IT201800004758A1 - Trasduttore acustico mems piezoelettrico e relativo procedimento di fabbricazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“TRASDUTTORE ACUSTICO MEMS PIEZOELETTRICO E RELATIVO PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE”

La presente invenzione è relativa ad un trasduttore acustico MEMS (“Micro-Electro-Mechanical Systems”) piezoelettrico e al relativo procedimento di fabbricazione.

Come noto, le tecniche di microfabbricazione MEMS dei dispositivi a semiconduttori consentono la realizzazione di strutture micro-elettro-meccaniche all’interno di strati di materiale semiconduttore, depositati (ad esempio, uno strato di silicio policristallino) o cresciuti (ad esempio, uno strato epitassiale) al di sopra di strati sacrificali che vengono almeno in parte rimossi tramite attacco chimico.

Ad esempio, trasduttori elettroacustici (microfoni) MEMS comprendono una membrana flessibile integrata in o su una piastrina (“die”) di materiale semiconduttore, come mostrato in figura 1. Qui, il microfono 1 comprende una membrana 2 portata da un substrato 3 e sospesa su una cavità 4. La membrana 2 è esposta ad onde acustiche (ovvero, formate da perturbazioni sovrapposte alla pressione atmosferica patm) e si flette per effetto della forza esercitata da queste, come mostrato in linee tratteggiate.

La misura della flessione della membrana può essere di diversi tipi. Ad esempio, il rilevamento della flessione può essere di tipo piezoresistivo o piezoelettrico, mediante l’integrazione di elementi piezoresistivi o piezoelettrici nella o sulla membrana; di tipo capacitivo, in cui la membrana è accoppiata capacitivamente ad un'altra regione conduttiva della piastrina; e di tipo elettromagnetico, in cui ad esempio una bobina è accoppiata ad una regione magnetica. In tutti i casi, viene misurata la variazione di un segnale elettrico risultante dalla deflessione della membrana.

In particolare, i microfoni di tipo capacitivo sono attualmente ampiamente impiegati in diversi tipi di dispositivi mobili, quali, ad esempio, smartphone, PC, tablet e simili.

Tuttavia, microfoni di questo tipo presentano degli svantaggi. Infatti, i microfoni di tipo capacitivo possono presentare problemi di affidabilità dovuti alla contaminazione da parte di particelle esterne e/o altri contaminanti (ad esempio, acqua, polvere, vapori di saldatura). In particolare, le particelle esterne possono rimanere intrappolate tra gli elettrodi del condensatore, agendo come blocchi meccanici nei confronti della deflessione della membrana e generando percorsi di perdita elettrica (“electric leakage paths”), causando un malfunzionamento e una riduzione delle prestazioni del microfono. Inoltre, la presenza di contaminanti tra gli elettrodi del condensatore può provocare danni permanenti al microfono stesso; pertanto, non è possibile impiegare un microfono MEMS di tipo capacitivo in un ambiente, ad esempio, acquatico.

Per superare tali limitazioni, sono stati recentemente proposti microfoni di tipo piezoelettrico, in cui viene sfruttato il fenomeno della piezoelettricità, ovvero la capacità di alcuni materiali di generare una tensione quando sottoposti ad una deformazione; in particolare, i microfoni di tipo piezoelettrico sono in grado di operare anche quando immersi in altri fluidi oltre all’aria (ad esempio, acqua e liquidi non conduttivi) e non risentono dei medesimi malfunzionamenti e/o riduzioni di prestazioni dei microfoni MEMS di tipo capacitivo a causa di contaminanti e particelle esterne.

In particolare, nei microfoni di tipo piezoelettrico, regioni sensibili di materiale piezoelettrico, quali, ad esempio, nitruro di alluminio (AlN) e PZT (piombo zirconato di titanio) sono formate sulla membrana, in prossimità delle zone dove si ha la massima sollecitazione. In presenza di onde acustiche che causano la flessione della membrana, le regioni sensibili, che si deflettono insieme alla membrana, danno origine ad una variazione di tensione correlata all'intensità dell'onda acustica rilevata. Un circuito di interfaccia collegato al microfono MEMS provvede ad amplificare ed elaborare il segnale elettrico generato da queste e fornisce in uscita un segnale analogico o digitale che può in seguito essere elaborato da un microcontrollore di un dispositivo elettronico associato.

Un esempio di microfono MEMS di tipo piezoelettrico è descritto nel brevetto statunitense US 8,896,184 ed è mostrato in figura 2.

In dettaglio, la figura 2 mostra un microfono MEMS 5 del tipo a trave a sbalzo ("cantilever"). Il microfono 5 comprende un substrato 6 di silicio, avente una cavità 7 al di sopra della quale si estendono due travi ("beams") 8A, 8B. Ciascuna trave 8A, 8B è ancorata al substrato 6 ad una rispettiva estremità; in aggiunta, le travi 8A, 8B definiscono tra loro un'apertura di ventilazione 9. Inoltre, ciascuna trave 8A, 8B è formata da una pila di strati, ad esempio costituita da una pluralità di strati piezoelettrici 11 (ad esempio, di AlN), alternati ad una pluralità di strati di elettrodo 10 (ad esempio, di molibdeno, Mo); uno strato dielettrico 12 isola elettricamente le travi 8A, 8B dal substrato 6.

Tuttavia, tale soluzione nota presenta alcuni svantaggi.

Infatti, le dimensioni del foro di ventilazione 9 del microfono MEMS 5 dipendono dal gradiente di stress presente sulla pila di strati (e, in particolare, nello strato o strati di materiale piezoelettrico) di ciascuna trave 8A, 8B, ad esempio dovuto allo stress residuo che, anche in condizioni di riposo, provoca una deflessione indesiderata delle travi, variando, quindi, le dimensioni del foro di ventilazione 9. La variazione delle dimensioni del foro di ventilazione 9 comporta un controllo meno preciso della posizione del punto della frequenza di roll-off (la quale determina il comportamento in bassa frequenza del microfono MEMS 5). Ciò è indesiderato, in quanto la posizione del punto di frequenza di roll-off può variare fino a ±50 Hz, risultando incompatibile con le attuali richieste di mercato dove, in molti casi, si desidera avere una variazione massima di frequenza di roll-off di ±10 Hz.

Inoltre, i microfoni MEMS di tipo piezoelettrico attualmente in commercio presentano una bassa sensibilità e, quindi, un basso SNR (“Signal-to-Noise Ratio”, rapporto segnale/rumore, in particolare dovuto al rumore intrinseco al microfono MEMS causato dal materiale e dalle resistenze viscose generate dal movimento dell'aria del microfono stesso).

Scopo della presente invenzione è realizzare un trasduttore MEMS di tipo piezoelettrico che consenta di superare gli inconvenienti della tecnica nota.

