一种MEMS结构制造技术

本申请公开了一种MEMS结构，包括：衬底，具有空腔；振动支撑层，形成在衬底上方并且覆盖空腔；第一电极层，形成于振动支撑层上方；压电层，形成于第一电极层上方，压电层具有凹槽，凹槽在厚度方向上延伸穿透压电层，凹槽将MEMS结构分割成中间区域和外围区域；第二电极层，形成在压电层的中间区域和外围区域上方。通过在MEMS结构内设置凹槽，使得中间区域的各个膜层和外围区域的各个膜层能够输出电压反号，有效减少了电荷中和，从而提高了MEMS结构的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS结构
本申请涉及微电机械系统
，具体来说，涉及一种MEMS结构。
技术介绍
MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，即微电机械系统)麦克风主要包括电容式和压电式两种。MEMS压电麦克风是利用微电机械系统技术和压电薄膜技术制备的，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压电麦克风的发展。针对相关技术中如何提高MEMS结构的灵敏度的问题，目前比较常见的解决方案是将电极层分割成多个部分，但是这种分割电极的方法对于提高灵敏度的范围有限。
技术实现思路
针对相关技术中如何提高MEMS结构的灵敏度的问题，本申请提出一种MEMS结构，能够有效提高灵敏度。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，包括：衬底，具有空腔；振动支撑层，形成在所述衬底上方并且覆盖所述空腔；第一电极层，形成于所述振动支撑层上方；压电层，形成于所述第一电极层上方，所述压电层具有凹槽，所述凹槽在厚度方向上延伸穿透所述压电层，所述凹槽将所述MEMS结构分割成中间区域和外围区域；第二电极层，形成在所述压电层的所述中间区域和所述外围区域上方。本申请通过在MEMS结构内设置凹槽，使得中间区域的各个膜层和外围区域的各个膜层能够输出电压反号，有效减少了电荷中和，通过串联的方式将各个等分区连接，从而提高了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。图1至图10示出了根据一些实施例的MEMS结构的形成方法的中间阶段的剖面示意图；图11示出了根据一些实施例的具有沟槽的衬底的剖面示意图；图12是图11所示的沟槽的放大示意图；图13是根据一些实施例的MEMS结构的各个膜层的爆炸视图；图14是根据一些实施例的MEMS结构的立体示意图；图15是根据一些实施例的MEMS结构的剖面立体图；图16示出了MEMS结构的灵敏度频响曲线。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。根据本申请的实施例，提供了一种MEMS结构及其形成方法，以下将通过该MEMS结构的形成方法来详细说明MEMS结构。该MEMS结构可以用于传感器或执行器，例如麦克风、扬声器、水听器。在本申请的实施例中，该MEMS结构可以包括压电式MEMS麦克风。MEMS结构的形成方法包括以下步骤：参见图1，在步骤S101中，提供衬底10，在衬底10上方形成阻挡层20、振动支撑层30。衬底10包括硅或任何合适的硅基化合物或衍生物(例如硅晶片、SOI、SiO2/Si上的多晶硅)的材料。衬底10可以具有各种形状，不限于五边形、六边形或其他规则或不规则形状。阻挡层20的材料包括二氧化硅、掺磷氧化硅(简称PSG)、氧化锌或其他合适的牺牲材料。可以通过CVD(ChemicalVaporDeposition，即化学气相沉积)、热氧化的工艺形成阻挡层20。如果阻挡层20的材料使氧化锌时，可以采用PVD(PhysicalVaporDeposition，即物理气相沉积)法形成。振动支撑层30的材料包括氮化硅(Si3N4)、氧化硅、单晶硅、多晶硅构成的单层或者多层复合膜结构或其他合适的支撑材料。考虑到控制振动支撑层30的应力问题，可以将振动支撑层30设置为多层结构以减小应力。形成振动支撑层30的方法包括热氧化法或化学气相沉积法。值得注意的是，在一些实施例中，衬底10的上表面平坦，因而阻挡层20和振动支撑层30的上下表面都是平坦的。在一些实施例中，参见图11和图12，可以通过光刻工艺在衬底10上方形成沟槽11。沟槽11用于形成后续的波浪形褶皱部分(图中未示出)。然后在具有沟槽11的衬底10上方共形地形成阻挡层20和振动支撑层30。