保護微機電系統麥克風聲音端口及其在晶片級形成的方法
【專利說明】保護微機電系統麥克風聲音端口及其在晶片級形成的方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及微機電系統(microelectromechanical system, MEMS)麥克風。更精確地，本發明涉及一種具有保護膜的MEMS麥克風，該保護膜可隔絕水、粉塵……等。
【背景技術】
[0003]MEMS芯片，如MEMS麥克風，具有感測隔膜，以感測如由聲音信號造成的空氣壓力振動。該感測隔膜形成如感測電容的一部分，因此聲音信號能夠被轉換成電信號。
[0004]圖1是一個描繪傳統MEMS芯片的截面圖。概括來說，圖1繪示MEMS芯片，如MEMS麥克風，且MEMS芯片具有隔膜58。所述MEMS芯片具有半導體基材40及位于硅基材40上的電介質結構層50。半導體基材40具有空腔44，及位于作用區46的多個排氣通孔48，作用區46也提供MEMS電容的固定電極。空腔44通過多個排氣通孔48與隔膜58及基材40間的腔室連接，使膈膜能夠隨著聲音信號振動，其中聲音信號通常由空腔44所接收。電介質結構層50容納隔膜58。隔膜58感測所述聲音信號。其它的電路部件54也在電介質結構層50中形成。在多制造步驟的制作工藝中，電介質結構層50包括電介質層52以及蝕刻停止層56，以形成隔膜58和電路部件54。所屬技術領域中具有通常知識者，能通過多步驟的制造過程理解MEMS結構是如何形成的。
[0005]一般而言，MEMS芯片分為背板與隔膜兩部分。參照圖1，背板的基本結構包括基材40，而膈膜在電介質結構層50中形成。在下文中，所述MEMS芯片以背板及隔膜兩特征結構概示，而表示出詳細的結構。
[0006]圖2是一個描繪傳統MEMS麥克風的截面圖。在圖2中，MEMS芯片100包括背板102及隔膜104。背板102在一側具有空腔106，以接收聲音信號。隔膜104設置在背板102的上方，與空腔相反的一側。背板具有排氣通孔層108，排氣通孔層有多個排氣通孔。排氣通孔層108與隔膜104間形成腔室，其中腔室的空間與空腔106的空間通過多個排氣通孔連接。MEMS芯片100能夠進一步應用帽結構110，如MEMS麥克風，其中帽結構110能夠通過如黏膠層的黏著層112在隔膜104的上方形成。帽結構110也有輔助腔室110a，以幫助隔膜104的振動，其中振動對應到從空腔106接受到的聲音信號。
[0007]圖3是一個描繪傳統MEMS麥克風的截面圖。在圖3中，另一種類型的不同結構的傳統MEMS麥克風，能夠包括封裝基板120。MEMS芯片100以及專用集成電路(Applicat1n-specific Integrated Circuit, ASIC) 122 設置在封裝基板 120 上，且兩者使用如接合引線或所屬技術領域所知的其它接合技術來電連接。然后在封裝基板120上有帽結構114，且覆蓋在MEMS芯片100及ASIC 122的上方。為接收聲音信號，帽結構114具有聲音端口 116以接收聲音信號。帽結構114中的輔助腔室118能夠讓隔膜更容易隨著所述聲音信號而振動。
[0008]圖4是一個描繪傳統MEMS麥克風的截面圖。在圖4中，另一種類型的不同結構的傳統MEMS麥克風，能夠包括封裝基板120。封裝基板120具有聲音端口 116。MEMS芯片100以及ASIC 122設置在封裝基板120上，且兩者使用如接合引線來電連接。然而，MEMS芯片100的空腔與封裝基板120的聲音端口 116相匹配，因此空腔能夠接收聲音信號。封裝基板120上的帽結構114覆蓋在MEMS芯片100及ASIC 122的上方。在此種情形下，帽結構114能夠不需要有所述聲音端口。帽結構114中的輔助腔室118能夠讓隔膜更容易隨著所述聲音信號而振動。
[0009]傳統的MEMS芯片能用不同的方法設計，且不限于上述的型態。請注意，所述隔膜的振動幅度會決定靈敏度。然而，傳統MEMS芯片在后續的制造過程中，如封裝電路板的過程，可能在隔膜與排氣通孔層間接收到侵入物質，進而減少隔膜的性能。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于提供具有保護膜的MEMS麥克風。保護膜能夠接收聲音信號而阻絕至少一侵入物質。隔膜的性能能夠維持，而降低侵入物質所造成的影響。
[0011]在一具體實施例中，提供一種保護微機電系統(MicroelectromechanicalSystem,MEMS)麥克風的聲音端口的方法。此方法包括:提供該MEMS麥克風；以及形成保護膜在該MEMS麥克風的聲音端口上。該保護膜在該聲音端口的上方具有多孔區域，以接收聲音信號而阻絕至少一侵入物質。該保護膜至少能夠承受焊料流的制作工藝溫度。
