本申请涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及mems麦克风、微机电结构及其制造方法。
背景技术：
基于微机电系统(microelectromechanicalsystems,mems)制造的器件被称为mems器件，mems器件主要包括振动膜与背极板，并且振动膜与背极板之间具有间隙。气压的改变会导致振动膜变形，振动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。
在传统的mems麦克风结构中，主要由背极板和振动膜两个平行板电容结构组成，在芯片尺寸确定的情况下，性能提升有限，为了提升麦克风信噪比，采用双背极麦克风结构差分输出信号，但是这样会引入一个问题，麦克风结构上下两层均是背极板多孔结构，在麦克风产品加工和使用过程中会引入异物，例如灰尘颗粒、水、油污等等，如果这些异物进入了振动膜与背极板之间的间隙中，这些异物极易导致振动膜与电极板之间出现短路的问题，进而使得mems器件失效。目前业内大部分解决此类问题的方案都是通过在背面的封装端引入防尘材料，这种防尘材料和加工成本高，而且只是在mems麦克风的背面起到防尘的作用，正面没有保护。
因此，希望提供一种改进的微机电结构，以提高产品的性能。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种改进的mems麦克风、微机电结构及其制造方法，通过在微机电结构中设置第一防护层与第二防护层，从而阻挡了异物经过两个背极板的通孔进入背极板与振动膜的间隙中，从而改善了异物导致微机电结构中背极板与振动膜短路的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种微机电结构，包括：第一背极板，具有至少一个第一通孔；第二背极板，位于所述第一背极板上，具有至少一个第二通孔；振动膜，位于所述第一背极板与所述第二背极板之间，所述振动膜与所述第一背极板构成第一可变电容，并与所述第二背极板构成第二可变电容；第一防护层，与所述振动膜分别位于所述第一背极板的两侧，所述第一防护层用于阻挡异物经所述第一通孔进入所述第一背极板与所述振动膜之间的间隙；第二防护层，与所述振动膜分别位于所述第二背极板的两侧，所述第二防护层用于阻挡异物经所述第二通孔进入所述第二背极板与所述振动膜之间的间隙；以及第二连接部，位于所述第二背极板表面并固接在所述第二防护层与所述第二背极板之间，以使所述第二防护层与所述第二背极板分隔。
可选地，所述第二连接部的材料包括光刻胶。
可选地，所述第二防护层包括聚四氟乙烯膜或光刻胶膜。
可选地，所述第二连接部位于所述第二背极板的边缘。
可选地，所述第二连接部呈多个分隔的柱体结构。
可选地，还包括多个焊盘，位于所述第二背极板的表面，所述第一背极板、所述第二背极板以及所述振动膜分别与对应的所述焊盘电连接，其中，所述第二防护层在所述第二背极板上的正投影与所述每个焊盘在所述第二背极板上的正投影的至少部分不重合。
可选地，还包括：衬底，具有相对的顶表面和底表面以及穿过所述顶表面和所述底表面的背腔，其中，所述第一背极板位于所述衬底的顶表面上，所述第一防护层位于所述衬底的底表面上，并覆盖所述背腔。
可选地，还包括：第一连接部，固定在所述衬底的底表面上，并与所述第一防护层相连，其中，所述第一连接部的材料包括光刻胶，所述第一防护层包括聚四氟乙烯膜。
可选地，所述第一防护层与所述衬底的底表面固定连接，其中，所述第一防护层包括光刻胶膜。
可选地，所述第一防护层为无孔结构或有孔结构；所述第二防护层为无孔结构或有孔结构。
可选地，在所述第一防护层为有孔结构的情况下，所述第一防护层具有多个第一微孔，所述多个第一微孔在所述第一防护层中呈不均匀分布或均匀分布；在所述第二防护层为有孔结构的情况下，所述第二防护层具有多个第二微孔，所述多个第二微孔在所述第二防护层中呈不均匀分布或均匀分布。
可选地，至少一个所述第一微孔为不规则形状孔，至少一个所述第二微孔为不规则形状孔。
可选地，所述振动膜包括至少一个气孔，用于连通所述第一背极板和所述第二背极板分别到所述振动膜之间的间隙。
可选地，所述第二背极板包括相连的第二绝缘层与第二导电层，所述第二导电层相对于所述第二绝缘层远离所述振动膜，所述至少一个第二通孔穿过所述第二绝缘层与所述第二导电层，其中，所述第二导电层的面积小于所述第二绝缘层，其位置与所述振动膜的可动部分对应，所述第二连接部与所述第二绝缘层固定连接。
可选地，还包括：第一支撑部，固定在所述衬底的顶表面上，所述第一背极板固定在所述第一支撑部上，所述第一支撑部用于限定所述第一背极板与所述衬底之间的距离，第二支撑部，位于所述第一支撑部上，并固定在所述振动膜与所述第一背极板之间，所述第二支撑部用于限定所述第一背极板与所述振动膜之间的距离；以及第三支撑部，位于所述第二支撑部上，并固定在所述振动膜与所述第二背极板之间，所述第三支撑部用于限定所述第二背极板与所述振动膜之间的距离。
