CN112399311A - 用于双背板换能器的膜支撑件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于双背板换能器的膜支撑件。一种微加工结构，包括：可偏转膜、在可偏转膜的第一表面的第一夹持层、在可偏转膜的第二表面的第二夹持层、在第一夹持层上的第一穿孔背板以及在第二夹持层上的第二穿孔背板，其中，第一夹持层包括第一锥形边缘部分，该第一锥形边缘部分在第一穿孔背板与可偏转膜之间具有负斜率。

Description

用于双背板换能器的膜支撑件
技术领域
本发明总体上涉及用于在双背板换能器中支撑膜的系统和方法。
背景技术
换能器将信号从一个域转换到另一个域，并且通常用于传感器中。在日常生活中看到的具有换能器的一种常见传感器是将声波转换为电信号的麦克风。
基于微机电系统(MEMS)的传感器包括使用微机械加工技术生产的一系列换能器。MEMS(诸如MEMS麦克风)通过测量换能器中的物理状态的变化并且传输要由连接到MEMS传感器的电子设备处理的信号，来从环境中收集信息。可以使用类似于用于集成电路的微机械加工技术的微机械加工技术来加工MEMS装置。
MEMS装置可以被设计为用作振荡器、谐振器、加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风、微镜等。许多MEMS装置使用电容感测技术来将物理现象换能为电信号。在这样的应用中，使用接口电路将传感器中的电容变化转换为电压信号。
例如，电容式MEMS麦克风包括背板电极和与背板电极平行布置的膜。背板电极和膜形成平行板电容器。背板电极和膜由布置在衬底上的支撑结构支撑。
电容式MEMS麦克风能够在与背板电极平行布置的膜上换能声压波，例如语音。背板电极被穿孔，使得声压波穿过背板，同时由于跨膜形成的压力差使膜振动。因此，膜与背板电极之间的空气间隙随膜的振动而变化。膜相对于背板电极的变化引起膜与背板电极之间的电容的变化。电容的这种变化响应于膜的运动而被转换为输出信号，并且形成换能信号。
MEMS装置的一个特性是MEMS装置的鲁棒性。例如，电容式MEMS麦克风具有特有的鲁棒性，该特有的鲁棒性决定MEMS麦克风在不损坏的情况下可以承受的冲击或撞击的幅度。通常，可偏转的膜比MEMS麦克风的其他部分更容易由于冲击或撞击而断裂或失效。
发明内容
根据实施例，一种微加工结构，包括：可偏转膜；第一夹持层，设置在可偏转膜的第一表面上；第二夹持层，设置在可偏转膜的第二表面上；第一穿孔背板，设置在第一夹持层上；以及第二穿孔背板，设置在第二夹持层上；其中，第一夹持层包括第一锥形边缘部分，该第一锥形边缘部分在第一穿孔背板与可偏转膜之间具有负斜率。
根据实施例，一种微加工结构，包括：穿孔定子；第一隔离层，设置在穿孔定子的第一表面上；第二隔离层，设置在穿孔定子的第二表面上；第一膜，设置在第一隔离层上；第二膜，设置在第二隔离层上；以及支柱，耦接在第一膜与第二膜之间；其中，第一隔离层包括第一锥形边缘部分，该第一锥形边缘部分在穿孔定子与第一膜之间具有负斜率。
根据实施例，一种方法，包括：形成膜；在膜的第一表面上形成第一夹持层；在膜的第二表面上形成第二夹持层；在第一夹持层上形成第一背板；形成设置在第二夹持层上的第二背板；并且蚀刻第一夹持层以形成在第一背板与膜之间具有负斜率的第一锥形边缘部分。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图的以下描述，其中：
图1A、图3A、图4A和图5A是示例性双背板MEMS麦克风的截面图；
图1B、图2A、图3B、图4B、图5B和图5C是根据实施例的双背板MEMS麦克风的截面图；
图2B是根据实施例的磷含量与夹持层锥角的曲线图；
图2C是示出根据实施例的双背板MEMS麦克风的容许应力水平相对于示例性双背板MEMS麦克风的容许应力水平的改进的曲线图；
图6A、图6B、图6C、图6D和图6E是与图3A、图3B、图4B、图5B和图5C的MEMS麦克风相关联的层表；
图7是与图3B的MEMS麦克风相关联的详细处理流程的表；
图8是与图5C的MEMS麦克风相关联的详细处理流程的表；
图9A是示例性密封双膜MEMS麦克风的截面图；
图9B和图9C是根据实施例的密封双膜MEMS麦克风的截面图；以及
图10A是与图9A的MEMS麦克风相关联的层表；以及
图10B是与图9B的MEMS麦克风相关联的层表。
