CN114143687B - 微机电系统压电麦克风、其制造方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种微机电系统压电麦克风、其制造方法及电子设备。该制造方法包括：在器件衬底上形成压电麦克风器件层，其中，所述器件衬底是激光透明的；对器件衬底进行处理以形成背洞；以及通过从所述器件衬底侧照射激光，利用激光剥离从所述器件衬底释放所述压电麦克风器件层，其中，照射激光的窗口限定释放所述压电麦克风器件层的边界。

Description

微机电系统压电麦克风、其制造方法及电子设备

技术领域

本公开涉及微机电系统压电麦克风制造技术领域，更具体地，涉及一种微机电系统压电麦克风的制造方法、压电麦克风及电子设备。

背景技术

微机电系统压电麦克风是利用压电效应的微机电系统麦克风。压电材料例如可以是氧化锌、氮化铝等。例如，可以通过物理气相沉积方式来沉积多晶氮化铝薄膜，以形成微机电系统压电麦克风。

目前，微机电系统压电麦克风的可靠性较高，例如，它具有较高的声学过载点AOP/动态范围、较低的功耗并可以防尘、防水等。

但是，微机电系统压电麦克风的性能较低，例如，它的信噪比较低。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种用于微机电系统压电麦克风的新技术方案。

根据本公开的第一方面，提供了一种微机电系统压电麦克风的制造方法，其中，所述制造方法包括：在器件衬底上形成压电麦克风器件层，其中，所述器件衬底是激光透明的；对器件衬底进行处理以形成背洞；以及通过从所述器件衬底侧照射激光，利用激光剥离从所述器件衬底释放所述压电麦克风器件层，其中，照射激光的窗口限定释放所述压电麦克风器件层的边界。

根据本公开的第二方面，提供了一种使用本公开提供的制造方法制造的微机电系统压电麦克风。

根据本公开的第三方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括本公开提供的所述的微机电系统压电麦克风。

根据本公开的一个实施例，通过从器件衬底底侧照射激光，照射激光的窗口来限定器件层的边界的方式，从而能够更加精确地限定微机电系统压电麦克风的释放边界。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。

图1示出了微机电系统压电麦克风的背洞侧壁的不确定部分的示意图。

图2至图6示出了根据一个实施例的制造微机电系统压电麦克风的示意性流程。

图7示出了根据一个实施例的电子设备的示意图。

附图标记说明：

1、器件衬底；2、压电麦克风器件层；3、焊盘及互连结构；4、电极层；5、背洞；51、背洞侧壁的不确定部分；6、通孔或沟槽；11、器件衬底；12、压电麦克风器件层；13、焊盘及互连结构；14、电极层；141、底部电极层；1411、减薄的底部电极层；1412、未减薄的底部电极层；15、背洞；151、背洞侧壁的不确定部分；16、激光窗口；17、激光边界；18、通孔或沟槽；200、电子设备；201、微机电系统压电麦克风。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

由于微机电系统器件的尺寸较小，因此，较难实现具有较高信噪比的麦克风产品。

发明人在研究中发现，通常，在压电麦克风中，多层氮化铝薄膜(每层小于1微米)层叠在一起，例如，两层氮化铝薄膜被夹在三层电极层之间。

目前，可以在蓝宝石或碳化硅衬底上，可以通过外延生长(分子束外延MBE、金属有机化学气相沉积MOCVD等)形成压电薄膜，例如，AlScN、AlN等。压电薄膜的厚度可以是0.3至0.6微米。

图1示出了一个微机电系统压电麦克风的示意图。如图1所示，在器件衬底1上形成压电麦克风器件层2。压电麦克风器件层2包括夹在多个电极层4之间的压电薄膜层。在压电麦克风器件层2还形成有焊盘及互连结构3。压电麦克风器件层2还可能形成通孔或沟槽6。

发明人发现，如图1所示，在释放压电麦克风器件层2时，由于工艺的限制，在形成背洞以释放压电麦克风器件层2时，压电麦克风器件层2会存在不确定性，从而影响压电麦克风的性能。如图1所示，例如，器件衬底1是蓝宝石衬底。例如，通过反应耦合等离子体ICP或反应离子蚀刻RIE，蚀刻器件衬底1，以形成背洞5。通常，无法完美限定背洞5的侧壁轮廓，例如，在侧壁可能存在不完全蚀刻或蚀刻角度的现象。因此，如图1所示，在背洞5的侧壁产生不确定部分51。不确定部分51导致压电麦克风器件层2的边界发生变化，从而影响压电麦克风的性能/良率。

在这里，发明人提出采用激光剥离的方式准确限定压电麦克风器件层2的边界，从而提高压电麦克风的性能的一致性。

图2至图6示出了根据一个实施例的制造微机电系统压电麦克风的示意性流程。

如图2所示，在器件衬底11上形成压电麦克风器件层12。

器件衬底11是激光透明的，例如，它可以是蓝宝石或碳化硅衬底。相对于硅衬底，蓝宝石或碳化硅衬底具有更高的刚性，例如，单晶的蓝宝石或碳化硅衬底的杨氏模量是硅衬底的2到4倍。因此，可以实现更薄的器件衬底。例如，硅衬底的厚度大于200微米，而单晶的蓝宝石或碳化硅衬底可以是50至200微米，优选地100至150微米。而且，单晶的蓝宝石或碳化硅衬底可以具有更低的封装应力影响。这可以显著地减小前室尺寸，从而改进高频性能，以及提高信噪比和高频响应峰值等。

