[發明專利]MEMS傳感器器件和相關MEMS傳感器器件的晶片級組件

有效

• 申請號: 201410181932.0
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN104140071B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: S·康蒂;M·佩爾勒蒂;R·卡米納蒂;L·巴爾多;A·莫塞利
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及一種MEMS傳感器器件的晶片級組件；特別是，下面的描述將參考包括聲轉換器的MEMS傳感器器件的組件，而不因此這意味著在一般性的任何損失。

背景技術

傳感器器件是已知的，包括至少部分地由半導體材料并且使用MEMS(微機電系統)技術制造的微機械結構。這些傳感器器件用于諸如舉例而言，便攜式電腦、筆記本電腦或超級本、PDA、平板電腦、移動電話、智能電話、數字音頻播放器、照相相機或攝像機，以及電腦游戲的主機的便攜式電子設備，使得能夠獲得關于在面積和厚度方面的大小占用的重要優點。

MEMS傳感器器件通常包括：微機械檢測結構，設計為將要檢測的機械量(例如，聲波、壓力等)轉換成電氣量(例如，電容變化)；和電子讀出電路，通常提供作為ASIC(特定用途集成電路)，被設計來執行電氣量的適當的處理運算(其中，放大和濾波運算)，以便提供電輸出信號，無論該輸出信號是模擬(例如，電壓)或是數字(例如PDM-脈沖密度調制-信號)。該電信號，可能由電子接口電路進一步處理，然后使得其對于外部電子系統可用的，例如，結合了傳感器器件的電子設備的微處理器控制電路。

電容式的MEMS聲學轉換器的微機械檢測結構，通常包括移動電極，提供作為隔板或膜，面向基本固定的電極。移動電極通常通過它們的周圍部分被固定到襯底，而其中心部分可響應聲壓波入射在其表面上而自由移動或彎曲。移動電極和固定電極提供檢測電容器的板，以及構成移動電極的膜的彎曲導致該檢測電容器的電容的變化。在操作期間，電容變化由合適的處理電子器件轉換成電信號，其被作為MEMS聲學轉換器的輸出信號。

一個已知類型的MEMS聲學轉換器，例如，在以本申請人的名字遞交的專利申請號為US2010/0158279A1(本文將其作為參考)中進行了詳細描述。

聲轉換器的微機械檢測結構的一部分以示例的方式被示出在圖1中，被指定為1并作為一個整體。

微機械檢測結構1包括由半導體材料制成的襯底2，以及移動膜(或隔膜)3。膜3是由導電材料制成的并面向固定電極或剛性板4，通常被稱為“背面板”，其是剛性的，至少如果與膜3相比較其是剛性的，該膜即，相反地，柔性的并發生以入射聲壓波作為函數的變形。

膜3通過由膜3的突起形成的膜固定部5被固定到襯底2，該膜3的突起從相同的膜3的周邊區域向著襯底2延伸。

例如，膜3在平面視圖即在主延伸的水平平面上具有大致正方形的形狀，并且膜固定部5(其數目上為4個)被設置在正方形的頂點上。

膜固定部5將膜3以從膜3的一定距離的位置懸在襯底2上；該距離的值是響應在低頻率的線性度和聲學轉換器的噪聲之間的折衷的結果。

為了使得在膜3中的殘余(拉伸和/或壓縮)應力(例如，從制造過程中產生的應力)能夠釋放，通過開口3′可以通過膜3，特別是每個膜固定部5的的接近而形成，以便于“均衡”存在于同一膜3的表面上的靜態壓力。

剛性板4是由以導電材料制成并設置面向薄膜3的第一板層4a以及以絕緣材料制成的第二板層4b形成的。

第一板層4a與膜3一起形成微機械檢測結構1的檢測電容器。

特別是，第二板層4b覆蓋第一板層4a，除了在它延伸穿過第一板層4a以便形成剛性板4的突起部6的部分，該突起部6向底層膜3延伸并具有防止膜3粘附到剛性板4的功能，以及限制了相同的膜3的振蕩。

例如，膜3的厚度被包括在0.3-1.5μm的范圍，例如它等于0.7μm，第一板層4a的厚度被包括在0.5-2μm的范圍，例如它等于0.9μm，并且第二板層4b的厚度被包括在0.7-2μm的范圍，并且，例如，它等于1.2μm。

此外，剛性板4具有多個孔7，其延伸通過第一和第二板層4a、4b，例如具有圓形的橫截面，并且允許在制造步驟期間移去下面的犧牲層。例如，孔7是被布置以便形成在一個水平面上的晶格，平行于襯底。此外，在使用中，孔7使得在剛性板4與膜3之間的空氣能夠自由流通，在效果中呈現出剛性板4是聲學透明的。孔7因此提供聲學端口，以使得聲壓波能夠到達和變形膜3。

剛性板4通過板固定部8被固定到襯底2，該板固定部8被連接到相同的剛性板4的外圍區域。

特別地，板固定部8由與第一板層4a相同的導電材料制成的垂直柱(即，柱正交于水平面和襯底2的方向上延伸)形成，并因此形成具有剛性板4的單件；換言之，第一板層4a具有延伸到遠至襯底2的延長部，定義了剛性板4的固定部。