除非另有指示，否则不同附图中的对应数字和符号通常指代对应部分。附图被绘制以清楚地示出实施例的相关方面，并且未必按比例绘制。
具体实施例
下面详细讨论各种实施例的制造和使用。然而，应当理解，本文描述的各种实施例适用于各种各样的特定上下文。所讨论的特定实施例仅是示出了制造和使用各种实施例的特定方式，并且不应在有限的范围内解释。
对于特定上下文中的各种实施例(即麦克风换能器，并且更具体地，MEMS麦克风)进行描述。本文描述的各种实施例中的一些实施例包括双背板硅麦克风和密封双膜硅麦克风。
双背板MEMS硅麦克风通常包括顶部穿孔背板和底部穿孔背板、柔性膜、顶部背板与柔性膜之间的顶部夹持层以及底部背板与柔性膜之间的底部夹持层。通过偏移顶部夹持层和底部夹持层的氧化物边缘的相对位置，可以达到对于一个方向的空气压力和跌落测试的高鲁棒性。对于另一方向，双背板麦克风示出了鲁棒性的显著弱点。因此，根据实施例，除了顶部夹持层和底部夹持层的氧化物边缘的相对放置之外，通过使用至少一个锥形夹持层在两个方向上都实现了高鲁棒性。其他实施例通过使用两个锥形夹持层或通过使用两个双锥形夹持层在两个方向上都实现了甚至更高的鲁棒性。
密封双膜MEMS硅麦克风通常包括顶部膜和底部膜、穿孔定子、顶部膜与定子之间的顶部隔离层、底部膜与定子之间的底部隔离层以及耦接在顶部膜与底部膜之间的支柱。难以达到对空气压力和跌落测试的高鲁棒性。关于两个方向，密封双膜麦克风示出了鲁棒性的显著弱点。因此，根据实施例，通过将两个锥形或双锥形隔离层用于顶部夹持层和底部夹持层，在两个方向上都实现了高鲁棒性。
图1A是包括顶部穿孔硅背板108、顶部氧化物夹持层110A、柔性硅膜112、底部氧化物夹持层114以及底部穿孔硅背板116的示例性双背板硅麦克风102A的截面图。如果膜112偏转到顶部，则顶部夹持层110A的垂直边缘相对于底部夹持层114的垂直边缘偏移以增加鲁棒性。然而，对于另一方向(膜112偏转到底部)，双背板麦克风102A示出了鲁棒性的显著弱点。由于在膜112的两侧上几乎垂直成形的膜夹持，如果膜112偏转到底部(向下方向箭头104)，则产生“热点”或“缺口效应”106A。
图1B是根据包括顶部穿孔硅背板108、锥形顶部氧化物夹持层110B、柔性硅膜112、底部氧化物夹持层114以及底部穿孔硅背板116的实施例，在两个方向上具有增加的鲁棒性的双背板硅麦克风102B的截面图。尽管顶部夹持层110B的锥形边缘相对于底部夹持层114的垂直边缘偏移以在膜112偏转到顶部的情况下增加鲁棒性，但是顶部夹持层110B的锥形边缘本身在膜112偏转到底部的情况下增加鲁棒性，如下面进一步详细解释的。
锥形顶部夹持层110B的斜率从顶部背板108到膜112是“负的”(下坡)。反之，锥形顶部夹持层110B的斜率从膜112到顶部背板108是“正的”(上坡)。在图1B中示出了相对于膜112的34°的典型锥角122，然而如果膜112被偏转到底部(向下方向箭头104)，锥角的范围可以用于有利地提供增加的鲁棒性并且减小“热点”或“缺口效应”106B。
图1B中还示出了硅衬底118，该硅衬底118为双背板麦克风102B提供支撑。还在双背板麦克风102B中的穿孔下方示出了衬底118中的空腔120。
图2A是双背板麦克风102B的截面图，示出了顶部夹持层110B的进一步细节。特别地，图2A示出了附加的上夹持层110C。在示例中，夹持层110B和110C形成用于夹持膜112的顶侧的TEOS/PSG氧化物层堆叠。TEOS在本领域中被称为原硅酸四乙酯，并且PSG在本领域中被称为基于TEOS的硅酸磷盐玻璃。TEOS和PSG层也可以被称为玻璃层。TEOS的蚀刻速率大约为20nm/min(低蚀刻速率)，而PSG(5.1％的磷)的蚀刻速率大约为35nm/min(高蚀刻速率)。薄PSG夹持层110C与相对较厚的TEOS夹持层110B的组合导致组合夹持层具有如图所示的具有锐锥角122的锥形边缘。在初始制造阶段(图2A中未示出)中对夹持层110C和110B的垂直边缘的各向同性蚀刻将随着蚀刻在时间上的推移而最终由于层110C和110B的相对蚀刻速率而导致图2A所示的线性锥形边缘。
