微机电系统麦克风的结构技术方案

本发明专利技术公开一种微机电系统麦克风的结构，其中该微机电系统麦克风包含衬底。介电层安置在衬底上，具有开口且包含：围住开口的凹陷区域；从凹陷区域处的凹陷表面延伸到衬底的支柱；以及围住凹陷区域且安置在衬底上的外部部分。在支柱之间以及支柱与外部部分之间的凹陷区域处产生信号感测空间。第一电极层安置在介电层的凹陷表面上。第二电极层安置在衬底上。感测振膜由介电层固持，感测振膜包含由介电层支撑的两个弹性振膜；以及在第一弹性振膜与第二弹性振膜之间的导电板。导电板具有嵌入于固持结构中的中心部分和延伸到信号感测空间中的外围部分。

【技术实现步骤摘要】
微机电系统麦克风的结构
本专利技术涉及微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem，MEMS)麦克风封装技术，且具体地涉及MEMS麦克风的结构。
技术介绍
麦克风已经基于半导体制造技术进行设计，从而极大地减小了大小。MEMS麦克风是在电子装置中用于感测声信号(诸如通信语音)的通用装置。MEMS麦克风用以感测声信号的功能是基于振膜，所述振膜以一定频率对来自声信号的空气压力(airpressure)作出响应，从而对应于声信号的频率和振幅振动。声信号接着转换成电信号，以供在外围电子设备中进行后续应用。振膜的性能是确定MEMS麦克风的性能的重要因素。然而，常规地，用以通过微型结构传输声信号的空气热噪声通常涉及检测。热噪声N通常含有因子其中参数T是环境温度，而非常数。热噪声可降低MEMS麦克风的信噪比(signal-noiseratio，SNR)。在实例中，电容式MEMS麦克风的热噪声源来自流经排气孔的热空气和由于此类区域中的较高声阻而导致的隔膜与背板之间的间隙。较高热噪声的情况可降低MEMS麦克风的SNR。如何设计MEMS麦克风的振膜在本领域中仍处在发展阶段。
技术实现思路
本专利技术提供一种MEMS麦克风的结构。MEMS麦克风不需要具有排气孔的背板。感测振膜可感测来自声信号的空气压力以引起振动，在振动中同时驱动接地板。包含接地板的电容器形成在介电层中。电容器形成在具有小于环境压力的减压的密闭空间中，所述环境压力是用以传输声信号的介质。在实施例中，本专利技术的MEMS麦克风不需要具有排气孔的背板。可降低具有减压的密闭空间中的感测电容器的热噪声。在实施例中，本专利技术提供一种MEMS麦克风的结构。MEMS麦克风包括半导体的衬底，在衬底中具有第一开口。介电层安置在衬底上，其中所述介电层具有对应于第一开口的第二开口。介电层包含围住第二开口的相对于衬底的凹陷区域。多个支柱从凹陷区域处的凹陷表面延伸到衬底。外部部分围住凹陷区域且安置在衬底上。在支柱之间以及支柱与外部部分之间的凹陷区域处产生信号感测空间。第一电极层支撑在介电层的凹陷表面上。第二电极层支撑在衬底上。感测振膜由介电层固持，所述感测振膜包括第一弹性振膜，所述第一弹性振膜在第一侧区域处由介电层支撑。第二弹性振膜在第二侧区域处由衬底支撑。固持结构在第一弹性振膜与第二弹性振膜之间。导电板在第一弹性振膜与第二弹性振膜之间。导电板包括嵌入于固持结构中的中心部分和延伸到信号感测空间中的外围部分。在实施例中，本专利技术也提供MEMS麦克风的结构。MEMS麦克风包括半导体的衬底，在衬底中具有第一开口。介电层安置在衬底上。介电层具有对应于第一开口的第二开口。介电层包含围住第二开口的相对于衬底的凹陷区域。多个支柱从凹陷区域处的凹陷表面延伸到衬底。外部部分围住凹陷区域且安置在衬底上。在支柱之间以及支柱与外部部分之间的凹陷区域处产生信号感测空间。第一电极层支撑在介电层的凹陷表面上。第二电极层支撑在衬底上。感测振膜由介电层固持，所述感测振膜包括第一弹性环层，所述第一弹性环层在第一侧区域处由介电层支撑。第二弹性环层在第二侧区域处由衬底支撑。竖直环在内侧接合第一弹性环振膜与第二弹性环振膜。导电板固定到侧壁，安置在第一弹性振膜与第二弹性振膜之间，且延伸到信号感测空间中。硬质振膜固定到竖直环内的侧壁。导电板与硬质振膜被固定成一体而一起移位。在实施例中，本专利技术也提供MEMS麦克风的结构。MEMS麦克风包括半导体的衬底，在衬底中具有第一开口。介电层安置在衬底上，其中所述介电层具有对应于第一开口的第二开口，介电层包含围住所述第二开口的相对于衬底的凹陷区域。