系、統麥克風係―種常見之微機電系 ί二其—般包括傳感部分及專用積體電路部 刀，该傳感4分包括一振動膜、—穿孔背板、 隔離層及-石夕基片，該振動膜與穿孔背板之間形成： 空軋間隙，該矽基片除了爲其他層提供支撐 供-個大之聲後腔，聲後腔與穿孔背板或振動膜連 通，構成-個聲學回路。聲後腔之容積越大，對微 電系統麥克風靈敏度之影響就越小，然而聲後腔之六 積增加亦相應地使整個微機電系統麥克風之尺谷 ，，這顯然與麥克風向短小輕薄之方向發展之趨勢： 連背，故需對習知微機電系統麥克風 【發明内容】 又進。 200905722 統麥::於此’有必要提供-種尺寸較小之微機電系 該封系統麥克風，包括封裝外殼、容置於 克二Γ外殼上設有—聲波之入口’該麥 曰乃已括g板、隔離層及振動膜， 背板與振動臈隔開，並於苴間 一 M w -將該 上形成聲學孔，所述聲學：貫穿心：：隙，該背板 間隙連通，該麥克風曰片“反上下並與空氣 向封裝外殼之入有振動膜或背板之—側面 外殼與該麥克風晶片之間形成―文;;貼5 ’使該封裝 風晶片之聲後腔。 山閉之腔體作爲麥克 一種微機電系統麥克風之製傷 統麥克風包括封裝外殼去顧機電系 麥克風晶片4 H片及外部電路，該 之隔離層，該背二動：及位於背板與振動膜間 括:取-片第學孔’該製備方法包 基片上製作振動膜；在第矽基片；在第-矽 蝕隔離層’該隔離層上被 土片上製作隔離層；刻 在第二發基片上沿M r^之區域形成空氣間隙； 學孔未穿透第二石夕基片所形成之聲 有振動膜之第—矽美片 Q隔離層與振動膜；去掉 動膜進行刻钱，·將^二石留下振動膜’對保留之振 完全露出聲學孔 ：片背面之厚度減薄，直到 成麥克風晶片；將該麥克風晶片 200905722 與外部電路電遠技 、，+ -種微機電系统封於封裝外殼内。 统麥克風包;、'夕克風之製備方法，該微機電李 =克風包括封裝外殼、 ^ 麥克風晶片包括普妃^ 日日月及外π兒路，該 之隔離層，該背：動膜及位於背板與振動膜間 括：取-片c數聲學孔，該製備方法包 離層上製作振;膜：二=片上製作隔離層及在隔 編上形成聲學孔；通過聲學孔ΐ 涵曰Η , 隙，形成麥克風日日日片；將該麥克 風日日片與外部電路帝查 、，^ 見 私連接，亚岔封於封裝外殼内。 克風晶片二=相比：本發明微機電系統麥克風之麥 ,„ ^ 亚，又有设耸後腔部分，而是充分利用其血 機”續夫古。3 ’成之腔體作爲聲後腔，不僅使微 統ί之聲後腔大大增加，改善微機電系統 二」之1破度，而且還可使微機電系統麥克風之厚 4 4 ’其尺寸亦相應地減小，有利於麥克風向短小 f溥之方向發展。反之’在微機電系統麥克風之尺寸 同之ir、件下’則因爲其背板上沒有設聲後腔，使背 反之每-部分均可得到充分利用，故用於製作背板之 目同尺寸之矽基片（wafe〇可生産之單元晶 亦就更多。 【實施方式】 下面參照附圖結合實施例對本發明作進—步說 明。 ° 200905722
