本發(fā)明一般地涉及被制造的裝置，并且在具體實(shí)施例中涉及一種用于梳狀驅(qū)動(dòng)微機(jī)電系統(tǒng)（mems）裝置的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

換能器將信號(hào)從一個(gè)域轉(zhuǎn)換到另一域，并且經(jīng)常在傳感器中使用。作為在日常生活中看到的傳感器進(jìn)行操作的一種常見的換能器是將聲波轉(zhuǎn)換（即，換能）成電信號(hào)的麥克風(fēng)。常見傳感器的另一示例是溫度計(jì)。存在通過將溫度信號(hào)換能成電信號(hào)來用作溫度計(jì)的各種換能器。

基于微機(jī)電系統(tǒng)（mems）的換能器包括使用微加工技術(shù)產(chǎn)生的一系列傳感器和致動(dòng)器。諸如mems麥克風(fēng)的mems傳感器通過測量換能器中的物理狀態(tài)的變化并且將經(jīng)換能的信號(hào)傳遞到連接到mems傳感器的處理電子裝置來收集來自環(huán)境的信息?？梢允褂妙愃朴谟糜诩呻娐返哪切┪⒓庸ぶ圃旒夹g(shù)來制造mems裝置。

mems裝置可以被設(shè)計(jì)為用作例如振蕩器、諧振器、加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器、麥克風(fēng)和微反射鏡。許多mems裝置使用電容感測技術(shù)來將物理現(xiàn)象換能成電信號(hào)。在這種應(yīng)用中，使用接口電路來將傳感器中的電容變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。

一種這樣的電容式感測裝置是mems麥克風(fēng)。mems麥克風(fēng)通常具有可偏轉(zhuǎn)膜，該可偏轉(zhuǎn)膜與剛性背板分隔開小的距離。響應(yīng)于入射在膜上的聲壓波，其朝向或遠(yuǎn)離背板偏轉(zhuǎn)，從而改變膜和背板之間的分隔距離。通常，膜和背板由導(dǎo)電材料制成并且形成電容器的“板”。因此，當(dāng)分隔所述膜和背板的距離響應(yīng)于入射的聲波而改變時(shí)，電容在“板”之間改變并且生成電信號(hào)。

具有由可偏轉(zhuǎn)膜和剛性背板形成的這種平行板電容結(jié)構(gòu)的mems麥克風(fēng)可以包括作為平行板結(jié)構(gòu)的結(jié)果的各種性能特性。例如，剛性背板通常被穿孔，以便允許空氣通過背板，使得剛性背板在聲學(xué)上是透明的。然而，在實(shí)踐中，剛性背板通常不是完全聲學(xué)透明的，并且生成一定量的聲學(xué)噪聲。這通常導(dǎo)致在機(jī)械穩(wěn)健性（諸如通過在剛性背板中包括更少或更小的穿孔）與聲學(xué)噪聲降低（諸如通過在剛性背板中包括更多和更大的穿孔）之間的折衷。

這種平行板結(jié)構(gòu)的另一特性是稱為“吸入（pull-in）”的現(xiàn)象。為了作為聲學(xué)換能器進(jìn)行操作，在可偏轉(zhuǎn)膜和剛性背板之間應(yīng)用偏置電壓。由于在板之間應(yīng)用的電壓，由可偏轉(zhuǎn)膜的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的板之間的電容變化產(chǎn)生可測量的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)于入射的聲信號(hào)。然而，由于應(yīng)用的偏置電壓，隨著在可偏轉(zhuǎn)膜和剛性背板之間的分隔距離減小，吸引靜電力也增加。吸引靜電力通常由可偏轉(zhuǎn)膜中的恢復(fù)機(jī)械彈性力來平衡，吸引靜電力隨著距離變小而非線性地增加，同時(shí)恢復(fù)機(jī)械彈性力僅線性地增加。當(dāng)分隔距離達(dá)到一定限制時(shí)，與分隔距離有關(guān)的差異導(dǎo)致吸引靜電力克服恢復(fù)機(jī)械彈性力，這導(dǎo)致了當(dāng)可偏轉(zhuǎn)膜一直移動(dòng)而接觸剛性背板時(shí)的吸入或塌陷，并且可能導(dǎo)致靜摩擦力。吸入現(xiàn)象呈現(xiàn)了對(duì)吸入的抵抗（由增加的可偏轉(zhuǎn)膜剛度或較低的偏置電壓導(dǎo)致）和更高靈敏度（由減小的可偏轉(zhuǎn)膜剛度或增加的偏置電壓導(dǎo)致）之間的另一折衷。

