[发明专利]MEMS换能器、用于制造其的方法及包括其的电子设备

说明书

本申请涉及MEMS换能器，具有膜层(101)和至少一个可变通气部结构(301)。可变通气部结构具有：通气孔，以使流体通气，从而减小隔膜层两侧的压力差；及，可移动通气盖(302a，302b)，在平衡位置处至少部分地阻塞通气孔。通气盖响应于通气盖两侧的压力差而从其平衡位置能移动，从而使穿过通气孔的流动路径的尺寸变化。在多个实施方案中，通气盖包括至少第一折翼区段(302a)和第二折翼区段(302b)，第一折翼区段以铰链方式联接到通气孔的侧边，第二折翼区段以铰链方式联接到第一折翼区段，从而相对于第一折翼区段能移动。在一些实施方案中，第二折翼区段(302b)可被配置为使得其偏转远离第一区段(302a)比第一区段偏转远离其平衡位置更容易。

本发明涉及微机电系统(MEMS)设备和方法，具体地，涉及与换能器有关的MEMS设备和方法，所述换能器例如是电容式麦克风。

多种MEMS设备正变得越来越受欢迎。MEMS换能器尤其是MEMS电容式麦克风越来越多地用在便携式电子设备(诸如，移动电话、可穿戴设备和便携式计算设备)中。

使用MEMS制造方法形成的麦克风设备通常包括一个或多个膜，其中用于读出/驱动的电极被沉积在所述膜和/或基底上。在MEMS压力传感器和麦克风的情况下，通常通过测量所述电极之间的电容来实现读出。在输出换能器的情况下，通过静电力来移动所述膜，所述静电力是通过使跨所述电极施加的电位差变化生成的。

图1a和图1b分别示出了已知的电容式MEMS麦克风设备100的示意图和立体视图。电容式麦克风设备100包括一个膜层101，该膜层101形成一个柔性膜，该柔性膜响应于由声波生成的压力差而自由移动。第一电极103机械地联接至所述柔性膜，并且它们一起形成电容式麦克风设备的第一电容板。第二电极102机械地联接至大体刚性的结构层或背板(back-plate)104，它们一起形成电容式麦克风设备的第二电容板。在图1a示出的实施例中，第二电极102被嵌入在背板结构104中，然而本领域的技术人员应理解，第二电极可以在背板的表面上。

电容式麦克风被形成在基底105上，所述基底105例如是硅晶片，所述硅晶片可以具有在其上形成的上部氧化物层106和下部氧化物层107。基底中和任何覆盖层中的腔108(在下文中称作基底腔)被设置在膜下方，且可以使用“背部蚀刻(back-etch)”穿过基底105来形成。基底腔108连接至位于膜正下方的第一腔109。这些腔108和109可以共同提供声学容积，因此允许膜响应于声学激励而移动。置于第一电极103和第二电极102之间的是第二腔110。

多个孔(在下文中称作排出孔(bleed hole)111)连接第一腔109和第二腔110。

又一些多个孔(在下文中称作声学孔112)被布置在背板104中，以便允许空气分子自由移动穿过该背板，使得第二腔110与该背板的另一侧上的空间一起形成声学容积的一部分。膜101因此被支撑在两个容积之间，一个容积包括腔109和基底腔108，另一个容积包括腔110和该背板上方的任何空间。这些容积被定尺寸为使得膜可以响应于经由这些容积中的一个进入的声波而移动。通常，入射声波到达膜所穿过的容积被称作“前容积(frontvolume)”，而另一个容积被称作“后容积(back volume)”，所述另一个容积可以是大体上密封的。

在一些应用中，背板可以被布置在前容积中，以使得入射声音经由背板104中的声学孔112到达膜。在这样的情况下，基底腔108可以被定尺寸为提供一个合适的后容积的至少相当大一部分。

在其他应用中，麦克风可以被布置成使得，在使用中可以经由基底腔108接收声音，即该基底腔形成一个到膜的声学通道的一部分和前容积的一部分。在这样的应用中，背板104形成通常由某个其他结构(诸如合适的封装件)封闭的后容积的一部分。

还应注意，虽然图1示出背板104被支撑在膜的、与基底105相对的侧上，但是如下这样的布置是已知的，其中背板104被形成为距基底最近，其中膜层101被支撑在背板104上方。