CN110366090A - Mems器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MEMS器件及其制备方法，在振动膜中形成暴露所述基底的一个或多个狭缝，并且在所述极板中形成连通间隙且与所述狭缝具有正对面积的第二通孔，在对MEMS器件进行吹汽试验等可靠性测试时，气体从背腔通入，一部分会通过所述狭缝从所述第二通孔流出，从而减小了施加到所述振动膜上的压力，相应的提高了所述振动膜的承受能力，从而提高了MEMS器件的使用寿命；并且，在所述振动膜上设置一个或多个狭缝，能够增大所述振动膜在振动过程中的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

Description

MEMS器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种MEMS器件及其制备方法。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术是指一种可将机械构件、驱动部件、光学系统、电控系统集成为一个整体的微型系统，它用微电子技术和微加工技术(如硅体微加工、硅表面微加工、晶片键合等)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器(例如惯性传感器、压力传感器、加速度传感器等)、执行器、驱动器和微系统。

现有的MEMS器件一般包括基底，所述基底具有正面与背面，且所述基底具有贯穿正面与背面的背腔，在基底的正面上形成有振动膜，振动膜覆盖背腔，在振动膜上形成有绝缘支撑部和横亘在绝缘支撑部上的极板，极板与振动膜之间具有间隙，在极板上形成有若干相互隔开的通孔。在MEMS器件工作时，声音从通孔进入间隙，引起振动膜的振动，所述振动膜与极板相对构成一个电容，使得声音信号转换成电信号。

但是，在对MEMS器件进行吹汽试验等可靠性测试时，空气经背腔进入间隙时，会直接作用在振动膜上，振动膜受到的冲击力比较大时，而容易在较短时间内出现损伤甚至破裂的问题，降低了MEMS器件的使用寿命和性能。另外，当声音从背腔进入时，也存在上述损伤和寿命较短的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS器件及其制备方法，提高振动膜的承受能力，提高MEMS器件的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供一种MEMS器件的制备方法，包括以下步骤：

提供一基底，所述基底具有正面与背面；

在所述基底的正面形成振动膜，所述振动膜具有暴露出部分所述基底的一个或多个狭缝；

在所述振动膜上形成极板，所述极板与所述振动膜绝缘隔离且在两者之间形成有间隙，在所述极板中形成有连通所述间隙的第一通孔与第二通孔，并且所述第二通孔与所述狭缝具有正对面积，所述第一通孔与所述狭缝完全错开；

在所述基底的背面形成背腔，所述背腔暴露出所述振动膜且背向所述间隙。

可选的，形成所述振动膜的步骤包括：

在所述基底的正面形成第一绝缘层，对所述第一绝缘层进行图形化形成一第一凹槽，所述第一凹槽暴露出部分所述基底；

在所述第一绝缘层上形成振动膜材料层，所述振动膜材料层填充所述第一凹槽并覆盖所述第一绝缘层，以在所述第一凹槽内形成支撑部；

对所述振动膜材料层进行图形化，暴露出所述第一绝缘层的边缘，形成覆盖所述支撑部与所述第一绝缘层的振动膜，且在所述振动膜内形成暴露出部分所述基底的狭缝；

其中，所述振动膜相对于所述支撑部在所述振动膜上的投影中心对称。

可选的，形成所述极板的步骤包括：

形成一第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述振动膜、所述狭缝以及所述第一绝缘层；

对所述第二绝缘层与所述第一绝缘层进行图行化，暴露出所述基底的边缘，且在所述第二绝缘层内形成多个第二凹槽，所述第二凹槽的深度小于所述第二绝缘层的厚度；

形成一极板材料层，所述极板材料层填满所述第二凹槽并覆盖所述第二绝缘层与所述基底；

对所述极板材料层进行图形化，暴露出所述基底的边缘以及所述第二绝缘层的边缘，以形成极板。

可选的，形成所述第一通孔与第二通孔的步骤包括：

形成一第三绝缘层，所述第三绝缘层覆盖所述极板、所述第二绝缘层以及所述基底；

对所述第三绝缘层与所述极板进行图形化，形成暴露所述第二绝缘层的多个所述第一通孔与多个所述第二通孔。

可选的，形成所述背腔的步骤包括：

对所述基底的背面进行图形化，形成暴露所述第一绝缘层的一第三凹槽，所述第三凹槽背向所述间隙，并保留所述第三凹槽中与所述支撑部具有正对面积的基底；

通过所述第三凹槽对部分所述第一绝缘层进行刻蚀，暴露出所述振动膜，形成所述背腔，所述背腔中保留有与所述支撑部具有正对面积的基底。

可选的，形成所述间隙的步骤包括：

通过所述第一通孔对部分所述第二绝缘层进行刻蚀，暴露出所述振动膜，在所述振动膜与所述极板之间形成间隙。

可选的，对所述第一绝缘层进行刻蚀形成所述背腔的步骤与对所述第二绝缘层进行刻蚀形成所述间隙的步骤在同一工艺步骤中进行。

可选的，对所述第一绝缘层与所述第二绝缘层进行刻蚀，形成所述背腔与所述间隙的同时，还形成位于所述基底边缘的多个第一支撑层与多个第二支撑层，所述第一支撑层间隔位于所述基底与所述振动膜之间，所述第二支撑层间隔位于所述振动膜与所述绝缘层之间，且所述第一支撑层与所述第二支撑层在所述基底上的投影重合。

