CN116828375A - Mems结构及其制备方法，mems压电麦克风 - Google Patents
Mems结构及其制备方法，mems压电麦克风 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116828375A CN116828375A CN202310986306.8A CN202310986306A CN116828375A CN 116828375 A CN116828375 A CN 116828375A CN 202310986306 A CN202310986306 A CN 202310986306A CN 116828375 A CN116828375 A CN 116828375A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- vibration supporting
- piezoelectric
- supporting layer
- vibration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 343
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims description 18
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 12
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
- H04R31/003—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor for diaphragms or their outer suspension
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/003—Mems transducers or their use
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2231/00—Details of apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor covered by H04R31/00, not provided for in its subgroups
- H04R2231/001—Moulding aspects of diaphragm or surround
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本发明提供了一种MEMS结构及其制备方法，MEMS压电麦克风。该MEMS结构，包括：衬底，包括：外围的衬底外环体；形成于衬底外环体内侧的衬底背腔；振动支撑层，形成于衬底外环体和衬底背腔的上方；压电复合层，包括：下电极层、压电层、上电极层，三者依次形成于振动支撑层上方，且压电层的水平面投影位于衬底背腔的水平面投影的中间区域；其中，在水平方向上，振动支撑层包括：连接稳定区和振动加强区，连接稳定区为对应压电层边缘位置的区域；振动加强区为远离压电层边缘位置的区域；连接稳定区呈环形向下方凸出，其厚度H1大于振动加强区的厚度H2。本发明在兼顾MEMS结构可靠性的同时，提升了器件的灵敏性。
Description
技术领域
本发明涉及新型电声元件制造和微电子器件等技术领域，尤其涉及一种MEMS结构及其制备方法，MEMS压电麦克风。
背景技术
MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)麦克风是一种利用微机械加工技术制作出来的新型电声元件，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着智能电子设备的小巧化、轻薄化发展，MEMS麦克风被越来越广泛地运用到这些设备上。
MEMS麦克风主要包括电容式和压电式两种。MEMS压电麦克风是利用微电子机械系统技术和压电薄膜技术制备的传声器，由于采用半导体平面工艺和体硅加工等技术，所以其尺寸小、体积小、一致性好。同时相对于电容麦克风还有不需要偏置电压、工作温度范围大、防尘、防水等优点，但其灵敏度比较低，制约着MEMS压电麦克风的发展。
现有技术中，基于压电单晶片麦克风结构，器件灵敏度和振动支撑层振动位移大小密切相关，目前压电麦克风振动支撑层的振动位移需要进一步提高，从而提升器件灵敏度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了至少部分解决上述技术问题中的其中之一，本发明特提供了一种MEMS结构及其制备方法，MEMS压电麦克风。
(二)技术方案
