静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备技术方案

本公开公开了一种静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备。该静电微机电系统换能器包括：第一电极；相对于第一电极能移动的第二电极；以及位于第一电极和第二电极之间的电介质层，其中，所述电介质层包括标准部分和泄漏部分，所述标准部分的材料是标准电介质材料，所述泄漏部分的材料是泄漏电介质材料。所述泄漏部分的材料是泄漏电介质材料。所述泄漏部分的材料是泄漏电介质材料。

【技术实现步骤摘要】
静电微机电系统换能器、制造方法及电子设备


[0001]本公开涉及微机电系统换能器
，以及更具体地，涉及一种静电微机电系统换能器、其制造方法及电子设备。

技术介绍

[0002]静电微机电系统换能器例如可以包括麦克风、压力传感器、惯性传感器、微镜、扫描仪、开关/继电器等。静电微机电系统换能器通常包括可以相对移动的两个电极以及位于两个电极之间的电介质层。电介质层位于两个电极之间中，以防止两个电极之间的间隙(空气或真空)中发生电极穿或者在电极塌陷时防止电极短路。间隙中的电介质层通常会影响微机电系统换能器的性能和可靠性。
[0003]例如，在微机电系统麦克风中，在高电场下具有标准或“完美”绝缘特性(例如，高体电阻率)的电介质层通常会发生“充电”问题。这导致不同时间范围内的功能失效，所述时间范围取决于实际的充电/放电速度。由于充电问题，标准Si3N4可能具有长期稳定性问题，这导致灵敏度可能大幅下降。在另一个例子中，即使在短期来看，具有间隙中的标准Si3N4的微机电系统继电器也经常发生异常，它的“断开”状态可能是不可持续的。
[0004]图1示出了现有技术的静电微机电系统麦克风的例子。如图1所示，静电微机电系统麦克风10包括衬底1、位于衬底1上的振膜2、间隔件3、底电介质层5、背极6、顶电介质层7、焊盘4。图2示出了包含静电微机电系统麦克风10的麦克风单元20。麦克风单元20包括PCB 21、盖子22、声孔23以及位于由PCB 21和盖子22围成的壳体内的静电微机电系统麦克风10。
[0005]因此，在现有技术中需要提出一种新的用于静电微机电系统换能器的技术方案以解决现有技术中的至少一个技术问题。

