微机电系统及其制造工艺的制作方法

微机电系统及其制造工艺
【技术领域】
1.本发明涉及电声转换装置领域，尤其涉及一种应用于电声转换装置的微机电系统以及制造工艺。


背景技术：

2.在当前具有上下波纹膜的波纹封装微机电系统麦克风中，有一个间隔层连接上、下波纹膜片。传统上，间隔层与膜内的对电极为相同的材料制成。间隔层通常由氮化硅制成，因为其有优异的机械性能。
3.然而，氮化硅的介电常数高达9.5。在使用例如多晶硅的导电材料的波纹封装膜的实施中，膜之间会产生非常高的板对板电容，这将对麦克风的性能产生负面影响。
4.因此，需要提供一种经过改进的微机电系统，其能够克服上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种减少振膜之间不必要电容的微机电系统。
6.一方面该工艺包括：
7.提供导电的下膜；
8.在下膜上形成间隔层，包括：
9.在下膜上通过第一材料形成多个对电极壁和多个支撑壁，相邻壁之间形成空间，对电极壁设置有导电元件；以及
10.用第二材料填充空间，第二材料的介电常数小于第一材料的介电常数；
11.提供覆盖在间隔层上的导电上膜；和
12.释放对电极壁周围的第二材料，使得与对电极壁对齐的下膜和上膜的部分可相对于对电极壁移位。
13.在一些实施例中，所述下膜包括交替设置的多个波谷和波峰，并且提供导电的下膜,包括：
14.提供所述波谷中填充有所述第二材料的下膜。
15.在一些实施例中，在下膜上形成多个对电极壁和多个支撑壁，包括：
16.在填充在下膜的波谷中的第二材料上形成多个对电极壁，在下膜的波峰上形成多个支撑壁。
17.在一些实施例中，所述上膜包括多个交替设置的波谷和波峰；提供覆盖在间隔层上的导电上膜，包括：
18.提供具有在其波峰下方形成并填充有第二材料的凹槽的导电上膜；
19.其中上膜的波峰分别与下膜的波谷对齐以形成腔室，对电极壁位于其中，上膜的波谷分别与下膜的波峰对齐，支撑壁夹在其间。
20.在一些实施例中，所述释放对电极壁周围的第二材料，包括：
21.通过蚀刻释放对电极壁周围的第二材料；
22.其中对齐的上膜的波峰和下膜的波谷中的一个或两个贯穿形成第一通孔，以在通过蚀刻释放对电极壁周围的第二材料时允许蚀刻溶液通过所述第一通孔流入所述腔室。
23.在一些实施例中，对齐的上膜的波谷和下膜的波峰中的其中一个或两个贯穿形成第二通孔，当通过蚀刻释放围绕对电极壁的第二材料时，以允许蚀刻溶液通过所述第二通孔流入形成在相邻支撑壁之间的空间中从而释放形成在相邻支撑壁之间的空间中所填入的第二材料。
24.在一些实施例中，所述下膜由导电材料制成或所述下膜包括绝缘膜和设置在所述绝缘膜上的导电元件；和/或
25.所述上膜由导电材料制成或所述上膜包括绝缘膜和设置在所述绝缘膜上的导电元件。
26.另一方面，本发明提供一种微机电系统，包括：
27.导电的下膜；
28.导电的上膜；和
29.设置在下膜和上膜之间的间隔层，其中，间隔层包括对电极壁和支撑壁，对电极壁设置有导电元件；
30.其中，下膜与上膜之间形成腔室，对电极壁分别悬置于腔室内；以及
31.支撑壁被夹在下膜和上膜之间，相邻支撑壁之间形成空间。
32.在一些实施例中，其中下膜包括多个交替设置的波谷和波峰；上膜包括多个交替设置的波谷和波峰；
33.下膜的波谷分别与上膜的波峰对齐，下膜的波峰分别与上膜的波谷对齐；
34.所述腔室分别形成在对齐的下膜的波谷和上膜的波峰之间；以及
35.支撑壁分别被夹在下膜的波峰和上膜的波谷之间。
36.在一些实施例中，所述空间分别形成在下膜的波峰和上膜的波谷之间。
37.在一些实施例中，所述对电极壁和支撑壁由第一材料制成，并且所述空间填充有介电常数小于所述第一材料的介电常数的第二材料。
38.在一些实施例中，所述第一材料是氮化硅。
39.在一些实施例中，所述第二材料是氧化硅。
40.在一些实施例中，所述腔室通过相应的所述支撑壁与相邻所述空间相隔离。
41.在一些实施例中，对齐的所述上膜的波峰和所述下膜的波谷中的一个或两个贯穿形成第一通孔，所述第一通孔将所述腔室与所述腔室的外部连通。
