WO2023078212A1 - 静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备 - Google Patents

静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备 Download PDF

Info

Publication number
WO2023078212A1
WO2023078212A1 PCT/CN2022/128706 CN2022128706W WO2023078212A1 WO 2023078212 A1 WO2023078212 A1 WO 2023078212A1 CN 2022128706 W CN2022128706 W CN 2022128706W WO 2023078212 A1 WO2023078212 A1 WO 2023078212A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pattern
circular pattern
standard
circular
range
Prior art date
Application number
PCT/CN2022/128706
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
邹泉波
Original Assignee
歌尔微电子股份有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 歌尔微电子股份有限公司 filed Critical 歌尔微电子股份有限公司
Publication of WO2023078212A1 publication Critical patent/WO2023078212A1/zh

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032Packages or encapsulation
    • B81B7/0035Packages or encapsulation for maintaining a controlled atmosphere inside of the chamber containing the MEMS
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00277Processes for packaging MEMS devices for maintaining a controlled atmosphere inside of the cavity containing the MEMS
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00301Connecting electric signal lines from the MEMS device with external electrical signal lines, e.g. through vias
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/04Microphones
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02Sensors
    • B81B2201/0257Microphones or microspeakers

Definitions

  • the present disclosure relates to the technical field of MEMS transducers, and more particularly, relates to an electrostatic MEMS transducer, a manufacturing method thereof, and an electronic device.
  • Electrostatic MEMS transducers may include, for example, microphones, pressure sensors, inertial sensors, micromirrors, scanners, switches/relays, and the like. Electrostatic MEMS transducers usually include two electrodes that can move relative to each other and a dielectric layer between the two electrodes. A dielectric layer is placed between the two electrodes to prevent electrode perforation in the gap (air or vacuum) between the two electrodes or to prevent shorting of the electrodes when the electrodes collapse. Dielectric layers in the gap often affect the performance and reliability of MEMS transducers.
  • dielectric layers with standard or "perfect” insulating properties e.g., high bulk resistivity
  • Standard Si3N4 may have long-term stability issues due to charging issues, which results in a potentially large drop in sensitivity.
  • a MEMS relay with standard Si3N4 in the gap often malfunctions even in the short term, and its "off" state may not be sustainable.
  • FIG. 1 shows an example of a prior art electrostatic MEMS microphone.
  • an electrostatic MEMS microphone 10 includes a substrate 1 , a diaphragm 2 on the substrate 1 , a spacer 3 , a bottom dielectric layer 5 , a back electrode 6 , a top dielectric layer 7 , and a bonding pad 4 .
  • Figure 2 shows a microphone unit 20 comprising an electrostatic MEMS microphone 10.
  • the microphone unit 20 includes a PCB 21, a cover 22, a sound hole 23, and an electrostatic micro-electromechanical system microphone 10 located in a housing surrounded by the PCB 21 and the cover 22.
  • an electrostatic MEMS transducer comprising: a first electrode; a second electrode movable relative to the first electrode; and a A dielectric layer, wherein the dielectric layer includes a standard part and a leaky part, the material of the standard part is a standard dielectric material, and the material of the leaky part is a leaky dielectric material.
  • a method of manufacturing an electrostatic MEMS transducer comprising: sequentially forming a first sacrificial layer, a vibrating membrane, and a second sacrificial layer on a substrate, wherein the second sacrificial layer At least two depressions are formed on the layer; a standard portion of the bottom dielectric layer is deposited in at least one of the depressions using a standard dielectric material; a leakage dielectric material is deposited on the second sacrificial layer formed with the standard portion of the bottom dielectric layer to form the leakage portion Bottom dielectric layer; forming a back electrode on the bottom dielectric layer; depositing a top dielectric layer on the back electrode; etching the bottom dielectric layer of the leakage portion to form a bottom dielectric pattern; forming contact pads for the diaphragm and back electrode; removing at least a portion of the second sacrificial layer to form a gap between the diaphragm and the back electrode; and
  • an electronic device comprising the electrostatic MEMS transducer according to the embodiment.
