專利名稱：電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(fēng)的麥克風(fēng)芯片。
技術(shù)背景一般微型麥克風(fēng)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(fēng)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(diǎn)， 而成為目前微型麥克風(fēng)發(fā)展的主流。而，封裝成電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，可簡(jiǎn)單的區(qū)分成由單一基板經(jīng)過多數(shù)道半導(dǎo)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(wú)論是單芯片式或是雙芯片式電容式微型麥克風(fēng)中所封裝的麥克風(fēng)芯片，其共 同的缺點(diǎn)都在于制程中必須進(jìn)行體蝕刻(bulk etching)，以形成電容式微型麥克風(fēng) 的所必備的「振膜(diaphragm)」與「氣隙(air gap)」等構(gòu)造；而需要進(jìn)行體蝕 刻過程時(shí)，蝕刻的部分越多，所需要進(jìn)行蝕亥啲時(shí)程也就越長(zhǎng)，制程也就越不易掌 控，所制得的成品品質(zhì)變異也會(huì)較大，制程良率也因此無(wú)法提升；此外，在進(jìn)行晶 圓切割時(shí)，都會(huì)損及己成型的麥克風(fēng)芯片的結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)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(fēng)的麥克風(fēng)芯片， ￡界、學(xué)界一直努 力的目標(biāo)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在麟一種利用半導(dǎo)體帝暇、微機(jī)電技術(shù)與脫離技術(shù)(Transfer Technique)制作新的麥克風(fēng)芯片。于是，本發(fā)明一種電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，封裝于一殼座中并與一可 將電容變化轉(zhuǎn)換成電壓變化的場(chǎng)效晶體管相配合而成一電容式微型麥克風(fēng)。該麥克風(fēng)芯片是以半導(dǎo)體制織型并包含一振膜與一氣隙單元。該振膜與該離的內(nèi)壁面相間隔而形成一供該振膜形變用的振動(dòng)空間，且該振 膜具有一以導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一電極層，及一以絕緣材料構(gòu)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(chǎn)，應(yīng)形變。該氣隙單元具有一以導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二電極層，及一定義形成于該第二電極 層上的強(qiáng)固層，該第二電極層與該強(qiáng)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(dòng)的氣隙。本發(fā)明的有益效果在于以半導(dǎo)體制程、微機(jī)電技術(shù)與脫離技術(shù)，無(wú)須切割地直 接成型出可直接封裝于殼座中的麥克風(fēng)芯片，而可精確縮小麥克風(fēng)芯片的體積，并 提高整體制程的良率，同時(shí)亦可將鎌回收再利用，以降低耗材財(cái)。


圖1是一剖視示意圖，說明一個(gè)以本發(fā)明電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片的一第一較佳實(shí)施例封裝而成的電容式微形麥克風(fēng)；圖2是一剖視示意圖，說明本發(fā)明電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片的一第一較 佳實(shí)施例；圖3是一流程圖，說明圖2的麥克風(fēng)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(fēng)芯片翻轉(zhuǎn)180°后封裝成另一態(tài) 樣的電容式微型麥克風(fēng)；圖5是一剖視示意圖，說明本發(fā)明電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片的一第二較 佳實(shí)施例；圖6是一流程圖，說明圖5的麥克風(fēng)芯片的制造方法。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明參閱圖l、圖2，本發(fā)明電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片的一第一較佳實(shí)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(fēng)1，用以感應(yīng)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(jié)且可供聲能穿透的頂壁113，及一設(shè)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(gè)供該麥克風(fēng)芯片2容置的封裝空間115。該麥克風(fēng)芯片2 ^用半導(dǎo)體制程、微機(jī)電技術(shù)與脫離技術(shù)制成，包括一振膜 21，及一與振膜21相連結(jié)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(dòng)空間116，該振膜21并具有一以導(dǎo)^t才料構(gòu)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(chǎn)，應(yīng)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(fù)合物 為材料構(gòu)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(gòu)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(qiáng) 固層222，該第二電極層221與強(qiáng)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(dòng)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(gòu)成，在此以鉻/金為例說明；而該強(qiáng)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(gòu) 成，在此則以鎳為例說明。當(dāng)在上述的麥克風(fēng)芯片2的第一、二電極層211、 221寫入電荷而構(gòu)成電容，并 封裝入該殼座11后，即成電容式微型麥克風(fēng)1，當(dāng)外界聲能自該殼座11的頂壁113 穿M入時(shí)，該 21的振膜區(qū)域213受其作用而在i^動(dòng)空間116與氣隙226中產(chǎn) 生對(duì)應(yīng)形變，并在形變的同時(shí)產(chǎn)生電容變化，之后，再配合一個(gè)可將電容變化轉(zhuǎn)換 成電壓變化的場(chǎng)效晶體管(FET,圖未示出)即可將此電容變化轉(zhuǎn)換成電子訊號(hào)向外 傳遞、運(yùn)用。