專利名稱：電容式麥克風及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種麥克風，特別是涉及一種電容式麥克風及其制造方法。
背景技術：
微型電容式麥克風大多由薄膜工藝制作，薄膜上的殘留應力嚴重限制麥克風的靈敏度，使用單端支撐的方法可以有效釋放殘留應力，但是麥克風在操作上使用周圍固定的結構，因此需要額外的固定結構設計。
請參閱美國第6535460號專利，此專利中，背板位在結構最上方，利用支撐結構與多晶硅(polysilicon)感應薄板接觸。背板材料必須是非導體，還需要一層導電材料形成上電極，背板材料與犧牲層材料必須有極高刻蝕選擇性，背板須控制自身殘留應力以避免初始變形，因此制造工續相當復雜。
再請參閱美國第5146435號專利，此專利利用彈簧結構懸吊厚板結構取代傳統的感應薄板，聲壓作用時以形成平行板運動。然而，曲折梁式彈簧本身鏤空部份會造成麥克風低頻性能不佳，且材料的應力梯度會造成曲折梁的扭曲變形。
發明內容
本發明所要解決的主要問題在于提供一種電容式麥克風及其制造方法，通過水氣使得感應板得以在背板產生表面沾黏現象而固定，以解決現有技術所存在的問題。
因此，為達上述目的，本發明所公開的一種電容式麥克風，包含有基板、背板以及感應板。
所述的基板，包括有一個或多個空腔。
所述的背板，形成于基板上，背板具有多個穿孔。
所述的感應板，形成在背板之上，感應板與背板之間具有一第一距離以及一第二距離，其中，第一距離大于第二距離。
其中，通過第一距離使得背板與感應板之間形成一振動空間，而通過第二距離使得感應板得以利用水氣與背板產生表面沾黏現象而固定，且振動空間與空腔通過各個穿孔而相通。
另一方面，本發明的一種電容式麥克風的制造方法，首先，提供一具有至少一個空腔的基板，接著，在基板上形成一背板，此背板具有多個穿孔，最后，形成一感應板于背板之上。感應板與背板之間具有至少一第一距離以及一第二距離，且其中，通過第一距離使得背板與感應板之間形成一振動空間，而通過第二距離部分，使得感應板得以利用水氣與背板之間產生表面沾黏現象而固定，又振動空間、空腔以及各個穿孔之間相通。
本發明的電容式麥克風結構，感應薄板可以特別設計為圓盤帽形狀，利用犧牲層在濕刻蝕后的干燥過程中可能產生的表面沾黏現象做為固定感應薄板的方法，外環部分的犧牲層設計很薄，因此將會有表面沾黏在此處發生，中間的感應薄板與下電極的間距較高，同時分布有凸塊(dimple)結構，可避免沾黏在此位置發生。感應薄板上面可以加上環型支撐墻設計，環型支撐墻圍成的形狀與振動空間相同，經由特殊設計，可使得振動空間的邊界為理想的圓形，即使得感應薄膜的邊界為理想的圓形，當然也可以設計為其它種形狀，如方形等等。環型支撐墻與下電極背板可經由外加偏壓產生的靜電吸附力固定，為避免外環部分在干燥過程中飄移，在外環附近可加上固定樁以確保感應薄板與下電極板的相對位置。
以下在實施方式中詳細敘述本發明的詳細特征以及優點，其內容足以使任何本領域的普通技術人員了解本發明的技術內容并據以實施，且根據本說明書所公開的內容、權利要求書及附圖，任何本領域的普通技術人員可輕易地理解本發明相關的目的及優點。
圖1為本發明的電容式麥克風的剖面結構圖；圖2A為垂直圓孔狀的空腔示意圖；圖2B為斜面方孔狀的空腔示意圖；圖3A為第一種階梯型固定樁的結構示意圖；圖3B為第二種階梯型固定樁的結構示意圖；
圖3C為第一種帽型固定樁的結構示意圖；圖3D為第二種帽型固定樁的結構示意圖；圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E、圖4F、圖4G、圖4H、圖4I、圖4J以及圖4K為本發明的電容式麥克風的第一實施例制造流程示意圖；圖5A為本發明的電容式麥克風的俯視圖；圖5B為圖5AI-I剖面的剖視圖；圖5C為本發明的具有固定樁的電容式麥克風的俯視圖；圖5D為圖5CII-II剖面的剖視圖；圖5E為本發明的具有固定樁以及開槽的電容式麥克風的俯視圖；圖5F為圖5EI-I剖面的剖視圖；以及圖5G為圖5EII-II剖面的剖視圖。
