一种MEMS结构的制造方法技术

本申请公开了一种MEMS(微机电系统)结构的制造方法，包括：在衬底的正面形成第一振动层，并且在衬底的背面形成掩模层；图案化掩模层，并利用图案化的掩模层将第一区域和第二区域的衬底分别蚀刻形成第一深度的第一空腔和第二深度的第二空腔，第一深度与第二深度不同，第一区域和第二区域邻近设置；在第一振动层上方依次形成第一电极层、第一压电层和第二电极层；形成贯穿第一振动层、第一电极层、第一压电层和第二电极层的第一沟槽，第一沟槽将第一区域和第二区域分开。从而实现了压电式MEMS换能器与MEMS能量收集器的集成，使得该MEMS能量收集器为ASIC进行供电，从而实现了压电式MEMS声学器件的自供电。

A manufacturing method of MEMS structure

The invention discloses a manufacturing method of MEMS (micro electro mechanical system) structure, which includes: forming a first vibration layer on the front side of the substrate, and forming a mask layer on the back side of the substrate; patterning the mask layer, and using the patterned mask layer to etch the backing of the first area and the second area to form a first depth cavity and a second depth cavity respectively, the first depth and the second depth cavity The first region and the second region are adjacent to each other in different depths; the first electrode layer, the first piezoelectric layer and the second electrode layer are successively formed above the first vibration layer; the first groove is formed through the first vibration layer, the first electrode layer, the first piezoelectric layer and the second electrode layer, and the first groove separates the first region and the second region. Thus, the integration of piezoelectric MEMS transducer and MEMS energy collector is realized, which makes the MEMS energy collector supply power for ASIC, and realizes the self power supply of piezoelectric MEMS acoustic devices.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS结构的制造方法
本申请涉及半导体
，具体来说，涉及一种MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，即微机电系统)结构的制造方法。
技术介绍
随着智能设备的发展,市场上出现了高性能的压电式MEMS声学器件，该压电式MEMS声学器件可以提供较小尺寸并且保持良好的性能、保真度及可靠性，从而适用于便携式设备。压电式MEMS声学器件中包括压电式MEMS声电能量转换器和ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，即专用集成电路)。但是，压电式MEMS声电能量转换器的ASIC仍然需要外部供电电源才能工作，无法实现自供电功能。针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中压电式MEMS声学器件无法实现自供电的问题，本申请提出一种MEMS结构及其制造方法，能够实现压电式MEMS声学器件的自供电。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结构的制造方法，包括：在衬底的正面形成第一振动层，并且在所述衬底的背面形成掩模层；图案化所述掩模层，并利用图案化的掩模层将第一区域和第二区域的所述衬底分别蚀刻形成第一深度的第一空腔和第二深度的第二空腔，所述第一深度与所述第二深度不同，所述第一区域和所述第二区域邻近设置；在所述第一振动层上方依次形成第一电极层、第一压电层和第二电极层；形成贯穿所述第一振动层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层的第一沟槽，所述第一沟槽将所述第一区域和所述第二区域分开。其中，所述第一深度小于所述第二深度。其中，所述第二深度大于或等于所述衬底的厚度。其中，所述第一空腔和所述第二空腔相互连通。其中，将第一区域和第二区域的所述衬底分别蚀刻形成第一深度的第一空腔和第二深度的第二空腔的步骤包括：利用所述掩模层将所述第一区域和所述第二区域的所述衬底的蚀刻相同深度，之后掩蔽保护所述第一区域的所述衬底并且继续蚀刻所述第二区域的所述衬底，直至所述第二空腔的第二深度等于所述衬底的厚度与所述掩模层的厚度之和。其中，将第一区域和第二区域的所述衬底分别蚀刻形成第一深度的第一空腔和第二深度的第二空腔的步骤包括：掩蔽保护所述第一区域的所述掩模层并蚀刻所述第二区域的所述掩模层以将所述掩模层蚀刻至不同深度，之后在所述第一区域和所述第二区域上利用所述掩模层和所述衬底的不同蚀刻速率继续蚀刻，直至所述第二空腔的第二深度等于所述衬底的厚度与所述掩模层的厚度之和。其中，在所述第一空腔和所述第二空腔的顶面和侧壁上形成支撑层。其中，所述支撑层的材料包括金属。其中，在形成所述第一沟槽之后去除所述支撑层。其中，形成所述第一电极层、所述第一压电层、所述第二电极层的步骤包括:在所述第一振动层上方形成第一电极材料并且图案化所述第一电极材料以形成所述第一电极层；在所述第一电极层上方形成第一压电材料并且图案化所述第一压电材料以形成第一压电层；在所述第一压电层上方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，所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层形成第二沟槽。其中，蚀刻所述第一振动层以加深所述第二沟槽，直至形成所述第一沟槽。其中，所述第一区域的MEMS结构用于能量收集器，所述第二区域的MEMS结构用于能量转换器，多个所述能量转换器串联或并联。其中，所述MEMS结构的制造方法还包括：掩蔽保护所述第一区域的所述第二电极层，仅在所述第二区域的所述第二电极层上方形成第二压电层和第三电极层。其中，去除所述第二空腔上方的第一振动层。另一方面，本申请还提供了一种MEMS结构，包括：衬底，具有第一区域内的第一空腔和第二区域的第二空腔，并且所述第一区域和所述第二区域邻近设置，所述第一空腔的第一深度与所述第二空腔的第二深度不同；第一振动层，形成在所述衬底的正面；掩模层，形成在所述衬底的背面；第一电极层，形成在所述第一振动层上方；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，第一沟槽贯穿所述第一振动层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层，所述第一沟槽将所述第一区域和所述第二区域分开。其中，所述第一深度小于所述第二深度。其中，所述第二深度大于或等于所述衬底的厚度。其中，所述第二深度等于所述衬底的厚度与所述掩模层的厚度之和。其中，所述第一空腔和所述第二空腔相互连通。其中，所述MEMS结构包括在所述第一空腔和所述第二空腔的顶面和侧壁上的支撑层。其中，所述支撑层的材料包括金属。其中，在形成所述第一沟槽之后，所述支撑层被去除。其中，所述第一区域的MEMS结构用于能量收集器，所述第二区域的MEMS结构用于能量转换器，多个所述能量转换器串联或并联。其中，所述MEMS结构仅在所述第二区域的所述第二电极层上方具有第二压电层和第三电极层。其中，位于所述第二空腔上方的所述第一振动层被去除。本申请所提供的MEMS结构的制造方法利用压电式MEMS换能器的工艺方法形成了MEMS能量收集器，实现了压电式MEMS换能器与MEMS能量收集器的集成，使得该MEMS能量收集器为ASIC进行供电，从而实现了压电式MEMS声学器件的自供电。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是根据本申请实施例的MEMS结构的俯视图；图2至图11是根据本申请实施例的MEMS结构的制造方法的中间阶段的截面图；图12是根据本申请实施例的MEMS结构的截面图。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS(微机电系统)结构的制造方法，其特征在于，包括：/n在衬底的正面形成第一振动层，并且在所述衬底的背面形成掩模层；/n图案化所述掩模层，并利用图案化的掩模层将第一区域和第二区域的所述衬底分别蚀刻形成第一深度的第一空腔和第二深度的第二空腔，所述第一深度与所述第二深度不同，所述第一区域和所述第二区域邻近设置；/n在所述第一振动层上方依次形成第一电极层、第一压电层和第二电极层；/n形成贯穿所述第一振动层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层的第一沟槽，所述第一沟槽将所述第一区域和所述第二区域分开。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS(微机电系统)结构的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底的正面形成第一振动层，并且在所述衬底的背面形成掩模层；
图案化所述掩模层，并利用图案化的掩模层将第一区域和第二区域的所述衬底分别蚀刻形成第一深度的第一空腔和第二深度的第二空腔，所述第一深度与所述第二深度不同，所述第一区域和所述第二区域邻近设置；
在所述第一振动层上方依次形成第一电极层、第一压电层和第二电极层；
形成贯穿所述第一振动层、所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层的第一沟槽，所述第一沟槽将所述第一区域和所述第二区域分开。


