一种可防水汽的电容式微型麦克风及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种可防水汽的电容式微型麦克风及其制备方法，所述的电容式微型麦克风包括：掺杂基板、至少一防水绝缘层、牺牲层、振膜及声腔，其中，在所述掺杂基板上方淀积有所述至少一防水绝缘层及所述牺牲层，在所述防水绝缘层和牺牲层上方，并在所述掺杂基板的中心区淀积有所述振膜，所述振膜与所述掺杂基板之间通过移除所述牺牲层后的空隙形成电容器，所述振膜的下部设置所述声腔，所述声腔从掺杂基板上对应于设置所述振膜的中心区域贯穿整个掺杂基板。本发明制备上述可防水汽的电容式微型硅麦克风的方法成品率高，成本低，工艺容易实现，能满足小尺寸要求，减少了后续组装工艺环节的相应工序，并且适合大批量生产。
【专利说明】一种可防水汽的电容式微型麦克风及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种娃麦克风【技术领域】,特别是一种电容式微型娃麦克风及其制备方法，具体地说是一种利用MEMS技术的可防水汽的电容式微型硅麦克风及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微机电(MEMS micro-electro-mechanical system)麦克风或称娃麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如:手机、MP3、录音笔和监听器材等。在硅微麦克风的实际应用中，在满足低成本和高性能要求的同时，一般根据实际使用情况，还要求其具有防尘和防水功能，这成为硅微麦克风设计的一个难题。
[0003]传统的硅微麦克风防尘防水设计一般通过在进声孔上覆盖防水膜，这种设计可以实现较好的防尘效果，但如果不采用致密的防水膜，即使采用如中国专利CN202071422U的方式，在麦克风长期处于潮湿环境中时，水汽也会进入娃微麦克风结构，有浸润二氧化娃绝缘层使得引出电极之间阻抗下降甚至短路的危险。因此设计上要求防水膜较为致密，但致密的防水膜设计对硅微麦克风形成了一定的声阻，造成硅微麦克风整体产品的灵敏度损失。
[0004]为了起到防水的效果并减少灵敏度损失，现有技术中提出了改良封装和组装工艺，在封装管壳内腔或振膜声腔与封装管壳相对应的界面上淀积防水层来实现防水。例如，
【公开日】为2009年3月25日，发明人C.王等，名为“带有防水表面涂层的微型麦克风组件”的中国专利CN101394686A，和授权公告日为2012年7月4日，发明人庞胜利，名为“一种硅微麦克风”的中国专利CN202310097U分别揭露了两种不同的在麦克风与电路的组装环节进行的对封装管壳内腔和麦克风结构进行的防水层淀积工作。
[0005]上述发明虽然能获得良好的防水效果，但是由于防水层的淀积工作是放在后续组装环节进行，淀积工艺牵涉到的零部件和生产环境设施人员配套较多，生产和组装均不方便，且成本昂贵。例如，根据淀积工艺的要求，相应生产场地条件与洁净环境的建立和保持，相应专用设备的购置及水电气管路配套，相应专用技术人才培养，相关工艺环节对自然环境的影响，均额外地增加了生产的成本，降低了生产的效率。在现有技术中，为了实现防水且不损失灵敏度，防水绝缘层在后端组装工艺环节由淀积工艺制成，相应方式可参见图1，但是现有技术有诸多缺点，因此，如何将现有技术中所存在的问题加以解决，即为本领域技术人员的研究方向所在。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种可防水汽的电容式微型麦克风及其制备方法，其是针对现有技术硅麦克风实际使用中需要防水的问题，提供一种能够无需在组装工艺环节引入淀积工艺的解决方案，从而能一方面在不损失灵敏度的前提下获得良好的防水效果，另一方面避免由于组装工艺环节的淀积工艺而额外产生的上述生产成本。
