CN104891423A - 不具有背板的双隔膜mems麦克风 - Google Patents

不具有背板的双隔膜mems麦克风 Download PDF

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Abstract

本发明涉及不具有背板的双隔膜MEMS麦克风，具体公开了一种传感器结构。该传感器结构包括第一悬置结构和被配置为与第一悬置结构分离以形成空间的第二悬置结构。第一悬置结构和第二悬置结构可相对于彼此配置，使得接收的进入第一悬置结构和第二悬置结构之间的空间的压力波生成第一悬置结构朝第一方向的位移和第二悬置结构朝不同于第一方向的第二方向的位移，并且位移可生成可测量的信号。

Description

不具有背板的双隔膜MEMS麦克风
技术领域
各个实施例总体上涉及包含布置为围绕一空间(volume)的第一悬置结构和第二悬置结构的传感器结构。
背景技术
基本来说，麦克风是将压力波转换为电信号的换能器。传统的麦克风具有被露出以引入压力波的隔膜。这些压力波使隔膜弯曲，并且这种弯曲被各种换能机构检测到并被转换为电信号。在微机电系统(MEMS)麦克风中，传统的换能机构可包括压电、压阻、光学和电容机构。简单的MEMS麦克风可以是由对电极(更常被称为“背板”)和隔膜组成的电容器。当电压被施加到背板/隔膜电容系统两端且声波引起隔膜的振动时，可通过测量由隔膜相对于背板的移动所引起的电容变化来将声波转换为可使用的电信号。使用电容驱动原理的MEMS麦克风通常具有高敏感度，但是它们可被来自背板的寄生电容所引起的电“噪声”影响。实现增加的敏感度的一种方式是在隔膜与第一背板相对的一侧上添加第二背板。然而，添加第二背板可能会增加潜在的噪声。
发明内容
在各个实施例中，提供了一种传感器结构。该传感器结构可包括：第一悬置结构；第二悬置结构，与第一悬置结构分离设置以形成一空间；其中，第一悬置结构和第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收到的进入第一悬置结构和第二悬置结构之间的空间的压力波生成第一悬置结构朝向第一方向的位移以及第二悬置结构朝向不同于第一方向的第二方向的位移。
附图说明
在附图中，不同附图中类似的参考符号通常表示相同的部件。附图不必要按比例绘制，而是重点放在示出本发明的原理。在以下描述中，参照以下附图描述本发明的各个实施例，其中：
图1是MEMS麦克风的透视截面图；
图2A示出了根据各个实施例的具有隔膜元件的第一MEMS结构的截面图；
图2B示出了根据各个实施例的图2A所示MEMS结构的俯视图；
图2C示出了根据各个实施例的图2A所示MEMS结构的俯视图；
图3A示出了根据各个实施例的具有隔膜元件的第二MEMS结构的截面图；
图3B示出了根据各个实施例的图3A所示MEMS结构的俯视图；
图4示出了根据各个实施例的图2A至图2C所示第一MEMS结构以及图3A和图3B所示第二MEMS结构被相互固定和/或连结的截面图；
图5A和图5B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
图6A和图6B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
图7A和图7B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
图8A和图8B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
图9A和图9B示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
图10A至图10D示出了根据各个实施例的源自图4的双MEMS结构；
图11是根据各个实施例的用于制造上述MEMS结构的工艺的流程图；
图12示出了根据各个实施例的被配置为通过进入的压力波电容性地检测在至少一个隔膜结构中生成的弯曲的双隔膜传感器结构和电路的透视截面图；
图13示出了根据各个实施例的被配置为通过进入的压力波光学地检测在至少一个隔膜结构中生成的弯曲的双隔膜传感器结构和电路的透视截面图；
图14是根据各个实施例的用于操作双隔膜传感器结构的工艺的流程图。
具体实施方式
参考附图，以下详细描述示意性地示出可实践本发明的具体细节和实施例。
本文所使用的术语“示例性”表示“用作实例、示例或说明”。在本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不是必须构造为相对于其他实施例或设计来说为优选或有利的。
