CN113428831A - 整体尺寸减小的微机电传声器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种整体尺寸减小的微机电传声器，包括：由第一基板制造的传声器单元，传声器单元包括能够在压差的作用下移动的可移动元件和用于测量所述可移动元件的位移的测量装置，由第二基板制造的盖，所述盖具有第一凹槽，用于将测量装置电连接到控制单元的第一装置，所述传声器单元和所述盖在所述传声器单元和所述盖之间界定出真空空间和第一腔，真空空间容纳测量装置，第一腔从第一凹槽延伸且部分地由可移动元件封闭，真空空间和第一腔以密封的方式彼此隔绝，所述传声器包括用于将可移动元件(4)的位移机械地传递至测量装置(10)的装置(8)以及密封隔绝元件(16)，传递装置(8)穿过密封隔绝元件(16)。
Description
技术领域
本发明涉及一种微机电传声器以及一种用于制造微机电传声器的方法。
背景技术
微机电传声器或MEMS(微机电系统)传声器可装备多种物件，例如移动电话和个人数字助理。对微机电传声器的需求一直在增加。此外，业界试图制造具有更高效率及更小整体尺寸的传声器。但是，传声器尺寸的减小会影响其性能。
一种MEMS传声器，其包括对压力差敏感的元件，该元件的一个面与发射待获取声波的区域接触，且该元件的一个面与被称为后空间的空腔接触。后空间通常连接到外部环境，以允许在低频下将压力平衡到大气压力。该空腔通常具有几mm3至几十mm3的体积。该体积越大，与该体积相关联的声噪声越小。装置可测量敏感元件的位移。该测量装置通常是电容型的，敏感元件可形成电极以及与敏感元件相对设置的反电极。反电极被打孔以允许声波到达敏感元件。然而，反电极会形成声阻，降低检测阈值并且产生阻尼，而阻尼会降低传声器的带宽。
通常，制造MEMS传声器包括以下步骤：制造包括从衬底悬置的敏感元件的组件，以及用于测量敏感元件相对于衬底的位移的装置；在组件的一个面上装配支撑件，该支撑件包括与敏感元件对齐的至少一个通道，以将敏感元件连接到外部环境；以及在支撑件上传送盖，该盖与敏感元件一起界定后空间。此类传声器具有很大的整体尺寸，还存在因反电极而产生的声阻问题。
一种可能解决反电极的电阻问题的方法是将电容性的测量装置放置在受控的大气中。然而，在提供具有合理整体尺寸的传声器的同时又提供受控的大气空间和后空间会比较复杂，其封装步骤则比较简单。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种高性能微机电传声器，其换能装置被放置在受控的大气中，且其后空间被集成到MEMS中，简化了集成度并最小化了最终尺寸。本发明还提供了一种用于制造此类传声器的方法。
上述目的通过由两个经组装的基板制造的微机电传声器来实现，其第一基板中形成有传声器单元，第二基板形成盖，也称为封装件。第二基板包括至少一个凹槽，该凹槽与第一基板一起形成第一腔，该第一腔容纳传声器的敏感元件并界定出后空间。第一基板和第二基板还界定一个空间，在该空间中存在受控的大气(有利地，处于在低压下的大气)，该空间容纳用于测量敏感元件的位移的装置。该空间以密封的方式与第一腔隔绝。传递装置确保柱塞的位移传递到受控大气空间，并确保该空间与第一腔的隔绝。
因此，一旦组装两个衬底，则直接形成后空间和受控大气空间，以此方式，则不需要在组装之后制造后空间和受控大气空间。然后，在组装传声器单元和盖之后，传声器的功能直接实现。
基于本发明，传声器具有高集成度和减小的整体尺寸。
上述目的还通过一种用于制造微机电传声器的方法来实现，所述方法包括：制造第一子组件，所述第一子组件包括至少一个敏感元件和测量装置，所述敏感元件和所述测量装置基本上设置在同一平面内并通过臂连接，所述臂围绕被包含在所述平面内的轴线可旋转地铰接，所述臂将所述敏感元件的位移传递至所述测量装置；制造第二子组件，所述第二子组件包括用于所述敏感元件的至少一个第一腔；以及组装两个子组件，使得第一腔形成用于敏感元件的后空间，且使得两个子组件界定出用于测量装置并与外部环境隔绝的空间。
本发明的方法仅实现两个子组件，即，使用两个衬底，对该两个衬底的结构进行配置，然后被组装。因此实现了制造方法的简化。此外，传声器的测量装置不面向敏感元件，因此不会降低传声器的性能。
