Mems麦克风、环境传感器的集成结构及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种MEMS麦克风及环境传感器的集成结构；本发明还涉及一种对MEMS麦克风、环境传感器进行集成的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科学技术的发展，手机、笔记本电脑等电子产品的体积在不断减小，而且人们对这些便携电子产品的性能要求也越来越高，这就要求与之配套的电子零部件的体积也必须随之减小。
[0003]传感器作为测量器件，已经普遍应用在手机、笔记本电脑等电子产品上。在现有的工艺结构中，由于检测的原理不同，MEMS麦克风和MEMS环境传感器芯片一般是分立的，MEMS麦克风需要密闭的空间来保护其微细结构，而MEMS环境传感器的敏感结构需要与外界接触，两种器件分别基于不同的工艺平台上进行设计和加工，再利用不同的封装形式，形成独立的芯片。装配的时候，系统厂商将MEMS麦克风芯片和MEMS环境传感器芯片通过SMT的方式，贴装在同一个主板上，从而增加了芯片的成本，也增加了封装的成本。
[0004]而且在现有的环境传感器结构中，一般都是通过半导体加工的方式，在基材的表面沉积两个导电膜层，该两个导电膜层构成了平行电容结构。当外界的环境变化时，两个导电膜层之间的距离或相对面积发生变化，由此该平行电容结构可输出相应的检测电信号。这种平行设置的电容结构，占用的面积较大，也不符合现代的发展要求。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是提供一种MEMS麦克风、环境传感器的集成结构的新技术方案。
[0006]根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS麦克风、环境传感器的集成结构，包括基材；
[0007]在所述基材上设置有构成MEMS麦克风电容器结构的振膜、背极，所述基材位于振膜、背极下方的位置设置有背腔；
[0008]在所述基材的上端还设有至少一个凹槽；还包括位于基材上方的敏感电极，所述敏感电极包括通过第一牺牲层固定在基材端面上的固定部，以及伸入至凹槽内的弯曲部，所述弯曲部与凹槽的侧壁构成了 MEMS环境传感器的电容器结构；其中，所述弯曲部、固定部与凹槽形成了密闭的容腔。
[0009]优选地，所述弯曲部悬空在所述凹槽内。
[0010]优选地，所述弯曲部的底端通过牺牲层固定在凹槽的底端。
[0011]优选地，所述敏感电极还包括连接相邻两个弯曲部的连接部，所述连接部悬空在基材端面的上方。
[0012]优选地，在所述连接部上还设置有镂空，所述镂空将相邻两个弯曲部绝缘开；还包括填充所述镂空的第二牺牲层。
[0013]本发明还提供了一种MEMS麦克风、环境传感器的集成结构的制造方法，包括以下步骤:
[0014]a)在基材的上端面刻蚀出凹槽，并在基材的上端面、凹槽的内壁上依次沉积第一牺牲层、第一膜层，该第一膜层包括固定在基材端面上的固定部，以及伸入至凹槽内的弯曲部；
[0015]b)对位于凹槽附近的第一膜层进行刻蚀，形成镂空，并通过该镂空至少将位于弯曲部与凹槽侧壁之间的第一牺牲层腐蚀掉；
[0016]c)对基材端面上的第一膜层进行刻蚀，以形成MEMS麦克风的振膜；
[0017]d)在整个第一膜层的上方继续沉积第二牺牲层，且该第二牺牲层将所述镂空密封；
[0018]e)在所述第二牺牲层上方沉积第二膜层，并对该第二膜层进行刻蚀，形成MEMS麦克风的背极；
[0019]f)对基材进行刻蚀，以形成MEMS麦克风的背腔；
[0020]g)通过该背腔对第一牺牲层、第二牺牲层进行腐蚀，以将振膜释放出来；同时将弯曲部上方位置的第二牺牲层腐蚀掉，以将弯曲部暴露出来。
[0021]优选地，所述步骤(b)中将弯曲部与凹槽之间的第一牺牲层完全腐蚀掉，使弯曲部悬空在凹槽内。
[0022]优选地，在步骤d)中，还包括以下步骤:对第二牺牲层上位于镂空两侧的位置进行刻蚀以形成侧壁槽，并在第二牺牲层的上端沉积保护层，该保护层同时填充在侧壁槽内。
[0023]优选地，在所述步骤e)与步骤f)之间，还包括将弯曲部上方位置的第二膜层刻蚀去除的步骤，以及对背极进行刻蚀，以形成气流导通孔的步骤。
[0024]优选地，所述步骤f)中，还包括在背极、基材、振膜、弯曲部上沉积金属电极的步骤。
[0025]本发明的集成结构，将MEMS麦克风的电容器结构、环境传感器的电容器结构集成在基材上，从而提高了 MEMS麦克风和环境传感器的集成度，可以大大降低整个封装结构的尺寸。同时，MEMS麦克风的振膜、环境传感器的敏感电极可以采用相同的材料和制作工艺，使得可以在共用的基材上同时制作出MEMS麦克风和环境传感器，提高了生产的效率。
[0026]本发明集成结构中的MEMS环境传感器，将传统设置在基材表面的电容器结构，改为垂直伸入基材内部的电容器结构，加大凹槽的深度即可增大电容器两个极板之间的感测面积，由此可大大缩小电容器在基材上的覆盖面积，本发明环境传感器的覆盖面积可以缩小至传统传感器覆盖面积的1/5-1/10，或更小，这满足了现代电子器件的轻薄化发展。
[0027]本发明的发明人发现，在现有技术中，MEMS麦克风、MEMS环境传感器分别基于不同的工艺平台上进行设计和加工，再利用不同的封装形式，形成独立的芯片，增加了芯片的成本，也增加了封装的成本。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
[0028]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0029]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0030]图1是本发明集成结构的示意图。
[0031]图2至图8是本发明集成结构制造方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0032]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0033]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0034]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0035]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0036]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0037]参考图1，本发明提供的一种MEMS麦克风、环境传感器的集成结构，可以将MEMS麦克风的电容器结构以及MEMS环境传感器的电容器结构集成在同一芯片上。本发明的环境传感器可以是压力传感器、温度传感器、湿度传感器等用于检测周围环境的传感器等，其敏感电极为随外界环境变化而发生相应形变的敏感膜，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
[0038]本发明的集成结构，在所述基材I的上端面设有至少一个凹槽la，凹槽Ia的数量可以根据实际结构需要进行设置，该凹槽Ia的形状可以是U形槽结构，也可以是本领域技术人员所熟知的圆弧槽结构等。基材I的上方设置有用于构成MEMS环境传感器的敏感电极，该敏感电极包括固定在基材I端面上的固定部3b，以及伸入至凹槽Ia中的弯曲部3a，其中，所述弯曲部3a与凹槽Ia的侧壁构成了用于检测周围环境的电容器结构。具体地，该敏感电极可以采用多晶硅材料，其可以通过沉积等方式设置在基材I上。其中，固定部3b与基材I之间可设置第一牺牲层2。在此需要注意的是，牺牲层可以采用氧化硅等本领域技术人员所熟知的材料，牺牲层同时还可以作为绝缘层使用，以保证部件之间的绝缘，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。通过第一牺牲层2使固定部3b与基材I之间互相绝缘；同时该第一牺牲层2可以将敏感电极支撑在基材I的上方，防止敏感电极中的弯曲部3a与基材I接触在一起。
[0039]弯曲部