[发明专利]电容式传声器阵列芯片

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS(微机电系统)变换器(transducer)阵列芯片，特别是，涉及用MEMS电容式传声器阵列制造的电容式传声器阵列芯片。

本申请要求日本专利申请No.2010-220575的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

常规上已知单个传声器可包括多个MEMS电容式传声器(condenser microphone)。专利文献1-3公开了其中多个电容式传声器形成在单个芯片上的传声器。另外，常规上已知S/N比可采用并列方式(a parallel manner)或级联方式连接的多个电容式传声器而改善。

制作有包括多个MEMS电容式传声器的传声器阵列的单个基板遇到其翘曲/弯曲(在下文，称为“翘曲”)因阵列结构而随着芯片面积的增加而增加的问题，其原因将描述如下。

电容式传声器制作为膜片(用作振动电极)和板(用作静止电极)由导电多晶硅构成并且形成在基板上，其中由绝缘材料构成的氧化硅膜插设在基板、膜片和板之间的层中。氧化硅膜可通过低应力等离子体CVD法(其中CVD是指化学气相沉积)增加厚度。需要退火增加厚度以保证足够的灵敏度，并且减轻施加给膜片的应力。退火能够减轻施加给由多晶硅构成的膜片的拉应力，因此展示出高灵敏度的声学性能。然而，施加给氧化硅膜的应力因退火变为高的压应力被揭示，这会导致大的基板翘曲以及沉积膜的扭曲损坏。另外，当氧化硅膜不增厚来防止翘曲(warpage)和扭曲(buckling)损坏时难以实现所希望的声学性能。

现有技术文献

专利文献1：日本专利申请公开No.2005-110204

专利文献2：日本专利申请公开No.2007-124449

专利文献3：日本专利申请公开No.2008-245267

专利文献1公开了具有所希望谐振频率的微型电容式传声器，其由底板(base plate)、后板(back plate)、膜片和梁构成，其中膜片和梁结合在一起。运动电极附接到梁的表面，而固定电极连接到后板的表面。具有不同谐振频率的多个电容式传声器形成在单个基板上，因此构成具有结合多个谐振频率的连续频率范围的传声器阵列。

专利文献2公开了配有快门机构的MEMS传声器，快门机构当运动膜片电极依赖于所施加的电压而因静电吸引吸向导电电极时用于打开或关闭声压通道。包括多个传声器的阵列能够改变传声器打开声压通道的数量和传声器关闭声压通道的数量之比。

专利文献3公开了一种硅传声器，其中具有不同灵敏度的多个子硅传声器容纳在外壳中以便实现广泛的动态范围。

发明内容

本发明的目标是提供电容式传声器阵列芯片，其包括基板翘曲被减小的多个MEMS电容式传声器。

在本发明的第一方面中，电容式传声器阵列芯片包括：基板，具有贯通该基板的厚度的多个开口；第一绝缘层，形成在基板的每个开口的外周边中；第一电极层，形成在第一绝缘层之上，并且延伸在基板的每个开口之上；第二绝缘层，在基板的每个开口的外周边中形成在第一电极层之上；第二电极层，形成在第二绝缘层之上，并且相对于第一电极层定位且第一电极层与第二电极之间隔着空气间隙。电容式传声器阵列芯片包括多个电容式传声器结构，该多个电容式传声器结构采用在基板的多个开口上方的第一绝缘层、第一电极层、第二绝缘层和第二电极层形成且具有多个空气腔。多个电容式传声器结构通过多个桥并列连接，并且二维地排列在基板上，且多个电容式传声器结构之间具有多个沟槽。多个沟槽形成为围绕多个桥，从而至少第二绝缘层部分地从多个沟槽去除。多个桥采用用作连接多个电容式传声器结构的配线的第二电极层形成。

电容式传声器的每个都包括相对电极对，即，响应于声波振动的振动电极和不响应于声波振动的静止电极。多个相对电极对并列连接，从而电容式传声器的静止电极连接在一起，并且电容式传声器的振动电极电连接在一起。第一电极层和第二电极层之一对应于静止电极，而另一个对应于振动电极。因为多对相对电极并列连接，所以能够改善包括多个电容式传声器的单个传声器的输出信号的S/N比。