CN215798502U - 一种mems器件及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种MEMS器件，其特征在于包括导电多晶硅层；位于所述导电多晶硅层上方的包括多个第一开口的绝缘介质层；以及至少部分位于所述第一开口中的金属焊盘，所述金属焊盘与所述导电多晶硅层电连接；其中所述第一开口位于所述金属焊盘在所述导电多晶硅层表面的投影内，并且所述金属焊盘周沿与所述绝缘介质层表面贴合。本申请还涉及一种包括前述MEMS器件的电子设备。

Description

一种MEMS器件及电子设备

技术领域

本申请涉及一种微机械技术领域，特别地涉及一种MEMS器件及电子设备。

背景技术

在现有的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)器件如电容式麦克风结构中，通常利用焊盘结构和打线工艺将MEMS器件与外部电路例如ASIC(专用集成电路)电路连接，实现电信号的传输。焊盘结构主要利用金属，例如金或铬金与经掺杂的导电多晶硅接触形成导电接触。MEMS器件的加工工艺中，需要利用腐蚀液对牺牲层进行释放来完成包括背腔在内的腔体的制造。在释放工艺过程中，随着释放时间的变化，可能出现金属例如金焊盘下方的多晶硅与腐蚀液接触，发生电化学反应，导致焊盘下方的多晶硅被腐蚀的现象，轻则可能导致焊盘悬空，重则导致焊盘开路，影响打线良率。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本申请提供了一种MEMS器件包括导电多晶硅层；位于所述导电多晶硅层上方的包括多个第一开口的绝缘介质层；以及至少部分位于所述第一开口中的金属焊盘，所述金属焊盘与所述导电多晶硅层电连接；其中所述第一开口位于所述金属焊盘在所述导电多晶硅层表面的投影内，并且所述金属焊盘周沿与所述绝缘介质层表面贴合。

特别的，所述金属焊盘还覆盖所述第一开口外的所述绝缘介质层的部分顶面。

特别的，所述MEMS器件包括电容式麦克风，其包括衬底，位于所述衬底上方的第一牺牲层以及形成于所述第一牺牲层中背腔，位于所述第一牺牲层上方的振膜，位于所述振膜上方的第二牺牲层以及形成于所述第二牺牲层中的振动腔，位于所述第二牺牲层上方的背极板，以及所述金属焊盘；其中，所述背极板至少包括部分所述导电多晶硅层和所述绝缘介质层，所述金属焊盘包括振膜焊盘和背极板焊盘，其中所述导电多晶硅层包括与振膜电连接的第一导电多晶硅层，以及作为所述背极板导电层的第二导电多晶硅层，并且所述第一和第二导电多晶硅层之间设有电学隔离。

特别的，所述第二牺牲层包括第二开口，在所述第二开口中形成有所述第一导电多晶硅层及位于其上方的包括所述第一开口的所述绝缘介质层、和位于所述第一开口中的所述振膜焊盘。

特别的，在所述第二导电多晶硅层上方的所述绝缘介质层中包括所述第一开口，在所述第一开口中设有所述背极板焊盘。

特别的，所述第二牺牲层包括第二开口，在所述第二开口中包括所述第一导电多晶硅层、以及所述绝缘介质层，其中所述第二开口位于所述绝缘介质层在所述第一导电多晶硅层表面的投影内；在所述第二开口外位于所述第二牺牲层上方的所述第一导电多晶硅层上方形成有包括所述第一开口的所述绝缘介质层，以及位于所述第一开口中的所述振膜焊盘。

特别的，所述金属焊盘包括金或铬金焊盘。

特别的，所述绝缘介质层包括氮化硅。

本申请还提供了一种电子设备，包括前述任一所述的MEMS器件。

采用本申请的方案，可以通过金和氮化硅等绝缘介质将电极处的多晶硅材料包住，避免电极处多晶硅材料和释放溶液接触，以此发生电化学反应，解决从而导致的焊盘结构悬空，影响打线良率甚至焊盘结构开路的问题。

附图说明

下面，将结合附图对本申请的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本申请一个实施例的MEMS器件局部结构示意图；

图2A是根据本申请一个实施例的电容式麦克风的结构示意图；以及

图2B是根据本申请另一个实施例的电容式麦克风的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

为了解决如电容式麦克风等MEMS器件中，多晶硅材料和金属例如金或铬金材料接触释放溶液造成的电化学腐蚀问题，提高加工工艺过程中的打线良率，本申请提出了一种MEMS器件的设计方案。

