[实用新型]MEMS换能器和电子设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微机电系统（MEMS）设备和电子设备，更具体地，涉及一种与换能器有关的MEMS设备和方法，所述换能器例如为电容式麦克风。 

背景技术

各种MEMS设备变得越来越普及。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（例如移动电话和便携式计算设备）中。 

使用MEMS制造工艺所形成的麦克风设备通常包括一个或多个膜，用于读出/驱动的电极沉积在所述膜和/或一个基底上。在MEMS压力传感器和麦克风的情形中，通常通过测量所述电极之间的电容来实现所述读出。在输出换能器的情形中，通过静电力来移动膜，所述静电力是通过改变跨所述电极施加的电位差来生成的。 

图1a和图1b分别示出了一种已知的电容式MEMS麦克风设备100的示意图和立体图。电容式麦克风设备100包括一个膜层101，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102机械地联接至所述柔性膜，它们共同形成电容式麦克风设备的第一电容板。第二电极103机械地联接至大体刚性的结构层或背板104，它们共同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103被嵌入在背板结构104中。 

电容式麦克风被形成在基底105上，所述基底105例如为硅晶片，所述硅晶片可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（下文中称作基底腔）被设置在膜下方，且可使用“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102和第二电极103之间的是第二腔110。 

可在制造工艺期间使用第一牺牲层（即，使用一种随后可被移除的材料来限定第一腔）且将膜层101沉积在第一牺牲材料上方来形成第一腔109。使用牺牲层来形成第一腔109意味着，对基底腔108的蚀刻对于限定膜的直径不起任何作用。替代地，膜的直径由第一腔109的直径（这转而由第一牺牲层的直径来限定）结合第二腔110的直径（这转而可由第二牺牲层的直径来限定）来限定。相比于使用湿蚀刻或干蚀刻执行的背部蚀刻工艺所形成的第一腔109的直径，使用第一牺牲层所形成的第一腔109的直径可受到更加精确地控制。从而，对基底腔108的蚀刻将限定膜101下面的基底的表面中的开口。 

多个孔（下文中称作排出孔111）连接第一腔109和第二腔110。 

如所提及的，可通过将至少一个膜层101沉积在第一牺牲材料上方来形成所述膜。这样，（一个或多个）膜层的材料可延伸到支撑所述膜的支撑结构（即侧壁）中。膜和背板层可由彼此基本上相同的材料形成，例如膜和背板均可通过沉积氮化硅层来形成。膜层可被定尺寸为具有所要求的柔性，然而背板可被沉积为一种更厚从而更刚性的结构。另外，在形成背板104时可使用各种其他材料层，以控制背板104的性质。使用氮化硅材料体系在许多方面都是有利的，尽管可使用其他材料，例如使用多晶硅膜的MEMS换能器是已知的。 

在一些应用中，麦克风可在使用中被布置为使得经由背板接收入射声。在这种情况下，另外的多个孔（下文中称作声学孔112）被布置在背板104中，从而允许空气分子的自由移动，使得声波可进入第二腔110。与基底腔108相关联的第一腔109和第二腔110允许膜101响应于经由背板104中的声学孔112进入的声波而移动。在这种情况下，基底腔108常规地称作“后容积（back volume）”，且它可基本上被密封。 

在另一些应用中，麦克风可被布置为使得在使用时可经由基底腔108接收声音。在这样的应用中，背板104通常仍设有多个孔，以允许空气在第二腔和背板上方的另一容积之间自由移动。 

还应当注意，尽管图1示出了背板104被支撑在膜的与基底105相对一侧上，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，且膜层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相应的声波，所述膜从其平衡位置略微变形。相应地改变了下部电极102和上部电极103之间的距离，导致这两个电极之间的电容的改变，所述电容的改变随后被电子电路系统（未示出）检测到。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所产生的低频压力变化的影响，而在期望的声学频率处未影响灵敏性。