具有寄生電容抵消的麥克風(fēng)的制作方法
【專利摘要】公開了微機(jī)電麥克風(fēng)及其制造方法。該麥克風(fēng)具有可移動(dòng)膜和固定的背板，其生成可變電容。電耦接到該膜的固定的錨具有電極，其測(cè)量所述可變電容，而且也測(cè)量不希望的加性的寄生電容。多種實(shí)施例包括參考電極，在與膜或錨相同的沉積層中制造，其僅僅測(cè)量所述寄生電容。在芯片上或芯片外提供電路，其從錨處測(cè)量的電容減去參考電極處測(cè)量的電容，從而僅產(chǎn)生期望的可變電容作為輸出。由于參考電極與膜或錨同時(shí)沉積，因此對(duì)于現(xiàn)有制造技術(shù)僅僅需要最少的變化。
【專利說明】具有寄生電容抵消的麥克風(fēng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及麥克風(fēng)，尤其涉及控制MEMS麥克風(fēng)中的寄生電容。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)廣泛用在語音通信、助聽裝置以及噪聲和振動(dòng)控制應(yīng)用中。已經(jīng)使用多種微加工技術(shù)來設(shè)計(jì)及制造多種MEMS麥克風(fēng)。由于其高靈敏度、高信噪比(SNR)以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性性能，電容性麥克風(fēng)是一種非常合乎期望并且廣泛使用的麥克風(fēng)類型。
[0003]然而，對(duì)于MEMS麥克風(fēng)的靈敏度的一個(gè)顯著的限制因素是，麥克風(fēng)的背板和隔膜之間的寄生電容。在解決此問題上的研究和開發(fā)大多聚焦在軟件校準(zhǔn)方法(包括噪聲降低算法)和二階定向麥克風(fēng)(second-order directional microphone)上。然而，這些方法需要顯著的復(fù)雜性和電力，這是不合期望的。因此，這些解決方案常常增加最終裝置的總體成本。當(dāng)在具有有限的電力供應(yīng)的應(yīng)用(例如，在常常具有非常小的電池的聽力器械中)使用時(shí)，這些解決方案減少了電池壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]示例性的實(shí)施例通過基本從最終輸出信號(hào)消除了寄生電容，而顯著改善了 MEMS麥克風(fēng)性能。對(duì)此，多種實(shí)施例在MEMS麥克風(fēng)內(nèi)形成第二電容器。該第二電容器形成參考電容，其基本上等于所預(yù)期的寄生電容。因此，電路使用該參考電容來移除寄生電容，從而產(chǎn)生具有不超過可忽略量的噪聲的期望的信號(hào)。下面討論示例性實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，MEMS麥克風(fēng)具有膜、背板、傳感器、參考電極和電路。膜與錨可移動(dòng)地耦接，并且所述膜被固定地耦接到基板。通過電介質(zhì)流體將背板與膜分開，并且通過電介質(zhì)固體將背板固定地耦接到錨。在背板和膜之間存在第一電容，并且在背板和錨之間存在第二電容。傳感器測(cè)量背板和膜之間的電容。該電容基本上等于第一電容和第二電容的和。參考電極嵌入在電介質(zhì)固體內(nèi)。在參考電極和背板之間存在第三電容，其基本上與第二電容相同。電路從通過所述傳感器測(cè)量的電容減去所述第三電容，以產(chǎn)生輸出電容，所述輸出電容基本上與所述第一電容相同。
[0006]基板可以是體硅晶片。膜可以是多晶硅。背板可以是結(jié)晶硅。麥克風(fēng)本身可以由絕緣體上硅(SOI)晶片形成。電介質(zhì)流體可以是空氣。膜和參考電極可以由單個(gè)沉積層制造。
