[發明專利]具有梳齒式電極的MEMS聲換能器及對應的制造方法

有效

• 申請號: 201611227014.2
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN107404697B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: M·佩爾勒蒂;I·瓦里斯科;L·拉瑪格納;S·阿多爾諾;G·加特瑞;C·瓦爾扎希納;S·康蒂
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00;H04R31/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;楊立

一種MEMS聲換能器，其設置有：半導體材料的襯底，具有背表面和相對于垂直方向相反的前表面；形成在襯底內的第一腔，其從背表面延伸到前表面；膜，其布置在上表面處，懸置在第一腔的上方并沿著其周界錨定到襯底；以及梳齒狀電極布置，其包括耦接到膜的多個可移動電極以及耦接到襯底并面向相應的可移動電極以形成感測電容器的多個固定電極，其中作為入射聲波壓力波的結果的膜的變形引起感測電容器的電容變化。特別地，梳齒狀電極布置相對于膜垂直地放置并且平行于膜延伸。

技術領域

本公開涉及一種具有梳齒式電極的MEMS(微機電系統)聲換能器。本公開還涉及一種用于制造該MEMS聲換能器的方法。

背景技術

MEMS聲換能器是已知的，包括：微機械結構，其至少部分地由半導體材料制成，并且被設計成將待檢測的聲壓波轉換為電量(例如，電容變化)；以及電子讀取電路，所謂的ASIC(專用集成電路)，被設計成執行用于提供電輸出信號(模擬或數字)的所述電量的適當處理(例如，放大和濾波)操作。

MEMS聲換能器例如廣泛地用于諸如便攜式計算機、平板電腦或智能電話之類的便攜類型的電子設備，或者諸如手表或電子手鐲之類的可穿戴類型的電子設備，其在空間占用和能量消耗方面提供重要的優點。此外，MEMS聲換能器在其整個工作壽命期間并且相對于溫度變化是穩定的，并且與表面安裝器件(SMD)技術完全兼容。

電容類型的MEMS聲換能器的微機械感測結構通常包括移動膜，該移動膜根據入射壓力波而發生變形，并且面向固定參考板即所謂的“背板”而被布置。膜和參考板提供感測電容器的板，并且膜的彎曲導致該感測電容器的電容的變化。在操作期間，總電荷保持恒定(經由適當的偏置)，并且通過合適的處理電子器件將電容變化轉換為電信號(例如，電壓信號)，其作為MEMS聲傳感器的輸出信號而被提供。

已知類型的MEMS聲換能器例如在以本申請人的名義提交的美國專利公開號2010/0158279A1(其通過引用并入本文)中描述。

圖1通過示例示出了聲換能器的微機械感測結構的一部分，整體由1表示。

微機械感測結構1包括半導體材料的襯底2和可移動膜(或膜片)3。膜3例如由導電材料制成并面向固定電極或板4，其至少與膜3相比是剛性的，該膜3反而是柔性的并且根據入射聲壓波而發生變形。

膜3通過由相同膜3的突出部形成的膜錨定部5錨定到襯底2，該膜錨定部5從其周邊區域朝向襯底2延伸。

例如，膜3在俯視圖中(即在主要水平延伸平面中)具有大致正方形形狀，并且數目為四個的膜錨定件5布置在正方形的頂點處。

膜錨定件5執行將膜3懸置在襯底2上方與其隔開一定距離的功能。該距離的值由低頻響應的線性度與聲換能器的噪聲之間的折衷所致。

為了允許減輕膜3中例如從制造過程中獲得的殘余(拉伸和/或壓縮)應力，穿過膜3形成通孔3'，特別是在每個膜錨定件5附近，以便“均衡”存在于同一膜3的表面上的靜壓力(通常，穿過膜3形成至少一個通孔3')。

背板4由導電材料制成并面對膜3的第一板層4a和絕緣材料的第二板層4b形成。

第一板層4a與膜3一起形成微機械感測結構1的感測電容器。

特別地，第二板層4b覆蓋在第一板層4a上，除了其延伸穿過第一板層4a以形成背板4的突起部6的部分之外，該突起部6朝向下面的膜3延伸并且具有防止膜3粘附到背板4上以及限制同一膜3的振動的功能。

例如，膜3的厚度可以在0.1至1.5μm的范圍內，第一板層4a的厚度可以在0.1至2μm的范圍內，并且第二板層4b的厚度可以在0.7至4μm的范圍內。