[0007]为了达到上述目的，本发明提供一种可防水汽的电容式微型麦克风，其包括:掺杂基板、至少一防水绝缘层、牺牲层、振膜及声腔，其中，在所述掺杂基板上方淀积有所述至少一防水绝缘层及所述牺牲层，在所述防水绝缘层和牺牲层上方，并在所述掺杂基板的中心区淀积有所述振膜，所述振膜与所述掺杂基板之间通过移除所述牺牲层后的空隙形成电容器，所述振膜的下部设置所述声腔，所述声腔从掺杂基板上对应于设置所述振膜的中心区域贯穿整个掺杂基板。
[0008]其中，所述掺杂基板在靠近所述振膜一侧设置有掺杂基板电极，所述掺杂基板电极与掺杂基板电性连接；在所述振膜上设置有振膜电极，所述振膜电极与振膜电性连接。
[0009]其中，所述的防水绝缘层附着在靠近振膜的面上。
[0010]其中，所述的防水绝缘层附着在靠近掺杂基板的面上。
[0011]其中，所述防水绝缘层的材料包括氮化硅或聚酰亚胺，所述振膜使用导电多晶硅材料实现。
[0012]其中，所述振膜上，并且在对应声腔的中心区域以外，设有刻蚀槽或刻蚀孔。
[0013]为了达到上述目的，本发明还提供一种电容式微型麦克风的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
[0014]步骤S1:提供惨杂基板；
[0015]步骤S2:在掺杂基板的表面淀积牺牲层，并选择性地掩蔽和刻蚀牺牲层，在牺牲层的表面淀积防水绝缘层，并选择性地掩蔽和刻蚀防水绝缘层，并在防水绝缘层的表面淀积振膜，并选择性地掩蔽和刻蚀振膜；
[0016]步骤S3:利用在牺牲层的形状和所设置的刻蚀槽或刻蚀孔，得到振膜结构；
[0017]步骤S4:将振膜作为掩膜，刻蚀牺牲层；
[0018]步骤S5:在振膜的表面淀积金属，并通过刻蚀留出的振膜、牺牲层、防水绝缘层上的金属注入孔，在掺杂基板上和振膜上同时形成引出的掺杂基板电极和振膜电极；
[0019]步骤S6:选择性地掩蔽和刻蚀掺杂基板对应于淀积振膜中心区域的另一表面，在掺杂基板对应于淀积振膜的另一端形成声腔，所述声腔位于振膜(5)的下方，声腔从掺杂基板上对应于设置振膜的中心区域贯穿整个掺杂基板；
[0020]步骤S7:刻蚀牺牲层，去除掺杂基板与振膜的可动部分之间的牺牲层。
[0021]其中，所述步骤S2的替换方式为:先在掺杂基板的表面淀积防水绝缘层，并选择性地掩蔽和刻蚀后，再在防水绝缘层的表面淀积牺牲层，并选择性地掩蔽和刻蚀，在牺牲层的表面淀积振膜，并选择性地掩蔽和刻蚀振膜。
[0022]其中，所述牺牲层材料为二氧化硅或磷硅玻璃。
[0023]其中，在牺牲层上利用光刻形成多个凹槽，振膜淀积入凹槽形成朝向掺杂基板的关起。
[0024]其中，所述的防水绝缘层包括自组装单分子层，防水绝缘层的总厚度不超过I微米。
[0025]其中，所述步骤S5中淀积的金属为金、镉、镍、钛和银中选用一种或几种。
[0026]其中，所述的掺杂基板在靠近振膜的一侧用离子注入的方式进行部分掺杂，或选用全部掺杂的硅片制作。
[0027]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:制备上述可防水汽的电容式微型硅麦克风的方法成品率高，成本低，工艺容易实现，能满足小尺寸要求，同时精简掉了后续组装环节对应防水层制作的相关工艺，及对应于这方面工艺的各方面成本，并且适合大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是现有技术的防水汽微型硅麦克风结构示意图；
[0029]图2?图1OB是本发明具体实施工艺步骤剖视示意图，其中:
[0030]图2是本发明第一实施例掺杂基板上形成防水绝缘层后的结构剖视示意图；
