Mems話筒結(jié)構(gòu)元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是一種具有話筒結(jié)構(gòu)的MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System，微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)元件，所述話筒結(jié)構(gòu)以層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。所述話筒結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)聲壓敏感的膜、可透聲的對(duì)應(yīng)元件和用于感測(cè)膜偏轉(zhuǎn)的電容器裝置。膜和對(duì)應(yīng)元件在該結(jié)構(gòu)元件的層結(jié)構(gòu)中上下相疊地并且相互間隔開地布置并且分別配備有電容器裝置的至少一個(gè)電極。
【背景技術(shù)】
[0002]在聲作用下，話筒膜垂直于層結(jié)構(gòu)的層平面地偏轉(zhuǎn)。由此，在話筒膜和固定的對(duì)應(yīng)元件之間的距離改變。話筒膜和對(duì)應(yīng)元件分別配備有至少一個(gè)電容器電極，使得話筒膜的“面外(Out-of-plane)”偏轉(zhuǎn)可作為電容器裝置的電容變化被感測(cè)。但是，膜在結(jié)構(gòu)元件的層結(jié)構(gòu)上的連接引起膜的彎曲或者說(shuō)拱曲，所述彎曲或者說(shuō)拱曲會(huì)對(duì)話筒性能產(chǎn)生負(fù)面影響。這樣的拱曲尤其會(huì)導(dǎo)致，在膜偏轉(zhuǎn)和測(cè)量信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)在聲壓較高時(shí)不再是線性的。
[0003]在高性能的MEMS話筒中總是力求高的信噪比SNR(signal-to-noise-rat1)。用于改進(jìn)SNR的可能性在于，減小對(duì)應(yīng)元件的流動(dòng)阻力。
[0004]此外，在高性能的MEMS話筒中經(jīng)常力求盡可能大的頻率帶寬，也就是盡可能平緩的傳遞函數(shù)，該頻率帶寬也包括較高的頻率，理想地直到超聲波范圍內(nèi)的頻率。有利地，為此這樣設(shè)計(jì)話筒結(jié)構(gòu)，使得它具有盡可能高的諧振頻率ω。電容式的MEMS話筒的諧振頻率ω越高，則傳遞函數(shù)的上極限頻率就越大。諧振頻率ω決定性地取決于話筒膜的質(zhì)量和剛性。在膜面積和膜剛性給定的情況下膜越薄，則諧振頻率就越高。然而，在膜均質(zhì)的情況下，剛性同樣取決于膜的厚度。薄的話筒膜的較小剛性又有利于其拱曲，這對(duì)話筒性能產(chǎn)生負(fù)面影響并且導(dǎo)致話筒信號(hào)的非線性，以及減小諧振頻率。即，高的諧振頻率和好的話筒性能不能毫無(wú)疑問(wèn)地相互協(xié)調(diào)一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]通過(guò)本發(fā)明提出一種方案，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)具有非常好的SNR、高的話筒靈敏度和大的頻率帶寬的MEMS話筒結(jié)構(gòu)元件。
[0006]這根據(jù)本發(fā)明由此實(shí)現(xiàn):膜的層結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)封閉的薄層和至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化的厚層，其中，在厚層中構(gòu)造有覆蓋整個(gè)膜表面的網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)確定膜的剛性。
[0007]根據(jù)本發(fā)明可知，MEMS話筒結(jié)構(gòu)元件的膜也可以由多個(gè)層構(gòu)造成并且這些膜層可相互無(wú)關(guān)地結(jié)構(gòu)化。
[0008]此外可見，借助于在較厚的膜層中的網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)可在剛性相對(duì)高的情況下實(shí)現(xiàn)具有相對(duì)小的質(zhì)量的膜。該膜方案根據(jù)本發(fā)明應(yīng)被用在MEMS話筒結(jié)構(gòu)元件的范圍內(nèi)，因?yàn)橐源朔绞娇刹粌H得到相對(duì)高的諧振頻率而且得到良好的SNR。即，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的措施使噪聲分量至少在頻率較高的情況下被降低。
[0009]原則上，存在用于轉(zhuǎn)換根據(jù)本發(fā)明方案的多種不同可能性，尤其是這涉及膜的層結(jié)構(gòu)和網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的布局。
