一种MEMS结构制造技术

本申请公开了一种MEMS(微机电系统)结构，包括：衬底，具有邻近设置的空腔和第一凹槽，所述第一凹槽在所述空腔的外围；压电复合振动层，形成在所述空腔的正上方并且位于所述第一凹槽中间，其中，位于所述第一凹槽与所述空腔之间的部分的所述衬底支撑所述压电复合振动层，其中，所述压电复合振动层的外围区域具有第一波纹部分；质量块，形成在所述压电复合振动层的中间区域。该结构提高了压电复合振动层在声压作用下的位移和形变，降低了残余应力，进而提高了MEMS结构的灵敏度。而且，质量块有助于降低压电复合振动层的谐振频率，增加MEMS结构的灵敏度。

A kind of MEMS structure

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS结构
本申请涉及半导体
，具体来说，涉及一种MEMS(MicroelectroMechanicalSystems的简写，即微机电系统)结构。
技术介绍
MEMS传声器(麦克风)主要包括电容式和压电式两种。MEMS压电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。其中，振动膜的残余应力大是其灵敏度低的一个重要原因。针对相关技术中如何降低压电式MEMS结构的残余应力和提高振动膜形变的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中残余应力较大的问题，本申请提出一种MEMS结构，能够有效降低残余应力。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(微机电系统)结构，包括：衬底，具有邻近设置的空腔和第一凹槽，所述第一凹槽在所述空腔的外围；压电复合振动层，形成在所述空腔的正上方并且位于所述第一凹槽中间，其中，位于所述第一凹槽与所述空腔之间的部分的所述衬底支撑所述压电复合振动层，其中，所述压电复合振动层的外围区域具有第一波纹部分；质量块，形成在所述压电复合振动层的中间区域。其中，所述压电复合振动层包括：振动支撑层，形成在所述衬底上方；第一电极层，形成在所述振动支撑层上方；第一压电层，形成在所述第一电极层上方；第二电极层，形成在所述第一压电层上方。其中，开口从所述第二电极层的上表面连续延伸至所述第一电极层的下表面，所述质量块形成在所述开口内并且位于所述振动支撑层上方。其中，多个通孔形成在所述开口内并且贯穿所述振动支撑层，其中，所述多个通孔邻近所述开口的边缘并且呈圆形分布。其中，在所述开口内的所述振动支撑层具有向所述衬底突出的第二波纹部分，其中，所述第二波纹部分邻近所述开口的边缘并且从上视图方向看呈圆形。其中，所述质量块形成在所述第二电极层上方。其中，多个通孔邻近所述质量块的边缘并且呈圆形分布，所述多个通孔连续贯穿所述振动支撑层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层。其中，第二波纹部分邻近所述质量块的边缘并且从上视图方向看呈圆形，所述第二波纹部分具有向所述衬底突出的所述振动支撑层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层。其中，第二波纹部分邻近所述质量块的边缘并且从上视图方向看呈圆形，所述第二波纹部分仅具有向所述衬底突出的所述振动支撑层。其中，所述衬底上开设有多条平行的第二凹槽，其中一条所述第二凹槽的中心平面经过所述压电复合振动层的中心点，所述第二凹槽将所述压电复合振动层分割成两个区域，所述压电复合振动层包括形成在所述第二凹槽的底部和侧壁上的所述第一波纹部分。其中，多条平行的所述第二凹槽设置为等间距。其中，所述衬底上开设多条平行的第三凹槽，其中一条所述第三凹槽的中心平面经过所述压电复合振动层的中心点，所述第二凹槽和所述第三凹槽将所述压电复合振动层分割成四个区域，所述压电复合振动层包括形成在所述第三凹槽的底部和侧壁上的所述第一波纹部分。其中，在所述第二凹槽的底部和侧壁上的所述第一波纹部分具有所述振动支撑层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层。其中，在所述第二凹槽的底部和侧壁上的所述第一波纹部分仅具有所述振动支撑层。其中，所述第一电极层和所述第二电极层具有至少两个相互隔离的分区，相互对应的所述第一电极层和所述第二电极层的分区构成电极层对，多个所述电极层对依次串联。其中，所述振动支撑层包括氮化硅、氧化硅、单晶硅、多晶硅构成的单层或者多层复合膜结构；或者，所述振动支撑层包括压电材料层及位于所述压电材料层的上下方的电极材料层，其中，所述压电材料层包括氧化锌、氮化铝、有机压电膜、锆钛酸铅(PZT)或钙钛矿型压电膜中的一层或多层。其中，所述质量块的密度大于氮化硅的密度。在以上实施例的MEMS结构中，压电复合振动层形成在空腔的正上方并且位于第一凹槽中间，使得位于第一凹槽和空腔之间的部分衬底材料支撑压电复合振动层，进而使得压电复合振动层由固支状态转变为类简支状态，因此，提高了压电复合振动层在声压作用下的位移和形变，降低了残余应力，进而提高了MEMS结构的灵敏度。而且，质量块有助于降低压电复合振动层的谐振频率，增加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。当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本申请的各个方面。