在此要特別說明的是，，只是以本發(fā)明麥克風(fēng)芯片2配合最基本的殼座11結(jié) 構(gòu)作說明，事實(shí)上，熟知此項(xiàng)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(dǎo)電與否的設(shè)計(jì)，或是直接將電路設(shè)計(jì)在其中，或是 以電路板(PCB)取代，而達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的需求，此外，場(chǎng)效晶體管也可以直接共同封^A殼座11中，或是組設(shè)在以電路板當(dāng)作周壁112、頂壁115或是底壁111使 用的電路設(shè)計(jì)上，由于此部分的設(shè)計(jì)方式眾多，且并非本發(fā)明的創(chuàng)作重點(diǎn)所在，所 以在此不再多做贅述。上述的麥克風(fēng)芯片2在配合如圖3所示的制造方法詳細(xì)說明后，當(dāng)可更加清楚 的明白。參閱圖3制造麥克風(fēng)芯片2時(shí)，是先實(shí)施步驟301，以〈100〉硅晶圓作為基板 41 ，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)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(jié)的麥克風(fēng)芯片2之后， 能以特定的蝕刻液溶蝕而可將麥克風(fēng)芯片2與 41相分離，以直接取得完整的麥 克風(fēng)芯片2之用，因此，脫離層42的構(gòu)j^才料，只需對(duì)應(yīng)繊41與麥克風(fēng)芯片2， 而當(dāng)以蝕刻液溶蝕時(shí)，只會(huì)溶M離層42而不會(huì)損及鎌41與麥克風(fēng)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(yīng)用； 在此，貝似鋁并對(duì)應(yīng)后續(xù)選用鹽酸為蝕刻液為例說明。接著進(jìn)行步驟302，禾,黃光微影在脫離層42上定義出預(yù)定圖像后，以熱阻式 蒸鍍機(jī)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(yù)定圖像的第一電極層211。然后進(jìn)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(yù)定圖像的振膜層212,完成振膜21的制作。接著進(jìn)行步驟304，以電漿輔助化學(xué)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(jìn)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(gòu)^t才料的細(xì)原則為當(dāng)嫩夠除犧牲層43時(shí)，蝕刻液不會(huì)傷害麥克 風(fēng)其它結(jié)構(gòu)即可，因此，除了對(duì)應(yīng)本例所選用的二氧化硅，其它如高分子材料、鋁 等均可以應(yīng)用。接著再進(jìn)行步驟305，利用黃光微, 層43相反于連結(jié)振膜21的上表面定 義出預(yù)定的音孔圖像224態(tài)樣后，以熱阻式蒸鍍機(jī)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(yù)定音孔圖像224態(tài)樣的第二電極層221 。繼續(xù)進(jìn)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(qiáng)固層222，此時(shí)，第二電極層221與強(qiáng)固層222對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)此音孔圖像224態(tài)樣的區(qū)域，以對(duì)應(yīng) 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(duì)應(yīng)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(jìn)行步驟308，以鹽酸(HC1)蝕刻掉脫離層42，而使得麥克風(fēng)芯片2與基 板41相分離，即可帝暢如圖2所示的麥克風(fēng)芯片2，同時(shí)，^+反41也可再回收利用。參閱圖4，另外，上述所完成的麥克風(fēng)芯片l，也可以翻轉(zhuǎn)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(fēng)l'。參閱圖5，本發(fā)明電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片的一第二較佳實(shí)施例，與上例 的麥克風(fēng)芯片2相似，其不同處本例的麥克風(fēng)芯片5的振膜51是屬「鈹折式振膜」 而已；由于麥克風(fēng)芯片的其它構(gòu)造均相類4以，在此不再多加重復(fù)贅述。參閱圖6，上述振膜51屬「鈹折式振膜「」的麥克風(fēng)芯片的制作，是先實(shí)施步 驟601,以〈100〉硅晶圓作為基阪41，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)潔凈步驟清洗后，利用黃光微影在 基板41上先定義出預(yù)定的皺折圖像44。接著進(jìn)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(jìn)行步驟603，利用黃光微影在脫離層42上定義出預(yù)定圖像后，以熱阻式 蒸鍍機(jī)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(yù)定圖像的第一電極層211。然后進(jìn)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(yù)定圖像的振膜層212，完成鈹折式振膜51的制作。接著進(jìn)行步驟605，以電漿輔助化學(xué)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(jìn)行蝕刻掏空的犧牲層 43。接著再進(jìn)行步驟606，利用黃光微，犧牲層43相反于連結(jié)振膜51的上表面定 義出預(yù)定的音 L圖像224后，以熱卩賦蒸鍍機(jī)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(yù)定音孔圖像224態(tài)樣的第二電極層221 。繼續(xù)進(jìn)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(qiáng)固層222，此時(shí)，第二電極層221與強(qiáng)固層222對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)此音孔圖像224態(tài)樣的區(qū)域，以對(duì)應(yīng) 音孔圖像224的態(tài)樣裸露。