可选的，对所述第三绝缘层与所述极板进行图形化，形成多个第一通孔与第二通孔的过程中，还包括：去除所述第一支撑层与第二支撑层的侧壁上的所述第三绝缘层。

可选的，多个所述第一支撑层均匀分布于所述基底的边缘。

可选的，在形成所述第三凹槽之前，所述MEMS器件的制备方法还包括：形成一第四绝缘层，所述第四绝缘层覆盖所述基底的正面；

在形成所述间隙的过程中，去除所述第四绝缘层。

相应的，本发明还提供一种MEMS器件，包括：

一基底，具有正面与背面；

位于所述基底的正面的振动膜，所述振动膜内形成有一个或多个狭缝，暴露出部分所述基底；

位于所述振动膜上方的极板，所述极板与所述振动膜绝缘隔离且在两者之间形成有间隙，在所述极板中形成有连通所述间隙的第一通孔与第二通孔，所述第二通孔与所述狭缝具有正对面积，所述第一通孔与所述狭缝完全错开；

位于所述基底的背面的背腔，所述背腔暴露出所述振动膜且背向所述间隙。

可选的，所述狭缝的宽度小于2μm。

可选的，所述MEMS器件还包括：位于所述振动膜与所述基底之间的支撑部，以及位于所述背腔内与所述支撑部具有正对面积的支撑基底；所述振动膜相对于所述支撑部在所述振动膜上的投影中心对称。

可选的，所述支撑部呈圆柱体状、圆台状或长方体状。

可选的，所述MEMS器件还包括：绝缘层，所述绝缘层覆盖所述极板，所述绝缘层中形成有连通所述间隙的第一通孔以及连通所述间隙且与所述狭缝具有正对面积的第二通孔。

可选的，所述MEMS器件还包括：位于所述基底边缘的多个第一支撑层与多个第二支撑层，所述第一支撑层间隔位于所述基底与所述振动膜之间，所述第二支撑层间隔位于所述振动膜与所述绝缘层之间，且所述第一支撑层与所述第二支撑层在所述基底上的投影重合。

可选的，所述背腔呈圆柱状，所述支撑基底呈长方体，连接于所述背腔周围的所述基底上，所述背腔被所述支撑基底分隔为两个子背腔。

可选的，所述背腔呈圆柱状，所述支撑基底为多条长方体相交的结构，连接于所述背腔周围的所述基底上，多个长方体相交点位于所述支撑部的下方，所述背腔被所述支撑基底分隔为多个子背腔。

可选的，所述背腔包含多个呈圆柱状的子背腔，所述子背腔之间设置有支撑基底，在所述支撑基底的边缘以及所述支撑基底的中心的所述子背腔的横截面的直径小于位于两者之间的所述子背腔的横截面的直径。

与现有技术相比，本发明提供的MEMS器件及其制备方法具有以下有益效果：

1、在振动膜中形成暴露所述基底的一个或多个狭缝，并且在所述极板中形成连通间隙且与所述狭缝具有正对面积的第二通孔，在对MEMS器件进行吹汽试验等可靠性测试时，气体从背腔通入，一部分会通过所述狭缝从所述第二通孔流出，从而减小了施加到所述振动膜上的压力，相应的提高了所述振动膜的承受能力，从而提高了MEMS器件的使用寿命；并且，在所述振动膜上设置一个或多个狭缝，能够增大所述振动膜在振动过程中的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

2、在基底的边缘处间隔设置有第一支撑层，并间隔设置有第二支撑层，所述第一支撑层位于所述基底与所述振动膜之间，所述第二支撑层位于所述振动膜与所述第三绝缘层之间，且所述第一支撑层与所述第二支撑层在所述基底上的投影重合，即所述振动膜的边缘位于所述第一支撑层与第二支撑层之间，能够限定所述振动膜相对于所述基底的横向运动，从而获得较好的机械性能，并且在没有所述第一支撑层与第二支撑层的位置处，所述振动膜呈悬空状态，可以进一步提高所述振动膜的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

3、在所述振动膜与所述基底之间形成支撑部，所述振动膜相对于所述支撑部在所述振动膜上的投影中心对称，在基底的背面形成背腔，所述背腔中设置有与所述支撑部具有正对面积的支撑基底，所述振动膜在振动时，在所述振动膜的边缘与中心之间的位置发生振动，增大了有效振动区域，由此降低MEMS 器件的灵敏度及信噪比的波动范围，从而提高MEMS器件的性能；同时减小了在机械可靠性试验中施加到振动膜上的力，从而增加MEMS器件的可靠性。

4、所述背腔包含多个呈圆柱状的子背腔，所述子背腔之间设置有支撑基底，在所述支撑基底的边缘以及所述支撑基底的中心的所述子背腔的横截面的直径小于位于两者之间的所述子背腔的横截面的直径，从所述基底的背面通入气体时，所述支撑基底的边缘与中心之间的中间位置通入的气体比较多，从而使得该区域内的振动膜的振幅增大，相应减小其他区域的振幅，从而提高MEMS器件的灵敏度及信噪比；并且，由于多个子背腔的存在，使得气体通过子背腔时受到缓冲，从而降低所述振动膜受到的压力，进一步提高了所述振动膜在可靠性测试中的承受能力。

附图说明

图1为一MEMS器件的剖面结构示意图。

图2为本发明一实施例所提供的MEMS器件的制备方法的流程图。

图3～图9为本发明一实施例所提供的MEMS器件的制备方法的各步骤剖面结构示意图。

图10～图11为本发明另一实施例所提供的MEMS器件的制备方法的各步骤剖面结构示意图。

图12～图13为本发明另一实施例所提供的MEMS器件的制备方法的各步骤剖面结构示意图。

图14为本发明一实施例所提供的MEMS器件中狭缝的俯视图。

图15为本发明一实施例所提供的MEMS器件中第一支撑部与第二支撑部的俯视图。

图16a～图16c分别为三个实施例中背腔的横截面示意图。

具体实施方式

图1为一MEMS器件的结构示意图，如图1所示，所述MEMS器件包括：基底10，所述基底10具有正面S1与背面S2，在所述基底10的正面形成有振动膜11与极板12，在所述基底10的边缘上形成有支撑部13用于支撑所述振动膜11，并且所述支撑部13包围所述振动膜11的边缘，所述极板12与所述振动膜11通过所述支撑部13绝缘隔离且在两者之间形成有间隙15，在所述基底10、所述支撑部13以及所述极板12上形成有绝缘层14，在所述绝缘层14与所述极板12中形成有连通所述间隙15的通孔(未标识)；在所述基底10的背面形成有背腔16，所述背腔16贯穿所述基底10，暴露出所述振动膜11且背向所述间隙15。

