MEMS设备和方法技术

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。

MEMS equipment and methods

The present application describes a MEMS transducer, comprising a flexible film layer supported along at least one support edge in a fixed relationship with the substrate, through which a plurality of slots are arranged. The joint is limited to a plurality of beams. Each beam defines a path between the first and second endpoints of the beam, which includes at least one direction change. A transducer is also described in which the membrane layer is supported along a plurality of support edges in a relationship fixed relative to the base, and the plurality of support edges define a membrane area largely delimited by the support edges.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MEMS设备和方法本专利技术涉及微机电系统(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。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(bleedhole)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。如所提到的，可以通过将至少一个膜层101沉积在第一牺牲材料上方来形成膜。以此方式，(一个或多个)膜层的材料可以延伸到支撑膜的支撑结构(即，侧壁)内。可以由彼此大体上相同的材料形成膜和背板层，例如膜和背板均可以通过沉积氮化硅层来形成。膜层可以被设定尺度以具有所需的弹性，而背板可以被沉积成更厚，从而具有更刚性的结构。此外，在形成背板104时可以使用多种其他材料层，以控制背板的属性。使用氮化硅材料系统在许多方面是有利的，尽管可以使用其他材料，例如使用多晶硅膜的MEMS换能器是已知的。在一些应用中，麦克风可以在使用中被布置成使得经由背板接收入射声音。在这样的情况下，在背板104中布置另外的多个孔(在下文中称为声学孔112)，以便允许空气分子自由移动，使得声波可以进入第二腔110。与基底腔108相关联的第一腔109和第二腔110允许膜101响应于经由背板104中的声学孔112进入的声波而移动。在这样的情况下，基底腔108通常被称为“后容积(backvolume)”，且它可以基本上被密封。在其他应用中，麦克风可以被布置成使得可以在使用时经由基底腔108接收声音。在这样的应用中，背板104通常仍设置有多个孔，以允许空气在第二腔和背板上方的另一容积之间自由移动，该另一容积可以大体上被密封以提供后容积。在这样的情况下，基底腔108通常被称为“前容积”。还应注意，虽然图1示出背板104被支撑在膜的、与基底105相对的一侧上，但是如下这样的布置是已知的，其中背板104被形成为距基底最近，而膜层101被支撑在背板104上方。本领域技术人员将理解，MEMS换能器通常被形成在晶片上，之后被单独分开(singulate)。越来越多地提出，至少某个电子电路系统(例如，用于换能器的驱动和/或读出)也被设置为具有换能器的集成电路的一部分。例如，MEMS麦克风可以被形成为具有至少某个放大器电路系统和/或用于使麦克风偏置的某个电路系统的集成电路。换能器和任何电路系统所需的区域的占地面积将确定在一个给定的晶片上可以形成多少个设备，从而影响MEMS设备的成本。因此，一般期望减少在晶片上制造MEMS设备所需的占地面积。已经提出许多膜设计，所述膜设计更有效率地使用大致正方形膜区域或矩形膜区域而不是圆形区域。这有益地导致在制造期间硅晶片的更有效率的使用。另外，为了适合于用在便携式电子设备中，电容式换能器应优选地能够耐受对便携式设备的预期处置和使用，对所述便携式设备的预期处置和使用可以包括该设备被意外掉落。如果设备(诸如，移动电话)经受坠落，这不仅会导致由于撞击而产生的机械冲击，而且还会导致入射在MEMS换能器上的高压力脉冲。例如，移动电话可能在设备的一个面上具有用于MEMS麦克风的声音端口。如果该设备在该面上坠落，则一些空气可以被坠落中的设备压缩，且被迫进入声音端口中。这会导致入射在换能器上的高压力脉冲。