[0007]根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例，MEMS麥克風(fēng)具有背板、錨、膜、參考電容器和電路。背板和錨產(chǎn)生寄生電容。膜可移動(dòng)地固著到所述錨，并與所述背板間隔開，從而使得所述隔膜和所述背板形成可變電容器，所述可變電容器具有主電容。參考電容器具有基本上等于所述寄生電容的參考電容。所述電路具有接收主電容、寄生電容和參考電容的輸入。所述電路被配置來將所述主電容和寄生電容與寄生電容相減，以產(chǎn)生輸出電容，所述輸出電容基本上等于所述主電容。[0008]第二實(shí)施例的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)可以具有第一管芯和第二管芯,所述第一管芯包括所述可變電容器和參考電容器，所述第二管芯包括所述電路，所述第一和第二管芯電通信?；蛘?，其可以包括封裝件，所述封裝件包含所述可變電容器、所述參考電容器和所述電路。所述可變電容器、參考電容器和電路可以在單個(gè)管芯上。參考電容器可以包括參考電極，所述參考電極在分層結(jié)構(gòu)內(nèi)與所述背板間隔開，所述錨和參考電極由相同材料形成，并且在所述分層結(jié)構(gòu)內(nèi)相同的層中。
[0009]所述電路可以具有減法器。第一減法器輸入與所述可變電容器和所述寄生電容電連接，以用于接收所述主電容和所述寄生電容的和。第二減法器輸入與參考電容器電連接以用于接收參考電容。所述減法器被配置來將所述主電容和寄生電容的和與所述參考電容相減。
[0010]所述錨可以由給定的材料形成，所述參考電容器包括與所述背板間隔開的參考電極，所述參考電極由所述給定的材料形成，并且與所述錨是至少部分共面。如果如此，所述給定的材料可以是多晶硅。
[0011]提供了一種產(chǎn)生MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)的方法。所述方法通過在基底層集上形成膜和參考電極開始，其中所述膜和參考電極由給定的材料在基本上相同的時(shí)間形成。接著，在所述給定的材料上形成犧牲層。然后，形成背板和錨，并且所述背板和錨通過所述犧牲層與所述膜和所述參考電極間隔開。接著所述方法要求去除背板和膜之間的犧牲層。參考電極和背板形成固定的參考電容，背板和膜形成可變電容，并且背板在錨內(nèi)產(chǎn)生寄生電容。所述方法包括提供一種電路，其具有接收所述可變電容、所述寄生電容和所述參考電容的輸入，所述電路被配置為從所述可變電容和所述寄生電容的和減去所述參考電容以產(chǎn)生輸出電容，所述輸出電容基本上等于所述可變電容。
[0012]所述方法可以包括將所形成的部件和所述電路安裝在封裝件中。形成參考電極和形成錨可以包括沉積給定的材料到基底層集上。如果如此，則相關(guān)方法還包括對(duì)給定的層進(jìn)行微加工以將參考電極與錨物理地分離。在第二種相關(guān)方法中，形成膜和形成背板包括在第一管芯上形成膜和形成背板，另外其中提供電路包括在第二管芯上提供電路。第二種相關(guān)方法還包括將所述電路與所述背板電連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]通過參考附圖參照下面的詳細(xì)說明，將更容易地理解實(shí)施例的前述特征，在附圖中:
[0014]圖1A示意性地示出了可以根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例配置的封裝的麥克風(fēng)的透視圖。
[0015]圖1B示意性地示出了附圖1A中示出的封裝的麥克風(fēng)的底視圖。
[0016]圖1C是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的MEMS麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的三維視圖；
[0017]圖2A是其中背板在膜上方的MEMS麥克風(fēng)的示意性截面視圖；
[0018]圖2B是其中背板在膜下方的替代的MEMS麥克風(fēng)的示意性截面視圖；
[0019]圖3A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的增加了參考電極的圖2A的麥克風(fēng)的示意性截面圖；
[0020]圖3B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的增加了參考電極的圖2B的麥克風(fēng)的示意性截面圖；
[0021]圖4示出了根據(jù)圖3A的MEMS麥克風(fēng)的圖像；
[0022]圖5示出了可以結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例使用的差分讀出電路拓?fù)涞氖疽鈭D；以及
