不具有背板的双隔膜mems麦克风的制作方法
【技术领域】
[0001]各个实施例总体上涉及包含布置为围绕一空间(volume)的第一悬置结构和第二悬置结构的传感器结构。
【背景技术】
[0002]基本来说，麦克风是将压力波转换为电信号的换能器。传统的麦克风具有被露出以引入压力波的隔膜。这些压力波使隔膜弯曲，并且这种弯曲被各种换能机构检测到并被转换为电信号。在微机电系统(MEMS)麦克风中，传统的换能机构可包括压电、压阻、光学和电容机构。简单的MEMS麦克风可以是由对电极(更常被称为“背板”)和隔膜组成的电容器。当电压被施加到背板/隔膜电容系统两端且声波引起隔膜的振动时，可通过测量由隔膜相对于背板的移动所引起的电容变化来将声波转换为可使用的电信号。使用电容驱动原理的MEMS麦克风通常具有高敏感度，但是它们可被来自背板的寄生电容所引起的电“噪声”影响。实现增加的敏感度的一种方式是在隔膜与第一背板相对的一侧上添加第二背板。然而，添加第二背板可能会增加潜在的噪声。
【发明内容】
[0003]在各个实施例中，提供了一种传感器结构。该传感器结构可包括:第一悬置结构；第二悬置结构，与第一悬置结构分离设置以形成一空间；其中，第一悬置结构和第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收到的进入第一悬置结构和第二悬置结构之间的空间的压力波生成第一悬置结构朝向第一方向的位移以及第二悬置结构朝向不同于第一方向的第二方向的位移。
【附图说明】
[0004]在附图中，不同附图中类似的参考符号通常表示相同的部件。附图不必要按比例绘制，而是重点放在示出本发明的原理。在以下描述中，参照以下附图描述本发明的各个实施例，其中:
[0005]图1是MEMS麦克风的透视截面图；
[0006]图2A示出了根据各个实施例的具有隔膜元件的第一 MEMS结构的截面图；
[0007]图2B示出了根据各个实施例的图2A所示MEMS结构的俯视图；
[0008]图2C示出了根据各个实施例的图2A所示MEMS结构的俯视图；
[0009]图3A示出了根据各个实施例的具有隔膜元件的第二 MEMS结构的截面图；
[0010]图3B示出了根据各个实施例的图3A所示MEMS结构的俯视图；
[0011 ] 图4示出了根据各个实施例的图2A至图2C所示第一 MEMS结构以及图3A和图3B所示第二 MEMS结构被相互固定和/或连结的截面图；
[0012]图5A和图5B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
[0013]图6A和图6B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
[0014]图7A和图7B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
[0015]图8A和图8B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
[0016]图9A和图9B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
[0017]图1OA至图1OD示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
[0018]图11是根据各个实施例的用于制造上述MEMS结构的工艺的流程图；
[0019]图12示出了根据各个实施例的被配置为通过进入的压力波电容性地检测在至少一个隔膜结构中生成的弯曲的双隔膜传感器结构和电路的透视截面图；
[0020]图13示出了根据各个实施例的被配置为通过进入的压力波光学地检测在至少一个隔膜结构中生成的弯曲的双隔膜传感器结构和电路的透视截面图；
[0021]图14是根据各个实施例的用于操作双隔膜传感器结构的工艺的流程图。
【具体实施方式】
[0022]参考附图，以下详细描述示意性地示出可实践本发明的具体细节和实施例。
[0023]本文所使用的术语“示例性”表示“用作实例、示例或说明”。在本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不是必须构造为相对于其他实施例或设计来说为优选或有利的。
[0024]对于所设置材料，可以在本文形成在侧或表面“上方”的术语“在…上方”来表示所设置材料可以“直接”形成在所指侧或表面“上方”，例如直接结构。对于所设置材料，可以在本文形成在侧或表面“上方”的术语“在…上方”来表示所设置材料可以“间接”形成在所指侧或表面“上方”，其中一个或多个附加层可配置在所指侧或表面与所设置材料之间。
[0025]根据本公开，提供了不具有背板元件的双隔膜MEMS麦克风。
[0026]根据各个实施例，隔膜可包括板或膜。板可理解为承受压力的隔膜。此外，膜可理解为承受张力的隔膜。尽管下面参照膜来详细描述各个实施例，但可以可选地提供板或者通常提供隔膜。
