CN109644308A

CN109644308A - Mems设备和方法

Info

Publication number: CN109644308A
Application number: CN201780051436.5A
Authority: CN
Inventors: S·杜菲; C·R·詹金斯; T·H·胡克斯特拉
Original assignee: Wolfson Microelectronics PLC
Current assignee: Cirrus Logic International UK Ltd; Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
Priority date: 2016-08-22
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-04-16
Anticipated expiration: 2037-08-08
Also published as: GB201616862D0; WO2018037205A1; TW201817669A; CN109644308B; GB2553154A; TWI704100B; US20180050900A1; GB2553154B; US10343894B2

Abstract

本申请涉及一种MEMS换能器，包括：一个导电材料层，所述导电材料层设置在一个膜材料层的表面上。所述导电材料层包括第一区域和第二区域，其中所述/每个第一区域和所述/每个第二区域的厚度和/或电导率是不同的。

Description

MEMS设备和方法

本公开内容涉及微机电***(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。

多种MEMS设备正变得越来越受欢迎。MEMS换能器，尤其是MEMS电容式麦克风，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制造方法形成的麦克风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，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分别示出了已知的电容式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示出的实施例中，第二电极103被嵌入在背板结构104中。

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，并将膜层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。

多个孔(在下文中称为排出孔(bleed hole)111)连接第一腔109和第二腔110。

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柔性，而背板可以被沉积成更厚且因此更刚性的结构。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***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(下文称为声孔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响应于通过背板104中的声孔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(back volume)”，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个容积之间自由移动。

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，其中膜层101被支撑在背板104上方。

在使用时，响应于与入射在麦克风上的压力波对应的声波，膜从其平衡位置或静态位置略微变形。膜电极102和背板电极103之间的距离被对应地更改，从而引起这两个电极之间的电容的改变，所述电容的改变随后被电子电路***(未示出)检测到。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，这减小了例如由温度变化等引起的低频压力变化的影响，但不会影响在期望的声学频率下的灵敏度。

MEMS换能器的膜层且因此柔性膜大体包括薄介电材料层——诸如，晶体材料层或多晶材料层。该膜层实际上可以通过以相继的步骤沉积的若干个材料层形成。因此，柔性膜101可以例如是由氮化硅Si₃N₄或多晶硅形成的。晶体材料和多晶材料具有高强度和低塑性变形，在膜的构造中高强度和低塑性变形都是非常期望的。MEMS换能器的膜电极102通常是薄的金属(例如，铝)层，该金属层通常位于柔性膜101的中心，即，膜的位移最多的部分。本领域技术人员将理解，膜电极可以是通过沉积金属合金(诸如，铝硅合金)形成的。通常在膜的中心区域中，膜电极通常可以例如覆盖膜的区域的近似40％。

因此，已知的换能器膜结构由两层不同的材料——通常是介电层(例如SiN)和导电层(例如AlSi)——组成。

通常，柔性膜101和膜电极102可以被制造成在静态位置基本上是平面的，即在膜两侧没有压力差，如图1a中例示的。柔性膜层可以被形成为在此静态位置基本上平行于背板层，以使得膜电极102平行于背板电极103。然而，随着时间的推移，膜结构可能会变形——例如由于相对大的位移或重复的位移——以使得它不会返回到完全相同的起始位置。

许多问题与先前考虑的换能器设计相关联。特别地，膜和膜电极两者都将在生产之后承受固有的机械应力，例如因为在几百摄氏度的相对高的温度下被沉积并且期望返回到室温以收缩不同的量，收缩的量不同是由于热膨胀系数大不相同但却紧密地机械联接在一起。由于应力导致不能立即使储存的能量消散，即不能够通过单独的机械收缩完全释放应力，电极和膜的复合结构将趋于变形，类似于公知的双金属片形恒温传感器的操作。在很长一段时间内，尤其是当作为典型使用中的麦克风膜遇到重复的机械运动时，金属电极层尤其在它退火时可能遭受蠕变变形或塑性变形，以减少其储存的应力能量——不能够以任何其他方式释放它。因此，包括柔性膜和膜电极的膜结构的平衡位置或静态位置从第一天起就对生产条件敏感并且也会随着时间的推移改变。