  • the standard dielectric material part and the leaky dielectric material part are mixed, so that the stability of the dielectric layer can be maintained for a long time, so that Electrostatic MEMS transducers maintain stability and reliability over extended time scales.
  • Figure 1 shows an example of an electrostatic MEMS microphone.
  • FIG. 2 shows a microphone unit comprising the electrostatic MEMS microphone of FIG. 1 .
  • FIG. 3 shows a schematic deformation diagram of the microphone unit in FIG. 2 .
  • Figure 4 illustrates an electrostatic MEMS transducer according to one embodiment.
  • 9-14 illustrate a method of manufacturing an electrostatic MEMS transducer according to one embodiment.
  • Figure 15 shows a schematic performance graph of an electrostatic MEMS transducer according to one embodiment.
  • Fig. 16 shows a schematic diagram of an electronic device according to one embodiment.
  • the long-term sensitivity of electrostatic MEMS microphones can drop by -3dB or more when standard dielectric materials are used as the dielectric layer.
  • FIG. 3 shows that the microphone unit 20 in FIG. 2 is deformed in the long-term condition.
  • the PCB 21 may absorb moisture and swell during long-term use.
  • the PCB 21 is bent, causing stress relaxation in the diaphragm 2 in the electrostatic MEMS microphone 10. Since the deformation of the PCB 21 is irreversible, the sensitivity of the electrostatic MEMS microphone 10 may be permanently increased.
  • a “leaky” dielectric material is a dielectric material with a lower resistivity.
  • a “leaky” dielectric material has a lower volume resistivity than a standard dielectric material.
  • a “leaky” dielectric material has a volume resistivity below 10 10 ⁇ .cm.
  • leaky dielectric material is still a dielectric material, not a conductive material.
  • “leaky” dielectric materials typically have volume resistivities greater than 106 ⁇ .cm.
  • the inventors have discovered that by employing a "leaky" dielectric material as the dielectric layer, the long-term sensitivity of electrostatic MEMS microphones may be increased.
  • the generally acceptable sensitivity drift of MEMS microphones is +/-1dB ( ⁇
  • Figure 4 illustrates an electrostatic MEMS transducer according to one embodiment.
  • the electrostatic MEMS transducer 30 includes a first electrode 36, a second electrode 32 and dielectric layers 35a, 35b.
  • the second electrode 32 is movable relative to the first electrode 36 .
  • the dielectric layer 35a, 35b is located between the first electrode 36 and the second electrode 32 .
  • the dielectric layer includes a standard portion 35a and a leaky portion 35b.
  • the material of the standard part 35a is a standard dielectric material.
  • the material of the leakage portion 35b is a leakage dielectric material.
  • the long-term sensitivity change curve of the standard part 35a shows a downward trend
  • the long-term sensitivity change curve of the leakage part 35b shows an upward trend.
  • the sensitivity of the mixed dielectric layer remains substantially unchanged in the long term, thereby improving the long-term stability of the electrostatic MEMS transducer.
  • the electrostatic MEMS transducer in FIG. 4 may be a MEMS microphone.
  • the first electrode 36 is the back electrode
  • the second electrode 32 is the diaphragm.
  • a back electrode 36 is deposited on the dielectric layer 35 .
  • the dielectric layer 35 is a bottom dielectric layer.
  • the diaphragm 32 is formed on the substrate 31 .
  • the diaphragm 32 is spaced apart from the dielectric layer 35 and the back electrode 36 by a spacer 33 .
  • the micro-electro-mechanical system microphone also includes a plurality of solder pads 34 respectively connected to the diaphragm 32 and the back electrode 35 .
  • a top dielectric layer 37 is deposited on the back electrode 35 .
  • the bottom surface pattern of the leakage part includes a first annular pattern 41a
  • the bottom surface pattern of the standard part includes a first annular pattern 41a inside the first annular pattern 41a.
  • a circular pattern 41b is integral patterns of the leakage part and the standard part, and they may also include a plurality of dielectric layer protrusions.
  • the leakage section and the standard section shown in Figures 6-8 are also similar.
  • the bottom surface pattern of the leakage part includes a second circular pattern 42a and a second circular pattern 42b
  • the bottom surface pattern of the standard part includes a third circular pattern located between the second circular pattern 42a and the second circular pattern 42b.
