一种MEMS结构及其制造方法与流程

一种mems结构及其制造方法
技术领域
1.本技术涉及声电转换装置的技术领域，具体来说，涉及一种mems(micro
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electro
‑
mechanicalsystem，即微电子机械系统)结构及其制造方法。


背景技术：

2.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。麦克风的灵敏度与振膜的平整度息息相关。振膜的平整度与振膜上下介质层的形态有关。在制备过程中，上层介质层的尺寸小于振膜尺寸，导致振膜受到非常大的拉扯力，振膜的平整度变差，这样的振膜在工作时会形成一些噪音，导致灵敏度降低。因此，需要对现有mems麦克风的结构或生产工艺进行改进，以提高振膜的平整度，进而提高麦克风的灵敏度。


技术实现要素：

3.针对相关技术中的问题，本技术提出了一种mems结构，能够提高了振膜的平整度和灵敏度。
4.本技术的技术方案是这样实现的：
5.根据本技术的一个方面，提供了一种mems结构，包括：
6.衬底，具有空腔；
7.振动支撑层，形成在所述衬底上方并且覆盖所述空腔；
8.第一电极层，形成在所述振动支撑层上方并且悬置在所述空腔上方；
9.压电层，形成在所述第一电极层上方；
10.第二电极层，形成在所述压电层上方；
11.缓冲件，从所述振动支撑层的上表面延伸至所述振动支撑层的下表面，所述缓冲件位于所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层的外围，并且悬置在所述空腔上方。
12.其中，所述mems结构还包括阻挡层，所述阻挡层形成在所述衬底和所述振动支撑层之间，并且所述阻挡层将所述第一电极层和所述衬底隔离开。
13.其中，所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层的投影区域小于所述空腔的投影区域。
14.其中，所述缓冲件在截面上包括呈工字型的第一端部、中间部和第二端部，所述第一端部位于所述振动支撑层下方，所述第二端部位于所述振动支撑层上方，所述中间部连接所述第一端部和所述第二端部。
15.相应的，本技术还提供了一种mems结构的制造方法，包括：
16.提供衬底，并且蚀刻所述衬底的上表面形成第一凹槽；
17.在所述衬底上方共形地形成阻挡层，所述阻挡层填充部分的所述第一凹槽；
18.在已部分填充的所述第一凹槽内再次填充缓冲材料并且平坦化以露出所述阻挡层的上表面，从而形成缓冲件的第一端部；
19.在所述阻挡层和所述第一端部的上方形成振动支撑层，并且图形化以形成露出所
述第一端部的第二凹槽；
20.在所述第二凹槽内填充缓冲材料并且图形化，以形成在所述第二凹槽内的所述缓冲件的中间部和露出在所述第二凹槽外的所述缓冲件的第二端部；
21.在所述振动支撑层上方依次形成第一电极层、压电层和第二电极层；
22.蚀刻所述衬底的下表面以形成贯穿所述衬底和所述阻挡层的空腔。
23.其中，所述缓冲件位于所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层的外围，并且悬置在所述空腔上方。
24.其中，所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层的投影区域小于所述空腔的投影区域。
25.其中，所述缓冲件包括呈工字型的第一端部、中间部和第二端部，所述第一端部位于所述振动支撑层下方，所述第二端部位于所述振动支撑层上方，所述中间部连接所述第一端部和所述第二端部。
26.综上，在该mems结构中，将缓冲件设置在第一电极层、压电层和第二电极层的外围，相当于对第一电极层、压电层和第二电极层的外围区域进行加固，从而增加了振动支撑层的平整度，进而增加了mems结构的可靠性和稳定性。提高mems结构的灵敏度和信噪比。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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。
28.图1示出了根据一些实施例提供的mems结构的剖面立体图；
29.图2至图8示出了制造mems结构的中间阶段的截面图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.参见图1，根据本技术的实施例，提供了一种mems结构，该mems结构可应用于传感器，如麦克风，也可以应用于执行器，如扬声器。该mems结构包括衬底10、振动支撑层40、第一电极层50、压电层60、第二电极层70和缓冲件30。以下将详细介绍该mems结构的制造方法及具体结构。