因此，存在具有改進(jìn)的性能特性的本發(fā)明mems裝置的機(jī)會(huì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)實(shí)施例，形成mems換能器的方法包括在單晶硅層中形成換能器框架，其中形成換能器框架包括形成鄰近腔的支撐部分以及形成從支撐部分延伸的第一梳齒集合。形成mems換能器的方法進(jìn)一步包括形成從錨定裝置到支撐部分的彈性支撐，以及在單晶硅層中形成第二梳齒集合。第二梳齒集合與第一梳齒集合交錯(cuò)對(duì)插。

附圖說明

為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖做出的以下描述，其中：

圖1a和1b圖示了實(shí)施例mems換能器的系統(tǒng)框圖和橫截面透視圖；

圖2a和2b圖示了另一實(shí)施例mems換能器的橫截面透視圖和俯視圖；

圖3圖示了實(shí)施例mems換能器的實(shí)施例制造方法的流程圖；

圖4a、4b、4c、4d、4e和4f圖示了實(shí)施例制造方法中的步驟的橫截面透視圖；

圖5圖示了另一實(shí)施例mems換能器的俯視圖；

圖6圖示了附加實(shí)施例mems換能器的俯視圖；

圖7a、7b和7c圖示了附加實(shí)施例制造方法中的步驟的橫截面透視圖；以及

圖8圖示了實(shí)施例mems換能器的另一實(shí)施例制造方法的流程圖。

除非另有說明，否則不同附圖中的對(duì)應(yīng)數(shù)字和符號(hào)通常指代對(duì)應(yīng)部分。附圖是為了清楚地說明實(shí)施例的相關(guān)方面而繪制，并且不一定按比例繪制。

具體實(shí)施方式

以下詳細(xì)討論各種實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的各種實(shí)施例可應(yīng)用于各種各樣的特定情境。所討論的具體實(shí)施例僅僅說明制造和使用各種實(shí)施例的具體方式，并且不應(yīng)當(dāng)在受限的范圍內(nèi)解釋。

在具體情境（即麥克風(fēng)換能器以及更具體地，mems麥克風(fēng)）中相對(duì)于各種實(shí)施例進(jìn)行描述。本文描述的各種實(shí)施例中的一些包括mems換能器系統(tǒng)、mems麥克風(fēng)系統(tǒng)、電容式mems換能器、電容式梳狀驅(qū)動(dòng)mems換能器、mems制造方法和空洞層上硅（son）制造方法。在其他實(shí)施例中，各方面還可以應(yīng)用于涉及任何類型的傳感器或換能器的其他應(yīng)用以及根據(jù)本領(lǐng)域公知的任何方式的對(duì)應(yīng)制造方法。

mems梳狀驅(qū)動(dòng)包括交錯(cuò)對(duì)插的梳齒，其中梳齒的第一部分被固定到錨定裝置并因此被稱為定子，并且梳齒的第二部分被附連到可偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)并因此被稱為轉(zhuǎn)子。包括梳狀驅(qū)動(dòng)的mems可以具有各種優(yōu)點(diǎn)。例如，與平行板電容式mems麥克風(fēng)相比，實(shí)施例基于梳狀驅(qū)動(dòng)的電容式mems麥克風(fēng)由于沒有穿孔的背板電極而可能具有降低的聲學(xué)噪聲下限。

根據(jù)各種實(shí)施例，mems麥克風(fēng)包括耦合到可偏轉(zhuǎn)膜的梳狀驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。梳狀驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以包括高縱橫比的梳齒，在每個(gè)梳齒之間具有小的分隔距離。具體來說，實(shí)施例梳狀驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以包括導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料用于形成為同一導(dǎo)電層并且在同一圖案化過程期間被圖案化的轉(zhuǎn)子梳齒和定子梳齒二者。在本文所描述的具體實(shí)施例中，包括梳狀驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的mems麥克風(fēng)使用空洞層上硅（son）過程形成，空洞層上硅（son）過程從單層單晶硅產(chǎn)生轉(zhuǎn)子梳齒和定子梳齒二者。在這樣的實(shí)施例中，可以以每個(gè)梳齒之間的小間隔距離來產(chǎn)生高縱橫比的梳齒。