[0023]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成麥克風(fēng)的工藝。
【具體實(shí)施方式】
[0024]示例性的實(shí)施例通過基本從最終輸出信號(hào)消除了寄生電容的影響，而顯著改善了MEMS麥克風(fēng)性能。對(duì)此，多種實(shí)施例在MEMS麥克風(fēng)內(nèi)形成第二電容器。該第二電容器形成參考電容，其基本上等于所預(yù)期的寄生電容。因此，電路使用該參考電容來移除寄生電容，從而產(chǎn)生具有不超過可忽略量的噪聲的期望的信號(hào)。下面討論示例性的實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
[0025]附圖1A示意性地示出了可以根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例配置的封裝的麥克風(fēng)I的頂部透視圖。以相應(yīng)的方式，附圖1B示意性地示出了同一封裝的麥克風(fēng)I的底部透視圖。
[0026]這些圖中示出的麥克風(fēng)I具有封裝基底2，其與對(duì)應(yīng)的蓋3 —起形成內(nèi)腔，所述內(nèi)腔包含MEMS麥克風(fēng)管芯或芯片10 (下面討論，見圖1C和2-4)以及用以實(shí)現(xiàn)下面功能性的其它部件(例如，專用集成電路)。在該實(shí)施例中，蓋3是空腔類型的蓋，其具有從頂部?jī)?nèi)部面大體正交地延伸的四壁，以形成空腔。蓋3固著到基本上平的封裝基底2的頂面，以形成所述內(nèi)腔。在示例性的實(shí)施例中，蓋由導(dǎo)電材料形成并與基底2電連接，以形成對(duì)電磁干擾(“EMI”)的屏蔽。因此，蓋可以由金屬、具有金屬層的塑料涂層、或浸有導(dǎo)電粒子的塑料等形成。
[0027]蓋3還具有音頻輸入端口 5，其使得聲音信號(hào)能夠進(jìn)入到所述腔中。然而，在替代實(shí)施例中，音頻端口 5處于另一位置，諸如穿過封裝基底2，或者，穿過過蓋3的側(cè)壁中的一個(gè)。進(jìn)入內(nèi)腔的音頻信號(hào)與麥克風(fēng)芯片10相互作用產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)與另外的(夕卜部)部件(例如，揚(yáng)聲器和伴隨的電路)一起產(chǎn)生與輸入的可聽信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸出可聽信號(hào)。
[0028]圖1B示出了封裝基底2的底面6，其具有用于將麥克風(fēng)與大的基板(諸如，印刷電路板)電(在許多構(gòu)思的用途中，并且物理地)連接的多個(gè)觸點(diǎn)7或其它電互連裝置。封裝的麥克風(fēng)I可以用在種類廣泛的應(yīng)用中任何的應(yīng)用中。例如，封裝的麥克風(fēng)I可以與移動(dòng)電話、陸地線路電話、計(jì)算機(jī)裝置、視頻游戲機(jī)、生物測(cè)定安全系統(tǒng)、雙向無線電、公告系統(tǒng)、聽力器械以及對(duì)信號(hào)換能的其它裝置一起使用。實(shí)際上，構(gòu)思了封裝的麥克風(fēng)I可以用作根據(jù)電子信號(hào)產(chǎn)生可聽信號(hào)的揚(yáng)聲器。在示例性的實(shí)施例中，封裝基底2是預(yù)模制的引線框型封裝件(也稱作“預(yù)模制封裝件”)。替代地，基底2可以包括基板材料，諸如印刷電路板材料(例如，諸如BT或FR-4的層壓材料)，或者陶瓷基板等。
[0029]圖1C是可以根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施例配置的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)10的三維視圖。對(duì)此，MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)10具有由體硅晶片(諸如，單晶硅體晶片)形成的基板11。當(dāng)然，其它實(shí)施例可以使用其它晶片，諸如，絕緣體上硅(SOI)晶片。在基板11上沉積、蝕刻并微加工的多種材料形成實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)系統(tǒng)的最終功能的微結(jié)構(gòu)。