42.在一些实施例中，对齐的所述下膜的波峰和所述上膜的波谷中的一个或两个贯穿形成第二通孔，所述第二通孔将所述空间与所述空间的外部连通。
43.在一些实施例中，所述下膜由导电材料制成或所述下膜包括绝缘膜和设置在所述绝缘膜上的导电元件；和/或
44.所述上膜由导电材料制成或所述上膜包括绝缘膜和设置在所述绝缘膜上的导电元件。
45.通过使用间隔开的薄氮化物支撑壁，与使用固体氮化物支撑壁的设计相比，上和下导电膜之间的不需要的电容可以减少50％。通过释放形成在支撑壁之间的填料，可以进
一步减小上和下导电膜之间的不需要的电容，与使用固体氮化物支撑壁的设计相比，这可以将不需要的电容减少80％。
【附图说明】
46.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本发明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它的附图，其中：
47.图1是微机电系统的平面图。
48.图2至图6示出了本发明实施例的微机电系统的制作工艺。
49.图7为本发明提供的一种实施例的微机电系统。
【具体实施方式】
50.具体实施方式部分将参考附图对本发明作进一步说明。应当注意，在所有附图中，具有相似结构或功能的元件由相似的参考数字表示。本文描述的实施例并非旨在作为各种其他实施例的详尽说明或描述，或作为对权利要求的范围或一些其他实施例的范围的限制。此外，所示出的实施例不需要具有所表现的所有方面或优点。
51.参考图6，微机电系统10包括下膜20、上膜40和设置在下膜20和上膜40之间的间隔层60。
52.具体地，下膜20包括交替设置的多个波谷22和波峰24。上膜40包括交替设置的多个波谷42和波峰44。下膜20的波谷22分别与上膜40的波峰44对齐，而下膜20的波峰24分别与上膜40的波谷42对齐。间隔层60夹在下膜20和上膜40之间，腔室30形成在对齐的下膜20的波谷22和上膜40的波峰44之间。
53.参见图1，优选地，下膜20、上膜40和间隔层60为圆形。波谷22、42和波峰24、44是圆弧形的并且布置成跨度小于360度的同心圆弧。在一些实施例中，下膜20和上膜40中的每一个在其圆周方向上被分成六个部分。每个部分包括在微机电系统10的径向方向上交替设置的一组波谷22、42和波峰24、44。相邻部分通过沿微机电系统10的直径方向延伸的辐条(例如26)相互连接。每个波谷22、42和波峰24、44跨度大致为60度，波谷22、42和波峰24、44在微机电系统10的径向方向均匀或不均匀地设置。优选地，波谷22、42和波峰24、44沿微机电系统10的径向方向均匀设置。或者，下膜20和上膜40可以被分成其他数量的部分，例如四部分或八部分等。这些部分可以在微机电系统10的径向方向上均匀或不均匀地设置。
54.参考图6，间隔层60包括容纳在腔室30中的多个对电极壁62和夹在下膜20的波峰24和上膜40的波谷42之间的多个支撑壁64。间隔层60具有类似于下膜20和上膜40的形状。间隔层60在其圆周方向上被分成多个部分。每个部分包括在微机电系统10的径向方向上交替设置的一组对电极壁62和支撑壁64。相邻部分通过沿微机电系统10的直径方向延伸的辐条(例如26)相互连接。
55.对电极壁62通过相应的辐条被悬挂在相应的腔室30中。在一些实施例中，对电极壁62和支撑壁64为圆弧形。在微机电系统10的圆周方向上对电极壁62的相对端连接在相邻辐条26之间，从而将对电极壁62悬挂在腔室30中。对电极壁62和支撑壁64由优选为氮化物
的第一材料制成，例如氮化硅。分别面向下膜20和上膜40的对电极壁62的相对侧表面设置有充当第一和第二对电极622、624的导电元件。
56.在相邻的支撑壁64之间形成空间66。腔室30通过相应的支撑壁64与相邻的空间66隔离，支撑壁64分别位于腔室30和相邻的空间66之间。空间66可以用填料68填充，填料68由第二材料制成，例如氧化物，例如氧化硅。或者，相邻支撑壁64之间的空间66可以是空白的/空的，如图7所示。