本发明第一个方面中，提供了一种MEMS结构，包括：衬底，包括：外围的衬底外环体；形成于衬底外环体内侧的衬底背腔；振动支撑层，形成于衬底外环体和衬底背腔的上方；压电复合层，包括：下电极层、压电层、上电极层，三者依次形成于振动支撑层上方，且压电层的水平面投影位于衬底背腔的水平面投影的中间区域；其中，在水平方向上，振动支撑层包括：连接稳定区和振动加强区，连接稳定区为对应压电层边缘位置的振动支撑层区域；振动加强区为远离压电层边缘位置的振动支撑层区域；其中，在远离衬底背腔一侧，振动支撑层整体呈平面；在靠近衬底背腔的一侧，连接稳定区呈环形向下方凸出，其厚度H1大于振动加强区的厚度H2。
在本发明的一些实施例中，下电极层直接形成于振动支撑层上方，并朝向振动支撑层外侧的第一方向延伸；上电极层的纵剖面呈“Z”字型或左右镜像的“Z”字型，其上部形成于压电层上方，其下部直接形成于振动支撑层上方，朝向振动支撑层外侧的第二方向延伸，并与下电极层错开；其中，压电层下方的下电极层部分的水平面投影与压电层上方的上电极层部分的水平面投影至少部分重合。
本发明第二个方面中，提供了一种MEMS压电麦克风，包括：如上的MEMS结构，上电极层和下电极层连接至MEMS压电麦克风的输出端；其中，振动支撑层感应声波，带动压电复合层振动；压电层感受应变产生的电信号，通过上电极层和下电极层向外输出。
本发明的第三个方面中，提供了一种如上的MEMS结构的制备方法，包括：
步骤A，在衬底上沉积牺牲层；
步骤B，图形化牺牲层，在预设连接稳定区的位置形成环形凹槽；
步骤C，在具有环形凹槽的牺牲层上沉积振动支撑层，并对其上表面进行平整化；其中，环形凹槽对应的振动支撑层形成连接稳定区；非环形凹槽部分对应的振动支撑层形成振动加强区；
步骤D，在上表面平整化后的振动支撑层上依次下电极层、压电层、上电极层；
步骤E，深刻蚀衬底背面内侧直至振动支撑层，形成衬底背腔；
步骤F，去除振动支撑层下方的牺牲层。
在本发明的一些实施例中，步骤D包括：子步骤D1，在上表面平整化后的振动支撑层上沉积下电极层；子步骤D2，图形化下电极层，令其覆盖压电层预设区域并朝向振动支撑层外侧的第一方向延伸，暴露朝向振动支撑层外侧第二方向延伸的振动支撑层区域；子步骤D3，在下电极层上沉积压电层，并通过图形化仅保留预设区域的压电层；子步骤D4，在压电层和暴露的振动支撑层区域上沉积上电极层。
在本发明的一些实施例中，子步骤D4之后还包括：子步骤D5，在下电极层和上电极层沉积电极加厚层，通过对其图形化得到与下电极层电性连接的下电极加厚层和与上电极层电性连接的上电极加厚层。
在本发明的一些实施例中，步骤E中，衬底背腔的水平面投影为圆形，其半径为R；步骤C中，对于振动支撑层：连接稳定区和振动加强区的厚度满足：1/3H1≤H2＜H1；连接稳定区的环形的环宽L1满足：1/10R≤L1≤1/4R。
在本发明的一些实施例中，对于振动支撑层，300nm≤H1≤2000nm；100nm≤L1≤500nm。
在本发明的一些实施例中，对于压电层，其水平面投影为圆形，其半径为R1满足：
在本发明的一些实施例中，连接稳定区的纵剖面呈长方形或倒等腰三角形。
在本发明的一些实施例中，衬底为以下的一种：硅晶片、SOI衬底、SiO2/Si上的多晶硅。
在本发明的一些实施例中，振动支撑层为单层膜或多层膜，其材料为以下一种或多种：氮化硅、氧化硅、单晶硅、多晶硅。
在本发明的一些实施例中，压电层的厚度介于0.1μm～10μm之间，其材料选自于以下一种或多种：氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅。
在本发明的一些实施例中，上电极层、下电极层的厚度介于20nm～200nm之间，其材料选自于以下一种或多种：钼、金、铝、铬。
(三)有益效果
从上述技术方案可知，本发明相对于现有技术至少具有以下有益效果之一：
(1)根据工艺能力，将振动支撑层制备成厚度不统一的膜层，呈现厚度变化。压电复合层边缘处，振动支撑层厚；而振动支撑层其他区域薄。优势在于：①振动支撑层变薄，增加了整体振动支撑层的振动位移，增加的压电层的形变，增大了压电信号的输出；②压电复合层边缘处振动支撑层厚，增加了振动支撑层稳定性。
(2)振动支撑层靠近衬底背腔一侧环形结构，增加了振动支撑层强度，从而提高了MEMS结构的可靠性。
(3)通过牺牲层来制备呈现厚度变化的振动支撑层，相比于现有技术其他方式，成本更低，也更容易实现。
(4)上电极层的纵剖面呈“Z”字型或左右镜像的“Z”字型，其上部形成于压电层上方，其下部直接形成于所述振动支撑层上方，朝向振动支撑层外侧的第二方向延伸，并与下电极层错开。如此设置，使得上电极层和下电极层均从振动支撑层的上方输出，增加了电路设计的灵活性。
(5)在上、下电极层上增加加厚层，并且加厚层的顶部与上电极层上部的顶部平齐，从而实现了整个MEMS结构的平整化和接线便利化。
附图说明
图1和图2分别为本发明实施例MEMS结构的立体图和剖面图。
图3A～图3H为制备图1、图2所示MEMS结构过程中各步骤之后的器件剖面图。
具体实施方式
本发明的发明构思在于，通过对振动支撑层厚度的改进，制备厚度不统一的膜层，压电复合层边缘处，振动支撑层厚；而振动支撑层其他区域薄。从而在兼顾MEMS结构可靠性的同时，提升了器件的灵敏性。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文结合具体实施方式，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
