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MEMS結(jié)構(gòu)及其制造方法與流程

文檔序號(hào):11591247閱讀:159來源:國知局
MEMS結(jié)構(gòu)及其制造方法與流程

本發(fā)明涉及mems(微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)的制造方法,更具體地,涉及包含振膜的mems結(jié)構(gòu)的制造方法。



背景技術(shù):

mems器件是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的采用微加工工藝制作的電子機(jī)械器件,已經(jīng)廣泛地用作傳感器和執(zhí)行器。例如,mems器件可以是硅電容麥克風(fēng)。硅電容麥克風(fēng)通常包括襯底、背極板和振膜,其中振膜是硅電容麥克風(fēng)的核心部件,該振膜靈敏地響應(yīng)聲壓信號(hào)并將之轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。在硅電容麥克風(fēng)中,襯底和背極板是固定部件,振膜是可動(dòng)部件。振膜的一端固定在襯底上,另一端則可以自由振動(dòng)。與硅電容麥克風(fēng)類似,基于電容特性的mems傳感器以及大部分的mems執(zhí)行器均包括固定部件和可動(dòng)部件。

在典型的結(jié)構(gòu)中,mems結(jié)構(gòu)包括從可動(dòng)部件和固定部件分別引出的第一焊盤和第二焊盤。由于可動(dòng)部件和固定部件位于不同的層面,因此,通常將第一焊盤和第二焊盤設(shè)置在與可動(dòng)部件和固定部件相對(duì)應(yīng)的不同層面上。圖1a和1b示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖。該mems結(jié)構(gòu)例如是硅電容麥克風(fēng),包括襯底110、位于襯底110上的振膜層130、位于振膜層130的周邊區(qū)域上的支撐層140、位于支撐層140上的背極板150。該mems結(jié)構(gòu)還包括接觸振膜層130的第一焊盤111和接觸背極板150的第二焊盤112。振膜層130的第一表面與背極板150相對(duì),第二表面暴露于襯底110中形成的聲腔中。

在上述的mems結(jié)構(gòu)中,位于不同層面的焊盤導(dǎo)致mems結(jié)構(gòu)在使用狀態(tài)下焊接困難,并且導(dǎo)致體積過大。作為改進(jìn)的方案,希望將第一焊盤和第二焊盤設(shè)置在同一個(gè)層面上。為此,第二焊盤位于與第一焊盤相同的層面上,并且采用內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)從可動(dòng)部件延伸至所需的層面。 將第一焊盤和第二焊盤設(shè)置在同一個(gè)層面,不僅在焊接引線時(shí)便利,而且可以減小尺寸。然而,上述的互連結(jié)構(gòu)主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電連接功能,在振膜的聲學(xué)特性方面可能產(chǎn)生不利的影響。

因此,期望進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有mems結(jié)構(gòu)及其制造方法,以獲得平面焊盤結(jié)構(gòu)并且改善聲學(xué)特性。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

鑒于上述問題,本發(fā)明的目的在于提供一種mems結(jié)構(gòu)及其制造方法,其中,利用互連部件在振膜上設(shè)置約束點(diǎn),從而改善振膜的振動(dòng)特性。

根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供一種mems結(jié)構(gòu),包括:襯底;可動(dòng)部件,所述可動(dòng)部件位于所述襯底上;固定部件,所述固定部件位于所可動(dòng)部件上,并且與所述可動(dòng)部件彼此相對(duì),以形成電容極板;互連部件,包括與所述固定部件相同層面的第一部分和從所述第一部分延伸至所述可動(dòng)部件的第二部分;以及第一焊盤和第二焊盤,分別位于所述互連部件和所述固定部件上。

優(yōu)選地,所述mems結(jié)構(gòu)為mems麥克風(fēng),所述可動(dòng)部件和固定部件分別為所述mems麥克風(fēng)的振膜層和背極板,所述振膜層與外部連通以接收聲音信號(hào),其中,根據(jù)所述振膜層的振動(dòng)特性設(shè)置所述互連部件的第二部分與所述振膜層的連接位置。