可选地，所述第一支撑部和/或所述第二支撑部和/或所述第三支撑部在所述衬底的上表面的投影面积不大于所述衬底的上表面的面积。
可选地，所述第一背极板包括相连的第一绝缘层与第一导电层，所述第一导电层相对于所述第一绝缘层靠近所述振动膜，所述至少一个第一通孔穿过所述第一绝缘层与所述第一导电层，所述微机电结构还包括多个间隔部，位于所述振动膜靠近所述第一背极板的表面，以防止所述振动膜与所述第一导电层粘连。
可选地，所述第一导电层的面积小于所述第一绝缘层，其位置与所述振动膜的可动部分对应，所述第二支撑部围绕所述第一导电层并与所述第一绝缘层固定连接。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种mems麦克风，包括如上所述的微机电结构。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种微机电结构的制造方法，包括：形成第一背极板，所述第一背极板具有至少一个第一通孔；在所述第一背极板上形成第二背极板，所述第二背极板具有至少一个第二通孔；在所述第一背极板与所述第二背极板之间形成振动膜，所述振动膜与所述第一背极板构成第一可变电容，并与所述第二背极板构成第二可变电容；形成第一防护层，所述第一防护层与所述振动膜分别位于所述第一背极板的两侧，所述第一防护层用于阻挡异物经所述第一通孔进入所述第一背极板与所述振动膜之间的间隙；形成第二防护层，所述第二防护层与所述振动膜分别位于所述第二背极板的两侧，所述第二防护层用于阻挡异物经所述第二通孔进入所述第二背极板与所述振动膜之间的间隙；以及在所述第二背极板表面形成第二连接部，所述第二连接部固接在所述第二防护层与所述第二背极板之间，以使所述第二防护层与所述第二背极板分隔。
可选地，所述第二连接部的材料包括光刻胶。
可选地，在所述第二背极板表面形成第二连接部的步骤包括：形成覆盖所述第二背极板的第一光刻层；经第一掩膜版照射所述第一光刻层以固化部分所述第一光刻层；以及去除所述第一光刻层未被固化的部分，在所述第二背极板表面保留的所述第一光刻层作为所述第二连接部。
可选地，形成第二防护层的步骤包括：形成覆盖所述第二背极板与所述二连接部的第二光刻层；经第二掩模照射所述第二光刻层以固化部分所述第二光刻层；以及去除所述第二光刻层未被固化的部分，在所述第二连接部上保留的所述第二光刻层作为所述第二防护层。
可选地，所述第二连接部呈多个分隔的柱体结构，经第二掩模照射所述第二光刻层以固化部分所述第二光刻层以固化部分所述第二光刻层的步骤包括：固化位于所述第二连接部上的所述第二光刻层，在去除所述第二光刻层未被固化的部分的步骤包括：采用刻蚀剂去除所述第二光刻层未被固化的部分，所述刻蚀剂经所述柱体结构之间的空隙与所述第二防护层下方的所述第二光刻层接触。
可选地，所述第二防护层包括聚四氟乙烯膜，形成第二防护层的步骤包括将所述聚四氟乙烯膜与所述第二连接部键合。
可选地，还包括在具有相对的顶表面和底表面的衬底中形成背腔，所述背腔穿过所述顶表面和所述底表面，其中，所述第一背极板位于所述衬底的顶表面上，所述第一防护层位于所述衬底的底表面上，并覆盖所述背腔。
可选地，还包括在所述衬底的底表面上形成第一连接部，所述第一连接部的材料包括光刻胶，所述第一防护层包括聚四氟乙烯膜，形成第一防护层的步骤包括将所述聚四氟乙烯膜与所述第一连接部键合。
可选地，在所述衬底中形成所述背腔之前，形成第一防护层的步骤包括：形成覆盖所述衬底的底表面的第三光刻层；经第三掩模照射所述第三光刻层以固化部分所述第三光刻层；以及去除所述第三光刻层未被固化的部分，在所述衬底的底表面上保留的所述第三光刻层作为所述第一防护层。
本发明实施例提供的微机电结构包括了第一背极板、第二背极板以及夹在第一背极板与第二背极板之间的振动膜，通过第一背极板、第二背极板以及振动膜构成了第一可变电容与第二可变电容，从而达到了获得电容差分输出信号的目的，并且通过设置覆盖第一背极板的第一防护层与覆盖第二背极板的第二防护层，从而阻挡了异物经过两个背极板的通孔进入背极板与振动膜的间隙中，进而改善了由于异物导致在微机电结构中的两个背极板与振动膜短路的问题。
通过在第二背极板的表面设置第二连接部，并将第二连接部固定连接在第二背极板与第二防护层之间，该第二连接部用于支撑第二防护层，使得第二防护层不直接与第二背极板接触，从而减小第二防护层对第二背极板的影响。
通过将第一防护层、第二防护层设置为聚四氟乙烯膜或光刻胶膜，由于聚四氟乙烯和光刻胶的材料成本较低且易得，有利于在设置第一防护层、第二防护层的前提下，降低微机电结构的整体制造复杂度与成本。
