Mems結構的制作方法
【專利摘要】公開了一種MEMS結構。所述MEMS結構包括：襯底；可動部件，所述可動部件位于所述襯底上；固定部件，所述固定部件位于所述可動部件上，并且與所述可動部件彼此相對，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向下延伸并與可動部件連接的第二部分；以及保護部件，所述保護部件與所述可動部件隔開預定距離,從而在所述可動部件運動振幅大于該預定距離時提供保護，延長該MEMS結構的使用壽命。
【專利說明】
MEMS結構
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及MEMS(微機電系統(tǒng))結構，更具體地，涉及包含振膜的MEMS結構?！颈尘凹夹g】
[0002]MEMS器件是在微電子技術基礎上發(fā)展起來的采用微加工工藝制作的電子機械器件，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。硅電容麥克風通常包括襯底、背極板和振膜，其中振膜是硅電容麥克風的核心部件，該振膜靈敏地響應聲壓信號并將之轉化為電信號。在硅電容麥克風中，背極板是固定部件，振膜是可動部件。振膜的全部或部分可以自由振動。與硅電容麥克風類似，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部件。
[0003]在現(xiàn)有技術中，為了提高MEMS結構可動部件的靈敏度，采取圖1 a和1 b示出的結構。 圖1 a和1 b示出根據(jù)現(xiàn)有技術的MEMS結構的俯視圖和截面圖。該MEMS結構例如是硅電容麥克風，包括襯底110、位于襯底110上的振膜層120、位于振膜層120的第二部分上的支撐層130、 位于支撐層130上的背極板140以及互連部件150,該振膜層120包括第一部分121和第二部分122,該互連部件150包括與背極板140相同層面的第一部分和從所述第一部分向下延伸并與振膜層120連接的第二部分，這樣通過互連部件150實現(xiàn)振膜層120的機械連接和電連接，使振膜層第一部分121得以懸空，提高MEMS可動部件例如是振膜層的靈敏度。
[0004]在上述的MEMS結構中，由于振膜層得以懸空而提高了靈敏度，但當振膜層受到向下運動的沖擊時往往會因為振幅過大導致振膜層的損壞?！緦嵱眯滦蛢热荨?br>[0005]鑒于上述問題，本實用新型的目的在于提供一種使用壽命長的MEMS結構。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型包括:
[0007]襯底；
[0008]可動部件，所述可動部件位于所述襯底上；
[0009]固定部件，所述固定部件位于所述可動部件上，并且與所述可動部件彼此相對，以形成電容極板；以及
[0010]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向下延伸并與可動部件連接的第二部分。[0011 ] 優(yōu)選地，所述MEMS結構還包括:
[0012]保護部件，所述保護部件與所述可動部件隔開預定距離，從而在所述可動部件運動振幅大于該預定距離時提供保護。[0〇13] 優(yōu)選地，所述MEMS結構為MEMS麥克風，所述可動部件和固定部件分別為所述MEMS 麥克風的振膜層和背極板，其中，所述襯底包括聲腔，所述振膜層通過所述聲腔與外部連通以接收聲音信號。
[0014]優(yōu)選地，所述振膜層在所述聲腔上方全部或部分懸空。
[0015]優(yōu)選地，所述保護部件與所述互連部件連接。
[0016]優(yōu)選地，所述互連部件延伸至所述振膜層的下方，所述保護部件為固定在所述互連部件第二部分下端的阻尼塊。
[0017]優(yōu)選地，所述保護部件為所述襯底位于所述聲腔的周邊向上凸起的部分。
[0018]優(yōu)選地，所述襯底包括從聲腔邊緣向聲腔中心延伸的橫向延伸部分，所述保護部件位于所述橫向延伸部分。
[0019]優(yōu)選地，所述保護部件為圓柱或方柱。
[0020]優(yōu)選地，所述的MEMS結構還包括位于所述襯底與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。
[0021]根據(jù)本實用新型的MEMS結構，在利用互連部件實現(xiàn)振膜層全部或部分懸空的基礎上增加了保護部件，實現(xiàn)增強靈敏度的同時又延長了實用壽命?！靖綀D說明】
[0022]通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中:
[0023]圖la和lb分別示出根據(jù)現(xiàn)有技術的MEMS結構的俯視圖和截面圖。[〇〇24]圖2a和2b分別示出根據(jù)本實用新型第一實施例的MEMS結構的俯視圖和截面圖。 [〇〇25]圖3a、3b和3c分別示出根據(jù)本實用新型第二實施例的MEMS結構的俯視圖、底視圖和截面圖。[〇〇26]圖4a至4d分別示出根據(jù)本實用新型第三實施例的MEMS結構的分解圖、俯視圖、底視圖和截面圖。[〇〇27]圖中，110、襯底；111、聲腔；112、橫向延伸部分；120、振膜層；121、振膜層第一部分；122、振膜層第二部分；130、支撐層；140、背極板;150、互連部件；160、保護部件。【具體實施方式】
[0028]以下將參照附圖更詳細地描述本實用新型。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個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)個步驟后獲得的半導體結構。