圖1a和1b圖示了實(shí)施例mems換能器的系統(tǒng)框圖和橫截面透視圖。圖1a示出了包括mems換能器102、專用集成電路（asic）104和處理器106的換能器系統(tǒng)100。根據(jù)各種實(shí)施例，mems換能器102接收物理信號(hào)108，生成經(jīng)換能的信號(hào)，并且將經(jīng)換能的信號(hào)提供給asic104。在具體實(shí)施例中，物理信號(hào)108是諸如聲壓波的壓力信號(hào)，并且mems換能器102是mems麥克風(fēng)。在這樣的實(shí)施例中，作為mems麥克風(fēng)的mems換能器102將物理信號(hào)108（例如，壓力信號(hào)）轉(zhuǎn)換成供應(yīng)給asic104的模擬電信號(hào)。下面描述實(shí)施例mems換能器和mems制造序列。

在各種實(shí)施例中，基于來自mems換能器102的模擬電信號(hào)，asic104生成輸出信號(hào)并將其提供給處理器106。asic104可以執(zhí)行各種功能。在一些實(shí)施例中，asic104向mems換能器102提供偏置信號(hào)。asic104可以實(shí)現(xiàn)用于mems換能器102的恒定電荷或恒定電壓讀出電路。在其他實(shí)施例中，asic104可以包括緩沖電路或放大器電路。在一些實(shí)施例中，asic104包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc）。在這樣的實(shí)施例中，asic104將對(duì)應(yīng)于物理信號(hào)108的數(shù)字信號(hào)提供給處理器106。此外，asic104還可以包括用于通過通信接口與處理器106通信的i/o接口電路。

根據(jù)各種實(shí)施例，換能器單元110包括asic104和mems換能器102。在這樣的實(shí)施例中，換能器單元110可以是封裝的裝置，諸如封裝的麥克風(fēng)，其包括諸如聲音端口的封裝開口，用于接收物理信號(hào)108。換能器單元110可以包括共享電路板，共享電路板針對(duì)被附連到共享電路板的asic104和mems換能器102具有分隔開的半導(dǎo)體管芯。在其他實(shí)施例中，asic104和mems換能器102可以諸如通過倒裝芯片接合作為片上系統(tǒng)（soc）被組裝在芯片堆疊中。在再其他實(shí)施例中，asic104和mems換能器102可以被集成在單個(gè)半導(dǎo)體管芯上，即作為soc被單片集成。

在各種實(shí)施例中，處理器106從asic104接收模擬或數(shù)字電信號(hào)。處理器106可以是專用音頻處理器，諸如音頻編碼器/解碼器（codec）。在其他實(shí)施例中，處理器106可以是通用處理器。在這樣的各種實(shí)施例中，處理器106可以是微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器（dsp）或現(xiàn)場可編程門陣列（fpga）。在替代實(shí)施例中，處理器106由分立的邏輯組件形成。

根據(jù)各種實(shí)施例，asic104可以向處理器106提供代表物理信號(hào)108的單個(gè)信號(hào)（諸如單端信號(hào)）或差分信號(hào)。在其他實(shí)施例中，asic104可以使用包括數(shù)據(jù)或時(shí)鐘線的各種通信協(xié)議向處理器106提供信號(hào)。此外，在各種實(shí)施例中，mems換能器102可以向asic104提供代表物理信號(hào)108的單個(gè)信號(hào)（諸如單端信號(hào)）或差分信號(hào)。

圖1b示出了包括膜112、轉(zhuǎn)子梳齒114、定子梳齒116和定子118的mems換能器102。根據(jù)各種實(shí)施例，mems換能器102是梳狀驅(qū)動(dòng)換能器，包括轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116。在具體實(shí)施例中，如本文所述，mems換能器102是壓力換能器，諸如聲壓波換能器，例如用作麥克風(fēng)。在其他替代實(shí)施例中，mems換能器102可以是使用梳狀驅(qū)動(dòng)機(jī)制的另一類型的換能器（諸如例如加速度計(jì)）。