图1是根据本申请一个实施例的MEMS器件局部结构示意图。如图1所示，在该MEMS器件需要接电的导电多晶硅层111上可以设有一层绝缘介质层112，且该绝缘介质层上包括一个或多个第一开口101，在第一开口101中设有金属焊盘113，金属焊盘113的材料可以为金或铬金等。根据一个实施例，金属焊盘113可以覆盖第一开口101外的部分绝缘介质层112的顶面。如图1所示，金属焊盘113与多晶硅层111电连接。根据不同的实施例，第一开口101位于绝缘介质层112和金属焊盘113在多晶硅层111表面的投影内，金属焊盘113与绝缘介质层112表面贴合，金属焊盘113与导电多晶硅层111电连接。可以理解的是，在形成金属焊盘和绝缘介质层的过程中，可能会有气泡，或者可能由于溅射或者淀积工艺的角度问题，导致在第一开口中的多晶硅层与金属焊盘或绝缘介质层之间会存在空隙。因此本文中所谓的完全覆盖可以是金属焊盘完全覆盖第一开口，但并不局限于必须百分之百覆盖，在并非百分之百覆盖的情况下，所述第一开口必须位于所述金属焊盘在所述导电多晶硅层表面的投影内，并且所述金属焊盘周沿与所述绝缘介质层表面贴合，所述金属焊盘与所述导电多晶硅层电连接，从而确保在所述第一开口中的导电多晶硅层表面不会与腐蚀液接触。

根据不同的实施例，绝缘介质层可以包括氮化硅或其他绝缘介质材料。

根据不同的实施例，包括上述结构的MEMS器件可以是压力传感器，例如压阻或者电容式压力传感器，或者加速度传感器，或者谐振器等等需要通过金属焊盘与导电多晶硅薄膜进行电连接的MEMS器件。以下以电容式压力传感器和氮化硅作为绝缘介质材料为例进行说明。

图2A是根据本申请一个实施例的电容式麦克风的结构示意图。

如图2A所示，本申请一个实施例的电容式麦克风包括衬底211、位于衬底211上方的第一牺牲层212、位于第一牺牲层212上方的振膜213、位于振膜213上方的第二牺牲层214，以及位于第二牺牲层214上方的背极板。根据一个实施例，背极板可以包括导电多晶硅层216，以及位于多晶硅层216上方的氮化硅层217。根据一个实施例，多晶硅层216可以包括彼此电学隔离的第一导电多晶硅层2161和第二导电多晶硅层2162。麦克风还包括与作为背极板导电层的第二导电多晶硅层2162电连接的金属焊盘218，和与作为振膜引出电极的第一导电多晶硅层2161电连接的金属焊盘219。可选择的，背极板还可以包括下层215(例如氧化硅或氮化硅，防止与振膜短路和吸附)。

如图2A所示，在本申请实施例中，在形成衬底中的背腔以及释放振膜和释放背极板形成振动腔的过程中，会需要对衬底、第一牺牲层、第二牺牲层进行腐蚀。金属焊盘218和219在导电多晶硅层216上的投影可覆盖导电多晶硅层216表面，金属焊盘218和219的周沿与氮化硅层217表面贴合，防止在上述腐蚀过程中发生电化学反应导致导电多晶硅层216被腐蚀进而导致金属焊盘下部悬空。

根据一个实施例，为了形成金属焊盘219，可以先在振膜213上形成第二牺牲层214以及背极板下层215，可在完成背极板下层215后形成贯穿第二牺牲层214和背极板下层215的第二开口202。根据一个实施例，随后可以在第二开口202中和背极板下层215的上方形成导电多晶硅层216，其中导电多晶硅层216与振膜213在第二开口202中电连接。

根据一个实施例，可以将导电多晶硅层216中作为背极板导电层的部分和位于第二开口202中与作为振膜引出电极的导电多晶硅层部分进行电学隔离，例如在第二开口202以外多晶硅层中形成第三开口203(如图2A所示)，从而将导电多晶硅层216分成了第一导电多晶硅层2161和第二导电多晶硅层2162两个部分。根据一个实施例，第二导电多晶硅层2162可以用于背极板的导电层，第一导电多晶硅层2161用于形成振膜的引出电极。值得注意的是，这里说的第一导电多晶硅层2161还包括第二开口202外附近的未与第二开口202中的导电多晶硅层电学隔离的部分导电多晶硅层。

根据一个实施例，可以在导电多晶硅层216上方形成氮化硅层217。根据一个实施例，氮化硅层217可以填充图2A中的电学隔离第三开口203。根据一个实施例，可以在位于第二开口202中的氮化硅层217中形成第一开口201，并在第一开口201中形成金属例如金或铬金焊盘219。有关氮化硅层217和金属焊盘219的相对关系与图1及其相应描述基本相同。