Secondo la presente invenzione vengono realizzati un trasduttore MEMS e il suo procedimento di fabbricazione, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra schematicamente un sensore di forza noto di tipo piezoelettrico;

- la figura 2 è una sezione trasversale di un microfono MEMS noto di tipo piezoelettrico;

- la figura 3 è una vista dall’alto, con parti asportate, del presente trasduttore, secondo una forma di realizzazione;

- la figura 4 è una sezione trasversale presa lungo la linea di taglio IV-IV del trasduttore di figura 3;

- le figure 3A e 4A mostrano una diversa forma di realizzazione del presente trasduttore, rispettivamente in vista dall'alto e lungo la sezione trasversale di figura 4;

- le figure 5-9 sono sezioni trasversali del trasduttore di figura 3 in fasi successive del processo di fabbricazione;

- la figura 10 è una vista dall’alto con parti asportate del presente trasduttore secondo un’altra forma di realizzazione;

- la figura 11 è una sezione trasversale presa lungo la linea di taglio XI-XI del trasduttore di figura 10;

- le figure 12-14 sono sezioni trasversali del trasduttore di figura 10, in fasi successive del processo di fabbricazione;

- le figure 15A-15G sono viste dall’alto con parti in asportate di ulteriori forme di realizzazione del presente trasduttore;

- la figura 16 è una sezione planare presa lungo una linea di taglio XVI-XVI di figura 17 secondo un’ulteriore forma di realizzazione del presente trasduttore MEMS;

- la figura 17 mostra una sezione trasversale di un dettaglio del trasduttore di figura 16, presa lungo la linea di taglio XVII-XVII di figura 16;

- la figura 18 è un equivalente elettrico del collegamento tra gli elementi di rilevamento del presente trasduttore secondo un’altra forma di realizzazione;

- la figura 19 è un equivalente elettrico di un altro possibile collegamento tra gli elementi di rilevamento del presente trasduttore secondo un’altra forma di realizzazione; e

- la figura 20 mostra uno schema a blocchi di un apparecchio elettronico comprendente il presente trasduttore MEMS.

Le figure 3 e 4 mostrano una forma di realizzazione di un trasduttore acustico MEMS, qui costituente un microfono MEMS 20. In particolare, il microfono MEMS 20 è di tipo piezoelettrico. Inoltre, il presente trasduttore MEMS può costituire un emettitore acustico (ad esempio, un altoparlante, “speaker”).

Con riferimento alla figura 4, il microfono MEMS 20 è formato in un corpo 21 comprendente un substrato 22 e una regione sensibile 36. Il substrato 22 è di materiale semiconduttore (ad esempio, silicio), avente una prima e una seconda superficie 21A, 21B; in particolare, il substrato 22 ha, in vista dall’alto (figura 3) forma quadrangolare, ad esempio rettangolare, presentante un asse centrale S.

Il substrato 22 è attraversato, a partire dalla seconda superficie 21B, da una cavità passante 23 avente, in vista dall’alto, forma, ad esempio, circolare con diametro d1, delimitata lateralmente da una parete 23A.

Sulla prima superficie 21A si estende un primo strato dielettrico 25, ad esempio di USG (“Undoped Silicate Glass”, vetro silicato non drogato), ossido di silicio ottenuto per ossidazione termica (SiO2) o TEOS (tetraetilortosilicato).

La regione sensibile 36 si estende sul primo strato di dielettrico 25 e comprende una porzione a telaio 30A, estendentesi perifericamente, e una porzione mobile 30B, portata e circondata dalla porzione a telaio 30A. La porzione a telaio 30A circonda e supporta la porzione mobile 30B, ancorandola al substrato 22.

In particolare, la porzione mobile 30B è formata da una membrana 32, sospesa sulla cavità passante 23; da un pilastro 34, monolitico con la membrana 32; e da una pluralità di travi 39, solidali alla porzione a telaio 30A collegate alla membrana 32 mediante il pilastro 34, monoliticamente con quest’ultimo. La membrana 32, il pilastro 34 e le travi 39 sono di materiale semiconduttore, ad esempio polisilicio.

Con riferimento alla figura 3, la membrana 32 ha forma, ad esempio, circolare con diametro d2; in particolare, come mostrato in figura 4, la membrana 32 è concentrica ed interna alla cavità passante 23 e il suo diametro d2 è minore del diametro d1 della cavità passante 23.

Nella forma di realizzazione delle figure 3 e 4, la membrana 32 è delimitata lateralmente da un'apertura di ventilazione 45, avente forma ad esempio a corona circolare in vista dall’alto (figura 3). In maggior dettaglio, in vista dall’alto, l'apertura di ventilazione 45 circonda a distanza il pilastro 34; inoltre essa è in comunicazione fluidica con la cavità passante 23. L'apertura di ventilazione 45 ha larghezza (ovvero distanza fra il suo bordo interno e il suo bordo esterno) pari a l1.

La porzione a telaio 30A della regione sensibile 36 comprende un primo strato strutturale 37, sovrastante il primo strato dielettrico 25; un secondo strato dielettrico 33, sovrastante lo strato strutturale 37; un secondo strato strutturale 38, sovrastante il secondo strato dielettrico 33; ed una pluralità di primi elementi di ancoraggio 31 e di secondi elementi di ancoraggio 35.

In dettaglio, il primo strato strutturale 37 è ad esempio di polisilicio ed ha lo stesso spessore e caratteristiche della membrana 32, essendo realizzato contemporaneamente ad essa, come descritto in seguito con riferimento alle figure 5 e 6.

Il secondo strato dielettrico 33 è di, ad esempio, USG, ossido di silicio o TEOS e definisce la distanza tra la membrana 32 e la pluralità di travi 39 e, quindi, l’altezza (misurata lungo l'asse Z del sistema di riferimento XYZ) del pilastro 34.

Il secondo strato strutturale 38 è ad esempio di polisilicio o nitruro di silicio (Si3N4) ed ha lo stesso spessore e caratteristiche delle travi 39, essendo realizzato contemporaneamente con queste, come descritto in seguito con riferimento alle figure 7 e 8.

I primi elementi di ancoraggio 31 si estendono attraverso il primo strato dielettrico 25 fra il substrato 22 e il primo strato strutturale 37. I primi elementi di ancoraggio 31 presentano quindi lo stesso spessore del primo strato dielettrico 25 (misurato lungo l'asse Z del sistema di riferimento XYZ), e sono monolitici con la membrana 32, essendo realizzati nella stessa fase di fabbricazione, come sotto descritto con riferimento alla figura 6.

Nella forma di realizzazione mostrata, fra il primo strato strutturale 37, i primi ancoraggi 31 e il substrato 22 è presente un recesso 40 rientrante rispetto alla parete 23A della cavità passante 23, avente forma, in vista dall’alto (figura 3), ad esempio, circolare. Il recesso 40 non è tuttavia essenziale e, in altre forme di realizzazione, può mancare.

I secondi elementi di ancoraggio 35 si estendono attraverso il secondo strato dielettrico 33, fra il primo e il secondo strato strutturale 37, 38, quindi presentano lo stesso spessore del secondo strato dielettrico 33.

Secondo quanto mostrato in figura 3, la porzione mobile 30B comprende qui otto travi 39, disposte radialmente e verticalmente allineate alla membrana 32, anche se il numero di travi è solo esemplificativo e può variare. Ciascuna trave 39 presenta una prima e una seconda estremità 41, 42. In dettaglio, ciascuna trave 39 è monoliticamente fissata, in corrispondenza della rispettiva seconda estremità 42, al pilastro 34 e, mediante la rispettiva prima estremità 41, alla porzione a telaio 30A della regione sensibile 36.

Inoltre, ciascuna trave 39 è angolarmente uniformemente spaziata rispetto alle travi 39 adiacenti; in pratica, nell'esempio mostrato, le travi 39 sono disposte a distanza angolare reciproca di 45°.