[0030]更具體地，如圖1和2中所示，麥克風(fēng)系統(tǒng)10具有由多晶硅形成的背板13。為了促進(jìn)操作，背板13具有多個(gè)貫穿孔孔徑25 (“背板孔”)，其引導(dǎo)到背側(cè)空腔24。在背板13之下是可移動(dòng)的膜21，其也通過多晶硅沉積制成，以用于提供相對(duì)于背板13的可變電容。因而，麥克風(fēng)系統(tǒng)10包括靜態(tài)背板13，其支撐并與可移動(dòng)的膜21形成可變電容器。圖1中還可見四個(gè)金屬讀出觸點(diǎn)14，以用于將麥克風(fēng)電連接到封裝或芯片載體上的觸點(diǎn)7。應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于不同的應(yīng)用，這些元件的形狀和組成可以是不同的。
[0031]圖2A是可以被修改來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)IOa的示意性截面圖。該類型的麥克風(fēng)系統(tǒng)IOa將其背板13a放置在膜21a上方，也如圖1C中所示的。更具體地，在該圖中背板13a被考慮為在膜21a “上方”，主要由于圖的取向，以及由于背板13a未與背側(cè)空腔24a (下面討論)直接相鄰的事實(shí)。在麥克風(fēng)系統(tǒng)IOa中，典型地，背板13a和膜21a兩者由體硅基板Ila上的沉積材料形成。在背側(cè)空腔24a上方，膜21a經(jīng)由彈簧23a可移動(dòng)地耦接到錨22a。錨22a本身固定地耦接到基板11a，從而提供機(jī)械穩(wěn)定性。通過電介質(zhì)流體(諸如，空氣)將背板13a與膜21a分開，所述電介質(zhì)流體填充所述背側(cè)空腔24a和背板孔25a。背板13a通過電介質(zhì)固體26a固定地耦接到錨22a。背板13a和膜21a還形成上面所述的可變電容，其與膜21a的移動(dòng)成比例地變化。由于膜21a與電介質(zhì)流體中存在的壓力成比例地移動(dòng)，因此背板13a和膜21a之間的可變電容與流體中的壓力成比例。該壓力可以是由聲信號(hào)(諸如，穿過音頻輸入端口 5進(jìn)入的人的語音)導(dǎo)致的。不希望地，在背板13a和錨22a之間通過電介質(zhì)固體26a還存在寄生電容。下面詳細(xì)討論根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的用于解決該不希望的電容的手段。
[0032]圖2B是可以被修改來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明示例性實(shí)施例的另一 MEMS麥克風(fēng)IOb的示意性截面圖。不同于圖2A中的MEMS麥克風(fēng)10a，MEMS麥克風(fēng)IOb將其背板13b放置在膜21b下方。具體地，該實(shí)施例中的背板13b由單晶硅的層(例如，絕緣體上硅晶片Ilb的頂層)形成，而膜21b由沉積材料(諸如，沉積的多晶硅)形成。在背板13b上方，膜21b經(jīng)由彈簧23b可移動(dòng)地耦接到錨22b。在這樣的配置中，背側(cè)空腔24b直接在背板13b下方。為了促進(jìn)操作，背板13b具有背板孔25b以降低其與膜21b之間的壓力差。錨22b通過電介質(zhì)固體26b經(jīng)由背板13b固定地耦接到基板lib。本發(fā)明的不同實(shí)施例可以使用其它類型的材料和其它微加工工藝及配置，以形成所述背板和膜。
[0033]如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道，膜21和背板13構(gòu)成可變電容器的板，可變電容器的電容在聲波擊中膜21時(shí)變化。這樣的波可以從任何方向接觸麥克風(fēng)10。芯片上的或芯片外的電路例如利用圖1C的觸點(diǎn)14或圖1B的觸點(diǎn)7接收該變化的電容，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)可以被進(jìn)一步處理。下面結(jié)合圖5更詳細(xì)地討論這樣的讀出電路。
