保护微机电系统麦克风声音端口及其在晶片级形成的方法
【专利说明】保护微机电系统麦克风声音端口及其在晶片级形成的方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及微机电系统(microelectromechanical system, MEMS)麦克风。更精确地，本发明涉及一种具有保护膜的MEMS麦克风，该保护膜可隔绝水、粉尘……等。
【背景技术】
[0003]MEMS芯片，如MEMS麦克风，具有感测隔膜，以感测如由声音信号造成的空气压力振动。该感测隔膜形成如感测电容的一部分，因此声音信号能够被转换成电信号。
[0004]图1是一个描绘传统MEMS芯片的截面图。概括来说，图1绘示MEMS芯片，如MEMS麦克风，且MEMS芯片具有隔膜58。所述MEMS芯片具有半导体基材40及位于硅基材40上的电介质结构层50。半导体基材40具有空腔44，及位于作用区46的多个排气通孔48，作用区46也提供MEMS电容的固定电极。空腔44通过多个排气通孔48与隔膜58及基材40间的腔室连接，使膈膜能够随着声音信号振动，其中声音信号通常由空腔44所接收。电介质结构层50容纳隔膜58。隔膜58感测所述声音信号。其它的电路部件54也在电介质结构层50中形成。在多制造步骤的制作工艺中，电介质结构层50包括电介质层52以及蚀刻停止层56，以形成隔膜58和电路部件54。所属技术领域中具有通常知识者，能通过多步骤的制造过程理解MEMS结构是如何形成的。
[0005]一般而言，MEMS芯片分为背板与隔膜两部分。参照图1，背板的基本结构包括基材40，而膈膜在电介质结构层50中形成。在下文中，所述MEMS芯片以背板及隔膜两特征结构概示，而表示出详细的结构。
[0006]图2是一个描绘传统MEMS麦克风的截面图。在图2中，MEMS芯片100包括背板102及隔膜104。背板102在一侧具有空腔106，以接收声音信号。隔膜104设置在背板102的上方，与空腔相反的一侧。背板具有排气通孔层108，排气通孔层有多个排气通孔。排气通孔层108与隔膜104间形成腔室，其中腔室的空间与空腔106的空间通过多个排气通孔连接。MEMS芯片100能够进一步应用帽结构110，如MEMS麦克风，其中帽结构110能够通过如黏胶层的黏着层112在隔膜104的上方形成。帽结构110也有辅助腔室110a，以帮助隔膜104的振动，其中振动对应到从空腔106接受到的声音信号。
[0007]图3是一个描绘传统MEMS麦克风的截面图。在图3中，另一种类型的不同结构的传统MEMS麦克风，能够包括封装基板120。MEMS芯片100以及专用集成电路(Applicat1n-specific Integrated Circuit, ASIC) 122 设置在封装基板 120 上，且两者使用如接合引线或所属技术领域所知的其它接合技术来电连接。然后在封装基板120上有帽结构114，且覆盖在MEMS芯片100及ASIC 122的上方。为接收声音信号，帽结构114具有声音端口 116以接收声音信号。帽结构114中的辅助腔室118能够让隔膜更容易随着所述声音信号而振动。
[0008]图4是一个描绘传统MEMS麦克风的截面图。在图4中，另一种类型的不同结构的传统MEMS麦克风，能够包括封装基板120。封装基板120具有声音端口 116。MEMS芯片100以及ASIC 122设置在封装基板120上，且两者使用如接合引线来电连接。然而，MEMS芯片100的空腔与封装基板120的声音端口 116相匹配，因此空腔能够接收声音信号。封装基板120上的帽结构114覆盖在MEMS芯片100及ASIC 122的上方。在此种情形下，帽结构114能够不需要有所述声音端口。帽结构114中的辅助腔室118能够让隔膜更容易随着所述声音信号而振动。
[0009]传统的MEMS芯片能用不同的方法设计，且不限于上述的型态。请注意，所述隔膜的振动幅度会决定灵敏度。然而，传统MEMS芯片在后续的制造过程中，如封装电路板的过程，可能在隔膜与排气通孔层间接收到侵入物质，进而减少隔膜的性能。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供具有保护膜的MEMS麦克风。保护膜能够接收声音信号而阻绝至少一侵入物质。隔膜的性能能够维持，而降低侵入物质所造成的影响。
[0011]在一具体实施例中，提供一种保护微机电系统(MicroelectromechanicalSystem,MEMS)麦克风的声音端口的方法。此方法包括:提供该MEMS麦克风；以及形成保护膜在该MEMS麦克风的声音端口上。该保护膜在该声音端口的上方具有多孔区域，以接收声音信号而阻绝至少一侵入物质。该保护膜至少能够承受焊料流的制作工艺温度。