所述振动膜11与所述极板12之间形成一电容，声音通过所述通孔进入所述间隙15，引起所述振动膜11的振动，即相对于所述极板12移动，该相对的移动导致所述极板12与振动膜11形成的电容的电容值发生改变。通过测量该电容值相对于器件静止时电容参考值的变化，从而可以测量出振动膜11相对于极板12的移动，计算得到声音的大小。

如背景技术所述，所述MEMS器件的有效振动区域比较小，而振动膜11 在比较小的有效区域内会产生比较大的振幅，振动的振幅比较大会导致所述 MEMS器件的灵敏度及信噪比降低，并且，在机械类可靠性试验时施加到所述振动膜11的力比较大，严重时会导致所述振动膜11的损失或损坏，进而影响所述MEMS器件的可靠性。

针对上述问题，本申请发明人提出了一种MEMS器件的制备方法，包括：提供一基底，所述基底具有正面与背面；在所述基底的正面形成振动膜，所述振动膜中具有暴露出部分所述基底的一个或多个狭缝；在所述振动膜上形成极板，所述极板与所述振动膜绝缘隔离且在两者之间形成有间隙，在所述极板中形成有连通所述间隙的第一通孔与第二通孔，并且所述第二通孔与所述狭缝具有正对面积，所述第一通孔与所述狭缝完全错开；在所述基底的背面形成背腔，所述背腔暴露出所述振动膜且背向所述间隙。

本发明提供的MEMS器件的制备方法中，在振动膜中形成暴露所述基底的一个或多个狭缝，并且在所述极板中形成连通间隙且与所述狭缝具有正对面积的第二通孔，在对MEMS器件进行吹汽试验等可靠性测试时，气体从背腔通入，一部分会通过所述狭缝从所述第二通孔流出，从而减小了施加到所述振动膜上的压力，相应的提高了所述振动膜的承受能力，从而提高了MEMS器件的使用寿命；并且，在所述振动膜上设置一个或多个狭缝，能够增大所述振动膜在振动过程中的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。

本发明提供一种MEMS器件的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S100：提供一基底，所述基底具有正面与背面；

步骤S200：在所述基底的正面形成振动膜，所述振动膜具有暴露出部分所述基底的一个或多个狭缝；

步骤S300：在所述振动膜上形成极板，所述极板与所述振动膜绝缘隔离且在两者之间形成有间隙，在所述极板中形成有连通所述间隙的第一通孔与第二通孔，并且所述第二通孔与所述狭缝具有正对面积，所述第一通孔与所述狭缝完全错开；

步骤S400：在所述基底的背面形成背腔，所述背腔暴露出所述振动膜且背向所述间隙。

图3～图9为本发明一实施例所提供的MEMS器件的制备方法的各步骤的剖面结构示意图，图10～图11为本发明另一实施例所提供的MEMS器件的制备方法的各步骤剖面结构示意图。图12～图13为本发明另一实施例所提供的MEMS 器件的制备方法的各步骤剖面结构示意图。其中图3～图7所示的各步骤剖面结构示意图为三个实施例所共有的，在后续形成背腔的过程中，三个实施例才会产生区别，即三个实施例是形成不同结构的背腔，以下首先对第一个实施例进行说明。

请参考图2所示，并结合图3～图9，详细说明本发明一实施例提出的MEMS 器件的制备方法：

如图3所示，在步骤S100中，提供一基底100，所述基底100具有正面S1 与背面S2。所述基底100的材质可以为硅基底，也可以是锗、锗硅、砷化镓基底或绝缘体上硅基底。本领域技术人员可以根据需要选择基底，因此基底的类型不应限制本发明的保护范围。本实施例中的基底100优选为硅基底。所述基底100的正面S1与背面S2位于所述基底100的相对两侧。

在步骤S200中，在所述基底100的正面S1形成振动膜120，所述振动膜 120具有暴露出部分所述基底100的一个或多个狭缝122，形成如图4所示的结构。

首先，在所述基底100的正面S1形成第一绝缘层110，对所述第一绝缘层 110进行图形化形成一第一凹槽111，所述第一凹槽11暴露出部分所述基底100，如图3所示。

具体的，在所述基底100的正面S1上沉积第一绝缘层110，在所述第一绝缘层110上形成光刻胶层(未图示)，对所述光刻胶层进行曝光与显影，形成图像化的光刻胶层，暴露出所述第一绝缘层110上预定形成第一凹槽的位置，以所述图形化的光刻胶层为掩膜对所述第一绝缘层110进行刻蚀，至暴露出所述基底100，在所述第一绝缘层110内形成所述第一凹槽111，最后通过灰化工艺去除所述图形化的光刻胶层。可选的，所述第一绝缘层110的材质为氧化硅、氮化硅或氧化硅与氮化硅的叠层，或本领域技术人员已知的其他材料。

接着，在所述第一绝缘层110上形成振动膜材料层，所述振动膜材料层填充所述第一凹槽111并覆盖所述第一绝缘层110，以在所述第一凹槽111内形成支撑部121；然后，对所述振动膜材料层进行图形化，暴露出所述第一绝缘层 110的边缘，形成覆盖所述支撑部121与所述第一绝缘层110的振动膜120，且在所述振动膜120内形成暴露出部分所述基底100(本实施例中，是暴露所述第一绝缘层110)的狭缝122，如图4所示。