对于所设置材料，可以在本文形成在侧或表面“上方”的术语“在…上方”来表示所设置材料可以“直接”形成在所指侧或表面“上方”，例如直接结构。对于所设置材料，可以在本文形成在侧或表面“上方”的术语“在…上方”来表示所设置材料可以“间接”形成在所指侧或表面“上方”，其中一个或多个附加层可配置在所指侧或表面与所设置材料之间。
根据本公开，提供了不具有背板元件的双隔膜MEMS麦克风。
根据各个实施例，隔膜可包括板或膜。板可理解为承受压力的隔膜。此外，膜可理解为承受张力的隔膜。尽管下面参照膜来详细描述各个实施例，但可以可选地提供板或者通常提供隔膜。
根据各个实施例，图1是MEMS麦克风的截面图，其可分别包含壳体106、背面空间108以及两个隔膜元件102和104。根据各个实施例，声波110可进入入口112，并且引起隔膜元件102和104相对于彼此反相振动。根据各个实施例，随后可通过一个或多个处理电路(未示出)比较隔膜102和104生成的信号，这可以根据给定的应用来确定。根据各个实施例，相对于单隔膜MEMS麦克风，隔膜102和104的移动均可引起双重信号。此外，在各个实施例中，由于背板元件不是必须的，所以可以大大减小由于背板所引起的寄生电容的潜在性。降低的寄生电容当与来自双隔膜结构的增加信号耦合时，可以显著增加麦克风的信噪比。此外，根据各个实施例，如果声音通过隔膜之间的低阻抗口进入，则提高的信噪比可进一步增加不存在通孔背板的可能性。
根据各个实施例，如图2A至图2C所示，双隔膜MEMS麦克风可包括第一MEMS结构200。MEMS结构200可包括第一衬底202，其具有形成在第一衬底202中的第一空隙210和悬置在第一空隙210上方的第一隔膜208。根据各个实施例，MEMS结构200可进一步包括形成在第一衬底202的顶面202a上的至少一个凸块电极204以及形成在第一隔膜208的一部分上方的至少一个间隔结构206。
根据各个实施例，第一衬底202可以是半导体衬底，诸如硅衬底。此外，在各个实施例中，根据给定的应用，第一衬底202可包括其他半导体材料或者由其他半导体材料组成，诸如锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其他基本和/或化合物半导体(例如，III-V化合物半导体，诸如砷化镓或磷化铟，或者II-VI化合物半导体或三元化合物半导体或四元化合物半导体)。
根据各个实施例，在第一衬底202中形成第一空隙210之前，第一隔膜208可以形成在第一衬底202的顶面202a的至少一部分上方。在各个实施例中，至少一个间隔结构206可形成在第一隔膜208的至少一部分上方。换句话说，根据各个实施例，第一衬底202、第一隔膜208和至少一个间隔结构206可以实现为分层结构。然后，可以从第一衬底202的背侧202b(可以是第一衬底202与顶面202a相对的一侧)蚀刻所述分层结构，以形成第一空隙210。根据各个实施例，由于第一衬底202被蚀刻来形成第一空隙210，所以第一隔膜208的至少一部分可以与第一衬底202脱离并变得在第一空隙210上方悬置。换句话说，根据各个实施例，第一空隙210可通过从背侧202b蚀刻第一衬底202来形成，使得从第一衬底202的背侧202b到顶面202a蚀刻穿过第一衬底202且可以不蚀刻第一隔膜208。
根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是正方形或者基本是正方形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是矩形或者基本是矩形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是圆形或者基本是圆形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是椭圆形或者基本是椭圆形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是三角形或基本是三角形的。根据各个实施例，第一空隙210的形状可以是十字形或基本是十字形的。根据给定的应用，第一空隙210可以形成为任何形状。
可以通过各种蚀刻技术(例如，各向同性气相蚀刻、蒸气蚀刻、湿蚀刻、各向同性干蚀刻、等离子体蚀刻等)来成型第一空隙210。
根据各个实施例，第一隔膜208可通过各种制造技术(例如，物理气相沉积、电化学沉积、化学气相沉积和分子束外延)来形成在第一衬底202的顶面202a上方。