技术实现思路

[0006]本公开的一个目的是提供一种用于静电微机电系统换能器的新技术方案。
[0007]根据本公开的第一方面，提供了一种静电微机电系统换能器，包括：第一电极；相对于第一电极能移动的第二电极；以及位于第一电极和第二电极之间的电介质层，其中，所述电介质层包括标准部分和泄漏部分，所述标准部分的材料是标准电介质材料，所述泄漏部分的材料是泄漏电介质材料。
[0008]根据本公开的第二方面，提供了一种静电微机电系统换能器的制造方法，包括：在衬底上依次形成第一牺牲层、振膜和第二牺牲层，其中，在第二牺牲层上形成有至少两个凹陷；使用标准电介质材料在至少一个凹陷中沉积标准部分的底部电介质层；在形成有标准部分的底部电介质层的第二牺牲层上沉积泄漏电介质材料以形成泄漏部分的底部电介质层；在底部电介质层上形成背极；在背极上沉积顶部电介质层；蚀刻泄漏部分的底部电介质层，以形成底部电介质图案；形成用于振膜和背极的接触焊盘；去除第二牺牲层的至少一部分，以形成振膜和背极之间的间隙；以及去除第一牺牲层和衬底的至少一部分，以释放振膜。
[0009]根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括根据实施例的静电微机电系统换能器。
[0010]根据本公开的实施例，在静电微机电系统换能器的电介质层中，采用标准电介质材料部分和泄漏电介质材料部分混合的方式，可以在较长的时间内保持电介质层的稳定性，从而使静电微机电系统换能器在较长的时间范围内保持稳定性和可靠性。
[0011]通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0012]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。
[0013]图1示出了静电微机电系统麦克风的一个例子。
[0014]图2示出了包括图1的静电微机电系统麦克风的麦克风单元。
[0015]图3示出了图2的麦克风单元的形变示意图。
[0016]图4示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器。
[0017]图5
‑
8示出了根据各个实施例的电介质层的图案。
[0018]图9
‑
14示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器的制造方法。
[0019]图15示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器的示意性性能曲线图。
[0020]图16示出了根据一个实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
[0021]现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
[0022]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
[0023]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0024]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0025]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0026]下面，参照附图说明这里公开的实施例。
[0027]如
技术介绍
所述，在采用标准电介质材料作为电介质层的情况下，静电微机电系统麦克风的长期灵敏度可能会下降
‑
3dB或更多。
[0028]此外，图3示出了在长期的情况下图2中的麦克风单元20发生形变的情况。PCB 21在长期使用中可能吸收湿气从而膨胀。如图3所示，PCB21发生弯曲，从而导致静电微机电系统麦克风10中的振膜2中的应力松弛。由于PCB 21的形变是不可逆的，静电微机电系统麦克风10的灵敏度可能会永久增加。
[0029]另外，“泄漏”电介质材料是提电阻率较低的电介质材料。“泄漏”电介质材料的体电阻率低于标准电介质材料的体电阻率。例如，“泄漏”电介质材料的体电阻率低于10
10
Ω.cm。
[0030]这里需要指出的是，“泄漏”电介质材料仍然是电介质材料，而不是导电材料。从这个方面来说，例如，“泄漏”电介质材料的体电阻率通常大于106Ω.cm。
[0031]本专利技术人发现，通过采用“泄漏”电介质材料作为电介质层，静电微机电系统麦克风的长期灵敏度可能会增加。
[0032]在长期可靠性测试中，通常可接受的微机电系统麦克风的灵敏度漂移是+/
‑
1dB(<|1dB|)。
[0033]考虑到这些因素，在这里提出，采用标准电介质材料和泄漏电介质材料混合的技术方案。即，在电极间的电介质层中，部分区域采用标准电介质材料，而其他部分区域采用泄漏电介质材料。这样，可以通过构图，设计电介质层的长期性能，从而将长期性能/灵敏度漂移控制在较低的程度。
[0034]图4示出了根据一个实施例的静电微机电系统换能器。
[0035]如图4所示，静电微机电系统换能器30包括第一电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静电微机电系统换能器，包括：第一电极；相对于第一电极能移动的第二电极；以及位于第一电极和第二电极之间的电介质层，其中，所述电介质层包括标准部分和泄漏部分，所述标准部分的材料是标准电介质材料，所述泄漏部分的材料是泄漏电介质材料。2.根据权利要求1所述的静电微机电系统换能器，其中，所述静电微机电系统换能器是微机电系统麦克风，所述第一电极是背极，所述第二电极是振膜，以及所述背极被沉积在所述电介质层上。3.根据权利要求1或2所述的静电微机电系统换能器，其中，所述泄漏部分的底面图案包括第一环形图案，所述标准部分的底面图案包括位于第一环形图案内部的第一圆形图案；或者其中，所述泄漏部分的底面图案包括第二环形图案和第二圆形图案，所述标准部分的底面图案包括位于第二环形图案和第二圆形图案之间的第三环形图案；或者其中，所述泄漏部分的底面图案包括第四环形图案，所述标准部分的底面图案包括位于第四环形图案内部的第三圆形图案，所述泄漏部分的底面图案还包括截断图案，所述截断图案将第三圆形图案分割成至少两个部分；或者其中，所述泄漏部分的底面图案包括第四圆形图案，所述标准部分的底面图案包括第五圆形图案和至少两个第六圆形图案，第五圆形图案和第六圆形图案散布在第四圆形图案中，以及第六圆形图案围绕第五圆形图案。4.根据权利要求1或2所述的静电微机电系统换能器，其中，泄漏电介质材料是Si
x
N
y
，它的折射率在2.1至2.5的范围内，它的Si:N的原子比率在1:1.1至1:0.9的范围内，它的体电阻率在106Ω.cm至10
10
Ω.cm的范围内；以及其中，标准电介质材料是SiN
x
，它的折射率在1.9至2.1的范围内，它的Si:N的原子比率在1:1.35至1:1.1的范围内，它的体电阻率在10
11
Ω.cm至10
16
Ω.cm的范围内。5.根据权利要求1或2所述的静电微机电系统换能器，其中，标准部分和泄漏部分的底面面积比率在10％至90％之间。6.一种静电微机电系统换能器的制造方法，包括：在衬底上依次形成第一牺牲层、振膜和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹泉波，
申请(专利权)人：歌尔微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：