Mems器件和制造mems器件的方法
【專利說明】MEMS器件和制造MEMS器件的方法
[0001 ] 本申請是申請?zhí)枮?01410034311X、發(fā)明名稱為“ MEMS器件和制造MEMS器件的方法”的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體涉及用于制造微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)封裝的系統(tǒng)和方法，并且在具體實(shí)施例中，涉及用于制造MEMS麥克風(fēng)封裝的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在過去數(shù)年中，對于更小電子形狀因子和功耗連同提高的性能的期望已經(jīng)驅(qū)使器件部件的集成。其中集成已發(fā)生的一個領(lǐng)域是MEMS器件的領(lǐng)域。更具體地，諸如像蜂窩電話、膝上型計(jì)算機(jī)以及平板計(jì)算機(jī)這樣的電子器件中的麥克風(fēng)以MEMS麥克風(fēng)為主。
[0004]MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))麥克風(fēng)包括設(shè)置在硅芯片中的壓敏薄膜。MEMS麥克風(fēng)有時與前置放大器一起集成到單個芯片中。MEMS麥克風(fēng)還可以包括使其為數(shù)字MEMS麥克風(fēng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)實(shí)施例，一種器件包括襯底和由襯底支撐的背板，其中，背板包括細(xì)長的突起。
[0006]根據(jù)另一實(shí)施例，一種MEMS結(jié)構(gòu)包括由襯底支撐的可移動電極和由襯底支撐的對電極，其中，對電極包括細(xì)長的突起。
[0007]根據(jù)再另一實(shí)施例，一種用于制造MEMS結(jié)構(gòu)的方法包括在襯底上形成犧牲層和在犧牲層中形成凹部，凹部包括第一類型的凹部和第二類型的凹部，第一類型的凹部不同于第二類型的凹部。該方法還包括:用導(dǎo)電材料填充第一和第二類型的凹部，移除襯底在導(dǎo)電材料下方的部分，以及移除犧牲層。
【附圖說明】
[0008]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在對結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述做出參考，其中:
圖1a和Ib示出了可以包括本發(fā)明的實(shí)施例的麥克風(fēng)器件；
圖2a示出了包括細(xì)長的突起的MEMS結(jié)構(gòu)的背板的實(shí)施例的頂視圖；
圖2b和2c示出了包括細(xì)長的突起的背板和薄膜的實(shí)施例的橫截面視圖；
圖3a_3c示出了具有細(xì)長的突起的背板的實(shí)施例的頂視圖；
圖4a_4c示出了具有細(xì)長的突起的背板的實(shí)施例的頂視圖；
圖5a和5b示出了具有細(xì)長的突起的背板的實(shí)施例的頂視圖；
圖6a_6d示出了具有細(xì)長的突起的背板的實(shí)施例的頂視圖；以及圖7示出了用于制造MEMS結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面詳細(xì)討論目前優(yōu)選的實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)和使用。然而，應(yīng)當(dāng)意識到，本發(fā)明提供了可以體現(xiàn)在廣泛的各種特定環(huán)境中的許多可應(yīng)用的發(fā)明概念。所討論的特定實(shí)施例僅僅說明了實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明的特定方式并且并不限制本發(fā)明的范圍。
[0010]將參照特定環(huán)境中的實(shí)施例，即傳感器或麥克風(fēng)來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明也可以應(yīng)用于其他MEMS結(jié)構(gòu)或換能器，諸如壓力傳感器、RF MEMS、加速計(jì)以及致動器。
[0011]圖1a示出了麥克風(fēng)器件100的橫截面視圖。薄膜130和背板150形成沿著支撐結(jié)構(gòu)140的靜態(tài)或寄生電容(在圖1a中用電容器符號示出)。為了降低靜態(tài)電容，薄膜130和背板150可以僅部分重疊，如圖1b中所示。麥克風(fēng)器件100的背板150典型地是剛性的。在常規(guī)器件中，可以通過增加背板150的厚度并因此增加抗彎剛度來增加背板150的剛性。然而，隨著增加背板150的剛度而來的問題是更厚的背板增加了穿孔洞的電阻(因?yàn)樗鼈儸F(xiàn)在更厚)并因此增加了麥克風(fēng)器件100的噪聲。
