[发明专利]MEMS传感器器件和相关MEMS传感器器件的晶片级组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS传感器器件的晶片级组件；特别是，下面的描述将参考包括声转换器的MEMS传感器器件的组件，而不因此这意味着在一般性的任何损失。

背景技术

传感器器件是已知的，包括至少部分地由半导体材料并且使用MEMS(微机电系统)技术制造的微机械结构。这些传感器器件用于诸如举例而言，便携式电脑、笔记本电脑或超级本、PDA、平板电脑、移动电话、智能电话、数字音频播放器、照相相机或摄像机，以及电脑游戏的主机的便携式电子设备，使得能够获得关于在面积和厚度方面的大小占用的重要优点。

MEMS传感器器件通常包括：微机械检测结构，设计为将要检测的机械量(例如，声波、压力等)转换成电气量(例如，电容变化)；和电子读出电路，通常提供作为ASIC(特定用途集成电路)，被设计来执行电气量的适当的处理运算(其中，放大和滤波运算)，以便提供电输出信号，无论该输出信号是模拟(例如，电压)或是数字(例如PDM-脉冲密度调制-信号)。该电信号，可能由电子接口电路进一步处理，然后使得其对于外部电子系统可用的，例如，结合了传感器器件的电子设备的微处理器控制电路。

电容式的MEMS声学转换器的微机械检测结构，通常包括移动电极，提供作为隔板或膜，面向基本固定的电极。移动电极通常通过它们的周围部分被固定到衬底，而其中心部分可响应声压波入射在其表面上而自由移动或弯曲。移动电极和固定电极提供检测电容器的板，以及构成移动电极的膜的弯曲导致该检测电容器的电容的变化。在操作期间，电容变化由合适的处理电子器件转换成电信号，其被作为MEMS声学转换器的输出信号。

一个已知类型的MEMS声学转换器，例如，在以本申请人的名字递交的专利申请号为US2010/0158279A1(本文将其作为参考)中进行了详细描述。

声转换器的微机械检测结构的一部分以示例的方式被示出在图1中，被指定为1并作为一个整体。

微机械检测结构1包括由半导体材料制成的衬底2，以及移动膜(或隔膜)3。膜3是由导电材料制成的并面向固定电极或刚性板4，通常被称为“背面板”，其是刚性的，至少如果与膜3相比较其是刚性的，该膜即，相反地，柔性的并发生以入射声压波作为函数的变形。

膜3通过由膜3的突起形成的膜固定部5被固定到衬底2，该膜3的突起从相同的膜3的周边区域向着衬底2延伸。

例如，膜3在平面视图即在主延伸的水平平面上具有大致正方形的形状，并且膜固定部5(其数目上为4个)被设置在正方形的顶点上。

膜固定部5将膜3以从膜3的一定距离的位置悬在衬底2上；该距离的值是响应在低频率的线性度和声学转换器的噪声之间的折衷的结果。

为了使得在膜3中的残余(拉伸和/或压缩)应力(例如，从制造过程中产生的应力)能够释放，通过开口3′可以通过膜3，特别是每个膜固定部5的的接近而形成，以便于“均衡”存在于同一膜3的表面上的静态压力。

刚性板4是由以导电材料制成并设置面向薄膜3的第一板层4a以及以绝缘材料制成的第二板层4b形成的。

第一板层4a与膜3一起形成微机械检测结构1的检测电容器。

特别是，第二板层4b覆盖第一板层4a，除了在它延伸穿过第一板层4a以便形成刚性板4的突起部6的部分，该突起部6向底层膜3延伸并具有防止膜3粘附到刚性板4的功能，以及限制了相同的膜3的振荡。

例如，膜3的厚度被包括在0.3-1.5μm的范围，例如它等于0.7μm，第一板层4a的厚度被包括在0.5-2μm的范围，例如它等于0.9μm，并且第二板层4b的厚度被包括在0.7-2μm的范围，并且，例如，它等于1.2μm。

此外，刚性板4具有多个孔7，其延伸通过第一和第二板层4a、4b，例如具有圆形的横截面，并且允许在制造步骤期间移去下面的牺牲层。例如，孔7是被布置以便形成在一个水平面上的晶格，平行于衬底。此外，在使用中，孔7使得在刚性板4与膜3之间的空气能够自由流通，在效果中呈现出刚性板4是声学透明的。孔7因此提供声学端口，以使得声压波能够到达和变形膜3。

刚性板4通过板固定部8被固定到衬底2，该板固定部8被连接到相同的刚性板4的外围区域。

特别地，板固定部8由与第一板层4a相同的导电材料制成的垂直柱(即，柱正交于水平面和衬底2的方向上延伸)形成，并因此形成具有刚性板4的单件；换言之，第一板层4a具有延伸到远至衬底2的延长部，定义了刚性板4的固定部。