  • Pattern 42c In the pattern designed in FIG. 6 , the standard part is sandwiched between two leakage parts, which is beneficial to make the characteristic variation of the two different parts of the dielectric layer more uniform.
  • the bottom surface pattern of the leakage part includes a fourth circular pattern 43a
  • the bottom surface pattern of the standard part includes a third circular pattern 43c inside the fourth circular pattern 43a.
  • the bottom surface pattern of the leakage part also includes a truncated pattern 43b.
  • the truncated pattern 43b divides the third circular pattern 43c into at least two parts.
  • the truncated pattern 43b is in the shape of a cross, which evenly divides the third circular pattern 43c into four quarter-circle parts.
  • the offset degree of the characteristic change of the standard part and the leakage part is more uniform; Expected long-term device stability.
  • the bottom surface pattern of the leakage part includes a fourth circular pattern 44a
  • the bottom surface pattern of the standard part includes a fifth circular pattern 44b and at least two sixth circular patterns 44c.
  • the fifth circular pattern 44b and the sixth circular pattern 44c are scattered in the fourth circular pattern 44a.
  • the sixth circular pattern 44c surrounds the fifth circular pattern 44b.
  • the leaky dielectric material may be Six N y .
  • the refractive index of the leakage dielectric material is in the range of 2.1 to 2.5.
  • the Si:N atomic ratio of the leakage dielectric material is in the range of 1:1.1 to 1:0.9.
  • the bulk resistivity of the leaky dielectric material is in the range of 10 6 ⁇ .cm to 10 10 ⁇ .cm.
  • a standard dielectric material is SiNx .
  • standard dielectric materials have a refractive index in the range of 1.9 to 2.1.
  • standard dielectric materials have Si:N atomic ratios in the range of 1:1.35 to 1:1.1.
  • standard dielectric materials have volume resistivities in the range of 10 11 ⁇ .cm to 10 16 ⁇ .cm.
  • the ratio of the bottom surface area of the standard portion to the leakage portion is between 10% and 90%. In this way, changes in the characteristics of the standard portion and the leakage portion can be effectively offset.
  • 9-14 illustrate a method of manufacturing an electrostatic MEMS transducer according to one embodiment.
  • a first sacrificial layer 52 , a diaphragm 53 and a second sacrificial layer 54 are sequentially formed on a substrate 51 . At least two depressions 55 are formed on the second sacrificial layer 54 .
  • the material of the diaphragm 53 includes, for example, polysilicon, carbon-silicon-on-insulator, and the like.
  • the first sacrificial layer 52 is formed using, for example, PSG (phosphosilicate glass) or LTO (low temperature oxide) deposition.
  • the recess 55 may be formed by lithographic etching.
  • a standard portion of the bottom dielectric layer 56 is deposited in at least one recess 55 using a standard dielectric material.
  • a leakage dielectric material is deposited on the second sacrificial layer 54 formed with the standard portion of the bottom dielectric layer 56 to form the leakage portion of the bottom dielectric layer 57 .
  • a back electrode 58 is formed on the bottom dielectric layer 56 , 57 .
  • the back electrode 58 can be, for example, polysilicon or metal aluminum.
  • a top dielectric layer 59 is deposited on the back electrode 58 as shown in FIG. 12 .
  • the bottom dielectric layer of the leakage portion is etched to form a bottom dielectric pattern.
  • the unwanted bottom dielectric layer can be etched away using lithographic etching.
  • contact pads 60 for the diaphragm 53 and the back electrode 58 are formed.
  • the material of the contact pad 60 may be CrAu, CrNiAu, etc., for example.
  • At least a part of the second sacrificial layer 54 is removed to form a gap between the diaphragm 53 and the back electrode 58 .
  • at least a part of the first sacrificial layer 53 and the substrate 51 is removed to release the diaphragm 53 .
  • the electrostatic MEMS transducer formed here may be an electrostatic MEMS microphone.
  • the bottom surface pattern of the bottom dielectric layer may be the dielectric layer pattern shown in FIGS. 5-8.
  • the standard part and leaky part can be as described above. These descriptions are not repeated here.
  • FIG. 16 shows a schematic diagram of an electronic device according to one embodiment disclosed herein.
  • the electronic device 70 may include the electrostatic MEMS transducer 30 shown in FIG. 4 .
  • the electronic device 70 may be a mobile phone, a tablet computer, a wearable device, and the like.
  • the electrostatic MEMS transducer 30 may be a microphone, a pressure sensor, an inertial sensor, a micromirror, a scanner, a switch/relay, or the like.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