第一电极层支撑在介电层的凹陷表面上。第二电极层支撑在衬底上。由介电层固持的感测振膜包括固持在凹陷区域处的介电层与衬底之间的弹性部分。中心硬质区域接收空气声压且响应于所述声压而相应移位。电极部分固定到中心硬质区域且延伸到第一电极层与第二电极层之间的信号感测空间中。电极部分和中心硬质区域一起移位。附图说明包含附图以提供对本专利技术的进一步理解，且附图并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图说明本专利技术的实施例，且与描述一起用于解释本专利技术的原理。图1为本专利技术的实施例的所观察的MEMS麦克风的结构的横截面视图；图2为本专利技术的实施例的MEMS麦克风的俯视透视图；图3为本专利技术的实施例的图2中的切线I-I上的MEMS麦克风的横截面视图；图4为本专利技术的实施例的图2中的切线II-II上的MEMS麦克风的横截面视图；图5为本专利技术的实施例的MEMS麦克风的介电层的平面图；图6为本专利技术的实施例的在空闲状态下操作的MEMS麦克风的横截面视图；图7为本专利技术的实施例的在感测状态下操作的MEMS麦克风的横截面视图；图8为本专利技术的实施例的在感测状态下操作的MEMS麦克风的横截面视图；图9为本专利技术的实施例的MEMS麦克风的横截面视图；图10为本专利技术的实施例的MEMS麦克风的横截面视图；图11为本专利技术的实施例的MEMS麦克风的横截面视图；图12A到图12J为本专利技术的实施例的制造流程中的MEMS麦克风的横截面视图。附图标号说明50：衬底52、100、412：介电层54：背板58：振膜60、402、406、410：开口62:区域64:感测区域102：支柱104：支撑层106：感测振膜150：凹陷区域200、202：弹性振膜200a、202a：电极层204：导电板204a：外围部分206：介电材料208、208'：支撑壁250：固体感测振膜260：信号感测空间300：抗静摩擦结构302：平衡孔304：刻蚀孔400、404、408、光致抗蚀剂层414、416：光刻胶层具体实施方式本专利技术涉及一种MEMS麦克风的结构。MEMS麦克风不需要具有排气孔的背板。感测振膜可直接感测来自声信号的空气压力以引起振动，在振动中同时驱动用作接地板的导电板。包含导电板的电容器形成在凹陷区域处的介电层内部。本专利技术的MEMS麦克风接着不需要具有排气孔的背板。末端处的凹陷区域是具有小于环境压力的减压的密封空间。感测电容器形成在具有减压的密封空间内部。在此凹陷区域中，电容器上的空气流量减少，且可降低热噪声。提供若干实施例来描述本专利技术。然而，本专利技术不限于所提供的实施例。另外，在实施例之间也可进行组合。图1是示意性地示出根据本专利技术的实施例的所观察的MEMS麦克风的结构的横截面视图。参看图1，观察设计有背板和排气孔的MEMS麦克风。关于常用MEMS麦克风，提供硅衬底50作为结构基底。衬底50具有用作MEMS麦克风中的空腔的开口60。介电层52安置在衬底50上。介电层52还具有对应于衬底50中的开口60的开口，从而将振膜58固持在开口内。背板54在区域6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微机电系统麦克风的结构，其特征在于，包括：/n半导体的衬底，在所述衬底中具有第一开口；/n介电层，安置在所述衬底上，其中所述介电层具有对应于所述第一开口的第二开口，所述介电层包含：/n相对于所述衬底的凹陷区域，围住所述第二开口；/n多个支柱，从所述凹陷区域处的凹陷表面延伸到所述衬底；以及/n外部部分，围住所述凹陷区域且安置在所述衬底上，其中在所述支柱之间以及所述支柱与所述外部部分之间的所述凹陷区域处产生信号感测空间；/n第一电极层，支撑在所述介电层的所述凹陷表面上；/n第二电极层，支撑在所述衬底上；以及/n感测振膜，由所述介电层固持，包括：/n第一弹性振膜，在第一侧区域处由所述介电层支撑；/n第二弹性振膜，在第二侧区域处由所述衬底支撑；/n固持结构，在所述第一弹性振膜与所述第二弹性振膜之间；以及/n导电板，在所述第一弹性振膜与所述第二弹性振膜之间，其中所述导电板包括：/n中心部分，嵌入于所述固持结构中；以及/n外围部分，延伸到所述信号感测空间中。/n

