用于制造低噪声电声换能器的方法与流程

本发明的是微机电系统(mems)或纳米机电系统(nems)型设备的。本发明更具体地涉及一种用于制造电声换能器的方法，该电声换能器包括用于在彼此密封隔绝的两个区域之间传送移动和力的设备。这种电声换能器可以用作麦克风或扬声器。

背景技术：

1、微机电或纳米机电麦克风代表迅速扩大的市场，特别是由于移动设备(诸如平板电脑、智能手机和其他连接的物体)的发展，其中它们逐渐取代驻极体麦克风。

2、麦克风测量大气压力(也称为声压)的快速变化。因此它们具有至少一个与外部接触的部件。

3、现今制造的大多数mems或nems麦克风是电容式检测麦克风。专利申请fr3059659描述了电容式检测麦克风的示例，该电容式检测麦克风包括可移动元件、电容式检测装置以及用于在可移动元件与电容式检测装置之间传送移动的设备。

4、可移动元件能够收集压力变化。它可以由包括膜(也称为薄膜)和膜加固结构的刚性活塞形成。膜在对外部环境开放的腔体与麦克风的后体积(也称为参考体积)之间形成间隔，这是因为参考压力在其中占主导。因此，膜的一个面经受参考压力，并且该膜的相反面经受大气压力(期望检测其变化)。可移动元件在麦克风的第一区中被连接到移动传送设备上。

5、电容式检测装置允许测量活塞的位移，并且因此允许测量压力变化。它们布置在与第一区密封隔绝的第二区中。它们包括可移动电极和面向可移动电极布置的至少一个固定电极。电极形成电容器的板，电容器的电容根据活塞的位移而变化。第二区是受控的大气(通常在真空下)室以减少粘性摩擦现象和相关联的噪声。

6、传送设备包括在第一区中延伸的至少一个第一传送臂以及在第二区中延伸的至少一个第二传送臂。活塞耦接至第一传送臂的第一端，而电容式检测装置的可移动电极耦接至第二传送臂的一端。第一传送臂和第二传送臂在它们的第二端处经由枢转铰链连接。该枢转铰链允许传送臂相对于麦克风框架的旋转并且同时确保第一区和第二区的密封。

7、这种电容式检测麦克风可能遭受挤压膜阻尼，该挤压膜阻尼是由在操作麦克风时在活塞与框架之间挤压的空气引起的。挤压膜阻尼产生机械噪声并且导致麦克风性能的降低。

技术实现思路

1、较一般地，需要制造一种其中减小了阻尼现象的电声换能器，该电声换能器包括：

2、-框架；

3、-相对于框架可移动的元件，该可移动元件包括膜和膜加固结构；

4、-第一传送臂，可移动元件耦接至第一传送臂的一端。

5、根据本发明的第一方面，这种需要倾向于通过提供一种制造方法来满足，该制造方法包括以下步骤：

6、-在衬底上形成第一牺牲层，第一牺牲层包括第一部分和与第一部分相邻的第二部分，第一部分具有比第二部分较大的厚度；

7、-在第一牺牲层上形成第一结构层；

8、-在第一结构层上形成第二牺牲层；

9、-在第一结构层和第二牺牲层上形成第二结构层；

10、-蚀刻第二结构层以便暴露第二牺牲层并界定可移动元件的加固结构；

11、-蚀刻第一结构层直到第一牺牲层，以便界定可移动元件的膜，膜的周边部分布置为面向第一牺牲层的第一部分；

12、-蚀刻第二牺牲层以便暴露膜的第一面；

13、-蚀刻衬底以便界定第一传送臂，第一牺牲层用作蚀刻衬底的停止层；以及

14、-蚀刻第一牺牲层以便暴露膜的第二相对面。

15、第一牺牲层的第一部分(它比该第二部分厚)使得有可能增大衬底与可移动元件的膜之间的距离，由此减小造成机械噪声的挤压膜阻尼现象。

16、在优选实施例中，该制造方法在形成第一牺牲层的步骤之前包括将腔体蚀刻到衬底中的步骤，第一牺牲层的第一部分完全填充腔体，并且第一牺牲层的第二部分被布置在腔体外部。

17、可以通过在第一牺牲层上外延形成第一结构层。

18、可替代地，形成第一结构层的步骤包括以下子步骤：

19、-提供包括第一结构层的转移衬底；

20、-将转移衬底的第一结构层结合至第一牺牲层；

21、-减薄转移衬底直至到达第一结构层。

22、在蚀刻第二牺牲层的步骤之后并且在蚀刻衬底的步骤之前，该制造方法还可以包括以下步骤：

23、-将帽盖布置在第二结构层上，从而形成组件；以及

24、-翻转该组件。

25、除了以上段落中刚刚讨论的特征之外，根据本发明的制造方法可以具有以下附加特征中的一个或多个，单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑：