La regione sensibile 36 comprende inoltre una pluralità di elementi di rilevamento 50, disposti ciascuno in corrispondenza della prima estremità 41 di una rispettiva trave 39, e precisamente a cavallo fra tali prime estremità 41 e la porzione a telaio 30A.

Ciascun elemento di rilevamento 50 (figura 4) comprende un primo elettrodo 55 (ad esempio di molibdeno Mo, polisilicio drogato, titanio Ti, o platino Pt); uno strato di materiale piezoelettrico 56 (ad esempio, di nitruro di alluminio, AlN), disposto sul primo elettrodo 55; e un secondo elettrodo 57 (ad esempio, di titanio o molibdeno), disposto sullo strato di materiale piezoelettrico 56.

Inoltre, figura 4, sulla porzione a telaio 30A della regione sensibile 36, si estende uno strato di passivazione 59 (non mostrato in figura 3 per chiarezza), ad esempio di nitruro di silicio Si3N4, carburo di silicio SiC o nitruro di alluminio AlN, che ricopre gli elementi di rilevamento 50. Lo strato di passivazione 59 presenta una pluralità di aperture di contatto 60 all'interno delle quali si estendono porzioni di uno strato di metallizzazione 65 (non mostrato in figura 3), ad esempio di una lega di titanio-tungsteno e oro TiW/Au, di alluminio Al o di una lega di alluminio e rame AlCu, per consentire il contatto elettrico dei secondi elettrodi 57. Lo strato di metallizzazione 65 nonché ulteriori regioni di contatto elettrico non mostrati consentono di accoppiare elettricamente gli elementi di rilevamento 50 a circuiti e dispositivi di elaborazione esterni (non mostrati), in modo di per sé noto e rappresentato schematicamente in figura 3 da linee elettriche 43.

In uso, un’onda di pressione acustica agisce sulla membrana 32, imprimendo su di essa una forza che deflette la membrana 32 senza deformarla; la forza impressa dall’onda di pressione acustica sulla membrana 32 è quindi trasmessa, concentrata, dal pilastro 34 alla seconda estremità 42 della pluralità di travi 39, massimizzando lo spostamento (e quindi la deflessione) della pluralità di travi 39 in corrispondenza della seconda estremità 42. In altre parole, la porzione mobile 30B della regione sensibile 36 si muove secondo un movimento a pistone ("piston-like") a causa dello spostamento della membrana 32 e del pilastro 34, in modo che la pluralità di travi 39 si muova secondo o un effetto leva (“lever arm”) per effetto della forza impressa dalla pressione acustica esterna.

La deflessione della regione sensibile 36 genera pertanto un accumulo di stress e, quindi, uno sforzo (“strain”) massimo (in valore assoluto) in corrispondenza della prima e della seconda estremità 41,42 delle travi 39; tale accumulo di stress è quindi rilevato, sulle prime estremità 41, dagli elementi di rilevamento 50, i cui strati di materiale piezoelettrico 56 vengono deformati dallo stress stesso. Di conseguenza, secondo il noto effetto piezoelettrico inverso, la deformazione dello strato di materiale piezoelettrico 56 provoca un accumulo di carica tra il primo ed il secondo elettrodo 55, 57, che, a sua volta, genera un corrispondente segnale elettrico; il segnale elettrico è poi trasmesso a circuiti e dispositivi di elaborazione esterni mediante lo strato di metallizzazione 65 (linee elettriche 43).

Le figure 3A e 4A mostrano un’altra forma di realizzazione del presente trasduttore MEMS.

In dettaglio, le figure 3A e 4A mostrano un trasduttore MEMS avente una struttura generale simile a quella del microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4, per cui parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento alle figure 3 e 4 sono indicate nelle figure 3A e 4A con i medesimi numeri di riferimento e non verranno descritte ulteriormente.

Nel trasduttore MEMS delle figure 3A e 4A, il pilastro, indicato con 34', è formato da regioni alternate di polisilicio 34A e di dielettrico 34B; ad esempio, nelle figure 3A e 4A, il pilastro 34' è formato da colonne anulari concentriche di polisilicio 34A (monolitiche e realizzate a partire dallo stesso materiale delle travi 39) e di colonne anulari concentriche di dielettrico 34B (formate contemporaneamente al secondo strato di dielettrico 33).

Le figure 5-9 mostrano fasi successive di un processo di fabbricazione del microfono MEMS 20.

In particolare, la figura 5 mostra una fetta 100 di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, relativa ad una parte in cui verrà realizzato un trasduttore MEMS avente la struttura mostrata nelle figure 3 e 4. La fetta 100 comprende un substrato 121, avente una prima e una seconda superficie di substrato 121A, 121B; in particolare, sulla prima superficie di substrato 121A è stato già deposto, secondo tecniche di deposizione note, un primo strato sacrificale 125, ad esempio di USG, ossido di silicio termico oppure TEOS e avente spessore compreso ad esempio tra 0,5 µm e 2,6 µm, destinato anche a formare il primo strato dielettrico 25.

Inoltre, il primo strato sacrificale 125 è stato già definito secondo tecniche di mascheratura e definizione note, in modo da formare una prima pluralità di aperture di ancoraggio 131’.

In figura 6, sul primo strato sacrificale 125 viene deposto o cresciuto un primo strato di trasduzione 132, destinato a formare la membrana 32 e il primo strato strutturale 37. Il primo strato di trasduzione 132 è, ad esempio, di polisilicio e ha uno spessore ad esempio compreso tra 1 µm e 2 µm; esso riempie la prima pluralità di aperture di ancoraggio 131’, formando così i primi elementi di ancoraggio 31.

In seguito, il primo strato di trasduzione 132 viene definito secondo tecniche di fotolitografia note in modo da formare l’apertura di ventilazione 45.

Quindi, figura 7, un secondo strato sacrificale 133 viene depositato sul primo strato di trasduzione 132; in particolare, il secondo strato sacrificale 133, destinato anche a formare il secondo strato dielettrico 33, è, ad esempio, di USG, TEOS oppure ossidi di silicio drogati con uno di spessore ad esempio compreso tra 1 µm e 4 µm, e riempie l’apertura di ventilazione 45.

In seguito, il secondo strato sacrificale 133 viene definito mediante tecniche di fotolitografia di per sé note, in modo da formare una seconda pluralità di aperture di ancoraggio 133’, disposte in una zona periferica del secondo strato sacrificale 133, destinata a formare la porzione a telaio 30A della regione sensibile 36, e un’apertura di pilastro 133”, disposta in una porzione centrale del secondo strato sacrificale 133, dove si desidera formare il pilastro 34.

Nella variante di realizzazione delle figure 3A, 4A, invece di realizzare una singola apertura di pilastro 133”, utilizzando una maschera litografica differente, viene formata una serie di aperture anulari concentriche dove si desiderano formare le porzioni di polisilicio 34A, in modo da ottenere la struttura mostrata nelle summenzionate figure.

Successivamente, figura 8, sul secondo strato sacrificale 133 viene deposto o cresciuto un secondo strato di trasduzione 136, ad esempio di polisilicio o nitruro di silicio con uno spessore compreso tra 1 µm e 3 µm, destinato a formare il secondo strato strutturale 38 e le travi 39. In dettaglio, il secondo strato di trasduzione 136 riempie la seconda pluralità di aperture di ancoraggio 133’, formando i secondi elementi di ancoraggio 35, e l’apertura di pilastro 133”, formando il pilastro 34. Quindi, la pluralità di travi 39 è formata definendo il secondo strato di trasduzione 136 secondo note tecniche di definizione fotolitografica.

