專利名稱：電容式微型麥克風的麥克風芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種芯片，特別是涉及一種用于封裝成微型麥克風的麥克風芯片。
技術背景一般微型麥克風可分為壓電式、壓阻式以及電容式三類，而其中，由于電容式 微型麥克風因具有較高的靈敏度、較低的噪聲、低失真，與較低的功率消耗等優(yōu)點， 而成為目前微型麥克風發(fā)展的主流。而，封裝成電容式微型麥克風的麥克風芯片，可簡單的區(qū)分成由單一基板經過多數(shù)道半導體制禾敬程，例如微影、蝕刻、蒸(濺)鍍..，再切割(sawing)的單芯 片式，以及由兩塊分別成型的芯片再接合(bonding)成一體的雙芯片式二種。無論是單芯片式或是雙芯片式電容式微型麥克風中所封裝的麥克風芯片，其共 同的缺點都在于制程中必須進行體蝕刻(bulk etching)，以形成電容式微型麥克風 的所必備的「振膜(diaphragm)」與「氣隙(air gap)」等構造；而需要進行體蝕 刻過程時，蝕刻的部分越多，所需要進行蝕亥啲時程也就越長，制程也就越不易掌 控，所制得的成品品質變異也會較大，制程良率也因此無法提升；此外，在進行晶 圓切割時，都會損及己成型的麥克風芯片的結構，而導致整體制程良率的降低。因此，改善目前封裝成電容式微型麥克風的麥克風芯片， ￡界、學界一直努 力的目標。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是在麟一種利用半導體帝暇、微機電技術與脫離技術(Transfer Technique)制作新的麥克風芯片。于是，本發(fā)明一種電容式微型麥克風的麥克風芯片，封裝于一殼座中并與一可 將電容變化轉換成電壓變化的場效晶體管相配合而成一電容式微型麥克風。該麥克風芯片是以半導體制織型并包含一振膜與一氣隙單元。該振膜與該離的內壁面相間隔而形成一供該振膜形變用的振動空間，且該振 膜具有一以導體材料構成的第一電極層，及一以絕緣材料構成并形成在該第一電極層上的振膜層，該振膜層并包括一振膜區(qū)域，及一環(huán)圍該振膜區(qū)域的種晶區(qū)域，該 振膜區(qū)域可因外界的聲能作用而產，應形變。該氣隙單元具有一以導體材料構成的第二電極層，及一定義形成于該第二電極 層上的強固層，該第二電極層與該強固層并共同形成一自該種晶區(qū)域向相反于該第 一電極層方向延伸的氣隙壁，及一具有一音孔圖像的背板，該背板、氣隙壁與該振 膜層的振膜區(qū)域共同界定一以該音孔圖像供氣流流動的氣隙。本發(fā)明的有益效果在于以半導體制程、微機電技術與脫離技術，無須切割地直 接成型出可直接封裝于殼座中的麥克風芯片，而可精確縮小麥克風芯片的體積，并 提高整體制程的良率，同時亦可將鎌回收再利用，以降低耗材財。


圖1是一剖視示意圖，說明一個以本發(fā)明電容式微型麥克風的麥克風芯片的一第一較佳實施例封裝而成的電容式微形麥克風；圖2是一剖視示意圖，說明本發(fā)明電容式微型麥克風的麥克風芯片的一第一較 佳實施例；圖3是一流程圖，說明圖2的麥克風芯片的鬼隨方法；圖4是一剖視示意圖，說明以圖2所示的麥克風芯片翻轉180°后封裝成另一態(tài) 樣的電容式微型麥克風；圖5是一剖視示意圖，說明本發(fā)明電容式微型麥克風的麥克風芯片的一第二較 佳實施例；圖6是一流程圖，說明圖5的麥克風芯片的制造方法。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明參閱圖l、圖2，本發(fā)明電容式微型麥克風的麥克風芯片的一第一較佳實施例， 是^TS己合一殼座11封裝成如圖1所示的電容式微型麥克風1，用以感應外界的聲能 變化。該殼座1包括一底壁111、 一由iM壁111周緣向上延伸的周壁112、 一與該周 壁112頂 結且可供聲能穿透的頂壁113，及一設置在，壁111上的封裝塊114， 該底壁lll、周壁112,與頂壁113共同界定出一個供該麥克風芯片2容置的封裝空間115。該麥克風芯片2 ^用半導體制程、微機電技術與脫離技術制成，包括一振膜 21，及一與振膜21相連結的氣隙單元22。該振膜21為業(yè)界所稱的「平板式,」，連接在該封裝塊114上而與該殼座l1的底壁111共同區(qū)隔出一振動空間116，該振膜21并具有一以導^t才料構成并與該 封裝±央114連接的第一電極層211，及一以絕緣材料形成于第一電極層211上的振膜 層212，該 層212并包括一振膜區(qū)域213，及一環(huán)圍振膜區(qū)域213的種晶區(qū)域214， 該 區(qū)域213可因外界的聲能作用而產，應形變。