换句话说，上述传声器和方法实现了包括传声器元件和盖或封装基板的基板。
有利地，第一子组件包括数对敏感元件/测量装置，第二子组件包括至少数个第一腔，从而能够同时制造数个传声器。然后，例如通过切割将传声器单个化。
本申请的一个主题是一种微机电传声器，包括：
-由第一基板制造的传声器单元，所述传声器单元包括能够在压差的作用下移动的可移动元件和用于测量所述可移动元件的移动的装置，
-由第二基板制造的盖，所述盖具有至少一个第一凹槽，
-用于将测量装置电连接到控制单元的第一装置，
所述传声器单元和所述盖被组装而使得：所述传声器单元和所述盖在所述传声器单元和所述盖之间界定出受控大气空间(有利地，真空空间)以及从所述第一凹槽延伸的第一腔，所述真空空间容纳所述测量装置，所述可移动元件部分地封闭所述第一腔，所述受控大气空间和所述第一腔以密封的方式彼此隔绝，所述传声器还包括用于将所述可移动元件的位移机械地传递到所述测量装置的装置和密封隔绝元件，所述传递装置穿过所述密封隔绝元件，所述密封隔绝元件在维持密封隔绝的同时也确保所述传递装置的在外部环境与测量室之间的密封通道。
在一个有利的示例中，所述盖具有第二凹槽，所述第二凹槽与所述传声器单元一起界定出所述受控大气空间。
优选地，所述密封空间和所述第一凹槽位于所述密封隔绝元件的平面的同一侧上。
在一个示例性实施例中，所述连接装置位于所述盖中，并且由在所述盖的平面中延伸的至少一个通孔和/或连接轨形成。
例如，所述连接装置位于所述传声器单元中并且由至少一个通孔形成。
所述控制单元可以是集成到所述第一基板或所述第二基板中的专用集成电路ASIC。
例如，所述测量装置是电容性的，且包括在所述第一衬底上的固定电极和集成到所述传递装置的电极。
在另一个示例中，所述测量装置是实现谐振梁的测量装置。
本申请的另一主题是一种用于制造至少一个传声器的方法，所述传声器包括：可移动元件，所述可移动元件配置成在外部环境和第一腔之间的压力差的作用下移动，所述可移动元件包括朝向外部环境的面和朝向所述第一腔的面；用于测量所述可移动元件的位移的装置，所述测量装置容纳在测量室中，所述测量室与外部环境以密封的方式隔绝；用于将所述可移动元件的位移机械地传递至所述测量装置的装置，所述测量装置将所述可移动元件和所述测量装置的至少一部分连接；密封隔绝元件，所述传递装置穿过所述密封隔绝元件，所述密封隔绝元件在维持密封隔绝的同时也确保所述传递装置在外部环境与所述测量室之间的密封通道，所述方法包括：
(a)制造第一子组件，所述第一子组件包括可移动部分、所述传递装置的一部分、所述密封隔绝元件和所述测量装置的至少一部分，
(b)制造包括至少所述第一腔的第二子组件，
(c)制造用于将所述测量装置连接到控制单元的第一电连接装置，
(d)组装所述第一子组件和所述第二子组件，使得所述第一子组件和所述第二子组件界定出受控大气空间，且使得所述第一腔面向所述可移动元件的第二面，且所述第一电连接装置与所述测量装置电接触，从而形成与外部环境以密封的方式隔绝的所述测量室,
(e)构造所述第一子组件以形成所述传递装置的其它部分并松开所述可移动元件、所述机械传递装置和所述测量装置，
(f)将所述测量装置连接至控制单元。
一旦组装所述第一子组件和所述第二子组件，优选地，则受控大气在所述测量室中产生。
可以在所述第二子组件上形成吸气材料，使得吸气材料位于所述测量室中。
有利地，在步骤(b)期间，形成邻近所述第一腔的第二腔，且所述第二腔与所述第一子组件一起界定出所述测量室。
在一个示例性实施例中，制造所述第一连接装置包括形成穿过所述第一子组件通至所述第一子组件的正面并直接连接到所述测量装置的通孔。
所述第一电连接装置可以被制造在所述第二子组件上，且步骤(f)可以包括：切割所述第一子组件的一部分以使得所述第二子组件的所述第一电连接装置可及，以及将所述第一电连接装置连接到所述控制单元。
有利地，步骤(f)包括将所述控制单元、所述第一电连接装置、所述第一子组件的一部分和所述第二子组件的一部分封装在一起的步骤。
所述控制单元是ASIC(AS)，所述方法可包括将所述ASIC集成到所述第一子组件或所述第二子组件中的步骤。然后，所述方法可包括在所述第一子组件或第二子组件的正面中制造壳体，并将所述ASIC布置到所述壳体中。
