[发明专利]具有漏电路径的微机电系统设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统(MEMS)设备和方法，特别是与换能器(尤其是电容式换能器，诸如MEMS电容式麦克风)相关的MEMS设备和方法。 

背景技术

消费电子设备变得越来越小，且随着科技的进步，获得日益增加的性能和功能。在消费电子产品例如移动电话、膝上型电脑、MP 3播放器和个人数字助理(PDA)所使用的技术中，这是显而易见的。例如移动电话行业的需求正在驱使着部件在具有更高功能和更低成本的前提下变得更小。例如，现在一些移动电话需要多个麦克风用于噪声消除，或需要加速度计以允许惯性导航，同时保持小的外形因数(form factor)或使之更小，并且旨在达成与前一代电话相似的总成本。 

这促使了微型换能器的出现。例如，在语音应用方面，最初使用驻极体(electret)麦克风来捕捉语音，但最近已经引入了微机电系统(MEMS)换能器。MEMS换能器可用于多种应用，包括但不限于压力传感、超声波扫描、加速度监测和信号产生。通常，这种MEMS换能器是电容式换能器，其中一些包括一个或多个带有用于读出/驱动的电极的膜，所述电极沉积在所述膜和/或衬底上。这些电极的相对运动调节了它们之间的电容，而该电容需要由相关的电子电路系统(诸如，敏感的电子放大器)来检测。 

图1显示了一个电容式麦克风设备的示意图。电容式麦克风设备包括一个柔性膜11，其响应于由声波所产生的压力差而自由移动。第一电极13机械地联接到柔性膜11，它们共同形成所述电容式麦克风设备的第一电容极板。第二电极15机械地联接到大体刚性的结构层或背板17，它们共同形成所述电容式麦克风设备的第二电容极板。所述膜11和背板17是由介电材料(诸如，氮化硅)制成的。 

柔性膜11可响应于激励(例如，声波或压力波)而自由移动。所 述柔性膜的这种运动导致第一电极13和第二电极15之间的电容改变。在使用中，电容式麦克风设备通常被布置在高阻抗电路中，以使得电容器上的电荷不会明显变化。因此，换能器的电容由于激励而产生的变化导致了换能器电容两端的11V的电压变化。此电压变化可以被检测和处理，以提供电输出信号。 

图2更详细地示出了图1中的膜11和背板17，以及它们各自的电极13和15。第一电极13和第二电极15被电压源19(例如一个提供了12V偏置电压的充电泵)偏置。 

从图2可以看到，第二电极15是形成在背板17内的，使得其被介电材料所包围。出于如下多个原因，该电极被包覆在介电材料层(即，背板17)内。 

首先，通过将电极15形成在背板17内，所述介电材料用作保护电极15免受有害环境影响。例如，介电材料防止金属电极15受到腐蚀或氧化。 

其次，通过将电极15形成在背板17内，改进了制作过程。这是因为，与把金属电极沉积到聚酰亚胺上相比，把金属电极沉积在氮化硅上更为容易(聚酰亚胺在制作过程中通常被用作一个牺牲层，以便形成位于背板17和膜11之间的气隙)。 

再者，将电极15包覆在背板17内具有在当膜11朝向背板17偏移时减小所存在的静摩擦力的效果。 

如图2中所示出的布置的缺点是，背板17的电极15下方的介电层容易带电，特别是对于包括氮化硅的介电层。当位于第一电极13和第二电极15之间的气隙的电阻减小时，例如在潮湿环境中，情况尤其如此。这会导致离子漂移通过气隙，并积累到背板17的下表面上，导致在介电层下表面上的电荷积累。如从图3可见，一个正电荷积累在第二电极15的上表面上，同时一个负电荷积累在第一电极13的下表面上。 

氮化硅层上的电荷可以增大到所施加电压的最大值(例如12V)。这具有降低MEMS设备的灵敏度的缺点。 

在图3中所示的实施例中，在氮化硅层中(即，在第二电极15的下侧和背板17的下表面之间)的2V电荷导致如下的灵敏度损失： 

20log(10/12)＝1.6dB. 

同样地，在氮化硅层中的6V电荷引起了6dB的衰减，而9V电荷引起了12dB的衰减。 

在氮化硅层中积累的任何电荷均具有非常长的衰减时间，可能几天或几周，这显然远长于MEMS设备的响应时间。 

图4是示出了在温度湿度偏压测试(在85C/85°A)之后，两个麦克风的灵敏度降低的曲线图。 

发明内容

本发明的一个目的是提供一种MEMS设备，以及一种制造MEMS设备的方法，其减少或除去了上面提到的不理想效果。