MEMS设备、声换能器、形成MEMS设备的方法以及操作MEMS设备的方法技术

公开了电容式MEMS设备、电容式MEMS声换能器、用于形成电容式MEMS设备的方法以及操作电容式MEMS设备的方法。在实施例中，电容式MEMS设备包括：第一电极结构，包括第一导电层；以及第二电极结构，包括第二导电层，其中所述第二导电层至少部分地与第一导电层相对，并且其中第一导电层包括在第二导电层的至少三个部分之间提供电隔离的多分段。

MEMS device, acoustic transducer, method for forming MEMS device, and method for operating MEMS device

Capacitive MEMS devices, capacitive MEMS acoustic transducers, methods for forming capacitive MEMS devices, and methods for operating capacitive MEMS devices are disclosed. In an embodiment, a capacitive MEMS device includes a first electrode structure, including a first conductive layer, and a second electrode structure, including a second conductive layer, wherein the second conductive layer is at least partially opposite to the first conductive layer, and where the first conductive layer includes providing electricity between at least three portions of the second conductive layer. Isolated multiple segments.

【技术实现步骤摘要】
MEMS设备、声换能器、形成MEMS设备的方法以及操作MEMS设备的方法
本专利技术涉及电容式MEMS设备(MEMS，即微机电系统)、电容式MEMS声换能器、制造电容式MEMS设备的方法以及操作电容式MEMS设备的方法。一些实施例涉及MEMS麦克风和/或MEMS扬声器。
技术介绍
当设计电容式MEMS设备(例如，声换能器、压力传感器、加速传感器、麦克风或扬声器)时，通常会期望实现换能器输出信号的高信噪比(SNR)。对于期望的高信噪比，换能器的持续小型化会提出新的挑战。MEMS麦克风以及一定程度上还有MEMS扬声器(例如可用于麦克风、笔记本电脑和类似(移动或静止)设备)如今可被实施为半导体(硅)麦克风或微机电系统(MEMS)。为了竞争和提供期望的性能，硅麦克风会需要麦克风输出信号的高SNR。然而，将电容式麦克风用作示例，SNR通常会受限于电容式麦克风结构以及所产生的寄生电容。寄生电容通常是干扰薄膜与对电极之间的电容的不想要的电容。因此，将要响应于薄膜相对于对电极的移动转换为电信号的电容值被干扰。在MEMS设备被实施为MEMS麦克风的情况下，例如，寄生电容会影响MEMS麦克风，使得电输出信号不提供可听输入信号充分校正的再生，即，到达的声波或声压改变。
技术实现思路
一个实施例提供了一种电容式MEMS设备，包括：第一电极结构，包括第一导电层；以及第二电极结构，包括第二导电层，其中第二导电层至少部分地与第一导电层相对，其中第一导电层包括在第一导电层的至少三个部分之间提供电隔离的多个分段(segmentation)。又一实施例提供了一种包括电容式MEMS设备的MEMS麦克风，该电容式MEMS设备具有包括第一导电层的第一电极结构和包括第二导电层的第二电极结构，其中第二导电层至少部分地与第一导电层相对，其中第一导电层包括在第一导电层的至少三个部分之间提供电隔离的多个分段，其中第一电极结构的第一导电层相对于第二电极结构的第二导电层的放置被进入的声压改变所影响。又一实施例提供了一种形成电容器MEMS设备的方法，该方法包括：在堆叠配置中提供第一导电层、第二导电层以及位于第一和第二导电层之间的支持层；在第一导电层中形成多个间隙，用于在第一导电层的至少三个部分之间提供电隔离；在第一导电层上以及第一导电层中的间隙中沉积介电层；以及部分地去除第一和第二导电层之间的支持材料，使得支持结构保持在第一和第二导电层的外围区域中。又一实施例提供了一种操作电容式MEMS设备的方法，其中电容式MEMS设备包括：第一电极结构，包括第一导电层；以及第二电极结构，包括第二导电层，其中第二导电层至少部分地与第一导电层相对，其中第二导电层包括在第二导电层的至少三个部分之间提供电隔离的多分段，该方法包括单端读出第一或第二电极结构的步骤。