在对所述振动膜材料层进行图形化的过程中，在所述振动膜材料层内形成一个或多个狭缝，使得最终形成的所述振动膜120内形成有一个或多个狭缝122，所述狭缝122暴露出所述基底100(即暴露出所述第一绝缘层110)。

图14为本发明一实施例所提供的MEMS器件中狭缝的俯视图，如图14所示，本实施例中，所述狭缝122呈S型，多个所述狭缝122间隔排布组成一个环形，位于所述振动膜120上。在其他实施例中，所述狭缝122可以为其他的任何形状，也可以分布于所述振动膜120上的任何位置。本发明对所述狭缝122 的形状、数量及位置并不做任何限定。优选的，所述狭缝122的宽度小于2μm，以避免最终形成的MEMS器件在工作时，在低频情况下发生严重失真的问题。

所述振动膜120后续作为MEMS器件的振动膜，所述振动膜120的材料可以选择多晶硅、锗硅、锗或其他具有弹性的金属或半导体材料，确保振动膜受到声音或惯性力等的作用力而振动变形后还能回复原状，并且确保振动膜具有良好的导电性。

所述振动膜120相对于所述支撑结构121在所述振动膜120上的投影中心对称，即所述振动膜120为中心对称结构，其对称中心为所述支撑结构121在所述振动膜120上的投影，亦即所述支撑结构121位于所述振动膜120的中心位置的下方。

在本实施例中，优选的，所述支撑结构121呈圆柱体状、圆台状或长方体状，或本领域技术人员已知的其他结构。在其他实施例中，所述支撑结构的数量也可以为两个、三个或更多，即多个支撑结构紧密排列，所述振动膜120的相对于多个所述支撑结构在所述振动膜120上的投影所组成的整体中心对称。本发明对所述支撑结构121的结构及数量并不做限定。

在步骤S300中，在所述振动膜120上形成极板140，所述极板140与所述振动膜120绝缘隔离且在两者之间形成有间隙160，在所述极板140中形成有连通所述间隙160的第一通孔151与第二通孔152，并且所述第二通孔152与所述狭缝122具有正对面积，所述第一通孔151与所述狭缝122完全错开，请参考图4～图9所示。

在步骤S400中，在所述基底100的背面S2形成背腔170，所述背腔170 暴露出所述振动膜120且背向所述间隙160，请参考图8与图9所示。

以下对步骤S300与步骤S400进行详细介绍：

首先，执行步骤S301，形成极板140，即在所述振动膜120上形成极板140，如图6所示。

具体的，首先，在所述振动膜120上形成第二绝缘层130，需要说明的是，所述第二绝缘层130与所述第一绝缘层110的材质可以完全相同，因此，在附图中采用相同的填充方式，并且在图5及以后的附图中均没有对明确标明所述第二绝缘层130与第二绝缘层110的交界线，当然，所述第二绝缘层130也可以采用与所述第一绝缘层110不同的材质，本发明对此并不做限定。

所述第二绝缘层130覆盖所述振动膜120、所述狭缝122以及所述第一绝缘层110。接着，对所述第二绝缘层130与所述第一绝缘层110进行图形化，具体的，在所述第二绝缘层130上形成图形化的光刻胶层，以所述图形化的光刻胶层为掩膜，对所述第二绝缘层130与所述第一绝缘层110进行刻蚀，暴露出所述基底100的边缘，并且在所述第二绝缘层130内形成多个第二凹槽131，如图 5所示。所述第二凹槽131的深度小于所述第二绝缘层130的厚度，即所述第二凹槽131并未暴露出所述振动膜120。可选的，所述第二凹槽131均匀分布于所述第二绝缘层130上，且所述第二凹槽131与所述振动膜120相对应。

接着，形成一极板材料层，所述极板材料层填满所述第二凹槽131并覆盖所述第二绝缘层130以及所述基底100。最后，对所述极板材料层进行图形化，即在所述极板材料层上形成图形化的光刻胶层，以所述图形化的光刻胶层为掩膜，对所述极板材料层进行刻蚀，暴露出所述基底100的边缘以及所述第二绝缘层130的边缘，形成极板140，如图6所示。所述极板140的材料可选择多晶硅、锗硅或锗，还可以为其他金属如铝，或者本领域技术人员已知的其他材料。

执行步骤S302，形成第一通孔与第二通孔，即在所述极板140上形成第一通孔151与第二通孔152，如图7所示。

具体的，首先，形成一第三绝缘层150，所述第三绝缘层150覆盖所述极板 140、所述第二绝缘层130以及所述基底100；然后，对所述第三绝缘层150与所述极板140进行图像化，形成暴露出所述第二绝缘层130的多个第一通孔151 与多个第二通孔152，所述第二通孔152与所述狭缝122具有正对面积，所述第一通孔151与所述狭缝122完全错开。例如可以通过在所述第三绝缘层150上形成图形化的光刻胶层，暴露出预定形成的通孔在所述第三绝缘层上的位置，然后以图形化的光刻胶层为掩膜，对所述第三绝缘层150以及所述极板140进行刻蚀，直至暴露出所述第二绝缘层130，在所述第三绝缘层150以及所述极板 140中形成多个第一通孔151与多个第二通孔。

所述第一通孔151主要作为MEMS器件的声孔，而所述第二通孔152与所述狭缝122具有正对面积，所述第二通孔152与所述狭缝122组成空气通道，在对MEMS器件进行吹汽试验等可靠性测试时，气体从背腔通入，一部分会通过所述狭缝122从所述第二通孔152流出，从而减小了施加到所述振动膜120 上的压力，相应的提高了所述振动膜在可靠性测试中的承受能力。所述第一通孔151的尺寸与所述第二通孔152的尺寸可以相同也可以不同，本发明对此不做限定。