[0031]图3是本发明第一实施例掺杂基板和防水绝缘层上淀积牺牲层后的结构剖视示意图；
[0032]图4是本发明第一实施例牺牲层被选择性地掩蔽和光刻后的结构剖视示意图；
[0033]图5是本发明第一实施例被淀积振膜后的结构剖视示意图；
[0034]图6是本发明第一实施例在振膜上刻蚀槽或孔后的结构剖视示意图；
[0035]图7是本发明第一实施例在利用振膜作掩膜刻蚀牺牲层后的结构剖视示意图；
[0036]图8是本发明第一实施例在淀积金属电极后的结构剖视示意图；
[0037]图9是本发明第一实施例在形成声腔后的结构剖视示意图；
[0038]图1OA是本发明第一实施例在去除牺牲层的结构剖视示意图；
[0039]图1OB是本发明第二实施例在去除牺牲层的结构剖视示意图；
[0040]附图标记说明:1_掺杂基板；2_掺杂基板电极；3_防水绝缘层；4_牺牲层；5-振膜；6_声腔；7_振膜电极。
【具体实施方式】
[0041]以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0042]本发明的方案主要用于电容式微型硅麦克风的防水汽结构制备，在本发明中，由于将相应防水绝缘层淀积工艺安排在前端结构制备环节完成，可以省去将相应淀积防水绝缘层的工艺安排在组装环节带来的诸多成本。
[0043]如图1OA和图1OB所示:本发明包括掺杂基板1、掺杂基板电极2、防水绝缘层3、牺牲层4、振膜5、声腔6和振膜电极7。
[0044]图2到图1OA给出了本发明一实施例的微型硅麦克风结构及其制备工艺流程，图1OB另一实施例的微型娃麦克风结构制备完成的情况。
[0045]如图1OA和图1OB所示，掺杂基板I的上方淀积有防水绝缘层3和牺牲层4，在防水绝缘层3和牺牲层4上方并在掺杂基板I的中心区淀积有振膜5，其中，防水绝缘层3和牺牲层4的层叠顺序可以调换，即防水绝缘层3可以附着在掺杂基板I的靠近振膜5的面上，也可以附着在振膜5的靠近掺杂基板I的面上，显然，也可以淀积两个防水绝缘层3分别附着在这两个面上；振膜5与掺杂基板I之间通过部分移除牺牲层4后的空隙形成电容器，牺牲层4中未移除的部分形成连接掺杂基板I与可动振膜5之间的锚区；掺杂基板I对应于设置振膜5的下部设置声腔6，所述声腔6从掺杂基板I上对应于设置振膜5的中心区域贯穿整个掺杂基板I。
[0046]所述牺牲层4用二氧化硅或磷硅玻璃材料实现。由于牺牲层4材料的亲水性，在潮湿环境中其表面不致密，会吸附水汽，这样会在振膜与掺杂基板之间形成电学阻抗下降甚至电气连通。这样，在潮湿环境中光靠牺牲层4是起不到绝缘防水作用的。与图1所示的已有解决方案不同，本发明在牺牲层4与掺杂基板I之间，或者牺牲层4与振膜5之间，设置防水绝缘层3，利用氮化硅或聚酰亚胺材料的疏水性和致密性，起到防水效果。在实际的潮湿环境中，由于水对牺牲层4材料的浸润角和对防水绝缘层3的浸润角差别较大，且防水绝缘层3是致密的，故在牺牲层4和防水绝缘层3之间的相面上会由于不同的表面张力使水在牺牲层4和防水绝缘层3之间的边缘分离，这样就有效保证了防水汽绝缘的可靠性，所述的防水绝缘层3包括自组装单分子层，其总厚度不超过I微米。
[0047]所述掺杂基板I的靠近振膜5 —侧设置有掺杂基板电极2,所述掺杂基板电极2与掺杂基板I电性连接；在所述振膜5上设置有振膜电极7，所述振膜电极7与振膜5电性连接。所述振膜5上，在对应声腔6的中心区域以外，设有刻蚀槽或刻蚀孔。通过刻蚀槽和孔的形状，构造出梁和声孔，将振膜刚度调整至设计值，并通过声孔的形状和排布形成具有一定特定频率特征的声压收集器，传播声压，调整空气阻尼，控制机械噪声至设计值。
[0048]此外，振膜5上可以通过在牺牲层4上的预先刻蚀，在淀积时形成一些突起，以做应力释放、增强声压收集效果和起止挡作用。
[0049]振膜5如果使用导电多晶硅材料实现，淀积完成后应通过退火控制应力。