26、-腔体具有大于或等于1μm、优选地在2μm与10μm之间的深度；

27、-腔体的形状是环形的，并且优选地，腔体延伸超过可移动元件的周边的80％；

28、-腔体和膜具有相同的、优选矩形的形状；

29、-腔体具有大于或等于膜的尺寸的尺寸；

30、-第一结构层和第二结构层被同时蚀刻，以便界定可移动元件的膜和加固结构；

31、-衬底由硅制成，第一牺牲层由氧化硅制成并且第一结构层由硅制成；

32、-第二牺牲层由氧化硅制成；

33、-第一结构层具有在100nm与10μm之间的厚度；

34、-可移动元件的加固结构至少部分地靠在膜上；以及

35、-可移动元件的加固结构与膜相接触。

36、本发明的第二方面涉及一种电声换能器，该电声换能器包括：

37、-框架；

38、-相对于框架可移动的元件，该可移动元件包括膜和膜加固结构；

39、-第一传送臂，可移动元件耦接至第一传送臂的一端；

40、膜由第一结构层的第一部分形成，加固结构由布置在第一结构层上的第二结构层的第一部分形成，并且框架包括衬底、第一结构层的第二部分和第二结构层的第二部分，

41、并且其中，衬底与膜的周边部分之间的距离大于衬底与第一结构层的第二部分之间的距离。

42、在电声换能器的优选实施例中，衬底包括被布置成面向膜的周边部分的腔体。

43、该换能器还可以包括用于在第一区与具有受控大气的第二区之间传送移动和力的设备，第一区和第二区彼此密封隔绝，传送设备除了包括在第一区中延伸的第一传送臂之外，还包括在第二区中延伸的第二传送臂。

44、通过阅读以下说明并检查附图，将更好地理解本发明及其不同应用。

技术特征：

1.一种用于制造电声换能器(1)的方法，该电声换能器(1)包括：

2.根据权利要求1所述的方法，包括：在形成所述第一牺牲层(22)的步骤(s12)之前，在所述衬底(21)中蚀刻腔体(210)的步骤(s11)，所述第一牺牲层(22)的所述第一部分(22a)完全填充所述腔体(210)，并且所述第一牺牲层(22)的所述第二部分(22b)被布置在所述腔体(210)外部。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述腔体(210)具有大于或等于1μm、优选地在2μm与10μm之间的深度(p)。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，其中，所述腔体(210)具有环形形状。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述腔体(210)延伸超过所述可移动元件(13)的周边的80％。

6.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，其中，所述腔体(210)和所述膜(131)具有相同的、优选矩形的形状。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中所述腔体(210)具有大于或等于所述膜(131)的尺寸的尺寸。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述第一结构层(23)和所述第二结构层(25)被同时蚀刻，以便界定所述可移动元件(13)的所述膜(131)和所述加固结构(132)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，在蚀刻所述第二牺牲层(24)的步骤(s5)之后并且在蚀刻所述衬底(21)的步骤(s7)之前，还包括以下步骤：

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述衬底(21)由硅制成，所述第一牺牲层(22)由氧化硅制成，并且所述第一结构层(23)由硅制成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述第二牺牲层(24)由氧化硅制成。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述第一结构层(23)是通过在所述第一牺牲层(22)上外延形成的。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，形成所述第一结构层(23)的步骤包括以下子步骤：

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述转移衬底是多层绝缘体上硅型结构。

15.一种电声换能器(1)，包括：

16.根据权利要求15所述的电声换能器(1)，其中，所述衬底(21)包括腔体(210)，所述腔体(210)被布置成面向所述膜(131)的周边部分。

技术总结
本发明涉及一种用于制造电声换能器(1)的方法，该电声换能器包括：‑框架；‑相对于框架可移动的元件(13)，可移动元件(13)包括膜(131)和膜加固结构(132)；‑第一传送臂，可移动元件(13)耦接至第一传送臂的一端；在该方法中，通过使用至少在膜的周边处具有较大厚度的牺牲层(22)来将可移动元件(13)的膜(131)移动远离框架。

技术研发人员：萨梅尔·达格尔
受保护的技术使用者：法国原子能及替代能源委员会
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14