[0012]可替代地，可以通過增加背板150中應(yīng)力層的拉伸應(yīng)力來增加背板150的剛性。然而，隨著增加拉伸應(yīng)力而來的問題是其影響薄膜彈簧常數(shù)。此外，在兩種情況中，應(yīng)力被集中在其中背板連接到襯底110的錨定區(qū)中。錨定區(qū)典型地是其中在極端過載壓力的情況下斷裂開始的區(qū)域。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施例例如通過包括細(xì)長的突起來增加背板150的剛性。這樣，可以獲得具有硬背板和長可靠壽命的MEMS結(jié)構(gòu)。這些實(shí)施例可以結(jié)合上面描述的技術(shù)來使用。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施例在例如圖1a和Ib中示出的MEMS器件的背板中提供細(xì)長的突起。在各種實(shí)施例中，細(xì)長的突起被設(shè)置在錨定區(qū)中、處或周圍。細(xì)長的突起可以放置在具有最大應(yīng)力集中的區(qū)域處。細(xì)長的突起可以設(shè)置在面朝薄膜或背朝薄膜的背板上。
[0015]優(yōu)點(diǎn)在于細(xì)長的突起以與防粘凸塊相同的工藝來制造。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于背板厚度的選擇性增加使背板的抗彎剛度增加三次冪(例如，兩倍的背板厚度添加八倍的抗彎剛度)。因此，背板的厚度不需要在整個背板表面上增加，而僅需在諸如錨定區(qū)的策略重要位置處增加。
[0016]圖2a示出了MEMS結(jié)構(gòu)200的實(shí)施例的頂視圖。MEMS結(jié)構(gòu)200包括襯底210、薄膜220和背板230。襯底210包括邊緣215，并且背板230在錨定區(qū)240中錨定或橋接到襯底210的邊緣215。開口(或后腔或聲音端口)設(shè)置在薄膜220和背板230下方的襯底210中(未示出)。
[0017]薄膜220和背板230沿著它們的周界機(jī)械地連接到襯底210。薄膜220和背板230可以是圓形的或正方形的?？商娲兀∧?30和背板260可以包括任何幾何的合適形式。
[0018]襯底210可以包括塊狀單晶硅襯底(或在其上生長的或以其他方式形成在其中的層)、{ 110}硅、{100}硅、絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上鍺(GeOI)。在各種實(shí)施例中，襯底210可以包括全外延(blanket epitaxial)層。襯底210可以包括化合物半導(dǎo)體襯底，諸如鋪化銦、砷化銦、磷化銦、氮化鎵、砷化鎵、銻化鎵、碲化鉛、硅鍺、碳化硅或它們的組合或玻璃。
[0019]可移動的電極或薄膜220可以包括導(dǎo)電材料，諸如多晶硅、摻雜多晶硅、金屬或它們的組合。可替代地，薄膜220可以包括至少一個或多個附加的介電層。
[0020]背板或?qū)﹄姌O230可以包括導(dǎo)電材料，諸如多晶硅、摻雜多晶硅、金屬或它們的組合。可替代地，背板230可以包括一個或多個附加的層。附加的層可以包括介電層，諸如氮化硅層、氮氧化硅層、氧化物層或聚合層。介電層可以被配置為提供拉伸應(yīng)力。背板230被穿孔232以減小阻尼效應(yīng)。薄膜220可以設(shè)置在背板230之下或之上。
[0021]背板230包括防粘凸塊234。防粘凸塊234可以是具有突起部分的圓形、矩形或正方形區(qū)。突起部分可以是中間尖端或中間點(diǎn)。
[0022]背板230還包括細(xì)長的突起，諸如加勁脊、加勁線、加勁路線、加勁軌道和/或波紋線236。細(xì)長的突起236比防粘凸塊234更長和/或更寬。細(xì)長的突起236設(shè)置在背板230的錨定指、錨定橋、附著區(qū)、錨定條或錨定輻條238上?？商娲?，細(xì)長的突起僅或也設(shè)置在背板230的中央?yún)^(qū)239中。錨定指、錨定橋或附著區(qū)238可以包括背板230的半徑的10%至40%，并且中央?yún)^(qū)239可以包括60%至90%。在一個具體實(shí)施例中，錨定指238包括背板230的半徑的30%，并且中央?yún)^(qū)239包括半徑的70%。
[0023]錨定指238可以彼此相等地隔開并且可以包括相同的寬度wA和相同的長度1A。可替代地，錨定指238可以包括不同的寬度wA和不同的長度1A，并且可以彼此隔開不同的距離。
[0024]在一個實(shí)施例中，細(xì)長的突起236在徑向方向設(shè)置在背板230上。細(xì)長的突起236可以靠近背板230的周界地設(shè)置在背板230上，并且可以覆蓋邊緣區(qū)215和另一橋238。在一個實(shí)施例中，細(xì)長的突起236覆蓋并通過背板230的中央點(diǎn)。
[0025]圖2a示出每錨定橋238的單個細(xì)長的突起236。細(xì)長的突起236可以包括錨定橋238的一半寬度?？商娲?，細(xì)長的突起236可以包括其他寬度尺寸。細(xì)長的突起236可以