通过采用光刻胶形成第二连接部，由于光刻胶的材料成本较低且易得，有利于在设置第二连接部的前提下，降低微机电结构的整体制造复杂度与成本，例如相比于将第二连接部的材料设置为氧化硅、氮化硅、多晶硅等，采用光刻胶形成第二连接部仅需要涂布和光刻步骤就可形成，不需要再进行刻蚀步骤。
在第二防护层为聚四氟乙烯膜的情况下，相比于将第二连接部的材料设置为氧化硅、氮化硅、多晶硅等，聚四氟乙烯膜更容易与光刻胶材料的第二连接部键合，从而使得第二防护层与第二连接部更加稳定的连接。
在第二防护层为光刻膜的情况下，第二防护层与光刻胶材料的第二连接部可以形成一体结构，进一步增加了第二防护层与第二连接部之间连接的稳定性。
通过将第二连接部设置在第二背极板的边缘，从而使得第二防护层尽可能的将微机电结构全面覆盖。
通过在将第二连接部设置为多个分隔的柱状结构，在去除第二防护层的下方的未被固化的第二光刻层时，可以使得刻蚀剂可以通过柱状结构之间的间隙与第二光刻层接触。
通过使第二防护层至少将位于第二背极板表面的焊盘的至少部分暴露，从而便于微机电结构通过焊盘与其他电路电连接。
通过设置第一连接部，并使得第一连接部全覆盖衬底底表面，增加了第一连接部与第一防护层的接触面积，进而增加了二者之间的稳固性。
在第一防护层为聚四氟乙烯膜的情况下，将聚四氟乙烯膜与第一连接部键合连接，相比于直接将第一防护层与衬底键合，键合第一连接部与第一防护层的难度显著降低，且键合后的稳固性能得到提升。
通过将第一防护层的材料设置为光刻胶，仅需要采用光刻的方式就可以直接在衬底上形成第一防护层，从而省去了形成第一连接部的过程。
通过将第一防护层设置为无孔结构，从而可以全面阻挡异物经第一通孔进入第一背极板与振动膜之间的间隙；通过将第二防护层设置为无孔结构，从而可以全面阻挡异物经第二通孔进入第二背极板与振动膜之间的间隙。
通过将第一防护层和/或第二防护层设置为有具有多个微孔的结构，使得声压可以通过微孔更好的到达振动膜。
通过将第一防护层和/或第二防护层的多个微孔设置为不均匀的分布的情况，在利于声压通过微孔到达振动膜的前提下，提高了阻挡异物的成功率。
通过将第一防护层和/或第二防护层的多个微孔设置为不规则形状的孔，进一步提高了阻挡异物的成功率。
通过将第一背极板与第二背极板均设置为绝缘层加导电层的双层结构，并使得导电层的位置与振动膜的可动部分对应，从而减少寄生电容。
通过将绝缘层作为支撑层，将导电层设置在绝缘层的上方，在第一背极板中，导电层更靠近振动膜，通过在振动膜的靠近导电层的表面设置隔离部，减少了第一背极板的导电层与振动膜粘接从而导致短路等问题；在第二背极板中，绝缘层更靠近振动膜，第二背极板的导电层直接通过绝缘层与振动膜实现电隔离。
通过第一支撑部、第二支撑部以及第三支撑部支撑固定了第一背极板、第二背极板以及振动膜，同时还限制了第一背极板、第二背极板以及振动膜的位置。
通过使第一支撑部、第二支撑部以及第三支撑部之一的尺寸小于衬底的尺寸，进一步增加了第一支撑部、第二支撑部以及第三支撑部在衬底上方的稳固性。
此外，与在mems麦克风的封装级设置防护层这一方案相比，本发明实施例提供的微机电结构由于第一防护层与第二防护层分别可以通过晶圆级的加工直接一次键合到微机电结构上，从而降节省了工艺时间、降低了成本。
因此，本发明提供的mems麦克风、微机电结构及其制造方法可以大大提高产品的性能、降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，而非对本申请的限制。
图1示出了本发明实施例的微机电结构的立体结构示意图。
图2示出了本发明实施例的微机电结构的截面图。
图3a至图7b示出了本发明实施例的微机电结构在制造工艺中的部分中间结构示意图。
图8示出了本发明实施例的mems麦克风的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。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。
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”。
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。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，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发明。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发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1示出了本发明实施例的微机电结构的立体结构示意图，图2示出了本发明实施例的微机电结构的截面图。
