一种MEMS结构制造技术

本申请公开了一种MEMS结构，包括：衬底，包括外环体和所述外环体内的空腔；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，形成在所述振动支撑层上方，并且所述第一电极层的投影区域小于所述空腔的投影区域；压电层，形成在所述第一电极层上方；第二电极层，形成在所述压电层上方；其中，镂空孔穿透所述振动支撑层，并且所述镂空孔形成在所述第一电极层的外围。该镂空孔在释放残余应力时，还能保持弯曲振动模式，因而进一步提高了MEMS结构的灵敏度。构的灵敏度。构的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS结构


[0001]本申请涉及半导体
，具体来说，涉及一种MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，即“微电机械系统”的简称)结构。

技术介绍

[0002]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。其中残余应力的存在，是导致MEMS结构灵敏度较低、稳定性差的主要因素之一。

技术实现思路

[0003]针对相关技术中的问题，本申请提出了一种MEMS结构，能够提高灵敏度。
[0004]本申请的技术方案是这样实现的：
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种MEMS结构，包括：
[0006]衬底，包括外环体和所述外环体内的空腔；
[0007]振动支撑层，形成在所述衬底上方并且覆盖所述空腔；
[0008]第一电极层，形成在所述振动支撑层上方，并且所述第一电极层的投影区域小于所述空腔的投影区域；
[0009]压电层，形成在所述第一电极层上方；
[0010]第二电极层，形成在所述压电层上方；
[0011]其中，镂空孔穿透所述振动支撑层，并且所述镂空孔形成在所述第一电极层的外围。
[0012]其中，所述镂空孔的投影区域位于所述空腔的投影区域内。
[0013]其中，所述镂空孔环绕包围所述第一电极层。
[0014]其中，所述镂空孔靠近所述外环体。
[0015]其中，所述镂空孔的图案均匀分布在所述振动支撑层上。
[0016]综上，在本申请中的MEMS结构中设置了镂空孔，从而可以进一步通过面内伸缩来释放残余应力。该镂空孔在释放残余应力时，还能保持弯曲振动模式，因而进一步提高了MEMS结构的灵敏度。最后，该镂空孔还可以平衡振动支撑层两侧的压强差。
附图说明
[0017]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。
[0018]图1示出了根据一些实施例提供的MEMS结构的立体图；
[0019]图2示出了根据一些实施例提供的MEMS结构的剖面图；
[0020]图3示出了根据一些实施例提供的MEMS结构的俯视图，其中图2是图3的AA线的截面图；
[0021]图4示出了MEMS结构的镂空孔的放大图。
具体实施方式
[0022]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。
[0023]参见图1和图2，根据本申请的实施例，提供了一种MEMS结构，该MEMS结构可以但不限用于传声器或麦克风等传感器，或其他执行器，诸如扬声器。该MEMS结构包括衬底10、振动支撑层20d、第一电极层20c、压电层20b和第二电极层20a。以下将详细说明该MEMS结构。
[0024]衬底10包括外环体和外环体内的空腔11。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)。在一些实施例中，空腔11的区域投影呈圆形，或者空腔11的区域投影可以呈其他合适的形状。
[0025]振动支撑层20d形成在衬底10上方并且覆盖空腔11。第一电极层20c形成在振动支撑层20d上方，并且第一电极层20c的投影区域小于空腔11的投影区域。压电层20b形成在第一电极层20c上方。第二电极层20a形成在压电层20b上方。压电层20b可将施加的压力转换成电压，并且第一电极层20c和第二电极层20a可将所产生的电压传送至其他集成电路器件。换句话说，第一电极层20c、压电层20b和第二电极层20a悬置在空腔11上方，振动支撑层20d的边缘固定在衬底10上方，从而可以尽量释放边缘应力。并且避免了压电层20b内的正负电荷中和，从而提高了MEMS结构的灵敏度。
[0026]在一些实施例中，振动支撑层20d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。压电层20b包括氧化锌、氮化铝、有机压电膜、锆钛酸铅(PZT)、钙钛矿型压电膜或其他合适的材料。第一电极层20c和第二电极层20a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。
[0027]参见图3和图4，在一些实施例中，镂空孔20e穿透振动支撑层20d并且环绕包围在第一电极层20c的外围。在一些实施例中，镂空孔20e的投影区域位于空腔11的投影区域内。在一些实施例中，镂空孔20e靠近外环体。在一些实施例中，镂空孔20e的图案均匀分布在振动支撑层20d上。在本申请中的MEMS结构中设置了镂空孔20e，从而可以进一步通过面内伸缩来释放残余应力。该镂空孔20e在释放残余应力时，还能保持弯曲振动模式，因而进一步提高了MEMS结构的灵敏度。此外，该镂空孔20e还可以平衡振动支撑层20d两侧的压强差。在其他实施例中，镂空孔可以呈其他各种合适的形状。
[0028]综上，首先，本申请所提供的MEMS结构中，第一电极层20c、压电层20b和第二电极层20a悬置在空腔11上方，振动支撑层20d的边缘固定在衬底10上方，从而可以尽量释放边缘应力。并且避免了压电层20b内的正负电荷中和，从而提高了MEMS结构的灵敏度。其次，在本申请中的MEMS结构中设置了镂空孔20e，从而可以进一步通过面内伸缩来释放残余应力。
该镂空孔20e在释放残余应力时，还能保持弯曲振动模式，因而进一步提高了MEMS结构的灵敏度。最后，该镂空孔20e还可以平衡振动支撑层20d两侧的压强差。
[0029]以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS结构，其特征在于，包括：衬底，包括外环体和所述外环体内的空腔；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，形成在所述振动支撑层上方，并且所述第一电极层的投影区域小于所述空腔的投影区域；压电层，形成在所述第一电极层上方；第二电极层，形成在所述压电层上方；其中，镂空孔穿透所述振动支撑层，并且所述镂空孔形成在所述第一电极层的外围。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冠华，刘端，
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：