所述方法还可包括形成用于连接到所述ASIC的第二装置，以及在所述第一子组件或所述第二子组件中形成通孔，以使所述第一子组件或所述第二子组件连接到所述第二电连接装置。
在另一示例性实施例中，所述第二子组件由衬底制成，所述衬底是ASIC。
优选地，同时制造数个传声器，多个所述第一子组件由相同的基板制成，且多个所述第二子组件由相同的第二基板制成，所述方法包括在步骤(e)之后分离所述传声器的步骤。
附图说明
基于以下描述和附图能更好地理解本发明，其中：
图1是通过本发明的制造方法获得的传声器的实例的横截面图。
图2A至图2M是根据本发明制造方法实例的不同步骤获得的元件的示意性表示。
图3A和3B是同时制造数个传声器时传声器的分离步骤的示意性表示。
图4表示根据本发明制造方法的一个实例获得的传声器的另一示例性实施例的横截面图，其中ASIC被集成到第二子组件的正面中。
图5表示电连接图4中传声器的测量装置的步骤的另一个变型的横截面图。
图6表示电连接图2K中传声器的测量装置的步骤的另一个变型的横截面图。
图7表示电连接图4中传声器的测量装置的步骤的另一个变型的横截面图。
图8表示根据本发明制造方法的示例获得的传声器的另一示例性实施例的横截面图，其中ASIC集成到第一子组件的正面中。
图9表示根据本发明的示例性制造方法获得的传声器的另一示例性实施例的横截面图，其中第二子组件的基板是ASIC。
图10是根据本发明制造方法的一个实例获得的传声器的另一个实例的透视横截面图的部分表示。
图11A至11D是用于制造第二子组件变型的步骤的示意性表示。
图12表示另一传声器的横截面图，其中控制单元是外部的。
具体实施方式
相同的附图标记用于描述具有基本上相同的结构或基本上相同的功能的元件。
在图1中，可以看到根据本发明的传声器MC1的示例性实施例。
传声器包括传声器单元2和盖3。
传声器单元2包含用于感测和测量压力变化的元件。该传声器单元由第一基板制成，盖由第二基板制成，并且在组装第一基板和第二基板之后直接获得传声器，而不需要任何额外的步骤。
传声器单元包括对压力变化敏感的柱塞4或元件，用于测量柱塞位移的装置10，用于将柱塞位移机械地传递到测量装置的装置8，以及位于用于感测压力变化的部件和用于测量该压力变化的部件之间的密封隔绝元件。
在所示的示例中，盖包括形成后空间(back volume)的第一凹槽以及与传声器单元一起界定受控大气腔的第二凹槽。在该示例中，通过组装传声器单元和盖，传声器直接包括以密封的方式彼此隔绝的两个腔。
柱塞4悬置在称为后空间的腔室6和区域A之间，期望测量由声波引起的所述腔室的压力变化。柱塞具有朝向后空间的面4.1和朝向区域A的面4.2。柱塞4基本上沿平面向外的Z方向移动。传声器的平面是平行于支撑件和盖的最大尺寸延伸的方向的平面。
测量装置10基本上设置在柱塞的平面中，并且位于与区域A和后空间隔绝的腔室12中，腔室12被称为测量室。
机械传递装置8确保柱塞的位移传递到测量室12，同时确保测量室12与区域A及后空间6隔绝。
在所示的示例中，测量装置10是电容性的，并且检测与传递装置可移动地集成在一起的可移动电极EL1和连接到支撑件的固定电极EL2之间的气隙变化。例如，可移动电极EL1连接到地，而固定电极EL2连接到电压源，在两个电极之间施加电势差。
测量室12包括受控的大气(atmosphere)，有利的，是在真空下的受控大气。在本申请中，“受控大气室”是指其中气体组成和压力不随时间(数个月，甚至几年)变化或仅轻微变化的室，而“真空室”是指在稀薄大气下的室，即压力低于外部环境的压力，优选远低于外部环境的压力。优选大约0.1毫巴到10毫巴。例如，测量室12中的压力至少低于0.1巴或甚至低于0.01巴。减小测量室12中的压力能够减小电极之间的空气位移所固有的热噪声和粘性阻尼。
作为一种变型，测量装置由吉他弦型(guitar string)的一个或多个谐振器(例如谐振梁)制成，有利地，谐振器布置在优选为0.1毫巴至10毫巴之间的低压大气中。在低压大气中操作能够减少摩擦，从而提高品质因数和换能增益。
该传递装置包括一个或多个平行传递元件，该平行传递元件沿着包含在平面中的X轴静态地延伸，并通过枢轴铰链22可旋转地铰接在支撑件2上。在该示例中，传递元件是刚性的或轻微可变形的。作为一种变型，当实施多个传递元件时，传递元件可以沿着X轴，Y轴或任何中间角度延伸。
