不具有背板的雙隔膜mems麥克風的制作方法
【技術領域】
[0001]各個實施例總體上涉及包含布置為圍繞一空間(volume)的第一懸置結構和第二懸置結構的傳感器結構。
【背景技術】
[0002]基本來說，麥克風是將壓力波轉換為電信號的換能器。傳統的麥克風具有被露出以引入壓力波的隔膜。這些壓力波使隔膜彎曲，并且這種彎曲被各種換能機構檢測到并被轉換為電信號。在微機電系統(MEMS)麥克風中，傳統的換能機構可包括壓電、壓阻、光學和電容機構。簡單的MEMS麥克風可以是由對電極(更常被稱為“背板”)和隔膜組成的電容器。當電壓被施加到背板/隔膜電容系統兩端且聲波引起隔膜的振動時，可通過測量由隔膜相對于背板的移動所引起的電容變化來將聲波轉換為可使用的電信號。使用電容驅動原理的MEMS麥克風通常具有高敏感度，但是它們可被來自背板的寄生電容所引起的電“噪聲”影響。實現增加的敏感度的一種方式是在隔膜與第一背板相對的一側上添加第二背板。然而，添加第二背板可能會增加潛在的噪聲。
【發明內容】
[0003]在各個實施例中，提供了一種傳感器結構。該傳感器結構可包括:第一懸置結構；第二懸置結構，與第一懸置結構分離設置以形成一空間；其中，第一懸置結構和第二懸置結構相對于彼此布置，使得接收到的進入第一懸置結構和第二懸置結構之間的空間的壓力波生成第一懸置結構朝向第一方向的位移以及第二懸置結構朝向不同于第一方向的第二方向的位移。
【附圖說明】
[0004]在附圖中，不同附圖中類似的參考符號通常表示相同的部件。附圖不必要按比例繪制，而是重點放在示出本發明的原理。在以下描述中，參照以下附圖描述本發明的各個實施例，其中:
[0005]圖1是MEMS麥克風的透視截面圖；
[0006]圖2A示出了根據各個實施例的具有隔膜元件的第一 MEMS結構的截面圖；
[0007]圖2B示出了根據各個實施例的圖2A所示MEMS結構的俯視圖；
[0008]圖2C示出了根據各個實施例的圖2A所示MEMS結構的俯視圖；
[0009]圖3A示出了根據各個實施例的具有隔膜元件的第二 MEMS結構的截面圖；
[0010]圖3B示出了根據各個實施例的圖3A所示MEMS結構的俯視圖；
[0011 ] 圖4示出了根據各個實施例的圖2A至圖2C所示第一 MEMS結構以及圖3A和圖3B所示第二 MEMS結構被相互固定和/或連結的截面圖；
[0012]圖5A和圖5B示出了根據各個實施例的源自圖4的雙MEMS結構；
[0013]圖6A和圖6B示出了根據各個實施例的源自圖4的雙MEMS結構；
[0014]圖7A和圖7B示出了根據各個實施例的源自圖4的雙MEMS結構；
[0015]圖8A和圖8B示出了根據各個實施例的源自圖4的雙MEMS結構；
[0016]圖9A和圖9B示出了根據各個實施例的源自圖4的雙MEMS結構；
[0017]圖1OA至圖1OD示出了根據各個實施例的源自圖4的雙MEMS結構；
[0018]圖11是根據各個實施例的用于制造上述MEMS結構的工藝的流程圖；
[0019]圖12示出了根據各個實施例的被配置為通過進入的壓力波電容性地檢測在至少一個隔膜結構中生成的彎曲的雙隔膜傳感器結構和電路的透視截面圖；
[0020]圖13示出了根據各個實施例的被配置為通過進入的壓力波光學地檢測在至少一個隔膜結構中生成的彎曲的雙隔膜傳感器結構和電路的透視截面圖；
[0021]圖14是根據各個實施例的用于操作雙隔膜傳感器結構的工藝的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]參考附圖，以下詳細描述示意性地示出可實踐本發明的具體細節和實施例。
[0023]本文所使用的術語“示例性”表示“用作實例、示例或說明”。在本文描述為“示例性”的任何實施例或設計不是必須構造為相對于其他實施例或設計來說為優選或有利的。
[0024]對于所設置材料，可以在本文形成在側或表面“上方”的術語“在…上方”來表示所設置材料可以“直接”形成在所指側或表面“上方”，例如直接結構。對于所設置材料，可以在本文形成在側或表面“上方”的術語“在…上方”來表示所設置材料可以“間接”形成在所指側或表面“上方”，其中一個或多個附加層可配置在所指側或表面與所設置材料之間。
[0025]根據本公開，提供了不具有背板元件的雙隔膜MEMS麥克風。
[0026]根據各個實施例，隔膜可包括板或膜。板可理解為承受壓力的隔膜。此外，膜可理解為承受張力的隔膜。盡管下面參照膜來詳細描述各個實施例，但可以可選地提供板或者通常提供隔膜。