图2例示了随着时间的推移可能发生在膜101/102的静态位置的永久变形。可以看出，膜的静态位置且因此背板电极103和膜电极102之间的间隔因此从其刚生产后的位置(由虚线示出)改变到变形的静态位置。这可以导致来自这样的换能器的测量信号的直流偏移，这是因为在静态位置处的电容是不相同的。更重要地，对于交流音频信号，电容的改变导致信号负荷对于给定声学刺激的变化，即麦克风的声电灵敏度。

此外，复合电极-膜结构101/102的弹性对电极和膜层的机械应力敏感。生产条件的任何变化和经由金属蠕变等的后续应力释放将影响这些层的应力值。由于应力失配导致的变形也将直接影响静态应力值。

因此，可以理解的是，膜结构和相关的换能器可经受增加的初始灵敏度的生产变化并且还经历灵敏度随着时间推移的改变——或漂移，这意味着换能器性能不能保持恒定。

此外，由于从静态/平衡位置相对大的位移或重复的位移，膜电极的金属可能经历一些塑性变形。因此，膜电极的金属可能变形，所以它将不会返回到其原始位置。因为柔性膜101和膜电极102彼此机械联接，所以这还可以导致柔性膜101的静态位置的整体改变和/或整体膜结构的应力特性的改变从而导致弹性改变。

本公开内容涉及寻求减少(特别是通过提供表现出改善的初始灵敏度或性能和随着时间推移的灵敏度或性能的一致性的换能器来减少)上面提及的缺点中的一些的MEMS换能器和方法。

根据本发明的第一方面提供了一种MEMS换能器，包括：

一个基底，所述基底具有一个腔；

一个膜材料层，所述膜材料层相对于所述基底设置，其中膜材料在所述腔上方延伸；

一个导电材料层，所述导电材料层设置在所述膜材料层的表面上；

所述导电材料层包括至少一个第一区域和至少一个第二区域，所述第一区域具有第一厚度和第一电导率，所述第二区域具有第二厚度和第二电导率，其中所述第一区域和所述第二区域的厚度和/或电导率是不同的。

将理解的是，可以由不同的材料形成的所述第一区域和所述第二区域在膜的表面上形成“电连续”导电层。该电连续层可以包括一个导电材料片材或可以包括一个导电层，所述导电层具有在所述导电层内的一个或多个穿孔或孔隙。

所述换能器包括一个膜材料层，所述膜材料层可以相对于下面的基底以固定关系被支撑并且在基底中的腔上方延伸。所述膜的在所述腔上方延伸的区域可以被视为形成所述换能器的柔性膜。因此，放置在柔性膜区域的表面上的任何导电材料可以被视为形成所述换能器的用于感测所述柔性膜的移动的膜电极。

根据本公开内容的实施例，所述导电层的所述第一区域表现出至少一个材料特性，所述至少一个材料特性与所述第二区域的相同材料特性相比不同。优选地，设置在膜表面上的导电材料的第一区域和第二区域的材料特性被选择以便有助于/实现膜的不同区域的不同性能要求。根据优选的实施例，所述/每个第一区域和所述/每个第二区域的厚度和/或电导率(conductivity)是不同的。因此，所述第一区域和所述第二区域的电导(conductance)可以是不同的。

根据一个实施例，所述第二区域中的导电材料的厚度(即，导电层的z尺度)可以大于所述第一区域中的导电材料的厚度。因此，所述/每个第一区域可以被视为导电材料的“更薄”区域同时所述/每个第二区域可以被视为导电材料的“更厚”区域。替代地或附加地，导电层的不同区域由具有不同固有电导率的不同材料形成。例如，形成导电层的所述/每个第二区域的导电材料的电导率可以大于形成导电层的所述/每个第一区域的导电材料的电导率。例如，导电层的所述第一区域可以由导电介质(诸如氮化钛、多晶硅、碳化硅、非晶硅或氮化钽)形成。导电层的所述第二区域可以由金属(诸如铝)、金属合金(诸如铝硅合金)或氮化钛形成。