根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是正方形或基本是正方形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是矩形或者基本是矩形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是圆形或者基本是圆形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是椭圆形或者基本是椭圆形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是三角形或基本是三角形的。根据各个实施例，第一隔膜208的形状可以是十字形或基本是十字形的。根据各个实施例，根据给定的应用，第一隔膜208可以形成为任何形状。
第一隔膜208可由半导体材料(例如，硅)组成或者可以包括半导体材料。此外，根据给定的应用，第一隔膜208可包括其他半导体材料或者包括其他半导体材料，诸如锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其他基本和/或化合物半导体(例如，III-V化合物半导体，诸如砷化镓或磷化铟，或者II-VI化合物半导体或三元化合物半导体或四元化合物半导体)。第一隔膜208可以由介电材料、压电材料、压阻材料和铁电材料中的至少一种组成或者可以包括介电材料、压电材料、压阻材料和铁电材料中的至少一种。
根据各个实施例，第一隔膜208的厚度T1可以例如在300nm至5μm的范围内，例如在300nm至400nm的范围内，例如在400nm至500nm的范围内，例如在500nm至1μm的范围内，例如在1μm至3μm的范围内，例如在3μm至5μm的范围内。
至少一个间隔结构206可形成在第一隔膜结构208的至少一部分上方。通过实例，在各个实施例中，至少一个间隔结构206可形成在第一隔膜208的可连接或固定至第一衬底200的顶面202a的一部分(例如第一隔膜208的可不在第一空隙210上方悬置的部分)上方。根据各个实施例，可沿着第一隔膜208的周界形成至少一个间隔结构206，使得至少一个间隔结构206可至少部分地环绕和/或包围第一隔膜208的内部208a(其可以是第一隔膜208的可穿过第一空隙210悬置的部分)。根据各个实施例，至少一个间隔结构206可实现为柱状结构，并且可以形成在第一衬底202的顶点和/或边角处(取决于给定实施例中第一衬底202的几何形状)。通过实例，如图2C所示，第一衬底202的形状可以是正方形或基本是正方形，并且至少一个间隔结构206可形成在第一衬底202的顶点和/或边角处。
根据各个实施例，至少一个间隔结构206可具有高度H1，其在大约1μm至大约10μm的范围内，例如在大约2μm至大约4μm的范围内。根据各个实施例，间隔结构206可具有厚度T2，其在大约10μm至大约100μm的范围内，例如在大约10μm至大约20μm的范围内。
根据各个实施例，根据给定的应用，至少一个间隔结构206例如可包括各种电介质、金属和聚合物或者可以由各种电介质、金属和聚合物组成。至少一个间隔结构206例如可进一步包括玻璃和/或各种聚合物或者可由玻璃和/或各种聚合物组成。根据给定的应用，至少一个间隔结构206可包括任何材料或者可由任何材料组成，例如半导体材料，诸如锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、砷化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其他基本和/或化合物半导体。
根据各个实施例，至少一个凸块电极204可形成在衬底202的顶面202a的一部分上，其可以至少部分地环绕和/或包围第一空隙210。通过实例，如图2B所示，根据各个实施例，至少一个凸块电极204可形成在第一衬底202的顶面202a的边缘区域处，例如在第一空隙210的外边缘212(可以是空隙210的限定第一空隙210的周界的边缘)与第一衬底202的顶面202a的外边缘214(其可以是顶面202a的限定顶面202a的周界的边缘)之间。
至少一个凸块电极204可以通过图案化和沉积技术形成，诸如通过电镀工艺、光刻工艺以及通过所谓的“球凸块”方法。根据各个实施例，至少一个凸块电极204可由诸如金属的导体材料形成。例如，根据各个实施例，至少一个凸块电极204可以由铜、镍、锡、铅、银、金、铝、和这些金属的各种合金(例如，白铜、镍-铝等)来组成或者可以包括铜、镍、锡、铅、银、金、铝、和这些金属的各种合金(例如，白铜、镍-铝等)。根据各个实施例，至少一个凸块电极204可由焊料凸块组成或者可以包括焊料凸块。此外，根据各个实施例，根据给定的应用，至少一个凸块电极204可包括其他材料或者由其他材料组成。
根据各个实施例，第一隔膜208可通过各种电导线和过孔(未示出，可形成在第一衬底202中或第一衬底202上)电耦合至至少一个凸块电极204。
