[发明专利]具有改进灵敏度的压电MEMS传感器，诸如力、压力、变形传感器或麦克风

说明书

一种压电型MEMS传感器、具体地麦克风(50)，形成于采用半导体材料的容纳柔顺部分(54)的膜(52)中，该柔顺部分从该膜的第一表面(52a)延伸至第二表面(52b)。该柔顺部分(54)具有低于该膜(52)的其余部分的杨氏模量。具有半导体材料的敏感区域(57)在该柔顺部分(54)上方在该第一表面(52a)上延伸，并且在其端部在所述柔顺部分(54)的相反侧上固定至所述膜(52)上。所述膜的安排在所述柔顺部分(54)与所述第二表面(52b)之间的第三区域(55)形成铰链元件。

本发明涉及一种具有改进灵敏度的压电型MEMS(微机电系统)传感器，如力传感器、压力传感器、变形传感器或麦克风。在下文中，将具体参考麦克风，而不失一般性。

众所周知，微加工半导体器件的MEMS技术使得能够在半导体材料层内形成微机电结构，这些微机电结构在牺牲层(例如，多晶硅层)上沉积或生长(例如，外延层)，这些牺牲层经由化学蚀刻而被去除。

例如，如图1所示，MEMS麦克风(也称为电声换能器)包括集成在半导体材料的芯片中或芯片上的柔性膜。这里，麦克风1包括由衬底3承载并悬挂在空腔4上方的膜2。如用虚线所表示的，膜2暴露于声波(P_atm)下并且由于这些声波所施加的力而偏转。

对膜的偏转的测量可以属于不同的类型，例如，属于压阻类型，并且为此，将压敏电阻器集成在膜中或膜上；属于电容型，并且为此，将膜电容耦合至裸片的另一导电区域；属于电磁型，并且为此，将线圈耦合至磁性区域。在所有情况下，对由于膜的偏转而引起的电信号的变化进行测量。近几年来，还提出了压电型麦克风，其中，利用了压电性，即，某些材料在经受变形时产生电压的能力。

具体地，在压电型麦克风中，采用压电材料(如，AlN和PZT(锆钛酸铅))的敏感区域形成在膜上，在中心位置，受到最大变形并因此受到最大应力。在引起膜的偏转以及因此敏感区域的偏转的声波存在的情况下，这些引起了与所检测到的声波的强度相关的电压变化。连接至MEMS麦克风的接口电路放大所产生的电荷并处理由此产生的信号，从而输出模拟信号或数字信号，该模拟信号或数字信号然后可以由相关联的电子器件的微控制器来处理。

例如在US 8,896,184中描述了并且在图2-4中表示了压电型MEMS麦克风。

图2示出了在上述美国专利中所描述的悬臂梁型的MEMS麦克风5的实施例。麦克风5包括具有空腔7的硅衬底6以及在空腔上方延伸的两个梁8A、8B。每个梁8A、8B在对应侧(右手侧和左手侧)上锚定到衬底6并且由层堆叠形成，该层堆叠例如包括多个压电层10(例如，采用钼)，与多个电极层11(例如采用氮化铝)相交替。电介质层12使梁8A、8B与衬底6电绝缘。

在不同的实施例中，同样是在上述美国专利中所描述并且在图3和图4所示出的，麦克风15包括外围固定至衬底17并悬挂在空腔18上方的膜16。膜16由AlN制成，并且钼电极19、20在膜16的上方和下方均有形成，从而形成两个敏感元件。

这些压电型麦克风通常通过偏转进行工作。这使得位于膜的中心的压电部分比安排在外围的压电部分偏转得更多。实际上，只是压电区域的中心部分以有效的方式工作，而实际上不使用外围部分。

因此，本发明的目的是提供一种以与现有技术解决方案相比更有效的方式运行的压电型传感器。

根据本发明，如在所附权利要求书中所限定的，提供了一种压电MEMS传感器、一种感测方法以及一种制造工艺。

为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例的方式参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中：

-图1示出了压电型力传感器的简化图；

-图2是已知压电MEMS麦克风的横截面；

-图3是不同的已知压电MEMS麦克风的横截面；

-图4是图3的MEMS麦克风的顶视平面图；