[發明專利]MEMS換能器及包括MEMS換能器的電容式麥克風

有效

• 申請號: 201910631047.0
• 申請日: 2013-09-19
• 公開（公告）號: CN110351643B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: C·R·詹金斯;T·胡克斯特拉;E·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: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04
• 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

本申請涉及MEMS換能器及包括MEMS換能器的電容式麥克風。本申請描述的換能器結構具有被支撐在第一容積和第二容積之間的柔性膜。該換能器結構包括與所述第一容積和第二容積中的至少一個連通的至少一個可變通氣部結構，所述可變通氣部結構包括至少一個可移動部，所述可移動部響應于該可移動部兩側的壓力差而可移動，從而改變穿過所述通氣部結構的流動路徑的尺寸。該可變通氣部可被形成為穿過該膜，且該可移動部可以是該膜的一部分，該部分由一個或多個通道限定，可被偏轉遠離所述膜的表面。該可變通氣部優選地在正常壓力差范圍內閉合，而在高壓力差下打開以提供該膜之上和之下的空氣容積的更快速平衡。

本申請是申請日為2013年9月19日、申請號為201380060978.0、名稱為“MEMS設備和方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種微機電系統(MEMS)設備和方法，且具體地，涉及一種與換能器有關的MEMS設備和方法，所述換能器例如為電容式麥克風。

背景技術

各種MEMS設備變得越來越普及。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(例如移動電話和便攜式計算設備)中。

使用MEMS制造方法所形成的麥克風設備通常包括一個或多個膜，用于讀出/驅動的電極沉積在所述膜和/或一個基底上。在MEMS壓力傳感器和麥克風的情形中，通常通過測量所述電極之間的電容來實現所述讀出。在輸出換能器的情形中，通過靜電力來移動膜，所述靜電力是通過改變跨所述電極施加的電位差來生成的。

圖1a和圖1b分別示出了一種已知的電容式MEMS麥克風設備100的示意圖和立體圖。電容式麥克風設備100包括一個膜層101，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機械地聯接至所述柔性膜，它們共同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104，它們共同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104中。

電容式麥克風被形成在基底105上，所述基底105例如為硅晶片，所述硅晶片可具有在其上形成的上部氧化物層106和下部氧化物層107。基底中和任何覆蓋層中的腔108(下文中稱作基底腔)被設置在膜下方，且可使用“背部蝕刻(back-etch)”穿過基底105來形成。基底腔108連接至位于膜正下方的第一腔109。這些腔108和109可共同提供聲學容積，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。

可在制造方法期間使用第一犧牲層(即，使用一種隨后可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上方來形成第一腔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工藝所形成的第一腔109的直徑，使用第一犧牲層所形成的第一腔109的直徑可受到更加精確地控制。從而，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(下文中稱作排出孔111)連接第一腔109和第二腔110。

如所提及的，可通過將至少一個膜層101沉積在第一犧牲材料上方來形成所述膜。這樣，(一個或多個)膜層的材料可延伸到支撐所述膜的支撐結構(即側壁)中。膜和背板層可由彼此基本上相同的材料形成，例如膜和背板均可通過沉積氮化硅層來形成。膜層可被定尺寸為具有所要求的柔性，然而背板可被沉積為一種更厚從而更剛性的結構。另外，在形成背板104時可使用各種其他材料層，以控制背板104的性質。使用氮化硅材料體系在許多方面都是有利的，盡管可使用其他材料，例如使用多晶硅膜的MEMS換能器是已知的。