優(yōu)選地,所述振膜層至少部分地懸掛在所述互連部件的第二部分下方。

優(yōu)選地,所述mems結(jié)構(gòu)還包括:位于所述可動(dòng)部件和所述固定部件之間的支撐層,其中,所述互連部件的第一部分至少部分地在所述支撐層上橫向延伸,使得所述振膜層懸掛在所述互連部件的第二部分下方。

優(yōu)選地,所述可動(dòng)部件的周邊部分夾在所述襯底和所述支撐層之間。

優(yōu)選地,所述互連部件的第二部分包括至少兩個(gè)側(cè)壁,并且在相鄰的側(cè)壁之間夾有所述支撐層的材料,形成夾層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地,所述背極板的周邊具有與所述互連部件相對(duì)應(yīng)的開口,所述互連部件在所述開口內(nèi)接觸所述支撐層。

優(yōu)選地,所述支撐層具有環(huán)狀的內(nèi)側(cè)部分和外側(cè)部分,所述互連部件在所述支撐層的外側(cè)部分接觸所述支撐層,所述背極板在所述支撐層的內(nèi)側(cè)部分接觸所述支撐層。

優(yōu)選地,所述互連部件的第一部分的所述至少一部分包括彈性結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地,所述互連部件的第一部分懸空,并且所述互連部件的第二部分與所述可動(dòng)部件直接相連。

優(yōu)選地,所述彈性結(jié)構(gòu)為凹槽或彎折結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種制造mems結(jié)構(gòu)的方法,包括:在襯底上形成振膜層;在振膜層上形成支撐層;在支撐層中形成第一開口;在支撐層上形成第一導(dǎo)體層,第一導(dǎo)體層填充所述第一開口;將第一導(dǎo)體層圖案化為互連部件和背極板;以及在所述互連部件和所述背極板上分別形成第一焊盤和第二焊盤,其中,所述互連部件和所述背極板彼此隔開,并且所述互連部件包括在所述支撐層上橫向延伸的第一部分和從所述支撐層表面經(jīng)由所述第一開口延伸至所述振膜層的第二部分。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu),利用互連部件實(shí)現(xiàn)第一焊盤與振膜層的電連接的同時(shí),利用互連部件與振膜層的機(jī)械連接位置,優(yōu)化振膜層的振動(dòng)特性,從而改善mems麥克風(fēng)的聲學(xué)特性。由于不需要采用單獨(dú)的約束梁,從而可以減小mems麥克風(fēng)的尺寸。

在優(yōu)選的實(shí)施例中,背極板的周邊具有與互連部件相對(duì)應(yīng)的開口,互連部件在所述開口內(nèi)接觸支撐層,因此,有利于增加電容的極板之間的面積,從而提高mems麥克風(fēng)的靈敏度。

在優(yōu)選的實(shí)施例中,振膜層至少部分地懸掛在互連部件的第二部分下方,因此,有利于獲得更大的振幅,從而提高mems麥克風(fēng)的靈敏度。

在優(yōu)選的實(shí)施例中,互連部件的第二部分為夾層結(jié)構(gòu).采用夾層結(jié)構(gòu),可以利用側(cè)壁之間的支撐層材料的粘性有效地使接觸區(qū)域相對(duì)固定,保證機(jī)械連接和電連接的可靠性。

在優(yōu)選的實(shí)施例中,互連部件的第一部分包括彈性結(jié)構(gòu)。利用彈性結(jié)構(gòu)調(diào)整互連部件的彈性和整體振膜層上的振動(dòng)特性,而不必顧慮在下方振膜層設(shè)置凹凸結(jié)構(gòu)影響上方背極板的剖面形貌導(dǎo)致力學(xué)特性變化。

附圖說明

通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述,本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚,在附圖中:

