Mems麥克風(fēng)的振膜結(jié)構(gòu)及mems麥克風(fēng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及麥克風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MEMS麥克風(fēng)的振膜結(jié)構(gòu)及MEMS麥克風(fēng)。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS 麥克風(fēng)是米用微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectromechanical Systems, MEMS)，與傳統(tǒng)駐極體電容式麥克風(fēng)(ECM)相比，具有更好的聲學(xué)性能、更高的信噪比、更好的一致性的敏感度以及更低的功耗。MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域以提供更高的語音質(zhì)量。
[0003]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的MEMS麥克風(fēng)例如包括電容式的MEMS傳感器10、濾波器20 和和專用集成電路(Applicat1n Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片 30。MEMS傳感器10包括制作在同一襯底上的由振膜11和背板12組成的電容。背板12固定，振膜11在聲信號(hào)的作用下振動(dòng)，產(chǎn)生電容的變化，ASIC芯片30將該電容信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的一種振膜結(jié)構(gòu)如圖2所示，振膜主體100通過四個(gè)折疊梁連接錨區(qū)200，振膜主體和折疊梁為一體結(jié)構(gòu)，通過MEMS工藝形成?，F(xiàn)有技術(shù)的一種折疊梁如圖3所示，折疊梁的一端連接振膜主體100，另一端連接錨區(qū)200。折疊梁包括3個(gè)的沿第一方向的段111。折疊梁上還包括多個(gè)突起113。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)的振膜結(jié)構(gòu)并不能限制折疊梁在平面的振動(dòng)，存在振動(dòng)幅度較大導(dǎo)致折疊梁斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型提出一種振膜結(jié)構(gòu)，通過在折疊梁上設(shè)置突起，限制折疊梁的在振膜平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)范圍，提高了折疊梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種MEMS麥克風(fēng)的振膜結(jié)構(gòu)，該振膜結(jié)構(gòu)包括:振膜主體、錨區(qū)以及多個(gè)連接所述振膜主體和錨區(qū)的折疊梁，其中，所述折疊梁包括多個(gè)連續(xù)延伸的段，以及向著相鄰段橫向延伸的多個(gè)第一突起，用于限制該段以及相鄰段的相對(duì)范圍。
[0008]優(yōu)選地，所述第一突起的長(zhǎng)度大于相鄰段之間的間隙的一半。
[0009]優(yōu)選地，相鄰段之間的間隙為2微米至20微米，第一突起和相鄰的段之間的間隙為0.5微米至2微米。
[0010]優(yōu)選地，至少一個(gè)所述段包括沿振膜的振動(dòng)方向的第二突起。
[0011 ] 優(yōu)選地，至少一個(gè)所述第二突起設(shè)置于所述第一突起上。
[0012]優(yōu)選地，所述振膜結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置于背板上的第三突起。
[0013]優(yōu)選地，所述第三突起和第二突起在振膜平面的投影位置靠近。
[0014]優(yōu)選地，相鄰第一突起之間的過渡曲線在數(shù)學(xué)上連續(xù)并且曲率變化均勻。
[0015]優(yōu)選地，所述振膜結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在錨區(qū)上的第四突起，用于限制所述折疊梁的運(yùn)動(dòng)范圍。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種MEMS麥克風(fēng)，所述MEMS麥克風(fēng)包括如上所述的振膜結(jié)構(gòu)。
[0017]本實(shí)用新型的振膜結(jié)構(gòu)通過在折疊梁上設(shè)置突起，限制折疊梁的在振膜平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)范圍，提高了折疊梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0018]通過以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中:
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的MEMS麥克風(fēng)的示意性結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的MEMS麥克風(fēng)的振膜結(jié)構(gòu)的示意性結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖3是圖2中的折疊梁的示意性結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的折疊梁的示意性結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的振膜結(jié)構(gòu)的的第二突起和第三突起的示意性結(jié)構(gòu)圖；以及
