[發(fā)明專利]MEMS換能器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680007986.2
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN107211223B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 思睿邏輯國際半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00;H04R19/04
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 鄭建暉;關(guān)麗麗

本申請描述了具有柔性膜的MEMS換能器，其尋求減輕和/或重分布膜層內(nèi)的應(yīng)力。描述了具有第一/活性區(qū)域和第二/非活性區(qū)域的膜。

本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備和方法，具體地，涉及與換能器有關(guān)的MEMS設(shè)備和方法，所述換能器例如是電容式麥克風(fēng)。

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

使用MEMS制造方法形成的麥克風(fēng)設(shè)備通常包括一個或多個膜，其中用于讀出/驅(qū)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(fēng)的情況下，通常通過測量所述電極之間的電容來實(shí)現(xiàn)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分別示出已知的電容式MEMS麥克風(fēng)設(shè)備100的示意圖和立體視圖。電容式麥克風(fēng)設(shè)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(yīng)于由聲波生成的壓力差而自由移動。第一電極103機(jī)械地聯(lián)接至所述柔性膜，且它們一起形成電容式麥克風(fēng)設(shè)備的第一電容板。第二電極102機(jī)械地聯(lián)接至大體剛性的結(jié)構(gòu)層或背板(back-plate)104，它們一起形成電容式麥克風(fēng)設(shè)備的第二電容板。在圖1a示出的實(shí)施例中，第二電極102被嵌入在背板結(jié)構(gòu)104中。

該電容式麥克風(fēng)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。該基底中和任何覆蓋層中的腔108(在下文中稱為基底腔)被設(shè)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(xué)容積，因此允許膜響應(yīng)于聲學(xué)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(xué)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(cè)上的空間一起形成聲學(xué)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(yīng)于經(jīng)由這些容積中的一個進(jìn)入的聲波而移動。通常，入射聲波到達(dá)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大體上密封的。

在一些應(yīng)用中，該背板可以被布置在前容積中，以使得入射聲音經(jīng)由背板104中的聲學(xué)孔112到達(dá)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(dāng)大一部分。

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

還應(yīng)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(cè)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(yīng)于與入射在麥克風(fēng)上的壓力波對應(yīng)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(yīng)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(tǒng)(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(xué)頻率而言)內(nèi)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(xué)頻率下影響靈敏度。