专利名称：微机电系统麦克风装置及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微机电系统(MEMS)麦克风装置及其制作方法。
背景技术：
图I显示美国 专利公开案US 2008/0175418所公开的一种MEMS麦克风装置。如图I所示，MEMS麦克风装置10包含以下功能零件基板11 ;背面板12 ;弹性振动板13 ;通道(through-hole) 14 ;背面腔室(backside cavity) 15 ;以及固定区16。在其中一实施例中，该弹性振动板13的材质可例如为多晶硅(polysilicon)，而该背面板12的材质可例如为单晶娃(single crystal silicon)。该背面板12具有多个通道14通往该背面腔室15,该弹性振动板13通过弹簧连接到该固定区16。当声音讯号造成该弹性振动板13振动时，电容值随之改变。改变的电容值经由电路进行转换后，成为电子讯号。在此现有技术中，该MEMS麦克风装置尚须经过一连串复杂封装程序，以致于该成品占据较大的空间，不利于微缩。此夕卜，与美国专利公开案US 2008/0175418类似，美国专利公开案US2008/0175418、美国专利公开案US 2008/0175418及美国第7，221，767所公开的MEMS麦克风装置同样需要经过一连串复杂封装程序，以致于整体装置占据较大的空间，不利于微缩。有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种微机电系统麦克风装置及其制作方法，通过晶圆工艺阶段的改良，简化封装程序及节省空间，以致于整体装置可达到芯片级封装(chip size package, CSP)。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种微机电系统麦克风装置的制作方法。本发明另一目的在于，提出一种微机电系统麦克风装置。为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种微机电系统麦克风装置的制作方法，包含提供一基板；于该基板上方，形成金属层、通道层、及绝缘材质区；于最上层金属层上方，形成一罩幕层；蚀刻部分该罩幕层，使该绝缘材质区露出部分；固定一第一封盖，使该第一封盖位于该罩幕层上方，且使该第一封盖具有至少一开口 ；蚀刻该基板背面，以形成一第一腔室；以及固定一第二封盖，使该第二封盖位于该基板下方；去除该绝缘材质区的一部分，产生一第二腔室，其中，该第二腔室与该第一腔室及该至少一开口相连通，且该第二腔室与该金属层、通道层、及绝缘材质区整体形成一微机电系统元件区。上述微机电系统麦克风装置的制作方法，可利用感应稱合电衆蚀刻技术产生该一第一腔室。上述微机电系统麦克风装置的制作方法，可利用共熔合金、玻璃熔块、环氧化物或焊锡固定该第一封盖及该第二封盖。上述微机电系统麦克风装置的制作方法，可包含利用直通硅晶穿孔技术使至少一导线穿过该基板与该第二封盖，或可包含利用绕线接点技术使至少一导线沿着该基板侧边绕过该基板，并延伸至该第二封盖的下表面。上述微机电系统麦克风装置的制作方法，可利用氟化氢蒸汽蚀刻技术去除该绝缘材质区的一部份，以形成一第二腔室。就另一个观点言，本发明提供了一种微机电系统麦克风装置，包含一基板，该基板包含一第一腔室；一微机电系统兀件区，位于该基板上方，其中，该微机电系统兀件区包含金属层、通道层、绝缘材质区及一第二腔室；一罩幕层，位于该微机电系统兀件区上方；一第一封盖，固定于该罩幕层上方，且具有至少一开口与该第二腔室相通；以及一第二封盖，固定于该基板下方。上述的微机电系统麦克风装置，可包含一黏着层，介于该第一封盖与该微机电系 统元件区之间。上述的微机电系统麦克风装置，其中该第一封盖及该第二封盖的材质可为娃晶圆。上述的微机电系统麦克风装置，可包含至少一导线，其中该至少一导线可穿该基板及第二封盖，或沿着该基板侧边绕过该基板，并延伸至该第二封盖的下表面。下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图I显示美国专利公开案US 2008/0175418所公开的一种MEMS麦克风装置；图2显示本发明的第一个实施例的剖视图；图3A-3I显示本发明MEMS麦克风装置的制作方法实施例；图4显示本发明的第二个实施例的剖视图；图5显示本发明的第三个实施例的剖视图。图中符号说明10，20，30，40微机电系统麦克风装置11，21，31，41 基板21a,31a,41a 第一腔室13性振动板14通道15背面腔室16固定区22，32，42 微机电系统元件区22a, 32a, 42a 金属层22b, 32b, 42b 通道层22c,32c,42c 绝缘材质区22d，32d，42d 第二腔室23，33，43罩幕层24，34，44 黏着层
25,35,45第一封盖25a, 35a阻挡层26，36，46第二封盖27，37，47导线