图2B是根据实施例的TEOS夹持层的锥角406与PSG夹持层的磷含量404的曲线图402。增加图2A所示的夹持层110C的磷含量增加PSG蚀刻速率，并且因此减小图2A所示的夹持层110B的锥角。该关系在图2B中示出为夹持层110B的锥角406相对于夹持层110C的磷含量404的负线性斜率412。也在图2B中示出了锥角的典型值。例如，夹持层110C中的4％的磷含量将导致约40°的锥角(相对于膜112)。夹持层110C中的5％的磷含量将导致约35°的锥角，并且夹持层110C中6％的磷含量将导致约30°的锥角。因此，特定的磷百分比408将导致在沿着负线性斜率412的点414处的对应的锥角410。尽管在图2B中示出了使磷含量与锥角相关的三个示例，但是可以设想其他示例，包括在给定的数据点之间或者在图2B所示的范围之外的示例。
图2C是示出根据实施例的双背板MEMS麦克风的容许应力水平相对于示例性双背板MEMS麦克风的容许应力水平的改进的曲线图500。图2C示出了之前的膜中的应力504与施加到MEMS装置的应力502(空气压力)。示出了“裂纹极限”506，“裂纹极限”506表示在发生损坏(裂纹)之前能够被膜吸收的最大应力。在实施例中，裂纹极限约为5千兆帕(GPa)，但是其他实施例将具有不同的裂纹极限，这取决于例如膜的厚度和材料以及其他因素。示例性双背板麦克风将具有应力响应508，该应力响应508具有第一正斜率，该第一正斜率在施加的约3bar或约43psi的应力水平512处达到裂纹极限506。包括在下面进一步详细描述的锥形夹持层的双背板麦克风实施例将具有应力响应514，该应力响应514具有第二正斜率，该第二正斜率在施加的约6bar或约87psi的应力水平514处达到裂纹极限506，从而导致约3bar或约44psi的净改进516。尽管裂纹极限506对于两个装置是相同的，但是实施例装置有利地能够在达到裂纹极限506之前吸收更大的施加应力。
为了便于对比本文描述的各种双背板麦克风实施例，示例性双背板麦克风在图3A、图4A和图5A中示出，并且在下面进行描述。双背板麦克风实施例在图3B、图4B、图5B和图5C中示出，并且在下面进行描述。
图3A示出了先前关于图1A描述的示例性双背板麦克风102A，双背板麦克风102A包括第一穿孔背板116、第一夹持层114、柔性膜112、第二夹持层110A以及第二穿孔背板108。第二夹持层110A的垂直边缘在第一夹持层114的垂直边缘上延伸，如果膜112在向下方向104上偏转，则这会在106A处产生热点或缺口效应，如先前所讨论的。
图3B示出了先前关于图1B描述的实施例双背板麦克风102B，双背板麦克风102B包括第二夹持层，该第二夹持层包括如先前所讨论的慢速蚀刻速率层110B和快速蚀刻层110C，其中，当膜112在向下方向104上偏转时，第二夹持层的负倾斜边缘(从第二背板108到膜112)有利地减小了106B处的热点或缺口效应，如先前所讨论的。
图4A示出了示例性双背板麦克风102C，双背板麦克风102C包括第一穿孔背板116、第一夹持层114A、柔性膜112、第二夹持层110和第二穿孔背板108。第一夹持层114A的垂直边缘延伸超过第二夹持层110的垂直边缘，如果膜112在向上方向105上偏转，则这在107A处产生热点或缺口效应。
图4B示出了包括第一夹持层的实施例双背板麦克风102D，该第一夹持层包括慢速蚀刻速率层114B和快速蚀刻层114C，其中，当膜112在向上方向105上偏转时，第一夹持层的负倾斜边缘(从第一背板116到膜112)有利地减小了107B处的热点或缺口效应。
图5A示出了示例性双背板麦克风102E，双背板麦克风102E包括第一穿孔背板116、第一夹持层114A、柔性膜112、第二夹持层110A和第二穿孔背板108。第一夹持层114A的垂直边缘与第二夹持层110A的垂直边缘邻接，当膜112分别在向下方向104和向上方向105上偏转时，这在106A和107A处产生热点或缺口效应。
图5B示出了包括第一夹持层的实施例双背板麦克风102F，该第一夹持层包括慢速蚀刻速率层114B和快速蚀刻层114C，其中，当膜112在向上方向105上偏转时，第一夹持层的负倾斜边缘(从第一背板116到膜112)有利地减小了107B处的热点或缺口效应。双背板麦克风102F还包括第二夹持层，该第二夹持层包括慢速蚀刻速率层110B和快速蚀刻层110C，其中，当膜112在向下方向104上偏转时，第二夹持层的负倾斜边缘(从第二背板108到膜112)有利地减小了106B处的热点或缺口效应。
