本發(fā)明涉及微機電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種MEMS麥克風(fēng)芯片，以及應(yīng)用了該芯片的MEMS麥克風(fēng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的MEMS麥克風(fēng)主要以硅或多晶硅為結(jié)構(gòu)材料，以形成振膜或背極。背極和振膜設(shè)置在共用襯底上，共用襯底具有背腔，背腔中具有支撐柱，通常支撐柱與側(cè)壁連接在一起。連接部分將背腔隔離開，在生產(chǎn)過程中，麥克風(fēng)中會進入一些灰塵，影響產(chǎn)品質(zhì)量。為了清除灰塵，在組裝過程，需要利用氣槍清潔PCB板。

在吹氣過程中，由于背腔被連接部分隔離，導(dǎo)致吹氣的氣流橫向運動不暢，造成局部高壓，局部高壓會導(dǎo)致連接部分、背極或者振膜的損傷。造成麥克風(fēng)失效，降低了良品率。

因此，需要提供一種方案以提高MEMS麥克風(fēng)的抗吹氣能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種MEMS麥克風(fēng)芯片的新技術(shù)方案。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種MEMS麥克風(fēng)芯片。該麥克風(fēng)芯片包括襯底、背極和振膜，所述背極和所述振膜分別構(gòu)成電容器的兩個電極，所述背極和所述振膜被懸置在所述襯底的上方，所述背極位于所述襯底和所述振膜之間，所述襯底具有背腔和支撐柱，所述支撐柱通過連接部與所述背腔的側(cè)壁連接在一起，所述連接部具有貫穿于厚度方向的通孔或者缺口以使位于所述連接部的兩側(cè)的空間相互連通，所述支撐柱被配置為用于支撐所述背極。

可選地，所述連接部的沿所述支撐柱的軸向的尺寸由所述側(cè)壁向所述支撐柱逐漸減小。

可選地，所述連接部的沿所述支撐柱的軸向的尺寸由所述支撐柱向所述側(cè)壁逐漸減小。

可選地，所述連接部具有缺口，所述缺口為扇形。

可選地，所述缺口位于所述連接部的靠近所述背極的一側(cè)。

可選地，通過感應(yīng)耦合式電漿蝕刻的擴孔效應(yīng)在所述連接部上形成所述缺口或者所述通孔。

可選地，所述通孔或者所述缺口的形狀為圓形、橢圓形、矩形或者三角形。

可選地，所述襯底為一體加工成型。

可選地，所述背極和所述振膜中的至少一種由多晶硅、單晶硅或者金屬玻璃制作而成。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種MEMS麥克風(fēng)。該麥克風(fēng)包括封裝結(jié)構(gòu)和本發(fā)明提供的所述MEMS麥克風(fēng)芯片，所述MEMS麥克風(fēng)芯片被設(shè)置在所述封裝結(jié)構(gòu)中。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，襯底的支撐柱通過連接部與側(cè)壁形成連接，背腔被連接部分隔離，導(dǎo)致吹氣的氣流橫向運動不暢，導(dǎo)致MEMS麥克風(fēng)芯片的損傷。因此，本發(fā)明所要實現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。

本發(fā)明提供的MEMS麥克風(fēng)芯片，背腔的支撐柱通過連接部與側(cè)壁連接在一起，以對背極形成支撐。連接部具有貫穿于厚度方向的通孔或者缺口，以使位于連接部的兩側(cè)的空間相互連通，這種結(jié)構(gòu)使得在吹氣過程中，連接部不會對吹氣的氣流的橫向運動形成阻擋，有效避免MEMS麥克風(fēng)芯片受襯底的側(cè)壁影響，導(dǎo)致麥克風(fēng)特性衰減，大大提高了MEMS麥克風(fēng)芯片的抗吹氣能力。

此外，這種結(jié)構(gòu)提高了MEMS麥克風(fēng)芯片的良品率。

通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。

附圖說明

被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1是本發(fā)明實施例的襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2-5是本發(fā)明實施例的MEMS麥克風(fēng)芯片的制作方法的流程圖。