根据各个实施例，如图3所示，双隔膜MEMS麦克风可包括第二MEMS结构300。MEMS结构300可包括第二衬底302，其具有形成在第二衬底302中的第二空隙308和在第二空隙308上方悬置的第二隔膜306。根据各个实施例，MEMS结构300可进一步包括形成在第二衬底302的顶面302a上的至少一个接触焊盘304。
第二衬底302可以是半导体衬底，诸如硅衬底。此外，在各个实施例中，根据给定的应用，第二衬底302可包括其他半导体材料或者由其他半导体材料组成，诸如锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其他基本和/或化合物半导体(例如，III-V化合物半导体，诸如砷化镓或磷化铟，或者II-VI化合物半导体或三元化合物半导体或四元化合物半导体)。
在第二衬底302中形成第二空隙308之前，第二隔膜306可以形成在第二衬底302的顶面302a的至少一部分上方。换句话说，根据各个实施例，第二衬底302和第二隔膜306可以实现为分层结构。然后，可以从第二衬底302的背侧302b(可以是第二衬底302与顶面302a相对的一侧)蚀刻该分层结构，以形成第二空隙308。根据各个实施例，由于第二衬底302被蚀刻来形成第二空隙308，所以第二隔膜306的至少一部分可以与第二衬底302脱离并穿过第二空隙308悬置。换句话说，根据各个实施例，第二空隙308可通过从背侧302b蚀刻第二衬底302来形成，使得从第二衬底302的背侧302b到顶面302a蚀刻穿过第二衬底302而不蚀刻第二隔膜306。第二空隙308可形成在第二衬底302中，使得第二空隙可以不是第二衬底302的顶面302a中的几何中心。换句话说，根据各个实施例，第二衬底302的可环绕和/或包围第二空隙308的部分可以不是对称的。
根据各个实施例，第二空隙308的形状可以是正方形或者基本是正方形的。根据各个实施例，第二空隙308的形状可以是矩形或者基本是矩形的。根据各个实施例，第二空隙308的形状可以是圆形或者基本是圆形的。根据各个实施例，第二空隙308的形状可以是椭圆形或者基本是椭圆形的。根据各个实施例，第二空隙308的形状可以是三角形或基本是三角形的。根据各个实施例，第二空隙308的形状可以是十字形或基本是十字形的。根据给定的应用，第二空隙308可以形成为任何形状。
根据各个实施例，可以通过各种蚀刻技术(例如，各向同性气相蚀刻、蒸气蚀刻、湿蚀刻、各向同性干蚀刻、等离子体蚀刻等)来成型第二空隙308。
根据各个实施例，第二隔膜306可通过各种制造技术(例如，物理气相沉积、电化学沉积、化学气相沉积和分子束外延)来形成在第二衬底302的顶面302a上方。
根据各个实施例，第二隔膜306的形状可以是正方形或基本是正方形的。根据各个实施例，第二隔膜306的形状可以是矩形或者基本是矩形的。根据各个实施例，第二隔膜306的形状可以是圆形或者基本是圆形的。根据各个实施例，第二隔膜306的形状可以是椭圆形或者基本是椭圆形的。根据各个实施例，第二隔膜306的形状可以是三角形或基本是三角形的。根据各个实施例，第二隔膜306的形状可以是十字形或基本是十字形的。根据给定的应用，第二隔膜306可以形成为任何形状。
第二隔膜306可由半导体材料(例如，硅)组成或者可以包括半导体材料。此外，根据给定的应用，第二隔膜306可包括其他半导体材料或者包括其他半导体材料，诸如锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其他基本和/或化合物半导体(例如，III-V化合物半导体，诸如砷化镓或磷化铟，或者II-VI化合物半导体或三元化合物半导体或四元化合物半导体)。第二隔膜306可以由介电材料、压电材料、压阻材料和铁电材料中的至少一种组成或者可以包括介电材料、压电材料、压阻材料和铁电材料中的至少一种。
根据各个实施例，第二隔膜306的厚度T3可以例如在300nm至5μm的范围内，例如在300nm至400nm的范围内，例如在400nm至500nm的范围内，例如在500nm至1μm的范围内，例如在1μm至3μm的范围内，例如在3μm至5μm的范围内。
根据各个实施例，至少一个接触电极304可形成在第二衬底302的顶面302a的一部分上，其可以至少部分地环绕和/或包围第二空隙308。通过实例，如图3B所示，至少一个接触电极304可形成在第二衬底302的顶面302a的边缘区域处，例如在第二空隙308的外边缘312(其可以是第二空隙308的限定第二空隙308的周界的边缘)与第二衬底302的顶面302a的外边缘314(其可以是顶面302a的限定顶面302a的周界的边缘)之间。
