MEMS器件的制作方法

根据本申请的实施例涉及mems器件(mems＝微机电系统)。更具体地，实施例涉及便携式电子设备(例如智能手机)中用于声压检测的声音(声压)检测结构。更具体地，实施例涉及在可移动膜元件之间的具有卵形或椭圆形的机械连接元件(柱或列)的声学检测器件(诸如sdm mems麦克风，sdm＝密封式双膜)的双膜结构。

背景技术：

1、麦克风是将声压波转换为电信号的声学传感器。mems麦克风用作具有固定板(电极)和可移动板(电极)的可变电容器。当声压波被施加到mems麦克风时，膜能够响应于声压波而移动。膜相对于固定(刚性)背板的移动改变了可变电容器的背板与膜之间的距离，进而改变了可变电容器的电容。电容的变化由声压波的各种参数(诸如声压波的声压级)来确定。mems麦克风的电容的变化被转换为模拟信号，该模拟信号通常被馈送到asic以进行进一步处理。

2、在mems麦克风领域，已出现双膜mems硅麦克风，以进一步改进一些关键性能特性，诸如低噪声和可靠性。双膜mems麦克风可以被实现为密封式(气密闭合式)双膜麦克风。密封式双膜mems麦克风通常包括顶膜、底膜、穿孔定子(类似于简单mems麦克风中的背板，起到固定电极的作用)、顶膜的外围部分与定子之间以及底膜的外围部分与定子之间的隔离结构以及耦合在顶膜和底膜之间的至少多个柱。

3、此外，密封式双膜麦克风具有形成在顶膜和底膜之间的真空腔，并且依赖于多个机械连接元件(诸如柱或列)，该多个机械连接元件将两个膜连接(机械耦合)并且防止它们由于两个膜上的压力负载而塌陷。由于真空腔，每个膜上的压力负载作为环境压力和声压的总和而获得。作用在顶膜上的环境压力分量经由机械连接元件(柱)由作用在底膜上的周围压力分量平衡。因此，机械连接元件是mems麦克风的机械稳定性的原因，并且因此是mems麦克风的功能和长期可靠性的原因。

4、本领域需要在不会显著影响所得到的膜的柔度的情况下，进一步提高双膜或多膜mems麦克风的机械可靠性，从而满足改进的机械特性，诸如改进的长期机械稳定性和灵敏度。

技术实现思路

1、根据一个实施例，mems器件包括以竖直间隔配置的第一可偏转膜结构、刚性电极结构和第二可偏转膜结构，其中刚性电极结构被布置在第一和第二可偏转膜结构之间，其中第一和第二可偏转膜结构各自包括可偏转部分，并且其中第一和第二可偏转膜结构的可偏转部分借助机械连接元件彼此机械耦合，并且与刚性电极结构机械解耦；以及其中机械连接元件的至少一个子集是细长机械连接元件，其中细长机械连接元件具有横向截面区域，横向截面区域沿着如下方向具有横向尺寸：该方向(＝伸长方向)与第一和第二可偏转膜结构在相应细长机械连接元件的横向位置处(或附近)的局部膜偏转梯度在+/-20°公差范围内垂直。

2、根据一个实施例，细长机械连接元件被布置为具有横向长度(＝垂直于局部膜偏转梯度的横向伸长尺寸)，横向长度至少比细长机械连接元件在局部膜偏转梯度方向上的横向宽度(在局部膜偏转梯度的方向上)大因子1.5。

3、根据一个实施例，细长机械连接元件的横向伸长尺寸与第一和第二可偏转膜结构的边缘线(边界线)平行地在+/-20°的公差范围内排列。

4、根据一个实施例，细长机械连接元件被布置为在横向伸长尺寸(在横向截面区域的平面中)的远端点之间具有(横向)中心线，其中横向中心线在与第一和第二可偏转膜结构的局部膜偏转梯度垂直的+/-20°的公差范围内。

5、当压差变得非常高并且使柱耦合膜严重偏转时，例如柱或圆柱形件式的机械连接元件受到高法向力和剪切力。这对于靠近膜边缘的机械连接元件尤其如此。因此，这样的机械连接元件必须适当设计，以承受远远超过正常麦克风操作条件的恶劣测试条件下出现的组合的法向力和剪切力。

6、典型的机械连接元件具有一定小直径和一定长度的圆形截面，这确定了两个膜之间的距离。如果机械连接元件被设计为细长的，例如卵形或椭圆形，则密封式双膜麦克风的结构稳定性可以被增强。例如，在圆形膜的情况下，伸长方向垂直于连接柱的位置和圆形膜的中心的线。