圖6是本發(fā)明實施例的第二種MEMS麥克風(fēng)芯片的剖視圖。

圖7是本發(fā)明實施例的第三種MEMS麥克風(fēng)芯片的剖視圖。

圖8是本發(fā)明實施例的第四種MEMS麥克風(fēng)芯片的剖視圖。

圖中，11：襯底；12：背腔；13：支撐柱；14：連接部；15：側(cè)壁；16：缺口；17：振膜；18：背極；19：犧牲層；20：焊盤；21：貫穿孔；22：保護層；23：振動間隙；24：通孔；25：刻蝕區(qū)域；26：通道。

具體實施方式

現(xiàn)在將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的各種示例性實施例。應(yīng)注意到：除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。

對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當被視為說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。

為了至少解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明提供一種MEMS麥克風(fēng)芯片。該芯片包括襯底11、背極18和振膜17。背極18和振膜17分別構(gòu)成電容器的兩個電極?？蛇x的是，背極18和振膜17中的至少一種由多晶硅、單晶硅或者金屬玻璃制作而成。上述幾種材質(zhì)具有導(dǎo)電性，便于形成電容，其中，金屬玻璃具有彈性極限高的特點。彈性極限即材料在形變后回復(fù)初始狀態(tài)的能力，彈性極限越大則發(fā)生較大的形變后能回復(fù)至初始狀態(tài)。金屬玻璃可以是但不局限于Pd、Cu、Zr、Al、Fe、Co、Ni、Mg、Zn、Ca、Yb或者Ce。金屬玻璃的上述性質(zhì)尤其適用于作為振膜17的材料。

振膜17和背極18之間具有振動間隙23，以供振膜17振動。背極18和振膜17被懸置在襯底11的上方。背極18位于襯底11和振膜17之間。優(yōu)選的是，背極18具有沿厚度方向的貫穿孔21。在振膜17振動時，振動間隙23內(nèi)的壓力不穩(wěn)定，與外界形成壓力差，這種壓力差易導(dǎo)致振膜17破損。為了解決該技術(shù)問題，在背極18上設(shè)置貫穿孔21以平衡振動間隙23內(nèi)外的氣壓，防止振膜17破損。

襯底11具有背腔12和支撐柱13。支撐柱13通過連接部14與背腔12的側(cè)壁15連接在一起。支撐柱13被配置為用于支撐背極18。連接部14具有貫穿于厚度方向的通孔24或者缺口16，以使位于連接部14的兩側(cè)的空間相互連通。

使用時，外界環(huán)境的聲音從振膜17一側(cè)傳入，以使振膜17發(fā)生振動。振膜17發(fā)生變形，改變了振膜17與背極18之間的距離，最終將變化的電信號輸出，實現(xiàn)了聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號。

本發(fā)明提供的MEMS麥克風(fēng)芯片，背腔12的支撐柱13通過連接部14與側(cè)壁15連接在一起，以對背極18形成支撐。連接部14具有貫穿于厚度方向的通孔24或者缺口16，以使位于連接部14的兩側(cè)的空間相互連通，這種結(jié)構(gòu)使得在吹氣過程中，連接部14不會對吹氣氣流的橫向運動形成阻擋，有效避免MEMS麥克風(fēng)芯片受襯底11的側(cè)壁15影響，導(dǎo)致麥克風(fēng)特性衰減，大大提高了MEMS麥克風(fēng)芯片的抗吹氣能力。其中，吹氣氣流的橫向運行即垂直于支撐柱13方向的運動。

此外，這種結(jié)構(gòu)提高了MEMS麥克風(fēng)芯片的良品率。

圖5示出了本發(fā)明實施例的一種MEMS麥克風(fēng)芯片。在該實施例中，振膜17由單晶硅或者多晶硅制作而成，襯底11由單晶硅制作而成。焊盤20采用導(dǎo)電材料，例如銅、鋁、金或者銀等金屬，兩個焊盤20分別與振膜17和襯底11導(dǎo)通。