如图1与图2所示，本发明的微机电结构100包括：第一背极板110、第二背极板120、振动膜130、第一防护层141以及第二防护层142。第一背极板110具有至少一个第一通孔110a。第二背极板120位于第一背极板110上，具有至少一个第二通孔120a。振动膜130位于第一背极板110与第二背极板120之间，其中，振动膜130与第一背极板110构成第一可变电容，并与第二背极板120构成第二可变电容。
第一防护层141与振动膜130分别位于第一背极板110的两侧，第一防护层141用于阻挡异物经第一通孔110a进入第一背极板110与振动膜130之间的间隙。第二防护层142与振动膜130分别位于第二背极板120的两侧，第二防护层142用于阻挡异物经第二通孔120a进入第二背极板120与振动膜130之间的间隙。在本实施例中，第一防护层141为有孔结构，具有多个第一微孔141a，第二防护层142为无孔结构。第一防护层141的材料包括聚四氟乙烯膜和/或光刻胶膜，第二防护层142的材料包括聚四氟乙烯膜和/或光刻胶膜，其中，光刻胶包括但不限于su-8光刻胶。
然而，本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第一防护层141与第二防护层142的材料进行其他设置，本领域技术人员还可以根据需要将第一防护层141设置为无孔结构，将第二防护层142设置为有孔结构，具有多个第二微孔；或者将第一防护层141与第二防护层142均设置为有孔结构；或者第一防护层141与第二防护层142均设置为无孔结构。
在一些具体的实施例中，在第一防护层141为有孔结构的情况下，多个第一微孔141a在第一防护层141中呈不均匀分布或均匀分布。在第二防护层142为有孔结构的情况下，多个第二微孔在第二防护层142中呈不均匀分布或均匀分布。在第一微孔141a与第二微孔为规则孔的情况下，第一微孔141a与第二微孔的孔径范围包括0至10μm，第一微孔141a与第二微孔的个数范围均包括1至10000个。第一防护层141的厚度范围包括0至50μm，第二防护层142的厚度范围包括0至100μm。
在一些优选的实施例中，第一防护层141的至少一个第一微孔141a为不规则形状孔，第二防护层142的至少一个第二微孔为不规则形状孔。在第一微孔141a与第二微孔为不规则孔的情况下，第一微孔141a与第二微孔的长度范围包括0至10μm。
进一步的，第一背极板110包括相连的第一绝缘层111与第一导电层112，第一导电层112相对于第一绝缘层111更靠近振动膜130，每个第一通孔110a穿过第一绝缘层111与第一导电层112。第一导电层112的面积小于第一绝缘层111，其位置与振动膜130的可动部分对应。第二背极板120包括相连的第二绝缘层121与第二导电层122，第二导电层122相对于第二绝缘层121远离振动膜130，每个第二通孔120a穿过第二绝缘层121与第二导电层122。第二导电层122的面积小于第二绝缘层121，其位置与振动膜130的可动部分对应。振动膜130包括至少一个气孔130a，用于连通第一背极板110和第二背极板120分别到振动膜130之间的间隙。在本实施例中，气孔130a的数量为一个，位于振动膜130的中心。其中，第一绝缘层111与第二绝缘层121的材料包括氮化硅，第一导电层112与第二导电层122的材料包括多晶硅。振动膜130的材料包括多晶硅。然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对气孔130a的数量、位置进行其他设置，也可以对第一背极板110、第二背极板120以及振动膜130的材料进行其他设置。
进一步参考图1与图2，本发明实施例的微机电结构100还包括：多个间隔部150、多个焊盘160、衬底101、第一连接部102、第一支撑部103、第二支撑部104、第三支撑部105以及第二连接部106。
多个间隔部150位于振动膜130靠近第一背极板110的表面，以防止振动膜130与第一导电层112粘连。
多个焊盘160位于第二背极板120的表面，第一背极板110、第二背极板120以及振动膜130分别与对应的焊盘160电连接，其中，第二防护层142在第二背极板120上的正投影与每个焊盘160在第二背极板120上的正投影的至少部分不重合。
衬底101为硅衬底，具有相对的顶表面和底表面以及穿过顶表面和底表面的背腔101a，其中，第一背极板110位于衬底101的顶表面上。第一连接部102固定在衬底101的底表面上，并与第一防护层141固定键合连接。在本实施例中，第一防护层141的材料为聚四氟乙烯膜，第一连接部102的材料包括光刻胶，其中，光刻胶包括但不限于su-8光刻胶。第一连接部102的厚度范围包括0至50微米。在一些优选的实施例中，第一连接部102全覆盖衬底101的底表面。