需要强调的是，根据行业的标准实践，各个部件未按比例绘制，并且仅用于说明目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。图1示出了根据一些实施例的MEMS结构的立体图；图2示出了根据一些实施例的MEMS结构的剖面立体图；图3示出了根据另一些实施例的衬底的立体图；图4至图15示出了根据一些实施例的制造MEMS结构的中间阶段的截面图，其中，图4至图8、图10至图11以及图13至图15是图3中沿A-A线的截面图，图9是图3中沿B-B线的截面图；图12是图11中C部分的放大示意图。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。以下公开内容提供了许多不同的实施例或实例以实现本申请的不同特征。下面将描述元件和布置的特定实例以简化本申请。当然这些仅是实例并不旨在限定。例如，元件的尺寸不限于所公开的范围或值，但可能依赖于工艺条件和/或器件所需的性能。此外，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成附加的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。为了简化和清楚，可以以不同的尺寸任意地绘制各个部件。此外，为便于描述，空间相对术语如“在...之下(beneath)”、“在...下方(below)”、“下部(lower)”、“在...之上(above)”、“上部(upper)”等在本文可用于描述附图中示出的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。空间相对术语旨在包括除了附图中所示的方位之外，在使用中或操作中的器件的不同方位。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，本文使用的空间相对描述符可同样地作相应解释。另外，术语“由...制成”可以意为“包括”或者“由...组成”。根据本申请的实施例，提供了一种MEMS结构，能够在降低残余应力和提高压电复合振动层20应变的同时，减小低频声漏，提高传声器工作和制备的稳定性。参见图1和图2，示出了根据本申请的一个实施例的MEMS结构。以下将详细描述该MEMS结构。该MEMS结构包括衬底10、压电复合振动层20和质量块20。衬底10具有邻近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS(微机电系统)结构，其特征在于，包括：衬底，具有邻近设置的空腔和第一凹槽，所述第一凹槽在所述空腔的外围；压电复合振动层，形成在所述空腔的正上方并且位于所述第一凹槽中间，其中，位于所述第一凹槽与所述空腔之间的部分的所述衬底支撑所述压电复合振动层，其中，所述压电复合振动层的外围区域具有第一波纹部分；质量块，形成在所述压电复合振动层的中间区域。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS(微机电系统)结构，其特征在于，包括：衬底，具有邻近设置的空腔和第一凹槽，所述第一凹槽在所述空腔的外围；压电复合振动层，形成在所述空腔的正上方并且位于所述第一凹槽中间，其中，位于所述第一凹槽与所述空腔之间的部分的所述衬底支撑所述压电复合振动层，其中，所述压电复合振动层的外围区域具有第一波纹部分；质量块，形成在所述压电复合振动层的中间区域。2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述压电复合振动层包括：振动支撑层，形成在所述衬底上方；第一电极层，形成在所述振动支撑层上方；第一压电层，形成在所述第一电极层上方；第二电极层，形成在所述第一压电层上方。3.根据权利要求2所述的MEMS结构，其特征在于，开口从所述第二电极层的上表面连续延伸至所述第一电极层的下表面，所述质量块形成在所述开口内并且位于所述振动支撑层上方。4.根据权利要求3所述的MEMS结构，其特征在于，多个通孔形成在所述开口内并且贯穿所述振动支撑层，其中，所述多个通孔邻近所述开口的边缘并且呈圆形分布。5.根据权利要求3所述的MEMS结构，其特征在于，在所述开口内的所述振动支撑层具有向所述衬底突出的第二波纹部分，其中，所述第二波纹部分邻近所述开口的边缘并且从上视图方向看呈圆形。6.根据权利要求2所述的MEMS结构，其特征在于，所述质量块形成在所述第二电极层上方。7.根据权利要求6所述的MEMS结构，其特征在于，多个通孔邻近所述质量块的边缘并且呈圆形分布，所述多个通孔连续贯穿所述振动支撑层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层。8.根据权利要求6所述的MEMS结构，其特征在于，第二波纹部分邻近所述质量块的边缘并且从上视图方向看呈圆形，所述第二波纹部分具有向所述衬底突出的所述振动支撑层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层。9.根据权利要求6所述的MEMS结构，其特征在于，第二波纹部分邻近所述质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘端，
申请(专利权)人：安徽奥飞声学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34