該第一電極層211是以例如 鉻、金、鉭、鉬、鋁、鈀、鎢、銅、鎳等金屬，皿此等金屬的組合的合^/復合物 為材料構成，在此以鉻/金為例說明；而該振膜層212可選擇例如聚亞酰胺 (polyimide)、氮化硅、氧化硅、金屬，則匕等的組合為材料構成，在此則以聚亞 ,安為例說明。該氣隙單元22具有一第二電極層221 ，及一定義形成于第二電極層221上的強 固層222，該第二電極層221與強固層222并共同形成一自種晶區(qū)域214向相反于第 一電極層211方向延伸的氣隙壁223，及一具有一音孔圖像224的背板225，該背板 225、氣隙壁223與 層212的振膜區(qū)域213共同界定出一以音孔圖像224供氣流 流動的氣隙226。同樣地，該第二電極層221是以例如鉻、金、鉭、銷、鋁、鈀、鉤、 銅、鎳等金屬，艦此等金屬的組合為材料構成，在此以鉻/金為例說明；而該強固 層222則可選擇例如鎳、銅、鈷、鐵、壓克力、聚亞i^安，及此等的組合為材料構 成，在此則以鎳為例說明。當在上述的麥克風芯片2的第一、二電極層211、 221寫入電荷而構成電容，并 封裝入該殼座11后，即成電容式微型麥克風1，當外界聲能自該殼座11的頂壁113 穿M入時，該 21的振膜區(qū)域213受其作用而在i^動空間116與氣隙226中產 生對應形變，并在形變的同時產生電容變化，之后，再配合一個可將電容變化轉換 成電壓變化的場效晶體管(FET,圖未示出)即可將此電容變化轉換成電子訊號向外 傳遞、運用。在此要特別說明的是，，只是以本發(fā)明麥克風芯片2配合最基本的殼座11結 構作說明，事實上，熟知此項技藝人士皆知，魏11的封裝塊U4、周壁112、頂 壁115、底壁lll等都可以配合導電與否的設計，或是直接將電路設計在其中，或是 以電路板(PCB)取代，而達到實際應用的需求，此外，場效晶體管也可以直接共同封^A殼座11中，或是組設在以電路板當作周壁112、頂壁115或是底壁111使 用的電路設計上，由于此部分的設計方式眾多，且并非本發(fā)明的創(chuàng)作重點所在，所 以在此不再多做贅述。上述的麥克風芯片2在配合如圖3所示的制造方法詳細說明后，當可更加清楚 的明白。參閱圖3制造麥克風芯片2時，是先實施步驟301，以〈100〉硅晶圓作為基板 41 ，經過標準潔凈步驟清f先后，在 41上以電子束蒸鍍厚度約3 u m的鋁作為脫 離層42。由于此脫離層42的存在，是為了后續(xù)成型出與 連結的麥克風芯片2之后， 能以特定的蝕刻液溶蝕而可將麥克風芯片2與 41相分離，以直接取得完整的麥 克風芯片2之用，因此，脫離層42的構j^才料，只需對應繊41與麥克風芯片2， 而當以蝕刻液溶蝕時，只會溶M離層42而不會損及鎌41與麥克風芯片2即可， 因此，除了鋁之外，其它如氧化物、高分子材料，或此等材料的組合均可以應用； 在此，貝似鋁并對應后續(xù)選用鹽酸為蝕刻液為例說明。接著進行步驟302，禾,黃光微影在脫離層42上定義出預定圖像后，以熱阻式 蒸鍍機蒸鍍厚度約為150nm的鉻/金(Cr/Au)，再移除(Lift-Off)非所需的部分后， 定義形成具有預定圖像的第一電極層211。然后進行步驟303，再次利用黃光微,第一電極層211上以感光材料，如聚亞 酰胺(polyimide)定義出具有預定圖像的振膜層212,完成振膜21的制作。接著進行步驟304，以電漿輔助化學氣相沉積系統(tǒng)(PECVD)在振膜層212的 振膜區(qū)域213上沉積厚度約為3um的二氧化硅，作為后續(xù)進行t蟲刻掏空的犧牲層 43 (sacrificial layer)。由于此犧牲層43的存在，是為了形鵬續(xù)完成氣隙單元22的成型態(tài)樣，因此， 犧牲層43的構^t才料的細原則為當嫩夠除犧牲層43時，蝕刻液不會傷害麥克 風其它結構即可，因此，除了對應本例所選用的二氧化硅，其它如高分子材料、鋁 等均可以應用。接著再進行步驟305，利用黃光微, 層43相反于連結振膜21的上表面定 義出預定的音孔圖像224態(tài)樣后，以熱阻式蒸鍍機在 1212的種晶區(qū)域214與 犧^M43上蒸鍍厚度約為150nm的鉻/金(Cr/Au)，再移除(Lift-Off)非所需的部 分，定義形成具有預定音孔圖像224態(tài)樣的第二電極層221 。