每个传递元件具有设置在外部环境A中的第一传递臂20.1和设置在测量室12中的第二传递臂20.2。在该示例中，两个传递臂20.1和20.2是对准的。
在所示的示例中，第一传递臂20.1和第二传递臂20.2通过称为传递轴的中心部分20.3刚性连接。
在所示的示例中，第一传递臂20.1和第二传递臂20.2设置在两个不同的平面中，第一传递臂20.1位于包含柱塞和可移动电极的平面P的上方，第二传递臂20.2位于平面P的下方。
密封隔绝元件16位于平面P中并确保测量室12和区域A之间的密封隔绝。密封隔绝元件16适于承受外部环境和测量室12中压力之间的压力差，尤其是当测量室12中的压力与外部环境相比降低时。
驱动轴20.3穿过密封隔绝元件16。
在所示的示例中，第一传递臂20.1连接到传递轴20.3的侧面的第一区域，而第二传递臂20.2在传递轴的侧面的第二区域中连接到传递轴，所述第二区域与第一区域相对。
第一传递臂20.1的自由端可通过铰链连接到柱塞4，该铰链沿Z方向传递位移，同时允许绕Y轴旋转并沿X轴平移。这种连接使得臂的旋转能够和沿着柱塞的Z轴的平移共存。柱塞也可以直接连接到端部20.1，然后通过臂保持旋转，如图1所示。
同样，传递臂20.2的自由端可通过铰链连接到可移动电极，该铰链传递沿Z方向的位移，同时允许绕Y轴旋转和沿X轴平移，从而能够实现可沿Z平移移动的电极。可移动电极也可直接连接到臂20.2的端部并可旋转地移动，如图1所示。
驱动轴在穿过密封隔绝元件的区域中围绕Y轴可旋转地铰接，并与支撑件2连接。铰链例如通过与Y轴对齐并能够围绕Y轴扭转变形的叶片(不可见)制成。
优选地，确保传递臂的可旋转铰链与支撑件连接的叶片在Z方向上具有较大的尺寸，从而在平面向外的Z方向上提供高度的刚性，这有利地限制了传递元件的平面向外的位移。因此，外部环境和测量室之间的压力差不会使传递元件移动，并且不会影响测量。
优选地，柱塞4通过悬置元件悬置在支撑件上，所述悬置元件包括可沿平面向外的方向变形并允许柱塞沿Z方向移动的叶片。
通过实施数个传递臂，力在柱塞上的数个位置处被恢复，使得柱塞更容易制造。与此不同，该装置也可以具有连接到单个传递臂的数个隔膜。
使用单个传递臂的传递装置不脱离本申请的范围。
在所示的示例中，柱塞通过一个或多个加强件被修整和刚化。柱塞具有刚性结构26，该刚性结构26具有在整个表面上聚集压差的薄层28，薄层28来自也形成密封隔绝元件的层。层28具有例如几百纳米至几微米的厚度。
该刚性结构有利地包括在其外部轮廓上沿Z方向延伸的边缘30，以便加长区域A和腔室6之间的空气路径，该空气路径围绕柱塞，从而减少外部和用作参考的后空间之间的泄漏。
由于所实现的结构，压力在整个表面上被聚集，并且在使柱塞变形时损失的能量可以忽略。
实现用于密封刚性结构26的薄层28使得能够制造具有高刚性的柱塞，这限制了变形过程中的能量损失，同时有利地限制了质量。实际上，质量的增加引起带宽(bandwidth)的损失。
此外，柱塞可以采用任何形状以优化微机电和/或纳米机电系统的尺寸。
此外，密封隔绝元件16界定在平面XY中的位移。
密封隔绝元件16使得：密封隔绝元件16在传递臂的旋转位移的作用下变形，隔绝元件的刚度足够低以至于不提供额外的压力，尤其它不需要增加柱塞表面积。
密封隔绝元件16和扭转叶片容易变形，以允许传递臂绕Y旋转，并抵抗该旋转轴线处沿X,Y和Z方向的运动。在有用运动的传递期间损失的能量的量得以限制，因此铰链具有非常好的机械效率。
如针对柱塞4所述的，可移动电极可以通过机械连接来连接到具有不同旋转轴的数个传递元件，该机械连接允许臂和可移动电极之间的平面向外的旋转。如果传递元件都传递相同的位移，则可移动电极因此具有沿着Z轴的平移位移。
作为一种变型，电容性测量装置可以是使用梳状叉指件(interdigital combs)的表面积变化装置。
在图10中，可以看到传声器MC2的另一个示例。图10中的传声器与图1中的传声器的不同之处在于，传递臂20.2'的铰链20.3'位于测量装置的可移动电极EL2'的中心，因此可移动电极EL2'围绕位于其中部的Y轴枢转。在柱塞4'的位移期间，进行差分测量，因为存在增加的电容量和减小的电容量。该示例性实施例具有平衡的可移动电极的优点。