在所述膜层的覆盖所述腔且形成所述腔的柔性膜的区域中，导电层充当电容板或膜电极。因此，膜位置的改变是通过所述膜电极和背板电极之间的电容的改变来测量的。在此区域中，需要减轻膜和导电电极的机械特性之间的机械失配，以例如减少所述MEMS换能器的与时间相关的漂移。

根据导电层的所述/每个第一区域比导电层的所述/每个第二区域更薄的实施例，期望导电层的第一区域包括导电材料沉积在覆盖基底腔的柔性膜区域上的区域的至少一部分。将理解的是，由于导电层和下面的膜层之间的机械耦合引起的材料应变与导电材料的量/体积相对于邻接的膜层的表面面积的比率成比例。因此，根据这样的实施例，可以减轻由于膜和导电层的机械特性之间的失配引起的应力和/或变形。

导电介质(conductive dielectric)，诸如上面讨论的那些，通常表现出的电导率比金属的电导率低几个数量级。然而，当用作膜层的覆盖腔的区域上的导电层的第一区域以形成膜电极时，通过相对较大的材料面积缓和较低的电导。此外，导电介质提供了许多特性，这些特性使它们有益于形成导电层的一部分，特别是有益于形成膜电极。例如，与金属不同，导电介质倾向于表现出与邻接的膜层的热膨胀系数更紧密匹配的热膨胀系数。因此，减小了在双层结构中引起的机械应力并且也减小了所述结构经历随着时间的推移对灵敏度漂移的敏感性。

形成表现出较低的固有应力的复合膜电极结构的能力有利地允许增大电极的面积，从而使得能够增大换能器结构的整体电容。

除了在柔性膜上形成导电电极，所述导电层还可以形成一个线路(track)，所述线路用于将信号从膜电极传输到用于将换能器电耦合到用于读出的电路***的区域。线路区域相对小，因此，希望此区域的电导相对高。根据本发明的一个实施例，所述线路可以由所述导电层的第二区域形成，该第二区域比所述第一区域更厚和/或表现出比所述第一区域更高的电导率。

所述/每个第二区域可以包括至少一个区域，所述至少一个区域设置在膜的在膜覆盖腔的区域横向外侧的区域上。替代地或附加地，所述第二区域可以至少包括覆盖下面的膜层的拓扑的任何改变(例如处于所述膜层的上层和下层之间的阶跃改变)的区域。

所述导电层可以替代地或附加地包括在膜的覆盖腔的区域上一个或多个较厚的和/或电导率较高的区域。因此，这些区域将形成膜电极的一部分。因此，导电层的第二区域可以包括一个或多个元件或互连线路，所述一个或多个元件或互连线路设置在膜的覆盖腔的区域上。因此，所述第二区域可以形成多个分立元件或互连线路/纹路。可以通过将导电材料的第一子层沉积到膜表面上，从而形成最终元件的几何结构/图案或所述第二区域的线路来形成这样的实施例。然后，可以随后沉积导电材料的第二子层，以形成所述导电材料的第一区域作为连续层或选择性沉积以包含一个或多个开口(例如作为点阵)，以使得导电材料的第二子区域沉积在所述第一子区域的顶部上的区域将形成导电材料的较厚的区域(并且将形成根据本发明的实施例的所述“第二区域”的一部分)，并且导电材料的第二子区域直接沉积到膜表面上的区域将形成导电区域的较薄的区域(并且将形成根据本发明的实施例的所述第一区域的一部分)。

根据包括一个包括不同厚度的区域的导电材料层的实施例，将理解的是，可以以多种方式形成所述导电材料层。例如，所述导电材料层可以包括在不同阶段沉积的导电材料的多个子层。所述子层可以包括相同或不同的材料。因此，可以建立所述导电层的较厚区域，例如来自一个以上的沉积层。所述子层中的一个或多个可以被视为在x-y平面中形成图案。因此，所述子层中的一个或多个可以包括一个在所述导电层内具有一个或多个穿孔或孔隙的导电层。