圖 1所-A 實施例，該機電系統麥克風之第-較佳 置於該封裝外M兒’、、·、夕克風包括一封裝外殼10、容 風晶片3ίΓ敌1〇内之—麥克風晶片30及盥兮失吉 風曰曰片30電連接之 U麥克 徑）。 ι路(圖未示該連接路 _32、-振動膜33及兩= 括、：板31、~ 該背板”之材料-般爲摻雜之:型：\ 可係本征-，該背板31作爲二亦 極板，同時亦作爲整個麥克風晶片二片:之：固定 離層32、振動膜3 土 支持隔 叹电極34a、34h楚 ,, 上藉由刻財法形成複數聲學孔 貫穿該背板31上下，_提#^6该寻聲學孔36 %在其譜振頻率處之響應，同；：=動降低振動膜 她頻率處之響應，從而使麥克；晶在其 見之頻帶内，都有較好之塑應。 〇在個復 材料=層與振動膜33之間，-卄般局一乳化矽，亦可爲二氧 - 導電材料之複合材料，該隔離層32 :=非 動膜33隔開，並於其間形成 :二:反31與振 間隙35由隔離層32藉由刻財法开^該空氣 孔36與封裝外殼μ之内部相連通 亚猎由聲學 ，該振動膜33之材料—般爲多晶矽 仙 導電材料如氮化石夕及各種有 =其他非 1卞寺，遏可爲摻雜之 10 200905722 η型矽或p型矽等導電材料。該振動膜33作爲麥克風 晶片30之一可變形極板，其可隨外部之壓力變化而産 生相應之形變，從而使其與背板31之間産生一可變之 電容。當有一偏置電壓時，振動膜33與背板31之間 電容之變化轉換成電壓之變化，並藉由該等電極 34a、34b輸送到外部電路20。 電極34a、34b之材料爲金屬，如銘、铭合金或金 等，電極34a、34b分別與振動膜33及背板31形成電 連接，提供與外部電路20電連接之端口。當振動膜 33由導電材料製成時，電極34a只要覆蓋振動膜33 之任意一部分即可；當振動膜33由非導電材料製成 時，電極34a則至少要覆蓋振動膜33位於空氣間隙 35以上之一部分正對區域。這是因爲電極34a、34b 與外部電路20電連接後，若振動膜33導電，其就可 與背板31間形成電場’若振動膜 3 3不導電’就需利 用電極34a於振動膜33上形成一層導電膜，使其與背 板31間形成電場。 請同時參照圖1，該封裝外殼10上設有一聲波之 入口 11，該麥克風晶片30設有振動膜33之一側面向 該入口 11，且該振動膜33與封裝外殼10之内表面之 結合處塗有一層封閉粘合膠13，使其緊密貼合，這樣 就於該封裝外殼10與該麥克風晶片30之間形成一密 閉之腔體38，該腔體38即係該微機電系統麥克風之 聲後腔。當然，上述微機電系統麥克風中之麥克風晶 11 200905722 ^ 3 〇之位置亦可變化，如圖3所示，與圖1所示之微 機電系統麥克風不同的是：該麥克風晶片30設有背板 31之—侧面向該封裝外殼10之入口 11，並藉由粘合 膠13與封裝外殼1〇之内表面結合。 曰與智知技術相比，上述微機電系統麥克風中麥克 風曰±曰片3〇上亚沒有設聲後腔部分，而是充分利用封裝 ，卜π 10舁忒麥克風晶片3〇合圍形成之腔體犯作爲聲 f t ’延樣’除了麥克風晶片30、外部電路20及粘 I ^ U所占之空間外’整個封裝外殼1Q内之空間都 ^機私系統麥克風之聲後腔，不僅使其聲後腔大大 二：’改善微機電系統麥克風之靈敏度，而且還可使 小，可進-步降Μ圍尺寸亦相應地減 風之古⑽，成本，同時亦可使微機電系統麥克 刻之二A':適t對器件封裝高度要求比較苛 有利於微機電系統麥薄型數碼相機等， 麥克風晶片30之外圍小輕缚之方向發展；在 31上沒有設聲後腔，故㈣下，由於其背板 到充分利用，這樣，相同尺；"之臭之;7部分均可得 31之原材料，詳細請表昭下^(基片（w咖，背板 單元晶片亦就更多晶片（die)。π備方法）可生產之 一圖4所示爲本發明微機 實施例，本實施例t之麥克夕克風之第二較佳 例令之麥克風晶片30之;=4〇與第-較佳實施 構基本相同，只是在該背板 12 200905722 Ο靠近隔離層32之—側增加 辅助導電層47禹也這 輔助導電層47，哕 午电智47马；辰颁擴散之重換 。