[0024]圖6是圖5中第二突起和第三突起的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下基于實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行描述，但是本實(shí)用新型并不僅僅限于這些實(shí)施例。在下文對(duì)本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。為了避免混淆本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。
[0026]此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。除非上下文明確要求，否則整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0027]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0028]參照?qǐng)D4、圖5以及圖6，其中，圖5中示出了 AA線，表示圖6的截面位置。本實(shí)用新型提供了一種MEMS麥克風(fēng)的振膜結(jié)構(gòu)，該振膜結(jié)構(gòu)包括振膜主體100、錨區(qū)200以及設(shè)置在振膜主體和錨區(qū)之間的若干折疊梁110。
[0029]振膜主體100、錨區(qū)200以及折疊梁110共同形成在一個(gè)襯底上。振膜主體100
和折疊梁110可以是單層多晶硅結(jié)構(gòu)，也可以是多晶硅、氮化硅、多晶硅的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。例如可以用低壓化學(xué)氣相沉積的方法依次沉積多晶硅層、氮化硅、多晶硅層，共同構(gòu)成了振膜層，經(jīng)過甩膠、光刻、顯影、刻蝕等工藝，刻出振膜的形狀，之后對(duì)上層的多晶硅層進(jìn)行磷或者硼摻雜，形成η型或P型半導(dǎo)體，作為電容的其中一個(gè)電極。
[0030]折疊梁110包括彼此平行的段111、段121、以及段131。在下文中，定義振膜振動(dòng)的方向?yàn)棣品较?，?11、段121、以及段131的延伸方向?yàn)閄方向，y方向垂直于X方向和z方向，xy平面即振膜及折疊梁所在的平面。
[0031]在段111和段112上分別設(shè)有至少一個(gè)第一突起114。第一突起114位于xy平面內(nèi)，沿著y方向突出于段111或段112。第一突起與折疊梁一體形成，例如通過對(duì)應(yīng)的光刻版圖一同形成。第一突起減小了相鄰段之間的距離。優(yōu)選地，第一突起的長(zhǎng)度大于相鄰段之間的間隙的一半。
[0032]例如，段111和段112之間的間隙是5微米，第一突起114的長(zhǎng)度為4微米，第一突起114和段112之間的間隙為I微米。折疊梁在xy平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)相鄰段的y向運(yùn)動(dòng)可以被限制在I微米，折疊梁的結(jié)構(gòu)不容易損壞。
[0033]第一突起114還使得相鄰段以較小的接觸面積的方式接觸，降低了粘附力，提高了折疊梁的可靠性。
[0034]在本實(shí)施例中，第一突起設(shè)置在段111和段112上，替代地，第一突起也可以設(shè)置在段111和段113上或者設(shè)置在段111、段112和段113上，都能夠?qū)崿F(xiàn)限制各個(gè)段在y向的運(yùn)動(dòng)，避免因運(yùn)動(dòng)幅度過大導(dǎo)致折疊梁斷裂。
[0035]本實(shí)用新型的振膜結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在折疊梁上的第二突起113以及設(shè)置在背板上的第三突起115。第二突起113沿著z方向指向背板，第三突起115沿著z方向指向折疊梁。優(yōu)選地，至少一個(gè)第二突起113設(shè)置在第一突起114上。振膜在振動(dòng)時(shí)與背板發(fā)生面接觸后存在吸合的風(fēng)險(xiǎn)，通過第二突起以及第三突起的點(diǎn)接觸的方式減小粘附力，讓折疊梁被自身彈性力拉回來。
[0036]如圖5和圖6所示，部分的第二突起和第三突起成對(duì)設(shè)置，第二突起和第三突起在xy平面的投影距離較近或者接觸，使得相鄰段在z方向的相對(duì)位移較大的時(shí)候，仍然能夠通過第二突起和第三突起的側(cè)邊來保護(hù)折疊梁在X方向和y方向的運(yùn)動(dòng)范圍不超過設(shè)定值。
[0037]例如，折疊梁同時(shí)存在z向和y向的運(yùn)動(dòng)，z向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍為3微米，梁厚度為2微米，僅憑第一突起114難以將段的運(yùn)動(dòng)范圍限制在I微米。通過成對(duì)設(shè)置的第二突起和第三突起使得兩段相鄰結(jié)構(gòu)在z方向相對(duì)位移較大的時(shí)候，仍然能夠通過第二突起和第三突起的側(cè)邊的點(diǎn)接觸來保護(hù)結(jié)構(gòu)的y向運(yùn)動(dòng)范圍不超過設(shè)定值。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型的折疊梁的折數(shù)不限制為3可以為大于I的整數(shù)。
