專利名稱：具有微機(jī)械的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有微機(jī)械的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的組件，所述麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)以層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)可通過聲壓偏轉(zhuǎn)的膜片和一個(gè)用于膜片的、固定的、在聲學(xué)上可透過的對應(yīng)元件，所述膜片以膜片層實(shí)現(xiàn)，所述對應(yīng)元件以膜片層上方的厚的功能層實(shí)現(xiàn)并且設(shè)有用于聲耦入的通孔。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造這樣的微麥克風(fēng)組件的方法。
背景技術(shù)：
MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System :微機(jī)電系統(tǒng))麥克風(fēng)在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中越來越重要。這首先歸因于這種組件的微型化結(jié)構(gòu)以及在非常低的制造成本的情況下集成其他功能性的可能性。MEMS麥克風(fēng)的另一優(yōu)點(diǎn)是其高的溫度穩(wěn)定性。
通常電容式地進(jìn)行信號檢測，其中，麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的膜片充當(dāng)麥克風(fēng)電容器的運(yùn)動(dòng)電極而固定的對應(yīng)元件是相應(yīng)的對應(yīng)電極的載體。當(dāng)膜片由于聲壓偏轉(zhuǎn)時(shí)，膜片與對應(yīng)電極之間的距離變化，這隨后作為麥克風(fēng)電容器的電容改變被檢測。借助表面微機(jī)械和體積微機(jī)械的方法并且在使用犧牲層蝕刻過程的情況下可以實(shí)現(xiàn)具有非常小的芯片面積的微麥克風(fēng)組件。在此，根據(jù)實(shí)踐中已知的方法，對應(yīng)元件中的聲開口用作犧牲層蝕刻過程的蝕刻通道，在所述犧牲層蝕刻過程中膜片被露出。在所述方法中，麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的布局和尤其是膜片的布局不僅由所追求的麥克風(fēng)特性確定，而且也主要取決于犧牲層蝕刻過程的可能性和特性，例如蝕刻持續(xù)時(shí)間、蝕刻過程的各向同性和掏蝕寬度的邊界和偏差。由于所述布局，如此制造的MEMS麥克風(fēng)的聲學(xué)特性也受到限制。在已知的麥克風(fēng)組件中，用作蝕刻通道的聲開口與膜片邊緣之間的橫向距離由犧牲層蝕刻過程的掏蝕寬度限定。所述距離確定了聲學(xué)短路的大小，即通過膜片前側(cè)與膜片背側(cè)之間的直接壓力平衡減小了麥克風(fēng)膜片的聲吸收。聲開口與膜片邊緣之間的橫向距離越大，聲學(xué)短路對信號品質(zhì)的影響就越小并且麥克風(fēng)組件的信噪比(SNR)就越好。

發(fā)明內(nèi)容
借助本發(fā)明提出了用于改進(jìn)以犧牲層技術(shù)制造的麥克風(fēng)組件的聲學(xué)特性的措施。在開頭所述類型的組件中，根據(jù)本發(fā)明通過如下方式實(shí)現(xiàn)這樣的改進(jìn)用于聲導(dǎo)入的通孔設(shè)置在膜片的中間區(qū)域上方，并且在膜片的邊緣區(qū)域上方結(jié)構(gòu)化有對應(yīng)元件中的在聲學(xué)上幾乎不可透過的并且由此在最大程度上在聲學(xué)上被動(dòng)的穿孔。本發(fā)明從如下認(rèn)識出發(fā)盡可能地將聲加載限制在麥克風(fēng)膜片的中部區(qū)域中，以便使聲學(xué)短路的長度最大化并且使其對麥克風(fēng)膜片的聲吸收的影響保持盡可能低。因此，根據(jù)本發(fā)明提出在對應(yīng)元件中僅僅在膜片的中部區(qū)域上方設(shè)有用于聲導(dǎo)入的通孔、即聲開口。此外，根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識到在穿孔厚度保持不變的情況下其對于聲波的可透過性隨著穿孔的直徑減小。