MEMS膜超程止挡部制造技术

一种微机电系统(MEMS)装置在一个实施例中包括限定出背腔的基板、背腔之上的膜、膜之上的背板和至少部分地定位于膜正下方且由背板支撑的第一超程止挡部(OTS)。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种微机电系统(MEMS)装置，尤其涉及一种用于MEMS装置的竖直超程止挡部。
技术介绍
MEMS麦克风是极其敏感的压力传感器。在动态范围的下端，MEMS麦克风可以检测l/1000Pa或甚至更少的压力波动。在制造、装配和使用过程中，MEMS麦克风也可经受高达至少一巴(lOOOOOPa)的静态或动态压力脉冲。例如，有些个体在装置处引导加压空气以清洁所述装置，虽然这种做法通常是不推荐的。大的动态范围(l/1000Pa至100000帕)通常通过并入在极端过载情况下限制膜移动的专用超程止挡结构(0TS)来适应。0TS保护膜，并且还防止膜和用于检测所述膜的偏移的相邻电极之间的短路。膜和电极之间的接触可以形成短路，并呈现出破坏电子器件、或MEMS结构本身的可能。在一些方法中，电子保护由串联电阻或0TS上的隔离层来提供。使用串联电阻需要仔细设计电子器件，且使用隔离层显著增加了装置的复杂性/成本，甚至可能由于加工限制是不可能的。此外，只要隔膜和0TS处于不同的电势，在0TS上的隔离层就不是理想的解决方案。在这种情况下，静电力可以降低接引(pull-1n)电压和/或提供足够的力，以保持膜在接触后停留至电极，通常是背板。可能需要额外的电路来检测这种故障并关闭系统，以使得所述膜能够从电极释放。当然，即使在电极(背板)的方向上提供超程保护，该装置仍然可以通过背离朝向电极基板超程而损坏。虽然已进行各种尝试在基板的方向上提供0TS，但是现有的方法需要增加制造成本或招致其他缺点。在使用基板(膜悬置在该基板上方作为0TS)的装置中，背腔形成在基板中，且腔的边缘用作0TS。这种方法并不需要额外的制造步骤。然而，腔从装置的背侧形成，同时膜从装置的前侧形成。因此，用于形成腔的掩模必须与装置的相反侧上的结构特征对准。将背侧结构特征对准至前侧结构特征引入了错误。此外，用于形成背腔的过程、通常是高速刻蚀(DRIE)过程比其它过程更不精确。该方法的另一个实施例包括主背腔，所述主背腔仅部分地蚀刻通过基板。在该大的腔内侧，第二腔形成为完全延伸穿过基板。虽然这可以减少所涉及的蚀刻工艺导致的变化，但仍需要前侧到后侧对准。由于0TS的背侧形成的固有不准确性，合并有上述0TS的装置必须被设计成适应所述错误。因此，该装置的尺寸增加，以确保在膜和提供0TS的基板部之间足够的重叠。这增加了材料成本并在装置中引入了空间浪费。此外，即使在一个优化的生产过程中，在上述方法中的重叠的变化产生了变化的可靠性，并且还有变化的电容负载以及电接引到基板的风险。所有的这些缺点必须在装置的设计中调整。上述缺点通过在2014年1月7日公布的美国专利N0.8625823中描述的系统论述。在专利N0.8625823中，装置的现有层被修改以创建0TS，该0TS不具有先前方法的缺点，同时不导致额外的处理成本。尤其地，背板的0TS部分直接连接到膜，并由通过蚀刻形成的沟槽而与背板的其余部分隔离。OTS部分与可移动膜一起移动并接触膜层的未释放部分，所述未释放部分由背板支撑以限制朝着腔的行程。这种方法大大增加了设备的可靠性。然而，仍可能出现需要更大可靠性的情形。例如，因为0TS结构必须电隔离，可靠性由于可围绕膜放置的0TS的有限数目而受到损害。因此，专利N0.8625823的方法固有地不如绕着膜完全延伸的0TS。鉴于上述情况，提供精确地定位的0TS将是有利的。如果0TS可以使用已知的MEMS工艺并入，就将是有利的。将进一步有利的是，0TS可以很容易地被调整以对于特定应用而提供增加的/减少的可靠性。
技术实现思路
