用于感测压力波以及环境压力的变化的mems传感器结构的制作方法
【技术领域】
[0001]各个实施例总体上涉及传感器结构，其包含第一膜片(diaphragm)结构、第二膜片结构、布置在相应的膜片元件之间的电极元件、以及被配置用于处理由于第一膜片结构的偏转(deflect)和第二膜片结构的偏转而生成的至少一个信号的电路。
【背景技术】
[0002]典型的麦克风具有暴露于入射压力波的膜片。这些压力波使得膜片偏转，并且该偏转通过各种换能机制被检测到并且被转换成电信号。在微机电系统(MEMS)麦克风中，传统的换能机制可以包括压电、压阻、光学和电容性的机制。简单的MEMS麦克风可以是包括更通常地称为“背板”的对电极和膜片的电容器。当跨背板/膜片电容系统施加电压，并且声波使得膜片振荡时，可以通过测量由膜片相对于背板的移动所引起的电容的变化，将声波转换成可用的电信号。很多MEMS压力传感器同样地使用上文所讨论的各种换能机制以感测大气压力的变化。
【发明内容】
[0003]在各个实施例中，提供了传感器结构。传感器结构可以包括第一膜片结构；电极元件；以及布置在电极元件的与第一膜片结构相对之侧的第二膜片结构；其中第一膜片结构和第二膜片结构可以形成腔室，其中腔室中的压力可以比腔室外的压力更低。
【附图说明】
[0004]在附图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记通常指相同的部分。附图不一定成比例，而是大体上将重点放在图示本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本发明的各个实施例，在附图中:
[0005]图1A示出了双膜片MEMS传感器结构的透视截面视图；
[0006]图1B示出了图1A的双膜片MEMS传感器结构，其中压力波正在引起双膜片结构从静止位置偏转；
[0007]图1C示出了图1A的双膜片MEMS传感器结构，其中环境压力的变化正在引起膜片结构从静止位置偏转；
[0008]图2示出了根据各个实施例的双膜片MEMS传感器结构的截面视图；
[0009]图3A示出了根据各个实施例的双膜片MEMS传感器的顶视示意性截面，其中对电极元件以X形配置被实现；
[0010]图3B示出了根据各个实施例的图3A的双膜片MEMS传感器结构的截面，其中双膜片MEMS传感器结构处于静止位置(rest posit1n)；
[0011]图3C和图3D示出了根据各个实施例的图3B的双膜片MEMS传感器结构，其中双膜片MEMS传感器结构由于入射压力波的影响正在振荡和/或偏转；
[0012]图3E示出了根据各个实施例的图3B的双膜片MEMS传感器结构，其中环境压力的变化正在引起膜片结构从静止位置偏转；
[0013]图4A示出了根据各个实施例的图3B的双膜片MEMS传感器结构，其中腔室可以由膜片结构形成，并且腔室中的压力可以低于腔室外的压力，由于腔室内的低压，可能产生膜片结构朝向电极元件的非期望的偏转；
[0014]图4B示意性图示了跨两个或更多柱之间的区域的膜片结构段的单位图。膜片结构的“边长(side length)”、其厚度及其固有压力限定了膜片结构在给定的施加的压力下可以偏转的量；
[0015]图5通过图表图示了针对不同的厚度和边长，无应力多晶硅膜片的单位正方形片段(unit square segment)在Ibar压力(大气压力)下的膜片偏转的计算结果；
[0016]图6示出了根据各个实施例的包括可选的处理电路的双膜片MEMS传感器结构的截面视图；
[0017]图7示出了根据各个实施例的双膜片MEMS传感器结构的电路图表示；
[0018]图8以流程图形式通过图表图示了根据各个实施例的处理可以由双膜片MEMS传感器结构产生的电信号的方法；
[0019]图9示出了根据各个实施例的集成到蜂窝电话设备中的双膜片MEMS传感器结构的框图；
[0020]图1OA至图1OC以流程图形式通过图表图示了根据各个实施例的构建双膜片MEMS传感器结构的方法。
【具体实施方式】
[0021]以下详细描述参考通过图示的方式示出特定细节的附图和其中可以实施本公开的实施例。
[0022]本文使用措辞“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为比其他实施例或设计优选或者有利。