已经发现，在常规MEMS换能器中，高压力脉冲可以潜在地导致换能器损坏。此外，甚至在处于平衡时，应力可以在膜层中出现，例如在制造时在沉积期间由于热效应和化学效应。特定量的应力在增强膜的弹性方面从而在增强麦克风机械灵敏度方面是有益的。然而，附加的应力可以遍布该膜发生或特别是遍布多个区域发生，例如由于以相对于基底固定的关系支撑该膜的方式，其也可以导致膜故障或损坏。根据本专利技术的MEMS换能器意在对声学压力波做出响应，所述声学压力波显现为膜表面上的瞬态应力波，所述瞬态应力波尤其在高压力脉冲期间也提供附加的应力分量。因此，将理解，在处于平衡时在膜层内表现出的任何应力可以潜在地有害地影响换能器的性能或稳健性。本专利技术的实施方案总体上涉及改进换能器结构的效率和/或性能。本专利技术的多个方面还涉及减小膜层内的应力和/或重新分布膜层内的应力，以改进换能器的恢复力和/或稳健性。附加地或替代地，本专利技术的多个方面涉及改进晶片制造技术的空间效率。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种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，其中在所述支撑边缘和所述膜层的中心区域之间穿过所述膜层设置多个缝，所述缝限定多个梁，每个梁限定一个位于所述梁的第一端点和第二端点之间的路径，所述路径包括至少一个方向改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.04 GB 1616858.5;2016.07.28 US 62/367,9461.一种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，其中在所述支撑边缘和所述膜层的中心区域之间穿过所述膜层设置多个缝，所述缝限定多个梁，每个梁限定一个位于所述梁的第一端点和第二端点之间的路径，所述路径包括至少一个方向改变。2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多个缝被设置在应力释放区域中，所述应力释放区域位于膜的覆盖所述基底的腔的区域的侧向外部。3.根据权利要求1或2所述的MEMS换能器，其中每个梁包括第一横向部分、第二横向部分以及连接部分，所述第一横向部分在横向于支撑边缘的第一方向上延伸，所述第二横向部分在大体上平行于所述第一方向的方向上延伸，以及所述连接部分在所述第一横向部分和第二横向部分之间延伸。4.根据权利要求3所述的MEMS换能器，其中所述连接部分在所述第一横向部分和第二横向部分之间大体上正交地延伸。5.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中所述梁是大致S形的或Z形的。6.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中所述多个梁沿着能够大体上平行于所述支撑边缘所限定的线以规则间隔定位。7.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中所述多个梁大体上相同。8.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，其中所述支撑边缘或所述支撑边缘中的每个支撑边缘限定一个膜区域，所述膜区域的形状是大致圆形的。9.根据权利要求8所述的MEMS换能器，所述膜区域包括至少一个未固定部分，所述至少一个未固定部分在两个邻近的支撑边缘之间延伸。10.根据权利要求1至7中的任一项所述的MEMS换能器，包括多个支撑边缘，其中所述支撑边缘限定所述膜层的大体上由所述支撑边缘定界的膜区域。11.根据权利要求10所述的MEMS换能器，其中所述膜层的所述膜区域的形状是大致正方形或矩形的。12.根据权利要求10或11所述的MEMS换能器，其中所述膜区域由多个边界边缘定界，每个边界边缘由所述膜的一个支撑边缘形成，所述膜沿着所述支撑边缘以相对于所述基底固定的关系被支撑。13.一种MEMS换能器，包括：一个柔性膜层和一个基底，其中所述膜层沿着多个支撑边缘以相对于所述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。14.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器，所述膜层还包括设置在第一支撑边缘和邻近的第二支撑边缘之间的至少一个未固定部分。15.根据权利要求14所述的MEMS换能器，其中邻近的支撑边缘被设置成使得能够绘制与所述第一邻近的支撑边缘重合的线，所述线将在顶点处与所绘制的与所述第二邻近的支撑边缘重合的线相交，其中所述未固定部分被设置在所述顶点处或所述顶点附近。16.根据权利要求15所述的MEMS换能器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·博伊德，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB