一种硅电容麦克风的电气连线结构及其电气连线方法
【专利摘要】本发明提供了一种硅电容麦克风的电气连线结构及其电气连接方法，所述电气连接结构包括衬底、非导电层和导电层，所述衬底、非导电层和导电层彼此之间形成有多个台阶结构，所述多个台阶结构上附着有多个金属电极，用以在相互绝缘的导电层之间的形成电气连接。所述电气连接方法包括：S1：在衬底上生成一组或多组交错排列的牺牲层和导电层，在牺牲层、导电层或衬底之间形成多个台阶结构；S2：生长一层金属层，保留所述金属层中附着于所述多个台阶结构上的多个金属电极，去除所述金属层的其他部分。本发明可按硅麦克风设置需要实现不同导电层之间的电气连接、走线交叉、电气屏蔽功能，从而使其灵敏度、线性度、信噪比等指标得以提高。
【专利说明】
一种硅电容麦克风的电气连线结构及其电气连线方法
技术领域
[0001]本发明涉及硅麦克风技术领域，特别涉及一种用于硅电容麦克风的敏感结构及其电气连线方法。【背景技术】
[0002]微机电(MEMS micro-electro-mechanical system)麦克风或称娃电容麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如:手机、MP3、 录音笔和监听器材等。相关技术中，硅电容麦克风包括敏感结构(亦称换能器)、配套集成电路和封装部件，敏感结构又包括基底、背极板和振膜。其中，将敏感结构的背极板、振膜等部件的电气信号向配套集成电路或其他封装部件电气引出，是声音信号转化为电信号后， 电信号传递过程中必不可少的环节。
[0003]在电信号传递过程中，电气连接、走线交叉、电气屏蔽等功能的实现对应着不同复杂程度的电气连接和干扰，与电信号传递质量相关。在高性能硅电容麦克风产品中，敏感结构的电气走线直接影响到硅电容麦克风整体的灵敏度、线性度、信噪比等指标。
[0004]lift-off工艺是一种通过牺牲材料在基底表面上建立目标材料结构的方法。传统的硅电容麦克风一般使用lift-off工艺在不同的导电层平坦处分别制作焊盘(接触点)用于电气引线，将电信号引出，或在导电层平坦处制作大面积金属层以提高局部电导率优化电气屏蔽效果，这样的金属层制作和剥离工艺上实现难度最低也最直观。但随着娃电容麦克风性能的提高，敏感结构上的更复杂的电气走线也逐渐得到重视。中国专利 CN101427593A和CN103552980A分别使用多个电触点引线和在导电层上设置屏蔽金属层来改善敏感结构电气走线。这样的方案避免了在导电层台阶结构上设置金属层来实现电气连接的难度，但电气走线的灵活程度也受到了局限，从而使硅电容麦克风灵敏度、线性度、信噪比等指标的优化受到局限。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有的硅电容麦克风在电气连线技术中存在的上述缺陷， 提供了一种用于硅电容麦克风的电气连线结构及其连线方法，能在现有工艺水平下在敏感结构上进行更灵活的电气走线设置，从而优化电信号传递通路，以更进一步提高硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比等指标。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]—种硅电容麦克风的电气连线结构，包括衬底、非导电层和导电层，所述衬底、非导电层和导电层彼此之间通过lift-off工艺形成有多个台阶结构，其中，所述多个台阶结构上附着有多个金属电极，用以在相互绝缘的导电层之间的形成电气连接。相对于传统的硅电容麦克风一般使用lift-off工艺在不同的导电层平坦处分别制作焊盘(接触点)的连线结构，或在导电层平坦处制作大面积金属层以提高局部电导率优化电气屏蔽效果的连线结构，本发明是在非平坦的台阶结构处设置金属电极来连接不同的导电层。如果对于工艺实现要求增高，则这种连接方式可以任意设置；若工艺实现要与通用工艺兼容以保证生产过程和成本不变，则需在设置相应的连接不同导电层的金属层时予以限制。
[0008]优选的娃电容麦克风的电气连线结，其中所述附着金属电极的台阶结构高度差不超过10微米。台阶高度过高时，金属层生长过程中存在由于落差过大而断裂的工艺风险， 因此为使工艺难度基本不变，需对台阶高度加以限制。
[0009]优选的娃电容麦克风的电气连线结，其中所述导电层材料为掺杂单晶娃或掺杂多晶硅。在已有的硅电容麦克风敏感结构制备中，掺杂单晶硅和掺杂多晶硅是两种与金属层之间可形成欧姆接触的材料。使用这两种材料，能使电气信号从导电层向金属层传递时的损失和受到的干扰较小。
[0010]优选的硅电容麦克风的电气连线结，其中所述的附着于所述台阶结构上的金属电极连接两个高度不同的导电层。这是连接上下两层导电层，其技术效果相当于在板级电路中制作盲孔以连接两个不同层。
