专利名称：微型单晶片式麦克风及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种麦克风及其制造方法，特别是涉及一种微型单晶片式的麦克风及其制造方法。
背景技术：
由于电子产品的发展趋势是一直往体积轻薄、小巧的方向发展，麦克风的发展当然也不例外，而微型晶片式麦克风中的麦克风晶片的制造发展，可以随着半导体制程或微机电技术的进步而可以同步进步，并且可以精确控制成品的体积尺寸，因此成为主要发展对象。
一般微型晶片式麦克风，是将一麦克风晶片与一场效电晶体电性连结，并共同封装于一基座中而成，然后将基座电性连结于一电气产品的一电路板上，即可使微型晶片式麦克风正常作动使用；上述麦克风晶片可分为二种，一是分别制备一振膜晶片及一背板晶片的后面，再粘合(bonding)成一体的双晶片式麦克风晶片；另一则是自一基材直接形成各细部构造的单晶片式麦克风晶片，兹一一详述于后。
如图1所示，现有微型晶片式麦克风1内所应用的双晶片式麦克风晶片2，包含一可接收一声能的振膜晶片21及一可电性连结于一基座300上的背板晶片22。
该振膜晶片21是应用微机电技术制备而成，具有一截面略呈一V字型电极层211、一由电极层211向下形成的振膜212、一由该振膜212向下形成的分隔块213。
该背板晶片22同样也是应用微机电技术制备而成，具有一形成有多数穿孔221的背板电极层222，及一自该背板电极层222向下形成的背气室层223，该背气室层223界定出一与该复数穿孔221相通的背气室24。
该背板晶片22以该背板电极层222与该振膜晶片21的分隔块213相粘合后，该背板晶片22与该振膜晶片21即一体形成该双晶片式麦克风晶片2，同时，该振膜212、分隔块213，与该背板222共同界定出一与该等穿孔221相通的振动空间23；该电极层211、振膜212，与背板电极层222共同形成一电容，且当该电极层211受该声能作用时，该振膜212会产生相对应的形变，而使该电容相对应地产生改变，该场效电晶体200可将此电容变化转变成一电子信号而传输，同时，振膜212形变时所产生的气流可以藉该等穿孔22 1自由地在该振动空间23与背气室24间流动，而使微型晶片式麦克风1使用时具有好的频率响应。
如图2所示，现有微型晶片式麦克风1′内所应用的单晶片式麦克风晶片3，其基本构造与上述双晶片麦克风晶片2大致相似，不同处仅在于单晶片式麦克风晶片3是应用微机电技术自一硅基材一体制备而已。
该单晶片式麦克风晶片3具有一可与基座300相连结的硅基材30、一形成于该硅基材30上的背气室层31、一形成于该背气室层31上的背板电极层32、一形成于该背板电极层32上的分隔块33、一形成于该分隔块33上的振膜34，及一形成于该振膜34上的电极层35。
该背气室层31界定出一背气室311；该背板电极层32具有多数穿孔321；该背板电极层32、分隔块33、振膜34共同形成一振动空间36，且该振动空间36与背气室311间可藉该等穿孔321相连通；该电极层35、振膜34，与背板电极层32共同形成一电容。
当声能作用于该电极层35时，该振膜34会产生相对应的形变，而使该电容相对应地产生改变，该场效电晶体200可将此电容变化转变成一电子信号而传输，同时，振膜34形变时所产生的气流可以藉该等穿孔321自由地在该振动空间36与背气室311间流动，而使微型晶片式麦克风1′使用时具有好的频率响应。
上述无论是双晶片式麦克风晶片2或是单晶片式麦克风晶片3，均是应用微机电技术，例如设计光罩、上光阻、曝光、显影、沉积、蚀刻---等等制程所制备完成；而熟悉微机电技术或是半导体制程技术人士均知，在进行微机电技术的体蚀刻(BulkEtching)时，不但必须花费长时间进行，同时，也因为制程时间长，期间不可控的因子也会同时增加，而使得蚀刻的结果不易控制如预期般理想。
上述无论是双晶片式麦克风晶片2或单晶片式麦克风晶片3，其形成背气室24，以及形成电极层211时，都必须进行属于体蚀刻的蚀刻过程，一般蚀刻深度均在300至500微米之间，因此，不但必需耗费长时间进行，同时，蚀刻后的成型结果也未必尽如初始设计般完美，而使微型晶片式麦克风的品质结果未如预期。