至少一个接触电极304可以通过图案化和沉积技术形成，诸如通过电镀工艺、光刻工艺以及通过所谓的“球凸块”方法。根据各个实施例，至少一个接触电极304可由诸如金属的导体材料形成。例如，根据各个实施例，至少一个接触电极304可以由铜、镍、锡、铅、银、金、铝、和这些金属的各种合金(例如，白铜、镍-铝等)来组成或者可以包括铜、镍、锡、铅、银、金、铝、和这些金属的各种合金(例如，白铜、镍-铝等)。此外，根据给定的应用，至少一个接触电极304可包括其他材料或者由其他材料组成。
根据各个实施例，第二隔膜306可通过各种电导线和过孔(未示出，可形成在第二衬底302中或第二衬底302上)电耦合至至少一个接触电极304。
根据各个实施例，如图4所示，第一MEMS结构200和第二MEMS结构300可配置为形成双MEMS结构400。第一MEMS结构200和第二MEMS结构300可以配置为使得第一衬底202的顶面202a和第二衬底302的顶面302a基本相互平行。第一衬底202和第二衬底302可配置为使得它们至少部分重叠。根据各个实施例，第一衬底202的至少一部分可以在第二衬底302的至少一部分上方悬置。第二衬底301的至少一部分可以延伸到第一衬底202外(例如，第二衬底202不悬置在该部分上方)。
根据各个实施例，双MEMS结构400可通过将至少一个接触焊盘304固定和/或附接至至少一个凸块电极204来形成。至少一个接触焊盘304可电耦合至至少一个凸块电极204。例如，至少一个接触焊盘304可通过各种焊接技术而固定至至少一个凸块电极204。
至少一个间隔结构206可配置在第一隔膜208和第二隔膜306之间。至少一个间隔结构206可连接和/或固定至第二隔膜306的表面。至少一个间隔结构206的高度H1可以是距离D，其可以是第一隔膜208与第二隔膜306隔开的距离。
根据各个实施例，第一隔膜208和第二隔膜306可至少部分地包围接收空间402。至少一个间隔结构206可配置在第一隔膜208和第二隔膜306之间以进一步包围接收空间402。
根据各个实施例，如图5至图10所示，双MEMS结构400可附接至支撑结构508的表面。第二衬底302的背侧302b可附接至支撑结构508的顶面508a。
根据各个实施例，覆盖层506可附接至支撑结构508。覆盖层506可密封和/或包围双MEMS结构400。覆盖层506可包括可针对给定应用确定的材料或者可以由针对给定应用确定的材料组成，例如各种聚合物材料，诸如复合热固塑料(例如，热固塑料或热塑料)。根据各个实施例，覆盖层506可由金属(诸如不锈钢)组成，或者可以包括用于提供静电防护的金属层。根据各个实施例，覆盖层506可由层压盖组成或者可以包括层压盖，其由层压框架和层压顶层组成并且可以包括用于静电防护的金属层。覆盖层506可具有厚度T4，其在大约50μm至大约500μm的范围内，例如在大约100μm至大约200μm的范围内。
根据各个实施例，覆盖层506可具有至少一个通孔510。至少一个通孔510可被布置为允许接收空间402与覆盖层506外的大气连通。
根据各个实施例，如图5A和图5B所示，至少一个通孔510的形状可以是矩形或者基本为矩形，其具有的高度H2在大约20μm至大约200μm的范围内，例如在大约50μm至大约150μm的范围内，并且具有的长度L1在大约200μm至大约2000μm的范围内，例如在大约100μm至大约1000μm的范围内。
根据各个实施例，至少一个通孔510的形状可以是圆形或者基本为圆形，其具有的直径在大约100μm至大约1000μm的范围内，例如在大约200μm至大约500μm的范围内。
根据各个实施例，至少一个通孔510的形状可以是椭圆形或者基本为椭圆形。根据各个实施例，至少一个通孔510的形状可以是三角形或者基本为三角形。根据各个实施例，至少一个通孔510的形状可以是十字形或基本为十字形。根据各个实施例，针对给定的应用，至少一个通孔510可以形成为任何形状。
根据各个实施例，可以穿过覆盖层506的一部分设置至少一个通孔510，其基本垂直于支撑结构508的顶面508a。
根据各个实施例，覆盖层506可相对于第一MEMS结构200布置，使得第一空隙210被覆盖层506所围绕以形成第一背面空间520。
根据各个实施例，覆盖层506的内表面506b可以与双MEMS结构400分离和/或空间偏移。
根据各个实施例，覆盖层506的内表面506b可以固定和/或附接至第一衬底202的背侧202b以形成第一背面空间520。
根据各个实施例，覆盖层506的内表面506b可以与第一衬底202的背侧202b分离和/或空间偏移。密封层512可布置在覆盖层506的内表面506b与第一衬底202的背侧202b之间以包围第一空隙210并形成第一背面空间520。