7、与标准圆形机械连接元件的较大直径相比，所提出的机械连接元件的细长实现方式的主要技术效果是在不会对耦合膜的整体柔度产生较大影响的情况下，结构稳定性和鲁棒性增加。因此，多膜mems麦克风的高灵敏度和高snr可以被保持。此外，更高的麦克风鲁棒性可以简化系统设计，例如客户的系统设计。

8、因此，本mems器件的实施例涉及用于多膜mems麦克风(例如，密封式双膜mems麦克风)的横向细长机械连接元件(例如，卵形或椭圆形柱)的实现方式，其中机械鲁棒性可以在对mems麦克风的灵敏度和信噪比影响最小的情况下被改进。

技术特征：

1.一种mems器件(100)，包括：

2.根据权利要求1所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)被布置为具有垂直于所述局部膜偏转梯度(g)的横向长度(2a)，所述横向长度至少比所述细长机械连接元件(108)在所述局部膜偏转梯度方向(g)上的横向宽度(2b)大因子1.5。

3.根据权利要求2所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)的所述横向长度(2a)和所述横向宽度(2b)之间的比率介于1.5和3.0之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)的所述横向伸长尺寸(a)与所述第一可偏转膜结构和所述第二可偏转膜结构(102、106)的边缘线(103)在+/-20°的公差范围内平行地排列。

5.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)被布置为具有在所述横向伸长尺寸(a)中的远端点(109-1、109-2)之间的中心线(cl)，其中所述横向中心线(cl)在与所述第一可偏转膜结构和所述第二可偏转膜结构(102、106)的所述局部膜偏转梯度(g)垂直的+/-20°的公差范围内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)的所述横向截面区域包括卵形、椭圆形或环形段形状。

7.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)被布置在所述第一可偏转膜结构和所述第二可偏转膜结构(102、106)的边界区域中，并且，具体地，被布置在从所述可偏转膜结构(102、108)的边界线到中心点(c)的半径的三分之一到所述边界线(103)的横向距离内。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)的所述横向长度(2a)介于1.2μm至3μm之间或1.5μm至2μm之间的范围内，并且其中所述细长机械连接元件的所述横向宽度(2b)介于0.5μm至1.0μm之间或者0.6μm至0.9μm之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述机械连接元件(108、109)的另一子集具有横向截面区域，所述横向截面区域具有圆形形状。

10.根据权利要求9所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)相对于所述圆形机械连接元件(108)的比例随着到所述第一可偏转膜结构和所述第二可偏转膜结构(102、106)的所述边界线(103)的距离减小而在径向方向上增大。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的mems器件(100)，其中所有机械连接元件(109)均是细长的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述第一可偏转膜结构和所述第二可偏转膜结构(102、106)相对于环境形成腔(112)，其中所述第一可偏转膜结构和所述第二可偏转膜结构(102、106)之间的腔(112)相对于所述环境闭合。

13.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，还包括：

14.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)包括两个相对的可偏转膜元件(102、106)之间的立柱形件或圆柱形件。

15.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述机械连接元件(109)沿着所述横向伸长尺寸(a)的主轴x1与所述可偏转膜元件(102、106)穿过所述横向截面区域的所述质心(c109)的轮廓线(103-1)的切线xt之间的角度φ小于+/-20°。

16.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述细长机械连接元件(109)沿所述横向伸长尺寸(a)的主面积惯性矩i1至少比所述细长机械连接元件(109)沿着垂直于所述横向伸长尺寸(a)的所述横向方向(b)的主面积惯性矩i2小因子1.5。

17.根据前述权利要求中任一项所述的mems器件(100)，其中所述mems器件(100)是具有麦克风或扬声器功能的mems声音换能器(100)。

技术总结
本公开的实施例涉及MEMS器件。MEMS器件包括以竖直间隔配置的第一可偏转膜结构、刚性电极结构和第二可偏转膜结构，其中刚性电极结构被布置在第一和第二可偏转膜结构之间，并且其中第一和第二可偏转膜结构各自包括可偏转部分，并且其中第一和第二可偏转膜结构的可偏转部分借助机械连接元件彼此机械耦合，并且与刚性电极结构机械解耦；以及其中机械连接元件的至少一个子集是细长机械连接元件，其中细长机械连接元件具有横向截面区域，横向截面区域沿着如下方向具有横向伸长尺寸：该方向与第一和第二可偏转膜结构在相应细长机械连接元件的横向位置处的局部膜偏转梯度在+/‑20°公差范围内垂直。

技术研发人员：H-J·蒂姆,S·巴曾,M·富尔德纳,S·盖勒,M·F·赫曼,M·基里亚克,A·C·奥纳兰,K·特卡丘克,A·沃瑟
受保护的技术使用者：英飞凌科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15