用于感測壓力波以及環(huán)境壓力的變化的mems傳感器結構的制作方法
【技術領域】
[0001]各個實施例總體上涉及傳感器結構，其包含第一膜片(diaphragm)結構、第二膜片結構、布置在相應的膜片元件之間的電極元件、以及被配置用于處理由于第一膜片結構的偏轉(deflect)和第二膜片結構的偏轉而生成的至少一個信號的電路。
【背景技術】
[0002]典型的麥克風具有暴露于入射壓力波的膜片。這些壓力波使得膜片偏轉，并且該偏轉通過各種換能機制被檢測到并且被轉換成電信號。在微機電系統(MEMS)麥克風中，傳統的換能機制可以包括壓電、壓阻、光學和電容性的機制。簡單的MEMS麥克風可以是包括更通常地稱為“背板”的對電極和膜片的電容器。當跨背板/膜片電容系統施加電壓，并且聲波使得膜片振蕩時，可以通過測量由膜片相對于背板的移動所引起的電容的變化，將聲波轉換成可用的電信號。很多MEMS壓力傳感器同樣地使用上文所討論的各種換能機制以感測大氣壓力的變化。

【發(fā)明內容】

[0003]在各個實施例中，提供了傳感器結構。傳感器結構可以包括第一膜片結構；電極元件；以及布置在電極元件的與第一膜片結構相對之側的第二膜片結構；其中第一膜片結構和第二膜片結構可以形成腔室，其中腔室中的壓力可以比腔室外的壓力更低。
【附圖說明】
[0004]在附圖中，貫穿不同的視圖，相同的附圖標記通常指相同的部分。附圖不一定成比例，而是大體上將重點放在圖示本發(fā)明的原理上。在以下描述中，參考以下附圖描述本發(fā)明的各個實施例，在附圖中:
[0005]圖1A示出了雙膜片MEMS傳感器結構的透視截面視圖；
[0006]圖1B示出了圖1A的雙膜片MEMS傳感器結構，其中壓力波正在引起雙膜片結構從靜止位置偏轉；
[0007]圖1C示出了圖1A的雙膜片MEMS傳感器結構，其中環(huán)境壓力的變化正在引起膜片結構從靜止位置偏轉；
[0008]圖2示出了根據各個實施例的雙膜片MEMS傳感器結構的截面視圖；
[0009]圖3A示出了根據各個實施例的雙膜片MEMS傳感器的頂視示意性截面，其中對電極元件以X形配置被實現；
[0010]圖3B示出了根據各個實施例的圖3A的雙膜片MEMS傳感器結構的截面，其中雙膜片MEMS傳感器結構處于靜止位置(rest posit1n)；
[0011]圖3C和圖3D示出了根據各個實施例的圖3B的雙膜片MEMS傳感器結構，其中雙膜片MEMS傳感器結構由于入射壓力波的影響正在振蕩和/或偏轉；
[0012]圖3E示出了根據各個實施例的圖3B的雙膜片MEMS傳感器結構，其中環(huán)境壓力的變化正在引起膜片結構從靜止位置偏轉；
[0013]圖4A示出了根據各個實施例的圖3B的雙膜片MEMS傳感器結構，其中腔室可以由膜片結構形成，并且腔室中的壓力可以低于腔室外的壓力，由于腔室內的低壓，可能產生膜片結構朝向電極元件的非期望的偏轉；
[0014]圖4B示意性圖示了跨兩個或更多柱之間的區(qū)域的膜片結構段的單位圖。膜片結構的“邊長(side length)”、其厚度及其固有壓力限定了膜片結構在給定的施加的壓力下可以偏轉的量；
[0015]圖5通過圖表圖示了針對不同的厚度和邊長，無應力多晶硅膜片的單位正方形片段(unit square segment)在Ibar壓力(大氣壓力)下的膜片偏轉的計算結果；
[0016]圖6示出了根據各個實施例的包括可選的處理電路的雙膜片MEMS傳感器結構的截面視圖；
[0017]圖7示出了根據各個實施例的雙膜片MEMS傳感器結構的電路圖表示；
[0018]圖8以流程圖形式通過圖表圖示了根據各個實施例的處理可以由雙膜片MEMS傳感器結構產生的電信號的方法；
[0019]圖9示出了根據各個實施例的集成到蜂窩電話設備中的雙膜片MEMS傳感器結構的框圖；
[0020]圖1OA至圖1OC以流程圖形式通過圖表圖示了根據各個實施例的構建雙膜片MEMS傳感器結構的方法。
【具體實施方式】
[0021]以下詳細描述參考通過圖示的方式示出特定細節(jié)的附圖和其中可以實施本公開的實施例。
[0022]本文使用措辭“示例性”意指“用作示例、實例或說明”。本文描述為“示例性”的任何實施例或設計不一定被解釋為比其他實施例或設計優(yōu)選或者有利。
