[发明专利]MEMS换能器、电子设备和集成电路

说明书

本申请描述了MEMS换能器，包括：一个柔性膜层，所述柔性膜层沿着至少一个支撑边缘以相对于基底固定的关系被支撑，其中穿过所述膜层设置多个缝。所述缝限定多个梁。每个梁限定一个路径，所述路径位于所述梁的第一端点和第二端点之间，所述路径包括至少一个方向改变。还描述了换能器，其中所述膜层沿着多个支撑边缘以相对于基底固定的关系被支撑，所述多个支撑边缘限定一个大体上由所述支撑边缘定界的膜区域。

技术领域

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或扬声器。

背景技术

各种MEMS设备正变得越来越受欢迎。MEMS换能器(包括 MEMS电容式传感器(诸如，麦克风)和电容式输出换能器(诸如，扬声器))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制造方法所形成的换能器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，例如，通常通过测量一对电极之间的电容来实现读出，该电容将随着所述电极之间的距离响应于入射在膜表面上的声波改变而变化。

图1a和图1b分别示出已知的电容式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102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103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所示出的实施例中，第二电极103被嵌入在背板结构104中。

在使用中，响应于对应于入射在麦克风上的压力波的声波，该膜从其平衡位置略微变形。下部电极103和上部电极102之间的距离对应地更改，引起这两个电极之间的电容的改变，该改变随后由电子电路系统 (未示出)检测。

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所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连接到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102和第二电极103之间的是第二腔110。

可以在制造过程期间使用第一牺牲层来形成第一腔109，即，使用一种材料来限定随后可以被去除的第一腔，且将膜层101沉积在第一牺牲材料上方。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。相反，由第一腔109的直径(其进而由第一牺牲层的直径来限定)结合第二腔110的直径(其进而可以由第二牺牲层的直径来限定)来限定膜的直径。相较于使用湿蚀刻或干蚀刻所执行的背部蚀刻过程所形成的第一腔109的直径，可以更精确地控制使用第一牺牲层所形成的第一腔109的直径。因此，蚀刻基底腔108将在膜101下面的基底的表面中限定一个开口。

用来限定第一腔和第二腔的牺牲材料被设定尺度，以便在膜层101 和基底105之间以及也在膜层101和背板104之间提供期望的平衡分离，以便在使用中提供良好的灵敏度和动态范围。在正常操作中，膜可以在由第一腔和第二腔限定的容积内变形而不接触背板和/或基底105。

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。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，这减小例如由温度变化等引起的低频压力变化的影响，但不会显著影响在期望的声学频率下的灵敏度。