因此，实施例提供了用于消除或至少减少电容式MEMS设备的电极结构的多分段部分的耦合电容(即，多分段电容CmSEG)以及进一步保留电容式MEMS设备(例如，电容式MEMS声换能器(MEMS麦克风和/或MEMS扬声器))的寄生电容的概念，其中，电容式MEMS设备具有可置换薄膜或隔膜作为可移动结构，其运动将利用(例如，“静态”)对电极(背板)而电容式地检测。根据实施例，提供了电极结构(例如，薄膜和/或对电极)的导电层的多个分段，目的在于减小寄生电容，从而提高电容式MEMS设备的性能。电极结构的导电层的多个分段在相应导电层的至少三个部分之间提供了电隔离(分离)。基于导电结构的导电层的多个分段，所谓的MEMS设备的“变换因子”可以显著降低。变换因子表示可变有源电容CACTIVE相对于电容式MEMS设备的总电容CTOTAL的量或部分。总电容CTOTAL包括电容式MEMS设备的有源电容CACTIVE、寄生电容CPAR和多分段电容CmSEG。更具体地，总电容CTOTAL是有源电容CACTIVE以及寄生电容CPAR和多分段电容CmSEG的串联连接的累加和。增加的变换因子(入射声压PSOUND转换为MEMS设备的输出信号的减小阻尼(衰减))使得增加了提供给电容式MEMS设备的读出电路的输出信号，由此相应地增加电容式MEMS设备的信噪比。换句话说，给出可变有源电容CACTIVE和寄生电容CPAR，减小的分段电容CmSEG导致增加的变换因子，由此导致电容式MEMS设备的输出信号的SNR增加。根据实施例，电容式MEMS设备(例如，电容式MEMS声换能器)的电极结构的分段部分的耦合电容可以通过为一个相对电极结构的导电层提供多个分段来减小，同时保持MEMS设备所得到的电极结构的高机械鲁棒性。根据一个实施例，电容式MEMS设备的第一电极结构包括第一导电层，第二电极结构包括第二导电层。在隔开的配置中，第二导电层至少部分地与第一导电层相对(重叠)。通过第二导电层中具有多条分段线(例如，窄间隙、凹槽或狭缝的形式)的多分段结构，电容式MEMS设备的第二电极结构(例如，静态电极或可移动电极)的第二导电层被分为三个部分，即内部(第一)部分、外部(第二)部分以及至少一个(第三)中间部分。第二导电层的外部(第二)部分可以电连接至第一电极结构的第一导电层(例如，具有薄膜或隔膜的可移动结构)。在又一实施例中，第二电极结构可以包括又一导电层。该又一导电层还可以通过又一多分段(多条分段线)分为内部部分、外部部分和至少一个中间部分。在利用第二电极结构的两个导电层实施的情况下，第二电极结构的两个导电层的外部部分可以电连接至第一电极结构的第一导电层。因此，第一电极结构和第二电极结构之间的相对移动可以被电容地检测并读出。作为变形，多分段可以附加地应用于第一电极结构的第一导电层。第一电极结构可以包括第一导电层和又一导电层，在这种情况下，多分段还可以应用于第一电极结构的又一导电层。因此，为第二电极结构以及任选的第一电极结构的导电层提供多分段的实施例可等效地应用于电容式MEMS设备的所谓的双背板配置和/或双薄膜配置。附图说明为了更为完整地理解本专利技术，本文结合附图描述实施例及其优点。图1a和图1b示出了具有多个分段第一电极结构的电容式MEMS设备的示意性截面图和示意性平面图；图1c示出了具有多个分段第一电极结构(例如，多分段背板)以及第二和第三电极结构的电容式MEMS设备的示意性截面图；图1d和图1e示出了包括多分段第二电极结构(例如，多分段第一薄膜元件)和多分段第三电极结构(例如，多分段第二薄膜元件)的电容式MEMS设备的示意性截面图；图1f示出了用于电容式MEMS设备的读出配置以及所得到的电容的示意性电路图；图2a至图2c示出了根据一个实施例的多分段第一电极结构增加放大倍数的不同示意性平面图；图3a至图3f示出了根据一个实施例的第一电极结构的多分段区域的示意性部分截面图；图4a和图4b示出了根据一个实施例的在第一和/或第二电极结构中包括多条分段线的多分段第一电极结构的示意性平面图；图5a至图5g示出了根据实施例的电容式MEMS设备的不同实施的示意性截面图以及示出用于电容式MEMS设备的不同读出配置以及所得到的电容的示意性电路图；图6示出了根据一个实施例的操作电容式MEMS设备的示例性方法；以及图7a至图7f示出了根据一个实施例的形成电容式MEMS设备的制造方法的示例性流程。在使用附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式MEMS设备，包括：第一电极结构，包括第一导电层；以及第二电极结构，包括第二导电层，其中所述第二导电层至少部分地与所述第一导电层相对，以及其中所述第二导电层包括在所述第二导电层的至少三个部分之间提供电隔离的多分段。

