MEMS传感器和终端的制作方法

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mems传感器和终端
技术领域
1.本技术涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及mems传感器和终端。

背景技术：

2.基于微机电系统(micro electro mechanical systems，mems)制造的器件被称为mems器件，mems器件主要包括导电的振膜与背板，并且振膜与背板之间具有间隙。气压的改变会导致振膜变形，振膜与电极板之间的电容值发生改变，从而转换为电信号输出。
3.在现有技术中，为了减小寄生电容，通常将背板中的导电层制作在中心位置从而与衬底腔体对应，背板的边缘部分没有导电层，造成背板的中心位置与边缘部分结构不一致，导致了背板的平整度、受力均匀度等问题。
4.因此，希望提供一种改进的mems传感器，以达到提升产品性能的目的。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种改进的mems传感器和终端，通过隔离结构将背板的导电层分隔为中心部与边缘部，并且导电层的边缘部与信号处理芯片的接地端相连，从而减小了背板边缘的寄生电容。
6.根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种mems传感器，包括电连接的微机电结构与信号处理芯片，其中，所述微机电结构包括：衬底，具有腔体；第一支撑部，位于所述衬底上；振膜，位于所述第一支撑部上；第二支撑部，位于所述振膜上；背板，位于所述第二支撑部上，所述背板包括导电层，所述导电层与所述衬底电隔离；隔离结构，贯穿所述导电层，以将所述导电层分隔为中心部与围绕所述中心部的边缘部；第一焊盘，与所述导电层的中心部电连接；以及第二焊盘，与所述导电层的边缘部电连接，并与所述信号处理芯片的接地端相连。
7.可选地，所述微机电结构还包括第三焊盘，与所述振膜电连接，其中，所述第一焊盘与所述信号处理芯片的第一信号端相连，所述第三焊盘与所述信号处理芯片的第二信号端相连。
8.可选地，所述隔离结构包括隔离槽。
9.可选地，所述背板还包括第一介质层与第二介质层，所述第一介质层位于所述第二支撑部上，所述导电层夹在所述第一介质层与所述第二介质层之间，其中，所述隔离槽的底部位于所述第一介质层表面以暴露部分所述第一介质层，所述第二介质层经所述隔离槽的侧壁与暴露的所述第一介质层相连。
10.可选地，所述导电层的中心部具有：中心区、焊盘区以及连接区，所述中心区与所述焊盘区通过所述连接区相连，其中，所述中心区在所述振膜上的正投影位于所述腔体在所述振膜上的正投影范围之内。
11.可选地，还包括：第一通孔，贯穿所述第二介质层，以暴露部分所述导电层的中心部；以及第二通孔，贯穿所述第二介质层，以暴露部分所述导电层的边缘部，其中，所述第一
焊盘位于所述第一通孔中，并与暴露的所述导电层的中心部接触，所述第二焊盘位于所述第二通孔中，并与暴露的所述导电层的边缘部接触。
12.可选地，所述背板具有多个声孔，每个所述声孔在所述振膜上的正投影位于所述腔体在所述振膜上的正投影范围之内，其中，一部分所述声孔位于所述隔离结构的内侧，另一部分所述声孔位于所述隔离结构的外侧。
13.可选地，还包括第三通孔，贯穿所述背板与所述第二支撑部，以暴露部分所述振膜，其中，所述第三焊盘位于所述第三通孔中，并与暴露的所述振膜接触。
14.可选地，所述振膜与所述衬底电隔离。
15.可选地，所述微机电结构包括麦克风芯片、压力传感器芯片、骨传导芯片中的至少之一。
16.根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种终端，包括如上所述的mems传感器。
17.在本实用新型实施例提供的mems传感器中，通过隔离结构将微机电结构的背板的导电层分隔为中心部与边缘部，并采用不同焊盘连接中心部与边缘部，其中，边缘部通过第二焊盘与信号处理芯片的接地端相连，从而减小了背板边缘的寄生电容，还起到抗辐射传导等抗干扰的作用，而且利用焊盘将背板导电层的边缘部与信号处理芯片的接地端相连，不用在微机电结构的各个功能层之间设置额外的导电通道，制作工艺十分简单，此外，由于背板的中心与边缘位置结构基本一致，代替了现有技术中只在背板中心位置制作导电层的方案，在减小边缘寄生电容的同时，还维持了背板的一致性，增强了背板的机械强度。
18.采用隔离槽作为分隔背板导电层中心部与边缘部的隔离结构，制作难度低，工艺简单。进一步地，背板的第二介质层覆盖了隔离槽的边缘，利用该部分介质层进一步增加了背板导电层中心部与边缘部的隔离效果。
19.将背板导电层中心部的中心区设置在腔体边缘的内侧，对应在振膜形变能力最大的区域，进一步提高了产品的有效电容变化量，从而提升了产品的信噪比。