[0039]由于第一至第三突起的設(shè)置使得折疊梁的形狀變得復(fù)雜，采用樣條曲線作為第一突起之間的連接線。避免由于局部形貌復(fù)雜帶來的應(yīng)力集中，使得結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加。樣條曲線是經(jīng)過一系列給定點(diǎn)的光滑曲線，樣條曲線不僅通過各有序型值點(diǎn)，并且在各型值點(diǎn)處的一階和二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，也即該曲線具有連續(xù)的、曲率變化均勻的特點(diǎn)。
[0040]本實(shí)用新型的振膜結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在錨區(qū)200上的第四突起211，用于限制折疊梁的運(yùn)動(dòng)范圍，防止運(yùn)動(dòng)幅度過大導(dǎo)致折疊梁斷裂。
[0041]本實(shí)用新型的振膜結(jié)構(gòu)通過設(shè)置于折疊梁上的第一突起限制了折疊梁的各段在y方向的運(yùn)動(dòng)范圍；通過成對(duì)的第二突起和第三突起實(shí)現(xiàn)折疊梁同時(shí)存在z方向和y方向運(yùn)動(dòng)的情況下，各段在X方向和y方向的運(yùn)動(dòng)范圍仍然不超過預(yù)定值，使得折疊梁結(jié)構(gòu)不易損壞，提尚了可靠性。
[0042]進(jìn)一步，本實(shí)用新型還提供了一種MEMS麥克風(fēng)，該MEMS麥克風(fēng)包括上述實(shí)施例的振膜結(jié)構(gòu)。
[0043]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本實(shí)用新型可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種MEMS麥克風(fēng)的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:振膜主體、錨區(qū)以及多個(gè)連接所述振膜主體和錨區(qū)的折疊梁， 其中，所述折疊梁包括多個(gè)連續(xù)延伸的段，以及向著相鄰段橫向延伸的多個(gè)第一突起，用于限制該段以及相鄰段的相對(duì)范圍。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一突起的長(zhǎng)度大于相鄰段之間的間隙的一半。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，相鄰段之間的間隙為2微米至20微米，第一突起和相鄰的段之間的間隙為0.5微米至2微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少一個(gè)所述段包括沿振膜的振動(dòng)方向的第二突起。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少一個(gè)所述第二突起設(shè)置于所述第一突起上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述振膜結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置于背板上的第三突起。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第三突起和第二突起在振膜平面的投影位置靠近。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，相鄰第一突起之間的過渡曲線在數(shù)學(xué)上連續(xù)并且曲率變化均勻。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述振膜結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在錨區(qū)上的第四突起，用于限制所述折疊梁的運(yùn)動(dòng)范圍。10.一種MEMS麥克風(fēng)，其特征在于，所述MEMS麥克風(fēng)包括如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的振膜結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】公開了一種MEMS麥克風(fēng)的振膜結(jié)構(gòu)及MEMS麥克風(fēng)。一種MEMS麥克風(fēng)的振膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：振膜主體、錨區(qū)以及多個(gè)連接所述振膜主體和錨區(qū)的折疊梁，其中，所述折疊梁包括多個(gè)連續(xù)延伸的段，以及向著相鄰段橫向延伸的多個(gè)第一突起，用于限制該段以及相鄰段的相對(duì)范圍，使得折疊梁不易損壞。
【IPC分類】H04R19/04
【公開號(hào)】CN204836578
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520566929
【發(fā)明人】萬蔡辛
【申請(qǐng)人】北京卓銳微技術(shù)有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月30日