圖1a和1b分別示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖。

圖2a和2b分別示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖。

圖3a和3b分別示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖。

圖4a和4b分別示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖。

圖5a和5b分別示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖。

圖6a至6i分別示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的制造方法各個(gè)階段的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在各個(gè)附圖中,相同的元件采用類似的附圖標(biāo)記來表示。為了清楚起見,附圖中的各個(gè)部分沒有按比例繪制。此外,可能未示出某些公知的部分。為了簡明起見,可以在一幅圖中描述經(jīng)過數(shù)個(gè)步驟后獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

應(yīng)當(dāng)理解,在描述器件的結(jié)構(gòu)時(shí),當(dāng)將一層、一個(gè)區(qū)域稱為位于另一層、另一個(gè)區(qū)域“上面”或“上方”時(shí),可以指直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面,或者在其與另一層、另一個(gè)區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且,如果將器件翻轉(zhuǎn),該一層、一個(gè)區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚?、另一個(gè)區(qū)域“下面”或“下方”。

如果為了描述直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面的情形,本文將采用“a直接在b上面”或“a在b上面并與之鄰接”的表述方式。在本申請(qǐng)中,“a直接位于b中”表示a位于b中,并且a與b直接鄰接。

在本申請(qǐng)中,術(shù)語“mems結(jié)構(gòu)”指在制造mems器件的各個(gè)步驟中形成的整個(gè)mems結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱,包括已經(jīng)形成的所有層或區(qū)域。

在下文中描述了本發(fā)明的許多特定的細(xì)節(jié),例如器件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、處理工藝和技術(shù),以便更清楚地理解本發(fā)明。但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣,可以不按照這些特定的細(xì)節(jié)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

在下文中將以硅電容麥克風(fēng)為例說明mems結(jié)構(gòu)的制造方法??梢岳斫猓捎妙愃频姆椒軌蛑圃炫c硅電容麥克風(fēng)類似結(jié)構(gòu)的各種類型的mems傳感器和執(zhí)行器。

圖2a和2b分別示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖,其中圖2a中的線aa示出截面圖的截取位置。該mems結(jié)構(gòu)例如是硅電容麥克風(fēng),包括襯底110、位于襯底110上的振膜層130、位于振膜層130的周邊區(qū)域上的支撐層140、位于支撐層140上的背極板150。

襯底110包括相對(duì)的第一表面和第二表面。襯底110例如為體硅襯底、絕緣體上硅(soi)襯底等,在一些實(shí)施例中,襯底110還包括其他結(jié)構(gòu)層,mems麥克風(fēng)的功能層形成于所述結(jié)構(gòu)層上。

振膜層130由導(dǎo)電材料(例如摻雜的多晶硅、金屬或合金)組成。振膜層130的周邊部分固定在襯底110上,中間部分與背極板150組成mems麥克風(fēng)的工作電容。振膜層130的第一表面與背極板150的第二表面相對(duì),第二表面暴露于襯底110中形成的聲腔中。

支撐層140設(shè)置在振膜層130和背極板150之間。支撐層140的材料例如為氧化硅或氮化硅。該支撐層140例如設(shè)置在背極板150的周邊,

背極板150由導(dǎo)電材料(例如摻雜的多晶硅、金屬或合金)組成。在本實(shí)施例中,振膜層130和背極板150均為圓形。背極板150具有相對(duì)的第一表面和第二表面。背極板150的第二表面的周邊部分固定在支撐層140上,第二表面的中間部分與振膜層130的第一表面的中間部分相對(duì),并且形成空間,用于容納空氣等介質(zhì)。在硅電容麥克風(fēng)中,振膜層130的中間部分與背極板150的中間部分一起構(gòu)成電容的一對(duì)極板。

在工作中,外部的聲音信號(hào)經(jīng)由聲腔到達(dá)振膜層130的第二表面,使得振膜層130隨著聲音信號(hào)振動(dòng),從而改變振膜層130與背極板150之間的電容,將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。

與圖1a和1b所示的現(xiàn)有mems結(jié)構(gòu)不同,根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例 的mems結(jié)構(gòu)還包括互連部件160,該互連部件160包括在支撐層140的表面上橫向延伸的第一部分和從支撐層的表面向下延伸至振膜層130的第二部分。