20.利用第一通孔、第二通孔以及第三通孔，将第一焊盘设置在导电层中心部的表面，将第二焊盘设置在导电层边缘部的表面，将第三焊盘设置在振膜的表面，不需要在微机电结构内部设置其他导电通道，即可实现电容与外部信号处理芯片的电连接。其中，在第一焊盘与信号处理芯片的信号输入端连接，第二焊盘与信号处理芯片的接地端相连，从而降低了导电层边缘部与振膜构成的电容对产品的干扰，工艺简单，成本低，性能好，适用于大量生产。
21.通过在导电层中心部的中心区内外侧均设置声孔，从而提高了产品的灵敏度。
22.因此，本实用新型提供的mems传感器和终端可以大大提高产品的性能。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本技术的一些实施例，而非对本技术的限制。
24.图1示出了本实用新型实施例的mems传感器的结构示意图。
25.图2示出了图1中微机电结构的俯视图。
26.图3示出了沿图2中aa线的截面图。
27.图4示出了沿图2中bb线的截面图。
28.图5示出了本实用新型实施例的微机电结构背板导电层的俯视图。
具体实施方式
29.以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
30.应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
31.如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在
……
上面”或“在
……
上面并与之邻接”等表述方式。
32.在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。
33.本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
34.图1示出了本实用新型实施例的mems传感器的结构示意图，其中，为了清晰表达微机电结构与信号处理芯片之间的电连接关系，图1中并未示出mems传感器的封装结构。
35.如图1所示，本实用新型实施例的mems传感器包括电连接的微机电结构100与信号处理芯片200，其中，微机电结构100包括麦克风芯片、压力传感器芯片、骨传导芯片中的至少之一。mems传感器还可以包括封装结构，例如承载微机电结构100与信号处理芯片200的基板、与基板共同限定容置腔的壳体，其中，微机电结构100与信号处理芯片 200均位于该容置腔中。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对mems传感器的封装结构以及微机电结构100 的功能进行其他设置。
36.进一步参照图2至图4，本实用新型实施例的微机电结构100包括：衬底101、第一支撑部111、振膜120、第二支撑部112、背板130、隔离结构、第一焊盘161、第二焊盘162以及第三焊盘163。衬底101具有腔体101a。第一支撑部111位于衬底101上的边缘处。振膜120位于第一支撑部111上并覆盖腔体101a，优选地，振膜120具有泄气通道120a。第二支撑部112位于振膜120上，位置与第一支撑部111对应。背板130 位于第二支撑部112上，与振膜120之间具有间隙102。其中，第一支撑部111将振膜120与衬底101电隔离，第二支撑部112将背板130与振膜120电隔离，相应的，背板130与衬底101电隔离。
37.在本实施例中，第一支撑部111为该层牺牲层释放之后在衬底101 上留下来的部分，第一支撑部111位于衬底110的周边缘上，采用周边缘全固支的方式将位于第一支撑部111上方的振膜120支撑在衬底101 上。第二支撑部112为该层牺牲层释放之后在振膜120上留下来的部分，第二支撑部112位于振膜120的周边缘上，采用周边缘全固支的方式将位于第二支撑部112上方的背板130支撑固定。
38.在一些具体的实施例中，衬底101为硅衬底，腔体101a位于衬底 101的中部，且连通衬底101相对的两个表面。当然，腔体101a的位置、形状等本领域技术人员可以根据需要设置，此处不做限定。第一支撑部 111与第二支撑部112的材料为绝缘材料，包括但不限于
氧化硅。振膜 120的材料包括但不限于多晶硅。
39.在本实施例中，背板130包括第一介质层131与导电层132，其中，第一介质层131位于第二支撑部112上，导电层132位于第一介质层上。隔离结构贯穿背板的导电层132，以将导电层132分隔为中心部31与围绕中心部的边缘部32，如图5所示，在一些具体的实施例中，隔离结构由隔离槽140构成，隔离槽140的宽度范围是0.1～50um。隔离槽140的底部位于第一介质层131表面以暴露部分第一介质层131。当然，本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对隔离结构进行其他设置，例如将绝缘材料填充在隔离槽140中。在一些其他实施例中，背板130还包括第二介质层133，位于导电层132上，且第二介质层133覆盖隔离槽140的侧壁并与暴露的第一介质层131相连。