在本实施例中，所述狭缝122位于所述振动膜120的边缘，因此，所述第二通孔152也位于所述第三绝缘层150的边缘，并且在所述狭缝122的上方仅存在有第三绝缘层150，并没有极板140，因此仅需对所述第三绝缘层150进行图形化就可以形成所述第二通孔152。在其他实施例中，当所述狭缝122位于所述振动膜120的中间区域时，所述第二通孔152可以与所述第一通孔151完全一致，即可以将多个声孔中的某些声孔与所述狭缝122具有正对面积，即可组成空气通道，并且此时需要对所述第三绝缘层与极板进行图形化才能够形成声孔。

接着，可选的，在所述基底100的正面S1上形成第四绝缘层(未图示)，所述第四绝缘层填充所述第一通孔151与第二通孔152，并覆盖所述第三绝缘层 150以及所述基底100，亦即所述第四绝缘层覆盖所述基底100的正面S1。避免后续对所述基底100的背面进行操作时对所述基底100的正面的结构造成影响。所述第四绝缘层的材料优选为氧化硅、氮化硅或氧化硅/氮化硅的叠层结构，或本领域技术人员已知的其他材料。

然后执行步骤S401，形成第三凹槽，即在所述基底100的背面S2上形成第三凹槽101，如图8所示。具体的，对所述基底100的背面S2进行图形化，形成暴露所述第一绝缘层110的第三凹槽101，所述第三凹槽101背向所述间隙，并保留所述第三凹槽101中与所述支撑部121具有正对面积的基底，即支撑基底102。

然后同时执行步骤S303与步骤S402，形成间隙与背腔，即在所述极板140 与所述振动膜120之间形成间隙160，在所述第三凹槽101内形成背腔170，形成如图9所示的结构。

具体的，采用BOE(Buffered Oxide Etch，缓冲氧化物刻蚀)法，将上一步骤中形成的结构放置于氧化物刻蚀液中，刻蚀液通过第三凹槽101对所述第一绝缘层110进行刻蚀至暴露出所述振动膜120，在所述基底100的背面形成背腔 170。在刻蚀液对所述第一绝缘层110进行刻蚀的过程中，所述刻蚀液同时对所述第四绝缘层进行刻蚀，去除所述第四绝缘层之后，通过所述通孔151对所述第二绝缘层130进行刻蚀，去除部分所述第二绝缘层130，形成位于所述振动膜 120与极板140之间的间隙160。也就是说，所述第四绝缘层的去除、所述间隙 160的形成与所述背腔170的形成，是在同一工艺步骤(即BOE)中进行的。

当然，在其他实施例中，所述第四绝缘层的去除、所述间隙160的形成与所述背腔170的形成可以不在同一步骤中进行，本发明对此并不做限定。

在通过所述第一通孔151(当然也可以同时通过所述第二通孔152)对所述第二绝缘层130进行刻蚀，通过所述第三凹槽101对所述第一绝缘层110进行刻蚀，使得所述第一绝缘层110形成第一支撑层112，第二绝缘层130形成第二支撑层132。请参考图15所示，其为本发明一实施例所提供的MEMS器件中第一支撑部与第二支撑部的俯视图，如图15所示，所述第一支撑层112与第二支撑层132位于所述基底的边缘，且均间隔排列。可选的，所述第一支撑层112 与第二支撑层132均匀分布于所述基底100的边缘。在本实施例中，仅示出了6 个第一支撑层112与第二支撑层132，在其他实施例中，所述第一支撑层112与第二支撑层132的数量并不受限定。

请继续参考图9所示，所述第一支撑层112与第二支撑层132均间隔设置于所述基底100的边缘，且所述第一支撑层112与所述第二支撑层132在所述基底100上的投影重合，即所述第二支撑层132位于所述第一支撑层112的上方。所述第一支撑层112位于所述振动膜120与所述基底100之间，所述第二支撑层132位于所述振动膜120与所述第三绝缘层150之间，即所述振动膜120 的边缘位于所述第一支撑层112与所述第二支撑层132之间，能够限定所述振动膜120相对于所述基底100的横向运动，从而获得较好的机械性能，并且在没有所述第一支撑层112与第二支撑层132的位置处，所述振动膜120呈悬空状态，可以进一步提高所述振动膜120的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

需要说明的是，在步骤S302，即对所述第三绝缘层150与所述极板140进行图形化，形成多个第一通孔151与第二通孔152的过程中，还包括：去除所述第一支撑层112与第二支撑层132的侧壁上的所述第三绝缘层150，从而在后续进行步骤S303与步骤S402的过程中，即BOE的过程中，刻蚀液会对所述第一绝缘层110与第二绝缘层130的边缘进行刻蚀，最终形成如图9所示的结构。

在形成所述第三凹槽101的过程中，暴露与所述支撑部121具有正对面积的所述基底100作为支撑基底102。即在本实施例中，在所述振动膜120与所述基底100之间形成支撑部121，所述振动膜120相对于所述支撑部121在所述振动膜120上的投影中心对称，在基底100的背面形成背腔170，所述背腔170中设置有与所述支撑部121具有正对面积的支撑基底102，所述振动膜120在振动时，在所述振动膜120的边缘与中心之间的位置发生振动，增大了有效振动区域，由此降低MEMS器件的灵敏度及信噪比的波动范围，从而提高MEMS器件的性能；同时减小了在机械可靠性试验中施加到振动膜上的力，从而增加MEMS 器件的可靠性。

本实施例中，所述背腔170呈圆柱状，且在所述背腔170内设置有与所述支撑部121具有正对面积的支撑基底102，所述支撑基底102连接于所述背腔周围的所述基底100上。优选的，所述支撑基底102呈长方体，所述背腔170被所述支撑基底102分隔为两个子背腔，如图16a所示。其中，支撑基底102在 EE’方向上的截面图如图9所示。