In seguito, in corrispondenza della zona destinata a formare la porzione a telaio 30A della regione sensibile 36, vengono realizzati gli elementi di rilevamento 50. In particolare, sono deposti, in sequenza, il primo elettrodo 55, lo strato di materiale piezoelettrico 56 e il secondo elettrodo 57; successivamente, la pila così formata viene definita in modo di per sé noto (ad esempio, mediante tecniche fotolitografiche). In seguito, sugli elementi di rilevamento 50, è depositato e definito lo strato di passivazione 59, in modo di per sé noto, per formare la pluralità di aperture di contatto 60. Quindi, sullo strato di passivazione 59 è deposto e definito lo strato di metallizzazione 65 in modo da formare le linee elettriche 43.

In seguito, figura 9, la fetta 100 viene attaccata a partire dalla seconda superficie di substrato 121B secondo tecniche di attacco note (ad esempio, secco quale DRIE, “Deep Reactive Ion Etching”, attacco profondo tramite ioni reattivi)); in particolare, l’attacco procede fino al raggiungimento del primo strato sacrificale 125, il quale agisce come strato di arresto. In questo modo, al termine dell’attacco, si ottengono il substrato 22 (e, dunque, la prima e seconda superficie 21A, 21B) e la cavità passante 23 (e, dunque, la parete 23A della cavità passante 23). Successivamente, viene eseguita una fase di attacco umido o vapore (ad esempio, utilizzando HF, acido fluoridrico) in modo da rimuovere le porzioni del primo e del secondo strato sacrificale 125, 133 affacciate alla cavità passante 23. Pertanto, al termine del processo, il primo e il secondo strato di trasduzione 132, 136 risultano sospesi sulla cavità 23, liberando la porzione mobile 30B della regione sensibile 36, la membrana 32, il pilastro 34, e le travi 39, in modo da ottenere la regione sensibile 36 mostrata in figura 4.

Inoltre, la rimozione del primo e del secondo strato sacrificale 125, 133 porta alla formazione del recesso 40 e alla delimitazione del telaio di trasduzione 36, in particolare del primo e del secondo strato dielettrico 25, 33, nonché del primo e del secondo strato strutturale 37, 38.

Segue una fase di taglio della fetta 100, che porta all'ottenimento di uno o più trasduttori MEMS 20 aventi la struttura di base delle figure 3 e 4.

Le figure 10 e 11 mostrano un’altra forma di realizzazione del presente trasduttore MEMS.

In dettaglio, le figure 10 e 11 mostrano un trasduttore MEMS (anche definito in seguito microfono MEMS 220) avente una struttura generale simile a quella del microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4, per cui parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento alle figure 3 e 4 sono indicate nelle figure 10 e 11 con numeri di riferimento aumentati di 200 e non verranno descritte ulteriormente.

In maggior dettaglio, nel microfono MEMS 220 delle figure 10 e 11, la membrana 232 ha una superficie inferiore 232’ affacciata alla cavità passante 223, e una superficie superiore 232”, rivolta verso le travi 239. Inoltre, la membrana 232 comprende una struttura di rinforzo 270, monolitica con la membrana 232. In particolare, la struttura di rinforzo 270 si estende sulla superficie inferiore 232’ della membrana 232 (figura 11).

La struttura di rinforzo 270 ha forma, ad esempio, a ragnatela, come visibile nella vista dall’alto di figura 10 e mostrata tratteggiata. In particolare, la struttura di rinforzo 270 ha la funzione di aumentare la rigidità della membrana 232, senza aggiungere ulteriori e significativi contributi di massa alla membrana 232 stessa. In questo modo, è possibile avere una membrana 232 sottile (ad esempio, con spessore pari a 0,3 µm) ed indeformabile, il microfono MEMS 220 è meno soggetto a vibrazioni e shock meccanici esterni e trasferisce in maniera efficiente la forza generata dalla pressione acustica incidente sulla membrana 232.

Pertanto, la trasmissione dello stress, provocato dalla pressione acustica, alla prima e alla seconda estremità 241, 242 delle travi 239 è ottimizzata rispetto al microfono MEMS 20.

Le figure 12-14 mostrano fasi successive di una forma di realizzazione di un processo di fabbricazione del microfono MEMS 220.

In particolare, la figura 12 mostra una fetta 300 di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, relativa ad una parte in cui verrà realizzato un trasduttore MEMS avente la struttura semplificata mostrata nelle figure 10 e 11. Sulla prima superficie di substrato 321A del substrato 321, è deposto e definito in modo di per sé noto un primo strato di definizione membrana 326, ad esempio di USG, ossido di silicio termico o TEOS e avente spessore compreso ad esempio tra 0,5 µm e 2,6 µm. Il primo strato di definizione membrana 326 è definito in modo da formare una pluralità di aperture di definizione di rinforzo 326’.

Successivamente, figura 13, sul primo strato di definizione di membrana 326, è depositato in modo conforme un secondo strato di definizione membrana 327, ad esempio di USG o TEOS (di spessore, ad esempio, compreso tra 0,5 µm e 2 µm). Il secondo strato di definizione membrana 327 riempie in parte la pluralità di aperture di definizione di rinforzo 326’, in modo da definire, in fasi successive di processo, la struttura di rinforzo 270. In particolare, l’insieme del primo e del secondo strato di definizione membrana 326, 327 è equivalente al primo strato sacrificale 125 delle figure 5-9 ed essi, essendo costituiti dallo stesso materiale, dopo il deposito sono in generale indistinguibili; pertanto, in seguito si farà riferimento a tale insieme come al primo strato sacrificale 325. In seguito, il primo strato sacrificale 325 è definito mediante tecniche di mascheratura e definizione note in modo da formare la prima pluralità di aperture di ancoraggio 331’.

Quindi, figura 14, sul secondo strato di definizione membrana 327 viene deposto o cresciuto il primo strato di trasduzione 332, ad esempio di polisilicio, che riempie la prima pluralità di aperture di ancoraggio 131’ e la pluralità di aperture di definizione di rinforzo 326’, formando, così, i primi elementi di ancoraggio 231 e la struttura di rinforzo 270.

In seguito, vengono eseguite fasi di fabbricazione analoghe a quelle discusse con riferimento alle figure 6-9 e comprendenti la formazione dell'apertura di ventilazione 245; la deposizione e la sagomatura del secondo strato sacrificale (non visibile, corrispondente allo strato 133 di figura 7); la formazione e sagomatura del secondo strato di trasduzione (corrispondente allo strato 136 di figura 8); la realizzazione degli elementi di rilevamento 250 e l'esecuzione delle fasi finali.

Le figure 15A-15G mostrano forme di realizzazione alternative del telaio di trasduzione 36, 236 e/o della membrana 32, 232 dei microfoni MEMS 20, 220 delle figure 3-4 e 10-11, rispettivamente. In particolare, nelle figure 15A-15G, per una migliore comprensione delle varie forme di realizzazione, non sono mostrati la struttura di rinforzo 270; lo strato di passivazione 59, 259; e lo strato di metallizzazione 65, 265.

