[發(fā)明專利]具有微機械麥克風結(jié)構(gòu)的構(gòu)件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310233592.7
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103369442B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設計）人: J·策爾林;C·謝林
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 郭毅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有微機械麥克風結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，所述微機械麥克風結(jié)構(gòu)在半導體襯底上以層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。麥克風結(jié)構(gòu)包括膜片結(jié)構(gòu)，所述膜片結(jié)構(gòu)具有聲學有效膜片，所述聲學有效膜片至少部分地覆蓋襯底背側(cè)中的聲開口。膜片設有麥克風電容器的可運動的電極。此外，在膜片結(jié)構(gòu)中構(gòu)造有開口，通過所述開口實現(xiàn)膜片前側(cè)與膜片背側(cè)之間的壓力平衡。此外，麥克風結(jié)構(gòu)包括具有通風開口的、固定的、聲學穿透的對應元件，其位于膜片上方的層結(jié)構(gòu)中并且充當用于麥克風電容器的不可運動的電極的載體。

背景技術(shù)

通過襯底中的聲開口和/或通過對應元件中的通孔實現(xiàn)膜片的聲加載。由此導致的膜片偏轉(zhuǎn)檢測為麥克風電容器的電容波動。

但膜片結(jié)構(gòu)不僅對聲壓而且對環(huán)境壓力的波動以及對例如有風時由氣流決定的壓力波動作出反應。這類對麥克風信號的干擾影響可以通過膜片的兩側(cè)之間的緩慢壓力平衡來降低。所述壓力平衡通過對應元件中的通風開口與聲開口之間的流動路徑進行。這種壓力平衡進行得多快基本上取決于流動路徑的流動阻力。流動阻力越小，則膜片前側(cè)與膜片背側(cè)之間的壓力平衡完成得越快并且大氣壓力波動和氣流對麥克風信號的影響越小。但是低頻聲學信號的麥克風靈敏度也降低。此外，由熱噪聲決定的對膜片的壓力增大。

因此，應根據(jù)麥克風構(gòu)件的所追求的頻率范圍調(diào)節(jié)膜片前側(cè)與膜片背側(cè)之間的壓力平衡時的流動阻力。

在US6,535,460B2中描述了一種開頭所述類型的麥克風構(gòu)件。所述麥克風構(gòu)件的結(jié)構(gòu)包括襯底，所述襯底具有通孔，所述通孔充當聲開口并且由膜片覆蓋。經(jīng)打孔的對應元件設置在膜片上方并且與膜片間隔開，所述對應元件在聲開口的邊緣區(qū)域中與襯底連接。襯底和對應元件共同形成麥克風電容器，其中膜片充當可運動的電極，而固定的對應元件設有剛性的對應電極。

在已知的麥克風構(gòu)件中，在聲開口的邊緣區(qū)域上方、在固定的對應元件的面向膜片的聲開口的底側(cè)上構(gòu)造用于膜片的環(huán)形支撐結(jié)構(gòu)，其用于聲密封。為此，靜電地朝著支撐結(jié)構(gòu)拖拉膜片。盡管對應元件中的離支撐結(jié)構(gòu)最近的穿孔也有助于膜片前側(cè)與膜片背側(cè)之間的壓力平衡，但壓力平衡在此首先通過對應元件中與膜片結(jié)構(gòu)中的開口實現(xiàn)，所述開口設置在由支撐結(jié)構(gòu)包圍的區(qū)域以外并且與對應元件、膜片結(jié)構(gòu)和襯底之間的氣隙共同形成至聲開口的流動路徑。在此，流動阻力一方面與壓力平衡開口和聲密封之間的距離相關(guān)并且另一方面與對應元件、膜片結(jié)構(gòu)和襯底之間的間隙的寬度相關(guān)。由制造決定地，對于間隙寬度經(jīng)常出現(xiàn)一個數(shù)量級上的公差，其靈敏地影響流動阻力。

發(fā)明內(nèi)容

借助本發(fā)明提出用于實現(xiàn)MEMS麥克風構(gòu)件的膜片前側(cè)與膜片背側(cè)之間的緩慢壓力平衡的措施，借助半導體結(jié)構(gòu)化的標準方法可以在很大程度上與構(gòu)件的芯片面積無關(guān)地實現(xiàn)所述措施。所述措施能夠?qū)崿F(xiàn)具有改善的信噪比(SNR)的麥克風構(gòu)件的成本有利的實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明，麥克風構(gòu)件的膜片為此配備有至少一個從膜片平面凸出的脊狀(gratartig)的結(jié)構(gòu)元件。所述脊狀的結(jié)構(gòu)元件設置在膜片的外部邊緣區(qū)域中并且在由聲決定的膜片偏轉(zhuǎn)的情況下也伸到與相應的膜片表面鄰接的氣隙的那一邊的層中的相應凹槽中，而不妨礙由聲決定的膜片偏轉(zhuǎn)。

因此，根據(jù)本發(fā)明的麥克風構(gòu)件的膜片結(jié)構(gòu)通過至少一個脊狀的結(jié)構(gòu)元件與層結(jié)構(gòu)的至少一個鄰接的、固定的層嚙合。因為通過這種方式防止膜片前側(cè)與膜片背側(cè)之間的直接壓力平衡，所以脊狀的結(jié)構(gòu)元件形成聲密封。為了通過對應元件中和膜片結(jié)構(gòu)中的開口實現(xiàn)緩慢壓力平衡，必須環(huán)流至少一個脊狀的結(jié)構(gòu)元件。因此，可以簡單地通過脊狀的結(jié)構(gòu)元件的大小、形狀、布置和數(shù)量改變流動路徑的長度。在此，芯片面積保持不變，因為使流動路徑延長到層結(jié)構(gòu)的深度中而不使流動路徑橫向延長。通過這種方式可以與芯片面積無關(guān)地——在相對較大的范圍內(nèi)有針對性地影響流動阻力，以便實現(xiàn)確定的麥克風特性。

原則上存在根據(jù)本發(fā)明的麥克風構(gòu)件的不同實現(xiàn)可能性，這尤其涉及脊狀的結(jié)構(gòu)元件的形狀、伸展、數(shù)量和取向。

可以簡單地以突起的形式實現(xiàn)與本發(fā)明相應的脊狀的結(jié)構(gòu)元件，所述突起基本上垂直地從膜片表面突出并且具有基本上二維的伸展。借此意指，突起的寬度與其長度——即在膜片表面上的延伸(Verlauf)以及與其高度——即垂直于膜片平面的伸展相比非常小。突起的橫截面形狀基本上由制造方法或者結(jié)構(gòu)化過程確定。這種脊狀的結(jié)構(gòu)元件例如在其整個高度上可以是均勻的。然而，關(guān)于在盡可能無阻礙的膜片運動時的良好嚙合，當脊狀的結(jié)構(gòu)元件隨著與膜片平面的距離增大而逐漸變細時，至少從一定結(jié)構(gòu)高度起證明是有利的。