下面描述根据本发明具有改进性能的传声器的制造方法的示例。
该制造方法包括以下步骤：
-制造第一子组件，第一子组件形成传声器单元，传声器单元包括柱塞、测量装置和传递装置的至少一部分，第一子组件也称为传声器子组件E1,
-制造第二子组件E2，第二子组件形成盖，盖用于与所述传声器子组件一起界定出传声器的后空间和测量室，
-制造第一电连接装置，
-组装第一子组件E1和第二子组件E2，
-穿过背面配置第一子组件的结构(structuring)以完成传递装置，
-将测量装置连接到控制单元UC。
下面结合图2A至2D描述第一子组件E1的示例性实施例。该实例不是限制性的。
例如，使用隔绝体上硅(SOI)衬底100，其包括厚硅层102，SiO2层104和单晶硅层106。
在图2A中示出了衬底。
层106例如通过光刻和蚀刻来构造。然后，例如通过沉积，例如通过化学气相沉积或任何其它合适类型的沉积，在结构经配置的层106上形成SiO2层108。层106形成柱塞和密封隔绝元件的薄部分。
层108也例如通过光刻和蚀刻来配置结构。对层108的蚀刻也可导致对层104的蚀刻，其中层106已经被预先蚀刻，如图2B中的情况。
在下一步骤期间，例如通过外延生长形成厚硅层110。然后例如通过深反应离子蚀刻(DRIE)来蚀刻层110。
通过上述方法获得的元件表示在图2C中。
在下一步骤中，通过从层104和108蚀刻SiO2，例如通过用气相氢氟酸进行蚀刻，来释放柱塞、可移动电极和第二传递臂20.2。这是一种受时间控制的蚀刻方法。
通过上述方法获得的元件表示在图2D中，即，第一子组件E1。
下面结合图2E至2I描述制造第二子组件E2的示例。该实例不是限制性的。
图2E中所示的硅衬底112用作示例。
通过热沉积或氧化接连地形成整板(full-plate)SiO2层114，通过化学气相沉积或任何其它类型的沉积形成金属层116，然后形成整板SiO2层118。
金属层用于形成第一电连接装置。
通过上述方法获得的元件表示在图2F中。
在下一步骤期间，在层118上形成层120，且接着(例如)通过蚀刻来配置层120的结构，以形成两个沟槽来使得金属层116可及。它也可以将结构配置成在某些地方产生额外的厚度。为此，可以考虑部分受时间控制的蚀刻或添加停止层，例如在层120内添加SiN，以在蚀刻期间停止蚀刻。
通过上述方法获得的元件表示在图2G中。
在下一步骤期间，形成金属层122并配置该金属层的结构，以便在金属层122中，于在沟槽处形成在金属层116中的第一电连接装置上形成触点。有利地，金属层122除了形成接触之外，还确保两个子组件的机械组装，并确保测量室的密封隔绝。例如，层122的结构被配置以形成用于提供共熔密封的密封珠(bead)。
通过上述方法获得的元件表示在图2H中。
在下一步骤中，图2H中的元件的结构被配置以形成腔117和119，以分别形成后空间和测量室。例如，通过深反应离子蚀刻或DRIE蚀刻SiO2层和衬底112。
在所示的实例中，吸气材料121沉积在腔119的底部中以确保测量室中的低压。
通过上述方法获得的元件表示在图2I中，即，第二子组件E2。
然后，子组件E1和E2被组装，例如通过共熔密封(例如，穿过子组件E1和E2正面的铝锗)来组装。密封选自例如金属-金属密封，金属共熔密封，焊接和导电粘合剂密封。
通过上述方法获得的元件表示在图2J中。
然后通过研磨来执行使层102减薄的步骤，以获得减小的厚度，通常厚度为约100微米。在一个步骤期间，通过配置衬底102的结构，例如通过蚀刻至第一子组件的背面中，来形成第一传递臂20.1。
通过上述方法获得的元件表示在图2K中。
在下一步骤中，例如通过采用气相氢氟酸蚀刻，来释放第一传递臂和柱塞的面4.2。此为受时间控制的蚀刻。
通过上述方法获得的元件表示在图2L中。
在下一步骤期间，衬底的结构被配置成确保测量装置与控制单元UC的连接，控制单元例如由ASIC(专用集成电路)承载。
例如，第一子组件E1被切割成与柱塞相对，以便脱离由第二子组件承载的触点，并且在ASIC和触点之间形成导线连接。
通过上述方法获得的元件表示在图2M中。
接着，将塑性材料包覆模制到ASIC、导线和第二子组件的暴露部分上。这种包覆成型提供封装功能并保护ASIC和连接。