在一些其他实施例中，在第一防护层141的材料为光刻胶膜的情况下，可以通过涂布、光刻工艺将第一防护层141直接形成在衬底101的底表面上，从而省去第一连接部这一结构。
第一支撑部103固定在衬底101的顶表面上，第一背极板110固定在第一支撑部103上，第一支撑部103用于限定第一背极板110与衬底101之间的距离。第二支撑部104位于第一支撑部103上，并固定在振动膜130与第一背极板110之间，第二支撑部104用于限定第一背极板110与振动膜130之间的距离。第三支撑部105位于第二支撑部104上，并固定在振动膜130与第二背极板120之间，第三支撑部105用于限定第二背极板120与振动膜130之间的距离。其中，第一支撑部103和第二支撑部104均与第一背极板的第一绝缘层111固定连接，第三支撑部105与第二背极板的第二绝缘层121固定连接。第二支撑部104围绕第一导电层112。第一支撑部103和/或第二支撑部104和/或第三支撑部105在衬底101的上表面的投影面积不大于衬底101的上表面的面积。
在本实施例中，第一支撑部103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103位于衬底101的周边缘上，采用周边缘全固支的方式将位于第一支撑部103上方的第一背极板110支撑在衬底101上。第二支撑部104、第三支撑部105的形成方式与结构与第一支撑部103类似，不赘述。其中，第一支撑部103、第二支撑部104以及第三支撑部105的材料包括氧化硅，然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第一支撑部103、第二支撑部104以及第三支撑部105的材料以及衬底101、第一背极板110、振动膜130以及第二背极板20之间的支撑固定方式进行其他设置。
第二连接部106位于第二背极板120的表面，其中，第二防护层142固定在第二连接部106上以使第二防护层142与第二背极板120分隔。第二连接部106位于第二背极板120的边缘，使得其上的第二防护层142尽可能的覆盖整个第二背极板120。在本实施例中，第二连接部106的材料包括光刻胶，其中，光刻胶包括但不限于su-8光刻胶。第二连接部106的厚度范围包括0至100μm，第二连接部106在第二背极板120上的正投影面积范围包括100μm^2至1mm^2。在一些优选的实施例中，第二连接部106围绕第二导电层122并与第二绝缘层121固定连接。第二连接部106呈多个分隔的柱体结构。
图3a至图7b示出了本发明实施例的微机电结构在制造工艺中的部分中间结构示意图。
如图3a与图3b所示，本发明实施例的微机电结构制造工艺开始于衬底101，其中，图3b为沿图3a中aa线所截的截面图。
在衬底101上形成的顶表面上形成第一背极板110，在第一背极板110上形成振动膜130，在振动膜130上形成第二背极板120，在第二背极板120上形成焊盘160，其中，焊盘160与第二背极板中的第二导电层122均位于第二背极板的第二绝缘层121上，第一背极板110、第二背极板120、振动膜130以及焊盘160的结构可参照图1与图2的描述，此处不再赘述，为使结构更加清晰，图3a以及后续的平面图中没有示出第二背极板120中的多个第二通孔。在衬底101、第一背极板110、振动膜130以及第二背极板120之间还形成有牺牲层109，用于在后续步骤中形成第一支撑层、第二支撑层以及第三支撑层。
进一步的，形成覆盖第二绝缘层121、第二导电层122、焊盘160以及牺牲层109的第一光刻层106a，如图4a与图4b所示，其中，图4b为沿图4a中aa线所截的截面图。
进一步的，经第一掩膜版照射第一光刻层以固化部分第一光刻层；以及去除第一光刻层未被固化的部分，在第二背极板表面保留的第一光刻层作为第二连接部106，第二绝缘层121、第二导电层122、焊盘160以及牺牲层109被重新暴露，如图5a与图5b所示，其中，图5b为沿图5a中aa线所截的截面图，第二连接部106呈多个分隔的柱体结构。
进一步的，形成覆盖第二绝缘层121、第二导电层122、焊盘160以及牺牲层109以及第二连接部106的第二光刻层142a，如图6a与图6b所示，其中，图6b为沿图6a中aa线所截的截面图。
进一步的，经第二掩模照射第二光刻层以固化部分第二光刻层；以及去除第二光刻层未被固化的部分，在第二连接部上方保留的第二光刻层作为第二防护层142，如图7a与图7b所示，其中，图7b为沿图7a中aa线所截的截面图。
在该步骤中，可以通过控制光刻工艺参数仅固化位于第二连接部106水平高度以上的第二光刻层；在去除第二光刻层未被固化的部分时，采用刻蚀剂去除第二光刻层未被固化的部分，具体的，刻蚀剂经第二连接部106柱体结构之间的空隙与第二防护层142下方未被固化的第二光刻层接触。