[0011]优选的硅电容麦克风的电气连线结，其中所述的附着于所述台阶结构上的金属电极，连接两个高度相同但几何断开的导电层。这是连接同层导电体，其技术效果相当于在板级电路中制作飞线以连接两块不同区域。
[0012]优选的娃电容麦克风的电气连线结，其中交错在不同导电层之间的非导电层内填充有牺牲层材料，部分所述牺牲层材料可在完成lift-off工艺后被去除。不但可以绕过不必要的避让，也可以通过后期将下方牺牲层去掉的方式用空气绝缘来代替牺牲层绝缘。当牺牲层介电常数大于空气时，可以减小走线的杂散和寄生电容。
[0013]优选的硅电容麦克风的电气连线结，其中所述的不同导电层之间填充的牺牲层材料，在去除指定部分后，部分没有被所述金属电极附着的导电层之间具备可动性，但被金属层连接的两个导电层之间，在金属层连接位置无相对运动。通过去除牺牲层的方法来使部分导电层变得可动，是硅电容麦克风敏感结构制备的标准工艺。但在本发明中，由于存在使用金属层连接的两个导电层的情形，为使若工艺实现要与通用工艺兼容以保证生产过程和成本不变，则需在设置相应的连接不同导电层的金属层时予以限制。使得被金属层连接的两个导电层之间，在金属层连接位置无相对运动。这样可以避免起电气连接作用的金属层由于导电层的相对运动而发生疲劳断裂，从而引起电气断开的风险。
[0014]另外，本发明还提出了一种硅电容麦克风的电气连线方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0015]S1:在衬底上一组或多组交错排列的牺牲层和导电层，并利用掩蔽和蚀刻的方法使得部分牺牲层、导电层或衬底暴露在空气中，从而在牺牲层、导电层或衬底之间形成多个台阶结构；
[0016]S2:生长一层金属层覆盖在由步骤S1得到的整体结构之上，通过掩蔽、蚀刻方法以及lift-off工艺，保留所述金属层中附着于所述多个台阶结构上的多个金属电极，去除所述金属层的其他部分。
[0017]优选的硅电容麦克风的电气连线方法，其中还包括步骤S3:去除不需要的牺牲层材料。与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0018]本发明在敏感结构上进行更灵活的电气走线结构设置，从而优化电信号传递通路，以更进一步提高硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比等指标。由于使用本发明的技术方案，可以在保持广品生广效率、可靠性、良率和成本基本不变的基础上提尚广品性能， 拓宽产品的应用场合，增加产品竞争力。【附图说明】
[0019]图1是传统的硅电容麦克风中使用lift-off技术连线方案的示意图；
[0020]图2是本发明的娃电容麦克风电气连线结构的一个实施例的不意图；
[0021]图3?图8是本发明的硅电容麦克风电气连线方法的一个优选实施例对相同和不同导电层的电气连接、走线交叉、电气屏蔽的实现方案步骤示意图。【具体实施方式】
[0022]本发明提供了一种用于硅电容麦克风的电气连线结构及其连线方法，能在现有工艺水平下在敏感结构上进行更灵活的电气走线设置，从而优化电信号传递通路，以更进一步提高硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比等指标。下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0023]图1是传统的硅电容麦克风的使用lift-off工艺的结构示意图。在不同的导电层31/32的平坦处分别制作焊盘(接触点)41/42用于电气引线，将电信号引出，或在导电层31/32平坦处制作大面积金属层(图中未示)以提高局部电导率优化电气屏蔽效果，这样的金属层制作和剥离工艺上实现难度最低也最直观。这样的方案避免了在导电层台阶结构上设置金属层来实现电气连接的难度，但电气走线的灵活程度也受到了局限，从而使硅电容麦克风灵敏度、线性度、信噪比等指标的优化受到局限。
[0024]图2是本发明的硅电容麦克风电气连线结构的一个实施例的示意图。如图2所示， 本发明的该实施例中包括衬底101’以及交错设置在衬底101’上的非导电层(牺牲层)201’ 和202’，导电层301’和302’。通过掩膜和蚀刻方法，使得导电层301’和302’，以及导电层301’与衬底101’之间形成有台阶结构，在相互绝缘的导电层301’和302’形成的台阶结构上附着有金属电极401’，从而实现导电层301’和302’之间的电气连接。也就是说， 本发明需要在非平坦的台阶处设置金属电极并连接不同导电层。如果对于工艺实现要求增高，则这种连接方式可以任意设置；若工艺实现要与通用工艺兼容以保证生产过程和成本不变，则需在设置相应的连接不同导电层的金属电极时予以限制。