图5C示出了包括第一双斜率夹持层的实施例双背板麦克风102G，该第一双斜率夹持层包括两个慢速蚀刻速率层114B和位于两个慢速蚀刻层114B之间的快速蚀刻层114C。当膜112在向下方向104或向上方向105上偏转时，第一夹持层的负倾斜边缘和正倾斜边缘有利地减小了106C和107C两者处的热点或缺口效应。双背板麦克风102F还包括第二夹持层，该第二夹持层包括两个慢速蚀刻速率层110B和位于两个慢速蚀刻层110B之间的快速蚀刻层110C。当膜112在向下方向104或向上方向105上偏转时，第二夹持层的负倾斜边缘和正倾斜边缘有利地减小了106C和107C两者处的热点或缺口效应。在实施例中，可以调节快速蚀刻层相对于相邻慢速蚀刻层的位置。
图6A、图6B、图6C、图6D和图6E各自包括对应于示例性双背板MEMS麦克风和实施例双背板MEMS麦克风的层表和处理流程，如下面进一步详细解释的，该示例性双背板MEMS麦克风和实施例双背板MEMS麦克风包括以下层中的一些或全部：硅或其他衬底602；第一隔离层604；第一背板层606；隔离层2a 608；隔离层2b 610；隔离层2c 612；膜层614；隔离层3a616；隔离层3b 618；隔离层3c 620；第二背板层622；以及金属接触层624。图6A、图6B、图6C、图6D和图6E还包括处理流程中的两个蚀刻步骤：空腔蚀刻626和释放蚀刻628。为了清楚起见，仅在图6E中阐述了指定数字，但是与图6A至图6D有关，并且可以跨每个表行容易地读取。图6A至图6D的表格中的空白条目指示未使用的对应层。
图6A是对应于图3A所示的示例性双背板麦克风102A的层表和处理流程。图6A示出了包括硅衬底602的层沉积的序列、形成在硅衬底602上的第一TEOS隔离层604、形成在第一TEOS隔离层604上的第一硅背板层606、形成在第一硅背板层606上的第二TEOS隔离层612、形成在第二TEOS隔离层612上的硅膜层614、形成在硅膜层614上的第三TEOS隔离层616、形成在第三TEOS隔离层616上的第二硅背板层622以及形成在第二硅背板层622上的金属接触624。执行空腔蚀刻626以在第一背板606下形成空腔，如图1A所示(第一背板在图1A中标示为116)。最后，执行各向同性隔离释放蚀刻628以形成也在图1A中示出的第一隔离(夹持)层110和第二隔离(夹持)层114的垂直侧壁。注意，在图3A和图6A的示例性MEMS麦克风中没有使用快速蚀刻PSG层。
图6B是对应于图3B所示的双背板麦克风实施例102B的层表和处理流程。图6B示出了第三隔离层包括慢速蚀刻TEOS层3a 616和快速蚀刻PSG层3b 618以形成图3B所示的隔离层110B的锥形边缘。
图6C是对应于图4B所示的双背板麦克风实施例102D的层表和处理流程。图6C示出了第二隔离层包括慢速蚀刻TEOS层2b 612和快速蚀刻PSG层2a 608，以形成图4B所示的隔离层114B的锥形边缘。
图6D是对应于图5B所示的双背板麦克风实施例102F的层表和处理流程。图6D示出了第二隔离层包括慢速蚀刻TEOS层2b 610和快速蚀刻PSG层2a 608，以形成图5B所示的隔离层114B的锥形边缘。图6D还示出了第三隔离层包括慢速蚀刻TEOS层3a 616和快速蚀刻PSG层3b 618，以形成图5B所示的隔离层110B的锥形边缘。
图6E是对应于图5C所示的双背板麦克风实施例102G的层表和处理流程。图6E示出了第二隔离层包括两个慢速蚀刻TEOS层2a 608和2c 612以及快速蚀刻PSG层2b 610，以形成图5C所示的隔离层114B的锥形边缘。图6E还示出了第三隔离层包括两个慢速蚀刻TEOS层3a 616和3c 620以及快速蚀刻PSG层3b 618，以形成图5C所示的隔离层110B的锥形边缘。
图7示出了包括步骤702至764的实施例详细制造顺序700的框图。将制造步骤702至764应用于部分形成的双背板麦克风工件，该工件在制造顺序700结束时变为完全形成的双背板麦克风。根据各种实施例，制造顺序700是用于生产例如各种实施例微加工装置(诸如图3B所示的微加工装置102B)的制造顺序。还可以应用和/或修改制造顺序700以产生本文描述的各种其他实施例以及等效物。