亥 層，即可認爲該背板4 i包括 在夕層或薄金屬 兩種擴散濃度，該輔助導電層：或係同-材料之 板41之歐姆接觸（〇hmicc：_時：：極34b與背 46貫穿該背板41(包括輔助導電層47):該聲學孔 間隙35與封裝外殼1〇之内部相連通。《而將空氣 圖5料爲本發⑽機電以麥切 4例，本實施例中之麥克風晶片弟-心土 例之基礎上進一步改在弟-較佳實施 —#丨报& '月板41运離隔離層 姑成—鈍化層58,以對該背板“進她 功沾 般 化矽膜或氮化矽膜，亦可爲夕曰 夕與一氧化矽之複合膜，或有機 弋人ρ ,夕日日 膜等，該鈍化層58還可Λ背金屬膜如叙 腺尽卜、， 定J舄該月板41刻蝕時留下之 二(坪細請參照下面之製備方法)。另 二同時貫穿該鈍化層58與背板41(包括輔助導二 爲進—步完善本發明，發明人還作了進一步改 件每t圖6所示，爲本發明微機電系統麥克風第四較 具％例中之麥克風晶片6〇a，其對應於圖2所示麥 b風曰曰片30之第一較佳實施例，與麥克風晶片不 2的是：在空氣間隙35之空間裏’背板31靠近振動 、33之表面上分佈複數小突觸61，該等突觸與背 板31之材料相同，當外界之偏置電壓過高或因爲其他 13 200905722 原因引起吸膜時，由於突觸 置電麼釋放後，振動膜33 61之面積較小，外界之偏 夠解除吸附並恢復工作狀 二血：上突觸“亦可設於圖4與圖5所示之第 太：弟—車又佳貫施例中，如圖7與圖8所示，分別爲 本發明微機電系统爽古 ^ 麥 克風弟五與第六較佳實施例中之 鼻47r、H 60c，該等突觸62設於該辅助導電 振動膜33之表面上，其與輔助導電層47 <材料相同。亦就早 之材料相同。’。，大觸之材料與其所接觸元件 9至=突觸6卜62還可設於其他位置，如圖 / 不，分別爲本發明微機電系統麥克風第七 =較佳實施例中之麥克風…I·、：， 7寻大觸63設於振動膜33上’其與振動膜33之材料 ’該等突觸162^3亦可於背板31、 41上（或其辅助導電層47上）及振動膜^上同時設 1 〇 每> /、圊所示之本發明微機電系統麥克風第一較佳 、也例中之麥克風晶片3Q相同，圖4至圖11所示之 本發明微機電系統麥克風之第二至第九較佳實施例中 之麥克風晶片 40、50、60a、60b、60c、70a、7〇b、 7壯0C上本身均沒有設聲後腔部分，而是充分利用苴封 衣外殼1G與其合圍形成之腔體％作爲聲後腔，不僅 使麥克風晶片 40 ' 50、60a、60b、60c、7〇a、7〇b、 14 200905722 最之聲後腔大大增加， 使其厚度較薄， J文。而且逖可 輕薄之方向發展，另=:4有利於麥克風向短小 設有聲後腔之…曰之微㈣系統麥克風 肩卓紅之麥克風晶片相比 :中f克風晶“。，、一 :Γ可使其背板31，（由石夕基片製幻之每一部 :從—尺—可 ::結合製備方法進—步詳細說明本發明微機電 糸統麥克風。 本發明微機電系統麥 晶片30之一種製備 請先參照圖12至圖15，爲 克風第一較佳實施例中之麥克風 方法。 如圖12所示，取兩片矽基片31d、33e，矽基片 33e -般爲摻雜之；切基片训正面製作二 乳化矽’即形成隔離層32;在石夕基片33e之一面上外 延一層摻雜之η型矽膜’即振動膜33。 