替代地，可以移除先前沉积的导电材料以形成导电材料的一个或多个较薄的区域。

考虑导电材料层的不同区域相对于它们在x/y平面中的投影位置的定位是方便的，所述x/y平面由膜材料层的柔性膜区域的平面定义。因此，根据本发明的实施例，所述第一区域和所述第二区域可以设置在相对于柔性膜的平面的不同投影位置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种MEMS换能器，所述MEMS换能器包括一个膜材料层和一个导电材料层，所述导电材料层设置在膜材料层的表面上，其中所述导电材料层包括第一区域和第二区域，并且其中所述/每个第一区域和所述/每个第二区域的厚度和/或电导率是不同的。

根据本发明的另一个方面，提供了一种形成具有一个柔性膜的MEMS换能器的方法，所述方法包括：在所述膜的表面上形成一个导电材料层，选择性地移除所述导电材料层中的一些以形成一个或多个厚度减小的区域。

根据本发明的另一个方面，提供了一种形成具有相对于基底被支撑的膜材料层的MEMS换能器的方法，所述方法包括：第一沉积步骤和第二沉积步骤，所述第一沉积步骤和所述第二沉积步骤将一个导电材料层沉积在所述膜材料层的表面上，所述导电材料层包括至少一个第一区域和至少一个第二区域。所述第一沉积步骤可以包括沉积具有第一电导率的第一材料并且所述第二沉积步骤可以包括沉积具有第二电导率的第二导电材料。

所述换能器可以包括一个背板结构，其中所述柔性膜层相对于所述背板结构被支撑。所述背板结构可以包括多个穿过所述背板结构的孔。

所述换能器可以是电容式传感器，诸如，麦克风。所述换能器可以包括读出(即，放大)电路***。所述换能器可以被定位在具有一个声音端口(即，声学端口)的封装件内。所述换能器可以被实施在一个电子设备中，所述电子设备可以是以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；音频设备；计算设备；通信设备；个人媒体播放器；移动电话；平板设备；游戏设备；以及语音控制设备。

任何给定的方面的特征可以与任何其他方面的特征组合，且本文描述的多种特征可以在一个给定的实施例中以任何组合的方式实施。

为以上方面中的每个方面提供了相关联的制造MEMS换能器的方法。

为了更好地理解本发明，且为了示出如何实施本发明，现在将通过实施例的方式参考附图，在附图中：

图1a和图1b以截面视图和立体视图例示了已知的电容式MEMS换能器；

图2例示了膜如何变形；

图3a至图3d每个示出了穿过多种示例结构的横截面视图；

图4例示了图3a至图3c中示出的结构的俯视图；

图5示出了导电层的穿孔子层的一个实施例；

图6a示出了根据另一个实施例的导电层的一部分的平面视图；

图6b示出了穿过图6b中示出的线X-X的截面视图；

图6c示出了穿过具有三个子层的导电层的截面；

图7示出了另一个实施例的横截面视图；以及

图8a和图8b示出了其他示例结构。

图3a至图3d每个示出了多种示例结构的横截面视图，所述示例结构包括一个膜材料层10和一个导电材料层115，膜材料层10横跨在基底105中形成的腔延伸以形成一个柔性膜101，导电材料层115沉积在膜材料层的表面上。在每个实施例中，导电层包括至少一个第一区域A和至少一个第二区域B，第一区域A具有第一厚度和第一电导率，第二区域B具有第二厚度和第二电导率。在此实施例中，第二区域B的厚度比第一区域大。

可以看到第一区域和第二区域设置在相对于柔性膜的x/y平面的不同位置。

根据图3a中示出的实施例，导电层最初被沉积为具有初始厚度Z₁的单层。然后从覆盖基底腔的区域中的导电材料层选择性地移除一些导电材料。所得到的第一区域具有小于Z₁的厚度Z₂。

如例示了图3a至图3c中示出的结构的俯视图的图4中示出的，导电层的较厚的第二区域B在柔性膜的周缘形成导电线路116。导电线路将由覆盖基底腔的区域中的导电层形成的膜电极连接到区域C，所述区域C在用于将电极电耦合到电路***(未示出)的换能器的周缘。如虚线所指示的，膜层表现出在基底腔上方延伸的上膜层和下膜层之间阶跃改变。因此，由导电层的区域B形成的导电线路设置在膜材料层的包括阶跃中断的区域上。