其中，附圖標記102 基板 104 空腔1041 垂直圓孔狀的空腔1042 斜面方孔狀的空腔106 背板 108 穿孔110 電極層 112 感應板114 第一距離 116 第二距離118 振動空間 120 支撐墻結構122 凸塊 124 固定樁1241 第一種階梯型固定樁 1242 第二種階梯型固定樁1243 第一種帽型固定樁 1244 第二種帽型固定樁402 硅晶片 404 熱氧化硅層406 氮化硅 408 聲孔410 下電極 412 第一道犧牲層414 皺折區域 416 凸塊418 第二道犧牲層 420 感應薄板422 支撐結構 424 第三道犧牲層426 固定樁 428 焊墊430 晶背刻蝕區域 502 基板504 空腔 506 背板
508 電極層 510 感應板512 振動空間514 環形支撐墻516 凸塊518 第一距離部分520 第二距離部分522 固定樁524 開槽525 彈簧式聯結具體實施方式
為使對本發明的目的、構造、特征及其功能有進一步的了解，現配合實施例詳細說明如下。以上關于本發明內容的說明及以下的實施方式的說明用以示范與解釋本發明的原理，并且提供對本發明的權利要求更進一步的解釋。
請參閱圖1，為本發明的電容式麥克風的剖面結構圖，主要包括有基板102。此基板102可為硅晶片，且具有空腔104。如圖2A所示，利用感應耦合等離子體(Inductive Couple Plasma；ICP)干刻蝕方式可以形成垂直圓孔狀的空腔1041。如圖2B所示，利用硅非等向性濕刻蝕方式可以形成斜面方孔狀的空腔1042，而于基板102上具有一層背板106。此背板106包含有多個穿孔108，于背板106的表面還可具有一層電極層110，其為導電性材料所制成。而于背板106之上則為感應板112，為導電性材料制成，且感應板112與背板106之間形成有一個第一距離114以及一個第二距離116，通過第一距離114以及第二距離116，得以形成階梯型落差。
通過第一距離114，使得背板106與感應板112之間形成一個振動空間118，此振動空間118 利用濕刻蝕方式而形成。而通過第二距離116，使得感應板112得以利用水氣而與背板106產生表面沾黏現象而固定。表面沾黏現象的發生是由于液體的表面張力作用，主要是凡得瓦耳力和氫鍵的作用，若制造過程為使用干刻蝕，但空氣中的水氣很重，則第二距離116部分可利用空氣中的水氣與背板106產生表面沾黏現象而固定。其中，振動空間118與空腔104通過各個穿孔108而相通。
此外，電容式麥克風的結構中，振動空間118的形狀可為圓形或是方形，感應板112還可包含有支撐墻結構120，支撐墻結構120的形狀與振動空間118的形狀相同，為圓形或是方形。又，支撐墻結構120與背板106之間可通過外加偏壓產生的靜電吸附力而固定。例如，外加直流電源，使得支撐墻結構120得以更加固定于背板106，并且使得感應板112與背板106之間的第二距離116得以縮小至可造成表面沾黏現象的距離。
再者，感應板112還可包含有凸塊(dimple)122，用來降低與背板106沾黏的機率，避免于濕刻蝕后的干燥過程中，感應板112會整個表面黏于背板106上，通過凸塊(dimple)122的設計，使得感應板112與背板106于濕刻蝕后的干燥過程中，最多產生點接觸。如此一來，分離感應板112與背板106會比較容易。其中，凸塊122的長度小于第一距離114。
為了使感應板112確實固定于背板106之上，可再設計固定樁124，設置于感應板112的外圍，用以確保感應板112與背板106的相對位置。此固定樁124的形狀可為階梯型或帽型。如圖3A所示，為第一種階梯型固定樁1241的結構示意圖，通過第一種階梯型固定樁1241，感應板112的上下方向可更穩固。如圖3B所示，為第二種階梯型固定樁1242的結構示意圖。如圖3C所示，為第一種帽型固定樁1243的結構示意圖，此第一種帽型固定樁1243的固定感應板112的效果最佳，可限制感應板112的上、下、左、右的移動空間。如圖3D所示，為第二種帽型固定樁1244的結構示意圖。
繼續請參閱圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E、圖4F、圖4G、圖4H、圖4I、圖4J以及圖4K，為本發明的電容式麥克風的第一實施例制造流程示意圖。首先，在干凈的雙面拋光硅晶片402成長熱氧化硅層404(thermal silicondioxide)1000，利用低壓化學汽相沉積(LPCVD)氮化硅406(Si3N4)約5000，再利用第一道掩膜定義聲孔408(acoustic hole)圖樣，通過反應離子刻蝕(RIE)一直蝕到達硅基材(silicon substrate)為止，即形成了聲孔408。