在各种实施例中，详细制造顺序700包括：形成硅或塑料衬底702(图3B中未示出)；在硅衬底上形成TEOS隔离层704(图3B中也未示出)；形成第一背板116，这包括在TEOS隔离层上形成氮化物层706；在氮化物层上形成硅层708；将磷注入710到部分形成的背板116中；在硅层上沉积另一氮化物层712以及图案化714背板116以形成穿孔。在实施例中，磷注入可以将在步骤708沉积的硅层转变成非晶硅层。在实施例中，第一背板116中的穿孔可以包括相等大小的穿孔或大直径和小直径穿孔两者。在步骤714以及其他步骤中图案化多晶硅层可以包括沉积光刻胶层、根据对应于背板结构的掩模图案来曝光光刻胶层、根据曝光来显影光刻胶以移除非图案化部分、根据图案化光刻胶来蚀刻多晶硅层或其他层以及在完成蚀刻之后移除光刻胶。
在各种实施例中，通过沉积TEOS层716、图案化防粘附块718(图3B中未示出)和沉积另一TEOS层720来形成第一夹持(隔离)层114。接下来，通过沉积硅层722、图案化膜724、在膜726上沉积TEOS以及在膜上图案化防粘附块728(图3B中未示出)来形成膜层112。接下来，通过在TEOS层上沉积TEOS层730和快速蚀刻PSG层732来形成第二夹持(隔离)层110B。接下来，通过沉积氮化物层734、在氮化物层上沉积硅层736、将磷注入738到部分形成的背板108中、在硅层上沉积另一氮化物层740以及图案化742背板108以形成穿孔来形成第二背板108。在实施例中，第二背板108中的穿孔也可以具有相同的直径或不同的直径。
在各种实施例中，另一TEOS层被沉积744，图案化接触孔746用于例如提供到电活性层(诸如膜、背板和衬底)的导电接触，并且通过图案化748和蒸发750金属化来形成金属化层。例如，金属化可以形成在接触孔中并且作为从接触孔到接触焊盘的金属迹线。钝化层被沉积752和图案化754，该钝化层可以包括例如氮化硅。在实施例中，衬底随后被减薄756，并且双背板麦克风的背面被图案化758并且被蚀刻760，以在第一背板116下方形成空腔。最后，双背板麦克风被图案化以用于释放762，并且在764处被释放(通过各向同性蚀刻)以从第一夹持层114和第二夹持层110B释放膜112，并且形成第二夹持层110B的锥形边缘。
以上关于步骤748和750描述的金属化可以包括例如任何导电材料(诸如钛、铂、金或铝)，并且可以具有300nm与500nm之间的厚度。在可选实施例中，金属化可以包括上述导电材料的导电合金或可以包括例如铜。在各种实施例中，步骤752和754包括在工件上沉积厚度在300nm与500nm之间的钝化层。例如，钝化层可以是氮化硅或另一非反应绝缘体。在一些实施例中，背面蚀刻760是可以根据Bosch工艺执行的等离子体蚀刻。
根据各种实施例，在步骤702至764中沉积、形成或图案化的步骤和材料可以容易地替代本领域中已知的其他步骤和材料。例如，在可选实施例中，任何氧化物、氮化物或氮氧化物可以替代其他绝缘材料和电介质。此外，例如，在其他实施例中，非晶硅和多晶硅材料也可以用任何其他掺杂或未掺杂的半导体材料、金属或金属硅化物来替代。另外，在各种实施例中，本文描述的图案化步骤可以包括光刻或其他非光刻方法。材料的生长、形成或沉积可以根据要使用的特定材料进行修改。在其他实施例中，这些层可以形成为具有在以下直接指定的范围之外的厚度。
上述各种层的各方面的典型尺寸和典型范围包括：膜与背板(或下面描述的定子)之间的氧化物厚度为约1,800nm，范围为约1,000nm至3,000nm；PSG层的厚度为约50nm，范围为约20nm至300nm；PSG的磷含量为约5％，范围为约2％至15％；膜厚度为约450nm，范围为约150nm至1,000nm；背板/定子厚度为约600nm，范围为约300nm到2,000nm；背板/定子叠层(SiN/Si/SiN)为约140nm/330nm/140nm，范围为约50nm至200nm/150nm至1,500nm/50nm至200nm。以上阐述的典型尺寸和典型范围涉及图3B、图4B、图5B、图5C、图9B或图9C的任何微加工麦克风实施例。
图4B的双背板麦克风实施例102D的详细处理流程未示出，但是除了处理步骤的次序之外，类似于图7的处理流程。图5B的双背板麦克风实施例102F的详细处理流程未示出，但是除了针对第一夹持层114B/114C重复了第二夹持层110B/110C的处理步骤和层之外，类似于图7的处理流程。
图8是对应于图5C所示的双背板麦克风实施例的详细过程流程800，包括先前的处理步骤702至764，并且包括下面进一步详细描述的附加处理步骤818、820和822。除了图5C的双背板麦克风中的每个夹持层110B/110C/110B和114B/114C/114B包括两个慢速蚀刻TEOS层和单个快速蚀刻PSG层之外，详细处理流程的描述类似于先前关于图7的详细处理流程所描述的描述。第一夹持层的制造包括处理流程步骤716(沉积慢速蚀刻TEOS层)、818(沉积快速蚀刻PSG层)和820(沉积另一慢速蚀刻TEOS层)，并且第二夹持层的制造包括处理流程步骤726(沉积慢速蚀刻TEOS层)、732(沉积快速蚀刻PSG层)和822(沉积另一慢速蚀刻TEOS层)。