在本实施例中，第二防护层142固定在第二连接部106上以使第二防护层142与第二背极板分隔，第二导电层122、第二连接部106被第二防护层142覆盖，而焊盘160被暴露。然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第二防护层的形成方式进行其他设置，例如在第二防护层为聚四氟乙烯膜的情况下，直接将聚四氟乙烯膜与第二连接部106键合。
进一步的，在衬底101中形成背腔101a以及释放牺牲层形成第一支撑层103、第二支撑层104以及第三支撑层105，如图2所示。
进一步的，在衬底101的底表面上形成第一连接部102；以及将第一防护层141与第一连接部102键合，形成如图2所示的微机电结构。
然而本发明实施例并不限于此，在一些其他实施例中，在形成背腔101a之前，可以采用涂布、光刻的方式形成第一防护层141，例如先形成覆盖衬底的底表面的第三光刻层；经第三掩模照射第三光刻层以固化部分第三光刻层；以及去除第三光刻层未被固化的部分，在衬底的底表面上保留的第三光刻层作为所述第一防护层。
图8示出了本发明实施例的mems麦克风的结构示意图。
如图8所示，该mems麦克风包括：微机电结构100、芯片结构200、基板300、外壳400。本发明施例的微机电结构100可以参照图1至图2的描述，此处不再赘述，芯片结构200例如为asic芯片，基板300例如为引线框架或pcb电路板。在本实施例中，微机电结构100与芯片结构200通过焊盘150电连接，基板300与外壳400用于形成容置腔，微机电结构100与芯片结构200位于容置腔内。
本发明实施例提供的微机电结构包括了第一背极板、第二背极板以及夹在第一背极板与第二背极板之间的振动膜，通过第一背极板、第二背极板以及振动膜构成了第一可变电容与第二可变电容，从而达到了获得电容差分输出信号的目的，并且通过设置覆盖第一背极板的第一防护层与覆盖第二背极板的第二防护层，从而阻挡了异物经过两个背极板的通孔进入背极板与振动膜的间隙中，进而改善了由于异物导致微机电结构中两个背极板与振动膜短路的问题。通过晶圆级加工形成第一防护层与第二防护层这样的防水防尘结构，成本低，效果好，适用于大量生产，同时可以正反两面加工，在保证mems麦克风具有良好的信噪比的情况下，正反两面同时防尘防水。
通过在第二背极板的表面设置第二连接部，并将第二连接部固定连接在第二背极板与第二防护层之间，该第二连接部用于支撑第二防护层，使得第二防护层不直接与第二背极板接触，从而减小第二防护层对第二背极板的影响。
通过将第一防护层、第二防护层设置为聚四氟乙烯膜或光刻胶膜，由于聚四氟乙烯和光刻胶的材料成本较低且易得，有利于在设置第一防护层、第二防护层的前提下，降低微机电结构的整体制造复杂度与成本。
通过采用光刻胶形成第二连接部，由于光刻胶的材料成本较低且易得，有利于在设置第二连接部的前提下，降低微机电结构的整体制造复杂度与成本，例如相比于将第二连接部的材料设置为氧化硅、氮化硅、多晶硅等，采用光刻胶形成第二连接部仅需要涂布和光刻步骤就可形成，不需要再进行刻蚀步骤。
在第二防护层为聚四氟乙烯膜的情况下，相比于将第二连接部的材料设置为氧化硅、氮化硅、多晶硅等，聚四氟乙烯膜更容易与光刻胶材料的第二连接部键合，从而使得第二防护层与第二连接部更加稳定的连接。
在第二防护层为光刻膜的情况下，第二防护层与光刻胶材料的第二连接部可以形成一体结构，进一步增加了第二防护层与第二连接部之间连接的稳定性。
通过将第二连接部设置在第二背极板的边缘，从而使得第二防护层尽可能的将微机电结构全面覆盖。
通过在将第二连接部设置为多个分隔的柱状结构，在去除第二防护层的下方的未被固化的第二光刻层时，可以使得刻蚀剂可以通过柱状结构之间的间隙与第二光刻层接触。
通过使第二防护层至少将位于第二背极板表面的焊盘的至少部分暴露，从而便于微机电结构通过焊盘与其他电路电连接。
通过设置第一连接部，并使得第一连接部全覆盖衬底底表面，增加了第一连接部与第一防护层的接触面积，进而增加了二者之间的稳固性。
在第一防护层为聚四氟乙烯膜的情况下，将聚四氟乙烯膜与第一连接部键合连接，相比于直接将第一防护层与衬底键合，键合第一连接部与第一防护层的难度显著降低，且键合后的稳固性能得到提升。
通过将第一防护层的材料设置为光刻胶，仅需要采用光刻的方式就可以直接在衬底上形成第一防护层，从而省去了形成第一连接部的过程。
通过将第一防护层设置为无孔结构，从而可以全面阻挡异物经第一通孔进入第一背极板与振动膜之间的间隙；通过将第二防护层设置为无孔结构，从而可以全面阻挡异物经第二通孔进入第二背极板与振动膜之间的间隙。
通过将第一防护层和/或第二防护层设置为有具有多个微孔的结构，使得声压可以通过微孔更好的到达振动膜。