在图3A中，可以看到同时制造的多个传声器MC1.1、MC1.2和MC1.3。
在图3B中，传声器MC1.1、MC1.2和MC1.3例如通过用虚线表示的切割彼此分离。
在所示的示例中，在衬底112中蚀刻的空腔具有相同的深度，但是可以设想这些空腔具有不同的深度。实际上，优选大的后空间，用于部分地界定后空间的空腔优选地为大空腔。关于测量室，优选为低压，这在后空间大时更容易实现。作为一种变型，如果第二子组件的正面的结构配置成允许传递装置移动，则可以设想不形成腔119。
在图4中，可以看到通过组装传声器单元(子组件E1)和盖(子组件E2)直接形成的传声器MC3的另一个示例性实施例，其中，在形成SiO2层114之前，将控制单元(例如ASIC)集成到衬底112中。例如，对衬底112的正面的结构进行配置以形成容纳ASIC的外壳124。然后，在衬底112上形成层114之后，对层114的结构进行配置以使得ASIC可及，以及使得对衬底112的区域可及。然后，当形成金属层116时，同时形成连接到ASIC的通孔117.1和117.2，并且一个通孔117.3通向衬底112。ASIC连接到形成于金属层116中的连接器。当从层122形成触点时，ASIC连接到第二子组件的正面，并且一旦与第一子组件组装，ASIC将被连接到固定电极EL2。
TSV(硅通孔)型通孔126形成为穿过衬底112且与通孔117.3对齐，并允许来自金属层116的连接器连接到衬底的背面，TSV用于连接到外部，以恢复(recover)信号并提供电能。
当ASIC集成到第二子组件中时，不再需要切割第一组件以使得电触点的可及，也不需要封装ASIC以保护它。传声器是自给式的。
在图12中，可以看到传声器MC9的变型，其中控制单元UC在组件E1和E2的外部，并且形成有直接在真空腔上方穿过衬底112的通孔126。通孔126连接到与固定电极EL2电接触的金属层122。控制单元UC连接到通孔126。金属层122同时形成触点、布线和共熔密封。
在图5中，可以看到图4中的传声器MC4的变型，其中TSV被掺杂硅通孔代替。为此，衬底由掺杂硅制成，并且形成沟槽以便界定出与通孔117.3对齐的硅柱128，此示例允许ASIC连接到外部。
在附图6至9中，还可以看到通过组装传声器单元(子组件E1)和盖(子组件E2')直接形成的传声器的其它示例。传声器的这些示例的第二子组件E2'的制造步骤与第二子组件E2的制造步骤不同。在附图11A至11D中可以看到制造第二子组件E2'的示例。从衬底112'，例如Si，形成对结构进行配置的氧化物层114'。所获得的元件表示在图11B中。
然后形成金属层122'，对金属层122'的结构进行配置以在结构经配置的层114'上仅具有一部分。有利地，在形成氧化物层114'和金属层122'的同时对层114'和122'的结构进行配置。
通过上述方法获得的元件表示在图11C中。
在下一步骤中，对图11C中的元件的结构进行配置以形成分别用于形成后空间和测量室的腔117'和119'。例如，通过深反应离子蚀刻(DRIE)来蚀刻衬底112'。
在所示的示例中，吸气材料121'沉积在腔119'的底部中，以确保测量室中的低压。
通过上述方法获得的元件表示在图11D中。即，第二子组件E2'。
然后，例如通过穿过其正面的共熔密封来组装子组件E1和E2'。
在图6中，可以看到由子组件E1和E2'制造的传声器MC5的示例。
固定电极EL2通过穿过SiO2层102的通孔140连接到ASIC AS。在该示例中，固定电极的形状和可移动电极的形状与前述示例中的电极的形状不同。在该示例中，可移动电极不包围固定电极。
在该示例中，第一子组件E1由例如掺杂硅制成，并且通过挖掘沟槽来形成通孔140以界定出掺杂硅柱。应注意的是，在制造第一子组件时，尤其是在对层104和106的结构进行配置时，提供开口的层104和106以使得衬底102的可及，以便在形成Si层108时制造穿过层104的硅通孔142，并因此确保穿过第一子组件的整个厚度的Si连续性。作为变型，提供TSV而不是通路140。
