CN106961649A - 一种振动传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种振动传感器，所述振动传感器包括：单晶硅基底；形成于所述单晶硅基底的下表面的梯形开口，其是在所述单晶硅基底的下表面进行刻蚀得到的；形成于具有梯形开口的单晶硅基底上表面的波形多层结构，所述波形多层结构包括至少一组相对设置的结构层，所述一组结构层包括两层结构层，所述两层结构层中至少一层结构层为波形；形成于所述波形结构层表面的电极层；其中，所述至少一组结构层构造成在外力的作用下能够发生相对位移，以检测外界的振动作用。本申请方案可实现振动传感器的小型化，另外，由于可增大孔口的体积，可在将振动传感器用于音响传感器时增大音响声顺。

Description

一种振动传感器
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体涉及一种振动传感器。
背景技术
目前，正应用半导体集成电路制造技术对如下的振动传感器进行开发，该振动传感器在硅基板上层积单晶硅或多晶硅而形成薄膜，并且将该薄膜用作膜片。由硅构成的膜片与铝或钛等金属相比，内部应力少且密度低，因此能够得到灵敏度高的振动传感器，并且与半导体集成电路制造工序的匹配性良好。现有技术的该电容式麦克风中，在由单晶硅面构成的半导体基板的表面形成有膜片(可动电极)和固定电极之后，在该半导体基板的背面外周部形成蚀刻用掩模，从背面侧到表面蚀刻半导体基板，在半导体基板的中央部开设有贯通孔。其结果是，膜片将其周围固定在半导体基板的表面，中央部中空地支承在贯通孔之上，可由声音振动等而振动。
但是，在这种结构的电容式麦克风中，对(100)面半导体基板从背面侧进行晶体各向异性蚀刻，因此在贯通孔的内周面出现基于(111)面的倾斜面，贯通孔成为在背面侧较大开口的截棱锥形的空间。因此，与膜片的面积相比，贯通孔背面侧的开口面积变大，难以将电容式麦克风小型化。另外，若减小半导体基板的厚度，则能够减小贯通孔背面的开口面积相对于表面的开口面积的比率，但是由于半导体基板的强度降低，故而制造时的处理变难，对半导体基板厚度减薄也有限。
另外，在另一膜型传感器中，通过所谓的DRIE(DeepReactiveIonEtching：深度反应离子蚀刻))或ICP(电感耦合等离子体)等的垂直蚀刻，在半导体基板从背面侧开设有贯通孔。因此，贯通孔不扩展成截棱锥形状，相应地，能够谋求膜型传感器的小型化。但是，在DRIE或ICP等装置中，装置价格较高且晶片的加工多样，生产性不佳。
另外，也具有从表面侧对半导体基板进行晶体各向异性蚀刻的方法，但在这样的方法中，不得不在膜片上开设蚀刻孔，随时间的增加，蚀刻孔会对膜片的振动特性和强度等造成不良影响。
但是，在该蚀刻方法中，在对蚀刻表面的保护层之后的基板进行蚀刻时，薄膜曝露在基板的蚀刻剂中，故而作为薄膜的材料不能够使用单晶硅或多晶硅。另外，由于薄膜直接形成在基板上，故而难以增设用于薄膜的应力控制、用于提高通气孔等、振动传感器的特性的工序及结构。
发明内容
本发明所采用的技术方案是：一种振动传感器，所述振动传感器包括：
单晶硅基底；
形成于所述单晶硅基底的下表面的梯形开口，其是在所述单晶硅基底的下表面进行刻蚀得到的；
形成于具有梯形开口的单晶硅基底上表面的波形多层结构，所述波形多层结构包括至少一组相对设置的结构层，所述一组结构层包括两层结构层，所述两层结构层中至少一层结构层为波形；
形成于所述波形结构层表面的电极层；
其中，所述至少一组结构层构造成在外力的作用下能够发生相对位移，以检测外界的振动作用。
进一步地，所述波形多层结构包括两组相对设置的结构层。
进一步地，所述两组结构层中的一组结构层包括相对设置的第一结构层和第二结构层，所述第一结构层为波形，所述第二结构层的截面为直线形；
所述两组结构层中的另一组结构层包括相对设置的第三结构层和第四结构层，所述第三结构层为波形，所述第四结构层的截面为直线形。
进一步地，所述第二结构层设置成靠近所述第三结构层。
进一步地，所述第一结构层设置成靠近所述第四结构层。
进一步地，所述第一结构层，其上具有多个第一孔口，所述第一孔口沿着垂直于所述第一结构层的长度方向延伸；
所述第二结构层，其上具有多个第二孔口，所述第二孔口沿着垂直于所述第二结构层的长度方向延伸；
第三结构层，其上具有多个第三孔口，所述第三孔口沿着垂直于所述第三结构层的长度方向延伸；
第四结构层，其上具有多个第四孔口，所述第四孔口沿着垂直于所述第四结构层的长度方向延伸。