【技术特征摘要】
20191107 US 16/677,6221.一种微机电系统麦克风的结构，其特征在于，包括：
半导体的衬底，在所述衬底中具有第一开口；
介电层，安置在所述衬底上，其中所述介电层具有对应于所述第一开口的第二开口，所述介电层包含：
相对于所述衬底的凹陷区域，围住所述第二开口；
多个支柱，从所述凹陷区域处的凹陷表面延伸到所述衬底；以及
外部部分，围住所述凹陷区域且安置在所述衬底上，其中在所述支柱之间以及所述支柱与所述外部部分之间的所述凹陷区域处产生信号感测空间；
第一电极层，支撑在所述介电层的所述凹陷表面上；
第二电极层，支撑在所述衬底上；以及
感测振膜，由所述介电层固持，包括：
第一弹性振膜，在第一侧区域处由所述介电层支撑；
第二弹性振膜，在第二侧区域处由所述衬底支撑；
固持结构，在所述第一弹性振膜与所述第二弹性振膜之间；以及
导电板，在所述第一弹性振膜与所述第二弹性振膜之间，其中所述导电板包括：
中心部分，嵌入于所述固持结构中；以及
外围部分，延伸到所述信号感测空间中。


2.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，还包括在所述介电层的所述凹陷表面上的用以支撑所述第一电极层的第一支撑层和在所述衬底上的用以支撑所述第二电极层的第二支撑层，其中所述第一支撑层和所述第二支撑层固持所述感测振膜。


3.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，其中所述导电板的所述外围部分在所述第一电极层与所述第二电极层之间以形成串联连接的两个电容器。


4.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，其中在所述第一弹性振膜与所述第二弹性振膜之间的所述固持结构包括：
介电部分，在所述第一弹性振膜与所述导电板之间且在所述第二弹性振膜与所述导电板之间；
多个支撑壁，在所述介电部分中、在所述第一弹性振膜与所述导电板之间以及在所述第二弹性振膜与所述导电板之间。


5.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，其中在所述第一弹性振膜与所述第二弹性振膜之间的所述固持结构包括：
多个支撑壁，用以支撑在所述第一弹性振膜与所述导电板之间并且支撑在所述第二弹性振膜与所述导电板之间，
其中所述第一弹性振膜和所述第二弹性振膜包括多个孔，暴露所述支撑壁的一侧。


6.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，其中所述支柱分布成围住所述介电层的所述第二开口。


7.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，其中还包括在所述信号感测空间内的所述第一电极层、所述第二电极层以及所述导电板中的至少一个上突出的抗静摩擦。


8.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，其中所述感测振膜包括与所述衬底中的所述第一开口连接的通孔。


9.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，其中由所述介电层固持的所述第一弹性振膜和所述第二弹性振膜的外围部分是弹性部分，以在作为硬质部分的所述中心部分接收空气声压时具有弯曲移位。


10.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风的结构，其中所述信号感测空间在小于环境压力的压力下是密闭的。


11.一种微机电系统麦克风的结构，其特征在于，包括：
半导体的衬底，在所述衬底中具有第一开口；
介电层，安置在所述衬底上，其中所述介电层具有对应于所述第一开口的第二开口，所述介电层包含：
相对于所述衬底的凹陷区域，围住所述第二开口；
多个支柱，从所述凹陷区域处的凹陷表面延伸到所述衬底；以及
外部部分，围住所述凹陷区域且安置在所述衬底上，其中在所述支柱之间以及所述支柱与所述外部部分之间的所述凹陷区域处产生信号感测空间；
第一电极层，支撑在所述介电层的所述凹陷表面上；
第二电极层，支撑在所述衬底上；
感测振膜，由所述介电层固持，包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：谢聪敏，操礼齐，李建兴，
申请(专利权)人：鑫创科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71