[0027]根据各个实施例，图1是MEMS麦克风的截面图，其可分别包含壳体106、背面空间108以及两个隔膜元件102和104。根据各个实施例，声波110可进入入口 112，并且引起隔膜元件102和104相对于彼此反相振动。根据各个实施例，随后可通过一个或多个处理电路(未示出)比较隔膜102和104生成的信号，这可以根据给定的应用来确定。根据各个实施例，相对于单隔膜MEMS麦克风，隔膜102和104的移动均可引起双重信号。此外，在各个实施例中，由于背板元件不是必须的，所以可以大大减小由于背板所引起的寄生电容的潜在性。降低的寄生电容当与来自双隔膜结构的增加信号耦合时，可以显著增加麦克风的信噪比。此外，根据各个实施例，如果声音通过隔膜之间的低阻抗口进入，则提高的信噪比可进一步增加不存在通孔背板的可能性。
[0028]根据各个实施例，如图2A至图2C所示，双隔膜MEMS麦克风可包括第一 MEMS结构200。MEMS结构200可包括第一衬底202，其具有形成在第一衬底202中的第一空隙210和悬置在第一空隙210上方的第一隔膜208。根据各个实施例，MEMS结构200可进一步包括形成在第一衬底202的顶面202a上的至少一个凸块电极204以及形成在第一隔膜208的一部分上方的至少一个间隔结构206。
[0029]根据各个实施例，第一衬底202可以是半导体衬底，诸如硅衬底。此外，在各个实施例中，根据给定的应用，第一衬底202可包括其他半导体材料或者由其他半导体材料组成，诸如锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其他基本和/或化合物半导体(例如，II1-V化合物半导体，诸如砷化镓或磷化铟，或者I1-VI化合物半导体或三元化合物半导体或四元化合物半导体)。
[0030]根据各个实施例，在第一衬底202中形成第一空隙210之前，第一隔膜208可以形成在第一衬底202的顶面202a的至少一部分上方。在各个实施例中，至少一个间隔结构206可形成在第一隔膜208的至少一部分上方。换句话说，根据各个实施例，第一衬底202、第一隔膜208和至少一个间隔结构206可以实现为分层结构。然后，可以从第一衬底202的背侧202b (可以是第一衬底202与顶面202a相对的一侧)蚀刻所述分层结构，以形成第一空隙210。根据各个实施例，由于第一衬底202被蚀刻来形成第一空隙210，所以第一隔膜208的至少一部分可以与第一衬底202脱离并变得在第一空隙210上方悬置。换句话说，根据各个实施例，第一空隙210可通过从背侧202b蚀刻第一衬底202来形成，使得从第一衬底202的背侧202b到顶面202a蚀刻穿过第一衬底202且可以不蚀刻第一隔膜208。
[0031]根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是正方形或者基本是正方形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是矩形或者基本是矩形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是圆形或者基本是圆形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是椭圆形或者基本是椭圆形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是三角形或基本是三角形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是十字形或基本是十字形的。根据给定的应用，第一空隙210可以形成为任何形状。
[0032]可以通过各种蚀刻技术(例如，各向同性气相蚀亥IJ、蒸气蚀亥IJ、湿蚀亥IJ、各向同性干蚀刻、等离子体蚀刻等)来成型第一空隙210。
[0033]根据各个实施例，第一隔膜208可通过各种制造技术(例如，物理气相沉积、电化学沉积、化学气相沉积和分子束外延)来形成在第一衬底202的顶面202a上方。
[0034]根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是正方形或基本是正方形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是矩形或者基本是矩形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是圆形或者基本是圆形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是椭圆形或者基本是椭圆形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是三角形或基本是三角形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是十字形或基本是十字形的。根据各个实施例，根据给定的应用，第一隔膜208可以形成为任何形状。
[0035]第一隔膜208可由半导体材料(例如，硅)组成或者可以包括半导体材料。此外，根据给定的应用，第一隔膜208可包括其他半导体材料或者包括其他半导体材料，诸如锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其他基本和/或化合物半导体(例如，II1-V化合物半导体，诸如砷化镓或磷化铟，或者I1-VI化合物半导体或三元化合物半导体或四元化合物半导体)。第一隔膜208可以由介电材料、压电材料、压阻材料和铁电材料中的至少一种组成或者可以包括介电材料、压电材料、压阻材料和铁电材料