一种静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备,该静电微机电系统换能器包括:第一电极(36);相对于第一电极(36)能移动的第二电极(32);以及位于第一电极(36)和第二电极(32)之间的电介质层(35a、35b),其中,电介质层(35a、35b)包括标准部分(35a)和泄漏部分(35b),标准部分(35a)的材料是标准电介质材料,泄漏部分(35b)的材料是泄漏电介质材料。

Description

静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备
本公开要求于2021年11月08日提交中国专利局,申请号为202111314136.6,申请名称为“静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本公开中。
技术领域
本公开涉及微机电系统换能器技术领域,以及更具体地,涉及一种静电微机电系统换能器、其制造方法及电子设备。
背景技术
静电微机电系统换能器例如可以包括麦克风、压力传感器、惯性传感器、微镜、扫描仪、开关/继电器等。静电微机电系统换能器通常包括可以相对移动的两个电极以及位于两个电极之间的电介质层。电介质层位于两个电极之间中,以防止两个电极之间的间隙(空气或真空)中发生电极穿或者在电极塌陷时防止电极短路。间隙中的电介质层通常会影响微机电系统换能器的性能和可靠性。
例如,在微机电系统麦克风中,在高电场下具有标准或“完美”绝缘特性(例如,高体电阻率)的电介质层通常会发生“充电”问题。这导致不同时间范围内的功能失效,所述时间范围取决于实际的充电/放电速度。由于充电问题,标准Si3N4可能具有长期稳定性问题,这导致灵敏度可能大幅下降。在另一个例子中,即使在短期来看,具有间隙中的标准Si3N4的微机电系统继电器也经常发生异常,它的“断开”状态可能是不可持续的。
图1示出了现有技术的静电微机电系统麦克风的例子。如图1所示,静电微机电系统麦克风10包括衬底1、位于衬底1上的振膜2、间隔件3、底电介质层5、背极6、顶电介质层7、焊盘4。图2示出了包含静电微机 电系统麦克风10的麦克风单元20。麦克风单元20包括PCB 21、盖子22、声孔23以及位于由PCB 21和盖子22围成的壳体内的静电微机电系统麦克风10。
因此,在现有技术中需要提出一种新的用于静电微机电系统换能器的技术方案以解决现有技术中的至少一个技术问题。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种用于静电微机电系统换能器的新技术方案。
根据本公开的第一方面,提供了一种静电微机电系统换能器,包括:第一电极;相对于第一电极能移动的第二电极;以及位于第一电极和第二电极之间的电介质层,其中,所述电介质层包括标准部分和泄漏部分,所述标准部分的材料是标准电介质材料,所述泄漏部分的材料是泄漏电介质材料。
根据本公开的第二方面,提供了一种静电微机电系统换能器的制造方法,包括:在衬底上依次形成第一牺牲层、振膜和第二牺牲层,其中,在第二牺牲层上形成有至少两个凹陷;使用标准电介质材料在至少一个凹陷中沉积标准部分的底部电介质层;在形成有标准部分的底部电介质层的第二牺牲层上沉积泄漏电介质材料以形成泄漏部分的底部电介质层;在底部电介质层上形成背极;在背极上沉积顶部电介质层;蚀刻泄漏部分的底部电介质层,以形成底部电介质图案;形成用于振膜和背极的接触焊盘;去除第二牺牲层的至少一部分,以形成振膜和背极之间的间隙;以及去除第一牺牲层和衬底的至少一部分,以释放振膜。
根据本公开的第三方面,提供了一种电子设备,包括根据实施例的静电微机电系统换能器。
根据本公开的实施例,在静电微机电系统换能器的电介质层中,采用标准电介质材料部分和泄漏电介质材料部分混合的方式,可以在较长的时间内保持电介质层的稳定性,从而使静电微机电系统换能器在较长的时间范围内保持稳定性和可靠性。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述,本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例,并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。