40.如图5所示，在一些具体的实施例中，背板导电层的中心部31具有：中心区31a、焊盘区31b以及连接区31c，中心区31a与焊盘区31b通过连接区31c相连。其中，中心区31a在振膜120上的正投影位于腔体101a 在振膜120上的正投影范围之内，如图3所示。由于本实施例中的振膜 120采用四周固支形式固定，振膜120的中间部分形变能力比边缘部分的形变能力大，在实际的使用过程中，导电层中心区31a与振膜120相对的部分是有效电容部分，而导电层中心区31a对应的振膜120是形变能力大的中间部分，因此，提升了有效电容部分的总变化量。
41.在本实施例中，背板130具有多个声孔130a，每个声孔130a在振膜120上的正投影位于腔体101a在振膜120上的正投影范围之内，其中，一部分声孔130a位于隔离结构的内侧，另一部分声孔130a位于隔离结构的外侧。更具体的，本实施例的隔离槽140呈封闭的环形，一部分声孔130a位于环内，另一部分声孔130a位于环外，如图1所示。
42.本实用新型实施例的微机电结构还包括：第一通孔151、第二通孔 152以及第三通孔153。第一通孔151贯穿背板的第二介质层133，以暴露背板导电层中心部的焊盘区31b，第一焊盘161位于第一通孔151中，并与暴露的焊盘区31b接触。当然，本实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对中心部31的形状与区域划分进行其他设置，并使得第一通孔151暴露部分导电层的中心部31，且第一焊盘161并与暴露的导电层的中心部31接触。第二通孔152贯穿背板的第二介质层133，以暴露部分背板导电层的边缘部32，第二焊盘162位于第二通孔152中，并与暴露的导电层的边缘部32接触。第三通孔153贯穿背板130与第二支撑部112，以暴露部分振膜120，第三焊盘163位于第三通孔153中，并与暴露的振膜120接触。如图2至图4所示，在本实施例中，焊盘与通孔侧壁不接触，3个焊盘分别位于背板130的角位置，第二焊盘162 与第一焊盘161在背板的对角线位置，保证焊盘之间的间隔距离。
43.进一步参照图1，在本实用新型的mems传感器中，微机电结构的第一焊盘161与第三焊盘163分别连接信号处理芯片的第一信号输入端 201和第二信号输入端202，第二焊盘162与信号处理芯片的接地端203 相连。当然，本实用新型实施例中微机电结构100与信号处理芯片200 的电连接方式并不限于此，本领域技术人员可以根据需要进行设置，例如微机电结构100的各个焊盘与信号处理芯片200的各个信号端口分别通过pcb基板上的电路连接。
44.本实用新型还提供了一种终端，包括如上所述的mems传感器。
45.在本实用新型实施例提供的mems传感器中，通过隔离结构将微机电结构的背板的导电层分隔为中心部与边缘部，并采用不同焊盘连接中心部与边缘部，其中，边缘部通过第
二焊盘与信号处理芯片的接地端相连，从而减小了背板边缘的寄生电容，还起到抗辐射传导等抗干扰的作用，而且利用焊盘将背板导电层的边缘部与信号处理芯片的接地端相连，不用在微机电结构的各个功能层之间设置额外的导电通道，制作工艺十分简单，此外，由于背板的中心与边缘位置结构基本一致，代替了现有技术中只在背板中心位置制作导电层的方案，在减小边缘寄生电容的同时，还维持了背板的一致性，增强了背板的机械强度。
46.采用隔离槽作为分隔背板导电层中心部与边缘部的隔离结构，制作难度低，工艺简单。进一步地，背板的第二介质层覆盖了隔离槽的边缘，利用该部分介质层进一步增加了背板导电层中心部与边缘部的隔离效果。
47.将背板导电层中心部的中心区设置在腔体边缘的内侧，对应在振膜形变能力最大的区域，进一步提高了产品的有效电容变化量，从而提升了产品的信噪比。
48.利用第一通孔、第二通孔以及第三通孔，将第一焊盘设置在导电层中心部的表面，将第二焊盘设置在导电层边缘部的表面，将第三焊盘设置在振膜的表面，不需要在微机电结构内部设置其他导电通道，即可实现电容与外部信号处理芯片的电连接。其中，在第一焊盘与信号处理芯片的信号输入端连接，第二焊盘与信号处理芯片的接地端相连，从而降低了导电层边缘部与振膜构成的电容对产品的干扰，工艺简单，成本低，性能好，适用于大量生产。
49.通过在导电层中心部的中心区内外侧均设置声孔，从而提高了产品的灵敏度。
50.因此，本实用新型提供的mems传感器和终端可以大大提高产品的性能。
51.在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
52.以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。