接著，利用低壓化學汽相沉積法(LPCVD)沉積參雜過的多晶硅(dopedpolysilicon)約3000。多晶硅具有導電作用，利用第二道掩膜在多晶硅上定義下電極410圖形，第二道掩膜與第一道掩膜相同，以等向性的硅刻蝕液將不要的部分進行刻蝕，即形成了下電極410。
之后利用爐管沉積低溫氧化硅(LTO PSG)以沉積第一道犧牲層412，通過第三道掩膜定義皺折(corrugation)區域414、凸塊(dimple)416以及支撐結構422，再利用氫氟酸(HF acid)刻蝕掉不要的部分。然后第二道爐管沉積低溫氧化硅(LTO PSG)沉積很薄的第二道犧牲層418，做為修飾，且通過第四道掩膜定義凸塊(dimple)416以及支撐結構422，并使用氫氟酸(HF acid)刻蝕掉不要的部分。
緊接著，利用低壓化學汽相沉積法(LPCVD)沉積參雜過的多晶硅(dopedpolysilicon)以形成感應薄板420，感應薄板420具有凸塊(dimple)416以及支撐結構422，之后，可繼續往上沉積薄薄的第三道犧牲層424。做為定義固定樁426的形狀，在固定樁426部分可以由等向均勻的沉積填滿多晶硅(polysilicon)。通過第五道掩膜定義感應薄板420圖形并使用電感耦合等離子體(ICP)硅深刻蝕機進行刻蝕，濺射(sputter deposition)TiW/Au，第六道濕刻蝕定義金屬導線與焊墊428，分別以金刻蝕液與TiW刻蝕液進行刻蝕，做為之后打線用。第七道掩膜定義晶背刻蝕區域430，由于ICP硅深刻蝕制程相對于氧化硅的選擇比大于1000，因此晶背刻蝕可均勻的停止在背板上，以HF濕刻蝕移除第一道犧牲層412、第二道犧牲層418以及第三道犧牲層424，最后使用二氧化碳(CO2)的超臨界點進行驅水干燥。
結構沾黏(stiction)的發生是由于液體的表面張力作用，主要是凡得瓦耳力和氫鍵的作用。液體干燥過程中會拉近撓性結構的間距，當結構的彈性回復力小于表面吸力時沾黏現象就會發生，一般以加高結構間距、dimple結構與表面疏水性處理來減少沾黏發生的機會。本實施例中外環與晶片表面的初始間距僅0.1至0.3μm之間且表面平滑，故意設計使結構表面沾黏發生，而感應薄板420與下電極410的高度為3～4μm，并配置lμm高度的凸塊(dimple)416在感應薄板420中央位置，使得在干燥過程中可以將感應薄板420完全釋放應力而使外環沾黏固定在晶片表面，達到完全釋放殘留應力又可自動將結構邊緣重新固定的效果。
請繼續參閱圖5A，為本發明的電容式麥克風的俯視圖，而圖5B，為圖5AI-I剖面的剖視圖，包括有基板502，基板502具有空腔504，基板502上有一層背板506，背板506上有一層電極層508，在背板506上有感應板510，背板506與感應板510之間形成振動空間512，于感應板510上可形成有環形支撐墻514以及凸塊516。其中，感應板510與背板506之間有一第一距離部分518以及一第二距離部分520。
而圖5C，為本發明的具有固定樁的電容式麥克風的俯視圖，圖5D為圖5CII-II剖面的剖視圖，其制造方法與第一實施例完全相同，此處在外環結構旁邊加上固定樁522，使帽型結構的感應板510無法左右飄移。
最后，請參閱圖5E，為本發明的具有固定樁以及開槽的電容式麥克風的俯視圖，圖5F為圖5EI-I剖面的剖視圖，而圖5G為圖5EII-II剖面的剖視圖，制造方法與第一實施例完全相同。此處在感應板510周圍加了開槽524，可平衡靜態壓力，且由于在感應板510上加了開槽524的緣故，使感應板510與感應板510較低部分的外環結構形成彈簧式聯結525，使感應板510上的環形支撐墻514與電極層508的接觸更為平順。
本發明為電容式麥克風結構，可利用基本的面型加工法(surfacemicromachining)制作，通過設計一特殊外環結構，可使感應薄板在釋放完殘留應力之后能重新固定在基板上。經由本發明的特殊外環結構設計，使感應薄板在釋放完殘留應力之后自動再固定在基板上，感應薄板的殘留應力完全釋放，使組件特性不受殘留應力隨制造過程變化而有所影響，且制造過程簡單。