因此如何改善用麦克风晶片的体蚀刻制程，或是改善麦克风晶片本身的结构，以减少或根本无须进行耗费时间的体蚀刻制程，以节省制程时间成本，以及求得更完美的麦克风成品品质，是麦克风业者研究改善的目标。
发明内容
因此，本发明的目的，即在提供一种用于微型晶片式麦克风，且无须进行耗费长时间进行体蚀刻制程的麦克风晶片，及制造此种麦克风的方法。
依据本发明的一种微型单晶片式麦克风，包含一基座，及一麦克风晶片；该基座具有一界定出一容置空间的壳体，可电性连结于一电路板上；该麦克风晶片封装于该容置空间中而与该壳体电性连接，具有一与该壳体相连结的基材，及一自该基材向上形成的感应部，该感应部包括一与基材相连结的第一电极层、一与该第一电极层相间隔的第二电极层、多数彼此相间隔地布设于该第一、二电极层之间的分隔块，及一与该第二电极层相连结的振膜，该第一、二电极层共同构成一电容；当一声能作用于该感应部时，该振膜会相对应产生形变而使该电容对应变化，同时，该振膜形变引起的一气流，是自该第一、二电极层间的空隙经由该等分隔块彼此间的间隙自由流动至该容置空间中。
此外，本发明的一种微型单晶片式麦克风的制造方法，包含下列步骤(a)于一硅基材上形成一第一电极层。
(b)于该第一电极层上向上形成多数相间隔且等高的分隔块，及一与该等分隔块等高的牺牲层，该牺牲层位于该等分隔块所围构界限出的区域范围中。
(c)自该等分隔块与该牺牲层上向上形成一振膜。
(d)于该振膜上形成一第二电极层。
(e)移除该牺牲层，使该第一、二电极层共同构成一电容，完成一麦克风晶片。
(f)将该麦克风晶片封装于一可供一声能进入的基座中。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明图1是一剖视图，说明现有的一应用双晶片式麦克风晶片的微型晶片式麦克风的构造。
图2是一剖视图，说明现有的一应用单晶片式麦克风晶片的微型晶片式麦克风的构造。
图3是本发明微型单晶片式麦克风的第一较佳实施例的一剖视图。
图4是该第一较佳实施例的一俯视图。
图5是本发明微型单晶片式麦克风的第二较佳实施例的一剖视图。
图6是本发明微型单晶片式麦克风的制造方法的一第一较佳实施例的流程图。
图7是该微型单晶片式麦克风的制造方法的第一较佳实施例的剖视图，说明以一微机电系统技术制造如图3所示的微型单晶片式麦克风，实施图6的步骤后的一相对应态样。
图8是该微型单晶片式麦克风的制造方法的第一较佳实施例的剖视图，说明以一微机电系统技术制造如图3所示的微型单晶片式麦克风，实施图6的步骤后的一相对应态样。
图9是该微型单晶片式麦克风的制造方法的第一较佳实施例的剖视图，说明以一微机电系统技术制造如图3所示的微型单晶片式麦克风，实施图6的步骤后的一相对应态样。
图10是图9的一俯视图，辅助说明实施图6的步骤后的一相对应态样。
图11是该微型单晶片式麦克风的制造方法的第一较佳实施例的剖视图，说明以一微机电系统技术制造如图3所示的微型单晶片式麦克风，实施图6的步骤后的一相对应态样。
图12是图10的一俯视图，辅助说明实施图6的步骤后的一相对应态样。
图13是该微型单晶片式麦克风的制造方法的第一较佳实施例的剖视图，说明以一微机电系统技术制造如图3所示的微型单晶片式麦克风，实施图6的步骤后的一相对应态样。
图14是该微型单晶片式麦克风的制造方法的第一较佳实施例的剖视图，说明以一微机电系统技术制造如图3所示的微型单晶片式麦克风，实施图6的步骤后的一相对应态样。
图15是图14的一俯视图，辅助说明实施图6的步骤后的一相对应态样。
具体实施例方式
为了方便说明，在以下的实施例，类似的元件，是以相同标号来表示。
