Mems麦克风、环境传感器的集成结构的制作方法_2

文档序号:10268183阅读:来源:国知局
。对于本领域的技术人员来说,MEMS麦克风的电容器结构可以采用振膜3e在上、背极7在下的方式,也可以采用振膜3e在下、背极7在上的方式。在本实用新型一个具体的实施方式中,为了与MEMS环境传感器对应起来,MEMS麦克风的电容结构采用振膜3e在下、背极7在上的结构,也就是说,振膜3e通过第一牺牲层2设置在基材I上,背极7通过第二牺牲层4支撑在振膜3e的上方,使得振膜3e与背极7之间具有一定的距离,通过传统的引线,即可构成将声音信号转化为电信号的组件。MEMS麦克风电容器结构的功能原理属于本领域技术人员的公知常识,在此不再进行赘述。
[0029]为了使MEMS麦克风的电容器结构发挥作用,所述基材I上与振膜3e对应的位置设置有背腔lb,使得该振膜3e悬置在背腔Ib的上方。同时,在所述背极7上还设置有多个气流导通孔7a,以便于均衡MEMS麦克风前腔与后腔的气流。
[0030 ]本实用新型的集成结构,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。
[0031]本实用新型的集成结构,敏感电极的弯曲部3a与凹槽I a的侧壁构成了垂直式的电容器结构,当外界环境发生变化(例如压力变化)时,弯曲部3a会随之发生形变,由此可以改变弯曲部3a与凹槽Ia侧壁之间的距离,使该电容器输出的信号发生变化。本实用新型的环境传感器,其可以是长条形、梳齿状、螺旋状或者本领域技术人员所熟知的其它形状;本实用新型集成结构的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,本实用新型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。
[0032]在本实用新型一个优选的实施方式中,所述敏感电极的弯曲部3a悬空在基材的凹槽Ia内,也就是说,弯曲部3a与凹槽Ia之间没有任何的连接关系,当外界环境发生变化时,弯曲部3a会随之发生形变,由此可以改变弯曲部3a与凹槽Ia侧壁之间的距离,使该电容器输出的信号发生变化。
[0033]在本实用新型另一优选的实施方式中,所述敏感电极的弯曲部3a伸入至基材的凹槽Ia内,且弯曲部3a的底端与凹槽Ia的底端通过第一牺牲层2连接在一起,也就是说,通过第一牺牲层2将弯曲部3a的底端固定住。当外界环境发生变化时,由于弯曲部3a的底端被固定住,从而可以防止弯曲部3a在凹槽Ia内摆动,只有弯曲部3a侧壁的位置会随外界环境的变化而发生形变,由此改变了弯曲部3a与凹槽Ia侧壁之间的距离,使该电容器输出的信号发生变化。
[0034]在本实用新型一个优选的实施方式中,当凹槽Ia的数量设置有多个的时候,固定部3b可以设置在每个凹槽Ia的边缘位置,也可以仅设置在最外侧凹槽Ia的边缘。当固定部3b与最外侧凹槽Ia的边缘固定在一起时,所述敏感电极还包括连接相邻两个弯曲部3a的连接部3d,参考图1,且该连接部3d优选悬空在基材I端面的上方。此时由于弯曲部3a、连接部3d与基材I不接触在一起,也就是说,弯曲部3a、连接部3d均处于悬空的状态,这就提高了弯曲部3a的灵敏度,使得最终检测到的结果更为精准。
[0035]本实用新型的环境传感器,可以根据实际需要设置多组电容结构,这就需要在某些连接部3d上设置镂空3c,参考图3。通过该镂空3c将相邻两个弯曲部3a绝缘开;同时,为了保证该环境传感器具有一密闭的容腔,还需要在镂空3c里填充第二牺牲层4。本实用新型进一步优选的是,在该第二牺牲层的上端还可设置保护层5,通过该保护层5可以防止水或雾气进入至环境传感器的内部。
[0036]本实用新型的集成结构,可以通过传统的引线结构将MEMS麦克风以及MEMS环境传感器的信号引出,以便与终端进行连接;当然也可以通过沉积、刻蚀导电层的方式将位于结构内部的信号导通至整个集成结构的外部,这属于本领域技术人员的公知常识,在此不再具体说明。
[0037]本实用新型还提供了一种MEMS麦克风、环境传感器的集成结构的制造方法,其包括以下步骤;
[0038]a)首先,在基材I的上端面刻蚀出多个凹槽la,并在基材I的上端面、凹槽Ia的内壁上依次沉积第一牺牲层2、第一膜层3,参考图2;基材I可以采用单晶硅材料,其凹槽Ia的形状根据实际需要进行选择,例如采用U形槽、圆弧槽结构等;第一牺牲层2、第一膜层3依次沉积在整个基材I的上端面,并且与基材I整个上端的形状相匹配;
[0039]该第一膜层3包含了MEMS麦克风的振膜以及MEMS环境传感器的敏感电极,在后续工序中,需将二者分开;其中,所述MEMS环境传感器的敏感电极包括通过第一牺牲层2固定于基材I端面上的固定部3b以及伸入至凹槽Ia内的弯曲部3a。该弯曲部3a的形状可以和凹槽Ia的形状匹配,例如当凹槽Ia呈U形结构,该弯曲部3a可以呈与其形状一致的U形槽结构,也可以呈圆弧槽结构等。
[0040]当基材I上凹槽Ia的数量设置有多个时,所述MEMS环境传感器的敏感电极还包括连接相邻两个弯曲部3a的连接部3d,参考图1、图2。
[0041]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。例如在上述步骤a)中,第一牺牲层2可以作为绝缘层,以保证第一膜层3与基材I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。
[0042]b)对位于凹槽Ia附近的第一膜层3进行刻蚀,以形成位于凹槽Ia附近的镂空3c,并通过该镂空3c至少将位于弯曲部3a与凹槽Ia侧壁之间的第一牺牲层2腐蚀掉,参考图3;其中,可利用氢氟酸对第一牺牲层2进行腐蚀,这属于本领域技术人员的公知常识,在此不再具体说明。
[0043]当凹槽Ia设置有多个的时候,该镂空3c设置在连接部3d位置,在此需要注意的是,该镂空3c可以作为腐蚀孔对第一牺牲层2进行腐蚀;同时也可以根据实际设计需要,通过该镂空3c将两个相邻的弯曲部3a相互隔绝开,例如当需要在基材I形成MEMS环境传感器的多组电容器结构时,也就是说需要使某些相邻的弯曲部3a相互绝缘时,可以设置该镂空3c贯通至连接部3d的两端,从而使相邻的两个弯曲部3a完全断开。
[0044]在本实用新型一个具体的实施方式中,通过镂空3c将弯曲部3a与凹槽Ia侧壁之间的第一牺牲层2腐蚀掉,保留弯曲部3a与凹槽Ia底端之间的第一牺牲层2,也就是说,弯曲部3a的底端通过第一牺牲层2连接在凹槽Ia的底端,弯曲部3a的侧壁与凹槽Ia的侧壁构成了MEMS环境传感器的电容器结构。
[0045]在本实用新型另一具体的实施方式中,通过镂空3c将弯曲部3a与凹槽Ia之间第一牺牲层2完全腐蚀掉,使得弯曲部3a与凹槽Ia之间没有任何的连接关系,也就是说,所述敏感电极的弯曲部3a悬空在基材I的凹槽Ia内,从而提高了弯曲部3a的敏感
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