【技术特征摘要】
2017.03.01 US 15/446,6431.一种电容式MEMS设备，包括：第一电极结构，包括第一导电层；以及第二电极结构，包括第二导电层，其中所述第二导电层至少部分地与所述第一导电层相对，以及其中所述第二导电层包括在所述第二导电层的至少三个部分之间提供电隔离的多分段。2.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述第二导电层的多分段包括：多个间隙，位于所述第二导电层中，一个间隙提供所述第二导电层的两个相邻部分之间的电隔离；以及非导电连接结构，具有用于机械地连接所述第二导电层的相邻部分的隔离材料。3.根据权利要求2所述的电容式MEMS设备，其中所述间隙布置在所述第二导电层的圆周区域中。4.根据权利要求2所述的电容式MEMS设备，其中所述间隙以彼此等距的配置布置在所述第二导电层中。5.根据权利要求2所述的电容式MEMS设备，其中所述第二导电层中的所述间隙布置在所述第二导电层的分段区域中，并且其中所述分段区域形成在所述第二导电层的圆周、边界区域中。6.根据权利要求2所述的电容式MEMS设备，其中所述间隙均具有100至1000nm之间或者200至500nm之间的宽度。7.根据权利要求5所述的电容式MEMS设备，其中所述第二导电层在所述分段区域中具有厚度D1，并且其中所述间隙具有D1/2和2*D1之间的宽度W。8.根据权利要求2所述的电容式MEMS设备，其中所述间隙完全填充有所述非导电连接结构的材料。9.根据权利要求2所述的电容式MEMS设备，其中所述非导电连接结构具有100至1000nm之间的厚度。10.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述多分段在所述第二导电层的第一部分、第二部分和第三部分之间提供电隔离，并且其中所述第一部分是所述第二导电层的中心部分，所述第二部分是所述第二导电层的边界部分，并且所述第三部分是所述第二导电层的位于所述第二导电层的第一部分和第二部分之间的中间部分。11.根据权利要求10所述的电容式MEMS设备，其中所述第二导电层的第二部分至少部分地由机械支持结构所支持。12.根据权利要求10所述的电容式MEMS设备，其中所述第二导电层的第一部分形成所述第二电极结构的可偏移区域。13.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述多分段包括双分段，所述双分段具有两个间隙以及所述第二导电层的位于所述第二导电层的第一部分和第二部分之间的一个中间部分。14.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述多分段包括三分段，所述三分段具有所述第二导电层的两个相邻中间部分，并且其中所述三分段具有三个间隙。15.根据权利要求14所述的电容式MEMS设备，其中所述三分段在所述第二导电层的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分之间提供电隔离，并且其中所述第一部分是所述第一导电层的中心部分，所述第二部分是所述第二导电层的边界部分，并且所述第三部分和所述第四部分是所述第二导电层的位于所述第二导电层的第一部分和第二部分之间的相邻中间部分。16.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述多分段包括四分段，所述四分段具有所述第二导电层的三个相邻中间部分，并且其中所述四分段具有四个间隙。17.根据权利要求16所述的电容式MEMS设备，其中所述四分段在所述第二导电层的第一部分、第二部分、第三部分、第四部分和第五部分之间提供电隔离，并且其中所述第一部分是所述第一导电层的中心部分，所述第二部分是所述第一导电层的边界部分，并且所述第三部分、所述第四部分和所述第五部分是所述第二导电层的位于所述第二导电层的第一部分和第二部分之间的相邻中间部分。18.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述第二电极结构的边界部分由支持结构所支持，并且保持在与所述第一电极结构隔开的位置中。19.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述第一电极结构的所述第一导电层形成薄膜，并且其中所述第二电极结构的所述第二导电层相对于所述薄膜形成对电极。20.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述第一电极结构的所述第一导电层相对于所述第二电极结构的所述第二导电层的偏转导致所述第一电极结构和所述第二电极结构之间的电容的改变。21.根据权利要求1所述的电容式MEMS设备，其中所述第一导电层包括在所述第一导电层的至少三个部分之间提供电隔离的又一多分段。22.根据权利要求21所述的电容式MEMS设备，其中所述又一多分段在所述第一导电层的第一部分、第二部分和第三部分之间提供电隔离，并且其中所述第一部分是所述第一导电层的中心部分，所述第二部分是所述第一导电层的边界部分，并且所述第三部分是所述第一导电层的位于所述第一导电层的第一部分和第二部分之间的中间部分。23.根据权利要求21所述的电容式MEMS设备，其中所述第一导电层中的多个间隙被布置在所述第一导电层的第一分段区域中，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·德厄，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE