TW201311543A - 具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片 - Google Patents

Abstract

本發明具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片係包括有一基板，且基板具有一主背腔室及一副背腔室，副背腔室形成於主背腔室之側，且與主背腔室間為連通，而在主背腔室上更懸設有一振膜，振膜係可接收外在聲波且相對該些背腔室產生振動，而因為背腔空間的擴增，故可使得微機電麥克風晶片具有較佳的靈敏度，而具有較佳的聲音頻率響應曲線。

Description

具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片

本發明主要是關於一種微機電麥克風晶片，特別是揭露一種在原本的背腔空間之外，另外再擴增設置有一連通的背腔空間之微機電麥克風晶片。

近年來隨著半導體技術的迅速發展，電子產品愈來愈能朝向微型化及薄型化來設計；在電聲領域的產品當中，用以將聲波轉換為電子訊號的麥克風在與半導體技術結合過程上發展最為快速，目前市面上可見的許多電子產品中皆已組配有微機電(MEMS)麥克風，其與習知較為廣泛使用的駐極體麥克風(ECM)相較之下，具備有更強的耐熱、抗振與防射頻干擾的性能，也因為具有較佳的耐熱性能，因此微機電麥克風可採用全自動表面貼裝生產製程，不僅能簡化生產流程，降低生產成本，而且能夠因此提供較高的設計自由度及系統成本優勢。

請參閱第1圖所示，為習知微機電麥克風晶片之剖視圖。其中微機電麥克風晶片的形成，係先在矽基板10藉由微機電製程形成有一氧化矽絕緣層11及一氮化矽絕緣層12，且在氮化矽絕緣層12上再形成有一振膜層13及一電極14，其中振膜層13與電極14之間係具有一導線15以電性連接，另外，此處矽基板10上藉由蝕刻方式形成有一背腔16，使得振膜層13乃懸設在氮化矽絕緣層12上，此處所敘述之微機電麥克風晶片係可設置在一底板上，並電性連接於同樣設置在底板上之半導體晶片(ASIC)，且底板上結合具有音孔的外殼後，即組配形成為一微機電麥克風，當外界聲波由音孔傳入至微機電麥克風晶片並使得振膜層13產生振動時，即會對應產生一電子訊號由電極14傳送至半導體晶片上，而輸出至微機電麥克風所安裝的電子產品之處理器上。

由於上述微機電麥克風晶片尺寸非常小，因此在矽基板10上所形成的背腔16空間也是非常狹小，因此在有限的空間當中所產生的空氣阻力，將使得振動層13的振動力下降，最後將導致微機電麥克風的音質下降，特別是指靈敏度的下降。

有鑑於上述課題，本發明之目的在於提供一種在基板既有的背腔之外，再於基板的適處延伸連通另一空間以作為背腔的擴增，而能在不增加多餘結構的情況下達到背腔擴增的效能。

緣是，為達上述目的，本發明具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片係包括有一基板，且基板具有一主背腔室及一副背腔室，副背腔室形成於主背腔室之側，且與主背腔室間為連通，而在主背腔室上更懸設有一振膜，當振膜接收外在聲波且相對該些背腔室產生振動時，即可產生對應的電子訊號並傳輸至與微機電麥克風晶片電性連接之一電子電路而作讀取處理。

有鑑於此，本發明具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片藉由在基板上同時形成有主背腔室及副背腔室，不但擴增了習知微機電麥克風晶片的背腔空間，且並未因此加大微機電麥克風晶片的整體尺寸，也不需求搭配其他結構件來輔助，如此即可達成背腔擴增之結果，而使得此微機電麥克風晶片組設於微機電麥克當中時，可展現出較佳的靈敏度，而得到較佳的聲學頻率響應曲線。

以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之一種具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片。

請參照第2A及2B圖所示，為本發明微機電麥克風晶片之剖視圖及局部上透視圖，其中微機電麥克風晶片係包括有一基板20，且基板20具有一主背腔室21及一副背腔室22，副背腔室22形成於主背腔室21之側，且主背腔室21與副背腔室22之間係為連通，而在主背腔室21上更懸設有一振膜30，當振膜30接收外在聲波而相對該些背腔室21、22產生振動時，即可產生對應的電子訊號以傳輸至與微機電麥克風晶片電性連接之一電子電路以讀取處理。

本發明之微機電麥克風晶片與習知說明中相同可設置在一底板上，且電性連接於底板上之半導體晶片，當底板結合具有音孔之外殼後，即可組配為一微機電麥克風，因此上述振膜振動後所產生的電子訊號即可傳輸至半導體晶片，並再透過半導體晶片而傳輸至安裝此微機電麥克風之電子產品之處理器上。

再者，此處基板20係由矽材質所製成，且基板20與振膜30之間更包括有一第一絕緣層40與一第二絕緣層50，且振膜30即由第二絕緣層50所承載，此處第一絕緣層40係由二氧化矽所沉積而形成，而第二絕緣層50乃由氮化矽所沉積形成。由於基板20以矽材質製成，因此可藉由蝕刻製程來對基板20進行加工，先在基板20上加工出兩個獨立的凹槽，之後再藉由蝕刻第一絕緣層40以使得兩個凹槽之間建立起一個通道23，如此而能讓主背腔室21與副背腔室22之間形成連通，而此處另須說明的是，由於第二絕緣層50在沉積於第一絕緣層40上時即可設計邊界柱51形成於第一絕緣層40當中，因此對第一絕緣層40進行蝕刻時，僅會蝕刻掉在兩側邊界柱51之間的區域。詳細的製程說明，將以另一實施例的圖式來輔以介紹。

另外，基板20上更包括有一電極60，且此電極60係藉由一導線70與振膜30電性連接，微機電麥克風晶片即藉由電極60而電性連接至上述半導體晶片。在本實施例當中，如第2A圖所示，主背腔室21之寬度係小於振膜30之寬度，而副背腔室22即形成於振膜30投影下來的外圍，但此處主背腔室21之寬度亦可等於振膜30之寬度，而使得副背腔室22形成在更外圍的區域，但所能達成之功效皆是相同的；再者，如第2B圖所示，此處主背腔室21係與振膜30皆設計為圓形，且副背腔室22乃形成於導線70的下方，然此處僅為示例，該些背腔室21、22之形狀並不限於此圖形狀，亦可依照實際需求而作設計。

接著，請參閱第3圖至第5B圖所示，為本發明另一實施例之微機電麥克風晶片的製程示意圖。首先請參閱第3圖，在此製程階段，係先準備矽材質之基板20，並在基板20上沉積第一絕緣層40，第一絕緣層40上再沉積第二絕緣層50，第二絕緣層50上再形成振膜30、導線70及電極60等結構，此處第一絕緣層40亦可選用二氧化矽材質，第二絕緣層50可選擇氮化矽材質，振膜30為多晶矽材質，導線70及電極60皆可選擇具導電功能之金屬材質。

再如第4A圖所示，本例中係將基板20中央及兩側適處分別藉由乾蝕刻製程以形成大凹槽及小凹槽，中央大凹槽即作為主背腔室21，兩側小凹槽即作為副背腔室22，而如第4B圖所示，此例中副背腔室22係共有四個，且該些副背腔室22皆呈圓弧狀而環繞於主背腔室21的周圍。接著，如第5A圖所示，由於第一絕緣層40與第二絕緣層50的材質不同，因此可選擇僅對第一絕緣層40有蝕刻效果的電漿來作進一步的蝕刻製程，且加上因為第二絕緣層50在沉積於第一絕緣層40上時即可設計邊界柱51形成於第一絕緣層40當中，因此對第一絕緣層40進行蝕刻時，僅會蝕刻掉在兩側邊界柱51之間的區域，而如第5B圖所示，藉由蝕刻掉第一絕緣層40所形成的通道23，即使得主背腔室21與副背腔室22之間形成連通，等同振膜30產生振動時之背腔空間範圍擴增，而能提供較佳的頻率響應特性。

綜上所述，本發明微機電麥克風晶片藉由在振膜下方以基板、第一絕緣層及第二絕緣層等三層材料所構成，透過事先定義設計的背腔範圍，搭配蝕刻技術的製程，而能在基板上形成有主背腔室與副背腔室之間的溝通，並因此擴增了振膜下方的背腔體積，與習知技術相較之下，本發明微機電麥克風晶片之振膜在接收外在聲波時，被空氣阻力的影響減少許多，較不易影響靈敏度，而能提供較佳聲音頻率響應曲線。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10．．．矽基板

11．．．氧化矽絕緣層

12．．．氮化矽絕緣層

13．．．振膜層

14．．．電極

15．．．導線

16．．．背腔

20．．．基板

21．．．主背腔室

22．．．副背腔室

23．．．通道

30．．．振膜

40．．．第一絕緣層

50．．．第二絕緣層

51．．．邊界柱

60．．．電極

70．．．導線

第1圖為習知微機電麥克風晶片之剖視圖；

第2圖為本發明微機電麥克風晶片之剖視圖；

第3圖為本發明另一實施例之微機電麥克風晶片製程示意圖(一)；

第4A圖為本發明另一實施例之微機電麥克風晶片製程示意圖(二)；

第4B圖為第4A圖的局部上透視圖；

第5A圖為本發明另一實施例之微機電麥克風晶片製程示意圖(三)；以及

第5B圖為第5A圖的局部上透視圖。

20．．．基板

21．．．主背腔室

22．．．副背腔室

23．．．通道

30．．．振膜

40．．．第一絕緣層

50．．．第二絕緣層

51．．．邊界柱

60．．．電極

70．．．導線

Claims (10)

1. 一種具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其包括有：一基板，具有一主背腔室及一副背腔室，該副背腔室形成於該主背腔室之側，且該主背腔室與該副背腔室之間係為連通；以及一振膜，懸設於該主背腔室上；其中，當該振膜接收外在聲波而相對該些背腔室產生振動時，即可產生對應之一電子訊號以傳輸至與該微機電麥克風晶片電性連接之一電子電路以讀取處理。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中更包括複數個副背腔室設置在該主背腔室的周緣，且各自與該主背腔室連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中該基板係為矽材質，且該主背腔室與該副背腔室係藉由蝕刻製程以形成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中該基板與該振膜之間更包括有一第一絕緣層及一第二絕緣層，該第二絕緣層係承載該振膜。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中藉由蝕刻該第一絕緣層之部份，而能形成該主背腔室與該副背腔室之間的通道。
6. 如申請專利範圍第4項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中該第二絕緣層在該第一絕緣層中延伸設置有邊界柱，藉以控制第一絕緣層被蝕刻之範圍。
7. 如申請專利範圍第4項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中該第一絕緣層係為二氧化矽材質。
8. 如申請專利範圍第4項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中該第二絕緣層係為氮化矽材質。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中該基板上更包括有一電極與該振膜電性連接，且該微機電麥克風晶片係藉由該電極而電性連接至一外部電子電路。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具擴增背腔空間之微機電麥克風晶片，其中該主背腔室之寬度小於或等於該振膜之寬度。