在互連部件160和背極板150上分別設(shè)置第一焊盤111和第二焊盤112。第一焊盤111經(jīng)由互連部件160電連接至振膜層130,第二焊盤112接觸背極板150,從而分別實(shí)現(xiàn)電連接。由于互連部件160包括設(shè)置在支撐層140的表面上的第一部分,因此,第一焊盤111和第二焊盤112均位于支撐層140上方的層面,從而獲得了平面焊盤結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地,互連部件160的第二部分與振膜層130的接觸位置根據(jù)振膜約束點(diǎn)來設(shè)置,從而根據(jù)振膜層130的振動(dòng)特性來實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。例如,根據(jù)振膜130的聲學(xué)特性模擬結(jié)果,如果限制點(diǎn)可能在振膜層接近中間的位置,則在振膜層中設(shè)置附加的約束梁可能是不現(xiàn)實(shí)的。相反,利用在支撐層上形成的互連部件160,可以精確地限定互連部件160的第二部分接觸振膜層的位置,從而可以在所需的振膜位置,利用互連部件160的機(jī)械連接位置設(shè)置約束點(diǎn)。

該結(jié)構(gòu)利用互連部件160實(shí)現(xiàn)第一焊盤111與振膜層130的電連接的同時(shí),利用互連部件160與振膜層130的機(jī)械連接位置,優(yōu)化振膜層的振動(dòng)特性,從而改善mems麥克風(fēng)的聲學(xué)特性。由于不需要采用單獨(dú)的約束梁,從而可以減小mems麥克風(fēng)的尺寸。在背極板150的厚度、應(yīng)力及需要的振膜限制點(diǎn)與振膜層能實(shí)現(xiàn)的范圍差距較大時(shí),該手段輔助作用尤其明顯。

在上述的實(shí)施例中,支撐層140包括用于支撐互連部件160的外側(cè)部分,以及用于支撐背極板150的內(nèi)側(cè)部分。由于振膜層130和背極板140均為圓形,因此,支撐層140的外側(cè)部分和內(nèi)側(cè)部分為同心的兩個(gè)環(huán)形。在替代的實(shí)施例中,如果互連部件160的第一部分為條狀,則支撐層140的外側(cè)部分可以相應(yīng)地為條狀。

此外,在上述的實(shí)施例中,聲音信號(hào)從聲腔到達(dá)振膜層130的第二表面。在替代的實(shí)施例中,背極板150設(shè)置有多個(gè)孔,聲音信號(hào)從所述多個(gè)孔到達(dá)振膜層130的第一表面。

圖3a和3b分別示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖 和截面圖,其中圖3a中的線aa示出截面圖的截取位置。該mems結(jié)構(gòu)例如是硅電容麥克風(fēng),包括襯底110、位于襯底110上的振膜層130、位于振膜層131的周邊區(qū)域上的支撐層140、位于支撐層140上的背極板150。

以下將描述第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處,對(duì)二者的相同之處不再詳述。

根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)還包括互連部件160,該互連部件160包括在支撐層140的表面上橫向延伸的第一部分和從支撐層的表面向下延伸至振膜層131的第二部分。

在互連部件160和背極板150上分別設(shè)置第一焊盤111和第二焊盤112。第一焊盤111經(jīng)由互連部件160電連接至振膜層131,第二焊盤112接觸背極板150,從而分別實(shí)現(xiàn)電連接。由于互連部件160包括設(shè)置在支撐層140的表面上的第一部分,因此,第一焊盤111和第二焊盤112均位于支撐層140上方的層面,從而獲得了平面焊盤結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地,互連部件160的第二部分與振膜層131的接觸位置根據(jù)振膜約束點(diǎn)來設(shè)置,從而根據(jù)振膜層131的振動(dòng)特性來實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。利用在支撐層上形成的互連部件160,可以精確地限定互連部件160的第二部分接觸振膜層的位置,從而可以在所需的振膜位置,利用互連部件160的機(jī)械連接位置設(shè)置約束點(diǎn)。