[0034]對(duì)于測(cè)量麥克風(fēng)電容，難以將可靠的電傳感器直接附接到移動(dòng)的膜21。代替地，示例性實(shí)施例將傳感器電連接到錨22和背板13，以測(cè)量膜21和背板13之間的電容。然而，如上所述的，由于電介質(zhì)固體26的存在，在錨22和背板13之間存在第二的寄生的電容。該寄生電容可以被建模為寄生電容器。因而，上述的傳感器實(shí)際上測(cè)量?jī)蓚€(gè)電容:膜21和背板13之間的可變電容，以及，錨22和背板13之間的電容(即，所述寄生電容)。
[0035]對(duì)于寄生電容的敏感是現(xiàn)有技術(shù)麥克風(fēng)的電壓讀出電路一個(gè)顯著的缺點(diǎn)，這是因?yàn)閬碜员嘲搴湍さ慕坏膸缀谓Y(jié)構(gòu)的寄生電容降低了讀出的靈敏度。在具有可變電容Cm(其是膜21和固定的背板13之間的電容)以及固定的寄生電容Cp (其是錨22和背板13之間的電容)的麥克風(fēng)10中，總電容等于CM+CP。靈敏度與Cm/ (CM+CP)成比例。為了增強(qiáng)靈敏度，必須降低或消除CP。
[0036]因此，本發(fā)明的多種實(shí)施例形成參考電容器，其具有基本上等于所述寄生電容的電容。圖3A和3B是麥克風(fēng)30的示意性截面圖，麥克風(fēng)30與圖2A和2B的麥克風(fēng)類似，但是具有參考電容器，所述參考電容器的電容基本上等于所述寄生電容。如現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中那樣，圖3A的實(shí)施例具有膜31a、錨32a、背板33a和彈簧34a。然而,根據(jù)示例性實(shí)施例，參考電容器部分地由參考電極35a形成。更具體地，圖3A的實(shí)施例在參考電極35a和背板33a之間形成參考電容器。
[0037]根據(jù)示例性實(shí)施例，參考電極和錨被制造為使得在每一個(gè)和背板之間的電容是相同的。例如，參考電極35a可以具有與錨32a相同的材料組成和幾何尺寸，并且兩者可以形成在相同的層中，以確保其相應(yīng)電極之間的基本相同的間隔。這可以通過由單個(gè)沉積的多晶硅層形成錨32a和參考電極35a來實(shí)現(xiàn)。以這樣的方式，其厚度將是相同的。簡(jiǎn)單地，通過知道錨32a的物理組成和結(jié)構(gòu)，而知道寄生電容。因此，可以通過適當(dāng)?shù)貙?duì)稍后沉積的犧牲層進(jìn)行光圖案化，設(shè)計(jì)參考電極35a的側(cè)面積(lateral area)以實(shí)現(xiàn)Cp的電容。換而言之，微加工工藝可以蝕刻多晶硅的單層以確保兩電極(寄生電容器的錨電極32a和參考電容器的參考電極35a)關(guān)于背板33a產(chǎn)生基本上相同的電容。
[0038]在替代實(shí)施例中，這些工藝可以產(chǎn)生不同類型的電容器，并且仍保持其基本相等的電容。例如，對(duì)于這兩個(gè)電容器，相應(yīng)電極32a、35a的寬度可以是不同的。在這樣的情況下，可以適當(dāng)?shù)胤糯蠡驕p小參考電極35a的表面面積，以確?；旧舷嗤碾娙?。因此，不同實(shí)施例可以產(chǎn)生基本上相同的兩個(gè)電極32a、35a，或者基本上不同但是相對(duì)于背板33a仍產(chǎn)生相同的電容的兩個(gè)電極32a、35a。
[0039]實(shí)際上，多種實(shí)施例適用于其它配置的MEMS麥克風(fēng)。例如，圖3B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有增加的參考電極35b的麥克風(fēng)30b的示意性截面圖。以與圖3A類似的方式，該圖示出了膜31b、錨32b、背板33b和彈簧34b。根據(jù)該實(shí)施例的幾何結(jié)構(gòu)，參考電極35b被示出在背板之上，而不是在其下方。