Con riferimento alla figura 15A, parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento al microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4 sono indicate in figura 15A con numeri di riferimento aumentati di 400 e non verranno descritte ulteriormente.

In particolare, nella vista dall’alto di figura 15A viene mostrata una variante del microfono MEMS 420 in cui la membrana 432, il recesso (non mostrato) e l'apertura di ventilazione 445 hanno forma quadrangolare (ad esempio quadrata), al fine di massimizzare l’area della membrana 32, 232 di impatto dell’onda acustica incidente, a parità di dimensioni del corpo, qui indicato con 421.

In figura 15B, parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento al microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4 sono indicate in figura 15B con numeri di riferimento aumentati di 500 e non verranno descritte ulteriormente.

In particolare, qui la membrana 532, il recesso (non mostrato) e l'apertura di ventilazione 545 hanno forma poligonale (ad esempio, ottagonale); inoltre, ciascuna trave 539 porta ulteriori elementi di rilevamento 550’, disposti in prossimità del pilastro 534. In dettaglio, ciascun ulteriore elemento di rilevamento 550’ è disposto su una corrispondente trave 539 in corrispondenza della rispettiva seconda estremità 542.

Questa forma di realizzazione è vantaggiosamente utilizzabile in applicazioni in cui si desidera che il microfono MEMS 520 abbia una maggiore sensibilità. Infatti, in uso, ciascun ulteriore elemento di rilevamento 550’, analogamente agli elementi di rilevamento 550, sottoposto ad uno stress di valore elevato, dovuto alla deformazione della rispettiva trave 539, e genera un corrispondente segnale elettrico.

Con riferimento alla figura 15C, parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento al microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4 sono indicate in figura 15C con numeri di riferimento aumentati di 600 e non verranno descritte ulteriormente.

In figura 15C, sono mostrati il microfono MEMS 620 (in seguito anche definito come primo microfono MEMS 620) e un trasduttore MEMS addizionale (in seguito anche definito come microfono MEMS addizionale 620’), entrambi formati nel medesimo corpo 621. In particolare, il primo microfono MEMS 620 presenta qui una membrana 632, un recesso (non mostrato) e un'apertura di ventilazione 645 di forma poligonale (ad esempio, dodecagonale). Inoltre, il microfono MEMS addizionale 620’ ha una struttura generale simile al microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4, per cui parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento alle figure 3 e 4 sono indicate nella figura 15C con numeri di riferimento aumentati di 600 e con apice e non verranno descritte ulteriormente.

In figura 15C, il microfono MEMS addizionale 620’ presenta quattro travi 639’ (disposte a coppie parallelamente al primo asse X e ad un terzo asse Y del sistema di riferimento cartesiano XYZ), sulle quali sono disposte, in corrispondenza delle rispettive prime estremità 641’, corrispondenti elementi di rilevamento 620’. Inoltre, in ciascuna trave 639’ è presente una rispettiva apertura di trave 700’, che si estende attraverso la rispettiva trave tra la prima e la seconda estremità 641’, 642’. Qui, la membrana 632’, il recesso (non mostrato) e l'apertura di ventilazione 645’ hanno qui forma poligonale (ad esempio, ottagonale).

Questa forma di realizzazione consente di rilevare il suono in intervalli di intensità sonora di maggiore estensione, senza perdere di sensibilità; infatti, tale forma di realizzazione permette di avere travi maggiormente rigide rispetto alla forma di realizzazione descritta con riferimento alle figure 3, 4, 10 e 11.

Con riferimento alla figura 15D, parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento al microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4 sono indicate in figura 15D con numeri di riferimento aumentati di 700 e non verranno descritte ulteriormente.

In figura 15D, il microfono MEMS 720 comprende quattro travi 739, aventi, ad esempio, forma triangolare, con base (costituente la prima estremità 741) ancorata al substrato (non visibile) e punta rivolta verso il centro del microfono MEMS 720. Ciascuna trave 739 presenta, alla rispettiva prima estremità 741, un rispettivo elemento di rilevamento 750, così che, in uso, lo stress accumulato in corrispondenza della prima estremità 741 sia rilevato dagli elementi di rilevamento 750. Inoltre, la membrana 732, il recesso (non mostrato) e l'apertura di ventilazione 745 hanno forma quadrangolare (ad esempio, quadrata).

Questa forma di realizzazione fornisce il vantaggio di ottimizzare la capacità elettrica dell’attuatore piezoelettrico 750, qualora si desideri eseguire una lettura in tensione del segnale generato dal microfono MEMS 720. Infatti, nella presente forma di realizzazione, l’ottimizzazione della capacità elettrica consente di avere un miglioramento del valore dell’SNR del microfono MEMS 720.

Con riferimento alla figura 15E, parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento al microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4 sono indicate in figura 15E con numeri di riferimento aumentati di 800 e non verranno descritte ulteriormente.

In particolare, in figura 15E, il microfono MEMS 820 ha forma simile a quella mostrata in figura 15D; in particolare, in figura 15E, la membrana 832, il recesso (non mostrato) e l'apertura di ventilazione 845 hanno ad esempio forma circolare. Inoltre, ciascuna trave 839 presenta, in corrispondenza della rispettiva seconda estremità 842, una pluralità ulteriori elementi di rilevamento 850’, analoghi agli ulteriori elementi di rilevamento 550’ di figura 15B; in particolare, gli ulteriori elementi di rilevamento 850 comprendono quattro ulteriori elementi di rilevamento 850’.

Questa forma di realizzazione è vantaggiosamente utilizzabile in applicazioni in cui si desidera che il microfono MEMS 820 abbia una maggiore sensibilità.

Con riferimento alla figura 15F, parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento al microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4 sono indicate in figura 15F con numeri di riferimento aumentati di 900 e non verranno descritte ulteriormente.

In figura 15F, l'apertura di ventilazione 945 è formata nel pilastro 934. Inoltre, la membrana 932 è solidale al corpo 921 e prosegue senza soluzione di continuità nel primo strato strutturale (non mostrato). Questa forma di realizzazione è vantaggiosamente utilizzabile in applicazioni in cui si desidera posizionare diversamente il punto di roll-off in frequenza, come, ad esempio, in applicazioni di telefonia mobile.

Con riferimento alla figura 15G, parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento al microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4 sono indicate in figura 15G con numeri di riferimento aumentati di 1000 e non verranno descritte ulteriormente.

Nella figura 15G, ciascun elemento di rilevamento 1050 si estende per l’intera lunghezza della rispettiva trave 1039, in modo da ricoprirla interamente. In questo modo, in uso, ciascun elemento di rilevamento 1050 è in grado di rilevare lo stress presente sull’intera estensione della corrispondente trave 1039. In questo modo, gli elementi di rilevamento 1050 presentano maggiore capacità elettrica. Tale caratteristica è desiderabile in base alle scelte architetturali dell’elettronica di lettura accoppiabile al presente microfono MEMS 1030.

Le figure 16 e 17 mostrano un’altra forma di realizzazione del presente trasduttore MEMS.

In dettaglio, qui, il trasduttore MEMS (anche definito in seguito microfono MEMS 1220) ha struttura generale simile a quella del microfono MEMS 20 delle figure 3 e 4, per cui parti simili a quelle mostrate e descritte con riferimento alle figure 3 e 4 sono indicate nelle figure 16 e 17 con numeri di riferimento aumentati di 1200 e non verranno descritte ulteriormente.