支撐層140包括用于支撐互連部件160和背極板150的的外側(cè)部分。由于振膜層131和背極板140均為圓形,因此,支撐層140的外側(cè)部分為單個(gè)環(huán)形?;ミB部件160的第一部分為條狀,背極板150的周邊具有與互連部件160相對(duì)應(yīng)的開口。因而,在環(huán)形周邊的不同位置,互連部件160和背極板150分別接觸支撐層140,其中互連部件160位于背極板150的開口中。

進(jìn)一步地,如圖3b所示,振膜層131與周邊區(qū)域132之間部分或全部機(jī)械斷開。也即,振膜層131可以僅部分固定或者未固定在襯底110上,從而互連部件160至少部分懸掛振膜層131。

該結(jié)構(gòu)利用互連部件160實(shí)現(xiàn)第一焊盤111與振膜層130的電連接的同時(shí),利用互連部件160與振膜層130的機(jī)械連接位置,優(yōu)化振膜層 的振動(dòng)特性,從而改善mems麥克風(fēng)的聲學(xué)特性。由于不需要采用單獨(dú)的約束梁,從而可以減小mems麥克風(fēng)的尺寸。在背極板150的厚度、應(yīng)力及需要的振膜限制點(diǎn)與振膜層能實(shí)現(xiàn)的范圍差距較大時(shí),該手段輔助作用尤其明顯。

進(jìn)一步地,該結(jié)構(gòu)通過在支撐層140外側(cè)同時(shí)支撐振膜層131和背極板150,可以有利于增加電容的極板之間的面積。由于采用互連部件160懸掛振膜層131,在相同強(qiáng)度的聲音信號(hào)的作用下,有利于獲得更大的振幅,從而提高mems麥克風(fēng)的靈敏度。

圖4a和4b分別示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖,其中圖4a中的線aa示出截面圖的截取位置。該mems結(jié)構(gòu)例如是硅電容麥克風(fēng),包括襯底110、位于襯底110上的振膜層130、位于振膜層131的周邊區(qū)域上的支撐層140、位于支撐層140上的背極板150。

以下將描述第三實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處,對(duì)二者的相同之處不再詳述。

根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)還包括互連部件160,該互連部件160包括在支撐層140的表面上橫向延伸的第一部分和從支撐層的表面向下延伸至振膜層131的第二部分。

在互連部件160和背極板150上分別設(shè)置第一焊盤111和第二焊盤112。第一焊盤111經(jīng)由互連部件160電連接至振膜層131,第二焊盤112接觸背極板150,從而分別實(shí)現(xiàn)電連接。由于互連部件160包括設(shè)置在支撐層140的表面上的第一部分,因此,第一焊盤111和第二焊盤112均位于支撐層140上方的層面,從而獲得了平面焊盤結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地,互連部件160的第二部分與振膜層131的接觸位置根據(jù)振膜約束點(diǎn)來設(shè)置,從而根據(jù)振膜層131的振動(dòng)特性來實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。利用在支撐層上形成的互連部件160,可以精確地限定互連部件160的第二部分接觸振膜層的位置,從而可以在所需的振膜位置,利用互連部件160的機(jī)械連接位置設(shè)置約束點(diǎn)。

支撐層140包括用于支撐互連部件160和背極板150的的外側(cè)部分。由于振膜層131和背極板140均為圓形,因此,支撐層140的外側(cè)部分 為單個(gè)環(huán)形?;ミB部件160的第一部分為條狀,背極板150的周邊具有與互連部件160相對(duì)應(yīng)的開口。因而,在環(huán)形周邊的不同位置,互連部件160和背極板150分別接觸支撐層140,其中互連部件160位于背極板150的開口中。

進(jìn)一步地,如圖4b所示,振膜層131與周邊區(qū)域132之間部分或全部機(jī)械斷開。也即,振膜層131可以僅部分固定或者未固定在襯底110上,從而互連部件160至少部分懸掛振膜層131。