具体实施例方式本发明中的图式均属示意，主要意在表示各装置以及各元件之间的功能作用关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。图2显不本发明的第一实施例的剖视图。微机电系统麦克风装置20包含一基板 21、一微机电系统兀件区22、一罩幕层23、一黏着层24、一第一封盖25、一第二封盖26及导线27。其中，该基板包含一第一腔室21a，其形状例如但不限于可为图中所示的形状。微机电系统元件区22设置于基板21上方，该微机电系统元件区22包含金属层22a、通道层22b、绝缘材质区22c、并在其中形成一第二腔室22d，其中金属层22a和通道层22b的数目可为单数或多数；金属层22a材质例如但不限于为铝，通道层22b材质例如但不限于为钨，而绝缘材质区22c材质例如但不限于为二氧化硅。此外，第二腔室22d与第一封盖25的开口以及第一腔室21a相通,使微机电兀件区22对于声压有所反应。罩幕层23位于微机电兀件区22上方。第一封盖25固定于罩幕层23上方,且具有至少一开口与第二腔室22d及第一腔室21a相通,其中，该第一封盖25的材质为例如但不限于娃晶圆。黏着层24介于第一封盖25及罩幕层23之间，用以固定第一封盖25，但若使用其它技术固定第一封盖25时，黏着层24则未必需要。第二封盖26位于该基板下方，其材质为例如但不限于硅晶圆。导线27穿过基板21及第二封盖26，用以传导微机电系统元件区22的讯号至微机电系统麦克风装置20的外部。图3A-3H显示微机电系统麦克风装置20的制造程序的第一实施例。首先，如图3A所示，提供基板21，并且于该基板上方形成金属层22a、通道层22b、绝缘材质区22c及罩幕层23。其次，如图3B所示，除去该罩幕层23的一部分以及该绝缘材质区22c的表面。接着，如图3C所示，例如但不限于以共熔合金、玻璃熔块、环氧化物或焊锡固定第一封盖25于罩幕层23上方,其中，第一封盖25的下表面具有一阻挡层25a,且第一封盖25与罩幕层23之间具有一黏着层24。接着，如图3D所示，以例如但不限于感应耦合电浆蚀刻技术(Inductively Coupled Plasma, ICP)蚀刻基板21背面产生该第一腔室21a。接下来，如图3E所示，例如但不限于以共熔合金、玻璃熔块、环氧化物或焊锡固定第二封盖26于基板21下方。接着,如图3F所示,通过直通娃晶穿孔技术(Through-Silicon Via, TSV)形成导线27，使之穿过基板21及第二封盖26，用以传导微机电系统元件区22的讯号至微机电系统麦克风装置20的外部。接着，如图3G所示，以例如但不限于感应耦合电浆蚀刻技术(Inductively Coupled Plasma, ICP)蚀刻该第一封盖25使其产生开口。最后，如图3H所示，以例如氟化氢蒸汽蚀刻技术(HF vapor etching)去除阻挡层25a及绝缘材质区22c的一部分，产生第二腔室22d，其中，该第二腔室22d与第一腔室21a及第一封盖25的开口相连通，且该第二腔室22d与金属层22a、通道层22b、及绝缘材质区22c整体形成一微机电系统元件区22。请参考图31，在上述工艺当中，第一封盖25亦可先独自进行蚀刻以产生开口，并与黏着层24黏合(蚀刻与黏合次序可互换)，待与基板21有关的部份或所有程序完成之后，再固定于该罩幕层23上方。亦即，与第一封盖25相关的工艺、和与基板21有关的部份或所有工艺，可以平行进行，之后再将两者结合。图4显不本发明的第二实施例的剖视图。微机电系统麦克风装置30包含一基板31、一微机电系统兀件区32、一罩幕层33、一黏着层34、一第一封盖35、一第二封盖36、导线37及一绝缘层38。其中，绝缘层38位于第二封盖36的下表面，用以避免导线37与第二封盖36直接接触。在本实施例中，除增加了绝缘层38之外，整体而言，在功能与工艺上皆与第一实施例无实质差异，因此不予赘述。图5显不本发明的第三实施例的剖视图。微机电系统麦克风装置40包含一基板41、一微机电系统兀件区42、一罩幕层43、一黏着层44、一第一封盖45、一第二封盖46及导线47。其中，该基板包含一第一腔室41a，其形状可例如但不限于图中所示的形状。不同于 第一实施例，在本实施例中，是通过绕线接点技术(T-contact)传导微机电系统元件区42的讯号至微机电系统麦克风装置40的外部。详言之，导线47沿着基板41侧边绕过基板41，并延伸至该第二封盖46的下表面。而本实施例的制作程序与该第一实施例类似，主要差异在于导线的连接方式，故仅就导线部份加以说明，其它部分不予赘述。同样地，在本实施例中，亦可以单独制作第一封盖45，将与第一封盖45相关的工艺、和与基板41有关的部份或所有工艺，分开进行，之后再将两者结合。以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，本发明的金属层与通道层数目不限于实施例所示，可为其它数目；再如，开口及腔室的数目及形状亦不限于实施例所示，可为任意数量及形状的开口及腔室；又如，由剖视图视之，导线的形状不限于如图所示的形状，亦可以为其它任意形状；又如，微机电系统麦克风装置的制造程序不限于依照实施例所述的顺序，在不影响元件的特性下，可做任意的调整。因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。
