[發明專利]MEMS設備

有效

• 申請號: 201710882261.4
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107872760B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: A·S·亨金;T·H·胡克斯特拉
• 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;H04R19/04;H04R31/00
• 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;陳璐

本申請描述了一種MEMS換能器，包括：一個基底；一個初級膜，所述初級膜以相對于所述基底固定的關系被支撐；一個次級膜，所述次級膜被設置在一個覆蓋所述初級膜的平面中。所述次級膜通過一個基本剛性的聯接結構機械地聯接到所述初級膜。一個剛性的支撐板可以置于所述初級膜和所述次級膜之間。

本公開內容涉及微機電系統(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，通常通過測量一對電極之間的電容來實現讀出，該電容將隨著所述電極之間的距離響應于入射在膜表面上的聲波的改變而變化。

圖1a和圖1b分別示出已知的電容式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生成的壓力差而自由移動。第一電極102機械地聯接至所述柔性膜，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103機械地聯接至基本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103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。該基底中和任何覆蓋層中的腔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，因此允許膜響應于聲學激勵而移動。置于第一電極 102和第二電極103之間的是第二腔110。

可以在制造方法期間使用第一犧牲層(即，使用一種隨后可以被移除的材料來限定第一腔)且將膜層101沉積在第一犧牲材料之方來形成第一腔109。使用犧牲層來形成第一腔109意味著，對基底腔108的蝕刻對于限定膜的直徑不起任何作用。替代地，膜的直徑由第一腔109的直徑(這轉而由第一犧牲層的直徑來限定)結合第二腔110的直徑(這轉而可以由第二犧牲層的直徑來限定)來限定。相比于使用濕蝕刻或干蝕刻執行的背部蝕刻方法所形成的第一腔109的直徑，使用第一犧牲層所形成的第一腔109的直徑可以受到更加精確地控制。因此，對基底腔 108的蝕刻將限定膜101下面的基底的表面中的開口。

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。

如所提及的，可以通過將至少一個膜層101沉積在第一犧牲材料之上來形成所述膜。以此方式，(一個或多個)膜的材料可以延伸到支撐所述膜的支撐結構(即，側壁)中。膜和背板層可以由彼此基本上相同的材料形成，例如膜和背板均可以通過沉積氮化硅層來形成。膜層可以被定尺寸為具有所需的柔性，然而背板可以被沉積為一種更厚且因此更剛性的結構。另外，在形成背板104時可以使用多種其他材料層，以控制背板104的性質。使用氮化硅材料體系在許多方面是有利的，盡管可以使用其他材料，例如使用多晶硅膜的MEMS換能器是已知的。

在一些應用中，麥克風可以在使用中被布置為使得經由背板接收入射聲。在這樣的情況下，另外的多個孔(在下文中稱為聲學孔112)被布置在背板104中，以便允許空氣分子的自由移動，使得聲波可以進入第二腔110。與基底腔108相關聯的第一腔109和第二腔110允許膜101 響應于經由背板104中的聲學孔112進入的聲波而移動。在這樣的情況下，基底腔108常規地稱作“后容積(back volume)”，且它可以基本上被密封。

在另一些應用中，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。在這樣的應用中，背板104通常仍設置有多個孔，以允許空氣在第二腔和背板上方的另一容積之間自由移動。