圖1示出了本發(fā)明實施例的一種襯底11。背腔12的中部具有支撐柱13，支撐柱13與側(cè)壁15通過連接部14連接在一起，以形成支撐力。在該結(jié)構(gòu)中，連接部14的沿支撐柱13的軸向的尺寸由側(cè)壁15向支撐柱13逐漸減小，以形成缺口16。缺口16的尺寸可以根據(jù)實際需要進行設(shè)置，例如缺口16為扇形。扇形具有更大的通過面積有利于吹氣氣流的橫向運動，并且扇形的缺口16具有更佳的流體力學(xué)特性，使得吹氣的氣流容易擴散。優(yōu)選的是，缺口16位于連接部14的靠近背極18的一側(cè)。進一步減小了連接部14以及側(cè)壁15對氣流造成影響,提高了MEMS麥克風(fēng)芯片的抗吹氣能力。當然，缺口16也可以設(shè)置為三角形，這種結(jié)構(gòu)便于加工。

為了保證襯底11的結(jié)構(gòu)強度，在一個例子中，襯底11為一體加工成型。優(yōu)選的是，通過感應(yīng)耦合式電漿蝕刻在連接部14上形成缺口16或者通孔24。該方法是利用感應(yīng)耦合式電漿蝕刻機的擴孔效應(yīng)。擴孔效應(yīng)可將襯底11掏空，只保留連接部14的最底部與支撐柱13的結(jié)構(gòu)，并且連接部14的靠近背極18的一側(cè)形成缺口16。

需要指出的是，本發(fā)明利用擴孔效應(yīng)來實現(xiàn)在連接部上形成缺口16或者通孔24，改變了人們對于擴孔效應(yīng)的偏見。在現(xiàn)有的加工工藝中，由于擴孔效應(yīng)有可能降低加工精度，因此人們通常希望降低這種效應(yīng)。然而，本發(fā)明采用的方法正是利用了擴孔效應(yīng)造成的立體空間上的刻蝕，實現(xiàn)了在連接部上形成缺口16或者通孔24，從而提高了MEMS麥克風(fēng)芯片的抗吹氣能力。

進一步地，連接部14的厚度小于等于支撐柱13的外徑尺寸。這種設(shè)置方式進一步減小了連接部14對氣流形成阻擋的面積，使得吹氣氣流對連接部14以及側(cè)壁15的影響更小。連接部14的厚度越小則對吹氣氣流的影響越小，但結(jié)構(gòu)強度越低，使得支撐柱13的支撐力減??；連接部14的厚度越大則對吹氣氣流的影響越大，而強度會越高。因此，在設(shè)置連接部14的厚度時要均衡考慮。

圖2-5示出了該MEMS麥克風(fēng)芯片的一種制作方法，該方法包括：

S1、在襯底11上依次沉積犧牲層19和背極18，并對背極18進行刻蝕，例如采用粒子束進行刻蝕，以形成貫穿孔21，參照圖2。貫穿孔21除了能在使用時平衡氣壓，還可以在后續(xù)的腐蝕工序中使腐蝕劑進入背極18與振膜17之間，以腐蝕犧牲層19。

S2、在背極18上繼續(xù)沉積犧牲層19，其中犧牲層19為二氧化硅或者鋁，并對犧牲層19的局部進行刻蝕，以形成連通背極18的通道26，參照圖2。在該步驟中，犧牲層19的厚度決定了振動間隙23的高度。

S3、在犧牲層19上依次沉積振膜17和焊盤20，參照圖2。振膜17為單晶硅、多晶硅或者金屬玻璃等導(dǎo)電材料。在沉積過程中S2中形成的通道26被沉積上導(dǎo)電材料，以便于焊盤20與背極18導(dǎo)通。另一個焊盤20直接沉積在振膜17的邊緣位置。需要指出的是，需要將振膜17和用于導(dǎo)通焊盤20的導(dǎo)電材料進行分割開，避免形成短路。