根据各个实施例，如图7A和图7B所示，密封层512可附接至第一衬底202的背侧202b，并且可以穿过第一空隙210扩展和/或悬置以形成第一背面空间520。
根据各个实施例，针对给定应用，密封层512可以为或者可以包括各种粘合剂、密封剂和环氧树脂，例如导电或非导电环氧树脂或硅酮基凝胶。根据各个实施例，密封层512可以为或者可以包括各种粘合箔或其他可例如通过粘合剂固定和/或附接至第一衬底202的背侧202b的材料。密封层512可具有针对给定应用所期望的厚度，例如在大约5μm至大约50μm的范围内，例如在大约10μm至大约20μm的范围内。
根据各个实施例，支撑结构508可包括针对给定应用而期望的材料或者可以由针对给定应用而期望的材料组成，诸如锗、硅锗、碳化硅、氮化镓、砷化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其它基本和/或化合物半导体。根据各个实施例，针对给定的应用，支撑结构508还可以包括其他材料或材料组合，例如各种电介质、金属和聚合物。支撑结构508可进一步包括例如玻璃和/或各种聚合物或者可以由玻璃和/或各种聚合物组成。支撑结构508可以为绝缘体上硅(SOI)结构。支撑结构508可以是印刷电路板。
根据各个实施例，支撑结构508可以相对于第二MEMS结构300布置以进一步包围第二空隙308，从而形成第二背面空间522。
根据各个实施例，如图5至图10所示，又一结构504可附接至支撑结构508的表面。又一结构504可以是专用集成电路(ASIC)。例如，又一结构504可以是或者可以包括比较电路，其用于将第一隔膜208生成的信号与第二隔膜306生成的信号进行比较，例如将由第一隔膜208的弯曲引起的信号与由第二隔膜306的弯曲引起的信号进行比较。
根据各个实施例，又一结构504可以连接和/或耦合至双MEMS结构400。又一结构504可通过至少一条连接导线502电连接至至少一个接触焊盘304。
根据各个实施例，如图6A和图6B所示，至少一个通孔510可以穿过覆盖层506的一部分设置，其基本平行于支撑结构508的顶面508a。
根据各个实施例，如图8和图9所示，至少一个通孔510可以穿过支撑结构508的一部分设置。
根据各个实施例，如图10A至图10D所示，至少一个通孔510可以穿过覆盖层506的一部分设置(其可以基本垂直于支撑结构508的顶面508a)，并且密封层512可配置在覆盖层506的内表面506b和第一衬底202的表面的一部分(其可以基本垂直于支撑结构508的顶面508a)之间。密封层512可配置在覆盖层506的内表面506b与第二衬底302的表面的一部分(其可以基本垂直于支撑结构508的顶面508a)之间。
根据各个实施例，移植通道(porting channel)1002可形成在第一衬底202和第二衬底302之间。移植通道1002可允许第一背面空间520和第二背面空间522具有相同的大气压。根据各个实施例，移植通道1002可组合和/或连接第一背面空间520和第二背面空间522以创建第三背面空间1004。
又一间隔结构1006(除至少一个间隔结构206之外)可形成在第一衬底202的顶面202a上。又一间隔结构1006可形成在第一衬底202的顶面202a的边缘区域处，例如在第一空隙210的外边缘212(其可以是空隙210的限定第一空隙210的周界的边缘)与第一衬底202的顶面202a的外边缘214(其可以是顶面202a的限定顶面202a的周界的边缘)之间。
根据各个实施例，如图11所示，公开了形成传感器结构的方法1100。在1102中，该方法可包括形成第一悬置结构。根据各个实施例，在1104中，方法1100可进一步包括形成第二悬置结构，其设置为与第一悬置结构分离以形成空间。此外，在1104中，方法1100可进一步包括使第一悬置结构和第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收到的进入第一悬置结构和第二悬置结构之间的空间的压力波生成第一悬置结构朝向第一方向的位移和第二悬置结构朝向不同于第一方向的第二方向的位移。
根据各个实施例，如图12所示，第一隔膜1202和第二隔膜1204之间的距离的改变可分别引起隔膜1202和1204之间生成的电容的变化。根据各个实施例，这种电容的变化可被电容检测电路1210检测到。注意，图12所示的一些部件可以类似于图1所示的部件。对于相同的部件，省略对应部件的重复描述，并且参照图1的描述。