接著進(jìn)行步驟608，利用BOE自犧牲層43對(duì)應(yīng)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(jìn)行步驟609，以鹽酸(HC1)蝕刻移除脫離層42，而使得麥克風(fēng)芯片5與 基板41相分離，以取得麥克風(fēng)芯片5，同時(shí)，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(fēng)芯片2、 5都是以封m殼座11中 作說明，但是事實(shí)上，此等麥克風(fēng)芯片2、 5也可以直接應(yīng)用于系，封裝一亦即無(wú) 須，而直接封裝于電路板(Board)上，以感應(yīng)聲能的作用，因?yàn)榉鈄用的形式 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(fēng)的麥克風(fēng)芯片2、 5，主要是利用半 導(dǎo)體帝暇、蒸鍍與電鍍等微機(jī)電技術(shù)，依序在繊41上定義出犧牲層43與麥克風(fēng) 芯片2、 5的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而應(yīng)用脫離技術(shù)蝕刻掉脫離層42以分離麥克風(fēng)芯片2、 5與基 板41，從而取得麥克風(fēng)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(diǎn)，同時(shí)又可免于因切割造成芯片微組件結(jié)構(gòu)的損壞， 而可確實(shí)提高整體麥克風(fēng)芯片的品質(zhì)與制程良率，確實(shí)達(dá)到本發(fā)明的創(chuàng)作目的。
權(quán)利要求
1. 一種電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，封裝于一殼座中而成一電容式微型麥克風(fēng)，并可與一可將電容變化轉(zhuǎn)換成電壓變化的場(chǎng)效晶體管相配合將作用的聲能轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)，其特征在于該麥克風(fēng)芯片是以半導(dǎo)體制程成型并包括一振膜，與該殼座內(nèi)壁面相間隔而區(qū)隔出一振動(dòng)空間，具有一以導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一電極層，及一以絕緣材料構(gòu)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(chǎn)生對(duì)應(yīng)形變，及一氣隙單元，具有一以導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二電極層，及一定義形成于該第二電極層上的強(qiáng)固層，該第二電極層與該強(qiáng)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(dòng)的氣隙。
2. 如權(quán)利要求l所述的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，其特征在于該麥克 風(fēng)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(duì)應(yīng)該犧牲層與該種晶區(qū)域的態(tài) 樣依序定義出對(duì)應(yīng)該振膜區(qū)域形成該音孔圖像的第二電極層及強(qiáng)固層，最后 自該犧牲層對(duì)應(yīng)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(quán)利要彩戶腿的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，其特征在于織一、 二電極層分別魏自下列所構(gòu)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(quán)利要彩戶欣的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，其特征在于該振膜 層錢自下列所構(gòu)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(quán)禾腰彩所述的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，其特征在于該強(qiáng)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(gòu)成的群組為材料 定義形成鎳、銅、鈷、鐵，及此等的組合。
6. 如權(quán)利要彩所述的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，其特征在于該強(qiáng)固層皿自由下列所構(gòu)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(quán)利要救所述的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，其特征在于該脫離 層是選自由下列所構(gòu)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(quán)利要^2所述的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)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(quán)禾頓彩所述的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)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(quán)利要彩所述的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，其特征在于該犧牲 層是選自由下列所構(gòu)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(quán)利要彩或10所述的電容式微型麥克風(fēng)的麥克風(fēng)芯片，其特征在于該 犧牲層是以電漿輔助化學(xué)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(fēng)的麥克風(fēng)芯片，是以半導(dǎo)體制程及微機(jī)電技術(shù)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(qiáng)固層，再利用第二電極層與強(qiáng)固層對(duì)應(yīng)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(jié)的麥克風(fēng)芯片，最后，再應(yīng)用脫離技術(shù)蝕刻移除脫離層使得麥克風(fēng)芯片與基板脫離而取得麥克風(fēng)芯片，由于本方法采半導(dǎo)體制程、微機(jī)電技術(shù)，以及無(wú)須進(jìn)行切割制程即可制得麥克風(fēng)芯片，因此可以精確縮小麥克風(fēng)芯片的體積，并提高整體制程的良率，同時(shí)亦可將基板回收再利用，降低耗材成本。
文檔編號(hào)H04R19/04GK101267689SQ20071008734
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:佳樂電子股份有限公司