如圖13所示，刻蝕隔離層32,使該隔離層32上 被刻蝕之區域形成空氣間隙35’該刻蝕方法一般用濕 法腐蝕（Wet Etching )，亦可用幹法腐蝕（叫 Etching );並利用感應耦合等離子刻蝕（㈤h❺ Coupied Plasma ’ ICP )或反應離子刻蝕（ι〇η Etching ’RIE)等幹法腐財法在珍基片3id上沿頂 面向下刻蝕出複數聲學孔36，此時聲學孔36並未貫 15 200905722 穿石夕基片，一般直徑爲4英寸之石夕基片之厚 525微米，採用這種厚度之原因係在各個工蓺制^或 傳送令，石夕基片不容易碎掉’而打穿奶微；：矽： 片之成本高。 土 :圖14所示’利用熱鍵合或場助鍵合之方法將石夕 2 上之隔離層32與石夕基片奴上之振動膜33 如圖15所示，利用矽片減薄之方法將圖丄 =基片奴去掉，石夕片減薄之方法通常有電化學腐蝕 rr, . tChlng)、研磨及化學機械拋光 (Cherny Mechanical P〇lishing, CMp) f ; :魏膜33之左側部分進行幹法刻钱，並利： 濺射之方法分別於振動膜33切基片咖積^ 極34a、34b。 儿價 电 利时片減薄之方法將發基片3ld未開通聲學孔 36之背面厚度減薄，直到完全露出聲學孔心： 成本發明微機電系統麥克風第—較佳實 風晶片30,如圖2所千，甘士 心夕見 爲麥克風晶片30之;基片於減薄後即 克風；：；第圖Μ至圖Μ ’爲本發明微機電系統麥 之-種製備方法 ^例中之麥克風晶“〇、5〇 如圖16所示，取一基 或離子注人之方法於p 湘冰度散 、/、 上形成一層高摻雜之辅助 16 200905722 導電層47。 如圖17所示，在兮結〇 離層32及振動腺二 辱電層47上沉積-層隔 2及振動勝3」，沉積薄膜之方法—般有等離子 沉積、低壓化學氣相沉積、射頻磁控 =:，爲使振動膜33既有較好之導電性，又有較小 =力，需對振動膜33進行離子注人摻雜及高溫退火 二圖1Γ斤示，刻⑽動膜33之左側部分以及隔 上’並於振動膜％及輔助導電層〇 刀另! >儿積一電極34a、34b。 蝕如圖19所示，用矽片減薄之方法，如電化學腐 及化學機械抛光等，基…背= 之背=产從而形成背板41’·於鶴仙減薄 刻層掩膜層58d;對掩膜㈣進行 Active Ion Etc= *亚利用深反應離子蝕刻（Deep 出聲學孔46。lng’DRIE)等深判钱之方法刻敍 ^ ^ ^ ^ ^ ^ 46 "，J # ^ 32 ^ ^ 之方法可以採用蘇’通過聲學孔46職隔離層32 應離子職，亦可採感㈣合等離子刻钱、反 用u法腐蝕或犧牲層釋放之方法。 去除掩膜層58d，從 方法 克風第二較佳實施例中之麥=微系統麥 若於土 ^从 兄風日日片40,如圖4所示。 ;去除掩膜層58d之背板41上進—步形成一層 17 200905722 鈍化層58，由 統麥克風窜^就完成了圖5所示令本發明微機電系 備。當然，背二較佳實施例中之麥克風…0之製 即用來作爲央1上沉積之掩膜層58d亦可無需除去， 马麥克風晶片5〇之鈍化層58。 風第^ if;2至圖15所示本發明微機電系統麥克 採用圖^^:中之麥克風^ 3G之製備方法可 成辅助導電Λ 之方法，只是在圖16中無需形 統麥克風第：：；16至圖2〇所示本發明微機電系 方法亦可中之麥克風晶片40之製傷 所示取矽基片；id至圖15所示之方法，只需在圖12 所示之輔助導恭爲之後’於石夕基片训上形成如圖Μ 麥克風曰片“ 47 ’而要製備第三較佳實施例中之 夕凡风日日片5〇， 兩 〜 減薄之背面上$ ^ 礎上’於碎基片3ld 上進—步形成-層鈍化層58。 