一種硅電容麥克風的電氣連線結構及其電氣連線方法
【專利摘要】本發明提供了一種硅電容麥克風的電氣連線結構及其電氣連接方法，所述電氣連接結構包括襯底、非導電層和導電層，所述襯底、非導電層和導電層彼此之間形成有多個臺階結構，所述多個臺階結構上附著有多個金屬電極，用以在相互絕緣的導電層之間的形成電氣連接。所述電氣連接方法包括：S1：在襯底上生成一組或多組交錯排列的犧牲層和導電層，在犧牲層、導電層或襯底之間形成多個臺階結構；S2：生長一層金屬層，保留所述金屬層中附著于所述多個臺階結構上的多個金屬電極，去除所述金屬層的其他部分。本發明可按硅麥克風設置需要實現不同導電層之間的電氣連接、走線交叉、電氣屏蔽功能，從而使其靈敏度、線性度、信噪比等指標得以提高。
【專利說明】
一種硅電容麥克風的電氣連線結構及其電氣連線方法
技術領域
[0001]本發明涉及硅麥克風技術領域，特別涉及一種用于硅電容麥克風的敏感結構及其電氣連線方法。【背景技術】
[0002]微機電(MEMS micro-electro-mechanical system)麥克風或稱娃電容麥克風因其體積小、適于表面貼裝等優點而被廣泛用于平板電子裝置的聲音采集，例如:手機、MP3、 錄音筆和監聽器材等。相關技術中，硅電容麥克風包括敏感結構(亦稱換能器)、配套集成電路和封裝部件，敏感結構又包括基底、背極板和振膜。其中，將敏感結構的背極板、振膜等部件的電氣信號向配套集成電路或其他封裝部件電氣引出，是聲音信號轉化為電信號后， 電信號傳遞過程中必不可少的環節。
[0003]在電信號傳遞過程中，電氣連接、走線交叉、電氣屏蔽等功能的實現對應著不同復雜程度的電氣連接和干擾，與電信號傳遞質量相關。在高性能硅電容麥克風產品中，敏感結構的電氣走線直接影響到硅電容麥克風整體的靈敏度、線性度、信噪比等指標。
[0004]lift-off工藝是一種通過犧牲材料在基底表面上建立目標材料結構的方法。傳統的硅電容麥克風一般使用lift-off工藝在不同的導電層平坦處分別制作焊盤(接觸點)用于電氣引線，將電信號引出，或在導電層平坦處制作大面積金屬層以提高局部電導率優化電氣屏蔽效果，這樣的金屬層制作和剝離工藝上實現難度最低也最直觀。但隨著娃電容麥克風性能的提高，敏感結構上的更復雜的電氣走線也逐漸得到重視。中國專利 CN101427593A和CN103552980A分別使用多個電觸點引線和在導電層上設置屏蔽金屬層來改善敏感結構電氣走線。這樣的方案避免了在導電層臺階結構上設置金屬層來實現電氣連接的難度，但電氣走線的靈活程度也受到了局限，從而使硅電容麥克風靈敏度、線性度、信噪比等指標的優化受到局限。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有的硅電容麥克風在電氣連線技術中存在的上述缺陷， 提供了一種用于硅電容麥克風的電氣連線結構及其連線方法，能在現有工藝水平下在敏感結構上進行更靈活的電氣走線設置，從而優化電信號傳遞通路，以更進一步提高硅電容麥克風的靈敏度、線性度、信噪比等指標。
[0006]為達到上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0007]—種硅電容麥克風的電氣連線結構，包括襯底、非導電層和導電層，所述襯底、非導電層和導電層彼此之間通過lift-off工藝形成有多個臺階結構，其中，所述多個臺階結構上附著有多個金屬電極，用以在相互絕緣的導電層之間的形成電氣連接。相對于傳統的硅電容麥克風一般使用lift-off工藝在不同的導電層平坦處分別制作焊盤(接觸點)的連線結構，或在導電層平坦處制作大面積金屬層以提高局部電導率優化電氣屏蔽效果的連線結構，本發明是在非平坦的臺階結構處設置金屬電極來連接不同的導電層。如果對于工藝實現要求增高，則這種連接方式可以任意設置；若工藝實現要與通用工藝兼容以保證生產過程和成本不變，則需在設置相應的連接不同導電層的金屬層時予以限制。
[0008]優選的娃電容麥克風的電氣連線結，其中所述附著金屬電極的臺階結構高度差不超過10微米。臺階高度過高時，金屬層生長過程中存在由于落差過大而斷裂的工藝風險， 因此為使工藝難度基本不變，需對臺階高度加以限制。
[0009]優選的娃電容麥克風的電氣連線結，其中所述導電層材料為摻雜單晶娃或摻雜多晶硅。在已有的硅電容麥克風敏感結構制備中，摻雜單晶硅和摻雜多晶硅是兩種與金屬層之間可形成歐姆接觸的材料。使用這兩種材料，能使電氣信號從導電層向金屬層傳遞時的損失和受到的干擾較小。
[0010]優選的硅電容麥克風的電氣連線結，其中所述的附著于所述臺階結構上的金屬電極連接兩個高度不同的導電層。這是連接上下兩層導電層，其技術效果相當于在板級電路中制作盲孔以連接兩個不同層。