[0012]在一具體實施例中，一種在晶片級形成微機電系統麥克風的方法包括:形成多個MEMS麥克風在晶片上，其中該每一個MEMS麥克風具有空腔或聲音端口，以接收聲音信號；以及形成保護膜，設置在晶片的上方，該保護膜覆蓋在該每一個MEMS麥克風的聲音端口或空腔。該保護膜在該聲音端口或該空腔的上方具有多孔區，以接收該聲音信號而阻絕至少一侵入物質。
[0013]應理解的是，上述的概括描述及接續的詳細描述均為實施例，目的是為本發明涵蓋的權利要求提供更多的解釋。
【附圖說明】
[0014]為讓本發明更易于理解，附上下列圖示，且包含并制定部分的規格。下列圖示描繪本發明的具體實施例，并附有描述以闡述本發明的原則。
[0015]圖1是根據本發明的具體實施例繪示人臉偵測方法的處理流程圖；
[0016]圖2是繪示一傳統MEMS麥克風的截面圖；
[0017]圖3是繪示一傳統MEMS麥克風的截面圖；
[0018]圖4是繪示一傳統MEMS芯片的截面圖；
[0019]圖5是繪示本發明中，考慮有關影響MEMS芯片性能的機制的截面圖；
[0020]圖6A-6B是根據本發明的一具體實施例，繪示MEMS麥克風結構的截面及俯視圖；
[0021]圖7A-7B是根據本發明的一具體實施例，繪示MEMS麥克風的保護膜結構的截面及俯視圖；
[0022]圖8是根據本發明的另一具體實施例，繪示MEMS麥克風結構的截面及俯視圖；
[0023]圖9是根據本發明的另一具體實施例，繪示MEMS麥克風結構的截面及俯視圖；
[0024]圖10是根據本發明的另一具體實施例，繪示MEMS麥克風結構的截面及俯視圖；
[0025]圖11是根據本發明的另一具體實施例，繪示在芯片級的MEMS麥克風結構的示圖；
[0026]圖12是根據本發明的另一具體實施例，繪示在芯片級的MEMS麥克風結構的截面圖。
[0027]符號的說明
[0028]40:半導體基材
[0029]42:娃基材
[0030]44:空腔
[0031]46:作用區
[0032]48:排氣通孔
[0033]50:電介質結構層
[0034]52:電介質層
[0035]54:電路部件
[0036]56:蝕刻停止層
[0037]58:隔膜
[0038]100 =MEMS 芯片
[0039]102:背板
[0040]104:隔膜
[0041]16:空腔
[0042]108:排氣通孔層
[0043]110:帽結構
[0044]IlOa:腔室
[0045]112:黏著層
[0046]114:帽結構
[0047]116:聲首端口
[0048]118:輔助腔室
[0049]120:封裝基板
[0050]122:專用集成電路
[0051]130:侵入物質
[0052]140:保護膜
[0053]150:保護層
[0054]154:聲音孔洞
[0055]160:黏著層
[0056]162:開口
[0057]164:區域
[0058]200 =MEMS 麥克風
[0059]250:晶片
[0060]252 =MEMS 單元
【具體實施方式】
[0061]本發明提供多個MEMS麥克風的具體實施例的描述。然而，本發明不僅限定于所提供的具體實施例。
[0062]針對MEMS麥克風，提出保護膜以與MEMS芯片形成如MEMS麥克風。MEMS麥克風舉例來說能夠是MEMS麥克風或具有偵測聲音信號的隔膜的MEMS芯片。
[0063]具有隔膜的MEMS芯片，其性能與隔膜振動的能力相當有關，其中隔膜偵測由聲音信號所造成的空氣壓力變化。若MEMS芯片的隔膜不能在所需靈敏度下隨著聲音信號而振動，MEMS芯片的性能會下降或甚至失效。圖5是繪示本發明中考慮有關影響MEMS芯片性能的機制的截面圖。
[0064]在圖5中，如本發明的研究，因為侵入物質130可能會進入膈膜104與排氣通孔層108間的空間，傳統的MEMS芯片(如圖2中的MEMS麥克風)的性能可能會下降，而降低隔膜104振動的能力。侵入物質130能為粉塵、液體、水等的任其一，侵入物質能夠在之后的應用中進入MEMS芯片，特別是在后續的制造過程中。以圖5的結構為例，侵入物質130首先從MEMS芯片的空腔106進入，接著進入背板102中的隔膜104與排氣通孔層108間的空間，其中帽結構110通過黏膠層112黏著在背板102上。于此，空腔106也能表示聲音端□。
[0065]圖6A-圖6B是根據本發明的一具體實施例，繪示MEMS麥克風結構的截面及俯視圖。在圖6A中，MEMS麥克風包括如圖2的MEMS麥克風。為了避免侵入物質130進入膈膜104與排氣通孔層間的空間，如圖5所示。基本上，具體實施例中的MEMS麥克風包含MEMS芯片，MEMS芯片包括背板102及膈膜104。背板102在第一側具有排氣通孔層108及空腔106，以接收聲音信號。膈膜104設置在背板102的上方，與第二側相反的第二側。保護膜140設置在背板102的第一側上，覆蓋在空腔106的上方。保護膜140在空腔106的上方具有多孔區域，以接收聲音信號而阻絕至少一來自