繼續(xù)進行步驟306，以第二電極層221作為種晶層(seed layer)，電皿夠厚的 鎳(Ni)形成強固層222，此時，第二電極層221與強固層222對應振膜區(qū)域213 所形成的音 L圖像224態(tài)樣使得犧牲層43對應此音孔圖像224態(tài)樣的區(qū)域，以對應 音孔圖像224的態(tài)樣裸露。接皿行步驟307，利用氫氟酸緩沖液(BOE)自犧牲層43對應音孔圖像224 的裸露處向下蝕刻掏空犧牲層43，而在振膜21上完成氣隙單元22的制作。最后進行步驟308，以鹽酸(HC1)蝕刻掉脫離層42，而使得麥克風芯片2與基 板41相分離，即可帝暢如圖2所示的麥克風芯片2，同時，^+反41也可再回收利用。參閱圖4，另外，上述所完成的麥克風芯片l，也可以翻轉180。而以氣隙單元 22疊置在封裝±央114上，而封裝制得另一種態(tài)樣的電容式微形麥克風l'。參閱圖5，本發(fā)明電容式微型麥克風的麥克風芯片的一第二較佳實施例，與上例 的麥克風芯片2相似，其不同處本例的麥克風芯片5的振膜51是屬「鈹折式振膜」 而已；由于麥克風芯片的其它構造均相類4以，在此不再多加重復贅述。參閱圖6，上述振膜51屬「鈹折式振膜「」的麥克風芯片的制作，是先實施步 驟601,以〈100〉硅晶圓作為基阪41，經過標準潔凈步驟清洗后，利用黃光微影在 基板41上先定義出預定的皺折圖像44。接著進行步驟602，以電子束蒸鍍厚度約3 u m的鋁作為脫離層42。接著進行步驟603，利用黃光微影在脫離層42上定義出預定圖像后，以熱阻式 蒸鍍機蒸鍍厚度約為150nm的鉻/金(Cr/Au)，再移除(Lift-Off)非所需的部分后， 配^折圖像44而定義形成具有預定圖像的第一電極層211。然后進行步驟604，再次利用黃光微影在第一電極層211上以感光材料，如聚亞 酰胺(polyimide)定義出具有預定圖像的振膜層212，完成鈹折式振膜51的制作。接著進行步驟605，以電漿輔助化學氣相沉積系統(tǒng)(PECVD)在振膜層212的 振膜區(qū)域213上沉積厚度約為3"m的二氧化硅，作為后續(xù)進行蝕刻掏空的犧牲層 43。接著再進行步驟606，利用黃光微，犧牲層43相反于連結振膜51的上表面定 義出預定的音 L圖像224后，以熱卩賦蒸鍍機在振膜層212的種晶區(qū)域214與犧牲 層43上蒸鍍厚度約為150nm的鉻/金(Cr/Au)，再移除(Lift-Qff)非所需的部分后，定義形成具有預定音孔圖像224態(tài)樣的第二電極層221 。繼續(xù)進行步驟607,以第二電極層221作為種晶層(seed layer)，電皿夠厚的鎳(Ni)形成強固層222，此時，第二電極層221與強固層222對應振膜區(qū)域213 所形成的音孔圖像224態(tài)樣使得犧牲層43對應此音孔圖像224態(tài)樣的區(qū)域，以對應 音孔圖像224的態(tài)樣裸露。接著進行步驟608，利用BOE自犧牲層43對應音孔圖像224態(tài)樣的裸露處向下 蝕刻掏空犧牲層43，而在鈹折式振膜51上完成氣隙單元22的制作。最后進行步驟609，以鹽酸(HC1)蝕刻移除脫離層42，而使得麥克風芯片5與 基板41相分離，以取得麥克風芯片5，同時，基板41也可再回收利用。在此要另外說明的是，雖然本發(fā)明的麥克風芯片2、 5都是以封m殼座11中 作說明，但是事實上，此等麥克風芯片2、 5也可以直接應用于系，封裝一亦即無 須，而直接封裝于電路板(Board)上，以感應聲能的作用，因為封^用的形式 種類眾多，在此不再多加舉例說明。由上述說明可知，本發(fā)明電容式微型麥克風的麥克風芯片2、 5，主要是利用半 導體帝暇、蒸鍍與電鍍等微機電技術，依序在繊41上定義出犧牲層43與麥克風 芯片2、 5的結構，進而應用脫離技術蝕刻掉脫離層42以分離麥克風芯片2、 5與基 板41，從而取得麥克風芯片2、 5并可將^^反41再行回收利用，不但可以避免體蝕 亥蹄喊較不易精確掌控的缺點，同時又可免于因切割造成芯片微組件結構的損壞， 而可確實提高整體麥克風芯片的品質與制程良率，確實達到本發(fā)明的創(chuàng)作目的。
權利要求