本发明提供的MEMS器件的制备方法中，在振动膜120中形成暴露所述基底100的一个或多个狭缝122，并且在所述极板140中形成连通间隙160且与所述狭缝122具有正对面积的第二通孔152，在对MEMS器件进行吹汽试验等可靠性测试时，气体从背腔170通入，一部分会通过所述狭缝122从所述第二通孔152流出，从而减小了施加到所述振动膜120上的压力，相应的提高了所述振动膜120的承受能力，从而提高了MEMS器件的使用寿命；并且，在所述振动膜120上设置一个或多个狭缝122，能够增大所述振动膜120在振动过程中的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

进一步的，在基底100的边缘处间隔设置有第一支撑层112，并间隔设置有第二支撑层132，所述第一支撑层112位于所述基底100与所述振动膜120之间，所述第二支撑层132位于所述振动膜120与所述第三绝缘层150之间，且所述第一支撑层112与所述第二支撑层132在所述基底100上的投影重合，即所述振动膜120的边缘位于所述第一支撑层112与第二支撑层132之间，能够限定所述振动膜120相对于所述基底100的横向运动，从而获得较好的机械性能，并且在没有所述第一支撑层112与第二支撑层132的位置处，所述振动膜120 呈悬空状态，可以进一步提高所述振动膜120的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

进一步的，在所述振动膜120与所述基底100之间形成支撑部121，所述振动膜120相对于所述支撑部121在所述振动膜120上的投影中心对称，在基底 100的背面形成背腔170，所述背腔170中设置有与所述支撑部121具有正对面积的支撑基底102，所述振动膜120在振动时，在所述振动膜120的边缘与中心之间的位置发生振动，增大了有效振动区域，由此提高了MEMS器件的灵敏度及信噪比的波动范围，从而提高MEMS器件的性能，同时减小了在机械可靠性试验中施加到振动膜上的力，从而增加MEMS器件的可靠性。

在本发明另一实施例中，与上一实施例的不同之处在于最终形成的背腔的结构不同，亦即支撑基底的结构不同，请参考图10与图11所示，详细说明其不同之处。

在步骤S401中，形成第三凹槽，即在所述基底100的背面S2上形成第三凹槽101，如图10所示。具体的，对所述基底100的背面S2进行图形化，形成暴露所述第一绝缘层110的第三凹槽101，所述第三凹槽101背向所述间隙，并保留所述第三凹槽101中与所述支撑部121具有正对面积的基底，即支撑基底 102。

本实施例中，所述第三凹槽101的形状与实施例一并不相同，之后在执行步骤S303与步骤S402，形成间隙与背腔的过程中，通过所述第三凹槽101对所述第一绝缘层110进行刻蚀形成的背腔170的形状并不相同，最终形成如图11 所示的结构。请参考图16b所示，所述背腔170呈圆柱状，且在所述背腔170 内设置有与所述支撑部具有正对面积的支撑基底102，所述支撑基底102连接于所述背腔170周围的所述基底100上。所述支撑基底102为多条长方体相交的结构，多个长方体相交点位于所述支撑部的下方，所述背腔170被所述支撑基底102分隔为多个子背腔。在图16b中还标示出了所述基底100的位置，以便于确定基底100与支撑基底102的位置关系，但是所述基底100并不限于图示的正方形。其中，图16b中，所述支撑基底102在EE’方向上的截面图如图11 所示。

与上一实施例相比，本实施例提供的所述支撑基底102，其结构更为牢固，使得所述MEMS器件的结构更为牢固。

在本发明第三实施例中，与第一实施例的不同之处在于最终形成的背腔的结构不同，亦即支撑基底的结构不同，请参考图12与图13所示，详细说明其不同之处。

在步骤S401中，形成第三凹槽，即在所述基底100的背面S2上形成第三凹槽101，如图10所示。具体的，对所述基底100的背面S2进行图形化，形成暴露所述第一绝缘层110的第三凹槽101，所述第三凹槽101背向所述间隙，并保留所述第三凹槽101中与所述支撑部121具有正对面积的基底，即支撑基底 102。

本实施例中，所述第三凹槽101的形状与实施例一并不相同，之后在执行步骤S303与步骤S402，形成间隙与背腔的过程中，通过所述第三凹槽101对所述第一绝缘层110进行刻蚀形成的背腔170的形状并不相同，最终形成如图13 所示的结构。请参考图16c所示，所述背腔170包含多个呈圆柱状的子背腔170’，所述子背腔170’之间设置有支撑基底102，在所述支撑基底102的边缘以及所述支撑基底102的中心的所述子背腔170’的横截面的直径小于位于两者之间的所述子背腔170’的横截面的直径。即直径A与直径D均小于直径B与直径C，即在图16c中，位于中心的区域以及位于边缘的区域的直径均小于位于中间的区域的直径，即所述直径呈现中间大两端小的趋势。其中，图16c中，所述支撑基底102在EE’方向上的截面图如图13所示。

与上述两个实施例相比，本实施例提供的所述支撑基底102的结构具有以下优点：

从所述基底100的背面S2通入气体时，所述支撑基底102的边缘与中心之间的中间位置通入的气体比较多，从而使得该区域内的振动膜的振幅增大，相应减小其他区域的振幅，从而提高MEMS器件的灵敏度；并且，由于多个子背腔170’的存在，使得气体通过子背腔170’时受到缓冲，从而降低所述振动膜120 受到的压力，进一步提高了所述振动膜120在可靠性测试中的承受能力。