为了便于对比本文描述的各种密封双膜麦克风实施例，示例性密封双膜麦克风902A在图9A中示出，并且在下面进行描述。双背板麦克风实施例902B和902C分别在图9B和9C中示出，并且在下面进行描述。
图9A示出了示例性密封双膜麦克风902A，该密封双膜麦克风902A包括第一膜916、第一隔离层914A、穿孔定子912、第二隔离层910A、第二膜908以及将第一膜916耦接到第二膜908的支柱918。在实施例中，支柱918可以包括氮化物和/或氧化物支柱，但是可以使用其他合适的材料。第一夹持层914A的垂直边缘延伸超过第二夹持层910A的垂直边缘，这会在906A处产生热点或缺口效应(如果膜908和916在向下方向904上偏转的话)，并且这还会在907A处产生热点或缺口效应(如果膜908和916在向上方向905上偏转的话)。
图9B示出了包括第一隔离层的实施例密封双膜麦克风902B，该第一隔离层包括慢速蚀刻速率层914B和快速蚀刻层914C，其中，当膜908和916在向下方向904上偏转时，第一夹持层的负倾斜边缘(从定子912到第一膜916)有利地减小了906B处的热点或缺口效应。密封双膜麦克风902B还包括第二隔离层，该第二隔离层包括慢速蚀刻速率层910B和快速蚀刻层910C，其中，当膜908和916在向上方向905上偏转时，第二夹持层的负倾斜边缘(从定子912到第二膜908)有利地减小了907B处的热点或缺口效应。
图9C示出了包括第一双斜率夹持层的实施例密封双膜麦克风902C，该第一双斜率夹持层包括两个慢速蚀刻速率层914B和位于两个慢速蚀刻层914B之间的快速蚀刻层914C。当膜908和916在向下方向904或向上方向905上偏转时，第一夹持层的负倾斜边缘和正倾斜边缘有利地减小了906C和907C两者处的热点或缺口效应。密封双膜麦克风902C还包括第二夹持层，该第二夹持层包括两个慢速蚀刻速率层910B和位于两个慢速蚀刻层910B之间的快速蚀刻层910C。当膜908和916在向下方向904或向上方向905上偏转时，第二夹持层的负倾斜边缘和正倾斜边缘有利地减小了906C和907C两者处的热点或缺口效应。在实施例中，可以调节快速蚀刻层相对于相邻慢速蚀刻层的位置。
尽管图9B和图9C示出了定子的两侧上的锥形或双锥形隔离层，但是对于本领域技术人员将很明显的是，锥形或双锥形隔离层可以仅在定子的一侧上制造，类似于先前描述并且在图3B和图4B中示出的双背板麦克风实施例。
图10A是层表，并且处理流程对应于图9A所示的示例性密封双膜麦克风902A。图10A示出了包括硅衬底1002的层沉积顺序、形成在硅衬底1002上的第一TEOS隔离层1004、形成在第一TEOS隔离层1004上的第一硅膜层1006、形成在第一硅膜层1006上的第二TEOS隔离层1008、形成在第二TEOS隔离层1008上的硅定子1012、形成在硅定子1012上的第三TEOS隔离层1016、形成在第三TEOS隔离层1016上的第二硅膜层1018以及形成在第二硅膜层1018上的金属接触1020。执行空腔蚀刻1022以在第一膜1006下方形成空腔。最后，执行各向同性隔离释放蚀刻1024以形成图9A所示的第一隔离层910A和第二隔离层914A的垂直侧壁。
图10B是对应于图9B所示的密封双膜麦克风实施例902B的层表和处理流程。图10B示出了第二隔离层包括慢速蚀刻TEOS层2a1008和快速蚀刻PSG层2b 1010以形成图9B所示的隔离层914B的锥形边缘。图10B还示出了第三隔离层包括慢速蚀刻TEOS层3a 1014和快速蚀刻PSG层3b 1016以形成图9B所示的隔离层910B的锥形边缘。
针对图9C所示的实施例麦克风902未示出层表，但是该层表将类似于图10B的层表，包括用于第一隔离层的两个慢速蚀刻TEOS层914B和单个快速蚀刻PSG层914C，并且包括用于第二隔离层的两个慢速蚀刻TEOS层910B和单个快速蚀刻层910C。