[0040]圖4示出了背板33a在膜31a之上的MEMS麥克風(fēng)30a的示意性三維截面圖。參考電極35a可見，并且由與膜31a、錨32a和彈簧34a相同的多晶硅層制成。參考電極35a可以形成在與錨32a相同的平面中。如下面所討論的，稍后沉積背板33a，并移除犧牲層以引起膜31a和背板33a之間的縫隙。突出顯示了三個(gè)電節(jié)點(diǎn)以用于索引目的:在形成膜31a和錨32a的材料中的傳感器節(jié)點(diǎn)41、在形成背板33a的材料中的背板節(jié)點(diǎn)42、以及在形成參考電極35a的材料中的參考節(jié)點(diǎn)43?，F(xiàn)有技術(shù)麥克風(fēng)測(cè)量傳感器節(jié)點(diǎn)41和背板節(jié)點(diǎn)42之間的電容，其在在一定程度上等于膜31a和背板33a之間的可變電容。然而，如上面解釋的，這些測(cè)量還包括錨32a和背板33a之間(B卩，來自節(jié)點(diǎn)41和42)經(jīng)過電介質(zhì)固體44的寄生電容。根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施例，該寄生電容基本上與背板33a和參考電極35a之間的電容一致，如在背板節(jié)點(diǎn)42和參考節(jié)點(diǎn)43之間測(cè)量的。通過從讀數(shù)中減去該相同的電容，可以比現(xiàn)有技術(shù)中的精確得多地確定Cm (即，沒有寄生電容的期望的輸出電容)。
[0041]上面討論的利用參考電容的差分電路讀出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以制造在圍繞MEMS麥克風(fēng)30的區(qū)域上。圖5示出了差分讀出電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖。在該圖中標(biāo)記了電節(jié)點(diǎn)41、42、43，Cm被示出為可變電容，Cp被示出為固定電容。參考電極具有C’P的電容，其與Cp—致。如本領(lǐng)域中已知的，偏置電壓Vbias施加到背板。讀出電路從傳感器接收兩個(gè)電壓信號(hào)SjPS2,以得到輸出電壓Vtjut，其與CM+CP - C’ P=Cm成比例。提供電阻器R以使輸出電壓標(biāo)準(zhǔn)化。
[0042]在示例性實(shí)施例中，圖5的積分和減法(integration and subtraction)模塊51形成在與麥克風(fēng)本身相同的管芯上。然而，替代實(shí)施例可以在另一芯片上形成該模塊的一些或全部。例如，該功能可以通過分立部件、集成電路(例如，在專用集成電路內(nèi))或兩者來實(shí)現(xiàn)。
[0043]應(yīng)當(dāng)注意，圖5的電路僅僅是可以用來利用參考電極移除寄生電容的大量的不同電路中的一種。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以開發(fā)任何的不同的電路來完成該去除處理。因此，該電路的討論僅僅用于示例性目的。
[0044]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成圖3B的麥克風(fēng)的工藝。該工藝可以應(yīng)用到其它麥克風(fēng)實(shí)施例，并因此，圖3B的具體實(shí)施例的討論僅僅用于示例性目的。應(yīng)當(dāng)注意，該工藝過程并未說明形成麥克風(fēng)所需的全部步驟。而是，其示出了用于形成麥克風(fēng)的不同相關(guān)步驟。因此，出于簡(jiǎn)明，并未討論某些步驟。對(duì)于關(guān)于類似制造方法的更多信息，可以見例如美國(guó)專利N0.7，449，356，通過引用將其公開全體并入在此。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將該并入的專利中的工藝的原理并入到圖6的工藝中。
[0045]該工藝開始于步驟60，其形成背板33b。對(duì)此，該工藝對(duì)絕緣體上硅(“SOI”)晶片的頂層應(yīng)用常規(guī)的微加工工藝。例如，該工藝可以使用光致抗蝕劑掩模，以在SOI晶片的頂層內(nèi)蝕刻背板孔和其它溝槽。接著，該工藝向背板增加一個(gè)或多個(gè)犧牲層(步驟62)。所述犧牲層可以包括生長(zhǎng)或沉積的氧化物等。該犧牲層將填充背板中的通孔，并提供對(duì)于下一層的支撐。此外，如所述并入專利中所述的，這犧牲層還可以包括氮化物襯墊層、犧牲多晶硅以及一個(gè)或多個(gè)氧化物層。