在各種實(shí)施例中，膜112將膜112上方的第一體積與膜112下方的第二體積分開。如所示的，壓力p入射在膜112上。壓力p可以是聲壓波。在所示的實(shí)施例中，壓力p從膜112的下方入射，該下方對(duì)應(yīng)于封裝中的被布置成提供與膜112的底部（第二體積）的流體連通的聲音端口或開口。在其他實(shí)施例（未示出）中，壓力p可以從膜112上方入射，該上方對(duì)應(yīng)于封裝中的被布置成提供與膜112的頂部（第一體積）的流體連通的聲音端口或開口。當(dāng)壓力p變化時(shí)，膜112偏轉(zhuǎn)或振蕩。膜112的偏轉(zhuǎn)或振蕩由于重疊區(qū)域中的對(duì)應(yīng)變化而產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子梳齒114與定子梳齒116之間的電容變化。因此，可以生成對(duì)應(yīng)于壓力p的變化的電信號(hào)。例如，當(dāng)壓力p表示聲波時(shí)，可以在轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116之間產(chǎn)生表示聲音信號(hào)的電信號(hào)。在這樣的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116可以利用偏置電壓來被偏置并且被耦合到讀出電路，如上文參考圖1a中的asic104所描述的。

在各種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子梳齒114被附連到膜112，膜112附連到錨定裝置120。此外，定子梳齒116被附連到定子118，定子118也可以被稱為錨定裝置。錨定裝置120和定子118可以被固定到襯底或其他剛性支撐結(jié)構(gòu)，以便在膜112被形成為薄的和可偏轉(zhuǎn)的時(shí)呈現(xiàn)移動(dòng)。根據(jù)各種實(shí)施例，轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116由相同的導(dǎo)電層或半導(dǎo)體層形成，如下文進(jìn)一步描述的。轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116形成為具有高度h、寬度w、長度l和間隔d。此外，轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116可以被配置為包括偏移的h偏移。在這樣的實(shí)施例中，通過包括在轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116之間的偏移，與在轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116之間不具有偏移的實(shí)施例相比，由膜112的振蕩偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電信號(hào)可以是線性的或更線性的。在替代實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116之間不包括偏移。下文中參考各種實(shí)施例進(jìn)一步描述各種尺寸、材料和結(jié)構(gòu)。

圖2a和2b圖示了另一實(shí)施例mems換能器200的橫截面透視圖和俯視圖，mems換能器200包括襯底202、框架204、膜206、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210。根據(jù)各種實(shí)施例，mems換能器200是如上文參考圖1a和1b所描述的mems換能器102的實(shí)現(xiàn)。在各種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210形成為具有高的縱橫比，并且包括小的齒間間隔距離d。在這樣的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210可以使用空洞層上硅（son）過程或類似過程由單個(gè)半導(dǎo)體材料層或?qū)щ姴牧蠈有纬桑缦挛倪M(jìn)一步參考其他附圖描述的。

在一些實(shí)施例中，在襯底202中形成腔212，并且膜206將腔212與膜206上方的體積分隔開?？蚣?04支撐膜206并且被附連到轉(zhuǎn)子梳齒208，轉(zhuǎn)子梳齒208與定子梳齒210交錯(cuò)對(duì)插。在一些實(shí)施例中，定子梳齒210被附連到襯底202以便形成定子結(jié)構(gòu)。

根據(jù)各種實(shí)施例，框架204通過支撐固定件214被耦合到扭轉(zhuǎn)支撐216。在這樣的實(shí)施例中，扭轉(zhuǎn)支撐216被配置成隨著膜206和框架204偏轉(zhuǎn)而扭曲并且用作具有恢復(fù)力和彈性常量的扭轉(zhuǎn)彈簧。彈性常量和恢復(fù)力基于扭轉(zhuǎn)支撐長度tsl和扭轉(zhuǎn)支撐寬度tsw。扭轉(zhuǎn)溝槽218緊鄰扭轉(zhuǎn)支撐216放置，并且與溝槽205一起限定扭轉(zhuǎn)支撐長度tsl和扭轉(zhuǎn)支撐寬度tsw。在其他實(shí)施例中，框架204和膜206可以被耦合到懸臂式支撐結(jié)構(gòu)以形成瓣膜。在替代實(shí)施例中，框架204和膜206可以被耦合到其他支撐結(jié)構(gòu)，諸如包括本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何彈性結(jié)構(gòu)的多個(gè)彈性支撐。