在图7中，可以看到由子组件E1和E2'制造的传声器MC6的示例。在图11A和11B的步骤之间，在形成氧化物层114'之前，在子组件E2'的正面中形成外壳以容纳ASIC，并且在步骤11C期间，对层114'和122'的结构进行配置以在ASIC上提供触点132。与外部的连接通过第一子组件来实现。通孔130穿过第一子组件E1的整个厚度制成，并与连接到ASIC的触点132对齐地开口。在该示例性实施例中，第一子组件E1由掺杂硅制成，并且通过挖出沟槽来形成通孔以界定出掺杂硅柱。注意，在制造第一子组件时，尤其是在对层104和106的结构进行配置时，提供开口的层104和106以使得衬底102可及，以便在形成Si层108时制造穿过层104的硅通孔134，并由此确保穿过第一子组件的整个厚度的Si连续性。作为变型，提供TSV而不是通孔130。
在图8中，可以看到传声器MC7的另一个示例性实施例，其中ASIC集成在第一子组件中。
在该示例中，通过对层104、106和108的结构进行配置来在第一子组件的正面形成用于ASIC的外壳135。
固定电极通过形成在第二子组件E2'的正面上的导电轨137连接到ASIC AS，并且ASIC通过通孔136连接到外部，通孔136是穿过第一子组件的整个厚度而形成。导电轨138形成在第二子组件E2'的正面上，并将ASIC和通向第一子组件的正面的通孔136的端部连接。
在步骤11B期间，对氧化物层114'结构进行配置以不显露衬底112'的正面，并且允许产生从第二子组件E2'的正面延伸且与衬底112'隔绝的导电轨。
在图9中，可以看到根据本发明的传声器MC8的另一示例性实施例，其中第二子组件的衬底是ASIC AS。固定电极EL2通过在步骤11C中形成的触点144连接到ASIC AS，并且ASIC通过穿过第一子组件的衬底的通孔146和在步骤11C中形成的触点148连接到外部。
应当理解，可以在密封室中实施任何测量装置，例如包括一个或多个应变计或使用谐振梁的检测装置的压阻装置或压电装置。
Claims (19)
1.一种微机电传声器，包括：
-由第一基板制造的传声器单元，所述传声器单元包括能够在压差的作用下移动的可移动元件(4)和用于测量所述可移动元件的位移的测量装置，
-由第二基板制造的盖，所述盖具有至少一个第一凹槽，
-用于将所述测量装置(10)电连接到控制单元的第一电连接装置，
所述传声器单元和所述盖被组装而使得：所述传声器单元和所述盖在所述传声器单元和所述盖之间界定出受控大气空间以及从所述第一凹槽延伸的第一腔(6)，所述受控大气空间处于低于大气压力的压力且容纳所述测量装置，所述可移动元件部分地封闭所述第一腔(6)，使得所述第一腔与外部环境流体连通，所述受控大气空间和所述第一腔(6)以密封的方式彼此隔绝；所述传声器还包括传递装置(8)和密封隔绝元件(16)，所述传递装置(8)用于将所述可移动元件(4)的位移机械地传递到所述测量装置(10)，所述传递装置(8)穿过所述密封隔绝元件(16)，所述密封隔绝元件(16)在维持密封隔绝的同时也确保所述传递装置(8)的在外部环境与测量室(12)之间的密封通道，其中所述受控大气空间和所述第一腔(6)位于所述密封隔绝元件(16)的平面的同一侧上。
2.根据权利要求1所述的微机电传声器，其中，所述盖具有第二凹槽(12)，所述第二凹槽(12)与所述传声器单元一起界定出所述受控大气空间。
3.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述第一电连接装置位于所述盖中，并且由在所述盖的平面中延伸的至少一个通孔和/或连接轨形成。
4.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述第一电连接装置位于所述传声器单元中且由至少一个通孔形成。
5.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述控制单元是集成到所述第一基板或所述第二基板中的专用集成电路。
6.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述测量装置是电容性测量装置，且包括在所述第一衬底上的固定电极和紧固到所述传递装置的电极。
7.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述测量装置是实现谐振梁的测量装置。