根据图3b和图3c中示出的实施例，通过两个不同的沉积步骤由两个子层形成导电层。在图3b中，包括沉积导电材料的第一子层的第一沉积步骤导致导电层的第二区域B的部分形成。包括沉积导电材料(所述导电材料在此实施例中与在第一沉积步骤中沉积的导电材料相同)的第二子层的第二沉积步骤导致导电层的具有厚度Z₁的第二区域B的完成和具有厚度Z₂的第一区域A的形成。

在图3c中，包括沉积导电材料的第一子层的第一沉积步骤导致导电层的第一区域A的形成和导电层的第二区域B的部分形成。包括沉积导电材料的第二子层的第二沉积步骤导致导电层的第二区域B的完成。

图3d示出了导电层的另一个实施例。根据此实施例，导电层的第二区域B形成导电线路115以及形成多个补充的导电线路116，导电线路116横跨柔性膜区域延伸。将理解的是，图3d示出了穿过换能器结构的横截面视图，并且多个补充线路116实际上互连且可以例如由导电材料的穿孔子层形成。

根据图3d的实施例，导电层的子层中的一个通过延伸穿过该导电材料的子层的多个穿孔或开口被图案化，同时另一个子层形成导电层的第一区域A。穿孔子层的一个实施例被示出在图5中。然而，将理解的是，两个子层都可以被穿孔。

通过沉积导电材料的较薄的子层形成导电层的第一区域。在此实施例中，如图3b所示，通过在部分形成第二区域且确定第二区域的几何形状/图案的第一沉积步骤之后的第二沉积步骤形成第一区域。

多个补充的导电线路116用于补充/增强柔性膜的区域中的导电层的电容，且因此改善换能器的灵敏度。因此，补充的导电线路可以被视为形成膜电极的一部分。因此，膜电极(至少包括导电层的沉积在柔性膜上部的那部分)包括第一相对薄的区域A以及第二相对厚的区域B。

图6a示出了根据另一个实施例的导电层的一部分的平面示图。如图6a中示出的，导电层由第一子层和第二子层形成，其中两个子层都在导电子层中设置有开口120。导电材料的第一子层和第二子层可以被视为形成导电层的第一区域A和第二区域B。

第一区域A由导电材料的单个子层形成，并因此比导电层的第二区域B薄。第二区域B由导电材料的两个子层形成。

图6b示出了穿过图6b的线X-X的横截面视图。

在本公开内容的上下文中，设想导电层可包括三个或更多个区域，其中每个区域的厚度和/或电导率是不同的。因此，如图6c中示出的，将理解的是，根据本公开内容的另一个实施例，导电层可以包括第三子层，所述第三子层将形成导电层的第三区域C。例如，第三子层可以包括一个导电材料的连续片材(continuous sheet)，所述导电材料的连续片材在第三沉积步骤时沉积在先前沉积的第一子层和第二子层二者的顶部上。第三子层将形成第三区域C且还将形成下面的第一区域和第二区域的一部分。

图7示出了穿过体现本公开内容的另一个结构的横截面视图，该另一个结构包括膜材料层10和导电材料层105，所述膜材料层10横跨形成在基底105中的腔延伸以形成柔性膜101，所述导电材料层105沉积在所述膜材料层的表面上。导电层包括至少一个第一区域A和至少一个第二区域B，所述第一区域A具有第一电导率，所述第二区域B具有第二电导率。在此实施例中，第二区域B由具有比形成区域A的材料更高的电导率的材料形成。例如，第二区域B可以有利地由金属或金属合金形成，诸如铝，同时第一区域A可以有利地由导电介质材料(诸如包括氮化钛、多晶硅、碳化硅、非晶硅、氮化钽)形成。TiN的电阻是相同厚度的铝硅合金的大约2-3倍。

图8a和图8b示出了其他实施例，其中金属子层形成在膜表面上且被图案化以包括多个开口。因此，金属子层形成膜层10的表面上的图案化的第二区域B且包括元件或互连线路的图案。然后提供导电介质材料以基本上填满设置在图案化的第二层中的开口。如图8a中示出的，得到的导电层的上表面可以被平面化以提供横跨整个导电层的均匀厚度。替代地，如图8b中示出的，由于导电介质材料沉积到下面的图案化的金属层上，因此导电层可以表现出厚度的变化。

根据在此描述的实施例的MEMS换能器可以包括一个电容式传感器，例如麦克风。

根据在此描述的实施例的MEMS换能器还可以包括读出电路***，例如，其中该读出电路***可以包括模拟电路***和/或数字电路***，诸如，低噪声放大器、电压参考和电荷泵，用于提供较高电压偏置、模拟数字转换或输出数字接口或更复杂的模拟信号处理或数字信号处理。因此可以设置一个包括如本文的任何一个实施例中描述的MEMS换能器的集成电路。

根据在此描述的实施例的一个或多个MEMS换能器可以被定位在一个封装件内。此封装件可以具有一个或多个声音端口。根据在此描述的实施例的MEMS换能器可以与一个包括读出电路***的单独的集成电路一起被定位在一个封装件内，该读出电路***可以包括模拟电路***和/或数字电路***，诸如，低噪声放大器、电压参考和电荷泵，用于提供较高电压偏置、模拟数字转换或输出数字接口或更复杂的模拟或数字信号处理。

根据在此描述的实施例的MEMS换能器可以被定位在具有一个声音端口的封装件内。

根据另一方面，提供了一种电子设备，其包括根据本文描述的任何一个实施例的MEMS换能器。电子设备可以包括例如以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；音频设备；计算设备；通信设备；个人媒体播放器；移动电话；游戏设备；以及语音控制设备。

根据另一方面，提供了一种制造如本文的任何一个实施例中描述的MEMS换能器的方法。

虽然多个实施例描述了MEMS电容式麦克风，但是本文描述的实施例也适用于除麦克风之外的任何形式的MEMS换能器，例如，压力传感器或超声波发射器/接收器。

可以在一系列不同材料体系中有效地实施各实施例，然而，本文描述的实施例对于具有包括氮化硅的膜层的MEMS换能器是特别有利的。

在上文描述的实施例中，注意到，对换能器元件的引用可以包括多种形式的换能器元件。例如，一个换能器元件可以包括单个膜和背板组合。在另一个实施例中，一个换能器元件包括多个个体换能器，例如，多个膜/背板组合。一个换能器元件的多个个体换能器可以是类似的，或可以被不同地配置为使得它们对声学信号有不同的响应，例如，所述元件可以具有不同的灵敏度。一个换能器元件也可以包括被定位成从不同的声学通道接收声学信号的多个不同的个体换能器。

注意到，本文描述的实施例中，一个换能器元件可以包括例如一个麦克风设备，该麦克风设备包括一个或多个膜，其中用于读出/驱动的电极被沉积在所述膜和/或基底或背板上。在MEMS压力传感器和麦克风的情况下，可以通过测量与所述电极之间的电容有关的信号来获得电输出信号。然而，注意到，所述实施例还意在包含通过监测压阻元件或压电元件或实际上光源来导出输出信号。所述实施例还意在包含换能器元件是电容式输出换能器，其中通过静电力来移动膜，所述静电力是通过改变在所述电极两端施加的电位差生成的，所述实施例包括其中使用MEMS技术生产压电元件且刺激压电元件以造成柔性构件的运动的输出换能器的实施例。注意到，上文描述的实施例可以被用在一系列设备中，所述设备包括但不限于：模拟麦克风、数字麦克风、压力传感器或超声换能器。本发明也可以被用在多种应用中，所述应用包括但不限于：消费者应用、医疗应用、工业应用和汽车应用。例如，典型的消费者应用包括便携式音频播放器、可穿戴设备、膝上型计算机、移动电话、PDA和个人电脑。实施例还可以被用在语音激活设备或语音控制设备中。典型的医疗应用包括助听器。典型的工业应用包括有源噪声消除。典型的汽车应用包括免提套件、声学碰撞传感器和有源噪声消除。

应理解，术语“上部”不应以任何方式被解释为限于在任何制造步骤期间换能器的任何特定定向和/或它在任何封装件中的定向或实际上封装件在任何装置中的定向。相对术语“下部”、“之上”、“之下”、“下侧”、“在下方”等应被相应地解释。