图1示出了静电微机电系统麦克风的一个例子。
图2示出了包括图1的静电微机电系统麦克风的麦克风单元。
图3示出了图2的麦克风单元的形变示意图。
图4示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器。
图5-8示出了根据各个实施例的电介质层的图案。
图9-14示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器的制造方法。
图15示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器的示意性性能曲线图。
图16示出了根据一个实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步 讨论。
下面,参照附图说明这里公开的实施例。
如背景技术所述,在采用标准电介质材料作为电介质层的情况下,静电微机电系统麦克风的长期灵敏度可能会下降-3dB或更多。
此外,图3示出了在长期的情况下图2中的麦克风单元20发生形变的情况。PCB 21在长期使用中可能吸收湿气从而膨胀。如图3所示,PCB 21发生弯曲,从而导致静电微机电系统麦克风10中的振膜2中的应力松弛。由于PCB 21的形变是不可逆的,静电微机电系统麦克风10的灵敏度可能会永久增加。
另外,“泄漏”电介质材料是提电阻率较低的电介质材料。“泄漏”电介质材料的体电阻率低于标准电介质材料的体电阻率。例如,“泄漏”电介质材料的体电阻率低于10 10Ω.cm。
这里需要指出的是,“泄漏”电介质材料仍然是电介质材料,而不是导电材料。从这个方面来说,例如,“泄漏”电介质材料的体电阻率通常大于10 6Ω.cm。
本发明人发现,通过采用“泄漏”电介质材料作为电介质层,静电微机电系统麦克风的长期灵敏度可能会增加。
在长期可靠性测试中,通常可接受的微机电系统麦克风的灵敏度漂移是+/-1dB(<|1dB|)。
考虑到这些因素,在这里提出,采用标准电介质材料和泄漏电介质材料混合的技术方案。即,在电极间的电介质层中,部分区域采用标准电介质材料,而其他部分区域采用泄漏电介质材料。这样,可以通过构图,设计电介质层的长期性能,从而将长期性能/灵敏度漂移控制在较低的程度。
图4示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器。
如图4所示,静电微机电系统换能器30包括第一电极36、第二电极32和电介质层35a、35b。第二电极32能相对于第一电极36移动。电介质层35a、35b位于第一电极36和第二电极32之间。
电介质层包括标准部分35a和泄漏部分35b。标准部分35a的材料是标准电介质材料。泄漏部分35b的材料是泄漏电介质材料。
例如,如图15所示,标准部分35a的长期灵敏度变化曲线呈下降趋势,而泄漏部分35b的长期灵敏度变化曲线呈上升趋势。当将标准部分35a和泄漏部分35b混合形成电介质层时,在长期来看,混合的电介质层的灵敏度基本保持不变,从而提高静电微机电系统换能器的长期稳定性。
例如,图4中的静电微机电系统换能器可以是微机电系统麦克风。第一电极36是背极,第二电极32是振膜。背极36被沉积在电介质层35上。电介质层35是底介电质层。振膜32被形成在衬底31上。振膜32与电介质层35和背极36通过间隔件33间隔开。微机电系统麦克风还包括多个焊盘34,分别连接振膜32和背极35。在背极35上沉积顶电介质层37。
图5-8示出了根据各个实施例的电介质层的图案。
如图5所示,从底面看去(从图4中的衬底侧看去),泄漏部分的底面图案包括第一环形图案41a,标准部分的底面图案包括位于第一环形图案41a内部的第一圆形图案41b。本领域技术人员应当理解,图5中的第一环形图案41a和第一圆形图案41b是泄漏部分和标准部分的整体图案,它们还可以包括多个电介质层凸起部分。图6-8中所示的泄漏部分和标准部分也是类似的。