57.下膜20和上膜40可由导电材料制成或下膜20和上膜40包括绝缘膜和设置在绝缘膜上的导电元件。例如，下膜20和上膜40每个都包括带有多晶硅电极的氮化硅膜，以提供导电。因此，下膜20和上膜40是导电的。下膜20和第一对电极622之间形成第一电容，上膜40和第二对电极624之间形成第二电容。当下/上膜20/40响应于施加在其上的压力而相对于对电极622/624移位时，下/上膜20/40和对置电极622/624之间的距离发生变化使得其间形成的电容也随之变化，从而产生相应的电信号。
58.微机电系统10的制作工艺包括以下步骤：
59.提供如图2所示的下膜20。具体地，下膜20包括交替设置的多个波谷22和波峰24。波谷22填充有填料222，填料222可以是氧化物，例如氧化硅。填料222的顶面与波峰24的顶面共面。
60.在下膜20上形成间隔层60，如图3所示。具体地，在下膜20上形成间隔层60，包括：
61.形成多个间隔开的对电极壁62和支撑壁64。对电极壁62设置在相应的填料222上。支撑壁64设置在相应的波峰24上。空间66形成在相邻的支撑壁64之间。一个或多个空间67形成在对电极壁62和位于对电极壁62相对侧的相应支撑壁64之间，使得填充在波谷22中的填料222的部分可以通过空间67暴露。空间67通过位于空间67和相应空间66之间的相应支撑壁64与相邻空间66隔离。对电极壁62和支撑壁64可以通过化学沉积形成。面对下和上膜20、40的对电极壁62的相对的表面分别设有导电元件622、624。
62.在如图4所示的间隔层60中形成的空间66、67中填充填料68。填料68由第二材料制成。优选地，第二材料是氧化物，例如氧化硅。
63.如图5所示，提供覆盖在间隔层60上的上膜40。具体地，上膜40包括多个交替设置的波谷42和波峰44。下膜20的波谷22与上膜40的对应波峰44对齐。在波峰44下方形成的凹槽被填料442予以填充。下膜20的波谷22、上膜40的对应波峰44和对应的支撑壁64共同形成封闭腔室30。
64.释放填充在封闭腔室30内的填料222、442、68，如图6所示。具体地，通过蚀刻去除填料222、442、68。下膜20的波谷22和上膜40的对应波峰44的其中一个或两个贯穿形成第一通孔441，以允许蚀刻溶液通过第一通孔441进入腔室30。在该实施例中，第一通孔441贯穿形成在上膜40的波峰44中。
65.在一些实施例中，下膜20的波峰24和上膜40的对应的波谷42中的其中一个或两个贯穿形成第二通孔422，以允许蚀刻溶液通过第二通孔422进入相应的空间66。在本实施例中，上膜40的波谷42贯穿形成第二通孔422。该方法进一步释放填充在支撑壁64之间形成的空间66内的填料68。在封闭腔室30内的填充物222、442、68被移除之后，可以移除在支撑壁64之间形成的空间66内的填充物68。或者，在支撑壁64与封闭腔室30内的填料222、442、68之间形成的空间66内的填料68可以在同一步骤中移除/释放。
66.在上述实施例中，间隔层60由多于一种材料制成。对电极壁62和支撑壁64由氮化物制成，而填充在相邻支撑壁64之间的填料68由介电常数小于氮化物的氧化物制成。因此，上和下导电膜40、20之间的不需要的电容显着减小。通过使用间隔开的薄氮化物支撑壁64，与使用固体氮化物支撑壁的设计相比，上和下导电膜40，20之间的不需要的电容可以减少50％。通过释放形成在支撑壁64之间的填料68，可以进一步减小上和下导电膜40、20之间的不需要的电容，与使用固体氮化物支撑壁的设计相比，这可以将不需要的电容减少80％。
67.虽然结合一个或多个实施例对本发明进行了描述，但是上述实施例的描述仅用于使本领域技术人员能够实践或使用本发明。本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种修改。上述实施例不应理解为对本发明的限制，本发明的范围通过参考下面的权利要求来确定。