根据本发明的第一、第二方面，提供了一种MEM结构及其制备方法。图1和图2分别为本发明实施例MEMS结构的立体图和剖面图。如图1、图2所示，本实施例MEMS结构包括：
衬底10，包括：外围的衬底外环体11；形成于衬底外环体内侧的衬底背腔12；
振动支撑层20，形成于衬底外环体和衬底背腔的上方；
压电复合层30，包括：下电极层31、压电层32、上电极层33，三者依次形成于振动支撑层上方，且压电层的水平面投影位于衬底背腔的水平面投影的中间区域；
以下分别对本实施例MEM结构的各个组成部分进行详细描述。
请参照图1和图2，衬底背腔12的水平面投影为圆形，其半径为R；压电层32，其水平面投影为圆形，其半径为R1，R1＜R。进一步地，
一、厚度变化的振动支撑层
本发明的特点之一即是呈现厚度变化的振动支撑层。具体而言，在压电复合层的边缘处厚，其他区域薄，从而在增加了整体振动支撑层的振动位移的情况下，同时增加振动支撑层的稳定性。
请参照图2，在水平方向上，振动支撑层20包括：连接稳定区21和振动加强区22，连接稳定区21为对应压电层边缘位置的振动支撑层区域；振动加强区22为远离压电层边缘位置的振动支撑层区域。在远离衬底背腔一侧，振动支撑层整体呈平面；在靠近衬底背腔的一侧，连接稳定区21呈环形向下方凸出，其厚度H1大于振动加强区的厚度H2。
进一步地，振动支撑层20各部分的厚度满足：1/3H1≤H2＜H1，从具体数值上来看，300nm≤H1≤2000nm。
进一步地，振动支撑层中连接稳定区21的环形的环宽L1满足：1/10R≤L1≤1/4R，从具体数值上来看，100nm≤L1≤500nm。
进一步地，对于连接稳定区21而言，其横截面可以是长方形，也可以是倒等腰三角形。
通过上述说明可知，本发明中，根据工艺能力，将振动支撑层制备成厚度不统一的膜层，呈现厚度变化。压电复合层边缘处，振动支撑层厚；而振动支撑层其他区域薄。优势在于：①振动支撑层变薄，增加了整体振动支撑层的振动位移，增加的压电层的形变，增大了压电信号的输出；②压电复合层边缘处振动支撑层厚，增加了振动支撑层稳定性；进一步地，振动支撑层靠近衬底背腔一侧环形结构，增加了振动支撑层强度，从而提高了MEMS结构的可靠性。
二、利用牺牲层来实现振动支撑层的厚度变化
本发明的特点之二是利用牺牲层来实现振动支撑层的厚度变化。关于制备的具体过程，将在制备方法实施例中进行详细说明，此处仅介绍保留在成品MEMS结构中的牺牲层。请参照图2，在衬底外环体11和振动支撑层20之间，还遗留有牺牲层23。
三、“Z”字型纵剖面的上电极层
本发明的特点之三是上电极层的设计，其通过将上电极层设计为“Z”字型，方便了后期线路的设计。
请参照图2，下电极层31直接形成于振动支撑层上方，并朝向振动支撑层外侧的第一方向延伸；上电极层33的纵剖面呈左右镜像的“Z”字型，其上部33a形成于压电层上方，其下部33c直接形成于振动支撑层上方，朝向振动支撑层外侧的第二方向延伸，并与下电极层错开；中部33b位于压电层的侧面，并与下电极层通过压电层隔开。并且，压电层下方的下电极层部分的水平面投影与压电层上方的上电极层部分的水平面投影至少部分重合。
通过这样的设置，使得上电极层和下电极层均从振动支撑层的上方输出，增加了电路设计的灵活性。
本领域技术人员应当理解，虽然本实施例中上电极层的纵剖面呈左右镜像的“Z”字形，但在本发明其他实施例中，上电极层的纵剖面还可以是呈“Z”字形，其只要将上电极引入下方的振动支撑层，则均在本发明的保护范围之内。
四、电极加厚层
在将上电极层和下电极层均引导至振动支撑层之后，下电极加厚层41形成于振动支撑层外侧的下电极上。上电极加厚层42形成于振动支撑层外侧的上电极上；上、下电极加厚层的顶部，与上电极层上部的顶部平齐。如此设置，实现了整个MEMS结构的平整化和接线便利化。
五、材料及厚度
本实施例中，衬底为以下的一种：硅晶片、SOI衬底、SiO2/Si上的多晶硅。
本实施例中，牺牲层23的材料为氧化硅。
本实施例中，振动支撑层为单层膜或多层膜，其材料为以下一种或多种：氮化硅、氧化硅、单晶硅、多晶硅。
本实施例中，压电层的厚度介于0.1μm～10μm之间，其材料选自于以下一种或多种：氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅。
本实施例中，上电极层、下电极层的厚度介于20nm～200nm之间，其材料选自于以下一种或多种：钼、金、铝、铬。
以下介绍图1、图2所示MEMS结构的制备方法。
图3A～图3H为制备图1、图2所示MEMS结构过程中各步骤之后的器件剖面图。请参照图3A～图3H，该制备方法包括：
步骤A，在衬底上沉积牺牲层；
本实施例中，衬底为以下的一种：硅晶片、SOI衬底、SiO2/Si上的多晶硅。牺牲层的材料为氧化硅。
步骤B，图形化牺牲层，在预设连接稳定区的位置形成环形凹槽，如图3A所示；
该环形凹槽的形状将决定后续振动支撑层下表面地形状，因此需要根据预设的振动支撑层下表面形状来确定凹槽的形状。
步骤C，在具有环形凹槽的牺牲层上沉积振动支撑层，并对其上表面进行平整化，如图3B所示；
其中，环形凹槽对应的振动支撑层形成连接稳定区；非环形凹槽部分对应的振动支撑层形成振动加强区；