雖然本發明以前述的實施例公開如上，但并非用以限定本發明。在不脫離本發明的精神和范圍內，所作的更動與修改，均屬本發明的專利保護范圍。關于本發明所界定的保護范圍請參考所附的權利要求書。
權利要求
1.一種電容式麥克風，其特征在于，包括有一基板，該基板包括至少一空腔；一背板于該基板上，該背板具有多個穿孔；以及一感應板于該背板之上，該感應板與該背板之間具有一第一距離以及一第二距離，該第一距離大于該第二距離；其中，通過該第一距離使得該背板與該感應板之間形成一振動空間，而通過該第二距離使得該感應板得以利用水氣或其它液體與該背板產生表面沾黏現象而固定，且該振動空間與該空腔通過各穿孔而相通。
2.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該基板為一硅晶片。
3.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該空腔的形狀為一孔狀。
4.如權利要求3所述的電容式麥克風，其特征在于，該孔狀為一垂直圓孔或一斜面方孔。
5.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該空腔利用感應耦合等離子體干刻蝕方式或是利用硅非等向性濕刻蝕方式制成。
6.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該振動空間通過濕刻蝕方式形成。
7.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該背板的表面還包括有一電極層。
8.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該振動空間的形狀為圓形或方形。
9.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該感應板還包括有一支撐墻結構，該支撐墻結構與該背板之間通過外加偏壓產生的靜電吸附力而固定，使得該感應板與該背板之間的該第二距離得以縮小至可造成表面沾黏現象的距離。
10.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該感應板還可包括有一開槽介于該感應板的該第一距離部分與該第二距離部分之間，以平衡靜態壓力。
11.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該感應板的該第一距離部分具有一凸塊，用以降低與該背板沾黏的機率。
12.如權利要求11所述的電容式麥克風，其特征在于，該凸塊的長度小于該第一距離。
13.如權利要求11所述的電容式麥克風，其特征在于，該凸塊的長度為1μm。
14.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，還可包括一固定樁，用以確保該感應板與該背板之間的相對位置。
15.如權利要求14所述的電容式麥克風，其特征在于，該固定樁的形狀為階梯型或帽型。
16.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該感應板由導電性材料制成。
17.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該第二距離介于0.1μm至0.3μm之間。
18.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該第一距離介于3μm至4μm之間。
19.如權利要求1所述的電容式麥克風，其特征在于，該感應板通過該第一距離以及該第二距離，得以形成一階梯型落差。
20.一種電容式麥克風的制造方法，其特征在于，包括有下列步驟提供一基板，該基板包含有至少一空腔；形成一背板于該基板上，該背板具有多個穿孔；以及形成一感應板于該背板之上，該感應板與該背板之間具有一第一距離以及一第二距離，該第一距離大于該第二距離；其中，通過該第一距離使得該背板與該感應板之間形成一振動空間，而通過該第二距離使得該感應板得以利用水氣或其它液體與該背板產生表面沾黏現象而固定，且該振動空間與該空腔通過各穿孔而相通。
21.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該基板為一硅晶片。