In dettaglio, la membrana 1232, di forma generalmente circolare in vista dall’alto (figura 16), presenta una pluralità di protuberanze 1300, ad esempio di forma semicircolare, monolitiche con e sporgenti rispetto alla forma generalmente circolare della membrana 1232. Ciascuna protuberanza 1300 è angolarmente uniformemente spaziata rispetto alle protuberanze 1300 adiacenti; in pratica, qui, le protuberanze 1300 sono disposte a distanza angolare reciproca di 45°, anche se esse potrebbero essere a distanza diversa o anche irregolarmente spaziate. Inoltre, il primo strato strutturale 1237 è qui controsagomato alla membrana 1232, in modo che la larghezza l1 dell’apertura di ventilazione 1245 è fissa, per tutto il perimetro della membrana 1232.

In pratica, con questa configurazione, la membrana 1232 sporge esternamente alla cavità 1223 ed è affacciata al substrato 1222 con le protuberanze 1300. In questo modo, il movimento verticale (parallelo all'asse Z) della membrana 1232 viene limitato dall'interferenza fra le protuberanze 1300 e il substrato 1222, proteggendo la membrana 1232 da urti meccanici esterni che potrebbero romperla e compromettere, quindi, il funzionamento del trasduttore MEMS 1220, senza d'altra parte modificare sostanzialmente il flusso di aria attraverso l'apertura di ventilazione 1245.

Inoltre, come visibile in figura 17, la membrana 1232 può comprendere un elemento di arresto 1350, formato monoliticamente con la membrana 1232 sulla prima superficie di membrana 1232’ ed estendentesi lungo il bordo della membrana 1232 verso il substrato 1222. In pratica, l’elemento di arresto 1350 limita ulteriormente l'escursione verticale della membrana 1232. In questo caso, l’altezza (misurata lungo l’asse Z del sistema di riferimento XYZ) dell’elemento di arresto 1350 può essere scelta in modo da non modificare il punto di roll-off del microfono MEMS 1220.

Il trasduttore MEMS 1220 può essere realizzato secondo uno qualsiasi dei processi di fabbricazione descritti con riferimento alle figure 12-14, ad esempio formando l'elemento di arresto 1350 con la stessa tecnica utilizzata per la struttura di rinforzo 270 (che può essere presente o meno, anche in questa forma di realizzazione).

In alternativa, in un'ulteriore forma di realizzazione, le protuberanze 1300 possono essere assenti e la membrana 1232 avere, ad esempio, forma circolare di diametro maggiore rispetto alla cavità 1223. In questo caso, la porzione periferica della membrana sovrasta ed è affacciata al substrato 1222, in modo da essere limitata nel suo movimento lungo l'asse Z con l'intera circonferenza. Anche in questo caso, può essere presente o meno l'elemento di arresto di figura 17.

Nel presente trasduttore MEMS, realizzato secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione descritte con riferimento alle figure 3, 4, 6, 7, 15A-15G, 16 e 17, gli elementi di rilevamento piezoelettrico possono essere realizzati con una struttura a celle piezoelettriche bimorfe. In questo caso, la struttura a strati mostrata nelle figure 4 e 11 è modificata in modo da ottenere una cella bimorfa del tipo mostrato schematicamente nelle figure 18 e 19, relative a due differenti schemi di collegamento elettrico.

In dettaglio, le figure 18 e 19 mostrano una pluralità di celle bimorfe 1500, comprendente, qui, n celle indicate singolarmente C1, C2, C3, … Cn. In particolare, ciascuna cella bimorfa 1500 è formata da una pila di cinque strati, e precisamente un primo elettrodo 1501, ad esempio di molibdeno Mo e formante un terminale inferiore (“bottom terminal”) B; un primo strato di materiale piezoelettrico 1502, ad esempio di nitruro di alluminio AlN; un secondo elettrodo 1503, ad esempio di molibdeno Mo e formante un terminale centrale (“central terminal”) C; un secondo strato di materiale piezoelettrico 1504, ad esempio di AlN; e un terzo elettrodo 1505, ad esempio, di titanio e formante un terminale superiore (“top terminal”) T.

Il primo elettrodo 1501, il primo strato di materiale piezoelettrico 1502 e il secondo elettrodo 1503 di ciascuna cella bimorfa 1500 formano un primo condensatore, avente una prima capacità elettrica Cp1; analogamente, il secondo elettrodo 1503, il secondo strato di materiale piezoelettrico 1504 e il terzo elettrodo 1505 di ciascuna cella bimorfa 1500 formano un secondo condensatore, avente una seconda capacità elettrica Cp2. Nelle forme di realizzazione mostrate esemplificativamente nelle figure 18 e 19, la prima e la seconda capacità elettrica Cp1, Cp2 sono uguali tra loro e le capacità elettrica Cp1, Cp2 sono uguali in tutte le celle bimorfe 1500.

Le celle bimorfe 1500 di figura 18 sono collegate tra loro secondo una configurazione serie di paralleli (“seriesof-parallels”), in cui la prima cella bimorfa C1 ha il terminale inferiore B e il terminale superiore T accoppiati elettricamente ad una tensione di riferimento 1510 (qui, terra elettrica) e il terminale centrale C collegato elettricamente sia al terminale inferiore B sia al terminale superiore T della cella bimorfa successiva (qui la seconda cella bimorfa C2). Analogamente, il terminale centrale C della seconda cella bimorfa C2 è accoppiato elettricamente sia al terminale inferiore B sia al terminale superiore T della cella bimorfa successiva (qui la terza cella bimorfa C3); tale configurazione è ripetuta per tutte le celle bimorfe 1500 fino alla n-esima cella bimorfa Cn, il cui terminale centrale C fornisce una tensione di uscita Vout, cumulativa delle cadute di tensione su ciascuna cella bimorfa 1500. Pertanto, la presente configurazione è elettricamente equivalente a collegare in serie i paralleli tra la prima e la seconda capacità elettrica Cp1, Cp2 di ciascuna cella bimorfa 1500. Tale configurazione è vantaggiosamente utilizzata in applicazioni in cui si desidera che sia la tensione di uscita Vout sia la capacità equivalente tra le celle C1, Cn siano mantenute alte.

Con riferimento alla figura 19, le celle bimorfe 1500 sono collegate tra loro secondo una configurazione serie di serie (“series-of-series”), in cui la prima cella bimorfa C1 ha il terminale inferiore B accoppiato elettricamente ad una tensione di riferimento (terra elettrica) 1510 e il terminale superiore T accoppiato elettricamente al terminale inferiore B della cella bimorfa successiva (qui la seconda cella bimorfa C2). Tale configurazione è ripetuta per tutte le celle bimorfe 1500 fino alla n-esima cella bimorfa Cn, il cui terminale superiore T fornisce una tensione di uscita Vout cumulativa delle cadute di tensione su ciascuna cella bimorfa 1500. Pertanto, la presente configurazione è elettricamente equivalente a collegare in serie le serie della prima e della seconda capacità elettrica Cp1, Cp2 di ciascuna cella bimorfa 1500.