技术特征：

1.一种mems传感器，其特征在于，包括电连接的微机电结构与信号处理芯片，其中，所述微机电结构包括：衬底，具有腔体；第一支撑部，位于所述衬底上；振膜，位于所述第一支撑部上；第二支撑部，位于所述振膜上；背板，位于所述第二支撑部上，所述背板包括导电层，所述导电层与所述衬底电隔离；隔离结构，贯穿所述导电层，以将所述导电层分隔为中心部与围绕所述中心部的边缘部；第一焊盘，与所述导电层的中心部电连接；以及第二焊盘，与所述导电层的边缘部电连接，并与所述信号处理芯片的接地端相连。2.根据权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，所述微机电结构还包括第三焊盘，与所述振膜电连接，其中，所述第一焊盘与所述信号处理芯片的第一信号端相连，所述第三焊盘与所述信号处理芯片的第二信号端相连。3.根据权利要求2所述的mems传感器，其特征在于，所述隔离结构包括隔离槽。4.根据权利要求3所述的mems传感器，其特征在于，所述背板还包括第一介质层与第二介质层，所述第一介质层位于所述第二支撑部上，所述导电层夹在所述第一介质层与所述第二介质层之间，其中，所述隔离槽的底部位于所述第一介质层表面以暴露部分所述第一介质层，所述第二介质层经所述隔离槽的侧壁与暴露的所述第一介质层相连。5.根据权利要求4所述的mems传感器，其特征在于，所述导电层的中心部具有：中心区、焊盘区以及连接区，所述中心区与所述焊盘区通过所述连接区相连，其中，所述中心区在所述振膜上的正投影位于所述腔体在所述振膜上的正投影范围之内。6.根据权利要求5所述的mems传感器，其特征在于，还包括：第一通孔，贯穿所述第二介质层，以暴露部分所述导电层的中心部；以及第二通孔，贯穿所述第二介质层，以暴露部分所述导电层的边缘部，其中，所述第一焊盘位于所述第一通孔中，并与暴露的所述导电层的中心部接触，所述第二焊盘位于所述第二通孔中，并与暴露的所述导电层的边缘部接触。7.根据权利要求4所述的mems传感器，其特征在于，所述背板具有多个声孔，每个所述声孔在所述振膜上的正投影位于所述腔体在所述振膜上的正投影范围之内，其中，一部分所述声孔位于所述隔离结构的内侧，另一部分所述声孔位于所述隔离结构的外侧。8.根据权利要求2至4任一项所述的mems传感器，其特征在于，还包括第三通孔，贯穿所述背板与所述第二支撑部，以暴露部分所述振膜，其中，所述第三焊盘位于所述第三通孔中，并与暴露的所述振膜接触。9.根据权利要求8所述的mems传感器，其特征在于，所述振膜与所述衬底电隔离。10.根据权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，所述微机电结构包括麦克风芯片、
压力传感器芯片、骨传导芯片中的至少之一。11.一种终端，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的mems传感器。

技术总结

本申请公开了一种MEMS传感器和终端，该MEMS传感器包括电连接的微机电结构与信号处理芯片，微机电结构包括：具有腔体的衬底；在衬底上依次堆叠的第一支撑部、振膜、第二支撑部、背板，背板包括导电层，导电层与衬底电隔离；隔离结构，贯穿导电层，以将导电层分隔为中心部与围绕中心部的边缘部；第一焊盘，与导电层的中心部电连接；以及第二焊盘，与导电层的边缘部电连接，并与所述信号处理芯片的接地端相连。通过隔离结构将背板的导电层分隔为中心部与边缘部，并且导电层的边缘部与信号处理芯片的接地端相连，从而减小了背板边缘的寄生电容。容。容。