因?yàn)闋奚鼘游g刻時(shí)的蝕刻侵蝕也可以通過非常小的穿孔進(jìn)行，所以根據(jù)本發(fā)明在對應(yīng)元件中在膜片的邊緣區(qū)域上方(即在最外部的聲開口與膜片邊緣之間)結(jié)構(gòu)化這樣的在聲學(xué)上極大地過衰減并且因此惰性的穿孔。由此，可以與犧牲層蝕刻過程的掏蝕寬度無關(guān)地顯著延長聲學(xué)短路的路徑。此外，相對于完全封閉的對應(yīng)元件，設(shè)置在麥克風(fēng)膜片的邊緣區(qū)域上方的、非常小的穿孔減小了麥克風(fēng)膜片的衰減，因?yàn)槠錅p小間隙中的擠壓膜衰減。為此，穿孔可以同樣良好地點(diǎn)狀地以及隙縫狀地形成，以及直線地、彎曲地或彎折地實(shí)施。如已經(jīng)提到的那樣，位于麥克風(fēng)膜片的邊緣區(qū)域上方、對應(yīng)元件中的穿孔用作以上所述的根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)組件的制造的范疇中犧牲層蝕刻時(shí)的蝕刻通道。相應(yīng)地，在這里也要求保護(hù)一種用于制造這種組件的方法，在所述方法中通過結(jié)構(gòu)化層結(jié)構(gòu)的膜片層來構(gòu)造膜片，在膜片層上施加至少一 個(gè)犧牲層以及在犧牲層上產(chǎn)生厚的功能層，從所述功能層中結(jié)構(gòu)化出用于膜片的、固定的對應(yīng)元件。根據(jù)本發(fā)明，在結(jié)構(gòu)化厚的功能層時(shí)在膜片的中部區(qū)域上方產(chǎn)生具有適于聲導(dǎo)入的大小的通孔，而在膜片的邊緣區(qū)域上方作為通孔產(chǎn)生在聲學(xué)上在最大程度上被動(dòng)的穿孔。隨后在接下來的犧牲層蝕刻過程中消除膜片與對應(yīng)元件之間的犧牲層材料，其中，不僅通過用于聲耦入的通孔而且通過對應(yīng)元件中的在聲學(xué)上被動(dòng)的穿孔來進(jìn)行蝕刻侵蝕。為了在同時(shí)確保制造安全性的情況下優(yōu)化聲學(xué)短路，穿孔設(shè)置成與蝕刻介質(zhì)的掏蝕寬度協(xié)調(diào)一致的格柵，即從而在蝕刻侵蝕時(shí)通過穿孔完全去除對應(yīng)元件與膜片的邊緣區(qū)域之間的犧牲層材料。為了確保膜片的邊緣區(qū)域上方的穿孔實(shí)際上在聲學(xué)上極大地過衰減或者甚至是完全惰性的，可以在消除犧牲層材料之后通過在經(jīng)結(jié)構(gòu)化的厚的功能層上沉積密封層來有針對性地縮窄或封閉穿孔。所述方法提供了以下可能性擴(kuò)展了密封層的層厚度地構(gòu)造僅僅用于制造方法的范疇中的蝕刻侵蝕的穿孔，以便有利于消除犧牲層材料。


如以上已經(jīng)闡述的那樣，存在不同的可能性來通過有利方式構(gòu)造和擴(kuò)展本發(fā)明的教導(dǎo)。為此，一方面參照后面的權(quán)利要求而另一方面參照本發(fā)明的實(shí)施例的借助附圖的以下描述。圖I示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)組件的設(shè)有通孔的對應(yīng)元件的示意性俯視圖，以及圖2a至2c示出封閉穿孔期間根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)組件的層結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。
具體實(shí)施例方式如以上所述，本發(fā)明涉及具有微機(jī)械的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的組件，所述麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)以層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。所述麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)膜片和一個(gè)用于膜片的、固定的、聲可透過的對應(yīng)元件，所述膜片以層結(jié)構(gòu)的膜片層構(gòu)造，所述對應(yīng)元件以膜片層上方的厚的功能層實(shí)現(xiàn)。通過對應(yīng)元件中的聲開口以聲壓加載所述膜片。在圖I中示出了這種麥克風(fēng)組件10或者其對應(yīng)元件12的俯視圖，更確切地說，側(cè)向膜片邊緣上方的區(qū)域直至膜片的中部區(qū)域的俯視圖。膜片在所示部分中覆蓋對應(yīng)元件12。圖I示出僅僅在膜片的中部區(qū)域上方在對應(yīng)元件12中構(gòu)造有聲開口 13，而對應(yīng)元件