参见图2，在步骤S102中，在振动支撑层30上方形成第一电极材料，并且图形化以形成第一电极层40。可以通过电子束蒸发、磁控溅射工艺形成第一电极材料。第一电极材料包括铝、金、铂、钼、钛、铬以及它们组成的复合膜或其他合适的材料。例如，第一电极材料为铝时，可以在功率300W，压强300MPa，常温下采用磁控溅射法形成铝电极层。在图形化第一电极材料的工艺中，可以在径向上将第一电极层40分割成至少两个分区，以及多个第一通孔41。在一些实施例中，这些分区的区域面积相同。在一些实施例中，第一电极层40具有12个等分区。值得注意的是，第一电极层40分割成至少两个分区时，需要在第一电极层40内设置多条隔离槽(图中未示出)。值得注意的是，在衬底10具有沟槽11的实施例中，第一电极层40共形地形成在振动支撑层30上方。参见图3，在步骤S103中，在第一电极层40上方形成压电材料，并且图形化以形成具有凹槽51的压电层50。压电材料包括氧化锌、氮化铝、有机压电膜、锆钛酸铅(PZT)、钙钛矿型压电膜中的一层或多层，或其他合适的材料。可以通过CVD工艺或磁控溅射工艺或其他合适工艺形成压电材料。当氧化锌作为压电材料时，可以采用射频磁控溅射法，靶材为ZnO，射频功率为80W，压强为2Pa，在室温下，在衬底10上方形成氧化锌薄膜。当氮化铝作为压电材料时，可以采用射频磁控溅射法，靶材为铝，射频功率为200W，压强为0.27Pa，偏压为0到-320V，室温到80℃之间，在衬底10上方形成氮化铝薄膜。在图形化压电层50的步骤中，使得凹槽51与第一通孔41的位置相对应。值得注意的是，在形成压电层50时，压电材料也可以填充隔离槽。凹槽51将MEMS结构分割成中间区域100和外围区域200。而且，在衬底10具有沟槽11的实施例中，沟槽11与凹槽51的位置对应，并且凹槽51的正下方的振动支撑层30和第一电极层40具有波浪形褶皱部分(图中未示出)，波浪形褶皱部分位于中间区域100和外围区域200之间。参见图4，在步骤S104中，在压电层50的上方、凹槽51的侧壁和第一电极层40的上表面共形地形成第一隔离材料，并且图形化以形成第一隔离层60。第一隔离材料包括二氧化硅、氮化硅、掺磷氧化硅或其他合适的材料。可以通过CVD工艺形成第一隔离材料。当二氧化硅作为第一隔离层60时，可以在温度300℃，气体SiH4和N2O，压强1Torr下通过PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，即等离子体增强化学的气相沉积)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS结构，其特征在于，包括：/n衬底，具有空腔；/n振动支撑层，形成在所述衬底上方并且覆盖所述空腔；/n第一电极层，形成于所述振动支撑层上方；/n压电层，形成于所述第一电极层上方，所述压电层具有凹槽，所述凹槽在厚度方向上延伸穿透所述压电层，所述凹槽将所述MEMS结构分割成中间区域和外围区域；/n第二电极层，形成在所述压电层的所述中间区域和所述外围区域上方。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS结构，其特征在于，包括：
衬底，具有空腔；
振动支撑层，形成在所述衬底上方并且覆盖所述空腔；
第一电极层，形成于所述振动支撑层上方；
压电层，形成于所述第一电极层上方，所述压电层具有凹槽，所述凹槽在厚度方向上延伸穿透所述压电层，所述凹槽将所述MEMS结构分割成中间区域和外围区域；
第二电极层，形成在所述压电层的所述中间区域和所述外围区域上方。


2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述MEMS结构还包括第一隔离层，所述第一隔离层共形地形成于所述压电层的上方、所述凹槽的侧壁和底面，并且所述第二电极层形成在所述第一隔离层上方。


3.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层均具有分隔开的相对应的至少两个等分区，在每个等分区内，所述第一电极层和所述第二电极层中的一个的所述中间区域和所述外围区域相连，所述第一电极层和所述第二电极层中的另一个的所述中间区域和所述外围区域分隔开。


4.根据权利要求3所述的MEMS结构，其特征在于，
所述第一电极层和所述第二电极层中的所述另一个的第一等分区的...

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