一种MEMS结构的制作方法

一种mems结构
技术领域
1.本申请涉及半导体技术领域，具体来说，涉及一种mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统的简称)结构。


背景技术：

2.mems传声器主要包括电容式和压电式两种。压电mems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、漏电等因素，制约着压电mems传声器的发展。


技术实现要素：

3.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mems结构的灵敏度。
4.本申请的技术方案是这样实现的：
5.根据本申请的一个方面，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下方，并且位于所述空腔内；
9.压电层，形成在所述振动支撑层上方；
10.第二电极层，形成在所述压电层上方。
11.其中，所述第一电极层的区域面积小于所述空腔的区域面积。
12.其中，所述压电层、所述第二电极层的区域面积小于所述空腔的区域面积。
13.综上，借助于本申请的上述技术方案，在本申请所提供的mems结构中，将第一电极层置于振动支撑层下方，在几乎不增加工艺复杂度的情况下降低了mems结构的漏电损耗，增加了灵敏度并且降低了输出噪声。
附图说明
14.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。
15.图1示出了根据一些实施例提供的mems结构的立体图；
16.图2示出了根据一些实施例提供的mems结构的剖面图；
17.图3示出了该mems结构在特定材料、尺寸条件下的灵敏度频响曲线。
具体实施方式
18.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。
19.参见图1和图2，根据本申请的实施例，提供一种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。
20.该mems结构包括具有空腔11的衬底10，形成在衬底10上方并且覆盖空腔11的振动支撑层20c，形成在振动支撑层20c下方并且位于空腔11内的第一电极层20d，形成在振动支撑层20c上方的压电层20b，形成在压电层20b上方的第二电极层20a。在本申请的实施例中，将第一电极层20d、压电层20b和第二电极层20a悬置在空腔11上方，有助于释放边缘应力，防止边缘电荷与中心电荷中和降低灵敏度。另外，本申请将振动支撑层20c置于压电层20b和第一电极层20d之间，该振动支撑层20c除了将压电层20b和第一电极层20d隔离开，还降低了mems结构的漏电损耗，从而降低了输出噪声。总体上讲，提高了mems结构的信噪比。
21.在一些实施例中，第一电极层20d的区域面积小于空腔11的区域面积。
22.在一些实施例中，压电层20b、第二电极层20a的区域面积小于空腔11的区域面积。
23.在一些实施例中，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)。振动支撑层20c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可将施加的压力转换成电压，并且第一电极层20d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。在一些实施例中，压电层20b包括氧化锌、氮化铝、有机压电膜、锆钛酸铅、钙钛矿型压电膜或其他合适的材料。第一电极层20d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。
24.参见图3，根据本申请的实施例，提供了mems结构在特定材料、尺寸条件下的灵敏度频响曲线。第一电极层20d和第二电极层20a采用铝(al)，压电层20b采用氧化锌(zno)，振动支撑层20c采用氮化硅(si3n4)。可以看到结构在1000hz下的灵敏度达到了-52.25db，并且此时该mems结构的整体输出噪声为-118.81dba，因此mems结构的信噪比达到了66.56db。
25.综上，借助于本申请的上述技术方案，在本申请所提供的mems结构中，由于压电层20b的区域面积小于振动支撑层20c的区域面积，相当于压电层20b的边缘“悬空”，可以释放压电层20b边缘应力，避免正负电荷中和，从而提高灵敏度。其次，将第一电极层20d置于振动支撑层20c下方，在几乎不增加工艺复杂度的情况下降低了mems结构的漏电损耗，增加了灵敏度并且降低了输出噪声。总体上讲，提高了mems结构的信噪比。
26.以上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。


技术特征：
1.一种mems结构，其特征在于，包括：衬底，具有空腔；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下方，并且位于所述空腔内；压电层，形成在所述振动支撑层上方；第二电极层，形成在所述压电层上方。2.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述第一电极层的区域面积小于所述空腔的区域面积。3.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述压电层、所述第二电极层的区域面积小于所述空腔的区域面积。

技术总结
本申请公开了一种MEMS结构，包括：衬底，具有空腔；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下方，并且位于所述空腔内；压电层，形成在所述振动支撑层上方；第二电极层，形成在所述压电层上方。本申请将振动支撑层置于压电层和第一电极层之间，该振动支撑层除了将压电层和第一电极层隔离开，还降低了MEMS结构的漏电损耗，从而降低了输出噪声。从而降低了输出噪声。从而降低了输出噪声。


技术研发人员：李冠华 刘端
受保护的技术使用者：安徽奥飞声学科技有限公司
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/10/13