1. 一種電容式微型麥克風的麥克風芯片，封裝于一殼座中而成一電容式微型麥克風，并可與一可將電容變化轉換成電壓變化的場效晶體管相配合將作用的聲能轉換成電氣信號，其特征在于該麥克風芯片是以半導體制程成型并包括一振膜，與該殼座內壁面相間隔而區(qū)隔出一振動空間，具有一以導體材料構成的第一電極層，及一以絕緣材料構成并形成在該第一電極層上的振膜層，該振膜層并包括一振膜區(qū)域，及一環(huán)圍該振膜區(qū)域的種晶區(qū)域，該振膜區(qū)域可因外界的聲能作用而產生對應形變，及一氣隙單元，具有一以導體材料構成的第二電極層，及一定義形成于該第二電極層上的強固層，該第二電極層與該強固層并共同形成一自該種晶區(qū)域向相反于該第一電極層方向延伸的氣隙壁，及一具有一音孔圖像的背板，該背板、氣隙壁與該振膜層的振膜區(qū)域共同界定一以該音孔圖像供氣流流動的氣隙。
2. 如權利要求l所述的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該麥克 風芯片是先在一 ±依序定義形成一脫離層及該第一電極層與振膜層，再 于該振,上形成一遮覆該 層的振膜區(qū)域且使種晶區(qū) 露的犧牲層， 接著在該犧牲層與該振膜層的種晶區(qū)域上對應該犧牲層與該種晶區(qū)域的態(tài) 樣依序定義出對應該振膜區(qū)域形成該音孔圖像的第二電極層及強固層，最后 自該犧牲層對應該音 L圖像的區(qū)域的裸露處蝕刻移除該犧牲層，以及蝕刻移 除該脫離層使該振膜與 相分離后而制得。
3. 如權利要彩戶腿的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于織一、 二電極層分別魏自下列所構成的群組為材料定義形成鉻、金、鉭、鉬、 鋁、鈀、鉤、銅、鎳，及此等的組合。
4. 如權利要彩戶欣的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該振膜 層錢自下列所構成的群組為材料定義形成聚亞 、氮化硅、氧化硅、 金屬，及此等的組合。
5. 如權禾腰彩所述的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該強固層是以電鍍方式形成于該第二電極層上，皿自由下列所構成的群組為材料 定義形成鎳、銅、鈷、鐵，及此等的組合。
6. 如權利要彩所述的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該強固層皿自由下列所構成的群組為材料定義形成壓克力、聚亞酰胺，及此等 的組合。
7. 如權利要救所述的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該脫離 層是選自由下列所構成的群組為材料定義形成鋁、氧化物、高分子材料， 及此等的組合。
8. 如權利要^2所述的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該振膜 層的振膜區(qū)域的截面成平板態(tài)樣。
9. 如權禾頓彩所述的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該振膜 層的振膜區(qū)域的截面成凹凸鈹折態(tài)樣。
10. 如權利要彩所述的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該犧牲 層是選自由下列所構成的群組為材料定義形成二氧化硅、鋁、高分子材料， 及此等的組合。
11. 如權利要彩或10所述的電容式微型麥克風的麥克風芯片，其特征在于該 犧牲層是以電漿輔助化學氣相沉積制得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電容式微型麥克風的麥克風芯片，是以半導體制程及微機電技術在基板上依序定義形成脫離層、第一電極層、振膜層與犧牲層后，利用蒸鍍、電鍍方式繼續(xù)定義出第二電極層及強固層，再利用第二電極層與強固層對應形成的音孔圖像將犧牲層蝕刻掏空形成出氣隙后形成出與基板連結的麥克風芯片，最后，再應用脫離技術蝕刻移除脫離層使得麥克風芯片與基板脫離而取得麥克風芯片，由于本方法采半導體制程、微機電技術，以及無須進行切割制程即可制得麥克風芯片，因此可以精確縮小麥克風芯片的體積，并提高整體制程的良率，同時亦可將基板回收再利用，降低耗材成本。
文檔編號H04R19/04GK101267689SQ20071008734
公開日2008年9月17日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權日2007年3月14日
發(fā)明者張昭智, 洪瑞華, 胡辜昱, 蔣宇寧, 蔡圳益 申請人:佳樂電子股份有限公司