在此要先说明的是，本发明一种微型单晶片式麦克风及其制造方法，主要是应用微机电系统技术进行制造，并配合硅，或含硅的化合物，例如氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)为材料，其他例如BCB(苯环丁烯)、SIN、聚醯亚胺(polyimidePI)、或业界习称的SU-8等光阻材质也都可以视需求加以应用；同时，在形成每一细部构造时，均必须视需要进行如薄膜成长、微影罩幕、蚀刻成型---等等半导体晶片成型制程；由于微机电系统技术已经发展应用数十年，而半导体晶片成型制程更是以为业界所熟知的技术，同时，本发明的重点在于应用此等业界熟知的技术，制造一新型构造的麦克风晶片，而非在于各项制程的细节改善，所以在此不多加一一解释说明该等制程；但为了更清楚地说明本发明的制造方法，以下仍以一实际的制造过程加以说明，但熟知微机电系统技术的技艺人士当知，本发明一种微型单晶片式麦克风及其制造方法，并不以下列说明为限。
如图3、4所示，本发明一种微型单晶片式麦克风4的一第一较佳实施例，包含一基座5、一场效电晶体6，及一麦克风晶片7。
如图3所示，该基座5具有一壳体51，该壳体51包含一底壁52、一由该底壁52的一外周缘向上延伸的外周壁53、一可供一外界的声能穿透的上盖54，及多数布设于该底壁52上的电极接点55，该底壁52与外周壁53共同界定出一容置空间56，以供封装该场效电晶体6与该麦克风晶片7，该上盖54可与该外周壁53的一顶缘相连结而封闭该容置空间56，使该声能仅由该上盖54进入而作用于封装于该容置空间56中的麦克风晶片7，该每一电极接点55以表面黏着技术(SMT)电性连结于一电器产品的电路板400上，以供电性导通该麦克风晶片7、场效电晶体6与该电路板400。
该场效电晶体6是一现有的电子元件，可容置于容置空间56中并与底壁52相连结，且同时与麦克风晶片7、基座5的部分电极接点55相电性连结，而可将麦克风晶片7的电性改变，例如电容变化、电压变化等，转变成电子信号而向外传送；而，一般场效电晶体6形成的方式有二，一是预先制备成好单一电子元件，于后续制程中再行电性连结；另一则是在以微机电技术进行麦克风晶片7的制程时，同步内建于麦克风晶片7中；在本实施例以及图示中，该场效电晶体6是以同步内建形成于该麦克风晶片7中，由于此等整合各式电子元件于单一晶片中的技艺，是属另一电路设计的领域范畴，且非本发明重点所在，所以在此不再详细说明。
该麦克风晶片7封装于该基座5的容置空间56中，且同时与该基座5的部分电极接点55以及该场效电晶体6电性连接，具有一与该底壁52相连结的基材71，及一自该基材71向上形成的感应部72。该基材71是一由硅晶圆分割的硅晶片。
同时配合如图4所示，该感应部72包括一自该基材71向上形成的第一电极层721、多数自该第一电极层721更向上形成的分隔块722、一自该等分隔块722向上形成的第二电极层723，及一形成于该第二电极层723的一相对该第一电极层721的表面上的振膜724；该第一、二电极层721、723分别以一导体材料，例如金属构成，而可施加一预定偏压以极化共同构成一电容；该等分隔块722彼此相间隔地呈一环状分布，每一分隔块722分别具有一预定的截面形状(图示中仅以截面均为榘形、但大小不同为例说明)，而使得该等分隔块722共同将该第一电极层721、振膜724之间的空隙界限出一可供气流流动的振动振动空间725，同时相邻两分隔块722之间的间隙配合形成一预定态样，使该振动空间725与该容置空间56藉该等形成预定态样的间隙相连通。
当声能穿过该上盖54而作用于该感应部72时，该振膜724会相对应产生形变而使该电容对应变化，该场效电晶体6同步将该电容变化转换成电子信号向外传送，同时，该振膜724形变引起的一气流，可经由该复数间隙在该振动空间725与该容置空间56中自由流动，而使该晶片式麦克风4具有预定的频率响应。
如图5所示，本发明一种微型单晶片式麦克风4′的一第二较佳实施例，是与上述该第一较佳实施例相似，其不同处仅在于该麦克风晶片7′的感应部72′，以下仅就其不同处详加说明。
该感应部72′更包含一以驻极体材料，例如氧化硅、氮化硅、铁氟龙等等形成的驻极体层727，该驻极体层727可形成在该第一电极层721或是该第二电极层723上，在本例中，是以驻极体层727形成于该第一电极层721且相对该振膜724的一表面上为例说明；极化后，该第一、二电极层721、723可藉由该驻极体层727共同构成电容，而可如上例所述发挥预定功效。