相应的，本发明还提供一种MEMS器件，采用如上所述的MEMS器件的制备方法制备而成。如图9、11与13所示，本发明提供的MEMS器件，包括：

一基底100，具有正面S1与反面S2；

位于所述基底100的正面S1的振动膜120，所述振动膜120内形成有一个或多个狭缝122，暴露出部分所述基底100；

位于所述振动膜120上方的极板140，所述极板140与所述振动膜120绝缘隔离且在两者之间形成有间隙160，在所述极板140中形成有连通所述间隙160 的第一通孔151与第二通孔152，所述第二通孔152与所述狭缝122具有正对面积，所述第一通孔151与所述狭缝122完全错开；

位于所述基底100的背面的背腔170，所述背腔170暴露出所述振动膜120 且背向所述间隙160。

进一步的，所述狭缝122的宽度小于2μm。

进一步的，所述MEMS器件还包括：位于所述振动膜120与所述基底100 之间的支撑部121，所述振动膜120相对于所述支撑部121在所述振动膜120上的投影中心对称。

进一步的，所述支撑部呈圆柱体状、圆台状或长方体状。

进一步的，所述MEMS器件还包括：绝缘层150，所述绝缘层150覆盖所述极板140，所述绝缘层150中形成有连通所述间隙160的第一通孔151以及连通所述间隙160且与所述狭缝122具有正对面积的第二通孔152。

进一步的，所述MEMS器件还包括：位于所述基底100边缘的多个第一支撑层112与多个第二支撑层132，所述第一支撑层112间隔位于所述基底100与所述振动膜120之间，所述第二支撑层132间隔位于所述振动膜120与所述绝缘层150之间，且所述第一支撑层112与所述第二支撑层132在所述基底100 上的投影相重合。

进一步的，请参考图9与图16a所示，所述背腔170呈圆柱状，且在所述背腔170内设置有与所述支撑部121具有正对面积的支撑基底102，所述支撑基底102连接于所述背腔170周围的所述基底100上。且所述支撑基底102呈长方体，所述背腔170被所述支撑基底102分隔为两个子背腔。

进一步的，请参考图11与图16b所示，所述背腔170呈圆柱状，且在所述背腔170内设置有与所述支撑部121具有正对面积的支撑基底102，所述支撑基底102连接于所述背腔170周围的所述基底100上。且所述支撑基底102为多条长方体相交的结构，多个长方体相交点位于所述支撑部121的下方，所述背腔被所述支撑基底102分隔为多个子背腔。

进一步的，请参考图13与图16b所示，所述背腔170包含多个呈圆柱状的子背腔170’，所述子背腔170’之间设置有支撑基底102，在所述支撑基底102 的边缘以及所述支撑基底102的中心的所述子背腔170’的横截面的直径小于位于两者之间的所述子背腔170’的横截面的直径。

综上所述，本发明提供的MEMS器件及其制备方法中，在振动膜中形成暴露所述基底的一个或多个狭缝，并且在所述极板中形成连通间隙且与所述狭缝具有正对面积的第二通孔，在对MEMS器件进行吹汽试验等可靠性测试时，气体从背腔通入，一部分会通过所述狭缝从所述第二通孔流出，从而减小了施加到所述振动膜上的压力，相应的提高了所述振动膜的承受能力，从而提高了 MEMS器件的使用寿命；并且，在所述振动膜上设置一个或多个狭缝，能够增大所述振动膜在振动过程中的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

在基底的边缘处间隔设置有第一支撑层，并间隔设置有第二支撑层，所述第一支撑层位于所述基底与所述振动膜之间，所述第二支撑层位于所述振动膜与所述第三绝缘层之间，且所述第一支撑层与所述第二支撑层在所述基底上的投影重合，即所述振动膜的边缘位于所述第一支撑层与第二支撑层之间，能够限定所述振动膜相对于所述基底的横向运动，从而获得较好的机械性能，并且在没有所述第一支撑层与第二支撑层的位置处，所述振动膜呈悬空状态，可以进一步提高所述振动膜的振幅，由此提高MEMS器件的灵敏度及信噪比。

在所述振动膜与所述基底之间形成支撑部，所述振动膜相对于所述支撑部在所述振动膜上的投影中心对称，在基底的背面形成背腔，所述背腔中设置有与所述支撑部具有正对面积的支撑基底，所述振动膜在振动时，在所述振动膜的边缘与中心之间的位置发生振动，增大了有效振动区域，由此降低MEMS器件的灵敏度及信噪比的波动范围，从而提高MEMS器件的性能，同时减小了在机械可靠性试验中施加到振动膜上的力，从而增加MEMS器件的可靠性。

所述背腔包含多个呈圆柱状的子背腔，所述子背腔之间设置有支撑基底，在所述支撑基底的边缘以及所述支撑基底的中心的所述子背腔的横截面的直径小于位于两者之间的所述子背腔的横截面的直径，从所述基底的背面通入气体时，所述支撑基底的边缘与中心之间的中间位置通入的气体比较多，从而使得该区域内的振动膜的振幅增大，相应减小其他区域的振幅，从而提高MEMS器件的灵敏度；并且，由于多个子背腔的存在，使得气体通过子背腔时受到缓冲，从而降低所述振动膜受到的压力，进一步提高了所述振动膜在可靠性测试中的承受能力。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (20)

1.一种MEMS器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基底，所述基底具有正面与背面；

在所述基底的正面形成振动膜，所述振动膜具有暴露出部分所述基底的一个或多个狭缝；

在所述振动膜上形成极板，所述极板与所述振动膜绝缘隔离且在两者之间形成有间隙，在所述极板中形成有连通所述间隙的第一通孔与第二通孔，并且所述第二通孔与所述狭缝具有正对面积，所述第一通孔与所述狭缝完全错开；

