[发明专利]用于硅基器件的凸微观部件

说明书

技术领域

本发明涉及微型硅换能器，具体而言，本发明涉及用于硅基器件的凸微观部件。

背景技术

现有技术里公知麦克风采用硅基电容换能器。通常，这样的麦克风包括四个部分：一个固定的后板；一个具有高柔顺性、可移动的隔膜(它们共同形成一个可变空气间隙电容的两个板)；一个电压偏置源和一个阻尼器。

正如从集成电路技术中所知的那样，使用相同方法批量制造的声换能器提供了关于生产成本、可重复性和尺寸减小这些令人感兴趣的特征。而且，此技术为建立可在均衡的高灵敏性下宽带工作的单片换能器提供了唯一的可能性。其提供一换能器，在很少或不用改进的情况下，可以被使用在不同的用途中，比如通信、音响和超声波领域、图像和运动检测系统。

获得宽带和高灵敏度的关键在于建立一个具有小的且灵敏度极高的隔膜的结构。以前的设计已经在Bernstein美国专利号为5,146,435的专利和Bernstein美国专利号为5,452,268的专利中提出。在这些结构中，隔膜悬挂在多个具有很好韧性的可移动弹片上。然而，弹片的应用会使结构上出现控制声泄漏的固有问题，它反过来会影响换能器低频跌落。另一种方法将隔膜悬挂于一点，它也能够提供一种极灵敏的结构。见Loeppert美国专利号为5490220的专利。不幸的是，这种情况下隔膜材料属性变得很重要，尤其是造成自由薄膜弯曲的内在压力梯度。最终会出现有关换能器低频跌落可重复性的结构的这种类似的问题。

两个机械部件、后板和隔膜，通常通过使用现有技术里公知的刨光和容积微切削加工的结合使用形成于一单硅基片上。两个部件中的一个通常形成在与支持硅晶片表面相同的平面上。另一个部件，由于其本身通常是平面的，通过支柱或者侧壁支持以高于第一个部件几个微米，所以术语称之为“凸微观结构”。

通常，两个部件的相对位置会影响整个器件的性能。包括凸微观结构的薄膜内在压力会使此结构偏移设计位置。尤其在麦克风中，隔膜和后板之间空气间隙的变化会影响麦克风的灵敏性、噪声和过压响应。

多个另外的因素也会影响麦克风的制造、结构、组成和整个设计。这些问题被更加全面地讨论过，并且在Berggvist的美国专利号为5408731的专利，Loeppert的美国专利号为5490220的专利和Loeppert的美国专利号为5870482的专利中介绍。

在麦克风后板作为凸微观结构设计的具体例子中，其目标是在相对隔膜的精确位置上建立一个硬部件。一种达到此目的的方法是将硅氮化合物薄膜沉淀于成形的硅氧体消耗层以形成后板，该硅氧体消耗层用于实现所需要的分离。这个消耗层后来通过公知的蚀刻工序除去，以留下凸后板。硅氮化合物后板内在的张应力将会使它偏移位置。应该避免此种压应力，因为它会造成结构弯曲。

图12描述了现有技术中这样凸微观结构110。在氧化体被除去以留下了凸微观结构110之后，板112内将会存在一个内在的张力。张力T源于制造工序及凸微观结构110材料与支持晶片116扩张系数的差别。如图所示，张力T直接向外径向发散。板112内在张力T会形成一如侧壁114的基片118附近的箭头M方向所示的力矩。这个力矩M会形成板112在箭头D的方向上向晶片116偏移的趋势。板112的偏移会对麦克风的灵敏度和性能造成负面影响。

现有技术里公开了一些使薄膜凸微观结构内在张力的影响无效的不必要的装置。其中薄膜的合成能够通过增加硅以减少内在压力水平进行调整。然而这些技术也有不利的方面。它会导致薄膜对HF酸的腐蚀抵抗力降低，增加了制造的困难和花费。现有技术里公开的另外方案将会增加侧壁的厚度以支持凸后板，从而增加侧壁抵抗薄膜偏移内在趋势的能力。虽然从几何学的角度听起来可以接受，当使用薄膜沉淀实现凸微观结构时，这种厚侧壁的制造就会不切实际。

本发明的目的是解决这些和另一些问题。

发明内容

本发明的一个方面依据这样一个事实：如果隔膜能够在它的平面上自由移动，它就具有最高的机械灵敏度。此外，如果隔膜置于与穿孔部件相连的支持环上，就可以实现一个紧密的声密封以良好地控制换能器低频跌落性能。另外，如果选择一种悬挂装置，其仅允许隔膜在其平面上移动且不参与隔膜向入射声压力波的偏移，与穿孔部件完全去耦以减少换能器对外部压力的灵敏度。