[0011]優選的硅電容麥克風的電氣連線結，其中所述的附著于所述臺階結構上的金屬電極，連接兩個高度相同但幾何斷開的導電層。這是連接同層導電體，其技術效果相當于在板級電路中制作飛線以連接兩塊不同區域。
[0012]優選的娃電容麥克風的電氣連線結，其中交錯在不同導電層之間的非導電層內填充有犧牲層材料，部分所述犧牲層材料可在完成lift-off工藝后被去除。不但可以繞過不必要的避讓，也可以通過后期將下方犧牲層去掉的方式用空氣絕緣來代替犧牲層絕緣。當犧牲層介電常數大于空氣時，可以減小走線的雜散和寄生電容。
[0013]優選的硅電容麥克風的電氣連線結，其中所述的不同導電層之間填充的犧牲層材料，在去除指定部分后，部分沒有被所述金屬電極附著的導電層之間具備可動性，但被金屬層連接的兩個導電層之間，在金屬層連接位置無相對運動。通過去除犧牲層的方法來使部分導電層變得可動，是硅電容麥克風敏感結構制備的標準工藝。但在本發明中，由于存在使用金屬層連接的兩個導電層的情形，為使若工藝實現要與通用工藝兼容以保證生產過程和成本不變，則需在設置相應的連接不同導電層的金屬層時予以限制。使得被金屬層連接的兩個導電層之間，在金屬層連接位置無相對運動。這樣可以避免起電氣連接作用的金屬層由于導電層的相對運動而發生疲勞斷裂，從而引起電氣斷開的風險。
[0014]另外，本發明還提出了一種硅電容麥克風的電氣連線方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0015]S1:在襯底上一組或多組交錯排列的犧牲層和導電層，并利用掩蔽和蝕刻的方法使得部分犧牲層、導電層或襯底暴露在空氣中，從而在犧牲層、導電層或襯底之間形成多個臺階結構；
[0016]S2:生長一層金屬層覆蓋在由步驟S1得到的整體結構之上，通過掩蔽、蝕刻方法以及lift-off工藝，保留所述金屬層中附著于所述多個臺階結構上的多個金屬電極，去除所述金屬層的其他部分。
[0017]優選的硅電容麥克風的電氣連線方法，其中還包括步驟S3:去除不需要的犧牲層材料。與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0018]本發明在敏感結構上進行更靈活的電氣走線結構設置，從而優化電信號傳遞通路，以更進一步提高硅電容麥克風的靈敏度、線性度、信噪比等指標。由于使用本發明的技術方案，可以在保持廣品生廣效率、可靠性、良率和成本基本不變的基礎上提尚廣品性能， 拓寬產品的應用場合，增加產品競爭力。【附圖說明】
[0019]圖1是傳統的硅電容麥克風中使用lift-off技術連線方案的示意圖；
[0020]圖2是本發明的娃電容麥克風電氣連線結構的一個實施例的不意圖；
[0021]圖3?圖8是本發明的硅電容麥克風電氣連線方法的一個優選實施例對相同和不同導電層的電氣連接、走線交叉、電氣屏蔽的實現方案步驟示意圖。【具體實施方式】
[0022]本發明提供了一種用于硅電容麥克風的電氣連線結構及其連線方法，能在現有工藝水平下在敏感結構上進行更靈活的電氣走線設置，從而優化電信號傳遞通路，以更進一步提高硅電容麥克風的靈敏度、線性度、信噪比等指標。下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0023]圖1是傳統的硅電容麥克風的使用lift-off工藝的結構示意圖。在不同的導電層31/32的平坦處分別制作焊盤(接觸點)41/42用于電氣引線，將電信號引出，或在導電層31/32平坦處制作大面積金屬層(圖中未示)以提高局部電導率優化電氣屏蔽效果，這樣的金屬層制作和剝離工藝上實現難度最低也最直觀。這樣的方案避免了在導電層臺階結構上設置金屬層來實現電氣連接的難度，但電氣走線的靈活程度也受到了局限，從而使硅電容麥克風靈敏度、線性度、信噪比等指標的優化受到局限。
[0024]圖2是本發明的硅電容麥克風電氣連線結構的一個實施例的示意圖。如圖2所示， 本發明的該實施例中包括襯底101’以及交錯設置在襯底101’上的非導電層(犧牲層)201’ 和202’，導電層301’和302’。通過掩膜和蝕刻方法，使得導電層301’和302’，以及導電層301’與襯底101’之間形成有臺階結構，在相互絕緣的導電層301’和302’形成的臺階結構上附著有金屬電極401’，從而實現導電層301’和302’之間的電氣連接。也就是說， 本發明需要在非平坦的臺階處設置金屬電極并連接不同導電層。如果對于工藝實現要求增高，則這種連接方式可以任意設置；若工藝實現要與通用工藝兼容以保證生產過程和成本不變，則需在設置相應的連接不同導電層的金屬電極時予以限制。