[0050]上述可防水汽的电容式微型硅麦克风的制备方法，可在现有通用微机械加工工艺流程基础上实现。其包括以下步骤:
[0051]步骤(a).提供掺杂基板I ;
[0052]步骤(b).如图2，在掺杂基板I的表面淀积防水绝缘层3，并选择性地掩蔽和刻蚀防水绝缘层3 ；
[0053]步骤(c).如图3，在防水绝缘层3的表面淀积牺牲层4，并如图4选择性地掩蔽和刻蚀牺牲层4 ；
[0054]步骤(d).如图5，在牺牲层4的表面淀积振膜5，并如图6选择性地掩蔽和刻蚀振膜5，利用在牺牲层4的形状和所设置的刻蚀槽或刻蚀孔，得到振膜5结构；
[0055]步骤(e).如图7，将振膜5作为掩膜，刻蚀牺牲层4 ；
[0056]步骤(f).如图8，在振膜5的表面淀积金属，并通过之前工艺刻蚀留出的振膜5、牺牲层4、防水绝缘层3上的金属注入孔，在掺杂基板I上和振膜5上同时形成引出的掺杂基板电极2和振膜电极7 ；
[0057]步骤(g).如图9，选择性地掩蔽和刻蚀掺杂基板I对应于淀积振膜5中心区域的另一表面，在掺杂基板I对应于淀积振膜5的另一端形成声腔6,所述声腔6位于振膜5的下方，声腔6从掺杂基板I上对应于设置振膜5的中心区域贯穿整个掺杂基板I ;
[0058]步骤(h).如图10，刻蚀牺牲层4，去除掺杂基板I与振膜5的可动部分之间的牺牲层4。
[0059]本发明所述的电容式微型麦克风的制备方法，其步骤(b)和步骤(C)的先后顺序可以调换，即可以先在掺杂基板的表面淀积牺牲层，并选择性地掩蔽和刻蚀后，再在防水绝缘层的表面淀积防水绝缘层并选择性地掩蔽和刻蚀，相应制成的微型硅麦克风如图1OB所示，对应第二实施例。
[0060]在本发明的各实施例中，所述的微型娃麦克风为使用娃加工技术制造的微机电系统声-电转换组件芯片；封装方式包括但不限于零高度和前进音方案。
[0061]一般来说，掺杂基板I可以在靠近振膜5的一侧用离子注入等方式进行部分掺杂，也可以选用全部掺杂的硅片制作。掺杂基板电极2和振膜电极7可以用一次工艺制作，也可以分别采用两次工艺制作并按照实际加工需要安排工序。
[0062]在第一和第二实施例中,仅使用了一层防水绝缘层3附着于掺杂基板I或振膜电极7上，显然也可以使用两层防水绝缘层分别附着于掺杂基板I和振膜电极7上。
[0063]另外，在所述制备方法的f工艺，即以振膜作为掩膜刻蚀牺牲层时，根据防水绝缘层3的材质，存在防水绝缘层3可以被刻蚀和不能被刻蚀两种可能性，如果防水绝缘层3不能被刻蚀，应在前面淀积防水绝缘层3并选择性地掩蔽和刻蚀的工艺步骤中予以相应考虑和修正。
[0064]综上所述，制备上述可防水汽的电容式微型硅麦克风的方法成品率高，成本低，工艺容易实现，能满足小尺寸要求，同时精简掉了后续组装环节对应防水层制作的相关工艺，及对应于这方面工艺的各方面成本，并且适合大批量生产。
[0065]以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种可防水汽的电容式微型麦克风，其特征在于，其包括:掺杂基板(I)、至少一防水绝缘层(3)、牺牲层(4)、振膜(5)及声腔(6)，其中，在所述掺杂基板(I)上方淀积有所述至少一防水绝缘层(3)及所述牺牲层(4)，在所述防水绝缘层(3)和牺牲层(4)上方，并在所述掺杂基板(I)的中心区淀积有所述振膜(5)，所述振膜(5)与所述掺杂基板(I)之间通过移除所述牺牲层(4)后的空隙形成电容器，所述振膜(5)的下部设置所述声腔(6)，所述声腔(6)从掺杂基板(I)上对应于设置所述振膜(5)的中心区域贯穿整个掺杂基板(I)。