[0046]在形成所述犧牲層(一個(gè)或多個(gè))之后，工藝?yán)^續(xù)到步驟64，其沉積最終形成膜31b、錨32b、彈簧34b和參考電極35b的層。在不例性實(shí)施例中，該層由多晶娃形成,但是，如同其它層一樣，其可以由適于期望的應(yīng)用的其它材料形成。工藝然后繼續(xù)到步驟66，其形成上述的元件。再次地，如同其它步驟那樣，該工藝可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)的微加工技術(shù)，諸如利用加性和減性步驟的掩模和蝕刻。
[0047]最終，該工藝通過釋放微結(jié)構(gòu)，即，釋放膜3 Ib，結(jié)束于步驟68。這基本上去除了彈簧34b/膜31b與背板33b之間的犧牲材料中的大多數(shù)或全部。如果該犧牲層由例如氧化物單獨(dú)形成，則可以將結(jié)構(gòu)暴露于酸，諸如，氫氟酸。如果該微結(jié)構(gòu)還包括多晶硅，則可以使用其它去除組分，諸如二氟化氙。
[0048]如上所述，預(yù)期另外的步驟來產(chǎn)生功能麥克風(fēng)管芯。例如，可以有電路制造步驟、測(cè)試、劃片/鋸切步驟、等等。電路制造步驟可以在同一管芯上或者在另一管芯上形成圖5的減法模塊51。在它們形成之后，常規(guī)的封裝工藝可以將每一麥克風(fēng)固著在封裝件內(nèi)，如圖1A和IB中所示。如所述的，這些封裝工藝還可以將其它部件(諸如，ASIC)包括到封裝件內(nèi)部。
[0049]因此，示例性實(shí)施例產(chǎn)生基本上避免了寄生電容的輸出麥克風(fēng)信號(hào)，而無需制造工藝中的顯著的另外步驟的增加。換而言之，由于參考電容器在與錨相同的步驟中形成，因此參考電容器應(yīng)當(dāng)向工藝增加很少(如果有的話)另外的時(shí)間和費(fèi)用。因此，使用參考電容器改善了輸出性能，而對(duì)最終麥克風(fēng)具有可忽略的或者沒有凈成本。
[0050]本發(fā)明上述的實(shí)施例意圖僅僅是示例性的；許多變化和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的。意圖將所有這些變化和修改涵蓋在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微機(jī)電麥克風(fēng)，包括: 膜，與錨可移動(dòng)地耦接，所述錨被固定地耦接到基板； 背板，通過電介質(zhì)流體與所述膜分開，所述背板被通過電介質(zhì)固體固定地耦接到所述錨，存在在所述背板和所述膜之間的第一電容以及在所述背板和所述錨之間的第二電容； 傳感器，用于測(cè)量所述背板和所述膜之間的電容，所測(cè)量的電容基本上等于所述第一電容和所述第二電容的和； 參考電極，嵌入在所述電介質(zhì)固體內(nèi)，在所述參考電極和所述背板之間存在第三電容，所述第三電容基本上與所述第二電容相同；以及 電路，其將通過所述傳感器測(cè)量的電容減去所述第三電容，以產(chǎn)生輸出電容，所述輸出電容基本上與所述第一電容相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的麥克風(fēng)，其中所述基板是體硅晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的麥克風(fēng)，其中所述膜包括多晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的麥克風(fēng)，其中所述背板包括單晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求 1的麥克風(fēng)，其由SOI晶片形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的麥克風(fēng),其中所述電介質(zhì)流體是空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的麥克風(fēng)，其中所述膜和所述參考電極包括單個(gè)沉積層。