根据一个实施例，如图2A所示，所述第一开口201位于氮化硅层217和金属焊盘219在第一导电多晶硅层2161表面的投影内，金属焊盘219与第一导电多晶硅层2161电连接，并且所述金属焊盘周沿与所述绝缘介质层表面贴合。根据一个实施例，金属焊盘219也可以覆盖第一开口201外的部分氮化硅层217的顶面。并且，金属焊盘219和氮化硅层217一起覆盖第二开口202中的第一导电多晶硅层2161的顶面和内侧面，使得在形成背腔以及释放第一和第二牺牲层的过程中，第一导电多晶硅层2161不会与腐蚀液接触，从而不会发生电化学反应。

根据一个实施例，在上述形成第一开口201的同时，也会在作为背极板导电层的第二导电多晶硅层2162部分上方的氮化硅层217中形成用于形成背极板电连接的第一开口(由于在同一工艺流程中形成，也称第一开口)，并且在形成金属焊盘219的同时形成金属焊盘218，并且所述第一开口201位于氮化硅层217和金属焊盘218在第二导电多晶硅层2161表面的投影内，并且金属焊盘218的周沿与氮化硅层217的表面贴合，金属焊盘218与第二导电多晶硅层2162电连接。根据一个实施例，金属焊盘218也可以覆盖第一开口201外的部分氮化硅层217的顶面。

图2B是根据本申请另一个实施例的电容式麦克风的结构示意图。

如图2B所示，本申请另一个实施例的电容式麦克风包括衬底221、位于衬底221上方的第一牺牲层222、位于第一牺牲层222上方的振膜223、位于振膜223上方的第二牺牲层224，以及位于第二牺牲层224上方的背极板。根据一个实施例，背极板可以包括导电多晶硅层226，以及位于导电多晶硅层226上方的氮化硅层227。根据一个实施例，多晶硅层216可以包括彼此电学隔离的第一导电多晶硅层2161和第二导电多晶硅层2162。麦克风还包括位于氮化硅层227上、与作为所述背极板导电层的第二导电多晶硅层2262电连接的金属焊盘228和位于氮化硅层227上、与第一导电多晶硅层2261电连接的金属焊盘229。可选择的，背极板还可以包括下层225(例如氧化硅或氮化硅，防止与振膜短路和吸附)。

如图2B所示，在本申请实施例中，在形成衬底中的背腔以及释放振膜和释放背极板形成振动腔的过程中，会需要对衬底、第一牺牲层、第二牺牲层进行腐蚀。金属焊盘228和229在导电多晶硅层226上的投影可覆盖导电多晶硅层226表面，并且金属焊盘228和229的周沿与氮化硅层227表面贴合，防止在上述腐蚀过程中发生电化学反应导致导电多晶硅层226被腐蚀进而导致金属焊盘228和229下部悬空。

根据一个实施例，为了形成金属焊盘229，可以先在振膜223上形成第二牺牲层224及背极板下层225，可在完成背极板下层225后形成贯穿第二层牺牲层224和背极板下层225的第二开口302。根据一个实施例，随后可以在第二开口302中和背极板下层225的上方形成导电多晶硅层226，其中导电多晶硅层226与振膜223在第二开口302中电连接。

根据一个实施例，可以将导电多晶硅层226中作为背极板导电层的部分和其位于第二开口302中的导电多晶硅层部分进行电学隔离，例如在第二开口302以外多晶硅层中形成第三开口303(如图2B所示)，从而将多晶硅层226分成了第一导电多晶硅层2261和第二导电多晶硅层2262两个部分。根据一个实施例，第二导电多晶硅层2262可以用于背极板的导电层，第一导电多晶硅层2261用于形成振膜的引出电极。值得注意的是，这里的第一导电多晶硅层2261还包括第二开口302外附近的未与其电学隔离的部分多晶硅层。

根据一个实施例，可以在导电多晶硅层226上方形成氮化硅层227。根据一个实施例，在第二开口302中的第一导电多晶硅层2261和氮化硅层227中可以并不形成任何开口，第二开口302中的第一导电多晶硅层2261仅仅承担与振膜223电连接的角色，并且第一导电多晶硅层2261被其上方的氮化硅层227封闭覆盖，或者说所述第二开口302位于氮化硅层227在第一导电多晶硅层2261表面的投影内，因此也不会在释放过程中发生电化学反应。而在位于第二开口302以外、并且与第二开口302中的导电多晶硅层电连接的第一导电多晶硅层2261上方的氮化硅层227中可以形成第一开口301，并在第一开口301中形成金属例如金或铬金焊盘229。氮化硅层227和金属焊盘229的相对关系与图1及其相应描述基本相同。

