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mems(micro-electro-mechanical system的简称，即微电子机械系统)技术领域，具体来说，涉及一种mems结构。


背景技术：

2.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，但其生产制作过程中会产生较大的残余应力，制约着mems压电传声器的发展。由于残余应力的存在，会导致器件灵敏度低，稳定性差等问题。


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，能够降低残余应力。
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，具有环体、形成在所述环体内的支撑梁和支撑柱；
7.支撑台，形成在所述支撑柱上方；
8.压电复合振动层，形成在所述支撑台上方并且所述压电复合振动层的边缘与所述衬底通过间隙隔离开。
9.其中，所述衬底还包括形成在所述环体内的空腔，所述支撑柱通过所述支撑梁固定于所述环体，所述空腔穿透所述衬底。
10.其中，所述支撑柱形成在所述环体的中心处。
11.其中，所述压电复合振动层包括：
12.振动层，形成在所述支撑台上方，并且所述振动层的边缘与所述衬底经所述间隙隔离开；
13.第一电极层，形成在所述振动层上方；
14.压电层，形成在所述第一电极层上方；
15.第二电极层，形成在所述压电层上方，其中，所述第二电极层包括分隔开的内层和外层。
16.其中，所述振动层的区域面积大于所述空腔的区域面积，并且所述振动层的区域面积与所述环体的区域面积部分重叠。
17.其中，所述内层的内径等于所述支撑台的外径，所述外层与所述内层经沟槽分隔开。
18.综上所提供的mems结构，由于压电复合振动层中心固支、边缘悬空，使得压电复合振动层可以在面内自由伸缩变形来释放残余应力。
附图说明
19.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。
20.图1示出了根据一些实施例提供的mems结构的立体图；
21.图2示出了根据一些实施例提供的mems结构的爆炸视图；
22.图3示出了根据一些实施例提供的衬底的底部视图；
23.图4示出了根据一些实施例提供的mems结构的截面图。
具体实施方式
24.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。
25.参见图1，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。该mems结构包括衬底10、支撑台14(在图2中示出)和压电复合振动层20。以下将详细介绍该mems的结构。
26.参见图2和图3，衬底10具有环体11、形成在环体11内的支撑梁12和支撑柱16、以及形成在环体11内的空腔13。支撑柱16通过支撑梁12固定于环体11，空腔13穿透衬底10。支撑柱16形成在环体11的中心处。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，环体11内有两个相互交叉的支撑梁12。支撑柱16形成在支撑梁12的交叉点处。
27.参见图2和图4，其中，图4是图3的a线截面图。支撑台14形成在支撑柱16上方。在一些实施例中，支撑台14的形状与支撑柱16的形状相似。
28.压电复合振动层20形成在支撑台14上方并且压电复合振动层20的边缘与衬底10通过间隙15隔离开。由于压电复合振动层20的中心固支，边缘悬空，从而使得压电复合振动层20可以在面内自由伸缩变形来释放残余应力。而且，通过调节压电复合振动层20与衬底10边缘之间的间隙15的尺寸，可以有效地抑制mems结构的漏声现象。
29.参见图2，压电复合振动层20包括从下至上依次层叠的振动层20e、第一电极层20d、压电层20c和第二电极层。振动层20e形成在支撑台14上方，并且振动层20e的边缘与衬底10经间隙15隔离开。其中，第二电极层包括分隔开的内层20a和外层20b。压电层20c可将施加的压力转换成电压，并且第一电极层20d和第二电极层可将所产生的电压传送至其他集成电路器件。
30.振动层20e的区域面积大于空腔13的区域面积，并且振动层20e的区域面积与环体11的区域面积部分重叠。
31.内层20a的内径等于支撑台14的外径，外层20b与内层20a经沟槽分隔开。其中第一电极层20d接地。只有第二电极层的内层20a工作，第二电极层的外层20b不工作。这样设置第二电极层可以有效地提高灵敏度并且降低杂散电容的影响。
32.在一些实施例中，振动层20e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。在一些实施例中，压电层20c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20d和第二电极层包括铝、金、铂、钼、钛、铬以及它们组成的复合膜或其他合适的材料。
33.综上所提供的mems结构，首先由于压电复合振动层20中心固支、边缘悬空，使得压电复合振动层20可以在面内自由伸缩变形来释放残余应力。其次，第一电极层20d接地，只有第二电极层的内层20a工作，第二电极层的外层20b不工作，这样设置第二电极层可以有效地提高灵敏度并且降低杂散电容的影响。最后，通过调节压电复合振动层20与衬底10边缘之间的间隙15的尺寸，可以有效地抑制mems结构的漏声现象。
34.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，具有环体、形成在所述环体内的支撑梁和支撑柱；支撑台，形成在所述支撑柱上方；压电复合振动层，形成在所述支撑台上方并且所述压电复合振动层的边缘与所述衬底通过间隙隔离开。2.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述衬底还包括形成在所述环体内的空腔，所述支撑柱通过所述支撑梁固定于所述环体，所述空腔穿透所述衬底。3.根据权利要求2所述的mems结构，其特征在于，所述支撑柱形成在所述环体的中心处。4.根据权利要求2所述的mems结构，其特征在于，所述压电复合振动层包括：振动层，形成在所述支撑台上方，并且所述振动层的边缘与所述衬底经所述间隙隔离开；第一电极层，形成在所述振动层上方；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，所述第二电极层包括分隔开的内层和外层。5.根据权利要求4所述的mems结构，其特征在于，所述振动层的区域面积大于所述空腔的区域面积，并且所述振动层的区域面积与所述环体的区域面积部分重叠。6.根据权利要求4所述的mems结构，其特征在于，所述内层的内径等于所述支撑台的外径，所述外层与所述内层经沟槽分隔开。

技术总结
本申请公开了一种MEMS结构，包括：衬底，具有环体、形成在所述环体内的支撑梁和支撑柱；支撑台，形成在所述支撑柱上方；压电复合振动层，形成在所述支撑台上方并且所述压电复合振动层的边缘与所述衬底通过间隙隔离开。由于压电复合振动层中心固支、边缘悬空，使得压电复合振动层可以在面内自由伸缩变形来释放残余应力。应力。应力。


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：2022.06.27
技术公布日：2023/1/5