一种MEMS结构的制备方法技术

本申请公开了一种制造MEMS(微机电系统)结构的方法，包括：在衬底的正面上沉积形成压电复合振动层；在压电复合振动层的中间区域沉积形成质量块；蚀刻压电复合振动层的外围区域以形成贯穿压电复合振动层的多个第一通孔；在压电复合振动层的外部，在露出的衬底上蚀刻形成第一凹槽；蚀刻衬底的背面以形成邻近第一凹槽的空腔，第一凹槽设置在空腔的外围，压电复合振动层形成在空腔正上方，其中，位于第一凹槽与空腔之间的部分的衬底支撑压电复合振动层。该方法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，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。

A Fabrication Method of MEMS Structure

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS结构的制备方法
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)结构的制备方法。
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结构的制备方法，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，提供了一种制造MEMS(微机电系统)结构的方法，包括：在衬底的正面上沉积形成压电复合振动层；在所述压电复合振动层的中间区域沉积形成质量块；蚀刻所述压电复合振动层的外围区域以形成贯穿所述压电复合振动层的多个第一通孔；在所述压电复合振动层的外部，在露出的所述衬底上蚀刻形成第一凹槽；蚀刻所述衬底的背面以形成邻近所述第一凹槽的空腔，所述第一凹槽设置在所述空腔的外围，所述压电复合振动层形成在所述空腔正上方，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，形成所述压电复合振动层的方法包括：在所述衬底上沉积支撑材料形成振动支撑层；在所述振动支撑层上沉积第一电极材料，图案化所述第一电极材料以形成第一电极层，并且露出部分所述振动支撑层；在所述第一电极层上方沉积形成压电材料，并且图案化所述压电材料以形成第一压电层；在所述第一压电层上方沉积形成第二电极材料，并且图案化所述第二电极材料以形成第二电极层。其中，形成所述质量块的方法包括：在图案化所述第一电极材料以形成第一电极层、图案化所述压电材料以形成第一压电层、并且图案化所述第二电极材料以形成第二电极层的步骤中，形成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的开口；在所述开口内的所述振动支撑层上方沉积形成所述质量块。其中，蚀刻所述开口内的所述振动支撑层，以形成贯穿所述振动支撑层的多个第二通孔，其中，所述多个第二通孔邻近所述开口的边缘并且呈圆形分布。其中，在所述衬底上沉积支撑材料形成所述振动支撑层之前，在所述开口的区域内，在所述衬底上开设第二凹槽，之后共形沉积所述振动支撑层，获得在所述第二凹槽内的具有所述振动支撑层的波浪形褶皱；其中，所述波浪形褶皱邻近所述开口的边缘并且从上视图方向看呈圆形。其中，形成所述质量块的方法包括：在所述第二电极层上方沉积形成所述质量块。其中，蚀刻形成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的多个第二通孔，所述多个第二通孔邻近所述质量块的边缘并且呈圆形分布。其中，在所述衬底上沉积支撑材料形成振动支撑层的步骤之前，在所述质量块的边缘区域内的所述衬底上开设第二凹槽，之后共形沉积所述振动支撑层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层，获得的在所述第二凹槽内的波浪形褶皱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，所述波浪形褶皱邻近所述质量块的边缘并且从上视图方向看呈圆形。其中，去除在所述第二凹槽内的向所述衬底突出的所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层，使得所述波浪形褶皱仅具有保留的向所述衬底突出的所述振动支撑层。其中，连接所述多个第一通孔所构成的分割直线经过所述压电复合振动层的中心点，并且将所述压电复合振动层分割成多个区域。其中，至少一条所述分割直线上的所述多个第一通孔设置为等间距。其中，形成所述多个第一通孔的方法包括：蚀刻所述压电复合振动层的外围区域处的所述第二电极层、所述第一压电层、所述第一电极层和所述振动支撑层，以形成连续贯穿所述第二电极层、所述第一压电层、所述第一电极层和所述振动支撑层的所述多个第一通孔。其中，形成所述多个第一通孔的方法还包括：从所述第二电极层的上表面蚀刻形成延伸至所述第一电极层的下表面的第四凹槽，然后蚀刻位于所述第四凹槽内的所述振动支撑层形成所述多个第一通孔。其中，形成所述第一凹槽的方法包括：蚀刻露出的所述振动支撑层，形成延伸至所述衬底内的所述第一凹槽。其中，所述制造MEMS结构的方法还包括分别蚀刻所述第一电极层和所述第二电极层以形成第三凹槽，所述第三凹槽将所述第一电极层和所述第二电极层隔离成至少两个分区，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，然后依次串联多个所述电极对。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。在以上方法所制造的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。通过形成质量块来调整MEMS结构的谐振频率，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。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MEMS结构的立体图；图4至图11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。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。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造MEMS(微机电系统)结构的方法，其特征在于，包括：在衬底的正面上沉积形成压电复合振动层；在所述压电复合振动层的中间区域沉积形成质量块；蚀刻所述压电复合振动层的外围区域以形成贯穿所述压电复合振动层的多个第一通孔；在所述压电复合振动层的外部，在露出的所述衬底上蚀刻形成第一凹槽；蚀刻所述衬底的背面以形成邻近所述第一凹槽的空腔，所述第一凹槽设置在所述空腔的外围，所述压电复合振动层形成在所述空腔正上方，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。