在这里，“激光透明”指的是，器件衬底11对于进行激光剥离的激光是透明的。

压电麦克风器件层12包括压电麦克风器件层包括至少两个电极层14和至少一个压电薄膜层。作为例子，在图2中，两个压电薄膜层被夹在三个电极层14之间。压电薄膜层的材料例如是单晶压电材料，例如，AlScN、AlN等。例如，压电薄膜层的厚度范围是0.3至0.6微米。电极层14例如是金属电极层。

生长压电薄膜层的器件衬底11可以是具有8英寸的直径的生长衬底。可以通过分子束外延MBE或金属有机化学气相沉积MOCVD/金属有机气相外延生长MOVPE，在器件衬底11上生长压电薄膜(单晶AlN、AlScN或多晶薄膜等)和金属电极层。由于巨大的晶格匹配，这样可以产生非常薄的高质量薄膜。

在压电麦克风器件层12上还可以形成焊盘及互连结构13、通孔或沟槽18、钝化层(未示出)等。

如图3所示，对器件衬底11进行处理以形成背洞15。

例如，可以通过背面研磨处理和/或剖光处理对器件衬底11进行减薄。

接着，通过蚀刻，在器件衬底上形成背洞15。例如通过电感耦合等离子体蚀刻ICP或反应离子蚀刻RIE对器件衬底11进行构图和蚀刻，以形成背洞15。压电麦克风器件层12和器件衬底11邻接的部分是底部电极层141。底部电极层141是电极层14中位于底部且临近器件衬底11的电极层。蚀刻处理在底部电极层141停止。

如图3所示，在进行处理时，在背洞15的侧壁形成不确定部分151。

如图4所示，通过从器件衬底11侧照射激光，利用激光剥离LLO从器件衬底11释放压电麦克风器件层12。照射激光的窗口16限定释放压电麦克风器件层12的边界17。通过照射激光，可以烧除底部电极层14的一部分厚度，例如，5～100纳米。

图5示出了释放边界的局部放大图。如图5所示，激光窗口16所照射的底部电极层1411被减薄，未被激光照射的底部电极层1412没有被减薄并且仍然连接器件衬底11和压电麦克风器件层12。激光窗口16的边界限定减薄的底部电极层的边界17，即，所释放的压电麦克风器件层12的边界。

由于激光窗口16限定释放压电麦克风器件层12的边界17，即，不确定部分151被涵盖在激光窗口16之内，因此，可以更加精确地控制压电麦克风器件层12的边界17，从而形成性能一致的压电麦克风。

在激光剥离之后，还可以使用湿法蚀刻清洁底部电极层1411以及边界。

图6示出了通过上面的步骤所形成的微机电系统压电麦克风。与其他微机电系统压电麦克风不同，在图6所示的微机电系统压电麦克风中，将激光剥离与背侧体加工/蚀刻相结合。通过激光剥离可以更加精确地限定微机电系统器件层的释放边界，例如，在1微米的级别上。另外，微机电系统器件层的边界是由激光烧蚀所决定的。

此外，由于照射激光的窗口限定释放压电麦克风器件层的边界，因此，激光烧蚀的边界大于通过背侧体加工/蚀刻所形成的背洞边界。在这种情况下，在器件衬底和压电麦克风器件层之间，沿所释放的压电麦克风器件层的周边会形成一个小缝隙。一方面，压电麦克风器件层可以在这个小缝隙中进行机械移动，从而拾取声音。另一方面，这个小缝隙还可以在一定程度上起到保护作用，防止过大的位移对压电麦克风器件层造成损坏。

采用这种方式制造的微机电系统压电麦克风可以采用较薄的压电薄膜，从而具有较高的质量。例如，压电薄膜的压电系数|d13|＞3pm/v，且介质损耗角的正切tanδ＜0.002，优选地，tanδ＜0.001。每个压电薄膜层的厚度可以是0.1～2微米，优选地，0.2～1微米，更优选地，0.3～0.6微米。这可以减小检测面积，实现更小型的芯片或器件。

图7示出了根据这里公开的一个实施例的电子设备的示意图。如图7所示，电子设备200可以包括图6所示的微机电系统压电麦克风201。电子设备200可以是手机、平板电脑、可穿戴设备等。

尽管已经示出和描述了本公开的实施例。本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。本公开的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种微机电系统压电麦克风的制造方法，包括：

在器件衬底上形成压电麦克风器件层，其中，所述器件衬底是激光透明的；

对器件衬底进行处理以形成背洞；以及

通过从所述器件衬底侧照射激光，利用激光剥离从所述器件衬底释放所述压电麦克风器件层，其中，照射激光的窗口限定释放所述压电麦克风器件层的边界，以使得激光烧蚀的边界大于背洞边界，从而在器件衬底和压电麦克风器件层之间，沿所释放的压电麦克风器件层的周边形成小缝隙。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述器件衬底是蓝宝石器件衬底或碳化硅器件衬底。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，对器件衬底进行处理以形成背洞包括：

通过背面研磨处理和/或剖光处理，对所述器件衬底进行减薄；以及

通过蚀刻，在器件衬底上形成背洞。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，所述蚀刻包括电感耦合等离子体蚀刻。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述压电麦克风器件层包括至少两个电极层和至少一个压电薄膜层，以及所述电极层包括位于底部且临近器件衬底的底部电极层。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，压电薄膜层的厚度范围是0.3至0.6微米。

7.根据权利要求5所述的制造方法，其中，利用激光剥离从所述器件衬底释放所述压电麦克风器件层包括：

通过照射激光，烧除底部电极层的一部分厚度。

8.根据权利要求7所述的制造方法，还包括：

在激光剥离之后，使用湿法蚀刻清洁所述底部电极层以及所述边界。

9.一种使用根据权利要求1所述的制造方法制造的微机电系统压电麦克风。

10.一种电子设备，包括根据权利要求9所述的微机电系统压电麦克风。