8.一種MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)，包括: 背板； 錨，所述背板和錨產(chǎn)生寄生電容； 膜，可移動(dòng)地固著到所述錨，并與所述背板間隔開，所述膜和所述背板形成可變電容器，所述可變電容器具有主電容； 參考電容器，其具有基本上等于所述寄生電容的參考電容；以及 電路，其具有接收所述主電容、寄生電容和所述參考電容的輸入，所述電路被配置為將所述主電容和所述寄生電容與所述參考電容相減以產(chǎn)生輸出電容，所述輸出電容基本上等于所述主電容。
9.如權(quán)利要求8的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng),還包括第一管芯和第二管芯，所述第一管芯包括所述可變電容器和參考電容器，所述第二管芯包括所述電路，所述第一和第二管芯電通信。
10.如權(quán)利要求8的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)，還包括封裝件，其包含所述可變電容器、所述參考電容器和所述電路。
11.如權(quán)利要求8的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中所述可變電容器、參考電容器和電路在單個(gè)管芯上。
12.如權(quán)利要求8的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中所述電路包括減法器，其具有與所述可變電容器和所述寄生電容電連接的第一輸入，用于接收所述主電容和所述寄生電容的和，所述減法器具有與所述參考電容器電連接的第二輸入，用于接收所述參考電容，所述減法器被配置來將所述參考電容與所述主電容和寄生電容的和相減。
13.如權(quán)利要求8的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中所述錨由給定的材料形成，所述參考電容器包括與所述背板間隔開的參考電極，所述參考電極由所述給定的材料形成，并且與所述錨是至少部分共面的。
14.如權(quán)利要求13的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中所述給定的材料包括多晶硅。
15.如權(quán)利要求8的MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中所述參考電容器包括在分層結(jié)構(gòu)內(nèi)與所述背板間隔開的參考電極，所述錨和參考電極由相同的材料形成，并且在所述分層結(jié)構(gòu)內(nèi)的相同層中。
16.一種產(chǎn)生MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 在基底層集上形成膜和參考電極，其中所述膜和參考電極由給定的材料在基本上相同的時(shí)間形成； 在所述給定的材料上形成犧牲層； 形成通過所述犧牲層與所述膜和所述參考電極間隔開的背板和錨； 去除所述背板和膜之間的犧牲層，其中所述參考電極和背板形成固定的參考電容，所述背板和膜形成可變電容，所述背板還在所述錨內(nèi)產(chǎn)生寄生電容；以及 提供電路，其具有接收所述可變電容、所述寄生電容和所述參考電容的輸入，所述電路被配置為將所述可變電容和所述寄生電容的和與所述參考電容相減以產(chǎn)生輸出電容，所述輸出電容基本上等于所述可變電容。
17.如權(quán)利要求16的產(chǎn)生方法，其中形成參考電極和形成錨包括將所述給定的材料沉積到所述基底層集上。
18.如權(quán)利要求17的產(chǎn)生方法，還包括:進(jìn)行微加工以將所述參考電極與所述錨物理地分離。
19.如權(quán)利要求17的產(chǎn)生方法，其中形成膜和形成背板包括在第一管芯上形成膜和形成背板，此外其中提供電路包括在第二管芯上提供電路，所述方法還包括將所述電路與所述背板電連接。
20.如權(quán)利要求16的產(chǎn)生方法，還包括將所形成的部件和所述電路安裝在封裝件中。
【文檔編號(hào)】H04R19/04GK103686567SQ201310404760
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月11日
【發(fā)明者】劉芳, 楊光隆 申請(qǐng)人:應(yīng)美盛股份有限公司