通过将第一防护层和/或第二防护层的多个微孔设置为不均匀的分布的情况，在利于声压通过微孔到达振动膜的前提下，提高了阻挡异物的成功率。
通过将第一防护层和/或第二防护层的多个微孔设置为不规则形状的孔，进一步提高了阻挡异物的成功率。
通过将第一背极板与第二背极板均设置为绝缘层加导电层的双层结构，并使得导电层的位置与振动膜的可动部分对应，从而减少寄生电容。
通过将绝缘层作为支撑层，将导电层设置在绝缘层的上方，在第一背极板中，导电层更靠近振动膜，通过在振动膜的靠近导电层的表面设置隔离部，减少了第一背极板的导电层与振动膜粘接从而导致短路等问题；在第二背极板中，绝缘层更靠近振动膜，第二背极板的导电层直接通过绝缘层与振动膜实现电隔离。
通过第一支撑部、第二支撑部以及第三支撑部支撑固定了第一背极板、第二背极板以及振动膜，同时还限制了第一背极板、第二背极板以及振动膜的位置。
通过使第一支撑部、第二支撑部以及第三支撑部之一的尺寸小于衬底的尺寸，进一步增加了第一支撑部、第二支撑部以及第三支撑部在衬底上方的稳固性。
通过在振动膜上设置气孔，有利于防止振动膜形变过大而导致振动膜损坏、失效的问题。
此外，与在mems麦克风的封装级设置防护层这一方案相比，本发明实施例提供的微机电结构由于第一防护层与第二防护层分别可以通过晶圆级的加工直接一次键合到微机电结构上，从而降节省了工艺时间、降低了成本。
因此，本发明提供的mems麦克风、微机电结构及其制造方法可以大大提高产品的性能、降低成本。
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。
以上对本发明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，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，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发明的范围之内。
1.一种微机电结构，包括：
第一背极板，具有至少一个第一通孔；
第二背极板，位于所述第一背极板上，具有至少一个第二通孔；
振动膜，位于所述第一背极板与所述第二背极板之间，所述振动膜与所述第一背极板构成第一可变电容，并与所述第二背极板构成第二可变电容；
第一防护层，与所述振动膜分别位于所述第一背极板的两侧，所述第一防护层用于阻挡异物经所述第一通孔进入所述第一背极板与所述振动膜之间的间隙；
第二防护层，与所述振动膜分别位于所述第二背极板的两侧，所述第二防护层用于阻挡异物经所述第二通孔进入所述第二背极板与所述振动膜之间的间隙；以及
第二连接部，位于所述第二背极板表面并固接在所述第二防护层与所述第二背极板之间，以使所述第二防护层与所述第二背极板分隔。
2.根据权利要求1所述的微机电结构，其中，所述第二防护层包括聚四氟乙烯膜或光刻胶膜。
3.根据权利要求1所述的微机电结构，其中，所述第二连接部的材料包括光刻胶。
4.根据权利要求1所述的微机电结构，其中，所述第二连接部位于所述第二背极板的边缘。
5.根据权利要求4所述的微机电结构，其中，所述第二连接部呈多个分隔的柱体结构。
6.根据权利要求1所述的微机电结构，还包括多个焊盘，位于所述第二背极板的表面，所述第一背极板、所述第二背极板以及所述振动膜分别与对应的所述焊盘电连接，
其中，所述第二防护层在所述第二背极板上的正投影与所述每个焊盘在所述第二背极板上的正投影的至少部分不重合。
7.根据权利要求1所述的微机电结构，还包括：衬底，具有相对的顶表面和底表面以及穿过所述顶表面和所述底表面的背腔，
其中，所述第一背极板位于所述衬底的顶表面上，所述第一防护层位于所述衬底的底表面上，并覆盖所述背腔。
8.根据权利要求7所述的微机电结构，还包括：第一连接部，固定在所述衬底的底表面上，并与所述第一防护层相连，
其中，所述第一连接部的材料包括光刻胶，所述第一防护层包括聚四氟乙烯膜。
9.根据权利要求7所述的微机电结构，其中，所述第一防护层与所述衬底的底表面固定连接，
其中，所述第一防护层包括光刻胶膜。
10.根据权利要1-9任一项所述的微机电结构，其中，所述第一防护层为无孔结构或有孔结构；
所述第二防护层为无孔结构或有孔结构。
11.根据权利要求10所述的微机电结构，其中，在所述第一防护层为有孔结构的情况下，所述第一防护层具有多个第一微孔，所述多个第一微孔在所述第一防护层中呈不均匀分布或均匀分布；
在所述第二防护层为有孔结构的情况下，所述第二防护层具有多个第二微孔，所述多个第二微孔在所述第二防护层中呈不均匀分布或均匀分布。
12.根据权利要求11所述的微机电结构，其中，至少一个所述第一微孔为不规则形状孔，至少一个所述第二微孔为不规则形状孔。
