[实用新型]电声MEMS换能器、麦克风和电子设备

说明书

本公开涉及电声MEMS换能器、麦克风和电子设备，该电声MEMS换能器具有：半导体材料的衬底(23)；在该衬底中的贯通空腔(24)；背板(25)，该背板由该衬底通过板锚定结构(26)承载，该背板具有面向该贯通空腔的表面(25A)；固定电极(33)，该固定电极在该背板的该表面之上延伸；采用导电材料的薄膜(22)，该薄膜具有面向该固定电极的中心部分(22A)以及通过薄膜锚定结构(26)固定到该背板(25)的该表面(25A)上的外围部分(22B)；以及在该薄膜(22)与该背板(25)之间的腔室(28)，该腔室由该薄膜锚定结构外围地界定。

技术领域

本实用新型涉及一种具有改进灵敏度的MEMS (Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)型集成电声MEMS 换能器。具体地，本实用新型涉及一种具有固定背板和悬置薄膜移动电极的电容式声换能器，并且涉及电声MEMS换能器、麦克风和电子设备。

背景技术

如已知的，微加工半导体器件的MEMS技术使能够在牺牲层和/ 或其它半导体或绝缘层之上沉积(例如，多硅晶层)或生长(例如，外延层)的半导体材料层内产生测微结构，通过化学蚀刻至少部分地移除这些测微结构以形成移动或柔性区域。

具体地，包括集成在半导体裸片之中或之上的柔性薄膜的MEMS 电声换能器是已知的。图1通过示例的方式示意性地表示了背板和半夹紧型换能器1。

换能器1包括由衬底3承载并悬置在形成于衬底3中的空腔4之上的薄膜2。薄膜2面向也被称为“背板”的参考固定板5。背板5 通过板锚定部分5A锚定至衬底3并且具有多个通孔7，这些通孔具有在制造期间方便移除下面的牺牲层并且在使用中允许空气通过背板5朝着薄膜2自由循环的功能。

在实践中，当声压波首先撞击到背板5上并且然后撞击到薄膜2 上时，薄膜2直接面向空腔4(也被称为“背腔室”)。在这种情况下，背板5与薄膜2之间的空间8也被称为“气隙”。

薄膜2和背板5至少部分地采用导电材料或承载导电区域以便形成感测电容器的极板。在使用中，撞击到薄膜2上的声波造成薄膜弯曲并且因此引起薄膜与背板的距离的变化以及随之发生的感测电容器的电容变化；这种电容变化决定了被输出并发送到适当的处理电子装置(未示出)的电信号(例如，电压)的变化。

在图1的实施例中，薄膜2以悬臂方式安排并且仅由衬底3通过例如与薄膜2一体形成的薄膜锚定结构6支撑在其周界的一部分上 (在图1中，在其左侧)。薄膜2进一步具有自由端部分2A(在图1 中的右侧)，该自由端部分在衬底之上延伸并且能够摆动。自由端部分2A与衬底3之间的区域形成通风孔9，该通风孔引起噪声。实际上，如在放大细节中所示出的，从空腔4流到前腔室8并且通过背板 5的孔7流到换能器1的另一侧的空气在通风孔9的区域中经受湍流运动。因此，这种类型的换能器具有不是非常高的信噪比(SNR)。

换能器1进一步受以下问题的影响：其声学特性(具体地，其频率响应)取决于工艺扩展。实际上，换能器1具有通常低于100Hz 的低值滚降(Roll-off)(即，频率响应相对于1kHz的参考值下降3 dB的频率)，并且其值取决于几何量，其中包括薄膜2与衬底3之间的重叠的长度L，该长度取决于工艺扩展。

为了解决以上噪声问题，已经提出了一种完全夹紧型换能器，其中，整个薄膜沿其外围被锚定。在以本申请人的名义提交的US 2010/0158279A1中描述了这种类型的换能器的示例，该换能器具有图2中所示出的简化结构。此处，换能器10具有例如圆形形状的薄膜12，整个薄膜沿其外围被支撑。为此目的，此处由13标示的并且固定到薄膜12的外围部分上的衬底的顶表面在通常采用如氧化硅等绝缘材料的环形形状的薄膜锚定结构16上延伸。此处，薄膜12具有用于“均衡”薄膜12的面上的静态压力的一个或多个贯通开口19。背板15也通过板锚定区域11锚定至衬底13。背板15与薄膜22之间的空间28限定了前腔室；衬底23中的空腔24形成了背腔室。