[发明专利]MEMS换能器

说明书

本申请描述了具有柔性膜的MEMS换能器，并且寻求减轻和/或重分布膜层内的应力。描述了具有第一/活性区域和第二/非活性区域的膜。

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所生成的压力差而自由移动。第一电极103机械地联接至该柔性膜，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。

该电容式麦克风被形成在基底105上，该基底105例如是硅晶片，该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。该基底中以及任何覆盖层中的腔108(在下文中称为基底腔)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连接至定位在膜正下方的第一腔109。这些腔108和109可以共同提供声学容积，从而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(在下文中称为排出孔(bleed hole)111)连接第一腔109和第二腔110。

又一些多个孔(在下文中称为声学孔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。这些容积被定尺寸使得该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，入射声波到达该膜所穿过的容积称为“前容积(frontvolume)”，而另一个容积称为“后容积(back volume)”，所述另一个容积可以是基本上密封的。

在一些应用中，该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到达该膜。在这样的情况下，基底腔108可以被定尺寸为提供至少一个合适的后容积的相当大一部分。

在其他应用中，该麦克风可以被布置为使得，在使用时可以经由基底腔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。

在使用时，响应于与入射在麦克风上的压力波对应的声波，该膜从其平衡位置略微变形。下部电极103和上部电极102之间的距离被对应地更改，从而引起这两个电极之间的电容的改变，所述电容的改变随后通过电子电路系统(未示出)检测。排出孔允许第一腔和第二腔中的压力在相对长的时段(就声学频率而言)内平衡，这减小了例如由温度变化等引起的低频压力变化的影响，但不会在期望的声学频率下影响灵敏度。