13.根据权利要求1-9任一项所述的微机电结构，其中，所述第二背极板包括相连的第二绝缘层与第二导电层，所述第二导电层相对于所述第二绝缘层远离所述振动膜，所述至少一个第二通孔穿过所述第二绝缘层与所述第二导电层，
其中，所述第二导电层的面积小于所述第二绝缘层，其位置与所述振动膜的可动部分对应，所述第二连接部与所述第二绝缘层固定连接。
14.根据权利要求7所述的微机电结构，还包括：
第一支撑部，固定在所述衬底的顶表面上，所述第一背极板固定在所述第一支撑部上，所述第一支撑部用于限定所述第一背极板与所述衬底之间的距离，
第二支撑部，位于所述第一支撑部上，并固定在所述振动膜与所述第一背极板之间，所述第二支撑部用于限定所述第一背极板与所述振动膜之间的距离；以及
第三支撑部，位于所述第二支撑部上，并固定在所述振动膜与所述第二背极板之间，所述第三支撑部用于限定所述第二背极板与所述振动膜之间的距离。
15.根据权利要求14所述的微机电结构，其中，所述第一支撑部和/或所述第二支撑部和/或所述第三支撑部在所述衬底的上表面的投影面积不大于所述衬底的上表面的面积。
16.根据权利要求14所述的微机电结构，其中，所述第一背极板包括相连的第一绝缘层与第一导电层，所述第一导电层相对于所述第一绝缘层靠近所述振动膜，所述至少一个第一通孔穿过所述第一绝缘层与所述第一导电层，
所述微机电结构还包括多个间隔部，位于所述振动膜靠近所述第一背极板的表面，以防止所述振动膜与所述第一导电层粘连。
17.根据权利要求16所述的微机电结构，其中，所述第一导电层的面积小于所述第一绝缘层，其位置与所述振动膜的可动部分对应，所述第二支撑部围绕所述第一导电层并与所述第一绝缘层固定连接。
18.一种mems麦克风，包括如权利要求1至17任一项所述的微机电结构。
19.一种微机电结构的制造方法，包括：
形成第一背极板，所述第一背极板具有至少一个第一通孔；
在所述第一背极板上形成第二背极板，所述第二背极板具有至少一个第二通孔；
在所述第一背极板与所述第二背极板之间形成振动膜，所述振动膜与所述第一背极板构成第一可变电容，并与所述第二背极板构成第二可变电容；
形成第一防护层，所述第一防护层与所述振动膜分别位于所述第一背极板的两侧，所述第一防护层用于阻挡异物经所述第一通孔进入所述第一背极板与所述振动膜之间的间隙；
形成第二防护层，所述第二防护层与所述振动膜分别位于所述第二背极板的两侧，所述第二防护层用于阻挡异物经所述第二通孔进入所述第二背极板与所述振动膜之间的间隙；以及
在所述第二背极板表面形成第二连接部，所述第二连接部固接在所述第二防护层与所述第二背极板之间，以使所述第二防护层与所述第二背极板分隔。
20.根据权利要求19所述的制造方法，其中，所述第二连接部的材料包括光刻胶。
21.根据权利要求20所述的制造方法，在所述第二背极板表面形成第二连接部的步骤包括：
形成覆盖所述第二背极板的第一光刻层；
经第一掩膜版照射所述第一光刻层以固化部分所述第一光刻层；以及
去除所述第一光刻层未被固化的部分，在所述第二背极板表面保留的所述第一光刻层作为所述第二连接部。
22.根据权利要求21所述的制造方法，其中，形成第二防护层的步骤包括：
形成覆盖所述第二背极板与所述二连接部的第二光刻层；
经第二掩模照射所述第二光刻层以固化部分所述第二光刻层；以及
去除所述第二光刻层未被固化的部分，在所述第二连接部上保留的所述第二光刻层作为所述第二防护层。
23.根据权利要求22所述的制造方法，其中，所述第二连接部呈多个分隔的柱体结构，
经第二掩模照射所述第二光刻层以固化部分所述第二光刻层以固化部分所述第二光刻层的步骤包括：固化位于所述第二连接部上的所述第二光刻层，
在去除所述第二光刻层未被固化的部分的步骤包括：采用刻蚀剂去除所述第二光刻层未被固化的部分，所述刻蚀剂经所述柱体结构之间的空隙与所述第二防护层下方的所述第二光刻层接触。
24.根据权利要求21所述的制造方法，其中，所述第二防护层包括聚四氟乙烯膜，形成第二防护层的步骤包括将所述聚四氟乙烯膜与所述第二连接部键合。
25.根据权利要求20所述的制造方法，还包括在具有相对的顶表面和底表面的衬底中形成背腔，所述背腔穿过所述顶表面和所述底表面，
其中，所述第一背极板位于所述衬底的顶表面上，所述第一防护层位于所述衬底的底表面上，并覆盖所述背腔。
26.根据权利要求25所述的制造方法，还包括在所述衬底的底表面上形成第一连接部，所述第一连接部的材料包括光刻胶，
所述第一防护层包括聚四氟乙烯膜，形成第一防护层的步骤包括将所述聚四氟乙烯膜与所述第一连接部键合。
27.根据权利要求25所述的制造方法，其中，在所述衬底中形成所述背腔之前，形成第一防护层的步骤包括：
形成覆盖所述衬底的底表面的第三光刻层；
经第三掩模照射所述第三光刻层以固化部分所述第三光刻层；以及
去除所述第三光刻层未被固化的部分，在所述衬底的底表面上保留的所述第三光刻层作为所述第一防护层。
技术总结