本步骤中，对于振动支撑层：连接稳定区和振动加强区的厚度满足：1/3H1≤H2＜H1；连接稳定区的环形的环宽L1满足：1/10R≤L1≤1/4R。进一步地，对于振动支撑层，300nm≤H1≤2000nm；100nm≤L1≤500nm。
本步骤中，振动支撑层为单层膜或多层膜，其材料为以下一种或多种：氮化硅、氧化硅、单晶硅、多晶硅。
步骤D，在上表面平整化后的振动支撑层上依次下电极层、压电层、上电极层；
进一步地，该步骤D包括：
子步骤D1，在上表面平整化后的振动支撑层上沉积下电极层；
子步骤D2，图形化下电极层，令其覆盖压电层预设区域并朝向振动支撑层外侧的第一方向延伸，暴露朝向振动支撑层外侧第二方向延伸的振动支撑层区域，如图3C所示；
子步骤D3，在下电极层上沉积压电层，并通过图形化仅保留预设区域的压电层，如图3D所示；
对于压电层，其水平面投影为圆形，其半径为R1满足：
子步骤D4，在压电层和暴露的振动支撑层区域上沉积上电极层，如图3E所示；
可见，由于预先对压电层进行了图形化，因此，该上电极层的上部形成于压电层上方，其下部直接形成于所述振动支撑层上方，朝向振动支撑层外侧的第二方向延伸，并与下电极层错开；其中部位于压电层的侧面，并与下电极层通过压电层隔开。。
子步骤D5，在下电极层和上电极层沉积电极加厚层，通过对其图形化得到与下电极层电性连接的下电极加厚层和与上电极层电性连接的上电极加厚层，如图3F所示。
本步骤中，压电层的厚度介于0.1μm～10μm之间，其材料选自于以下一种或多种：氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅。上电极层、下电极层的厚度介于20nm～200nm之间，其材料选自于以下一种或多种：钼、金、铝、铬。
步骤E，深刻蚀衬底背面内侧直至振动支撑层，形成衬底背腔，如图3G所示。
本步骤中，衬底背腔的水平面投影为圆形，其半径为R。
步骤F，去除振动支撑层下方的牺牲层，从而使振动支撑层的下表面呈现出厚度变化情况，即：在压电复合层的边缘处厚，其他区域薄，从而在增加了整体振动支撑层的振动位移的情况下，同时增加振动支撑层的稳定性，如图3H所示。
本实施例中，通过牺牲层来制备呈现厚度变化的振动支撑层，相比于现有技术其他方式，成本更低，也更容易实现。
需要说明的是，以上提供的MEMS结构可以应用于任何实际场景，用于释放复合振动层的残余应力以提供特性性能。该实际场景可以但不限用于麦克风、超声换能器、压力传感器或其他执行器，其中，以在MEMS压电麦克风中的应用最为典型。下文也将以MEMS压电麦克风为例进行介绍。
根据本发明的第三个方面，基于上述MEMS结构，本发明提供了一种MEMS压电麦克风。该麦克风包括：如上的MEMS结构，其中，上电极层和下电极层连接至MEMS压电麦克风的输出端。其中，振动支撑层感应声波，带动压电复合层振动；压电层感受应变产生的电信号，通过上电极层和下电极层向外输出。
至此，本发明的各个实施例介绍完毕。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。
需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。并且，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
此外，除非明确指明为相反之意，本发明的说明书及权利要求中的数值参数可以是近似值，能够根据通过本发明的内容改变。具体而言，所有记载于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化。
本领域技术人员应当理解，本发明权利要求书和说明书中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件(或步骤)。位于元件(或步骤)之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件(或步骤)。
对于某些实现方式，如果其并非本发明的关键内容，且为所属技术领域中普通技术人员所熟知，则基于篇幅所限，在说明书附图或正文中并未对其进行详细说明，此时可参照相关现有技术进行理解。并且，提供如上实施例的目的仅是使得本发明满足法律要求，而本发明可以用许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单的更改或替换。
类似的，应当理解，为了精简本发明，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图，或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：所要求保护的本发明需要比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，各个发明方面在于少于前面单个实施例的所有特征。并且，实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