再者’在上述製備 時，進一牛/ R q 。耘中，可於形成空氣間隙35 了 适步在圖13之石夕其H We ,丄 圖2〇形成之辅助導電或振動膜33上、 -些突觸61、62 : 63 振動膜33上光刻形成 借m ^ 而其他製備方法相同，即可萝 示本發明微機電系統麥克風第四至第 九較佳實施例中之麥 A几弟四至弟 70b ^ 70c 〇 見風曰曰片 6〇a、6〇b、60c、70a、 最後，將上述麥克風 n70b、70c 40 50、60a、_、 接，並密封於封裝外殼^所;^外部電路20電連 P形成本發明微機電系 18 200905722 統麥克風之第一至第九較佳實施例。 綜上所述，本發明符合發明專利之要件，爰依、去 提出專利申請。惟以上所述者僅為本發明之較佳實施 例’舉凡熟悉本案技藝之人士’在爰依本發明精神: 作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以 圍内。 τ叫專利乾 【圖式簡單說明】 圖1爲本發明微機電系統麥克風 之剖面示意圖。 平又乜汽施例 圖2爲圖丄所示微機電系統麥 之剖面示意圖。 夕兄風曰曰片 圖3爲圖”斤示微機 式之剖面示意圖。 凡、乏另—貫施方 車交佳貫施例 較佳貫施例 發明微機電系統麥克風第 夕克風晶片之剖面示意陶。 中夫：5爲本發明微機電系統麥克風第 夕克風晶片之剖面示意圖。 中心胃本毛明微機電系統麥克風第四較件每m 中麥克風晶片之剖面示。 *四車乂佳貫施例 圖7爲本發明微機電 中麥克風晶片之剖面示^統麥克風第五較佳實施例 圖8爲本發明微機备 中麥克風晶片之剖面示意=麥克風第六較佳實施例 圖9爲本發明微機電系一 '、、、'充夕克風第七較佳實施例 200905722 • 中麥克風晶片之剖面示意圖。 發明微機電系統麥克風第八較佳實施 見風日日片之剖面示意圖。 罔 η _ 例^克風ίί發明微機電系統麥克風第九較佳實施 兄風日日片之剖面示意圖。 片上【作12二=—石夕基片上製作振動膜並在另-發基 ^ 軋化矽之剖面示意圖。 在二形成隔離層與空氣間隙並 4掷耳予孔之剖面示素 圖14爲鍵合隔離層肖振動膜 圖15爲去掉有振動膜之料/不思圖。 對保留之振勒腔，隹" 、 土片、只保留振動膜、 動膜進仃刻餘，且沉積 一 圖16爲，A甘 貝包極之剖面示意圖。 之幻 在一夕基片上形成高摻雜之Μ姑道+ 之σ彳面示意圖。 ’、辅助電層 圖17爲在輔助導電岸一 剖面示意圖。 儿貝同離層及振動臈之 圖18爲刻蝕振動 分別沉積-電極之剖心:振動膜及辅助導電層上 圖19爲減薄矽基片、於矽美 掩膜層'形成聲學孔之剖面示；之背面上沉積 叫面圖立2〇舄通過聲學孔刻蝕隔離層以… 面不意圖。 g A成空氣間隙之 【主要元件符號說明】 封裝外殼 入口 11 20 200905722 封閉粘合膠 麥克風晶片 30 、 40 、 50 背板 隔離層 電極 聲學孔 辅助導電層 突觸 13 外部電路 20 60a 、 60b 、 60c 、 70a 、 70b 、 70c 31、41 32 34a 、 34b 36 、 46 、 56 47 61 、 62 、 63 矽基片 31d、33e 振動膜 33 空氣間隙 35 腔體 38 鈍化層 58 41d 21