本发明专利技术提供了一种MEMS结构及应用其的MEMS压电麦克风。该MEMS结构包括：衬底，包括：外围的衬底外环体；形成于衬底外环体内侧的衬底背腔；复合层，形成于衬底上，其在水平方向包括：形成于衬底外环体上方的外围层；形成于外围层内侧，衬底背腔上方的振动层；应力释放结构，包括：贯穿振动层上的N条弧形镂空狭缝，N≥3；其中，N条弧形镂空狭缝的内侧末端在以振动层中心为圆心，以R为半径的中心圆上均匀分布，R＞0。本发明专利技术中，相比于直线狭缝或其他结构，弧形镂空狭缝的残余应力释放效果具有明显提升。形镂空狭缝的残余应力释放效果具有明显提升。形镂空狭缝的残余应力释放效果具有明显提升。
【技术实现步骤摘要】
MEMS结构及应用其的MEMS压电麦克风
[0001]本专利技术涉及微机电(Micro
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Electro
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MechanicalSystem，简称MEMS)领域，尤其涉及一种MEMS结构及应用其的MEMS压电麦克风。
技术介绍
[0002]MEMS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，但其灵敏度和信噪比较低，制约着MEMS压电传声器的发展。
[0003]残余应力是导致灵敏度低的最主要原因之一，目前释放残余应力最有效的方法是将压电复合振动层设计成悬臂式结构，通过自由边界的伸缩来有效释放残余应力。但是悬臂式结构具有稳定性差、低频响应不一致、低频漏声严重等缺点。四周固定式结构可以有效克服上述缺点，但目前尚没有释放结构当中残余应力的有效方法。
技术实现思路
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]为了至少部分解决上述技术问题中的其中之一，本专利技术特提供了一种MEMS结构及应用其的MEMS压电麦克风。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术第一个方面中，提供了一种MEMS结构。该MEMS结构包括：衬底，包括：外围的衬底外环体；形成于衬底外环体内侧的衬底背腔；复合层，形成于衬底上，其在水平方向包括：形成于衬底外环体上方的外围层；形成于外围层内侧，衬底背腔上方的振动层；应力释放结构，包括：贯穿振动层上的N条弧形镂空狭缝，N≥3；其中，N条弧形镂空狭缝的内侧末端在以振动层中心为圆心，以R为半径的中心圆上均匀分布，R＞0。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，弧形镂空狭缝与中心圆相切。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，振动层的水平截面为圆形，其中：N条弧形镂空狭缝的半径相同，朝向相同，长度相同或规律性变化；和/或弧形镂空狭缝的外侧起点位于振动层的边缘；和/或弧形镂空狭缝的圆心位于振动层的边缘；和/或弧形镂空狭缝的内侧末端、振动层中心、弧形镂空狭缝的圆心，三者共线。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，弧形镂空狭缝的缝宽介于0.5μm～5μm之间。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，MEMS结构包括：M组应力释放结构，M≥2；M组应力释放结构对应的中心圆同心。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，MEMS结构为双电极结构，复合层在竖直方向上包括：支撑层，形成于衬底上；下电极层、压电层、上电极层，依次形成于支撑层上。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，上电极层的水平截面为圆形，形成于中心圆的内侧，弧形镂空狭缝贯穿压电层、下电极层和支撑层。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，上电极层、压电层、下电极层的水平截面为圆形，三者形成于中心圆的内侧；弧形镂空狭缝贯穿支撑层。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，上电极层的水平截面为圆环形，形成于中心圆的外侧；弧形镂空狭缝的内侧部分贯穿压电层、下电极层、支撑层，外侧部分贯穿上电极层、压电层、下电极层、支撑层。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，上电极层、压电层、下电极层的水平截面为圆环形，三者形成于中心圆的外侧；弧形镂空狭缝的内侧部分贯穿支撑层，外侧部分贯穿上电极层、压电层、下电极层、支撑层。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，MEMS结构为三电极结构，复合层在竖直方向上包括：第一压电层、中电极层、第二压电层，三者依次形成于衬底之上；下电极层，形成于第一压电层下方，上电极层，形成于第二压电层上方。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，上电极层和下电极层的水平截面为圆形，形成于中心圆的内侧，并且两者在水平截面上的投影完全重合；弧形镂空狭缝贯穿第二压电层、中电极层、第一压电层。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，上电极层和下电极层的水平截面为圆环形，形成于中心圆的外侧，并且两者在水平截面上的投影完全重合；弧形镂空狭缝的内侧部分贯穿第二压电层、中电极层、第一压电层，外侧部分贯穿上电极层、第二压电层、中电极层、第一压电层、下电极层。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，振动层在水平方向呈圆形。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，上电极层和下电极层的水平截面呈圆形，形成于中心圆的内侧，弧形镂空狭缝的径向延伸长度小于振动层半径的50％。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，上电极层和下电极层的水平截面呈圆环形，形成于中心圆的外侧，弧形镂空狭缝的径向延伸长度大于振动层半径的50％。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，振动层的半径介于0.1mm