进一步地，所述第一孔口的尺寸与所述第二孔口的尺寸一致；
其中，所述第三孔口的尺寸与所述第四孔口的尺寸一致。
进一步地，所述第一孔口贯通所述第一结构层；
所述第二孔口贯通所述第二结构层；
所述第三孔口贯通所述第三结构层；
所述第四孔口贯通所述第四结构层。
进一步地，所述单晶硅基底采用湿法刻蚀工艺进行选择性刻蚀。
本发明的有益效果在于：本申请方案可实现振动传感器的小型化，另外，由于可增大孔口的体积，可在将振动传感器用于音响传感器时增大音响声顺。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的振动传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所采用的技术方案是：一种振动传感器，所述振动传感器包括：
单晶硅基底110；
形成于所述单晶硅基底110的下表面的梯形开口120，其是在所述单晶硅基底110的下表面进行刻蚀得到的；
形成于具有梯形开口120的单晶硅基底110上表面的波形多层结构130，所述波形多层结构130包括至少一组相对设置的结构层，所述一组结构层包括两层结构层，所述两层结构层中至少一层结构层为波形；
形成于所述波形结构层表面的电极层140；
其中，所述至少一组结构层构造成在外力的作用下能够发生相对位移，以检测外界的振动作用。
其中，所述波形多层结构130包括两组相对设置的结构层。
其中，所述两组结构层中的一组结构层包括相对设置的第一结构层和第二结构层，所述第一结构层为波形，所述第二结构层的截面为直线形；
所述两组结构层中的另一组结构层包括相对设置的第三结构层和第四结构层，所述第三结构层为波形，所述第四结构层的截面为直线形。
其中，所述第二结构层设置成靠近所述第三结构层。
其中，所述第一结构层设置成靠近所述第四结构层。
其中，所述第一结构层，其上具有多个第一孔口，所述第一孔口沿着垂直于所述第一结构层的长度方向延伸；
所述第二结构层，其上具有多个第二孔口，所述第二孔口沿着垂直于所述第二结构层的长度方向延伸；
第三结构层，其上具有多个第三孔口，所述第三孔口沿着垂直于所述第三结构层的长度方向延伸；
第四结构层，其上具有多个第四孔口，所述第四孔口沿着垂直于所述第四结构层的长度方向延伸。
其中，所述第一孔口的尺寸与所述第二孔口的尺寸一致；
其中，所述第三孔口的尺寸与所述第四孔口的尺寸一致。
其中，所述第一孔口贯通所述第一结构层；
所述第二孔口贯通所述第二结构层；
所述第三孔口贯通所述第三结构层；
所述第四孔口贯通所述第四结构层。
其中，所述单晶硅基底110采用湿法刻蚀工艺进行选择性刻蚀。
本发明的有益效果在于：本申请方案可实现振动传感器的小型化，另外，由于可增大孔口的体积，可在将振动传感器用于音响传感器时增大音响声顺。
需要说明的是，附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种振动传感器，其特征在于，所述振动传感器包括：
单晶硅基底；
形成于所述单晶硅基底的下表面的梯形开口，其是在所述单晶硅基底的下表面进行刻蚀得到的；
形成于具有梯形开口的单晶硅基底上表面的波形多层结构，所述波形多层结构包括至少一组相对设置的结构层，所述一组结构层包括两层结构层，所述两层结构层中至少一层结构层为波形；
形成于所述波形结构层表面的电极层；
其中，所述至少一组结构层构造成在外力的作用下能够发生相对位移，以检测外界的振动作用。
2.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，所述波形多层结构包括两组相对设置的结构层。
3.根据权利要求2所述的振动传感器，其特征在于，所述两组结构层中的一组结构层包括相对设置的第一结构层和第二结构层，所述第一结构层为波形，所述第二结构层的截面为直线形；
所述两组结构层中的另一组结构层包括相对设置的第三结构层和第四结构层，所述第三结构层为波形，所述第四结构层的截面为直线形。
4.根据权利要求3所述的振动传感器，其特征在于，所述第二结构层设置成靠近所述第三结构层。
5.根据权利要求3或4所述的振动传感器，其特征在于，所述第一结构层设置成靠近所述第四结构层。
6.根据权利要求5所述的振动传感器，其特征在于，所述第一结构层，其上具有多个第一孔口，所述第一孔口沿着垂直于所述第一结构层的长度方向延伸。
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