根据一个实施例，如图2B所示，其中第一开口301位于氮化硅层227和金属焊盘229在第一导电多晶硅层2261表面的投影内，金属焊盘229与第一导电多晶硅层2261电连接，并且金属焊盘229的周沿与氮化硅层227的表面贴合。根据一个实施例，金属焊盘229也可以覆盖第一开口301外的部分氮化硅层227的顶面，如图2B所示。并且，氮化硅层227覆盖第二开口302中的第一导电多晶硅层2261的顶面和内侧面，使得在释放第一和第二牺牲层的过程中，第一导电多晶硅层2261不会与腐蚀液接触，从而不会发生电化学反应。可以理解的是，在形成金属焊盘和绝缘介质层的过程中，可能会有气泡，或者可能由于溅射或者淀积工艺的角度问题，导致在第一开口301中的第一导电多晶硅层2261与金属焊盘229或氮化硅层227之间会存在空隙。但是，所述第一开口301位于氮化硅层227和金属焊盘229在第一导电多晶硅层2261表面的投影内，金属焊盘229的周沿与氮化硅层227的表面贴合即强调在第一开口301中的第一导电多晶硅层2261表面不会与腐蚀液接触。

根据一个实施例，在上述形成第一开口的同时，也会在作为背极板导电层的第二导电多晶硅层2262部分上方的氮化硅层227中形成用于形成背极板电连接的第一开口，并且在形成金属焊盘229的同时形成金属焊盘228，并且第一开口301位于金属焊盘228与氮化硅层227在第二导电多晶硅层2262表面的投影内，并且金属焊盘228的周沿与氮化硅层227的表面贴合，金属焊盘228与第二导电多晶硅层2262电连接。根据一个实施例，金属焊盘228也可以覆盖第一开口301外的部分氮化硅层227的顶面。

采用本申请的方案，可以通过金和氮化硅等绝缘介质将电极处的多晶硅材料包住，避免电极处多晶硅材料和释放溶液或者说腐蚀液接触，以此发生电化学反应，解决从而导致的焊盘结构悬空，影响打线良率甚至焊盘结构开路的问题。

上述实施例仅供说明本申请之用，而并非是对本申请的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本申请公开的范畴。

Claims (9)

1.一种MEMS器件，其特征在于至少包括：

导电多晶硅层；

位于所述导电多晶硅层上方的包括多个第一开口的绝缘介质层；以及

至少部分位于所述第一开口中的金属焊盘，所述金属焊盘与所述导电多晶硅层电连接；

其中所述第一开口位于所述金属焊盘在所述导电多晶硅层表面的投影内，并且所述金属焊盘周沿与所述绝缘介质层表面贴合。

2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述金属焊盘还覆盖所述第一开口外的所述绝缘介质层的部分顶面。

3.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，

所述MEMS器件包括电容式麦克风，其包括：

衬底，位于所述衬底上方的第一牺牲层以及形成于所述第一牺牲层中背腔，位于所述第一牺牲层上方的振膜，位于所述振膜上方的第二牺牲层以及形成于所述第二牺牲层中的振动腔，位于所述第二牺牲层上方的背极板，以及所述金属焊盘；其中，所述背极板至少包括部分所述导电多晶硅层和所述绝缘介质层；其中所述金属焊盘包括振膜焊盘和背极板焊盘，其中所述导电多晶硅层包括与振膜电连接的第一导电多晶硅层，以及作为所述背极板导电层的第二导电多晶硅层，并且所述第一和第二导电多晶硅层之间设有电学隔离。

4.根据权利要求3所述的MEMS器件，其特征在于，

所述第二牺牲层包括第二开口，在所述第二开口中形成有所述第一导电多晶硅层及位于其上方的包括所述第一开口的所述绝缘介质层、和位于所述第一开口中的所述振膜焊盘。

5.根据权利要求3所述的MEMS器件，其特征在于，

在所述第二导电多晶硅层上方的所述绝缘介质层中包括所述第一开口，在所述第一开口中设有所述背极板焊盘。

6.根据权利要求3所述MEMS器件，其特征在于，

所述第二牺牲层包括第二开口，在所述第二开口中包括所述第一导电多晶硅层、以及所述绝缘介质层，其中所述第二开口位于所述绝缘介质层在所述第一导电多晶硅层表面的投影内；

在所述第二开口外位于所述第二牺牲层上方的所述第一导电多晶硅层上方形成有包括所述第一开口的所述绝缘介质层，以及位于所述第一开口中的所述振膜焊盘。

7.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述金属焊盘包括金或铬金焊盘。

8.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述绝缘介质层包括氮化硅。

9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的MEMS器件。

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