12在膜片的邊緣區(qū)域上方僅僅設(shè)有一些穿孔14。這些穿孔14比聲開口 13小得多并且如此小，使得其在聲學(xué)上嚴(yán)重過衰減并且由此在聲學(xué)上幾乎是不可透過的。不僅聲開口 13而且穿孔14在制造方法的范疇中充當(dāng)犧牲層蝕刻過程的蝕刻通道，在所述犧牲層蝕刻過程中消除膜片層與對應(yīng)元件12之間的犧牲層材料，以便露出膜片。在圖I中對于每個(gè)聲開口
13和每個(gè)穿孔14以圓15或者16的形式繪出了所述蝕刻過程的掏蝕寬度。圓15的重疊程度表明聲開口 13的格柵布置比對應(yīng)元件12的完全掏蝕所需的格柵布置更密；聲開口 13的布置首先考慮聲學(xué)考慮。與此不同，如此選擇穿孔14的格柵，使得圓16盡管完全覆蓋膜片的邊緣區(qū)域，但圓16的重疊程度相對較小并且是均勻分布的。穿孔14的格柵在此在對應(yīng)元件12的完全掏蝕方面最優(yōu)化。為了比較，在圖I中特別強(qiáng)調(diào)了最外部的聲開口 13的掏蝕寬度(通過箭頭17表示)以及最外部的聲開口 13與膜片邊緣11之間的距離(通過箭頭18給出)。這兩個(gè)參量的比較表明與在僅僅使用聲開口 13作為犧牲層蝕刻過程中的蝕刻通道時(shí)相比，借助于穿孔14實(shí)現(xiàn)了最外部的聲開口 13與膜片邊緣11之間的大得多的距離。
因?yàn)樽钔獠康穆曢_口與膜片邊緣之間的距離越小則聲學(xué)短路對麥克風(fēng)信號的影響就越大，所以增大了犧牲層蝕刻過程中的所述距離的穿孔14有助于麥克風(fēng)組件10的聲學(xué)特性的改進(jìn)。此外，膜片的邊緣區(qū)域上方的穿孔14減小了麥克風(fēng)膜片的衰減，這同樣有利于麥克風(fēng)組件的聲學(xué)特性。為了實(shí)現(xiàn)在這里闡述的本發(fā)明，根據(jù)所追求的麥克風(fēng)組件的聲學(xué)特性在膜片邊沿與對應(yīng)元件中的聲開口之間產(chǎn)生具有小的直徑的、在聲學(xué)上被動(dòng)的蝕刻通道的系列或區(qū)域。這些穿孔的數(shù)量、大小和布置在此不僅取決于關(guān)于聲學(xué)特性、機(jī)械特性和電學(xué)特性(如衰減、靈敏度、信噪比)而且取決于制造過程中的結(jié)構(gòu)化可能性。在此，必須在一方面大的穿孔(這與麥克風(fēng)膜片的低衰減相關(guān)聯(lián))與另一方面具有高聲阻的穿孔結(jié)構(gòu)之間實(shí)現(xiàn)折衷，由此提高麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的電敏感度并且減小聲學(xué)短路的噪聲。根據(jù)本發(fā)明，穿孔必須滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。一方面，其必須足夠大，以便可以充當(dāng)用于犧牲層蝕刻過程的蝕刻通道。另一方面，其必須如此小，使得其在聲學(xué)上是盡可能不可透過的。為了滿足所述看似矛盾的要求，在犧牲層蝕刻過程之后可以借助于封閉層來縮窄或者甚至完全封閉穿孔。通過圖2a至2c示出為此所需的工序。在圖2a中示出了麥克風(fēng)組件20的層結(jié)構(gòu)的上部，所述麥克風(fēng)組件具有膜片21和膜片邊緣的區(qū)域中的對應(yīng)元件22，膜片21與對應(yīng)元件22之間的犧牲層材料在犧牲層蝕刻過程中已經(jīng)去除。在此通過對應(yīng)元件中的通孔23和24進(jìn)行蝕刻侵蝕。設(shè)置在膜片21的中部區(qū)域上的穿孔23設(shè)置為聲開口，而膜片21的邊緣區(qū)域中的通孔24以具有非常小的橫截面的穿孔的形式實(shí)現(xiàn)。在犧牲層蝕刻過程之后，在部件表面上沉積密封層25 (例如PECVD氧化物)。所述密封層25的材料在此通過通孔23和24也積聚在膜片21上和開口壁上。通過封閉層25僅僅縮窄聲開口 23，而在此完全封閉較小的穿孔24，這在圖2b中示出。在另一短的氣相蝕刻步驟中，最終又大面積地從對應(yīng)元件22以及從膜片21去除密封層25。圖2c示出在此也已經(jīng)從聲開口 23的壁去除密封層25的材料，而具有小的直徑的、完全密封的穿孔24保持封閉或者至少極大地縮窄。這歸因于用于對應(yīng)元件22的前側(cè)和背側(cè)的蝕刻過程的極大減小的侵蝕面積。
權(quán)利要求