根据一个实施例，一种微机电系统(MEMS)装置包括限定出背腔的基板、背腔之上的膜、膜之上的背板和第一超程止挡部(0TS)，所述第一超程止挡部至少部分地定位在膜正下方并由所述背板支撑。在另一实施例中，一种形成微机电系统(MEMS)装置的方法包括:在基板之上形成第一氧化物层；在第一氧化物层的上表面上形成套接层；在套接层的上表面上形成第二氧化物层；在第二氧化物层的上表面上形成膜层；在所述膜层的上表面上形成牺牲氧化物层；在所述牺牲氧化物层的上表面上形成背板层；在基板中形成背腔；穿过所述背腔和第一氧化物层使套接层成形；以及在套接层已经成形后，蚀刻所述牺牲氧化物层、第一氧化物层和第二氧化物层。【附图说明】附图示出了本公开的各种实施例，且连同说明书一起阐释了本公开的原理。图1示出了包括0TS的MEMS装置的部分剖视图，所述0TS位于膜之下并由位于膜之上的背板支撑；图2示出了图1的膜的顶视图；图3示出了图1的0TS的顶视图；图4示出了图1的MEMS装置的部分顶平面图，其中，背板被移除；图5示出了包括0TS的MEMS装置的部分剖视图，所述0TS位于膜之上并由位于膜之下的背板支撑；图6-12示出了形成图1的MEMS装置的过程的部分剖视图；图13示出了对图6-12的过程的修改的部分剖视图，该修改可并入一过程中，以提供增加的制造精度；图14示出了具有减少的支撑的一个替代性0TS的顶平面图，该替代性0TS可使用图6-12的过程并入到图1的装置中；图15示出了具有增加的支撑的一个替代性0TS的顶平面图，该替代性0TS可使用图6-12的过程并入到图1的装置中；图16示出了可使用图6-12的过程形成的MEMS装置连同内部0TS部分的部分剖视图，所述MEMS装置包括位于膜之下并由位于膜之上的背板支撑的0TS ;图17示出了现有技术MEMS装置的部分剖视图，其表示了由背腔过程产生的变化；图18示出了通过并入套接层而显示出减少的变化的MEMS装置的部分剖视图；图19示出了包括套接层中的隔离部分的MEMS装置的部分剖视图，所述隔离部分定位成与背板的抗粘凸块(ant1-stict1n bump)相对；图20示出了包括0TS的MEMS装置的部分剖视图，该0TS位于膜之下并由位于膜之上的背板支撑，其中，该0TS被构造为下电极。相应的附图标记表示各个附图的对应的部件。相同的附图标记表示各个附图的相同的部件。【具体实施方式】尽管本文所示出的系统和过程易具有各种修改和替代性形式，但是其特定的实施例已经在附图中通过示例被示出，且将在本文中进行详细地描述。然而，应当理解，并无意图将该系统和过程限制于所公开的特定形式。相反，本公开应涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。参照图1，以麦克风形式的MEMS装置100包括基板102、背板104和膜106。基板102包括背腔108。膜106通过多个弹簧(spring) 110悬置在背腔108之上，如图2所示。每个弹簧110的端部部分112连接至膜106，而每个弹簧110的中间部分114与膜106以间隙116间隔开。弹簧110还包括具有延伸部120的底部部分118 (参照图1)。延伸部120支撑0TS122。0TS 122与套接层130的其余部分以间隙132间隔开。也示于图3，0TS 122包括:附连到延伸部120的多个固定部134 ;和环部分136，其定位在膜106之下并与膜106以间隙138间隔开。膜106与0TS 122的布置在图4中进一步示出，其中，MEMS麦克风100被示为背板104被移除。如图4所示，膜106和0TS 122都位于背腔108的基底面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统(MEMS)装置包括：基板，其限定出背腔；膜，其包括第一表面和第二表面且位于背腔之上；与膜第一表面相对的背板反电极；和第一超程止挡部(OTS)，其与膜第二表面相对，与膜的被释放的可移动部分至少部分地重叠，且由背板层直接地或间接地支撑。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·布克，J·津恩，A·德勒，B·戴蒙德，B·格尔，
申请(专利权)人：阿库斯蒂卡公司，罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US