Tale configurazione è vantaggiosamente utilizzata in applicazioni in cui è desiderabile massimizzare la tensione di uscita Vout e minimizzare la capacità equivalente tra le celle C1, Cn. In aggiunta, in diverse forme di realizzazione, ciascuna trave del presente trasduttore MEMS può comprendere più celle bimorfe, collegate tra loro secondo una qualunque delle configurazioni discusse in riferimento alle figure 18, 19.

Il microfono MEMS mostrato nelle figure 3, 4, 10, 11, 15A-15G, 16-17 può essere utilizzato in un dispositivo elettronico 1100, come mostrato in figura 20, dove, per semplicità esso viene indicato con il numero di riferimento 1110; tuttavia il dispositivo elettronico 1100 può includere una qualsiasi delle forme di realizzazione discusse sopra.

Il dispositivo elettronico 1100 è ad esempio un dispositivo portatile di comunicazione mobile, come ad esempio un cellulare, un PDA (“Personal Digital Assistant”, assistente digitale personale), un notebook, ma anche un registratore vocale, un lettore di file audio con capacità di registrazione vocale, eccetera. In alternativa, il dispositivo elettronico 1100 può essere un apparecchio acustico, quale un sistema di cuffie, un idrofono, in grado di lavorare sott’acqua, oppure un dispositivo di ausilio all’udito (cosiddetto "hearing aid").

Il dispositivo elettronico 1100 di figura 20 comprende un microprocessore 1101 ed un’unità di ingresso/uscita 1103, ad esempio dotata di una tastiera e di uno schermo, collegata al microprocessore 1101. Il microfono MEMS 1110 comunica con il microprocessore 1101 tramite un blocco di trattamento segnale 1105 (che può effettuare ulteriori elaborazioni del segnale analogico o digitale in uscita dallo stesso microfono MEMS 1110). Inoltre, il dispositivo elettronico 1100 può comprendere un altoparlante 1106, per generare suoni su un’uscita audio (non mostrata), ed una memoria interna 1107.I vantaggi del presente trasduttore elettroacustico MEMS piezoelettrico emergono chiaramente dalla descrizione precedente.

In particolare, la struttura della porzione mobile e il posizionamento degli elementi di rilevamento sulle estremità delle travi permette di avere un trasduttore MEMS di elevata sensibilità e basso rumore, quindi, con elevato SNR; infatti, quando in uso, la porzione mobile esegue un movimento a pistone e la presente configurazione permette di sfruttare l’effetto leva, poiché lo stress accumulato alle estremità di ciascuna trave è efficientemente rilevato dagli elementi di rilevamento.

Inoltre, la sensibilità e la flessibilità della porzione mobile può essere regolata configurando opportunamente le travi stesse (come mostrato, ad esempio, nelle figure 15C-15E).

In aggiunta, la presenza di una struttura di rinforzo sulla membrana consente di aumentare l’efficienza di trasmissione della pressione; infatti, la struttura di rinforzo consente di irrigidire la membrana senza aggiungere significativi contributi di massa, rendendola meno soggetta a deflessioni indesiderate della stessa. Pertanto, quando in uso, la trasmissione dello stress alle estremità di ciascuna trave risulta più efficiente e contribuisce a rendere il microfono MEMS maggiormente sensibile.

Inoltre, posizionando gli elementi di rilevamento alle estremità di ciascuna trave, è possibile ridurre notevolmente la dipendenza della sensibilità del trasduttore MEMS dallo stress residuo dei materiali piezoelettrici impiegati. Infatti, in questo caso, gli elementi di rilevamento sono disposti dove lo stress è massimo (in valore assoluto), e quindi sono in grado di rilevare la pressione acustica in maniera precisa, con una maggiore sensibilità e con un minor contributo di rumore.

In aggiunta, la larghezza dell'apertura di ventilazione è qui definita in maniera precisa e secondo note tecniche fotolitografiche; questo permette di impostare con precisione, a livello progettuale, il punto di roll-off, e, quindi, il comportamento a bassa frequenza del trasduttore MEMS. Il punto di roll-off è pertanto indipendente da possibili stress residui nei materiali piezoelettrici costituenti l’attuatore piezoelettrico.

Infine, il presente trasduttore MEMS può resistere all’acqua e a contaminanti/particolati liquidi/ solidi provenienti dall’esterno, in quanto la struttura di rilevamento è di tipo piezoelettrico e senza parti in cui il contaminare possa inserirsi ed ostruire il movimento operativo del microfono MEMS.

Risulta infine chiaro che al trasduttore MEMS qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Ad esempio, le diverse forme di realizzazione descritte possono essere combinate in modo da fornire ulteriori soluzioni. In particolare, le travi, la membrana, il recesso e l'apertura di ventilazione possono avere forme differenti; inoltre tutta la membrana può avere la struttura di rinforzo in tutte le forme di realizzazione.

Inoltre, il presente microfono MEMS può avere elementi di arresto in tutte le forme di realizzazione presentate e le forme possono variare rispetto a quelle mostrate.

Le strutture di rinforzo della membrana possono essere interne, ovvero rivolte verso il telaio di trasduzione.

Claims (23)

