[發(fā)明專利]用于微機電的測量變換器的膜片裝置和用于制造膜片裝置的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380019462.1
• 申請日: 2013-03-05
• 公開（公告）號: CN104203806B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.達利;R.舍本;C.舍林
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張曄,胡斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于微機電的測量變換器的膜片裝置和一種用于制造微機電的測量變換器用的、尤其是微機電的壓力傳感器、麥克風和揚聲器用的膜片裝置的方法。

背景技術(shù)

微型化的壓力傳感器和聲學的信號變換器、比如麥克風或者揚聲器用于不同的應(yīng)用方案，比如用于便攜式電信設(shè)備中的聲學的構(gòu)件。所述傳感器和執(zhí)行器在此可以由微機電的結(jié)構(gòu)（MEMS“micro-electromechanical systems（微機電系統(tǒng)）”）來制造。

這樣的傳感器和信號變換器可以基于電容的作用原理，也就是說，向兩個以預(yù)先確定的幾何形狀相對于彼此布置的膜片元件加載電壓。通過所述電壓的變化來誘發(fā)所述膜片的、相對于彼此的運動。作為替代方案，從外部誘發(fā)的膜片運動可以引起所述電容的以及由此所加載的電壓的、能夠檢測的變化。

文獻DE 102 47 847 A1比如公開了一種用于制造用于MEMS結(jié)構(gòu)元件的膜片的方法，所述MEMS結(jié)構(gòu)元件具有處于基片上的反電極。文獻DE 10 2006 055 147 B4公開了一種用于制造聲變換器結(jié)構(gòu)的方法，該聲變換器結(jié)構(gòu)在處于基片上的反電極上方具有能振動的膜片。文獻EP 2 071 871 A1公開了一種用于MEMS構(gòu)件的膜片，所述MEMS構(gòu)件具有用于降低在所述膜片中的機械應(yīng)力的、起皺的邊緣區(qū)域。

在此存在著對尤其是用于微機電的聲學的信號變換器的膜片裝置的需求，用所述膜片裝置可以改進信號接收的敏感性并且可以相應(yīng)地降低結(jié)構(gòu)空間需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明按照一個方面提供一種微機電的膜片裝置，所述微機電的膜片裝置具有：基片，所述基片在表面上具有多個空隙；能夠?qū)щ姷牡谝浑姌O層，所述第一電極層布置在所述基片的表面上并且所述第一電極層具有多個與所述空隙相一致的第一凹部；以及能夠沿著與所述基片的有效的表面垂直的方向偏移的并且能夠?qū)щ姷哪て瑢樱瞿て瑢硬贾迷谒龅谝浑姌O層的上方并且以第一間距值與所述第一電極層隔開。

本發(fā)明按照另一個方面提供一種微機電的結(jié)構(gòu)元件，所述微機電的結(jié)構(gòu)元件具有按本發(fā)明的微機電的膜片裝置。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述微機電的結(jié)構(gòu)元件可以包括壓力傳感器、麥克風或者揚聲器。

按照另一個方面，本發(fā)明提供一種用于制造微機電的膜片裝置、尤其是用于微機電的結(jié)構(gòu)元件的膜片裝置的方法，所述方法具有以下方法步驟：將空隙掏制到半導體基片的表面中；在所述基片的表面上構(gòu)造能夠?qū)щ姷牡谝浑姌O層，所述第一電極層具有多個與所述空隙相一致的第一凹部；在所述能夠?qū)щ姷牡谝浑姌O層上構(gòu)造氧化層；使能夠?qū)щ姷哪て瑢映练e在所述氧化層上；在所述基片以及所述能夠?qū)щ姷牡谝浑姌O層中構(gòu)造第一通孔；并且通過所述第一通孔對所述氧化層進行蝕刻，以釋放所述能夠?qū)щ姷哪て瑢樱瑥亩沟盟瞿て瑢幽軌蛳鄬τ谒龅谝浑姌O層偏移并且以第一間距值與所述第一電極層隔開。

本發(fā)明的構(gòu)思是，設(shè)計建立在電容的作用原理的基礎(chǔ)上的、具有凹部或者預(yù)先確定的波紋的、微機電的膜片裝置的至少一個膜片，從而產(chǎn)生所述膜片裝置的、電容的、垂直的區(qū)域，所述膜片裝置的膜片區(qū)段在所述膜片進行垂直的運動時被相對于彼此側(cè)向地移動。由此垂直的膜片運動引起所述垂直的區(qū)域的、線性地隨著所述膜片偏移進行的電容變化。

這種膜片裝置的顯著的優(yōu)點在于，即使在出現(xiàn)較小的垂直的膜片偏移時也引起較大的電容變化，或者在由于所述膜片之間的較小的電壓變化而出現(xiàn)細微的電容變化時產(chǎn)生較高的膜片偏移。總之，對于這樣的膜片裝置來說，在出現(xiàn)較小的測量值變化時產(chǎn)生大得多的信號擺幅，也就是說產(chǎn)生所述膜片裝置的更大的敏感性。

這樣的、具有較高的敏感性的膜片裝置可以以相應(yīng)較低的尺寸來構(gòu)造，因為提高了有效地起作用的、電容的表面。由此以有利的方式產(chǎn)生更小的結(jié)構(gòu)空間需求和更為成本低廉的結(jié)構(gòu)。

在將這樣的膜片裝置用在執(zhí)行器中時，可以以更小的電壓獲得更高的、用于所述膜片的加速度值。對于傳感器來說，出于同樣的原因可以獲得更大的信號擺幅。

所述按本發(fā)明的膜片裝置的另一積極的效果是得到改進的機械穩(wěn)定性和剛性，通過對于所述凹部及波紋的幾何形狀的選擇可以調(diào)節(jié)所述機械穩(wěn)定性及剛性。

按照根據(jù)本發(fā)明的膜片裝置的一種實施方式，所述膜片層可以具有多個構(gòu)造在所述第一凹部上方的第二凹部。由此可以建立所述電極層的、隨著膜片層的垂直的運動而線性地變化的、與所述膜片層的搭接區(qū)域。