再者，本发明一种微型单晶片式麦克风的一第三较佳实施例，是与上述该第一、二较佳实施例相似，其不同处仅在于如何使该感应部的第一、二电极层共同构成一电容的方式而已；在本实施例中，该感应部更包含一可提供电荷的浮动电极单元(floating electrode)，藉此浮动电极单元使该第一、二电极层带预定电荷而构成一电容，而可如上述两例般发挥预定功效。
如图6所示，本发明微型单晶片式麦克风的制造方法8的一第一较佳实施例，是可制造上述本发明微型单晶片式麦克风的第一较佳实施例所述的微型单晶片式麦克风4。
首先进行步骤81，应用半导体制程于一硅为材质的基材71上形成场效电晶体6，如图7所示，由于在硅基材上应用半导体制程形成场效电晶体的过程已为业界所周知，且非本发明重点所在，所以不再详细说明。
接着进行步骤82，选用一可导电的导体材料，例如金属，以蒸镀、溅镀等方式，于该基材71上沉积一薄层，而形成第一电极层721，如图8所示。
如图9、10所示，再进行步骤83，应用例如光阻涂布、薄膜成长、微影罩幕等半导体制程，于该第一电极层721上形成多数相间隔且等高的分隔块722，及一与该等分隔块722等高的牺牲层728，该每一分隔块722可应用预定态样的光罩形成，使每一分隔块722的截面形状，以及两相邻的分隔块722所构成的间隙，均具有预定态样，该牺牲层728并位于该等分隔块722所围构界限出的区域范围中。
该等分隔块722所选用的材料可为硅、含硅的氧化物、含硅的氮化物、光阻，等等，该牺牲层728所选用的材料则可为多晶硅、含硅的氧化物、铝、含硅的氮化物、光阻等，但熟悉半导体制程人士皆知，此等材料的选用必须配合后续的蚀刻制程而有所变化，由于本发明的重点并非在于蚀刻制程与材料的相关配合改善，所以在此详细说明。
接着进行步骤84，选用例如硅、含硅的氧化物、含硅的氮化物、光阻，藉该等分隔块722与该牺牲层728，自该等分隔块722与该牺牲层728更向上形成振膜724，如图11、12所示。
如图13所示，进行步骤85，选用一可导电的导体材料，例如金属，以蒸镀、溅镀等方式，于该振膜724上沉积一薄层，而形成第二电极层723。
如图14、15所示，进行步骤86，蚀刻移除该牺牲层728，并以施加一偏压方式使该第一、二电极层721、723构成一电容，完成麦克风晶片7的制备。
最后进行步骤87，将该麦克风晶片7封装于可供一声能进入的基座5中，并使该基座5、场效电晶体6、麦克风晶片7形成预定电性连结，完成微型单晶片式麦克风4的制造，如图3所示。
本发明微型单晶片式麦克风的制造方法的一第二较佳实施例，是可制造如图5所示，本发明微型单晶片式麦克风的第二较佳实施例所述的微型单晶片式麦克风4′；今仅就本实施例与上述该第一较佳实施例中不同的部分进行说明。
本实施例在上例的步骤82中，形成第一电极层721的后面，再选用一驻极体材料，例如氧化硅、氮化硅、铁氟龙等等，以沉积或是旋转涂布等方式，于该第一电极层721上再形成该驻极体层727；并配合此驻极体层727的形成，在步骤86蚀刻移除牺牲层728的后面，加以极化，藉该驻极体层727使该第一、二电极层721、723构成一驻极体式电容，完成麦克风晶片4′的制备；由于其他各步骤均与该第一较佳实施例相似，所以在此不再多加赘述。
当然，为对应制造上述本发明微型单晶片式麦克风的第三较佳实施例所述的微型单晶片式麦克风，本发明微型单晶片式麦克风的制造方法的一第三较佳实施例，是与该第一较佳实施例所述的制造过程相似，其不同处仅在于本例在上例的步骤81中，形成该场效电晶体6的同时，必须同步形成一可储存电荷的浮动电极单元，接着，并配合此浮动电极单元，在步骤86蚀刻移除牺牲层728的后面，由该浮动电极单元提供预定电荷使该第一、二电极层721、723构成一电容，完成麦克风晶片的制备；由于其他各步骤均与该第一较佳实施例相似，所以在此不再多加赘述。
由上述说明可知，本发明微型单晶片式麦克风4、4′的制造方法，并未应用到体蚀刻制程，因此可以大幅改善现有必须耗费长时间进行体蚀刻制程的缺点，而可以大幅节省制程时间成本，以降低麦克风成品品质的不良率，而确实达到本发明的目的。