22.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該空腔的形狀為一孔狀。
23.如權利要求22所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該孔狀為一垂直圓孔或一斜面方孔。
24.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該空腔利用感應耦合等離子體干刻蝕方式或是利用硅非等向性濕刻蝕方式制成。
25.如權利要求23所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該振動空間通過濕刻蝕方式形成。
26.如權利要求23所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該形成一背板于該基板上的步驟之后，還包括有一形成一電極層于該背板上的步驟。
27.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該振動空間的形狀為圓形或方形。
28.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，還包括有一形成一支撐墻結構于該感應板上的步驟，該支撐墻結構與該背板之間通過外加偏壓產生的靜電吸附力而固定，使得該感應板與該背板之間的該第二距離得以縮小至可造成表面沾黏現象的距離。
29.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，還可包括有一形成一開槽于該感應板的該第一距離部分與該第二距離部分之間的步驟，以平衡靜態壓力。
30.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，還可包括有一于該感應板的該第一距離部分形成一凸塊的步驟，用以降低該感應板與該背板沾黏的機率。
31.如權利要求30所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該凸塊的長度小于該第一距離。
32.如權利要求30所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該凸塊的長度為1μm。
33.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，還包括有一形成一固定樁于該感應板的外圍的步驟，用以確保該感應板與該背板之間的相對位置。
34.如權利要求33所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該固定樁的形狀為階梯型或帽型。
35.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該感應板由導電性材料制成。
36.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該第二距離介于0.1μm至0.3μm之間。
37.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該第一距離介于3μm至4μm之間。
38.如權利要求20所述的電容式麥克風的制造方法，其特征在于，該感應板通過該第一距離以及該第二距離，以形成一階梯型落差。
全文摘要
本發明涉及一種電容式麥克風及其制造方法，于具有至少一空腔的基板上形成一背板，此背板具有多個穿孔，再于背板上形成感應板，且背板跟感應板之間具有一振動空間，振動空間與空腔通過各個穿孔而相通，其中感應板與背板間有一第一距離以及一小于第一距離的第二距離，以在感應板上形成落差，而第二距離部分利用水氣或其它液體與背板產生表面沾黏現象而固定。本發明使感應薄板在釋放完殘留應力之后自動固定在基板上，感應薄板的殘留應力完全釋放，使組件特性不受殘留應力隨制造過程變化而有所影響，且制造過程簡單。
文檔編號H04R31/00GK1997244SQ20051013767
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者陳振頤 申請人:財團法人工業技術研究院