1.具有微機(jī)械的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的組件(10)，所述麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)以層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，所述組件至少包括 可通過聲壓偏轉(zhuǎn)的膜片，其以膜片層實(shí)現(xiàn)，和 用于所述膜片 的、固定的、在聲學(xué)上可透過的對應(yīng)元件(12)，其以所述膜片層上方的厚的功能層實(shí)現(xiàn)并且設(shè)有用于聲耦入的通孔(13)； 其特征在于，用于聲耦入的所述通孔(13)設(shè)置在所述膜片的中部區(qū)域上方，并且在所述膜片的邊緣區(qū)域上方結(jié)構(gòu)化有所述對應(yīng)元件(12)中的在聲學(xué)上在最大程度上被動(dòng)的穿孔(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件(20)，其特征在于，所述穿孔(24)通過至少一個(gè)施加在所述厚的功能層上的密封層(25)的材料縮窄。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件(20)，其特征在于，所述穿孔(24)通過至少一個(gè)施加在所述厚的功能層上的密封層(25)的材料封閉。
4.用于制造具有微機(jī)械的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的組件(10)、尤其是用于制造根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的組件的方法，所述麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)以層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，在所述方法中 通過膜片層的結(jié)構(gòu)化來構(gòu)造膜片， 在所述膜片層上施加至少一個(gè)犧牲層， 在所述犧牲層上產(chǎn)生以及結(jié)構(gòu)化厚的功能層，其中，構(gòu)造用于所述膜片的、固定的對應(yīng)元件(12)以及設(shè)置通孔(13)，以及 在犧牲層蝕刻過程中消除所述膜片與所述對應(yīng)元件(12)之間的犧牲層材料，其中，通過所述對應(yīng)元件中的所述通孔(13)進(jìn)行蝕刻侵蝕， 其特征在于，在結(jié)構(gòu)化所述厚的功能層時(shí)在所述膜片的中部區(qū)域上方產(chǎn)生具有適于聲導(dǎo)入的大小的通孔(13)，以及在所述膜片的邊緣區(qū)域上方作為通孔產(chǎn)生在聲學(xué)上在最大程度上被動(dòng)的穿孔(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述穿孔(14)設(shè)置成格柵，所述格柵與蝕刻介質(zhì)的掏蝕寬度協(xié)調(diào)一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在消除所述犧牲層材料之后通過在經(jīng)結(jié)構(gòu)化的、厚的功能層上沉積密封層(25)來有針對性地縮窄或者封閉所述穿孔(24)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于改進(jìn)以犧牲層技術(shù)制造的麥克風(fēng)組件的聲學(xué)特性的措施。這樣的組件(10)的微機(jī)械的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)以層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并且包括至少一個(gè)可通過聲壓偏轉(zhuǎn)的膜片以及一個(gè)用于所述膜片的、固定的、在聲學(xué)上可透過的對應(yīng)元件(12)，所述膜片以膜片層實(shí)現(xiàn)，所述對應(yīng)元件以所述膜片層上方的厚的功能層實(shí)現(xiàn)并且設(shè)有用于聲耦入的通孔(13)。根據(jù)本發(fā)明，用于聲耦入的通孔(13)設(shè)置在所述膜片的中部區(qū)域上方，而在所述膜片的邊緣區(qū)域上方結(jié)構(gòu)化有所述對應(yīng)元件(12)中的在聲學(xué)上在最大程度上被動(dòng)的穿孔(14)。
文檔編號H04R19/00GK102714772SQ201080060665
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者A·格羅塞, B·格爾, J·策爾蘭 申請人:羅伯特·博世有限公司