先前描述了图9B和图9C所示的密封双膜麦克风902B和902C的层厚度。定子912中所示的穿孔可以具有相同的直径，或者可以包括两个或更多个不同尺寸的穿孔，诸如多个大尺寸的穿孔和多个小尺寸的穿孔。支柱918可以包括如先前描述的氮化物和/或氧化物支柱，尽管可以使用其他合适的材料。
优点在于，双背板麦克风实施例和密封双膜麦克风实施例对于两个方向(从顶部和从底部)上的偏转表现出增加的鲁棒性，最小的增加的制造复杂性和成本。在实施例中，仅需要两个至四个额外的处理步骤来实现增加的鲁棒性。
这里总结了本发明的示例实施例。从本文提交的说明书和权利要求书的全部也可以理解其他实施例。
示例1。根据实施例，一种微加工结构，包括：可偏转膜；第一夹持层，设置在可偏转膜的第一表面上；第二夹持层，设置在可偏转膜的第二表面上；第一穿孔背板，设置在第一夹持层上；以及第二穿孔背板，设置在第二夹持层上；其中，第一夹持层包括第一锥形边缘部分，该第一锥形边缘部分在第一穿孔背板与可偏转膜之间具有负斜率。
示例2。根据示例1的微加工结构，其中，第一夹持层包括第二锥形边缘部分，该第二锥形边缘部分在第一穿孔背板与可偏转膜之间具有正斜率。
示例3。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二夹持层包括第一锥形边缘部分，该第一锥形边缘部分在第二穿孔背板与可偏转膜之间具有负斜率。
示例4。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二夹持层包括第二锥形边缘部分，该第二锥形边缘部分在第二穿孔背板与可偏转膜之间具有正斜率。
示例5。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第一夹持层包括具有低蚀刻速率的第一玻璃层和具有高蚀刻速率的第二玻璃层。
示例6。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二玻璃层设置在第一玻璃层与第一穿孔背板之间。
示例7。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二玻璃层设置在第一玻璃层中。
示例8。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二玻璃层包括约在4％和6％之间的磷。
示例9。根据示例，一种微加工结构，包括：穿孔定子；第一隔离层，设置在穿孔定子的第一表面上；第二隔离层，设置在穿孔定子的第二表面上；第一膜，设置在第一隔离层上；第二膜，设置在第二隔离层上；以及支柱，耦接在第一膜与第二膜之间；其中，第一隔离层包括第一锥形边缘部分，该第一锥形边缘部分在穿孔定子与第一膜之间具有负斜率。
示例10。根据示例9的微加工结构，其中，第一隔离层包括第二锥形边缘部分，该第二锥形边缘部分在穿孔定子与第一膜之间具有正斜率。
示例11。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二隔离层包括第一锥形边缘部分，该第一锥形边缘部分在穿孔定子与第二膜之间具有负斜率。
示例12。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二隔离层包括第二锥形边缘部分，该第二锥形边缘部分在穿孔定子与第二膜之间具有正斜率。
示例13。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第一隔离层包括具有低蚀刻速率的第一玻璃层和具有高蚀刻速率的第二玻璃层。
示例14。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二玻璃层设置在第一玻璃层与穿孔定子之间。
示例15。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二玻璃层设置在第一玻璃层中。
示例16。根据前述示例中任一示例的微加工结构，其中，第二玻璃层包括在约4％和6％之间的磷。
示例17。根据示例，一种方法，包括：形成膜；在膜的第一表面上形成第一夹持层；在膜的第二表面上形成第二夹持层；在第一夹持层上形成第一背板；形成设置在第二夹持层上的第二背板；并且蚀刻第一夹持层以形成在第一背板与膜之间具有负斜率的第一锥形边缘部分。
示例18。根据示例17的方法，还包括蚀刻第一夹持层以形成在第一背板与膜之间具有正斜率的第二锥形边缘部分。