該結(jié)構(gòu)利用互連部件160實(shí)現(xiàn)第一焊盤111與振膜層130的電連接的同時(shí),利用互連部件160與振膜層130的機(jī)械連接位置,優(yōu)化振膜層的振動(dòng)特性,從而改善mems麥克風(fēng)的聲學(xué)特性。由于不需要采用單獨(dú)的約束梁,從而可以減小mems麥克風(fēng)的尺寸。在背極板150的厚度、應(yīng)力及需要的振膜限制點(diǎn)與振膜層能實(shí)現(xiàn)的范圍差距較大時(shí),該手段輔助作用尤其明顯。

進(jìn)一步地,該結(jié)構(gòu)通過在支撐層140外側(cè)同時(shí)支撐振膜層131和背極板150,可以有利于增加電容的極板之間的面積。由于采用互連部件160懸掛振膜層131,在相同強(qiáng)度的聲音信號(hào)的作用下,有利于獲得更大的振幅,從而提高mems麥克風(fēng)的靈敏度。

進(jìn)一步地,互連部件160的第二部分從支撐結(jié)構(gòu)表面向下延伸至振膜層131。該第二部分包括至少兩個(gè)側(cè)壁,并且在側(cè)壁之間夾有支撐層140的材料,從而形成夾層結(jié)構(gòu)。該夾層結(jié)構(gòu)有利于改善互連部件160的機(jī)械強(qiáng)度。雖然上層的背極板150和下層的振膜層131的材料可能相同,但由于其制備過程的工藝沒有連續(xù)性,可能由于應(yīng)力、摻雜濃度不匹配形成相變接觸面,存在在后期工作中脫開的風(fēng)險(xiǎn)。采用夾層結(jié)構(gòu),可以利用側(cè)壁之間的支撐層材料的粘性有效地使接觸區(qū)域相對(duì)固定,保證機(jī)械連接和電連接的可靠性。

圖5a和5b分別示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖,其中圖5a中的線aa示出截面圖的截取位置。該mems結(jié)構(gòu)例如是硅電容麥克風(fēng),包括襯底110、位于襯底110上的振膜層130、位于振膜層131的周邊區(qū)域上的支撐層140、位于支撐層140上的背極板150。

以下將描述第四實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處,對(duì)二者的相同之處不再詳述。

根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)還包括互連部件160,該互連部件160包括在支撐層140的表面上橫向延伸的第一部分和從支撐層的表面向下延伸至振膜層131的第二部分。

在互連部件160和背極板150上分別設(shè)置第一焊盤111和第二焊盤112。第一焊盤111經(jīng)由互連部件160電連接至振膜層131,第二焊盤112接觸背極板150,從而分別實(shí)現(xiàn)電連接。由于互連部件160包括設(shè)置在支撐層140的表面上的第一部分,因此,第一焊盤111和第二焊盤112均位于支撐層140上方的層面,從而獲得了平面焊盤結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地,互連部件160的第二部分與振膜層131的接觸位置根據(jù)振膜約束點(diǎn)來設(shè)置,從而根據(jù)振膜層131的振動(dòng)特性來實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。利用在支撐層上形成的互連部件160,可以精確地限定互連部件160的第二部分接觸振膜層的位置,從而可以在所需的振膜位置,利用互連部件160的機(jī)械連接位置設(shè)置約束點(diǎn)。

支撐層140包括用于支撐互連部件160和背極板150的的外側(cè)部分。由于振膜層131和背極板140均為圓形,因此,支撐層140的外側(cè)部分為單個(gè)環(huán)形?;ミB部件160的第一部分為條狀,背極板150的周邊具有與互連部件160相對(duì)應(yīng)的開口。因而,在環(huán)形周邊的不同位置,互連部件160和背極板150分別接觸支撐層140,其中互連部件160位于背極板150的開口中。

進(jìn)一步地,如圖5b所示,振膜層131與周邊區(qū)域132之間部分或全部機(jī)械斷開。也即,振膜層131可以僅部分固定或者未固定在襯底110上,從而互連部件160至少部分懸掛振膜層131。