[0029]應當理解，在描述器件的結構時，當將一層、一個區(qū)域稱為位于另一層、另一個區(qū)域“上面”或“上方”時，可以指直接位于另一層、另一個區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將器件翻轉，該一層、一個區(qū)域將位于另一層、另一個區(qū)域“下面”或“下方”。
[0030]如果為了描述直接位于另一層、另一個區(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。在本申請中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A與B直接鄰接。[〇〇31] 在本申請中，術語“MEMS結構”指在制造MEMS器件的各個步驟中形成的整個MEMS結構的統(tǒng)稱，包括已經(jīng)形成的所有層或區(qū)域。
[0032]在下文中描述了本實用新型的許多特定的細節(jié)，例如器件的結構、材料、尺寸、處理工藝和技術，以便更清楚地理解本實用新型。但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節(jié)來實現(xiàn)本實用新型。
[0033]在下文中將以硅電容麥克風為例說明本實用新型的MEMS結構?？梢岳斫?，采用類似的方法能夠制造與硅電容麥克風類似結構的各種類型的MEMS傳感器和執(zhí)行器。
[0034]圖2a和2b分別示出根據(jù)本實用新型第一實施例的MEMS結構的俯視圖和截面圖，其中圖2a中的線AA示出截面圖的截取位置。該MEMS結構例如是硅電容麥克風，包括襯底110、 襯底包括的聲腔111、位于襯底110上的振膜層120、位于振膜層120的上的背極板140、位于背極板140與襯底110之間的支撐層130以及互連部件150,該互連部件150包括與背極板140 相同層面的第一部分和從所述第一部分向下延伸并與振膜層120連接的第二部分，這樣通過互連部件150實現(xiàn)振膜層120的機械連接和電連接，使振膜層120得以懸空，提高振膜層 120的靈敏度。
[0035]襯底110包括相對的第一表面和第二表面。在一些實施例中，襯底110還包括其他結構層，MEMS麥克風的功能層形成于所述結構層上。[〇〇36]在本實施例中，振膜層120與背極板140組成MEMS麥克風的工作電容，振膜層120的第一表面與背極板140的第二表面相對，第二表面暴露于襯底110中形成的聲腔111中。
[0037]支撐層130例如設置在背極板140的周邊，在本實施例中，支撐層130為設置在襯底 110和背極板140之間的環(huán)狀。[〇〇38]互連部件150包括與背極板140相同層面的第一部分和從所述第一部分向下延伸并與振膜層120連接的第二部分，互連部件150的第二部分與振膜層120的接觸位置根據(jù)振膜約束點來設置，例如，根據(jù)振膜120的聲學特性模擬結果，如果限制點可能在振膜層接近中間的位置，則在振膜層中設置附加的約束梁可能是不現(xiàn)實的。相反，利用在支撐層上形成的互連部件150,可以精確地限定互連部件150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150的機械連接位置設置約束點。[〇〇39]在本實施例中，振膜層120和背極板140均為圓形?；ミB部件150的第一部分為條狀，背極板140的周邊具有與互連部件150相對應的開口。因而，在環(huán)形周邊的不同位置，互連部件150和背極板140分別接觸支撐層130的同一表面，其中互連部件150位于背極板140 的開口中。振膜層120由于互連部件150的固定得以懸空，提高了振膜層120的靈敏度。背極板140具有相對的第一表面和第二表面，第二表面與振膜層120的第一表面相對，并且形成空間，用于容納空氣等介質。在娃電容麥克風中，振膜層120與背極板140—起構成電容的一對極板。
[0040]在工作中，外部的聲音信號經(jīng)由聲腔111到達振膜層120的第二表面，使得振膜層 120隨著聲音信號振動，從而改變振膜層120與背極板140之間的電容，將聲音信號轉變?yōu)殡娦盘?。[0041 ]與圖la和lb所示的現(xiàn)有MEMS結構不同，根據(jù)本實用新型第一實施例的MEMS結構， 還包括保護部件160,保護部件160與互連部件150連接，并與振膜層120之間相隔一定距離， 當振膜層120運動振幅大于該預定距離時可提供保護作用。在本實施例中，互連部件150的第二部分延伸至振膜層120的下方，保護部件160為阻尼塊，其與互連部件150第二部分的下端連接，并與振膜層120之間相隔一定距離。[〇〇42]在上述的實施例中，保護部件160位于振膜層120的下方。在替代的實施例中，在背極板140上設置開口，保護部件160與互連部件150連接時，其位于振膜層120的上方，背極板140上的開口用于方便保護部件160的形成。[〇〇43]在上述的實施例中，聲音信號從聲腔到達振膜層120的第二表面。在替代的實施例中，背極板140設置有多個孔，聲音信號也可以從所述多個孔到達振膜層120的第一表面。 [〇〇44]圖3a、3b和3c分別示出根據(jù)本實用新型第二實施例的MEMS結構的俯視圖、底視圖和截面圖，其中圖3a中的線AA示出截面圖的截取位置。該MEMS結構例如是硅電容麥克風，包括襯底110、襯底包括的聲腔111、位于襯底110上的振膜層120、位于振膜層120的上的背極板140、位于背極板140與襯底110之間的支撐層130以及互連部件150,該振膜層120包括在聲腔111上方懸空的第一部分121和在支撐層130內部的第二部分122,該互連部件150包括與背極板140相同層面的第一部分和從所述第一部分向下延伸并與振膜層120連接的第二部分，這樣通過互連部件150實現(xiàn)振膜層120的機械連接和電連接，使振膜層第一部分121得以懸空，提高振膜層120的靈敏度。