权利要求
1.一种微型单晶片式麦克风，包含一基座、一麦克风晶片，其特征在于该基座，具有一界定出一容置空间的壳体，可电性连结于一电路板上；及一封装于该容置空间中而与该壳体电性连接的麦克风晶片，具有一与该壳体相连结的基材，及一自该基材向上形成的感应部，该感应部包括一与基材相连结的第一电极层、一与该第一电极层相间隔的第二电极层、多数彼此相间隔地布设于该第一、二电极层之间的分隔块，及一与该第二电极层相连结的振膜，该第一、二电极层共同构成一电容；当一声能作用于该感应部时，该振膜会相对应产生形变而使该电容对应变化，同时，该振膜形变引起的一气流，是自该第一、二电极层间的空隙经由该等分隔块彼此间的间隙自由流动至该容置空间中。
2.如权利要求1所述的微型单晶片式麦克风，其特征在于更包含一分别与该麦克风晶片及该壳体电性连结的场效电晶体，将该电容变化转换成一电子信号。
3.如权利要求1所述的微型单晶片式麦克风，其特征在于该感应部的第一、二电极层分别以一可导电的导体材料形成，并施加一预定偏压后极化构成该电容。
4.如权利要求1所述的微型单晶片式麦克风，其特征在于该感应部的第一、二电极层分别以一可导电的导体材料形成，且该感应部更包含一可储存电荷的浮动电极单元，使该第一电极层或第二电极层带预定电荷而构成该电容。
5.如权利要求1所述的微型单晶片式麦克风，其特征在于该感应部的第一、二电极层分别以一可导电的导体材料形成，且该感应部更包含一使该第一、二电极层分带预定电荷而可共同构成该电容的驻极体层，该驻极体层是由选自于由下列所构成的群组的物质所构成氧化硅、氮化硅、铁氟龙，及此等之一组合。
6.一种微型单晶片式麦克风的制造方法，其特征在于包含下列步骤(a)于一硅基材上形成一第一电极层；(b)于该第一电极层上向上形成多数相间隔且等高的分隔块，及一与该等分隔块等高的牺牲层，该牺牲层位于该等分隔块所围构界限出的区域范围中；(c)自该等分隔块与该牺牲层上向上形成一振膜；(d)于该振膜上形成一第二电极层；(e)移除该牺牲层，使该第一、二电极层共同构成一电容，完成一麦克风晶片；及(g)将该麦克风晶片封装于一可供一声能进入的基座中。
7.如权利要求6所述的微型单晶片式麦克风的制造方法，其特征在于该步骤(a)更包含一前置次步骤(a1)，应用半导体制程于该基材上形成一场效电晶体。
8.如权利要求6所述的微型单晶片式麦克风的制造方法，其特征在于该前置次步骤(a1)应用半导体制程于该基材上形成该场效电晶体时，同步形成一可储存电荷的浮动电极单元，并于该步骤(e)中以该浮动电极单元提供电荷使该第一、二电极层共同构成一电容。
9.如权利要求6所述的微型单晶片式麦克风的制造方法，其特征在于该步骤(a)、(d)是选用一可导电的导体材料分别形成该第一、二电极层，并于该步骤(e)中施加一偏压使该第一、二电极层极化后共同构成一电容。
10.如权利要求6所述的微型单晶片式麦克风的制造方法，其特征在于更包含一步骤(g)，是选用包含氧化硅、氮化硅、铁氟龙，及/或此等的组合的驻极体材料形成一驻极体层，且该步骤(g)是于该步骤(b)前实施，使该驻极体层形成于该第一电极层上，或于该步骤(e)前实施，使该驻极体层形成于该第二电极层上。
全文摘要
本发明是提供一种微型单晶片式麦克风，包含一基座及一麦克风晶片；该麦克风晶片具有一与该基座连结的基材，及一可感应声能的感应部；当一声能作用于该感应部时，该感应部的一振膜会相对应产生形变，而使由该感应部的二分隔的电极层所构成的电容对应变化，且该振膜形变引起的气流，是自该二电极层间的空隙经由多数分隔该二电极层彼此间的间隙自由流动至该基座所围构的空间中，使该微型单晶片式麦克风具有预定频率响应。
文档编号H04R19/00GK1642359SQ20041000016
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月8日 优先权日2004年1月8日
发明者张昭智 申请人:佳乐电子股份有限公司