1. RIVENDICAZIONI 1. Trasduttore di tipo MEMS piezoelettrico (20; 220; 420; 520; 620; 620’; 720; 820; 920; 1020; 1220), formato in un corpo (21; 221; 1221) di materiale semiconduttore avente un asse centrale (S) ed una zona periferica (30A; 230A), il corpo comprendendo: una pluralità di travi (39; 239; 439; 539; 639; 639’; 739; 839; 939; 1039) estendentisi trasversalmente all'asse centrale ed aventi una prima (41; 241; 541; 641; 641’; 741; 841; 1041) ed una seconda estremità (42; 242; 542; 642; 642’; 742; 842; 1042), la prima estremità delle travi essendo accoppiata alla zona periferica del corpo e la seconda estremità essendo rivolta verso l'asse centrale; una membrana (32; 232; 432; 532; 632; 632’; 732; 832; 932; 1032; 1232), estendentesi trasversalmente all'asse centrale e al di sotto della pluralità di travi; e un pilastro (34; 234; 434; 534; 734; 834; 934; 1034; 1234), estendentesi parallelamente all'asse centrale e solidale alla seconda estremità delle travi e alla membrana; il trasduttore comprendendo inoltre una pluralità di elementi di rilevamento piezoelettrico (50; 250; 450; 550; 550’; 650; 650’; 750; 850; 850’; 950; 1050) disposti sulla pluralità di travi.
2. 2. Trasduttore secondo la rivendicazione 1, in cui la pluralità di elementi di rilevamento piezoelettrico comprende un primo sottogruppo di elementi di rilevamento piezoelettrico (50; 250; 450; 550; 550’; 650; 650’; 750; 850; 850’; 950; 1050) disposti ciascuno in corrispondenza della prima estremità (41; 241; 541; 641; 641’; 741; 841; 1041) di una rispettiva trave.
3. 3. Trasduttore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la pluralità di elementi di rilevamento piezoelettrico (550’; 850’) comprende un secondo sottogruppo di elementi di rilevamento piezoelettrico disposti ciascuno in corrispondenza della seconda estremità (542; 842) di una rispettiva trave.
4. 4. Trasduttore secondo la rivendicazione 1, in cui gli elementi di rilevamento piezoelettrico (1050) si estendono ciascuno lungo una rispettiva trave (1039), fra la prima (1041) e la seconda estremità (1042).
5. 5. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una pluralità di aperture di trave (700’), formate ciascuna in una rispettiva trave (639’) tra la prima (641’) e la seconda estremità (642’).
6. 6. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la membrana (32; 232; 432; 532; 632; 632’; 732; 832; 932; 1032; 1232) ha forma a scelta tra circolare e poligonale.
7. 7. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un'apertura di ventilazione (45; 245; 445; 545; 645; 645’; 745; 845; 945; 1045; 1245) attraversante la membrana (32; 232; 432; 532; 632; 632’; 732; 832; 932; 1032; 1232), l'apertura di ventilazione estendendosi a scelta perifericamente alla membrana o centralmente alla membrana e al pilastro (34; 234; 434; 534; 734; 834; 934; 1034; 1234), parallelamente all'asse centrale (S).
8. 8. Trasduttore secondo le rivendicazioni 1-5, in cui l'apertura di ventilazione (45; 245; 445; 545; 645; 645’; 745; 845; 1045; 1245) ha forma a corona circolare o poligonale.
9. 9. Trasduttore secondo la rivendicazione 7, in cui l'apertura di ventilazione (945) si estende attraverso il pilastro (934).
10. 10. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la membrana comprende una struttura di rinforzo (270), sporgente monoliticamente dalla membrana (232).
11. 11. Trasduttore secondo la rivendicazione 10, in cui la membrana presenta una prima (232”) ed una seconda superficie di membrana (232’), la prima superficie essendo rivolta verso la pluralità di travi (239), e la struttura di rinforzo (270) comprende una pluralità di sporgenze estendentesi dalla seconda superficie di membrana della membrana (232) e ha, in particolare, forma a ragnatela.
12. 12. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-10, in cui la membrana (1232) presenta una prima (1232”) ed una seconda superficie di membrana (1232’), la prima superficie essendo rivolta verso la pluralità di travi (1239), e la membrana comprende elemento di arresto (1350) estendentesi dalla seconda superficie di membrana.
13. 13. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il corpo (21; 221; 1221) comprende un substrato (22; 222; 1222) ed una regione sensibile (36; 236), in cui il substrato è attraversato da una cavità passante (23; 223; 1223), la membrana (32; 232; 1232), la pluralità di travi (39; 239) e il pilastro (34; 234; 1234) sono formati nella regione sensibile, e la membrana è sospesa sulla cavità passante.
14. 14. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli elementi di rilevamento piezoelettrico (1500) sono di tipo biformo.
15. 15. Dispositivo elettronico (1100) comprendente: il trasduttore di tipo MEMS (1110) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti; un blocco di trattamento del segnale (1105), accoppiato al trasduttore di tipo MEMS; un microprocessore (1101), accoppiato al blocco di trattamento del segnale; una memoria (1107), accoppiata al microprocessore; un’unità di ingresso/uscita (1103), accoppiata al microprocessore; e un altoparlante (1106), accoppiato al microprocessore.
16. 16. Procedimento di fabbricazione di un trasduttore di tipo MEMS, comprendente: in un corpo (21; 221; 1221) di materiale semiconduttore, formare una membrana (32; 232; 432; 532; 632; 632’; 732; 832; 932; 1032; 1232) avente una prima e una seconda superficie di membrana; formare un pilastro (34; 234; 434; 534; 734; 834; 934; 1034; 1234) di materiale semiconduttore, sporgente trasversalmente dalla prima superficie di membrana; formare una pluralità di travi (39; 239; 439; 539; 639; 639’; 739; 839; 939; 1039) estendentisi trasversalmente al pilastro e al di sopra della membrana, la pluralità di travi aventi una prima (41; 241; 541; 641; 641’; 741; 841; 1041) ed una seconda estremità (42; 242; 542; 642; 642’; 742; 842; 1042), la prima estremità delle travi essendo accoppiata ad una zona periferica del corpo (30A; 230A) e la seconda estremità essendo solidale al pilastro; e formare una pluralità di elementi di rilevamento piezoelettrici (50; 250; 450; 550; 550’; 650; 650’; 750; 850; 850’; 950; 1050) sulla pluralità di travi.
17. 17. Procedimento secondo la rivendicazione 16, in cui formare la membrana (32; 232; 432; 532; 632; 632’; 732; 832; 932; 1032; 1232) comprende le fasi di: formare un primo strato sacrificale (125;325, 326, 327) di materiale dielettrico su un substrato di materiale semiconduttore; formare prime aperture di ancoraggio (131’; 331’) nel primo strato sacrificale nella zona periferica del corpo (30A; 230A); e formare uno strato di membrana (132; 332), di materiale semiconduttore, sul primo strato sacrificale, lo strato di membrana riempiendo le prime aperture di ancoraggio (131’; 331’) e formando primi elementi di ancoraggio (31; 231).
18. 18. Procedimento secondo le rivendicazioni 17, in cui formare la membrana (232) comprende inoltre le fasi di: prima di formare prime aperture di ancoraggio (331’), formare una pluralità di aperture di definizione di rinforzo (326’) nel primo strato sacrificale (326); e formare un secondo strato sacrificale (327) sul primo strato sacrificale, il secondo strato sacrificale estendendosi all'interno della pluralità di aperture di definizione di rinforzo, in cui formare uno strato di membrana (337) comprende depositare lo strato di membrana (237; 337) al di sopra del secondo strato sacrificale, formando la membrana e una struttura di rinforzo (270) solidale alla membrana.
19. 19. Procedimento secondo la rivendicazione 17 o 18, in cui formare il pilastro (34; 234) e la pluralità di travi (39; 239) comprende le fasi di: dopo la fase di formare uno strato di membrana (137; 337), formare un terzo strato sacrificale (133333) sullo strato di membrana (132; 332); formare seconde aperture di ancoraggio (133’; 333’) nel terzo strato sacrificale nella zona periferica del corpo (30A; 230A); formare un’apertura di pilastro (133”; 333”) attraversante il terzo strato sacrificale; e formare uno strato di trave (138; 338) di materiale semiconduttore sul terzo strato sacrificale, lo strato di trave riempiendo le seconde aperture di ancoraggio e l’apertura di pilastro e formando secondi elementi di ancoraggio (35; 235) e il pilastro (34; 234).
20. 20. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 16-19, comprendente inoltre la fase di formare un'apertura di ventilazione (45; 245; 445; 545; 645; 645’; 745; 845; 1045; 1245) includente rimuovere selettivamente lo strato di membrana (137; 337).
21. 21. Procedimento secondo la rivendicazione 20, in cui formare un'apertura di ventilazione (945) comprende inoltre rimuovere selettivamente una porzione del pilastro (934) in modo tale per cui l'apertura di ventilazione attraversa la membrana (932) e il pilastro.
22. 22. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni la rivendicazione 19-21, comprendente inoltre le fasi di: rimuovere selettivamente una porzione del substrato (21; 221; 1221) al di sotto del primo strato sacrificale (125; 325), in modo da formare una cavità passante (23; 223; 1223) nel substrato, rimuovere il primo strato sacrificale (125; 325); e rimuovere il secondo strato sacrificale (133; 333) per liberare la membrana, le travi (39; 239) e il pilastro (34; 234).
23. 23. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 19-22, comprendente, prima di formare la membrana (1232), formare, un elemento di arresto (1350), monolitico con la membrana.