[0012]在一具体实施例中，一种在晶片级形成微机电系统麦克风的方法包括:形成多个MEMS麦克风在晶片上，其中该每一个MEMS麦克风具有空腔或声音端口，以接收声音信号；以及形成保护膜，设置在晶片的上方，该保护膜覆盖在该每一个MEMS麦克风的声音端口或空腔。该保护膜在该声音端口或该空腔的上方具有多孔区，以接收该声音信号而阻绝至少一侵入物质。
[0013]应理解的是，上述的概括描述及接续的详细描述均为实施例，目的是为本发明涵盖的权利要求提供更多的解释。
【附图说明】
[0014]为让本发明更易于理解，附上下列图示，且包含并制定部分的规格。下列图示描绘本发明的具体实施例，并附有描述以阐述本发明的原则。
[0015]图1是根据本发明的具体实施例绘示人脸侦测方法的处理流程图；
[0016]图2是绘示一传统MEMS麦克风的截面图；
[0017]图3是绘示一传统MEMS麦克风的截面图；
[0018]图4是绘示一传统MEMS芯片的截面图；
[0019]图5是绘示本发明中，考虑有关影响MEMS芯片性能的机制的截面图；
[0020]图6A-6B是根据本发明的一具体实施例，绘示MEMS麦克风结构的截面及俯视图；
[0021]图7A-7B是根据本发明的一具体实施例，绘示MEMS麦克风的保护膜结构的截面及俯视图；
[0022]图8是根据本发明的另一具体实施例，绘示MEMS麦克风结构的截面及俯视图；
[0023]图9是根据本发明的另一具体实施例，绘示MEMS麦克风结构的截面及俯视图；
[0024]图10是根据本发明的另一具体实施例，绘示MEMS麦克风结构的截面及俯视图；
[0025]图11是根据本发明的另一具体实施例，绘示在芯片级的MEMS麦克风结构的示图；
[0026]图12是根据本发明的另一具体实施例，绘示在芯片级的MEMS麦克风结构的截面图。
[0027]符号的说明
[0028]40:半导体基材
[0029]42:娃基材
[0030]44:空腔
[0031]46:作用区
[0032]48:排气通孔
[0033]50:电介质结构层
[0034]52:电介质层
[0035]54:电路部件
[0036]56:蚀刻停止层
[0037]58:隔膜
[0038]100 =MEMS 芯片
[0039]102:背板
[0040]104:隔膜
[0041]16:空腔
[0042]108:排气通孔层
[0043]110:帽结构
[0044]IlOa:腔室
[0045]112:黏着层
[0046]114:帽结构
[0047]116:声首端口
[0048]118:辅助腔室
[0049]120:封装基板
[0050]122:专用集成电路
[0051]130:侵入物质
[0052]140:保护膜
[0053]150:保护层
[0054]154:声音孔洞
[0055]160:黏着层
[0056]162:开口
[0057]164:区域
[0058]200 =MEMS 麦克风
[0059]250:晶片
[0060]252 =MEMS 单元
【具体实施方式】
[0061]本发明提供多个MEMS麦克风的具体实施例的描述。然而，本发明不仅限定于所提供的具体实施例。
[0062]针对MEMS麦克风，提出保护膜以与MEMS芯片形成如MEMS麦克风。MEMS麦克风举例来说能够是MEMS麦克风或具有侦测声音信号的隔膜的MEMS芯片。
[0063]具有隔膜的MEMS芯片，其性能与隔膜振动的能力相当有关，其中隔膜侦测由声音信号所造成的空气压力变化。若MEMS芯片的隔膜不能在所需灵敏度下随着声音信号而振动，MEMS芯片的性能会下降或甚至失效。图5是绘示本发明中考虑有关影响MEMS芯片性能的机制的截面图。
[0064]在图5中，如本发明的研究，因为侵入物质130可能会进入膈膜104与排气通孔层108间的空间，传统的MEMS芯片(如图2中的MEMS麦克风)的性能可能会下降，而降低隔膜104振动的能力。侵入物质130能为粉尘、液体、水等的任其一，侵入物质能够在之后的应用中进入MEMS芯片，特别是在后续的制造过程中。以图5的结构为例，侵入物质130首先从MEMS芯片的空腔106进入，接着进入背板102中的隔膜104与排气通孔层108间的空间，其中帽结构110通过黏胶层112黏着在背板102上。于此，空腔106也能表示声音端□。
[0065]图6A-图6B是根据本发明的一具体实施例，绘示MEMS麦克风结构的截面及俯视图。在图6A中，MEMS麦克风包括如图2的MEMS麦克风。为了避免侵入物质130进入膈膜104与排气通孔层间的空间，如图5所示。基本上，具体实施例中的MEMS麦克风包含MEMS芯片，MEMS芯片包括背板102及膈膜104。背板102在第一侧具有排气通孔层108及空腔106，以接收声音信号。膈膜104设置在背板102的上方，与第二侧相反的第二侧。保护膜140设置在背板102的第一侧上，覆盖在空腔106的上方。保护膜140在空腔106的上方具有多孔区域，以接收声音信号而阻绝至少一来自