根据各个实施例，如图13所示，通过光学检测电路1310，可利用各种光学检测方法(例如，干涉法)来测量第一隔膜1302和第二隔膜1304之间的距离变化。根据各个实施例，光学检测电路1310可实现为或者可以包含各种光学检测装置(例如，平面光波电路、激光多普勒测振仪(LVD)等)的组合。测量第一隔膜1302和第二隔膜1304之间的距离变化任选地可允许通过其他方式(例如，电容检测方式)更加精确地测量距离变化。在各个实施例中，光学检测方式更能抵抗温度的极端变化并且对于特定种类的电干扰(例如，电磁干扰(EMI))的敏感度更低。注意，图13所示一些部件可以类似于图1所示部件。对于相同的部件，省略对应部件的重复描述并且参照图1的描述。
根据各个实施例，如图14所示，公开了用于操作装置的方法1400。在1402中，方法1400可包括将压力波引入由两个隔膜形成的空间中以生成隔膜在相对方向上的位移，并检测隔膜的位移。根据各个实施例，可通过将第一隔膜在第一方向上的第一位移与第二隔膜在与第一方向相对的第二方向上的第二位移进行比较来检测位移。根据各个实施例，在1404中，方法1400可进一步包括在操作点的位置中校准两个隔膜。在各个实施例中，操作点可以是最佳校准点，例如通过关系L＝n×lambda/4限定的谐振点。根据各个实施例，在1406中，可光学地检测隔膜的位移。根据各个实施例，在1408中，可电学地(例如，电容地)检测隔膜的位移。
在各个实施例，提供了一种传感器结构。该传感器结构可包括：第一悬置结构；第二悬置结构，被设置为与第一悬置结构分离以形成空间；其中，第一悬置结构和第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收的进入第一悬置结构和第二悬置结构之间的空间的压力波生成第一悬置结构朝向第一方向的位移和第二悬置结构朝向不同于第一方向的第二方向的位移。
在各个实施例中，第一悬置结构可包括第一隔膜。此外，第二悬置结构可包括第二隔膜。此外，该传感器结构还可以包括：承载第一悬置结构的第一载体。在各个实施例中，第一悬置结构的表面可被固定至第一载体的表面。在各个实施例中，该传感器结构还可以包括：至少一个凸块电极结构，形成在第一载体的表面上。第一悬置结构电耦合至至少一个凸块电极结构。此外，该传感器结构还可以包括：至少一个间隔结构，形成在第一悬置结构的表面上。在各个实施例中，该传感器结构还可以包括：形成在第一载体中的空隙。第一悬置结构可横跨第一载体中的空隙悬置。此外，第一载体可包括第一微机电系统。此外，该传感器结构还可以包括：第二载体，承载第二悬置结构。在各个实施例中，第二悬置结构的表面被固定至第二载体的表面。在各个实施例中，该传感器结构还可以包括：形成在第二载体中的空隙。第二悬置结构可横跨第二载体中的空隙上方悬置。在各个实施例中，该传感器结构还可以包括：至少一个接触焊盘，形成在第二载体的表面上。在各个实施例中，第二悬置结构可电耦合至至少一个接触焊盘。该传感器结构还可以包括：至少一个凸块电极，形成在第一载体的表面上；其中，至少一个凸块电极结构电耦合至至少一个接触焊盘。第二载体可包括第二微机电系统。第一悬置结构和第二悬置结构可通过至少一个间隔结构连接。
在各个实施例中，提供了一种传感器结构装置。该传感器结构装置可包括：传感器结构，其可以包括第一悬置结构、被设置为与所述第一悬置结构分离以形成空间的第二悬置结构，其中，第一悬置结构和第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收的进入第一悬置结构和第二悬置结构之间的空间的压力波生成第一悬置结构朝向第一方向的位移和第二悬置结构朝向不同于第一方向的第二方向的位移。在各个实施例中，该传感器结构装置可包括耦合至传感器结构并被配置为电容性地测量位移的电路。在各个实施例中，该传感器结构装置可包括耦合至传感器的电路，该电路可以是被配置为光学地检测位移的光学检测器。该传感器结构装置可进一步包括附接至传感器结构的支撑结构。在各个实施例中，支撑结构可包括印刷电路板。在各个实施例中，该传感器结构装置还可以包括：覆盖层，附接至支撑结构；其中，覆盖层包围传感器结构。在各个实施例中，覆盖层和支持结构可配置为形成背面空间。在各个实施例中，覆盖层具有至少一个通孔。在各个实施例中，第一悬置结构和覆盖层可形成第一背面空间，以及第二悬置结构和支撑结构可形成第二背面空间。
根据各个实施例，公开了用于操作装置的方法。该方法可包括：将压力波引入由两个隔膜形成的空间中以生成隔膜在相对方向上的位移；以及检测隔膜的位移。在各个实施例中，可通过将两个隔膜中的第一隔膜在第一方向上的第一位移与两个隔膜中的第二隔膜在与第一方向相对的第二方向上的第二位移进行比较来检测位移。根据各个实施例，可光学地检测隔膜的位移。根据各个实施例，可电学地检测隔膜的位移。根据各个实施例，该方法可进一步包括在操作点的位置中校准两个隔膜。
虽然参照具体实施例具体示出和描述了本发明，但应该理解，本领域技术人员在不背离所附权利要求限定的精神和范围的情况下可以进行各种形式和细节上的变化。因此，通过所附权利要求来表示本发明的范围，并且所有这些变化均落入权利要求的等效范围内。