[0010]在此，所述至少一個(gè)封閉的薄膜層有利地由能導(dǎo)電的材料、例如多晶硅構(gòu)成，使得該層或者該層的至少一個(gè)區(qū)域可作為電容器裝置的電極起作用。在這種情況下，網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)例如可簡(jiǎn)單地構(gòu)造在較厚的氧化硅層中。網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)有利地布置在封閉的膜層和固定的對(duì)應(yīng)元件之間，從而它在膜電極和具有電容器裝置的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)電極的對(duì)應(yīng)元件之間形成電絕緣。在這種情況下，網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)不僅用于膜加固而且也用作膜的止擋和過(guò)載保護(hù)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的方案提供了可能性:通過(guò)網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的布局有針對(duì)性地影響膜的剛性，以便由此以可預(yù)給定的定義的特性配置MEMS話筒結(jié)構(gòu)元件。
[0012]如果膜通過(guò)彈簧元件結(jié)合到MEMS結(jié)構(gòu)元件的層結(jié)構(gòu)中，則通常力求在整個(gè)膜表面上一致的剛性，以便獲得在膜偏轉(zhuǎn)和電容變化之間盡可能線性的關(guān)聯(lián)。一致的剛性可有利地由此實(shí)現(xiàn):所述網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)在整個(gè)膜區(qū)域中具有相同的接片寬度和/或網(wǎng)眼大小并且網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的層厚度在整個(gè)膜區(qū)域中是一致的。
[0013]如果膜的邊緣區(qū)域環(huán)繞封閉地連接在MEMS結(jié)構(gòu)元件的層結(jié)構(gòu)上，則通常膜的中間區(qū)域被相對(duì)于膜的邊緣區(qū)域加固，從而具有膜電極的中間區(qū)域被盡可能平行平面地偏轉(zhuǎn)。在這種情況下被證明有利的是:網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)在各個(gè)膜區(qū)域:邊緣區(qū)域和中間區(qū)域中具有不同的接片寬度和/或不同的網(wǎng)眼大小和/或網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的層厚度在各個(gè)膜區(qū)域中是不同的，即使得在聲作用時(shí)盡可能僅僅邊緣區(qū)域變形。
[0014]話筒性能不僅僅受到膜的質(zhì)量和剛性而且也受到MEMS結(jié)構(gòu)元件的層結(jié)構(gòu)上的連接方式影響。該設(shè)計(jì)參數(shù)可同樣用于有針對(duì)性地配置話筒特性。如已經(jīng)提到的，膜的邊緣區(qū)域可以環(huán)繞封閉地或者也可僅僅通過(guò)彈簧元件連接到MEMS結(jié)構(gòu)元件的層結(jié)構(gòu)上。在兩個(gè)實(shí)施變型中，膜連接可在膜的層結(jié)構(gòu)的薄層和/或厚層中形成。
[0015]有利的是，所述膜的邊緣區(qū)域具有一個(gè)或多個(gè)裙皺(Korrugat1nen)。
[0016]當(dāng)具有膜電極的封閉的薄膜層位于膜的朝向?qū)?yīng)元件的側(cè)上時(shí)，電容器裝置的電極之間的距離可以非常小地選擇。在這種情況下，電容器裝置的靜電容相應(yīng)地大。
[0017]替換地，封閉的薄膜層也可布置在膜的背離對(duì)應(yīng)元件的側(cè)上。該變型的優(yōu)點(diǎn)在于相對(duì)小的流動(dòng)阻力，這對(duì)話筒結(jié)構(gòu)元件的SNR產(chǎn)生積極的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0018]如以上已經(jīng)討論的，存在以有利的方式構(gòu)型和擴(kuò)展本發(fā)明的教導(dǎo)的不同可能性。為此，一方面可參閱后述的權(quán)利要求書，及另一方面可根據(jù)附圖參閱本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的下述說(shuō)明。
[0019]圖1示出蜂窩式的網(wǎng)柵100，
[0020]圖2a_2c分別立體地示出根據(jù)本發(fā)明的MEMS結(jié)構(gòu)元件的膜210的邊緣區(qū)段，和
[0021]圖3a，3b分別立體地示出根據(jù)本發(fā)明的MEMS結(jié)構(gòu)元件的膜210和對(duì)應(yīng)元件220的可能的取向和布置。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在圖1中所示出的網(wǎng)柵100是具有相同大小和一致的格柵強(qiáng)度的六角形的格柵網(wǎng)眼的連續(xù)的格柵，所述格柵在同樣六角形的膜210的整個(gè)表面上延伸。格柵的該形狀是網(wǎng)柵的一個(gè)例子，所述網(wǎng)柵根據(jù)本發(fā)明被構(gòu)造在MEMS膜的層結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)層中，以便實(shí)現(xiàn)具有盡可能的小質(zhì)量和與質(zhì)量在很大程度上無(wú)關(guān)地定義的剛性的MEMS膜。
[0023]這樣的MEMS膜的層結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)封閉的薄