以上各个具体实施例，对本发明的目的、技术手段和有益效果进行了详细说明，应理解的是，详细说明的目的在于本领域技术人员能够更清楚地理解本发明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种MEMS结构，其特征在于，包括：
衬底，包括：外围的衬底外环体；形成于所述衬底外环体内侧的衬底背腔；
振动支撑层，形成于所述衬底外环体和衬底背腔的上方；
压电复合层，包括：下电极层、压电层、上电极层，三者依次形成于所述振动支撑层上方，且压电层的水平面投影位于衬底背腔的水平面投影的中间区域；
其中，在水平方向上，所述振动支撑层包括：连接稳定区和振动加强区，所述连接稳定区为对应压电层边缘位置的振动支撑层区域；所述振动加强区为远离压电层边缘位置的振动支撑层区域；
其中，在远离衬底背腔一侧，所述振动支撑层整体呈平面；在靠近衬底背腔的一侧，所述连接稳定区呈环形向下方凸出，其厚度H1大于所述振动加强区的厚度H2。
2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，
所述下电极层直接形成于所述振动支撑层上方，并朝向振动支撑层外侧的第一方向延伸；
所述上电极层的纵剖面呈“Z”字型或左右镜像的“Z”字型，其上部形成于压电层上方，其下部直接形成于所述振动支撑层上方，朝向振动支撑层外侧的第二方向延伸，并与下电极层错开；
其中，压电层下方的下电极层部分的水平面投影与压电层上方的上电极层部分的水平面投影至少部分重合。
3.一种MEMS压电麦克风，其特征在于，包括：如权利要求1或2所述的MEMS结构，所述上电极层和下电极层连接至MEMS压电麦克风的输出端；
其中，所述振动支撑层感应声波，带动压电复合层振动；所述压电层感受应变产生的电信号，通过所述上电极层和下电极层向外输出。
4.一种如权利要求1或2所述MEMS结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A，在衬底上沉积牺牲层；
步骤B，图形化所述牺牲层，在预设连接稳定区的位置形成环形凹槽；
步骤C，在具有环形凹槽的牺牲层上沉积振动支撑层，并对其上表面进行平整化；其中，环形凹槽对应的振动支撑层形成所述连接稳定区；非环形凹槽部分对应的振动支撑层形成所述振动加强区；
步骤D，在上表面平整化后的振动支撑层上依次下电极层、压电层、上电极层；
步骤E，深刻蚀衬底背面内侧直至振动支撑层，形成衬底背腔；
步骤F，去除振动支撑层下方的牺牲层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D包括：
子步骤D1，在上表面平整化后的振动支撑层上沉积下电极层；
子步骤D2，图形化所述下电极层，令其覆盖压电层预设区域并朝向振动支撑层外侧的第一方向延伸，暴露朝向振动支撑层外侧第二方向延伸的振动支撑层区域；
子步骤D3，在下电极层上沉积压电层，并通过图形化仅保留预设区域的压电层；
子步骤D4，在压电层和暴露的振动支撑层区域上沉积上电极层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述子步骤D4之后还包括：
子步骤D5，在下电极层和上电极层沉积电极加厚层，通过对其图形化得到与下电极层电性连接的下电极加厚层和与上电极层电性连接的上电极加厚层。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
所述步骤E中，所述衬底背腔的水平面投影为圆形，其半径为R；
所述步骤C中，对于所述振动支撑层：所述连接稳定区和振动加强区的厚度满足：1/3H1≤H2＜H1；所述连接稳定区的环形的环宽L1满足：1/10R≤L1≤1/4R。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对于所述振动支撑层，300nm≤H1≤2000nm；100nm≤L1≤500nm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对于所述压电层，其水平面投影为圆形，其半径为R1满足：
10.根据权利要求4至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，
所述连接稳定区的纵剖面呈长方形或倒等腰三角形；和/或
所述衬底为以下的一种：硅晶片、SOI衬底、SiO2/Si上的多晶硅；和/或
所述振动支撑层为单层膜或多层膜，其材料为以下一种或多种：氮化硅、氧化硅、单晶硅、多晶硅；和/或
所述压电层的厚度介于0.1μm～10μm之间，其材料选自于以下一种或多种：氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅；和/或
所述上电极层、下电极层的厚度介于20nm～200nm之间，其材料选自于以下一种或多种：钼、金、铝、铬。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310986306.8A CN116828375A (zh) | 2023-08-08 | 2023-08-08 | Mems结构及其制备方法，mems压电麦克风 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310986306.8A CN116828375A (zh) | 2023-08-08 | 2023-08-08 | Mems结构及其制备方法，mems压电麦克风 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116828375A true CN116828375A (zh) | 2023-09-29 |
