[发明专利]MEMS换能器及包括MEMS换能器的电容式麦克风

说明书

本申请涉及MEMS换能器及包括MEMS换能器的电容式麦克风。本申请描述的换能器结构具有被支撑在第一容积和第二容积之间的柔性膜。该换能器结构包括与所述第一容积和第二容积中的至少一个连通的至少一个可变通气部结构，所述可变通气部结构包括至少一个可移动部，所述可移动部响应于该可移动部两侧的压力差而可移动，从而改变穿过所述通气部结构的流动路径的尺寸。该可变通气部可被形成为穿过该膜，且该可移动部可以是该膜的一部分，该部分由一个或多个通道限定，可被偏转远离所述膜的表面。该可变通气部优选地在正常压力差范围内闭合，而在高压力差下打开以提供该膜之上和之下的空气容积的更快速平衡。

本申请是申请日为2013年9月19日、申请号为201380060978.0、名称为“MEMS设备和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种微机电系统(MEMS)设备和方法，且具体地，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制造方法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。

可在制造方法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。