8.根据权利要求1或2所述的微机电传声器，其中，所述受控大气空间是真空空间。
9.一种用于制造至少一个传声器的方法，所述传声器包括：可移动元件(4)，所述可移动元件(4)配置成在外部环境和第一腔之间的压力差的作用下移动，所述可移动元件(4)包括朝向外部环境的面(4.2)和朝向所述第一腔(6)的面(4.1)，所述第一腔(6)流体连接到外部环境；测量装置(10)，所述测量装置(10)用于测量所述可移动元件(4)的位移，所述测量装置(10)容纳在测量室(12)中，所述测量室(12)与外部环境以密封的方式隔绝；传递装置(8)，所述传递装置(8)用于将所述可移动元件(4)的位移机械地传递至所述测量装置(10)，所述传递装置将所述可移动元件(4)和所述测量装置(10)的至少一部分连接；以及密封隔绝元件(16)，所述传递装置(8)穿过所述密封隔绝元件(16)，所述密封隔绝元件(16)在维持密封隔绝的同时也确保所述传递装置(8)的在外部环境与所述测量室(12)之间的密封通道，所述方法包括：
(a)制造第一子组件，所述第一子组件包括可移动部分、所述传递装置的一部分、所述密封隔绝元件(16)和所述测量装置的至少一部分，
(b)制造包括至少所述第一腔的第二子组件，
(c)制造用于将所述测量装置连接到控制单元的第一电连接装置，
(d)组装所述第一子组件和所述第二子组件，使得所述第一子组件和所述第二子组件界定出处于低于大气压力的压力下的受控大气空间，使得所述受控大气空间和所述第一腔位于所述密封隔绝元件的平面的同一侧上，且使得所述第一腔面向所述可移动元件的第二面，且所述第一电连接装置与所述测量装置电接触，从而形成与外部环境以密封的方式隔绝的所述测量室(12),
(e)对所述第一子组件进行构形以形成所述传递装置的其它部分并释放所述可移动元件、所述传递装置和所述测量装置，
(f)将所述测量装置(10)连接至控制单元。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，一旦组装所述第一子组件和所述第二子组件，则受控大气在所述测量室(12)中产生。
11.根据权利要求9或10所述的制造方法，其中在步骤(b)期间，形成邻近所述第一腔的第二腔(119)，所述第二腔与所述第一子组件一起界定出所述测量室(12)。
12.根据权利要求9或10所述的制造方法，其中，制造所述第一电连接装置包括形成穿过所述第一子组件通至所述第一子组件的正面并直接连接到所述测量装置的通孔。
13.根据权利要求9或10所述的制造方法，其中，所述第一电连接装置被制造在所述第二子组件上，并且其中，步骤(f)包括：切割所述第一子组件的一部分以使得所述第二子组件的所述第一电连接装置可及，以及将所述第一电连接装置连接到所述控制单元。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其中步骤(f)包括将所述控制单元、所述第一电连接装置、所述第一子组件的一部分和所述第二子组件的一部分封装在一起的步骤。
15.根据权利要求9或10所述的制造方法，所述控制单元是专用集成电路(AS)，所述方法包括将所述ASIC集成到所述第一子组件或所述第二子组件中的步骤。
16.根据权利要求15所述的制造方法，包括在所述第一子组件或第二子组件的正面中制造壳体(135,124)，并将所述专用集成电路(AS)布置到所述壳体(135,134)中。
17.根据权利要求15所述的制造方法，包括：形成用于连接到所述专用集成电路(AS)的第二电连接装置，以及在所述第一子组件或所述第二子组件中形成通孔，以使所述第一子组件或所述第二子组件连接到所述第二电连接装置。
18.根据权利要求9或10所述的制造方法，其中，所述第二子组件由衬底制成，所述衬底是专用集成电路。
19.根据权利要求9或10所述的制造方法，其中，同时制造数个传声器，多个所述第一子组件由相同的基板制成，且多个所述第二子组件由相同的第二基板制成，所述方法包括在步骤(e)之后分离所述传声器的步骤。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Legal Events
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