如图6所示,泄漏部分的底面图案包括第二环形图案42a和第二圆形图案42b,标准部分的底面图案包括位于第二环形图案42a和第二圆形图案42b之间的第三环形图案42c。在图6所设计的图案中,标准部分被夹在两个泄漏部分之间,从而有利于使得电介质层的两个不同部分的特性变化抵消程度更加均匀。
如图7所示,泄漏部分的底面图案包括第四环形图案43a,标准部分的底面图案包括位于第四环形图案43a内部的第三圆形图案43c。泄漏部分的底面图案还包括截断图案43b。截断图案43b将第三圆形图案43c分割成至少两个部分。在图7中,截断图案43b呈十字形,它将第三圆形图案43c均匀分割成四个四分之一圆部分。在这个实施例中,由于截断图案,一方面使得标准部分和泄漏部分的特性变化抵消程度更加均匀,另一方面,可以利用截断图案,微调标准部分和泄漏部分之间的底面面积比率,从而实现期望的器件长期稳定性。
如图8所示,泄漏部分的底面图案包括第四圆形图案44a,标准部分的底面图案包括第五圆形图案44b和至少两个第六圆形图案44c。在图8的底面图案中,第五圆形图案44b和第六圆形图案44c散布在第四圆形图案44a中。第六圆形图案44c围绕第五圆形图案44b。在这方案中,一方面,标准部分在泄漏部分中可以分布得更加分散,从而实现更加均匀的特性变化抵消;另一方面,可以通过设计第六圆形图案44c,较容易地控制标准部分和泄漏部分之间的底面面积比率。
在这里,泄漏电介质材料可以是Si xN y。例如,泄漏电介质材料的折射率在2.1至2.5的范围内。例如,泄漏电介质材料的Si:N的原子比率在1:1.1至1:0.9的范围内。例如,泄漏电介质材料的体电阻率在10 6Ω.cm至10 10Ω.cm的范围内。
例如,标准电介质材料是SiN x。例如,标准电介质材料的折射率在1.9至2.1的范围内。例如,标准电介质材料的Si:N的原子比率在1:1.35至1:1.1的范围内。例如,标准电介质材料的体电阻率在10 11Ω.cm至10 16Ω.cm的范围内。
例如,标准部分和泄漏部分的底面面积比率在10%至90%之间。这样,可以有效地抵消标准部分和泄漏部分的特性变化。
图9-14示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器的制造方法。
如图9所示,在衬底51上依次形成第一牺牲层52、振膜53和第二牺牲层54。在第二牺牲层54上形成有至少两个凹陷55。振膜53的材料例如包括多晶硅、绝缘体上碳-硅等。第一牺牲层52例如是使用PSG(磷硅玻璃)或LTO(低温氧化物)沉积形成的。例如,可以通过微影刻蚀形成凹陷55。
如图10所示,使用标准电介质材料在至少一个凹陷55中沉积标准部分的底部电介质层56。
如图11所示,在形成有标准部分的底部电介质层56的第二牺牲层54上沉积泄漏电介质材料以形成泄漏部分的底部电介质层57。接着,在底部电介质层56、57上形成背极58。背极58例如可以是多晶硅或金属铝等。
如图12所示,在背极58上沉积顶部电介质层59。接着,蚀刻泄漏部 分的底部电介质层,以形成底部电介质图案。可以利用微影刻蚀,蚀刻掉不需要的底部电介质层。
如图13所示,形成用于振膜53和背极58的接触焊盘60。接触焊盘60的材料例如可以是CrAu、CrNiAu等。
如图14所示,去除第二牺牲层54的至少一部分,以形成振膜53和背极58之间的间隙。接着,去除第一牺牲层53和衬底51的至少一部分,以释放振膜53。
这里形成的静电微机电系统换能器可以是静电微机电系统麦克风。底部电介质层的底面图案可以是图5-8所示的电介质层图案。标准部分和泄漏部分可以如前面所描述的那样。在这里不再重复这些描述。
图16示出了根据这里公开的一个实施例的电子设备的示意图。如图16所示,电子设备70可以包括图4所示的静电微机电系统换能器30。电子设备70可以是手机、平板电脑、可穿戴设备等。静电微机电系统换能器30可以是麦克风、压力传感器、惯性传感器、微镜、扫描仪、开关/继电器等。
虽然已经通过例子对本公开的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制这里公开的范围。