‑
3mm之间。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，支撑层的材料选自于以下一种或多种：硅、氮化硅、氧化硅、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，压电层、第一压电层、第二压电层的材料选自于以下一种或多种：氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、压电陶瓷，其厚度介于0.1μm
‑
10μm之间。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，下电极层、中电极层、上电极层的材料选自于以下一种或多种：钼、金、铝、铬，其厚度介于20nm
‑
200nm。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，MEMS结构为双电极结构。
[0028]在本专利技术的一些实施例中，上电极层、压电层、下电极层的水平截面为圆形，三者形成于中心圆的内侧；弧形镂空狭缝贯穿支撑层；上电极层、压电层、下电极层三者的外侧边缘平齐，支撑层的材料为氮化硅，上电极层和下电极层的材料为铝，压电层的材料为氧化锌。
[0029]本专利技术第二个方面中，提供了一种MEMS压电麦克风。该MEMS压电麦克风包括：如上的MEMS结构。
[0030](三)有益效果
[0031]从上述技术方案可知，本专利技术相对于现有技术至少具有以下有益效果之一：
[0032](1)贯穿振动层设置N条弧形镂空狭缝，且该N条弧形镂空狭缝在以振动层中心为圆心，以R为半径的中心圆上均匀分布，相比于直线狭缝或其他结构，弧形镂空狭缝的残余应力释放效果具有明显提升。同时，弧形镂空狭缝还可以避免封装过程中背声腔与前声腔产生压强差，提高MEMS结构可靠性。
[0033](2)N条弧形镂空狭缝相切于同一中心圆。由于所有弧形镂空狭缝与中心圆相切，当结构中存在残余应力时，可以通过中心圆小角度旋转带动整个MEMS结构变形来释放残余应力，从而提升灵敏度。
[0034](3)N条弧形镂空狭缝的外侧起点、圆心位于振动层的边缘，从而对于残余应力释放更为有效。
[0035](4)本专利技术的MEMS结构可以应用于双电极和三电极结构，适应性强。
[0036](5)仿真模拟证明，本专利技术提供的MEMS结构可以非常明显的释放残余应力来降低本文档来自技高网...
【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：外围的衬底外环体；形成于所述衬底外环体内侧的衬底背腔；复合层，形成于所述衬底上，其在水平方向包括：形成于衬底外环体上方的外围层；形成于外围层内侧，衬底背腔上方的振动层；应力释放结构，包括：贯穿所述振动层上的N条弧形镂空狭缝，N≥3；其中，所述N条弧形镂空狭缝的内侧末端在以振动层中心为圆心，以R为半径的中心圆上均匀分布，R＞0。2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述弧形镂空狭缝与所述中心圆相切。3.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述振动层的水平截面为圆形，其中：所述N条弧形镂空狭缝的半径相同，朝向相同，长度相同或规律性变化；和/或所述弧形镂空狭缝的外侧起点位于所述振动层的边缘；和/或所述弧形镂空狭缝的圆心位于所述振动层的边缘；和/或所述弧形镂空狭缝的内侧末端、振动层中心、弧形镂空狭缝的圆心，三者共线。4.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述弧形镂空狭缝的缝宽介于0.5μm～5μm之间；和/或所述MEMS结构包括：M组应力释放结构，M≥2；所述M组应力释放结构对应的中心圆同心。5.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述MEMS结构为双电极结构，所述复合层在竖直方向上包括：支撑层，形成于所述衬底上；下电极层、压电层、上电极层，依次形成于所述支撑层上；其中：所述上电极层的水平截面为圆形，形成于所述中心圆的内侧，所述弧形镂空狭缝贯穿所述压电层、下电极层和支撑层；或所述上电极层、压电层、下电极层的水平截面为圆形，三者形成于所述中心圆的内侧；所述弧形镂空狭缝贯穿所述支撑层；或所述上电极层的水平截面为圆环形，形成于所述中心圆的外侧；所述弧形镂空狭缝的内侧部分贯穿压电层、下电极层、支撑层，外侧部分贯穿上电极层、压电层、下电极层、支撑层；或所述上电极层、压电层、下电极层的水平截面为圆环形，三者形成于所述中心圆的外侧；所述弧形镂空狭缝的内侧部分贯穿支撑层，外侧部分贯穿上电极层、压电层、下电极层、支撑层。6.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述MEMS结构为三电极结构，所述复合层在竖直方向上包括：第一压电...
【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：发明
国别省市：
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