Claims (26)

1.一种传感器结构，包括：
第一悬置结构；
第二悬置结构，被设置为与所述第一悬置结构分离以形成空间；
其中所述第一悬置结构和所述第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收的进入所述第一悬置结构和所述第二悬置结构之间的所述空间的压力波生成所述第一悬置结构朝向第一方向的位移和所述第二悬置结构朝向不同于所述第一方向的第二方向的位移。
2.根据权利要求1所述的传感器结构，
其中所述第一悬置结构包括第一隔膜。
3.根据权利要求1所述的传感器结构，
其中所述第二悬置结构包括第二隔膜。
4.根据权利要求1所述的传感器结构，还包括：
承载所述第一悬置结构的第一载体。
5.根据权利要求4所述的传感器结构，
其中所述第一悬置结构的表面被固定至所述第一载体的表面。
6.根据权利要求4所述的传感器结构，还包括：
至少一个凸块电极结构，形成在所述第一载体的表面上。
7.根据权利要求6所述的传感器结构，
其中所述第一悬置结构电耦合至所述至少一个凸块电极结构。
8.根据权利要求4所述的传感器结构，还包括：
至少一个间隔结构，形成在所述第一悬置结构的表面上。
9.根据权利要求4所述的传感器结构，还包括：
形成在所述第一载体中的空隙。
10.根据权利要求9所述的传感器结构，
其中所述第一悬置结构横跨所述第一载体中的空隙悬置。
11.根据权利要求4所述的传感器结构，
其中所述第一载体包括第一微机电系统。
12.根据权利要求4所述的传感器结构，还包括：
第二载体，承载所述第二悬置结构。
13.根据权利要求12所述的传感器结构，
其中所述第二悬置结构的表面被固定至所述第二载体的表面。
14.根据权利要求12所述的传感器结构，还包括：
形成在所述第二载体中的空隙。
15.根据权利要求14所述的传感器结构，
其中所述第二悬置结构横跨所述第二载体中的空隙悬置。
16.根据权利要求12所述的传感器结构，还包括：
至少一个接触焊盘，形成在所述第二载体的表面上。
17.根据权利要求16所述的传感器结构，
其中所述第二悬置结构电耦合至所述至少一个接触焊盘。
18.根据权利要求16所述的传感器结构，还包括：
至少一个凸块电极结构，形成在所述第一载体的表面上；
其中所述至少一个凸块电极结构电耦合至所述至少一个接触焊盘。
19.根据权利要求12所述的传感器结构，
其中所述第二载体包括第二微机电系统。
20.根据权利要求1所述的传感器结构，
其中所述第一悬置结构和所述第二悬置结构通过至少一个间隔结构连接。
21.一种传感器结构装置，包括：
传感器结构，包括：
第一悬置结构；
第二悬置结构，被设置为与所述第一悬置结构分离以形成空间；
其中所述第一悬置结构和所述第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收的进入所述第一悬置结构和所述第二悬置结构之间的所述空间的压力波生成所述第一悬置结构朝向第一方向的位移和所述第二悬置结构朝向不同于所述第一方向的第二方向的位移；以及
电路，耦合至所述传感器结构并被配置为电容性地测量所述位移。
22.一种传感器结构装置，包括：
传感器结构，包括：
第一悬置结构；
第二悬置结构，被设置为与所述第一悬置结构分离以形成空间；
其中所述第一悬置结构和所述第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收的进入所述第一悬置结构和所述第二悬置结构之间的所述空间的压力波生成所述第一悬置结构朝向第一方向的位移和所述第二悬置结构朝向不同于所述第一方向的第二方向的位移；以及
光学检测器，被配置为光学地检测所述位移。
23.一种传感器结构装置，包括：
传感器结构，包括：
第一悬置结构；
第二悬置结构，被设置为与所述第一悬置结构分离以形成空间；
其中所述第一悬置结构和所述第二悬置结构相对于彼此布置，使得接收的进入所述第一悬置结构和所述第二悬置结构之间的所述空间的压力波生成所述第一悬置结构朝向第一方向的位移和所述第二悬置结构朝向不同于所述第一方向的第二方向的位移；
支撑结构，附接至所述传感器结构的表面。
24.根据权利要求23所述的传感器结构装置，
其中所述支撑结构包括印刷电路板。
25.根据权利要求23所述的传感器结构装置，
其中所述支撑结构具有至少一个通孔。
26.根据权利要求23所述的传感器结构装置，还包括：
覆盖层，附接至所述支撑结构；
其中所述覆盖层包围所述传感器结构。
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