Claims (10)

  1. 一种静电微机电系统换能器,包括:
    第一电极;
    相对于第一电极能移动的第二电极;以及
    位于第一电极和第二电极之间的电介质层,
    其中,所述电介质层包括标准部分和泄漏部分,所述标准部分的材料是标准电介质材料,所述泄漏部分的材料是泄漏电介质材料。
  2. 根据权利要求1所述的静电微机电系统换能器,其中,所述静电微机电系统换能器是微机电系统麦克风,所述第一电极是背极,所述第二电极是振膜,以及所述背极被沉积在所述电介质层上。
  3. 根据权利要求1或2所述的静电微机电系统换能器,其中,所述泄漏部分的底面图案包括第一环形图案,所述标准部分的底面图案包括位于第一环形图案内部的第一圆形图案;或者
    其中,所述泄漏部分的底面图案包括第二环形图案和第二圆形图案,所述标准部分的底面图案包括位于第二环形图案和第二圆形图案之间的第三环形图案;或者
    其中,所述泄漏部分的底面图案包括第四环形图案,所述标准部分的底面图案包括位于第四环形图案内部的第三圆形图案,所述泄漏部分的底面图案还包括截断图案,所述截断图案将第三圆形图案分割成至少两个部分;或者
    其中,所述泄漏部分的底面图案包括第四圆形图案,所述标准部分的底面图案包括第五圆形图案和至少两个第六圆形图案,第五圆形图案和第六圆形图案散布在第四圆形图案中,以及第六圆形图案围绕第五圆形图案。
  4. 根据权利要求1或2所述的静电微机电系统换能器,其中,泄漏电介质材料是Si xN y,它的折射率在2.1至2.5的范围内,它的Si:N的原子 比率在1:1.1至1:0.9的范围内,它的体电阻率在10 6Ω.cm至10 10Ω.cm的范围内;以及
    其中,标准电介质材料是SiN x,它的折射率在1.9至2.1的范围内,它的Si:N的原子比率在1:1.35至1:1.1的范围内,它的体电阻率在10 11Ω.cm至10 16Ω.cm的范围内。
  5. 根据权利要求1或2所述的静电微机电系统换能器,其中,标准部分和泄漏部分的底面面积比率在10%至90%之间。
  6. 一种静电微机电系统换能器的制造方法,包括:
    在衬底上依次形成第一牺牲层、振膜和第二牺牲层,其中,在第二牺牲层上形成有至少两个凹陷;
    使用标准电介质材料在至少一个凹陷中沉积标准部分的底部电介质层;
    在形成有标准部分的底部电介质层的第二牺牲层上沉积泄漏电介质材料以形成泄漏部分的底部电介质层;
    在底部电介质层上形成背极;
    在背极上沉积顶部电介质层;
    蚀刻泄漏部分的底部电介质层,以形成底部电介质图案;
    形成用于振膜和背极的接触焊盘;
    去除第二牺牲层的至少一部分,以形成振膜和背极之间的间隙;以及
    去除第一牺牲层和衬底的至少一部分,以释放振膜。
  7. 根据权利要求6所述的制造方法,其中,其中,所述泄漏部分的底面图案包括第一环形图案,所述标准部分的底面图案包括位于第一环形图案内部的第一圆形图案;或者
    其中,所述泄漏部分的底面图案包括第二环形图案和第二圆形图案,所述标准部分的底面图案包括位于第二环形图案和第二圆形图案之间的第三环形图案;或者
    其中,所述泄漏部分的底面图案包括第四环形图案,所述标准部分的底面图案包括位于第四环形图案内部的第三圆形图案,所述泄漏部分的底面图案还包括截断图案,所述截断图案将第三圆形图案分割成至少两个部分;或者
    其中,所述泄漏部分的底面图案包括第四圆形图案,所述标准部分的底面图案包括第五圆形图案和至少两个第六圆形图案,第五圆形图案和第六圆形图案散布在第四圆形图案中,以及第六圆形图案围绕第五圆形图案。
  8. 根据权利要求6所述的制造方法,其中,泄漏电介质材料是Si xN y,它的折射率在2.1至2.5的范围内,它的Si:N的原子比率在1:1.1至1:0.9的范围内,它的体电阻率在10 6Ω.cm至10 10Ω.cm的范围内;以及
    其中,标准电介质材料是SiN x,它的折射率在1.9至2.1的范围内,它的Si:N的原子比率在1:1.35至1:1.1的范围内,它的体电阻率在10 11Ω.cm至10 16Ω.cm的范围内。
  9. 根据权利要求6所述的制造方法,其中,标准部分和泄漏部分的底面面积比率在10%至90%之间。
  10. 一种电子设备,包括根据权利要求1所述的静电微机电系统换能器。
PCT/CN2022/128706 2021-11-08 2022-10-31 静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备 WO2023078212A1 (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111314136.6A CN114148985A (zh) 2021-11-08 2021-11-08 静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备
CN202111314136.6 2021-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023078212A1 true WO2023078212A1 (zh) 2023-05-11