Family
ID=88120426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310986306.8A Pending CN116828375A (zh) | 2023-08-08 | 2023-08-08 | Mems结构及其制备方法，mems压电麦克风 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116828375A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117641215A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-03-01 | 镭友芯科技(苏州)有限公司 | 一种麦克风传感器及其制备方法 |
-
2023
- 2023-08-08 CN CN202310986306.8A patent/CN116828375A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117641215A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-03-01 | 镭友芯科技(苏州)有限公司 | 一种麦克风传感器及其制备方法 |
| CN117641215B (zh) * | 2024-01-25 | 2024-04-16 | 镭友芯科技(苏州)有限公司 | 一种麦克风传感器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110392331B (zh) | 压电mems换能器及其制造方法 | |
| JP5130225B2 (ja) | 音響的な信号を受信および／または発生させるためのマイクロマシニング構造体、マイクロマシニング構造体を製造するための方法、およびマイクロマシニング構造体の使用法 | |
| JP5486913B2 (ja) | 圧電型音響変換器及びその製造方法 | |
| CN100444422C (zh) | 电子元件、电子元件模块以及制造电子元件的方法 | |
| CN110099344B (zh) | 一种mems结构 | |
| US8401220B2 (en) | Piezoelectric micro speaker with curved lead wires and method of manufacturing the same | |
| CN110149582B (zh) | 一种mems结构的制备方法 | |
| CN116828375A (zh) | Mems结构及其制备方法，mems压电麦克风 | |
| CN110099345B (zh) | 一种mems结构 | |
| CN111770423A (zh) | 微型麦克风及微型麦克风的制造方法 | |
| CN110113703B (zh) | 一种mems结构的制备方法 | |
| CN110113699B (zh) | 一种mems结构的制备方法 | |
| CN110113702B (zh) | 一种mems结构的制造方法 | |
| CN209748812U (zh) | 一种mems结构 | |
| CN220493146U (zh) | Mems结构，mems压电麦克风 | |
| CN209748811U (zh) | 一种mems结构 | |
| JP4640249B2 (ja) | 超音波センサ | |
| WO2022048382A1 (zh) | 一种mems结构 | |
| CN220556746U (zh) | Mems结构，mems压电麦克风 | |
| CN217591085U (zh) | 一种mems结构 | |
| CN116828377A (zh) | Mems结构及其制备方法，mems压电麦克风 | |
| WO2021167620A1 (en) | A capacitive microphone sensor design and fabrication method for achieving higher signal to noise ratio | |
| JP2008022501A (ja) | コンデンサマイクロホン及びその製造方法 | |
| CN214799877U (zh) | 一种mems结构 | |
| CN220422052U (zh) | Mems结构，mems压电麦克风 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |