CN217591085U - 一种mems结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种MEMS结构，包括：衬底，具有空腔和环形体；柔性层，形成在所述环形体上方；振动支撑层，形成在所述柔性层上方并且覆盖所述空腔；第一电极层，形成在所述振动支撑层上方；压电层，形成在所述第一电极层上方；第二电极层，形成在所述压电层上方。该MEMS结构在压电复合振动层与衬底之间设置柔性层，使压电复合振动层具有一定的面内伸缩能力来释放残余应力，有效的提高了MEMS结构的灵敏度。

Description

一种MEMS结构

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体来说，涉及一种MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统的简称)结构。

背景技术

MEMS传声器主要包括电容式和压电式两种。压电MEMS传声器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。同时相对于电容传声器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压电传声器的发展。残余应力是制约压电MEMS传声器提高的一个主要因素。

现有技术中降低残余应力通常将压电MEMS结构做成悬臂梁，通过变形来释放残余应力。圆形压电MEMS结构释放残余应力的方式还没有得到有效解决。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本申请提出了一种MEMS结构，能够有效释放残余应力，提高灵敏度。

本申请的技术方案是这样实现的：

根据本申请的一个方面，提供了一种MEMS结构，包括：

衬底，具有空腔和环形体；

柔性层，形成在所述环形体上方；

振动支撑层，形成在所述柔性层上方并且覆盖所述空腔；

第一电极层，形成在所述振动支撑层上方；

压电层，形成在所述第一电极层上方；

第二电极层，形成在所述压电层上方。

其中，所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层的区域面积小于所述空腔的区域面积。

其中，所述柔性层的内部区域面积等于所述空腔的区域面积。

综上，本专利提出的MEMS结构在压电复合振动层与衬底之间设置柔性层，使压电复合振动层具有一定的面内伸缩能力来释放残余应力，将MEMS结构对残余应力的敏感性降低了1倍左右，有效的提高了MEMS结构的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据一些实施例提供的MEMS结构的立体图；

图2示出了根据一些实施例提供的MEMS结构的剖面图；

图3示出了MEMS结构的平均残余应力与谐振频率曲线图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1和图2，根据本申请的实施例，提供了一种MEMS结构，该MEMS 结构可以但不限用于传声器或麦克风的压力传感器，或其他执行器。

本申请的MEMS结构包括具有空腔10b和环形体10a的衬底，形成在环形体10a上方的柔性层30，形成在柔性层30上方并且覆盖空腔10b的振动支撑层20d，形成在振动支撑层20d上方的第一电极层20c，形成在第一电极层20c 上方的压电层20b，形成在压电层20b上方的第二电极层20a。其中，振动支撑层20d、第一电极层20c、压电层20b和第二电极层20a构成了压电复合振动层。压电层20b可将施加的压力转换成电压，并且第一电极层20c和第二电极层20a可将所产生的电压传送至其他集成电路器件。

在一些实施例中，第一电极层20c、压电层20b和第二电极层20a的区域面积小于空腔10b的区域面积。

在一些实施例中，柔性层30的内部区域等于空腔10b的区域。

在一些实施例中，衬底包括硅或任何合适的硅基化合物或衍生物(例如硅晶片、SOI、SiO2/Si上的多晶硅)。振动支撑层20d包括氮化硅(Si3N4)、氧化硅、单晶硅、多晶硅构成的单层或者多层复合膜结构或其他合适的支撑材料。压电层20b包括氧化锌、氮化铝、有机压电膜、锆钛酸铅(PZT)、钙钛矿型压电膜或其他合适的材料。第一电极层20c和第二电极层20a包括铝、金、铂、钼、钛、铬以及它们组成的复合膜或其他合适的材料。

参见图3，本申请实施例提供了该MEMS结构在特定材料、尺寸条件下压电复合振动层平均残余应力与谐振频率的关系曲线。这里第一电极层20c和第二电极层20a的材料采用铝，压电层20b的材料采用氧化锌，振动支撑层20d 采用氮化硅，柔性层30采用聚酰亚胺。从图3可以看出，相较于不含有柔性层30的MEMS结构，本申请的MEMS结构对残余应力的敏感性降低了接近一倍。

综上，本专利提出的MEMS结构在压电复合振动层与衬底之间设置柔性层 30，使压电复合振动层具有一定的面内伸缩能力来释放残余应力，将MEMS结构对残余应力的敏感性降低了1倍左右，有效的提高了MEMS结构的灵敏度。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种MEMS结构，其特征在于，包括：

衬底，具有空腔和环形体；

柔性层，形成在所述环形体上方；

振动支撑层，形成在所述柔性层上方并且覆盖所述空腔；

第一电极层，形成在所述振动支撑层上方；

压电层，形成在所述第一电极层上方；

第二电极层，形成在所述压电层上方。

2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层的区域面积小于所述空腔的区域面积。

3.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述柔性层的内部区域面积等于所述空腔的区域面积。

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