2.根据权利要求1所述的一种可防水汽的电容式微型麦克风，其特征在于，所述掺杂基板(I)在靠近所述振膜(5) —侧设置有掺杂基板电极(2)，所述掺杂基板电极(2)与掺杂基板(I)电性连接；在所述振膜(5)上设置有振膜电极(7)，所述振膜电极(7)与振膜(5)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种可防水汽的电容式微型麦克风，其特征在于，所述的防水绝缘层(3)附着在靠近振膜(5)的面上。
4.根据权利要求1所述的一种可防水汽的电容式微型麦克风，其特征在于，所述的防水绝缘层(3)附着在靠近掺杂基板(I)的面上。
5.根据权利要求1所述的一种可防水汽的电容式微型麦克风，其特征在于，所述防水绝缘层(3)的材料包括氮化硅或聚酰亚胺，所述振膜(5)使用导电多晶硅材料实现。
6.根据权利 要求1所述的一种可防水汽的电容式微型麦克风，其特征在于，所述振膜(5)上，并且在对应声腔(6)的中心区域以外，设有刻蚀槽或刻蚀孔。
7.一种电容式微型麦克风的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤: 步骤S1:提供惨杂基板(I)； 步骤S2:在掺杂基板(I)的表面淀积牺牲层(4)，并选择性地掩蔽和刻蚀牺牲层(4)，在牺牲层(4)的表面淀积防水绝缘层(3)，并选择性地掩蔽和刻蚀防水绝缘层(3)，并在防水绝缘层⑶的表面淀积振膜(5)，并选择性地掩蔽和刻蚀振膜(5)； 步骤S3:利用在牺牲层(4)的形状和所设置的刻蚀槽或刻蚀孔，得到振膜(5)结构； 步骤S4:将振膜(5)作为掩膜，刻蚀牺牲层⑷； 步骤S5:在振膜(5)的表面淀积金属，并通过刻蚀留出的振膜(5)、牺牲层(4)、防水绝缘层(3)上的金属注入孔，在掺杂基板(I)上和振膜(5)上同时形成引出的掺杂基板电极(2)和振膜电极(7)； 步骤S6:选择性地掩蔽和刻蚀掺杂基板(I)对应于淀积振膜(5)中心区域的另一表面，在掺杂基板(I)对应于淀积振膜(5)的另一端形成声腔(6)，所述声腔(6)位于振膜(5)的下方，声腔(6)从掺杂基板(I)上对应于设置振膜(5)的中心区域贯穿整个掺杂基板(I); 步骤S7:刻蚀牺牲层(4)，去除掺杂基板(I)与振膜(5)的可动部分之间的牺牲层(4)。
8.根据权利要求7所述的电容式微型麦克风的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的替换方式为:先在掺杂基板(I)的表面淀积防水绝缘层(3)，并选择性地掩蔽和刻蚀后，再在防水绝缘层(3)的表面淀积牺牲层(4)，并选择性地掩蔽和刻蚀，在牺牲层(4)的表面淀积振膜(5)，并选择性地掩蔽和刻蚀振膜(5)。
9.根据权利要求7或8所述的电容式微型麦克风的制备方法，其特征在于，所述牺牲层(4)材料为二氧化硅或磷硅玻璃。
10.根据权利要求7或8所述的电容式微型麦克风的制备方法，其特征在于，在牺牲层(4)上利用光刻形成多个凹槽，振膜(5)淀积入凹槽形成朝向掺杂基板(I)的突起。
11.根据权利要求7或8所述的电容式微型麦克风的制备方法，其特征在于，所述的防水绝缘层(3)包括自组装单分子层，防水绝缘层(3)的总厚度不超过I微米。
12.根据权利要求7或8所述的电容式微型麦克风的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中淀积的金属为金、镉、镍、钛和银中选用一种或几种。
13.根据权利要求7或8所述的电容式微型麦克风的制备方法，其特征在于，所述的掺杂基板(1)在靠近振膜(5)的一侧用离子注入的方式进行部分掺杂，或选用全部掺杂的硅片制作 。
【文档编号】H04R31/00GK104080032SQ201310097521
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2013年3月25日
【发明者】万蔡辛, 杨少军 申请人:北京卓锐微技术有限公司