电容性的MEMS型声换能器及其制造方法与流程

本公开涉及有分离的敏感区和换能区的电容性的mems型声换能器及其制造方法。

背景技术：

1、众所周知，电容式声换能器、特别是mems麦克风包括微机械检测结构，该微机械检测结构被形成在通常是硅的半导体材料的管芯(die)中，并且包括作为隔膜或膜(membrane)形成的、面向固定电极(也被称为“背板”)的可移动电极。可移动电极和固定电极因此形成可变电容检测电容器的板。

2、可移动电极例如在其外围部(portion)处被锚定到固定支撑部分，而可移动电极的例如中心部的部分响应于由冲击声波施加的压力而自由移动，弯曲。形成可移动电极的膜的弯曲引起作为待被检测的声信号的函数的、检测电容器的电容变化，并且因此引起与声信号相关的电信号被生成。然而，存在噪声源，其恶化了声换能器的性能。

3、一些用于解决噪声源的问题和改善信噪比的解决方案具有其他的缺点。诸如，要求soi(绝缘体上硅)衬底是昂贵的。使用掺杂衬底是昂贵的，并且不适合通过红外线对齐并且不允许简单的检查(这通常也是使用红外线来完成的)。

4、铰接结构(传输(transmissive)系统)的最终厚度通过研磨(lapping)获得，研磨不总是确保期望的柔韧度和平滑度；相反地，表面经常是粗糙的，具有沟槽和磨痕，这些沟槽和磨痕从机械的角度来看是可能的弱点。

5、粘合使用金属(例如alge)来完成，这需要转换为高成本的复杂的过程并且不能通过超声来检查。

技术实现思路

1、根据本公开，提供了一种电容性的mems型声换能器及其制造方法。

2、一种声换能器，包括：声音采集部分；换能部分；衬底区域，包围第一腔，该第一腔在声音采集部分中，该第一腔与外部环境流体连通；固定结构，被耦合到衬底区域；帽区域，被耦合到固定结构；敏感膜，该敏感膜在声音采集部分中，该敏感膜被耦合到固定结构，并且具有第一面，该第一面面向第一腔；换能腔，该换能腔在换能部分中，该换能腔由衬底区域的壁、固定结构的壁以及帽区域的壁界定，并且被密封地闭合；检测膜，该检测膜在换能腔中，该检测膜在衬底区域与固定结构之间；铰接结构，该铰接结构在敏感膜与检测膜之间在第一方向上延伸；至少一个固定电极，该至少一个固定电极面向检测膜，并且被电容性地耦合到检测膜；以及导电连接区域，该导电连接区域在换能腔中，并且在衬底区域与帽区域之间在横向于第一方向的第二方向上延伸，该导电连接区域选择性地与铰接结构以及至少一个固定电极电接触。

3、还提供了制造声换能器的方法。

技术特征：

1.一种声换能器，包括：

2.根据权利要求1所述的声换能器，其中所述衬底区域是半导体衬底，所述固定结构由第一外延层和第二外延层形成，所述第一外延层覆盖所述半导体衬底，所述第二外延层覆盖所述第一外延层，其中所述第一外延层形成所述敏感膜和所述检测膜。

3.根据权利要求1所述的声换能器，其中所述铰接结构包括：

4.根据权利要求3所述的声换能器，其中所述密封接头包括枢轴元件，所述枢轴元件具有部，所述部在所述第一连接臂与所述闭合膜之间延伸，所述检测膜具有在所述第一方向上的第一厚度，所述第一厚度小于所述密封接头的所述部、所述敏感膜和所述闭合膜的在所述第一方向上的第二厚度。

5.根据权利要求2所述的声换能器，其中所述至少一个固定电极由导电区域形成，所述导电区域在所述衬底区域与所述检测膜之间。

6.根据权利要求2所述的声换能器，其中所述第一腔包括第一腔部和第二腔部，其中所述第一腔部具有比所述第二腔部更大的面积，并且界定被所述衬底区域包围的所述第一连接臂。

7.一种用于制造声换能器的方法，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其中：

10.根据权利要求9所述的方法，其中形成所述密封接头包括：形成枢轴元件和闭合膜，所述牺牲区域中的一个牺牲区域在所述闭合膜与所述第一连接臂之间，所述枢轴元件与所述半导体衬底耦合。

11.根据权利要求9所述的方法，其中选择性地去除所述半导体衬底包括：蚀刻所述半导体衬底，以形成第一腔部和第二腔部，其中蚀刻限定所述第一连接臂，其中所述第一腔部具有比所述第二腔部更大的面积。

12.根据权利要求7所述的方法，其中形成导电连接区域包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述导电层包括掺杂的多晶硅。

14.根据权利要求7所述的方法，其中形成导电连接区域包括：形成第二固定电极。

15.根据权利要求8所述的方法，其中限定所述第二外延层包括：形成第二固定电极。

16.一种设备，包括：

17.根据权利要求16所述的设备，包括铰接结构，所述铰接结构将所述可移动电极与所述敏感膜耦合，所述铰接结构包括：

18.根据权利要求16所述的设备，其中所述第一半导体管芯具有突起，所述突起在所述第一表面与第二相对表面之间，所述突起界定所述第一半导体管芯中的凹部，所述突起具有横向于所述第一半导体管芯的所述第一表面的第一表面。

19.根据权利要求17所述的设备，包括固定结构，所述固定结构在所述第一半导体管芯与所述第二半导体管芯之间，所述固定结构界定所述第二封闭腔。

20.根据权利要求16所述的设备，包括吸气区域，所述吸气区域在所述第二半导体管芯的所述第一表面上，所述吸气区域在所述第二封闭腔中。

技术总结一种电容性的MEMS型声换能器具有声音采集部分和换能部分。衬底区域包围第一腔，第一腔被布置在声音采集部分中并且朝向外部敞开；固定结构被耦合到衬底区域；帽区域被耦合到固定结构。敏感膜被布置在声音采集部分中，被耦合到固定结构，并且面向第一腔。换能腔被布置在换能部分中，相对于外部被密封地闭合，并且容纳检测膜。铰接结构穿过换能腔的壁在敏感膜与检测膜之间延伸。固定电极面向检测膜并且被电容性地耦合到检测膜。导电连接区域在衬底区域上方延伸到换能腔中。技术研发人员：F·韦尔切西,F·塞利尼,S·阿多尔诺受保护的技术使用者：意法半导体股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29