[發明專利]MEMS換能器、電子設備和集成電路

有效

• 申請號: 201780055026.8
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN109691133B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: E·J·博伊德
• 申請（專利權）人: 思睿邏輯國際半導體有限公司
• 主分類號: H04R7/18
• 分類號: H04R7/18;H04R19/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 關麗麗;鄭建暉

本申請描述了MEMS換能器，包括：一個柔性膜層，所述柔性膜層沿著至少一個支撐邊緣以相對于基底固定的關系被支撐，其中穿過所述膜層設置多個縫。所述縫限定多個梁。每個梁限定一個路徑，所述路徑位于所述梁的第一端點和第二端點之間，所述路徑包括至少一個方向改變。還描述了換能器，其中所述膜層沿著多個支撐邊緣以相對于基底固定的關系被支撐，所述多個支撐邊緣限定一個大體上由所述支撐邊緣定界的膜區域。

技術領域

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或揚聲器。

背景技術

各種MEMS設備正變得越來越受歡迎。MEMS換能器(包括 MEMS電容式傳感器(諸如，麥克風)和電容式輸出換能器(諸如，揚聲器))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制造方法所形成的換能器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，例如，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所生成的壓力差而自由移動。第一電極102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103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所示出的實施例中，第二電極103被嵌入在背板結構104中。

在使用中，響應于對應于入射在麥克風上的壓力波的聲波，該膜從其平衡位置略微變形。下部電極103和上部電極102之間的距離對應地更改，引起這兩個電極之間的電容的改變，該改變隨后由電子電路系統 (未示出)檢測。

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所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連接到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102和第二電極103之間的是第二腔110。

可以在制造過程期間使用第一犧牲層來形成第一腔109，即，使用一種材料來限定隨后可以被去除的第一腔，且將膜層101沉積在第一犧牲材料上方。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。相反，由第一腔109的直徑(其進而由第一犧牲層的直徑來限定)結合第二腔110的直徑(其進而可以由第二犧牲層的直徑來限定)來限定膜的直徑。相較于使用濕蝕刻或干蝕刻所執行的背部蝕刻過程所形成的第一腔109的直徑，可以更精確地控制使用第一犧牲層所形成的第一腔109的直徑。因此，蝕刻基底腔108將在膜101下面的基底的表面中限定一個開口。

用來限定第一腔和第二腔的犧牲材料被設定尺度，以便在膜層101 和基底105之間以及也在膜層101和背板104之間提供期望的平衡分離，以便在使用中提供良好的靈敏度和動態范圍。在正常操作中，膜可以在由第一腔和第二腔限定的容積內變形而不接觸背板和/或基底105。

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。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，這減小例如由溫度變化等引起的低頻壓力變化的影響，但不會顯著影響在期望的聲學頻率下的靈敏度。