[0023]關于在側或表面“之上”形成的沉積材料所使用的措辭“之上”在本文中可以用于意指所沉積的材料可以被“直接”形成在所暗示的側或表面“上”，例如與所暗示的側或表面直接接觸。關于在側或表面“之上”形成的沉積材料所使用的措辭“之上”在本文中可以用于意指所沉積的材料可以被“間接”形成在所暗示的側或表面“上”，其中一個或者多個額外的層被布置在所暗示的側或表面和所沉積的材料之間。
[0024]根據各個實施例，提供一種雙膜片MEMS傳感器結構，其中電極元件可以被布置在膜片元件之間。根據各個實施例，所述雙膜片MEMS傳感器結構可以能夠同步感測壓力波以及環(huán)境大氣壓力的變化兩者。因此，MEMS傳感器結構的感測性能可以被改善。
[0025]在各個實施例中，膜片可以包括板(plate)或膜(membrane)。板可以被理解為經受壓力的膜片。此外，膜可以被理解為經受張力的膜片。雖然下文將參考膜更詳細地描述各個實施例，但是備選地可以被提供有板、或者一般地被提供有膜片。
[0026]根據各個實施例，圖1A是雙膜MEMS傳感器結構100的截面的高度抽象的視圖，其可以包含第一膜結構102、第二膜結構104、電極元件106、和分別由兩個膜元件102和104形成的腔室106。
[0027]根據各個實施例，在腔室108內部的壓力可以比在腔室外部的壓力低。腔室108內部的壓力可以基本上是真空。
[0028]根據各個實施例，入射在腔室108上的聲波110可以引起腔室相對于電極元件106偏轉，例如如圖1B所示，當腔室108由于聲波110的作用而偏轉時，第一膜結構102可以在基本上朝向電極元件106的方向上偏轉，同時第二膜結構104可以在與第一膜結構102基本上相同的方向上同步地被偏轉，并且因此可以遠離電極元件106移動。
[0029]根據各個實施例，如圖1C所示，在腔室108外部的增加的環(huán)境壓力P+(用附圖標記112標示)可以引起第一膜結構102和第二膜結構104基本上朝向電極元件106偏轉。
[0030]根據各個實施例，電信號可以通過膜結構102和膜結構104的移動來生成。電信號然后可以由一個或者多個處理電路(未示出)比較并且被轉換成可用的信息，對于給定的應用可能期望該可用信息，例如感測壓力的變化，例如檢測入射在膜結構102和膜結構104上的壓力波的幅度。
[0031]根據各個實施例，如圖2所示，雙膜MEMS傳感器結構200可以包括第一膜結構202、第二膜結構204和電極元件206，其中第一膜結構202和第二膜結構204被布置用于創(chuàng)建腔室203。
[0032]根據各個實施例，腔室203內部的壓力可以比腔室203外部的壓力低。腔室203內部的壓力可以基本上是真空。
[0033]雙膜MEMS傳感器結構200可以進一步包括布置在第一膜結構202與第二膜結構204之間的至少一個柱結構208。根據各個實施例，雙膜MEMS傳感器結構200可以進一步包括支撐結構210和在支撐結構210中形成的空腔212。根據各個實施例，雙膜MEMS傳感器結構200可以進一步包括絕緣層207，絕緣層207被布置用于使第一膜結構202和第二膜結構絕緣，防止其與電極元件206電接觸。
[0034]根據各個實施例，支撐結構210可以是半導體襯底，諸如硅襯底。根據各個實施例，支撐結構210可以包括其他半導體材料或者由其他半導體材料組成，該其它半導體材料諸如是鍺、硅鍺、碳化硅、氮化鎵、銦、氮化銦鎵、砷化銦鎵、氧化銦鎵鋅、或其他元素和/或化合物半導體(例如，諸如例如砷化鎵或磷化銦之類的II1-V化合物半導體、或I1-VI化合物半導體、或三元化合物半導體、或四元化合物半導體)，正如對于給定應用可能期望的。
[0035]根據各個實施例，空腔212可以通過各種刻蝕技術被形成在支撐結構210中，例如，各向同性氣相刻蝕、蒸汽刻蝕、濕法刻蝕、各向同性干法刻蝕、等離子體刻蝕等。
[0036]根據各個實施例，空腔212在形狀上可以是正方形的或者基本上正方形的。根據各個實施例，空腔212在形狀上可以是矩形的或者基本上矩形的。根據各個實施例，空腔212在形狀上可以是圓形或者基本上圓形的。根據各個實施例，空腔212在形狀上可以是橢圓形的或者基本上橢圓形的。根據各個實施例，空腔212在形狀上可以是三角形的或者基本上三角形的。根