2.根据权利要求1所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，所述第一深度小于所述第二深度。


3.根据权利要求2所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，所述第二深度大于或等于所述衬底的厚度。


4.根据权利要求1所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，所述第一空腔和所述第二空腔相互连通。


5.根据权利要求1所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，将第一区域和第二区域的所述衬底分别蚀刻形成第一深度的第一空腔和第二深度的第二空腔的步骤包括：
利用所述掩模层将所述第一区域和所述第二区域的所述衬底的蚀刻相同深度，之后掩蔽保护所述第一区域的所述衬底并且继续蚀刻所述第二区域的所述衬底，直至所述第二空腔的第二深度等于所述衬底的厚度与所述掩模层的厚度之和。


6.根据权利要求1所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，将第一区域和第二区域的所述衬底分别蚀刻形成第一深度的第一空腔和第二深度的第二空腔的步骤包括：
掩蔽保护所述第一区域的所述掩模层并蚀刻所述第二区域的所述掩模层以将所述掩模层蚀刻至不同深度，之后在所述第一区域和所述第二区域上利用所述掩模层和所述衬底的不同蚀刻速率继续蚀刻，直至所述第二空腔的第二深度等于所述衬底的厚度与所述掩模层的厚度之和。


7.根据权利要求1所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，在所述第一空腔和所述第二空腔的顶面和侧壁上形成支撑层。


8.根据权利要求7所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，所述支撑层的材料包括金属。


9.根据权利要求7所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，在形成所述第一沟槽之后去除所述支撑层。


10.根据权利要求1所述的MEMS结构的制造方法，其特征在于，形成所述第一电极层、所述第一压电层、所述第二电极层的步骤包括:
在所述第一振动层上方形成第一电极材料并且图案化所述第一电极材料以形成所述第一电极层；
在所述第一电极层上方形成第一压电材料并且图案化所述第一压电材料以形成第一压电层；
在所述第一压电层上方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，所述第一电极层、所述第一压电层和所述第二电极层形成第二沟槽。

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【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