[發明專利]MEMS換能器

有效

• 申請號: 201680007276.X
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN107211222B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: S·L·卡吉爾;C·R·詹金斯;E·J·博伊德;R·I·拉明
• 申請（專利權）人: 思睿邏輯國際半導體有限公司
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 鄭建暉;關麗麗

本申請描述了具有柔性膜的MEMS換能器，并且尋求減輕和/或重分布膜層內的應力。描述了具有第一/活性區域和第二/非活性區域的膜。

本發明涉及微機電系統(MEMS)設備和方法，具體地，涉及與換能器有關的MEMS設備和方法，所述換能器例如是電容式麥克風。

多種MEMS設備正變得越來越受歡迎。MEMS換能器，尤其是MEMS電容式麥克風，越來越多地用在便攜式電子設備(諸如移動電話和便攜式計算設備)中。

使用MEMS制造方法形成的麥克風設備通常包括一個或多個膜，其中用于讀出/驅動的電極被沉積在所述膜和/或基底上。在MEMS壓力傳感器和麥克風的情況下，通常通過測量所述電極之間的電容來實現讀出。在輸出換能器的情況下，通過靜電力來移動所述膜，所述靜電力是通過使跨所述電極施加的電位差變化生成的。

圖1a和圖1b分別示出了已知的電容式MEMS麥克風設備100的示意圖和立體視圖。電容式麥克風設備100包括一個膜層101，該膜層101形成一個柔性膜，該柔性膜響應于由聲波所生成的壓力差而自由移動。第一電極103機械地聯接至該柔性膜，且它們一起形成電容式麥克風設備的第一電容板。第二電極102機械地聯接至大體剛性的結構層或背板(back-plate)104，它們一起形成電容式麥克風設備的第二電容板。在圖1a示出的實施例中，第二電極102被嵌入在背板結構104中。

該電容式麥克風被形成在基底105上，該基底105例如是硅晶片，該硅晶片可以具有在其上形成的上部氧化物層106和下部氧化物層107。該基底中以及任何覆蓋層中的腔108(在下文中稱為基底腔)被設置在膜下方，且可以使用“背部蝕刻(back-etch)”穿過基底105來形成。基底腔108連接至定位在膜正下方的第一腔109。這些腔108和109可以共同提供聲學容積，從而允許膜響應于聲學激勵而移動。置于第一電極103和第二電極102之間的是第二腔110。

多個孔(在下文中稱為排出孔(bleed hole)111)連接第一腔109和第二腔110。

又一些多個孔(在下文中稱為聲學孔112)被布置在背板104中，以便允許空氣分子自由移動穿過該背板，使得第二腔110與該背板的另一側上的空間一起形成聲學容積的一部分。膜101因此被支撐在兩個容積之間，一個容積包括腔109和基底腔108，另一個容積包括腔110和該背板上方的任何空間。這些容積被定尺寸使得該膜可以響應于經由這些容積中的一個進入的聲波而移動。通常，入射聲波到達該膜所穿過的容積稱為“前容積(frontvolume)”，而另一個容積稱為“后容積(back volume)”，所述另一個容積可以是基本上密封的。

在一些應用中，該背板可以被布置在前容積中，以使得入射聲音經由背板104中的聲學孔112到達該膜。在這樣的情況下，基底腔108可以被定尺寸為提供至少一個合適的后容積的相當大一部分。

在其他應用中，該麥克風可以被布置為使得，在使用時可以經由基底腔108接收聲音，即該基底腔形成一個到膜的聲學通道的一部分和前容積的一部分。在這樣的應用中，背板104形成通常由某個其他結構(諸如合適的封裝件)封閉的后容積的一部分。

還應注意，雖然圖1示出背板104被支撐在膜的、與基底105相對的側上，但是如下這樣的布置是已知的，其中背板104被形成為距基底最近，其中膜層101被支撐在背板104上方。

在使用時，響應于與入射在麥克風上的壓力波對應的聲波，該膜從其平衡位置略微變形。下部電極103和上部電極102之間的距離被對應地更改，從而引起這兩個電極之間的電容的改變，所述電容的改變隨后通過電子電路系統(未示出)檢測。排出孔允許第一腔和第二腔中的壓力在相對長的時段(就聲學頻率而言)內平衡，這減小了例如由溫度變化等引起的低頻壓力變化的影響，但不會在期望的聲學頻率下影響靈敏度。