[0025]圖3?圖8是本發明的優選實施例對相同和不同導電層的電氣連接、走線交叉、電氣屏蔽的實現方案步驟示意圖。本優選實施例的具體實施步驟如下:
[0026]a)如圖3所示，首先在摻雜單晶硅材料的襯底101上生長一層犧牲層201，再生長一層摻雜多晶硅材料的導電層301，并使用掩膜版掩蔽和刻蝕導電層301，使得犧牲層201 的一部分暴露出來。
[0027]b)如圖4所示，在圖3工作的基礎上，再生長一層犧牲層202,將導電層301和犧牲層201全部掩蔽。
[0028]c)如圖5所示，在圖4工作的基礎上，再生長一層摻雜多晶硅材料的導電層302， 并使用掩膜版掩蔽和刻蝕導電層302,使得犧牲層202的一部分暴露出來。
[0029]d)如圖6所示，在圖5工作的基礎上，掩膜版掩蔽和刻蝕犧牲層201和202,使得導電層201和襯底101的一部分暴露出來。
[0030]e)如圖7所示，在圖6工作的基礎上，生長一層金屬層并使用掩膜版掩蔽和刻蝕， 通過lift-off工藝剝離掉不需要的金屬層，留下金屬電極401。
[0031]f)如圖8所示，在圖7工作的基礎上，去除不需要的犧牲層201和202材料，但使得被金屬層連接的兩個導電層之間，在金屬層連接位置無相對運動。這樣，可以得到連接導電多晶硅層201與202的金屬層4011，連接導電多晶硅層201與導電襯底層101的的金屬層4011，連接導電多晶硅層202與導電襯底層101的的金屬層4014,以及連接兩部分原本幾何斷開相互絕緣的導電多晶硅層202的金屬層4013。可以進一步地利用這些金屬層結構實現不同導電層之間的電氣連接、走線交叉、電氣屏蔽功能，從而使硅電容麥克風的靈敏度、線性度、信噪比等指標得以提高。
[0032]在上述優選實施例中，允許針對硅電容麥克風敏感結構設置的需要增刪或修改其中的一些步驟，但所述的金屬層至少在兩部分原本相互絕緣的導電層之間形成電氣連接， 通過這樣的lift-off連線方法，可以通過現有工藝水平實現在敏感結構上進行更靈活的電氣走線設置，從而優化電信號傳遞通路，以更進一步提高硅電容麥克風的靈敏度、線性度、信噪比等指標。
[0033]以上對本發明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業技術人員理解，在權利要求限定的精神與范圍之內可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種娃電容麥克風的電氣連線結構，包括襯底、非導電層和導電層，所述襯底、非導 電層和導電層彼此之間通過lift-off工藝形成有多個臺階結構，其特征在于，所述多個臺 階結構上附著有多個金屬電極，用以在相互絕緣的導電層之間的形成電氣連接。2.根據權利要求1所述的硅電容麥克風的電氣連線結構，其特征在于，所述附著金屬 電極的臺階結構高度差不超過10微米。3.根據權利要求1所述的硅電容麥克風的電氣連線結構，其特征在于，所述導電層材 料為摻雜單晶硅或摻雜多晶硅。4.根據權利要求1所述的硅電容麥克風的電氣連線結構，其特征在于，所述附著于臺 階結構上的金屬電極用于連接兩個高度不同的導電層或兩個高度相同但幾何斷開的導電層。5.根據權利要求1所述的硅電容麥克風的電氣連線結構，其特征在于，交錯在不同導 電層之間的所述非導電層內填充有犧牲層材料，且部分所述犧牲層材料在完成lift-off 工藝后被去除。6.根據權利要求5所述的硅電容麥克風的電氣連線結構，其特征在于，部分沒有被所 述金屬電極附著的導電層之間具備可動性，但被金屬電極附著的兩個導電層之間在與金屬 電極的連接處無相對運動。7.—種硅電容麥克風的電氣連線方法，其特征在于，包括以下步驟:51:在襯底上一組或多組交錯排列的犧牲層和導電層，并利用掩蔽和蝕刻的方法使得 部分犧牲層、導電層或襯底暴露在空氣中，從而在犧牲層、導電層或襯底之間形成多個臺階 結構；52:生長一層金屬層覆蓋在由步驟S1得到的整體結構之上，通過掩蔽、蝕刻方法以及 lift-off工藝，保留所述金屬層中附著于所述多個臺階結構上的多個金屬電極，去除所述 金屬層的其他部分。8.根據權利要求7所述的硅電容麥克風的電氣連線方法，其特征在于，還包括步驟S3: 去除不需要的犧牲層材料。9.根據權利要求7所述的硅電容麥克風的電氣連線方法，其特征在于，所述附著金屬 電極的臺階結構高度差不超過10微米。10.根據權利要求7所述的硅電容麥克風的電氣連線方法，其特征在于，所述導電層 材料為摻雜單晶硅或摻雜多晶硅。
【文檔編號】H04R19/04GK105992115SQ201510092043
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月28日
【發明人】萬蔡辛, 楊少軍
【申請人】北京卓銳微技術有限公司