[发明专利]MEMS换能器、MEMS麦克风以及制造MEMS换能器的方法

说明书

公开了MEMS换能器、MEMS麦克风以及制造MEMS换能器的方法。MEMS换能器具有元件基底、多个悬臂梁和梁连接器。悬臂梁分别具有固定在元件基底上的基底部件和不固定在元件基底上的自由梁部件，并且悬臂梁通过层压压电材料膜和第一、第二电极膜形成。进一步，自由梁部件具有梁尖端，并且其以从基部部件到所述梁尖端宽度逐渐减小的锥形形状形成。所有悬臂梁的梁尖端朝向单个尖端点会聚，梁连接器形成在包括悬臂梁的梁尖端的会聚区域中，使得会聚在会聚区域中的梁尖端中的至少两个连接。

技术领域

本发明涉及用作麦克风、传感器等的MEMS换能器、具有MEMS换能器的MEMS麦克风以及制造MEMS换能器的方法。

背景技术

压电材料已被广泛用于功能电子元件，诸如通过施加电压产生变形的致动器或以相反方式从元件的变形产生电压的传感器等。薄膜压电材料被加工成薄膜类似的形状，广泛用于MEMS(微机电系统)。

具有大压电特性的铅(Pb)基介电材料，特别是锆钛酸铅，分子式为Pb(Zr_xTi_(1-x))O3基钙钛矿型铁电体，称为“PZT”，已被广泛使用。

另一方面，MEMS是一种将微小可移动元件和电子电路集成在由硅等制成的基底(也称为元件基底)上的设备。MEMS是将物理量转换成电信号的元件。因此，在本发明中，MEMS也被称为“MEMS换能器”。MEMS换能器用作麦克风、传感器、致动器等。

作为用作麦克风的MEMS换能器，膜片型MEMS换能器和压电型MEMS换能器通常是已知的。

膜片型MEMS换能器是具有膜片作为可移动元件的换能器(参见例如US10,129,651(也称为专利文献1)、US9,540,226(也称为专利文献2)。

压电型MEMS换能器是具有由压电材料诸如PZT、AlN等制成的构件的换能器(参见例如US2018-0186622(也称为专利文献3)、US9,055,372(也称为专利文献4)、JP2011-527152(也称为专利文献5)。

压电型MEMS换能器具有悬臂梁(其具有自由端)或隔膜、压电材料膜和电极膜，电极膜形成为夹住压电材料膜。然后，当压电型MEMS换能器用作麦克风时，悬臂梁的自由端或隔膜根据声压移动，该运动由压电材料膜和电极膜检测。

发明内容

如图29、30所示的MEMS换能器300通常被称为压电型MEMS换能器。这里，图29是示出传统MEMS换能器300的平面图。图30是沿着图29中的线30-30截取的截面图。

MEMS换能器300具有元件基底301、由SiO₂制成的表面绝缘膜302、悬臂梁303和压电材料元件304。

元件基底301是在平面图中以矩形形状形成的基底，并且其由硅形成。孔部件301a形成在元件基底301的后侧。进一步，表面绝缘膜302形成在元件基底301的前部表面上。另外，悬臂梁303形成在表面绝缘膜302上。压电材料元件304形成在悬臂梁303上。

悬臂梁303由AlN制成的薄膜形成。如图29所示，悬臂梁303具有以矩形环状形成的基部部件303a、布置在基部部件303a内部的四个自由梁部件303b、303c、303d、303e。基部部件303a经由表面绝缘膜302固定在元件基底301的表面上，但是自由梁部件303b、303c、303d、303e未固定在元件基底301的表面上。从而，悬臂梁303由元件基底301以悬臂形状支撑。进一步，自由梁部件303b、303c、303d、303e在平面图中分别形成为三角形形状。自由梁部件303b、303c、303d、303e以微小的间隙303g布置，而彼此不接触。