【技术特征摘要】
1.一种制造MEMS(微机电系统)结构的方法，其特征在于，包括：在衬底的正面上沉积形成压电复合振动层；在所述压电复合振动层的中间区域沉积形成质量块；蚀刻所述压电复合振动层的外围区域以形成贯穿所述压电复合振动层的多个第一通孔；在所述压电复合振动层的外部，在露出的所述衬底上蚀刻形成第一凹槽；蚀刻所述衬底的背面以形成邻近所述第一凹槽的空腔，所述第一凹槽设置在所述空腔的外围，所述压电复合振动层形成在所述空腔正上方，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。2.根据权利要求1所述的制造MEMS结构的方法，其特征在于，形成所述压电复合振动层的方法包括：在所述衬底上沉积支撑材料形成振动支撑层；在所述振动支撑层上沉积第一电极材料，图案化所述第一电极材料以形成第一电极层，并且露出部分所述振动支撑层；在所述第一电极层上方沉积形成压电材料，并且图案化所述压电材料以形成第一压电层；在所述第一压电层上方沉积形成第二电极材料，并且图案化所述第二电极材料以形成第二电极层。3.根据权利要求2所述的制造MEMS结构的方法，其特征在于，形成所述质量块的方法包括：在图案化所述第一电极材料以形成第一电极层、图案化所述压电材料以形成第一压电层、并且图案化所述第二电极材料以形成第二电极层的步骤中，形成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的开口；在所述开口内的所述振动支撑层上方沉积形成所述质量块。4.根据权利要求3所述的制造MEMS结构的方法，其特征在于，蚀刻所述开口内的所述振动支撑层，以形成贯穿所述振动支撑层的多个第二通孔，其中，所述多个第二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所述的制造MEMS结构的方法，其特征在于，在所述衬底上沉积支撑材料形成所述振动支撑层之前，在所述开口的区域内，在所述衬底上开设第二凹槽，之后共形沉积所述振动支撑层，获得在所述第二凹槽内的具有所述振动支撑层的波浪形褶皱；其中，所述波浪形褶皱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所述的制造MEMS结构的方法，其特征在于，形成所述质量块的方法包括：在所述第二电极层上方沉积形成所述质量块。7.根据权利要求6所述的制造MEMS结构的方法，其特征在于，蚀刻形成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的多个第二通孔，所述多个第二通孔邻近所述质量块的边缘并且呈圆形分布。8.根据权利要求6所述的制造MEMS结构的方法，其特征在于，在所述衬底上沉积支撑材料形成振动支撑层的步骤之前，在所述质量块的边缘区...

【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