[0027]根據各個實施例，圖1是MEMS麥克風的截面圖，其可分別包含殼體106、背面空間108以及兩個隔膜元件102和104。根據各個實施例，聲波110可進入入口 112，并且引起隔膜元件102和104相對于彼此反相振動。根據各個實施例，隨后可通過一個或多個處理電路(未示出)比較隔膜102和104生成的信號，這可以根據給定的應用來確定。根據各個實施例，相對于單隔膜MEMS麥克風，隔膜102和104的移動均可引起雙重信號。此外，在各個實施例中，由于背板元件不是必須的，所以可以大大減小由于背板所引起的寄生電容的潛在性。降低的寄生電容當與來自雙隔膜結構的增加信號耦合時，可以顯著增加麥克風的信噪比。此外，根據各個實施例，如果聲音通過隔膜之間的低阻抗口進入，則提高的信噪比可進一步增加不存在通孔背板的可能性。
[0028]根據各個實施例，如圖2A至圖2C所示，雙隔膜MEMS麥克風可包括第一 MEMS結構200。MEMS結構200可包括第一襯底202，其具有形成在第一襯底202中的第一空隙210和懸置在第一空隙210上方的第一隔膜208。根據各個實施例，MEMS結構200可進一步包括形成在第一襯底202的頂面202a上的至少一個凸塊電極204以及形成在第一隔膜208的一部分上方的至少一個間隔結構206。
[0029]根據各個實施例，第一襯底202可以是半導體襯底，諸如硅襯底。此外，在各個實施例中，根據給定的應用，第一襯底202可包括其他半導體材料或者由其他半導體材料組成，諸如鍺、硅鍺、碳化硅、氮化鎵、銦、氮化銦鎵、砷化銦鎵、氧化銦鎵鋅或其他基本和/或化合物半導體(例如，II1-V化合物半導體，諸如砷化鎵或磷化銦，或者I1-VI化合物半導體或三元化合物半導體或四元化合物半導體)。
[0030]根據各個實施例，在第一襯底202中形成第一空隙210之前，第一隔膜208可以形成在第一襯底202的頂面202a的至少一部分上方。在各個實施例中，至少一個間隔結構206可形成在第一隔膜208的至少一部分上方。換句話說，根據各個實施例，第一襯底202、第一隔膜208和至少一個間隔結構206可以實現為分層結構。然后，可以從第一襯底202的背側202b (可以是第一襯底202與頂面202a相對的一側)蝕刻所述分層結構，以形成第一空隙210。根據各個實施例，由于第一襯底202被蝕刻來形成第一空隙210，所以第一隔膜208的至少一部分可以與第一襯底202脫離并變得在第一空隙210上方懸置。換句話說，根據各個實施例，第一空隙210可通過從背側202b蝕刻第一襯底202來形成，使得從第一襯底202的背側202b到頂面202a蝕刻穿過第一襯底202且可以不蝕刻第一隔膜208。
[0031]根據各個實施例，第一空隙210的形狀可以是正方形或者基本是正方形的。根據各個實施例，第一空隙210的形狀可以是矩形或者基本是矩形的。根據各個實施例，第一空隙210的形狀可以是圓形或者基本是圓形的。根據各個實施例，第一空隙210的形狀可以是橢圓形或者基本是橢圓形的。根據各個實施例，第一空隙210的形狀可以是三角形或基本是三角形的。根據各個實施例，第一空隙210的形狀可以是十字形或基本是十字形的。根據給定的應用，第一空隙210可以形成為任何形狀。
[0032]可以通過各種蝕刻技術(例如，各向同性氣相蝕亥IJ、蒸氣蝕亥IJ、濕蝕亥IJ、各向同性干蝕刻、等離子體蝕刻等)來成型第一空隙210。
[0033]根據各個實施例，第一隔膜208可通過各種制造技術(例如，物理氣相沉積、電化學沉積、化學氣相沉積和分子束外延)來形成在第一襯底202的頂面202a上方。
[0034]根據各個實施例，第一隔膜208的形狀可以是正方形或基本是正方形的。根據各個實施例，第一隔膜208的形狀可以是矩形或者基本是矩形的。根據各個實施例，第一隔膜208的形狀可以是圓形或者基本是圓形的。根據各個實施例，第一隔膜208的形狀可以是橢圓形或者基本是橢圓形的。根據各個實施例，第一隔膜208的形狀可以是三角形或基本是三角形的。根據各個實施例，第一隔膜208的形狀可以是十字形或基本是十字形的。根據各個實施例，根據給定的應用，第一隔膜208可以形成為任何形狀。
[0035]第一隔膜208可由半導體材料(例如，硅)組成或者可以包括半導體材料。此外，根據給定的應用，第一隔膜208可包括其他半導體材料或者包括其他半導體材料，諸如鍺、硅鍺、碳化硅、氮化鎵、銦、氮化銦鎵、砷化銦鎵、氧化銦鎵鋅或其他基本和/或化合物半導體(例如，II1-V化合物半導體，諸如砷化鎵或磷化銦，或者I1-VI化合物半導體或三元化合物半導體或四元化合物半導體)。第一隔膜208可以由介電材料、壓電材料、壓阻材料和鐵電材料中的至少一種組成或者可以包括介電材料、壓電材料、壓阻材料和鐵電材料