Mems麥克風、環(huán)境傳感器的集成結(jié)構(gòu)及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種MEMS麥克風及環(huán)境傳感器的集成結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還涉及一種對MEMS麥克風、環(huán)境傳感器進行集成的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，手機、筆記本電腦等電子產(chǎn)品的體積在不斷減小，而且人們對這些便攜電子產(chǎn)品的性能要求也越來越高，這就要求與之配套的電子零部件的體積也必須隨之減小。
[0003]傳感器作為測量器件，已經(jīng)普遍應用在手機、筆記本電腦等電子產(chǎn)品上。在現(xiàn)有的工藝結(jié)構(gòu)中，由于檢測的原理不同，MEMS麥克風和MEMS環(huán)境傳感器芯片一般是分立的，MEMS麥克風需要密閉的空間來保護其微細結(jié)構(gòu)，而MEMS環(huán)境傳感器的敏感結(jié)構(gòu)需要與外界接觸，兩種器件分別基于不同的工藝平臺上進行設計和加工，再利用不同的封裝形式，形成獨立的芯片。裝配的時候，系統(tǒng)廠商將MEMS麥克風芯片和MEMS環(huán)境傳感器芯片通過SMT的方式，貼裝在同一個主板上，從而增加了芯片的成本，也增加了封裝的成本。
[0004]而且在現(xiàn)有的環(huán)境傳感器結(jié)構(gòu)中，一般都是通過半導體加工的方式，在基材的表面沉積兩個導電膜層，該兩個導電膜層構(gòu)成了平行電容結(jié)構(gòu)。當外界的環(huán)境變化時，兩個導電膜層之間的距離或相對面積發(fā)生變化，由此該平行電容結(jié)構(gòu)可輸出相應的檢測電信號。這種平行設置的電容結(jié)構(gòu)，占用的面積較大，也不符合現(xiàn)代的發(fā)展要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個目的是提供一種MEMS麥克風、環(huán)境傳感器的集成結(jié)構(gòu)的新技術(shù)方案。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種MEMS麥克風、環(huán)境傳感器的集成結(jié)構(gòu)，包括基材；
[0007]在所述基材上設置有構(gòu)成MEMS麥克風電容器結(jié)構(gòu)的振膜、背極，所述基材位于振膜、背極下方的位置設置有背腔；
[0008]在所述基材的上端還設有至少一個凹槽；還包括位于基材上方的敏感電極，所述敏感電極包括通過第一犧牲層固定在基材端面上的固定部，以及伸入至凹槽內(nèi)的彎曲部，所述彎曲部與凹槽的側(cè)壁構(gòu)成了 MEMS環(huán)境傳感器的電容器結(jié)構(gòu)；其中，所述彎曲部、固定部與凹槽形成了密閉的容腔。
[0009]優(yōu)選地，所述彎曲部懸空在所述凹槽內(nèi)。
[0010]優(yōu)選地，所述彎曲部的底端通過犧牲層固定在凹槽的底端。
[0011]優(yōu)選地，所述敏感電極還包括連接相鄰兩個彎曲部的連接部，所述連接部懸空在基材端面的上方。
[0012]優(yōu)選地，在所述連接部上還設置有鏤空，所述鏤空將相鄰兩個彎曲部絕緣開；還包括填充所述鏤空的第二犧牲層。
[0013]本發(fā)明還提供了一種MEMS麥克風、環(huán)境傳感器的集成結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟:
[0014]a)在基材的上端面刻蝕出凹槽，并在基材的上端面、凹槽的內(nèi)壁上依次沉積第一犧牲層、第一膜層，該第一膜層包括固定在基材端面上的固定部，以及伸入至凹槽內(nèi)的彎曲部；
[0015]b)對位于凹槽附近的第一膜層進行刻蝕，形成鏤空，并通過該鏤空至少將位于彎曲部與凹槽側(cè)壁之間的第一犧牲層腐蝕掉；
[0016]c)對基材端面上的第一膜層進行刻蝕，以形成MEMS麥克風的振膜；
[0017]d)在整個第一膜層的上方繼續(xù)沉積第二犧牲層，且該第二犧牲層將所述鏤空密封；
[0018]e)在所述第二犧牲層上方沉積第二膜層，并對該第二膜層進行刻蝕，形成MEMS麥克風的背極；
[0019]f)對基材進行刻蝕，以形成MEMS麥克風的背腔；
[0020]g)通過該背腔對第一犧牲層、第二犧牲層進行腐蝕，以將振膜釋放出來；同時將彎曲部上方位置的第二犧牲層腐蝕掉，以將彎曲部暴露出來。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟(b)中將彎曲部與凹槽之間的第一犧牲層完全腐蝕掉，使彎曲部懸空在凹槽內(nèi)。
[0022]優(yōu)選地，在步驟d)中，還包括以下步驟:對第二犧牲層上位于鏤空兩側(cè)的位置進行刻蝕以形成側(cè)壁槽，并在第二犧牲層的上端沉積保護層，該保護層同時填充在側(cè)壁槽內(nèi)。
[0023]優(yōu)選地，在所述步驟e)與步驟f)之間，還包括將彎曲部上方位置的第二膜層刻蝕去除的步驟，以及對背極進行刻蝕，以形成氣流導通孔的步驟。
[0024]優(yōu)選地，所述步驟f)中，還包括在背極、基材、振膜、彎曲部上沉積金屬電極的步驟。