該結(jié)構(gòu)利用互連部件160實(shí)現(xiàn)第一焊盤111與振膜層130的電連接的同時(shí),利用互連部件160與振膜層130的機(jī)械連接位置,優(yōu)化振膜層的振動(dòng)特性,從而改善mems麥克風(fēng)的聲學(xué)特性。由于不需要采用單獨(dú)的約束梁,從而可以減小mems麥克風(fēng)的尺寸。在背極板150的厚度、應(yīng)力及需要的振膜限制點(diǎn)與振膜層能實(shí)現(xiàn)的范圍差距較大時(shí),該手段輔助作用尤其明顯。

進(jìn)一步地,該結(jié)構(gòu)通過在支撐層140外側(cè)同時(shí)支撐振膜層131和背極板150,可以有利于增加電容的極板之間的面積。由于采用互連部件160懸掛振膜層131,在相同強(qiáng)度的聲音信號(hào)的作用下,有利于獲得更大的振幅,從而提高mems麥克風(fēng)的靈敏度。

進(jìn)一步地,互連部件160的第二部分從支撐結(jié)構(gòu)表面向下延伸至振膜層131。該第二部分包括至少兩個(gè)側(cè)壁,并且在側(cè)壁之間夾有支撐層140的材料,從而形成夾層結(jié)構(gòu)。該夾層結(jié)構(gòu)有利于改善互連部件160的機(jī)械強(qiáng)度。雖然上層的背極板150和下層的振膜層131的材料可能相同,但由于其制備過程的工藝沒有連續(xù)性,可能由于應(yīng)力、摻雜濃度不匹配形成相變接觸面,存在在后期工作中脫開的風(fēng)險(xiǎn)。采用夾層結(jié)構(gòu),可以側(cè)壁之間的支撐層材料的粘性有效地使接觸區(qū)域相對(duì)固定,保證機(jī)械連接和電連接的可靠性。

進(jìn)一步地,互連部件160的第一部分不僅在支撐層140上方延伸,而且進(jìn)一步包括懸空部分,然后,從懸空部分向下延伸至振膜層131。該懸空部分設(shè)置有彈性結(jié)構(gòu),例如,凹槽或彎折結(jié)構(gòu),從而利用彈性結(jié)構(gòu)調(diào)整互連部件160的彈性和整體振膜層131上的振動(dòng)特性,而不必顧慮在下方振膜層設(shè)置凹凸結(jié)構(gòu)影響上方背極板140的剖面形貌導(dǎo)致力學(xué)特性變化。

圖6a至6i分別示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)的制造方法各個(gè)階段的截面圖,該實(shí)施例的方法用于制造根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的mems結(jié)構(gòu)。這些截面圖的截取位置如圖4a中的線aa所示。

如圖6a所示,在襯底110上沉積導(dǎo)體層130。該襯底110例如為單晶硅襯底,導(dǎo)體層130例如由摻雜多晶硅組成。沉積工藝?yán)缡沁x自電子束蒸發(fā)(ebm)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)、濺射中的一種。

接著,對(duì)導(dǎo)體層130進(jìn)行圖案化,以獲得振膜層131與周邊區(qū)域132,如圖6b所示。在該實(shí)施例中,振膜層131與周邊區(qū)域132之間由環(huán)狀開口隔開。

該圖案化例如包括形成光致抗蝕劑掩模以及經(jīng)由掩模中的開口蝕刻的步驟。在圖案化導(dǎo)體層130時(shí),采用蝕刻劑相對(duì)于襯底110選擇性地 去除導(dǎo)體層130的暴露部分,并且使得蝕刻停止在襯底110的表面上。

接著,在mems結(jié)構(gòu)的表面上沉積絕緣層,從而形成支撐層140,如圖6c所示。支撐層140的材料例如為氧化硅。

由于已經(jīng)形成的振膜層131的圖案,支撐層140不僅位于振膜層131和周邊區(qū)域132上方的部分,而且填充振膜層131和周邊區(qū)域132之間的開口。

接著,對(duì)支撐層140進(jìn)行圖案化,形成到達(dá)振膜層131表面的開口,如圖6d所示。該開口將在隨后的步驟中用于形成互連部件的第二部分的側(cè)壁。