S4、在襯底11的底部沉積保護層22，并預(yù)留出刻蝕區(qū)域25，保護層22可以對刻蝕區(qū)域25以外的區(qū)域形成保護，參照圖4。

S5、采用感應(yīng)耦合式電漿蝕刻形成背腔12、支撐柱13和帶有缺口16的連接部14，參照圖4。在該步驟中，采用非等向性硅深蝕刻方法，該方法的擴孔效應(yīng)可以形成在立體空間上的刻蝕。利用非等向性蝕刻反應(yīng)的第一種電漿源以及可反應(yīng)形成高分子蔽覆層的第二種電漿源，二者反復(fù)地交替進行操作，以達到襯底11刻蝕的工藝要求。例如，第一種電漿源為腐蝕氣體SF₆(六氟化硫)；第二種電漿源為保護層22氣體C₄F₈(八氟環(huán)丁烷)。SF₆可以有效地進行刻蝕以形成背腔12以及缺口16或者通孔24，C₄F₈可以對支撐柱13和連接部14形成保護以避免被刻蝕掉。

S6、將位于背極18下方以及背極18與振膜17之間的犧牲層19的一部分腐蝕掉，以形成振動間隙23，參照圖5。例如，采用含氟腐蝕劑，通過控制腐蝕劑的濃度和腐蝕時間將犧牲層19的一部分腐蝕掉。

本發(fā)明還提供MEMS麥克風(fēng)芯片的其他實施方式。

在另一個例子中，如圖6所示，連接部14的沿支撐柱13的軸向的尺寸由支撐柱13向側(cè)壁15逐漸減小，以形成缺口16。缺口16的形狀可以是扇形或者三角形。優(yōu)選的是，缺口16位于連接部14的靠近背極18的一側(cè)。這種結(jié)構(gòu)同樣能減小背極18和側(cè)壁15對吹氣氣流的影響，提高MEMS麥克風(fēng)芯片的抗吹氣能力。

在另一個例子中，如圖7所示，缺口16設(shè)置為矩形，這種結(jié)構(gòu)同樣能減小背極18和側(cè)壁15對吹氣氣流的影響，提高MEMS麥克風(fēng)芯片的抗吹氣能力。還可以將缺口16設(shè)置為圓形、橢圓形或者三角形。只要能連通連接部14兩側(cè)的空間，避免氣流在橫向被切斷即可。

在另一個例子中，如圖8所示，缺口16設(shè)置為矩形，連接部14設(shè)置有通孔24?？蛇x的是，通孔24為圓形、橢圓形、矩形或者三角形，這種結(jié)構(gòu)同樣能減小背極18和側(cè)壁15對吹氣氣流的影響，提高MEMS麥克風(fēng)芯片的抗吹氣能力。

此外，本發(fā)明還提供一種MEMS麥克風(fēng)。該麥克風(fēng)包括封裝結(jié)構(gòu)和本發(fā)明提供的MEMS麥克風(fēng)芯片，MEMS麥克風(fēng)芯片被設(shè)置在所述封裝結(jié)構(gòu)中?？梢允牵撔酒目拷衲さ囊粋?cè)與封裝結(jié)構(gòu)的聲音采集孔相對設(shè)置，也可以是該芯片的背腔與封裝結(jié)構(gòu)的聲音采集孔相對設(shè)置。只要便于環(huán)境聲音的采集即可，在此不做限定。

該麥克風(fēng)具有通話效果好，使用壽命長的特點。

此外，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備。該設(shè)備可以是但不局限于手機、智能手表、平板電腦、筆記本電腦、虛擬現(xiàn)實設(shè)備、對講機等。電子設(shè)備包括本發(fā)明提供的MEMS麥克風(fēng)。

該電子設(shè)備具有通話效果好，使用壽命長的特點。

雖然已經(jīng)通過例子對本發(fā)明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。