[0025]图3?图8是本发明的优选实施例对相同和不同导电层的电气连接、走线交叉、电气屏蔽的实现方案步骤示意图。本优选实施例的具体实施步骤如下:
[0026]a)如图3所示，首先在掺杂单晶硅材料的衬底101上生长一层牺牲层201，再生长一层掺杂多晶硅材料的导电层301，并使用掩膜版掩蔽和刻蚀导电层301，使得牺牲层201 的一部分暴露出来。
[0027]b)如图4所示，在图3工作的基础上，再生长一层牺牲层202,将导电层301和牺牲层201全部掩蔽。
[0028]c)如图5所示，在图4工作的基础上，再生长一层掺杂多晶硅材料的导电层302， 并使用掩膜版掩蔽和刻蚀导电层302,使得牺牲层202的一部分暴露出来。
[0029]d)如图6所示，在图5工作的基础上，掩膜版掩蔽和刻蚀牺牲层201和202,使得导电层201和衬底101的一部分暴露出来。
[0030]e)如图7所示，在图6工作的基础上，生长一层金属层并使用掩膜版掩蔽和刻蚀， 通过lift-off工艺剥离掉不需要的金属层，留下金属电极401。
[0031]f)如图8所示，在图7工作的基础上，去除不需要的牺牲层201和202材料，但使得被金属层连接的两个导电层之间，在金属层连接位置无相对运动。这样，可以得到连接导电多晶硅层201与202的金属层4011，连接导电多晶硅层201与导电衬底层101的的金属层4011，连接导电多晶硅层202与导电衬底层101的的金属层4014,以及连接两部分原本几何断开相互绝缘的导电多晶硅层202的金属层4013。可以进一步地利用这些金属层结构实现不同导电层之间的电气连接、走线交叉、电气屏蔽功能，从而使硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比等指标得以提高。
[0032]在上述优选实施例中，允许针对硅电容麦克风敏感结构设置的需要增删或修改其中的一些步骤，但所述的金属层至少在两部分原本相互绝缘的导电层之间形成电气连接， 通过这样的lift-off连线方法，可以通过现有工艺水平实现在敏感结构上进行更灵活的电气走线设置，从而优化电信号传递通路，以更进一步提高硅电容麦克风的灵敏度、线性度、信噪比等指标。
[0033]以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种娃电容麦克风的电气连线结构，包括衬底、非导电层和导电层，所述衬底、非导 电层和导电层彼此之间通过lift-off工艺形成有多个台阶结构，其特征在于，所述多个台 阶结构上附着有多个金属电极，用以在相互绝缘的导电层之间的形成电气连接。2.根据权利要求1所述的硅电容麦克风的电气连线结构，其特征在于，所述附着金属 电极的台阶结构高度差不超过10微米。3.根据权利要求1所述的硅电容麦克风的电气连线结构，其特征在于，所述导电层材 料为掺杂单晶硅或掺杂多晶硅。4.根据权利要求1所述的硅电容麦克风的电气连线结构，其特征在于，所述附着于台 阶结构上的金属电极用于连接两个高度不同的导电层或两个高度相同但几何断开的导电层。5.根据权利要求1所述的硅电容麦克风的电气连线结构，其特征在于，交错在不同导 电层之间的所述非导电层内填充有牺牲层材料，且部分所述牺牲层材料在完成lift-off 工艺后被去除。6.根据权利要求5所述的硅电容麦克风的电气连线结构，其特征在于，部分没有被所 述金属电极附着的导电层之间具备可动性，但被金属电极附着的两个导电层之间在与金属 电极的连接处无相对运动。7.—种硅电容麦克风的电气连线方法，其特征在于，包括以下步骤:51:在衬底上一组或多组交错排列的牺牲层和导电层，并利用掩蔽和蚀刻的方法使得 部分牺牲层、导电层或衬底暴露在空气中，从而在牺牲层、导电层或衬底之间形成多个台阶 结构；52:生长一层金属层覆盖在由步骤S1得到的整体结构之上，通过掩蔽、蚀刻方法以及 lift-off工艺，保留所述金属层中附着于所述多个台阶结构上的多个金属电极，去除所述 金属层的其他部分。8.根据权利要求7所述的硅电容麦克风的电气连线方法，其特征在于，还包括步骤S3: 去除不需要的牺牲层材料。9.根据权利要求7所述的硅电容麦克风的电气连线方法，其特征在于，所述附着金属 电极的台阶结构高度差不超过10微米。10.根据权利要求7所述的硅电容麦克风的电气连线方法，其特征在于，所述导电层 材料为掺杂单晶硅或掺杂多晶硅。
【文档编号】H04R19/04GK105992115SQ201510092043
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月28日
【发明人】万蔡辛, 杨少军
【申请人】北京卓锐微技术有限公司