示例19。根据前述示例中任一示例的方法，还包括蚀刻第二夹持层以形成在第二背板与膜之间具有负斜率的第一锥形边缘部分。
示例20。根据前述示例中任一示例的方法，还包括蚀刻第二夹持层以形成在第二背板与膜之间具有正斜率的第二锥形边缘部分。
尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述并不旨在以限制性意义来解释。通过参考描述，说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，所附权利要求书旨在涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (20)

1.一种微加工结构，包括：
可偏转膜；
第一夹持层，设置在所述可偏转膜的第一表面上；
第二夹持层，设置在所述可偏转膜的第二表面上；
第一穿孔背板，设置在所述第一夹持层上；以及
第二穿孔背板，设置在所述第二夹持层上；
其中所述第一夹持层包括第一锥形边缘部分，所述第一锥形边缘部分在所述第一穿孔背板与所述可偏转膜之间具有负斜率。
2.根据权利要求1所述的微加工结构，其中所述第一夹持层包括第二锥形边缘部分，所述第二锥形边缘部分在所述第一穿孔背板与所述可偏转膜之间具有正斜率。
3.根据权利要求1所述的微加工结构，其中所述第二夹持层包括：第一锥形边缘部分，在所述第二穿孔背板与所述可偏转膜之间具有负斜率。
4.根据权利要求3所述的微加工结构，其中所述第二夹持层包括：第二锥形边缘部分，在所述第二穿孔背板与所述可偏转膜之间具有正斜率。
5.根据权利要求1所述的微加工结构，其中所述第一夹持层包括具有低蚀刻速率的第一玻璃层和具有高蚀刻速率的第二玻璃层。
6.根据权利要求5所述的微加工结构，其中所述第二玻璃层设置在所述第一玻璃层与所述第一穿孔背板之间。
7.根据权利要求5所述的微加工结构，其中所述第二玻璃层设置在所述第一玻璃层中。
8.根据权利要求5所述的微加工结构，其中所述第二玻璃层包括在约4％和6％之间的磷。
9.一种微加工结构，包括：
穿孔定子；
第一隔离层，设置在所述穿孔定子的第一表面上；
第二隔离层，设置在所述穿孔定子的第二表面上；
第一膜，设置在所述第一隔离层上；
第二膜，设置在所述第二隔离层上；以及
支柱，耦接在所述第一膜与所述第二膜之间；
其中所述第一隔离层包括第一锥形边缘部分，所述第一锥形边缘部分在所述穿孔定子与所述第一膜之间具有负斜率。
10.根据权利要求9所述的微加工结构，其中所述第一隔离层包括第二锥形边缘部分，所述第二锥形边缘部分在所述穿孔定子与所述第一膜之间具有正斜率。
11.根据权利要求9所述的微加工结构，其中所述第二隔离层包括：第一锥形边缘部分，在所述穿孔定子与所述第二膜之间具有负斜率。
12.根据权利要求11所述的微加工结构，其中所述第二隔离层包括：第二锥形边缘部分，在所述穿孔定子与所述第二膜之间具有正斜率。
13.根据权利要求9所述的微加工结构，其中所述第一隔离层包括具有低蚀刻速率的第一玻璃层和具有高蚀刻速率的第二玻璃层。
14.根据权利要求13所述的微加工结构，其中所述第二玻璃层设置在所述第一玻璃层与所述穿孔定子之间。
15.根据权利要求13所述的微加工结构，其中所述第二玻璃层设置在所述第一玻璃层中。
16.根据权利要求13所述的微加工结构，其中所述第二玻璃层包括在约4％和6％之间的磷。
17.一种方法，包括：
形成膜；
在所述膜的第一表面上形成第一夹持层；
在所述膜的第二表面上形成第二夹持层；
在所述第一夹持层上形成第一背板；
形成设置在所述第二夹持层上的第二背板；以及
蚀刻所述第一夹持层以形成在所述第一背板与所述膜之间具有负斜率的第一锥形边缘部分。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括蚀刻所述第一夹持层以形成在所述第一背板与所述膜之间具有正斜率的第二锥形边缘部分。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括蚀刻所述第二夹持层以形成在所述第二背板与所述膜之间具有负斜率的第一锥形边缘部分。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括蚀刻所述第二夹持层以形成在所述第二背板与所述膜之间具有正斜率的第二锥形边缘部分。
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