权利要求
1.一种微机电系统麦克风装置的制作方法，其特征在于，包含 提供一基板； 于该基板上方，形成金属层、通道层、及绝缘材质区； 于最上层金属层上方，形成一罩幕层； 蚀刻部分该罩幕层，使该绝缘材质区露出部分； 固定一第一封盖，使该第一封盖位于该罩幕层上方，且使该第一封盖具有至少一开n ； 蚀刻该基板背面，以形成一第一腔室； 固定一第二封盖，使该第二封盖位于该基板下方；以及 去除该绝缘材质区的一部分，产生一第二腔室，其中，该第二腔室与该第一腔室及该至少一开口相连通，且该第二腔室与该金属层、通道层、及绝缘材质区整体形成一微机电系统元件区。
2.如权利要求O所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，进一步包含形成一黏着层，介于该第一封盖及该罩幕层之间，用以固定该第一封盖。
3.如权利要求O所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，该蚀刻该基板背面，以形成一第一腔室的步骤包括以感应耦合电浆蚀刻技术蚀刻产生该第一腔室。
4.如权利要求O所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，使该第一封盖具有至少一开口的步骤包括 于第一封盖下表面形成一阻挡层； 蚀刻该第一封盖，以形成该至少一开口。
5.如权利要求O所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，进一步包括利用氟化氢蒸汽蚀刻技术除去该阻挡层。
6.如权利要求O所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，该固定一第一封盖，使该第一封盖位于该罩幕层上方的步骤包括以共熔合金、玻璃熔块、环氧化物或焊锡进行固定。
7.如权利要求O所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，该固定一第二封盖，使该第二封盖位于该基板下方的步骤包括以共熔合金、玻璃熔块、环氧化物或焊锡进行固定。
8.如权利要求O所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，进一步包含形成至少一导线，用以传导该微机电系统元件区的讯号至该微机电系统麦克风装置的外部。
9.如权利要求8所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，形成至少一导线，用以传导该微机电系统元件区的讯号至该微机电系统麦克风装置的外部的步骤包括利用直通硅晶穿孔技术或绕线接点技术使该至少一导线穿过该基板与该第二封盖。
10.如权利要求0所述的微机电系统麦克风装置的制作方法，其中，去除该绝缘材质区的一部分，产生一第二腔室的步骤包括利用氟化氢蒸汽蚀刻技术进行蚀刻。
11.一种微机电系统麦克风装置，其特征在于，包含 一基板，该基板包含一第一腔室； 一微机电系统兀件区，位于该基板上方，其中，该微机电系统兀件区包含金属层、通道层、绝缘材质区及一第二腔室；一罩幕层，位于该微机电系统兀件区上方； 一第一封盖，固定于该罩幕层上方，且该第一封盖具有至少一开口与该第二腔室相通；以及 一第二封盖，固定于该基板下方。
12.如权利要求11所述的微机电系统麦克风装置，其中，进一步包含一黏着层，介于该第一封盖与该微机电系统兀件区之间。
13.如权利要求11所述的微机电系统麦克风装置，其中，该第一封盖的材质为硅晶圆。
14.如权利要求11所述的微机电系统麦克风装置，其中，该第二封盖的材质为硅晶圆。
15.如权利要求11所述的微机电系统麦克风装置，其中，进一步包含至少一导线，用以 传导该微机电系统兀件区的讯号至该微机电系统麦克风装置的外部。
16.如权利要求15所述的微机电系统麦克风装置，其中，该至少一导线穿过该基板及第二封盖。
17.如权利要求15所述的微机电系统麦克风装置，其中，该至少一导线沿着该基板侧边绕过该基板，并延伸至该第二封盖的下表面。
全文摘要
本发明提出一种微机电系统麦克风装置及其制作方法，所述微机电系统麦克风装置包含一基板，该基板包含一第一腔室；一微机电系统元件区，位于该基板上方，其中，该微机电系统元件区包含金属层、通道层、绝缘材质区及一第二腔室；一罩幕层，位于该微机电系统元件区上方；一第一封盖，固定于该罩幕层上方，且具有至少一开口与该第二腔室相通；以及一第二封盖，固定于该基板下方。
文档编号H04R31/00GK102752699SQ20111010310
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者孙志铭, 王传蔚 申请人:原相科技股份有限公司