在圖案化支撐層140時(shí),采用蝕刻劑相對(duì)于振膜層131選擇性地去除支撐層140的暴露部分,并且使得蝕刻停止在支撐層140的表面上。

接著,在mems結(jié)構(gòu)的表面上沉積導(dǎo)體層152,如圖6e所示。導(dǎo)體層152不僅覆蓋支撐層140的表面,而且填充支撐層140中的開口,形成從支撐層140的表面向下延伸的側(cè)壁。

導(dǎo)體層152與振膜層131的材料可以及相同。例如由摻雜多晶硅組成。沉積工藝?yán)缡沁x自電子束蒸發(fā)(ebm)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)、濺射中的一種。

接著,對(duì)導(dǎo)體層152進(jìn)行圖案化,以獲得背極板150和互連部件160,如圖6f所示。在該實(shí)施例中,互連部件160的第一部分為條狀,第二部分向下延伸,形成兩個(gè)側(cè)壁,其間夾有支撐層140的材料。

背極板150的周邊具有與互連部件160相對(duì)應(yīng)的開口。因而,在環(huán)形周邊的不同位置,互連部件160和背極板150分別接觸支撐層140,其中互連部件160位于背極板150的開口中。

該圖案化例如包括形成光致抗蝕劑掩模以及經(jīng)由掩模中的開口蝕刻的步驟。在圖案化導(dǎo)體層152時(shí),采用蝕刻劑相對(duì)于支撐層140選擇性地去除導(dǎo)體層152的暴露部分,并且使得蝕刻停止在支撐層140的表面上。

接著,經(jīng)由背極板150和互連部件160之間的開口,通過選擇性蝕刻去除背極板150和振膜層131之間的支撐層140的材料,如圖6g所示。背極板150的第二表面與振膜層131的第一表面彼此相對(duì),二者之間的 空間用于容納空氣等介質(zhì)。

該蝕刻工藝采用選擇性的蝕刻劑,不僅相對(duì)于背極板150和振膜層131選擇性地去除支撐層140的暴露部分,并且橫向蝕刻,去除支撐層位于背極板150下方的部分。

接著,在襯底110的背表面,采用蝕刻形成聲腔,如圖6h所示。該聲腔從襯底110的背表面向上延伸,形成貫穿襯底110到達(dá)振膜層131的第二表面的通道。

如圖6h所示,該蝕刻經(jīng)由振膜層131和周邊區(qū)域132之間的環(huán)狀開口,進(jìn)一步蝕刻支撐層140的一部分,使得互連部件160的第一部分進(jìn)一步包括懸空部分,然后,從懸空部分向下延伸至振膜層131。也即,該蝕刻同時(shí)釋放振膜層131和互連部件160的一部分。

接著,在互連部件160的表面上形成第一焊盤111,以及在背極板150的表面形成第二焊盤112,用于外部電連接,如圖6i所示。

在上述的實(shí)施例中,描述了硅電容麥克風(fēng)的制造方法。然而,如上所述,該方法可以廣泛地用于與硅電容麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)類似的mems傳感器和致動(dòng)器。

此外,在上述的實(shí)施例中,描述了所述互連部件的第一部分至少部分地在所述支撐層上橫向延伸,使得所述振膜層懸掛在所述互連部件的第二部分下方。例如,所述可動(dòng)部件的周邊部分夾在所述襯底和所述支撐層之間。在替代的實(shí)施例中,所述互連部件的第一部分懸空,并且所述互連部件的第二部分與所述可動(dòng)部件直接相連,從而可以mems結(jié)構(gòu)中可以省去襯底。

應(yīng)當(dāng)說明的是,在本文中,諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來,而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且,術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含,從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素,而且還包括沒有明確列出的其他要素,或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下,由語句“包括一個(gè)……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的過程、方法、 物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

依照本發(fā)明的實(shí)施例如上文所述,這些實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié),也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施例。顯然,根據(jù)以上描述,可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例,是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用,從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上的修改使用。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。

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