[0045]以下將描述第二實施例與第一實施例的不同之處，對二者的相同之處不再詳述。 [〇〇46]在本實施例中，保護部件160處于振膜層120懸空的第一部分121的下方，并與振膜層120之間相隔一定距離，當振膜層120運動振幅大于該預定距離時可提供保護作用。在本實施例中，襯底110截面形狀、聲腔111截面形狀為圓形，保護部件160為聲腔111的周邊向上凸起的部分，其形狀大致為圓柱。[〇〇47]圖4a至4d分別示出根據(jù)本實用新型第三實施例的MEMS結構的分解圖、俯視圖、底視圖和截面圖，其中圖4b中的線AA示出截面圖的截取位置。該MEMS結構例如是硅電容麥克風，包括襯底110、位于襯底110上的振膜層120、位于振膜層120上的背極板140、背極板140 與襯底110之間的支撐層130以及互連部件150。其中，互連部件150包括與背極板140相同層面的第一部分和從所述第一部分向下延伸并與振膜層120連接的第二部分。[〇〇48]以下將描述第三實施例與第一實施例的不同之處，對二者的相同之處不再詳述。
[0049]在本實施例中，支撐層130為上表面與背極板140接觸下表面與襯底110接觸的方形環(huán)狀支撐層。振膜層120和背極板140均為方形。互連部件150的第一部分為板狀，第二部分包括一對從第一部分延伸至振膜層120相對稱斜向布置的板。背極板140的周邊具有與互連部件150相對應的開口。因而，在環(huán)形周邊的不同位置，互連部件150和背極板140分別接觸支撐層130的同一表面，其中互連部件150位于背極板140的開口中。振膜層120通過互連部件150的固定得以整體懸空。
[0050]如圖4c根據(jù)本實施例的底視圖，襯底110包括從聲腔111邊緣向聲腔111中心延伸的橫向延伸部分112,保護部件160就位于橫向延伸部分112,其在振膜層120下方且預留一定距離，當振膜層120運動振幅大于該預定距離時可提供保護作用。在本實施例中，襯底110 截面形狀與聲腔111截面形狀為大致方形，襯底110包括向中心的橫向延伸部分112為方柱，保護部件160也為方柱。
[0051]在上述實施例中，對各部件的形狀多采用圓形或方形，可以理解的是，部件的形狀不限于圓形或方形，其他例如多邊形或橢圓形的形狀也都應該落入本實用新型的保護范圍內。[〇〇52]應當說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“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……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0053]依照本實用新型的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)， 也不限制該實用新型僅為所述的具體實施例。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施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本實用新型以及在本實用新型基礎上的修改使用。本實用新型僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【主權項】
1.一種MEMS結構，其特征在于，包括:襯底；可動部件，所述可動部件位于所述襯底上；固定部件，所述固定部件位于所述可動部件上，并且與所述可動部件彼此相對，以形成 電容極板;以及互連部件，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向下延伸并與 可動部件連接的第二部分。2.根據(jù)權利要求1所述的MEMS結構，其特征在于，還包括:保護部件，所述保護部件與所述可動部件隔開預定距離，從而在所述可動部件運動振 幅大于該預定距離時提供保護。3.根據(jù)權利要求2所述的MEMS結構，其特征在于，所述MEMS結構為MEMS麥克風，所述可 動部件和固定部件分別為所述MEMS麥克風的振膜層和背極板，其中，所述襯底包括聲腔，所述振膜層通過所述聲腔與外部連通以接收聲音信號。4.根據(jù)權利要求3所述的MEMS結構，其特征在于，所述振膜層在所述聲腔上方全部或部 分懸空。5.根據(jù)權利要求3所述的MEMS結構，其特征在于，所述保護部件與所述互連部件連接。6.根據(jù)權利要求5所述的MEMS結構，其特征在于，所述互連部件延伸至所述振膜層的下 方，所述保護部件為固定在所述互連部件第二部分下端的阻尼塊。7.根據(jù)權利要求3所述的MEMS結構，其特征在于，所述保護部件為所述襯底位于所述聲 腔的周邊向上凸起的部分。8.根據(jù)權利要求3所述的MEMS結構，其特征在于，所述襯底包括從聲腔邊緣向聲腔中心 延伸的橫向延伸部分，所述保護部件位于所述橫向延伸部分。9.根據(jù)權利要求7或8所述的MEMS結構，其特征在于，所述保護部件為圓柱或方柱。10.根據(jù)權利要求1所述的MEMS結構，其特征在于，還包括:位于所述襯底與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。
【文檔編號】H04R19/04GK205647989SQ201620455747
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】萬蔡辛, 朱佳輝
【申請人】北京卓銳微技術有限公司