[0025]本發(fā)明的集成結(jié)構(gòu)，將MEMS麥克風的電容器結(jié)構(gòu)、環(huán)境傳感器的電容器結(jié)構(gòu)集成在基材上，從而提高了 MEMS麥克風和環(huán)境傳感器的集成度，可以大大降低整個封裝結(jié)構(gòu)的尺寸。同時，MEMS麥克風的振膜、環(huán)境傳感器的敏感電極可以采用相同的材料和制作工藝，使得可以在共用的基材上同時制作出MEMS麥克風和環(huán)境傳感器，提高了生產(chǎn)的效率。
[0026]本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)中的MEMS環(huán)境傳感器，將傳統(tǒng)設置在基材表面的電容器結(jié)構(gòu)，改為垂直伸入基材內(nèi)部的電容器結(jié)構(gòu)，加大凹槽的深度即可增大電容器兩個極板之間的感測面積，由此可大大縮小電容器在基材上的覆蓋面積，本發(fā)明環(huán)境傳感器的覆蓋面積可以縮小至傳統(tǒng)傳感器覆蓋面積的1/5-1/10，或更小，這滿足了現(xiàn)代電子器件的輕薄化發(fā)展。
[0027]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，MEMS麥克風、MEMS環(huán)境傳感器分別基于不同的工藝平臺上進行設計和加工，再利用不同的封裝形式，形成獨立的芯片，增加了芯片的成本，也增加了封裝的成本。因此，本發(fā)明所要實現(xiàn)的技術(shù)任務或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。
[0028]通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0029]被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0030]圖1是本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0031]圖2至圖8是本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)制造方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0032]現(xiàn)在將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的各種示例性實施例。應注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0033]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應用或使用的任何限制。
[0034]對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術(shù)、方法和設備應當被視為說明書的一部分。
[0035]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0036]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。
[0037]參考圖1，本發(fā)明提供的一種MEMS麥克風、環(huán)境傳感器的集成結(jié)構(gòu)，可以將MEMS麥克風的電容器結(jié)構(gòu)以及MEMS環(huán)境傳感器的電容器結(jié)構(gòu)集成在同一芯片上。本發(fā)明的環(huán)境傳感器可以是壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等用于檢測周圍環(huán)境的傳感器等，其敏感電極為隨外界環(huán)境變化而發(fā)生相應形變的敏感膜，這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，在此不再具體說明。
[0038]本發(fā)明的集成結(jié)構(gòu)，在所述基材I的上端面設有至少一個凹槽la，凹槽Ia的數(shù)量可以根據(jù)實際結(jié)構(gòu)需要進行設置，該凹槽Ia的形狀可以是U形槽結(jié)構(gòu)，也可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的圓弧槽結(jié)構(gòu)等?；腎的上方設置有用于構(gòu)成MEMS環(huán)境傳感器的敏感電極，該敏感電極包括固定在基材I端面上的固定部3b，以及伸入至凹槽Ia中的彎曲部3a，其中，所述彎曲部3a與凹槽Ia的側(cè)壁構(gòu)成了用于檢測周圍環(huán)境的電容器結(jié)構(gòu)。具體地，該敏感電極可以采用多晶硅材料，其可以通過沉積等方式設置在基材I上。其中，固定部3b與基材I之間可設置第一犧牲層2。在此需要注意的是，犧牲層可以采用氧化硅等本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的材料，犧牲層同時還可以作為絕緣層使用，以保證部件之間的絕緣，這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，在此不再具體說明。通過第一犧牲層2使固定部3b與基材I之間互相絕緣；同時該第一犧牲層2可以將敏感電極支撐在基材I的上方，防止敏感電極中的彎曲部3a與基材I接觸在一起。
[0039]彎曲部