[0023]关于在侧或表面“之上”形成的沉积材料所使用的措辞“之上”在本文中可以用于意指所沉积的材料可以被“直接”形成在所暗示的侧或表面“上”，例如与所暗示的侧或表面直接接触。关于在侧或表面“之上”形成的沉积材料所使用的措辞“之上”在本文中可以用于意指所沉积的材料可以被“间接”形成在所暗示的侧或表面“上”，其中一个或者多个额外的层被布置在所暗示的侧或表面和所沉积的材料之间。
[0024]根据各个实施例，提供一种双膜片MEMS传感器结构，其中电极元件可以被布置在膜片元件之间。根据各个实施例，所述双膜片MEMS传感器结构可以能够同步感测压力波以及环境大气压力的变化两者。因此，MEMS传感器结构的感测性能可以被改善。
[0025]在各个实施例中，膜片可以包括板(plate)或膜(membrane)。板可以被理解为经受压力的膜片。此外，膜可以被理解为经受张力的膜片。虽然下文将参考膜更详细地描述各个实施例，但是备选地可以被提供有板、或者一般地被提供有膜片。
[0026]根据各个实施例，图1A是双膜MEMS传感器结构100的截面的高度抽象的视图，其可以包含第一膜结构102、第二膜结构104、电极元件106、和分别由两个膜元件102和104形成的腔室106。
[0027]根据各个实施例，在腔室108内部的压力可以比在腔室外部的压力低。腔室108内部的压力可以基本上是真空。
[0028]根据各个实施例，入射在腔室108上的声波110可以引起腔室相对于电极元件106偏转，例如如图1B所示，当腔室108由于声波110的作用而偏转时，第一膜结构102可以在基本上朝向电极元件106的方向上偏转，同时第二膜结构104可以在与第一膜结构102基本上相同的方向上同步地被偏转，并且因此可以远离电极元件106移动。
[0029]根据各个实施例，如图1C所示，在腔室108外部的增加的环境压力P+(用附图标记112标示)可以引起第一膜结构102和第二膜结构104基本上朝向电极元件106偏转。
[0030]根据各个实施例，电信号可以通过膜结构102和膜结构104的移动来生成。电信号然后可以由一个或者多个处理电路(未示出)比较并且被转换成可用的信息，对于给定的应用可能期望该可用信息，例如感测压力的变化，例如检测入射在膜结构102和膜结构104上的压力波的幅度。
[0031]根据各个实施例，如图2所示，双膜MEMS传感器结构200可以包括第一膜结构202、第二膜结构204和电极元件206，其中第一膜结构202和第二膜结构204被布置用于创建腔室203。
[0032]根据各个实施例，腔室203内部的压力可以比腔室203外部的压力低。腔室203内部的压力可以基本上是真空。
[0033]双膜MEMS传感器结构200可以进一步包括布置在第一膜结构202与第二膜结构204之间的至少一个柱结构208。根据各个实施例，双膜MEMS传感器结构200可以进一步包括支撑结构210和在支撑结构210中形成的空腔212。根据各个实施例，双膜MEMS传感器结构200可以进一步包括绝缘层207，绝缘层207被布置用于使第一膜结构202和第二膜结构绝缘，防止其与电极元件206电接触。
[0034]根据各个实施例，支撑结构210可以是半导体衬底，诸如硅衬底。根据各个实施例，支撑结构210可以包括其他半导体材料或者由其他半导体材料组成，该其它半导体材料诸如是锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌、或其他元素和/或化合物半导体(例如，诸如例如砷化镓或磷化铟之类的II1-V化合物半导体、或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)，正如对于给定应用可能期望的。
[0035]根据各个实施例，空腔212可以通过各种刻蚀技术被形成在支撑结构210中，例如，各向同性气相刻蚀、蒸汽刻蚀、湿法刻蚀、各向同性干法刻蚀、等离子体刻蚀等。
[0036]根据各个实施例，空腔212在形状上可以是正方形的或者基本上正方形的。根据各个实施例，空腔212在形状上可以是矩形的或者基本上矩形的。根据各个实施例，空腔212在形状上可以是圆形或者基本上圆形的。根据各个实施例，空腔212在形状上可以是椭圆形的或者基本上椭圆形的。根据各个实施例，空腔212在形状上可以是三角形的或者基本上三角形的。根