32.步骤s1，参见图2，提供衬底10，并且蚀刻衬底10的上表面形成第一凹槽12。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)。
33.步骤s2，参见图3，在衬底10上方共形地形成阻挡层20，阻挡层20填充部分的第一凹槽12，阻挡层20的材料包括氧化硅。可以通过热氧化衬底10的上表面的方法来形成阻挡层20。值得注意的是，阻挡层20没有填充满第一凹槽12。
34.步骤s3，参见图4，在已部分填充的第一凹槽12内再次填充缓冲材料并且平坦化以
露出阻挡层20的上表面，从而形成缓冲件30的第一端部31。缓冲材料包括多晶硅、氮化硅。再次填充缓冲材料的工艺方法包括化学气相沉积或物理气相沉积。
35.步骤s4，参见图5，在阻挡层20和第一端部31的上方形成振动支撑层40，并且图形化以形成露出第一端部31的第二凹槽41。第二凹槽41的位置与第一端部31的位置相对应。在一些实施例中，振动支撑层40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。
36.步骤s5，参见图6，在第二凹槽41内填充缓冲材料并且图形化，以形成在第二凹槽41内的缓冲件30的中间部32和露出在第二凹槽41外的缓冲件30的第二端部33。由此可知，缓冲件30包括呈工字型的第一端部31、中间部32和第二端部33，第一端部31位于振动支撑层40下方，第二端部33位于振动支撑层40上方，中间部32连接第一端部31和第二端部33。
37.步骤s6，参见图7，在振动支撑层40上方依次形成第一电极层50、压电层60和第二电极层70，并且图形化，使得缓冲件30位于第一电极层50、压电层60和第二电极层70的外围。振动支撑层40、第一电极层50、压电层60和第二电极层70构成了压电复合振动层。压电层60可将施加的压力转换成电压，或是将施加的电压转换成压力。并且第一电极层50和第二电极层70用于将产生的电压传送至外部集成电路部件，或是将外界提供的电压施加到压电层60上。在一些实施例中，压电层60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50和第二电极层70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。
38.步骤s7，参见图8，蚀刻衬底10的下表面以形成贯穿衬底10和阻挡层20的空腔11。在一些实施例中，第一电极层50、压电层60和第二电极层70的投影区域小于空腔11的投影区域。在一些实施例中，缓冲件30悬置在空腔11上方。蚀刻的方法包括干法蚀刻。
39.基于以上制造方法所得到的mems结构，将缓冲件30设置在第一电极层50、压电层60和第二电极层70的外围，相当于对第一电极层50、压电层60和第二电极层70的外围区域进行加固。换句话说，另外，第一电极层50、压电层60和第二电极层70的区域面积小于振动支撑层40的区域面积，从而导致振动支撑层40的边缘位置受到第一电极层50、压电层60和第二电极层70的拉扯，使得振动支撑层40产生了褶皱。为了减少这种褶皱，设置缓冲件40以平衡第一电极层50、压电层60和第二电极层70对振动支撑层40的拉应力，释放应力，从而提高了整个振动支撑层40的平整度，进而增加了mems结构的可靠性和稳定性，提高mems结构的灵敏度和信噪比。
40.相应的，本技术还提供了基于该制造方法所获得的mems结构，以下将详细介绍该mems结构。
41.请综合参见图1至图8，该mems结构包括：衬底10，具有空腔11；振动支撑层40，形成在衬底10上方并且覆盖空腔11；第一电极层50，形成在振动支撑层40上方并且悬置在空腔11上方；压电层60，形成在第一电极层50上方；第二电极层70，形成在压电层60上方；缓冲件30，从振动支撑层40的上表面延伸至振动支撑层40的下表面，缓冲件30位于第一电极层50、压电层60和第二电极层70的外围，并且悬置在空腔11上方。
42.在一些实施例中，mems结构还包括阻挡层20，阻挡层20形成在衬底10和振动支撑层40之间，并且阻挡层20将第一电极层50和衬底10隔离开。
43.在一些实施例中，第一电极层50、压电层60和第二电极层70的投影区域小于空腔
11的投影区域。
44.在一些实施例中，缓冲件30在截面上包括呈工字型的第一端部31、中间部32和第二端部33，第一端部31位于振动支撑层40下方，第二端部33位于振动支撑层40上方，中间部32连接第一端部31和第二端部33。
45.在该mems结构中，将缓冲件30设置在第一电极层50、压电层60和第二电极层70的外围，相当于对第一电极层50、压电层60和第二电极层70的外围区域进行加固，从而增加了振动支撑层40的平整度，进而增加了mems结构的可靠性和稳定性。提高器件灵敏度和信噪比。
46.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。