[发明专利]具有微机械麦克风结构的构件

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有微机械麦克风结构的构件，所述微机械麦克风结构在半导体衬底上以层结构实现。麦克风结构包括膜片结构，所述膜片结构具有声学有效膜片，所述声学有效膜片至少部分地覆盖衬底背侧中的声开口。膜片设有麦克风电容器的可运动的电极。此外，在膜片结构中构造有开口，通过所述开口实现膜片前侧与膜片背侧之间的压力平衡。此外，麦克风结构包括具有通风开口的、固定的、声学穿透的对应元件，其位于膜片上方的层结构中并且充当用于麦克风电容器的不可运动的电极的载体。

背景技术

通过衬底中的声开口和/或通过对应元件中的通孔实现膜片的声加载。由此导致的膜片偏转检测为麦克风电容器的电容波动。

但膜片结构不仅对声压而且对环境压力的波动以及对例如有风时由气流决定的压力波动作出反应。这类对麦克风信号的干扰影响可以通过膜片的两侧之间的缓慢压力平衡来降低。所述压力平衡通过对应元件中的通风开口与声开口之间的流动路径进行。这种压力平衡进行得多快基本上取决于流动路径的流动阻力。流动阻力越小，则膜片前侧与膜片背侧之间的压力平衡完成得越快并且大气压力波动和气流对麦克风信号的影响越小。但是低频声学信号的麦克风灵敏度也降低。此外，由热噪声决定的对膜片的压力增大。

因此，应根据麦克风构件的所追求的频率范围调节膜片前侧与膜片背侧之间的压力平衡时的流动阻力。

在US6,535,460B2中描述了一种开头所述类型的麦克风构件。所述麦克风构件的结构包括衬底，所述衬底具有通孔，所述通孔充当声开口并且由膜片覆盖。经打孔的对应元件设置在膜片上方并且与膜片间隔开，所述对应元件在声开口的边缘区域中与衬底连接。衬底和对应元件共同形成麦克风电容器，其中膜片充当可运动的电极，而固定的对应元件设有刚性的对应电极。

在已知的麦克风构件中，在声开口的边缘区域上方、在固定的对应元件的面向膜片的声开口的底侧上构造用于膜片的环形支撑结构，其用于声密封。为此，静电地朝着支撑结构拖拉膜片。尽管对应元件中的离支撑结构最近的穿孔也有助于膜片前侧与膜片背侧之间的压力平衡，但压力平衡在此首先通过对应元件中与膜片结构中的开口实现，所述开口设置在由支撑结构包围的区域以外并且与对应元件、膜片结构和衬底之间的气隙共同形成至声开口的流动路径。在此，流动阻力一方面与压力平衡开口和声密封之间的距离相关并且另一方面与对应元件、膜片结构和衬底之间的间隙的宽度相关。由制造决定地，对于间隙宽度经常出现一个数量级上的公差，其灵敏地影响流动阻力。

发明内容

借助本发明提出用于实现MEMS麦克风构件的膜片前侧与膜片背侧之间的缓慢压力平衡的措施，借助半导体结构化的标准方法可以在很大程度上与构件的芯片面积无关地实现所述措施。所述措施能够实现具有改善的信噪比(SNR)的麦克风构件的成本有利的实现。

根据本发明，麦克风构件的膜片为此配备有至少一个从膜片平面凸出的脊状(gratartig)的结构元件。所述脊状的结构元件设置在膜片的外部边缘区域中并且在由声决定的膜片偏转的情况下也伸到与相应的膜片表面邻接的气隙的那一边的层中的相应凹槽中，而不妨碍由声决定的膜片偏转。

因此，根据本发明的麦克风构件的膜片结构通过至少一个脊状的结构元件与层结构的至少一个邻接的、固定的层啮合。因为通过这种方式防止膜片前侧与膜片背侧之间的直接压力平衡，所以脊状的结构元件形成声密封。为了通过对应元件中和膜片结构中的开口实现缓慢压力平衡，必须环流至少一个脊状的结构元件。因此，可以简单地通过脊状的结构元件的大小、形状、布置和数量改变流动路径的长度。在此，芯片面积保持不变，因为使流动路径延长到层结构的深度中而不使流动路径横向延长。通过这种方式可以与芯片面积无关地——在相对较大的范围内有针对性地影响流动阻力，以便实现确定的麦克风特性。

原则上存在根据本发明的麦克风构件的不同实现可能性，这尤其涉及脊状的结构元件的形状、伸展、数量和取向。

可以简单地以突起的形式实现与本发明相应的脊状的结构元件，所述突起基本上垂直地从膜片表面突出并且具有基本上二维的伸展。借此意指，突起的宽度与其长度——即在膜片表面上的延伸(Verlauf)以及与其高度——即垂直于膜片平面的伸展相比非常小。突起的横截面形状基本上由制造方法或者结构化过程确定。这种脊状的结构元件例如在其整个高度上可以是均匀的。然而，关于在尽可能无阻碍的膜片运动时的良好啮合，当脊状的结构元件随着与膜片平面的距离增大而逐渐变细时，至少从一定结构高度起证明是有利的。