Family

ID=80459185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2022/128706 WO2023078212A1 (zh) 2021-11-08 2022-10-31 静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114148985A (zh)
WO (1) WO2023078212A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114148985A (zh) * 2021-11-08 2022-03-08 歌尔微电子股份有限公司 静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6109113A (en) * 1998-06-11 2000-08-29 Delco Electronics Corp. Silicon micromachined capacitive pressure sensor and method of manufacture
US20100077609A1 (en) * 2008-09-29 2010-04-01 Xerox Corporation Buried traces for sealed electrostatic membrane actuators or sensors
CN103096235A (zh) * 2006-03-20 2013-05-08 沃福森微电子股份有限公司 制备微机电系统麦克风的方法
CN104853299A (zh) * 2015-04-28 2015-08-19 歌尔声学股份有限公司 微机电系统麦克风芯片、麦克风、电子设备及制造方法
CN112996746A (zh) * 2018-11-19 2021-06-18 希奥检测有限公司 用于制造集成mems换能器设备的方法和集成mems换能器设备
CN114148985A (zh) * 2021-11-08 2022-03-08 歌尔微电子股份有限公司 静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备
CN114148986A (zh) * 2021-11-08 2022-03-08 歌尔微电子股份有限公司 微机电系统传感器、其制造方法及电子设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6844959B2 (en) * 2002-11-26 2005-01-18 Reflectivity, Inc Spatial light modulators with light absorbing areas
GB0706653D0 (en) * 2007-04-04 2007-05-16 Cambridge Display Tech Ltd Organic thin film transistors
US8410554B2 (en) * 2008-03-26 2013-04-02 International Business Machines Corporation Method, structure and design structure for customizing history effects of SOI circuits
GB2467777B (en) * 2009-02-13 2011-01-12 Wolfson Microelectronics Plc MEMS device and process
KR101692717B1 (ko) * 2015-12-01 2017-01-04 주식회사 비에스이센서스 정전용량형 멤스 마이크로폰 및 그 제조방법
CN111491244B (zh) * 2020-03-16 2021-11-16 歌尔微电子有限公司 一种mems麦克风的加工方法和mems麦克风

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6109113A (en) * 1998-06-11 2000-08-29 Delco Electronics Corp. Silicon micromachined capacitive pressure sensor and method of manufacture
CN103096235A (zh) * 2006-03-20 2013-05-08 沃福森微电子股份有限公司 制备微机电系统麦克风的方法
US20100077609A1 (en) * 2008-09-29 2010-04-01 Xerox Corporation Buried traces for sealed electrostatic membrane actuators or sensors
CN104853299A (zh) * 2015-04-28 2015-08-19 歌尔声学股份有限公司 微机电系统麦克风芯片、麦克风、电子设备及制造方法
CN112996746A (zh) * 2018-11-19 2021-06-18 希奥检测有限公司 用于制造集成mems换能器设备的方法和集成mems换能器设备
CN114148985A (zh) * 2021-11-08 2022-03-08 歌尔微电子股份有限公司 静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备
CN114148986A (zh) * 2021-11-08 2022-03-08 歌尔微电子股份有限公司 微机电系统传感器、其制造方法及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN114148985A (zh) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107285273B (zh) 用于梳状驱动mems装置的系统和方法
CN109279569B (zh) Mems器件和用于mems器件的制造方法
US8104354B2 (en) Capacitive sensor and manufacturing method thereof
EP1931173B1 (en) Condenser microphone having flexure hinge diaphragm and method of manufacturing the same
KR101357312B1 (ko) 테이퍼 형상 표면을 갖는 멤브레인 지지대를 구비한 마이크로기계 음향 변환기 및 제조 방법
US9264814B2 (en) Microphone
US7943413B2 (en) Vibration sensor and method for manufacturing the vibration sensor
CN107404697B (zh) 具有梳齿式电极的mems声换能器及对应的制造方法
KR20080090555A (ko) 컨덴서 마이크로폰
KR101150186B1 (ko) 멤스 마이크로폰 및 그 제조방법
KR101829793B1 (ko) 수직 전극 트랜스듀서를 위한 시스템 및 방법
KR100901777B1 (ko) 유연 스프링형 진동판을 갖는 콘덴서 마이크로폰 및 그제조방법
EP2460762A1 (en) MEMS device having reduced stiction and manufacturing method
WO2023078212A1 (zh) 静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备
US20130221456A1 (en) Capacitance Type Micro-Silicon Microphone and Method for Making the Same
KR101980785B1 (ko) 멤스 음향 센서의 백 플레이트 구조물 및 그 제조 방법
CN117069053A (zh) 半导体器件及其制备方法
JP2007194913A (ja) コンデンサマイクロホン及びその製造方法
CN111263282B (zh) 电容式传声器及其制作方法
TWI747102B (zh) 微機電系統麥克風的結構
CN106608614B (zh) Mems结构的制造方法
US10448168B2 (en) MEMS microphone having reduced leakage current and method of manufacturing the same
CN109721021B (zh) 一种mems器件及制备方法、电子装置
KR100765149B1 (ko) 초소형 음향 감지 장치 및 그 제조 방법
CN111434604A (zh) 微机电系统结构及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22889237

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1