应注意，上文提及的实施例例示而非限制本发明，在不偏离随附的权利要求的范围的前提下，本领域技术人员将能够设计许多替代实施例。词语“包括”不排除除了权利要求中所列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，且单个特征或其他单元可以实现权利要求中所记载的多个单元的功能。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制它们的范围。

Claims

1.一种MEMS换能器，包括：

一个基底，所述基底具有一个腔；

一个膜材料层，所述膜材料层相对于所述基底设置，其中所述膜材料在所述腔上方延伸；

所述导电材料层包括至少一个第一区域和至少一个第二区域，所述第一区域具有第一厚度和第一电导率，所述第二区域具有第二厚度和第二电导率，其中所述/每个第一区域和所述/每个第二区域的厚度和/或电导率是不同的。

2.根据权利要求2所述的MEMS换能器，其中所述导电材料的所述第一区域和所述第二区域表现出不同的厚度。

3.根据权利要求1或2所述的MEMS换能器，其中所述第一区域和所述第二区域在所述膜的表面上形成电连续导电层。

4.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述导电材料层的所述第二区域包括导电材料的第一子层和第二子层。

5.根据权利要求4所述的MEMS换能器，其中所述子层中的至少一个包括一个具有至少一个开口的导电材料层。

6.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中至少一个第一区域设置在所述膜的覆盖所述基底腔的区域上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中形成所述第一区域的导电材料包括一个导电材料的连续片材。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的MEMS换能器，其中形成所述第一区域的导电材料包括一个具有至少一个开口的导电材料层。

9.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述导电材料层形成所述换能器的膜电极。

10.根据权利要求9所述的MEMS换能器，其中所述导电材料层形成一个导电线路，所述导电线路在所述膜电极和用于将所述膜电极电耦合到用于读出的电路***的区域之间延伸。

11.根据权利要求10所述的MEMS换能器，其中所述线路至少部分由至少一个第二区域形成。

12.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述导电材料的至少一个第二区域设置在所述膜材料层的表面的一个区域上，该区域在所述膜材料层的覆盖所述腔的区域的横向外侧。

13.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述膜材料层表现出至少一个在第一水平和第二水平之间的阶跃，并且其中至少一个第二区域设置在所述膜材料层的包括所述阶跃的区域上。

14.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述第二区域包括一个或多个元件或互连线路，所述一个或多个元件或互连线路设置在所述膜材料层的覆盖所述腔的区域上。

15.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述导电材料的所述第一区域和所述第二区域表现出不同的电导率。

16.根据权利要求15所述的MEMS换能器，其中所述第一区域表现出比所述第二区域低的电导率。

17.根据权利要求16所述的MEMS换能器，其中所述第一区域包括导电介质材料。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的MEMS换能器，其中所述第二区域包括金属材料或金属合金材料。

19.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述膜包括晶体材料或多晶材料。

20.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述导电层包括三个或更多个区域，每个区域具有与其他区域不同的厚度和/或电导。

21.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述换能器包括电容式传感器，诸如，电容式麦克风。

22.根据权利要求20或21所述的MEMS换能器，还包括读出电路***，其中所述读出电路***可以包括模拟电路***和/或数字电路***。

23.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器的电子设备，其中所述电子设备是以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；音频设备；计算设备；通信设备；个人媒体播放器；移动电话；游戏设备；以及语音控制设备。

24.一种形成具有柔性膜的MEMS换能器的方法，所述方法包括：

在所述膜的表面上形成一个导电材料层，

选择性地移除所述导电材料层中的一些以形成一个或多个厚度减小的区域。

25.一种形成具有相对于基底被支撑的膜材料层的MEMS换能器的方法，所述方法包括：

第一沉积步骤和第二沉积步骤，所述第一沉积步骤和所述第二沉积步骤将一个导电材料层沉积在所述膜材料层的表面上，所述导电材料层包括至少一个第一区域和至少一个第二区域。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述/每个第二区域的厚度大于所述/每个第一区域的厚度。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一沉积步骤包括沉积具有第一电导率的第一材料并且所述第二沉积步骤包括沉积具有第二电导率的第二导电材料。