在所述基底的背面形成背腔，所述背腔暴露出所述振动膜且背向所述间隙。

2.如权利要求1所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，形成所述振动膜的步骤包括：

在所述基底的正面形成第一绝缘层，对所述第一绝缘层进行图形化形成一第一凹槽，所述第一凹槽暴露出部分所述基底；

在所述第一绝缘层上形成振动膜材料层，所述振动膜材料层填充所述第一凹槽并覆盖所述第一绝缘层，以在所述第一凹槽内形成支撑部；

对所述振动膜材料层进行图形化，暴露出所述第一绝缘层的边缘，形成覆盖所述支撑部与所述第一绝缘层的振动膜，且在所述振动膜内形成暴露出部分所述基底的狭缝；

其中，所述振动膜相对于所述支撑部在所述振动膜上的投影中心对称。

3.如权利要求2所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，形成所述极板的步骤包括：

形成一第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述振动膜、所述狭缝以及所述第一绝缘层；

对所述第二绝缘层与所述第一绝缘层进行图行化，暴露出所述基底的边缘，且在所述第二绝缘层内形成多个第二凹槽，所述第二凹槽的深度小于所述第二绝缘层的厚度；

形成一极板材料层，所述极板材料层填满所述第二凹槽并覆盖所述第二绝缘层与所述基底；

对所述极板材料层进行图形化，暴露出所述基底的边缘以及所述第二绝缘层的边缘，以形成极板。

4.如权利要求3所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，形成所述第一通孔与第二通孔的步骤包括：

形成一第三绝缘层，所述第三绝缘层覆盖所述极板、所述第二绝缘层以及所述基底；

对所述第三绝缘层与所述极板进行图形化，形成暴露所述第二绝缘层的多个所述第一通孔与多个所述第二通孔。

5.如权利要求4所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，形成所述背腔的步骤包括：

对所述基底的背面进行图形化，形成暴露所述第一绝缘层的一第三凹槽，所述第三凹槽背向所述间隙，并保留所述第三凹槽中与所述支撑部具有正对面积的基底；

通过所述第三凹槽对部分所述第一绝缘层进行刻蚀，暴露出所述振动膜，形成所述背腔，所述背腔中保留有与所述支撑部具有正对面积的基底。

6.如权利要求5所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，形成所述间隙的步骤包括：

通过所述第一通孔对部分所述第二绝缘层进行刻蚀，暴露出所述振动膜，在所述振动膜与所述极板之间形成间隙。

7.如权利要求6所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，对所述第一绝缘层进行刻蚀形成所述背腔的步骤与对所述第二绝缘层进行刻蚀形成所述间隙的步骤在同一工艺步骤中进行。

8.如权利要求7所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，对所述第一绝缘层与所述第二绝缘层进行刻蚀，形成所述背腔与所述间隙的同时，还形成位于所述基底边缘的多个第一支撑层与多个第二支撑层，所述第一支撑层间隔位于所述基底与所述振动膜之间，所述第二支撑层间隔位于所述振动膜与所述绝缘层之间，且所述第一支撑层与所述第二支撑层在所述基底上的投影重合。

9.如权利要求8所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，对所述第三绝缘层与所述极板进行图形化，形成多个第一通孔与第二通孔的过程中，还包括：去除所述第一支撑层与第二支撑层的侧壁上的所述第三绝缘层。

10.如权利要求8所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，多个所述第一支撑层均匀分布于所述基底的边缘。

11.如权利要求8所述的MEMS器件的制备方法，其特征在于，在形成所述第三凹槽之前，所述MEMS器件的制备方法还包括：形成一第四绝缘层，所述第四绝缘层覆盖所述基底的正面；

在形成所述间隙的过程中，去除所述第四绝缘层。

12.一种MEMS器件，其特征在于，包括：

一基底，具有正面与背面；

位于所述基底的正面的振动膜，所述振动膜内形成有一个或多个狭缝，暴露出部分所述基底；

位于所述振动膜上方的极板，所述极板与所述振动膜绝缘隔离且在两者之间形成有间隙，在所述极板中形成有连通所述间隙的第一通孔与第二通孔，所述第二通孔与所述狭缝具有正对面积，所述第一通孔与所述狭缝完全错开；

位于所述基底的背面的背腔，所述背腔暴露出所述振动膜且背向所述间隙。

13.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述狭缝的宽度小于2μm。

14.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件还包括：位于所述振动膜与所述基底之间的支撑部，以及位于所述背腔内与所述支撑部具有正对面积的支撑基底；所述振动膜相对于所述支撑部在所述振动膜上的投影中心对称。

15.如权利要求14所述的MEMS器件，其特征在于，所述支撑部呈圆柱体状、圆台状或长方体状。

16.如权利要求14所述的MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件还包括：绝缘层，所述绝缘层覆盖所述极板，所述绝缘层中形成有连通所述间隙的第一通孔以及连通所述间隙且与所述狭缝具有正对面积的第二通孔。

17.如权利要求16所述的MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件还包括：位于所述基底边缘的多个第一支撑层与多个第二支撑层，所述第一支撑层间隔位于所述基底与所述振动膜之间，所述第二支撑层间隔位于所述振动膜与所述绝缘层之间，且所述第一支撑层与所述第二支撑层在所述基底上的投影重合。

18.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述背腔呈圆柱状，所述支撑基底呈长方体，连接于所述背腔周围的所述基底上，所述背腔被所述支撑基底分隔为两个子背腔。

19.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述背腔呈圆柱状，所述支撑基底为多条长方体相交的结构，连接于所述背腔周围的所述基底上，多个长方体相交点位于所述支撑部的下方，所述背腔被所述支撑基底分隔为多个子背腔。

20.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述背腔包含多个呈圆柱状的子背腔，所述子背腔之间设置有支撑基底，在所述支撑基底的边缘以及所述支撑基底的中心的所述子背腔的横截面的直径小于位于两者之间的所述子背腔的横截面的直径。