在各種實(shí)施例中，接觸焊盤220a、220b和220c由導(dǎo)電材料形成，以用于提供與轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210的電接觸。例如，接觸線222可以將接焊盤220a電耦合到定子梳齒210中的每一個(gè)。接觸焊盤220b和220c可以被電耦合到襯底202或轉(zhuǎn)子梳齒208。在其他實(shí)施例中，接觸焊盤220b或接觸焊盤220c可以被耦合到框架204。

根據(jù)各種實(shí)施例，框架204、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210可以使用son過程或類似過程由相同的半導(dǎo)體層形成。在具體實(shí)施例中，襯底202、框架204、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210中的每一個(gè)是單晶的，即單晶硅。在這樣的實(shí)施例中，框架204、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210可以在son層中形成。例如，框架204、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210可以使用用于圖案化的單個(gè)掩模來同時(shí)形成。在各種實(shí)施例中，膜206可以由用于形成薄膜的任何適當(dāng)?shù)牟牧希ㄖT如例如多晶硅或氮化物）形成。

在各種實(shí)施例中，框架204、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210由具有由高度h給出的層厚度的相同半導(dǎo)體層形成。此外，扭轉(zhuǎn)支撐216和支撐固定件214可以具有由高度h給出的相同的層厚度。轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210具有寬度w、長度l、齒間間隔距離d。在各種實(shí)施例中，寬度w范圍為10nm至5μm。在具體實(shí)施例中，寬度w范圍為10nm至1μm。在各種實(shí)施例中，長度l范圍為0.5μm至50μm。在具體實(shí)施例中，長度l范圍為2μm至20μm。在各種實(shí)施例中，高度h范圍為1μm至500μm。在具體實(shí)施例中，高度h范圍為2μm至30μm。在各種實(shí)施例中，齒間間隔距離d范圍為10nm至1μm。在具體實(shí)施例中，齒間間隔距離d范圍為50nm至500nm。在更具體的實(shí)施例中，齒間間隔距離d范圍為100nm至300nm。在替代實(shí)施例中，高度h、寬度w、長度l、齒間間隔距離d可以在指定范圍外。

根據(jù)各種實(shí)施例，通過在son層或類似物中形成轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210，可以關(guān)于齒間間隔距離d和高度h實(shí)現(xiàn)非常高的縱橫比。在一些實(shí)施例中，齒間間隔距離d與高度h的縱橫比范圍為1:10至1:100。在具體實(shí)施例中，齒間間隔距離d與高度h的縱橫比大于1:30。在具體實(shí)施例中，齒間間隔距離d與高度h的縱橫比大于或等于1:50，并且范圍可以高達(dá)1:70或約1:70。在這樣的具體實(shí)施例中，齒間間隔距離d可以為約140nm，并且高度h為約10μm。

作為進(jìn)一步說明，通過在son層或類似物中形成轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210，可以使齒間間隔距離d小，諸如小于500nm。在這樣的實(shí)施例中，可以減少穿過轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210之間的間隙并因此在膜206周圍的氣流。因此，例如，當(dāng)mems換能器200被實(shí)現(xiàn)為mems麥克風(fēng)時(shí)，可以通過減小可以穿過轉(zhuǎn)子梳齒指208和定子梳齒210之間的間隙而繞過膜206的氣流來增加靈敏度。

溝槽寬度tw給出框架204和襯底202之間的間隔。在各種實(shí)施例中，溝槽寬度tw的范圍為100nm至10μm。在具體實(shí)施例中，溝槽寬度tw的范圍為500nm至5μm。

根據(jù)各種實(shí)施例，支撐固定件214和扭轉(zhuǎn)支撐216可以為mems換能器200提供應(yīng)力解耦功能。例如，襯底202可能產(chǎn)生層應(yīng)力，例如在封裝期間。在這樣的實(shí)施例中，通過支撐固定件214和扭轉(zhuǎn)支撐216將框架204耦合到襯底202減小了從襯底202傳遞到框架204的層應(yīng)力。下文參照?qǐng)D6描述進(jìn)一步減小應(yīng)力傳遞的另一實(shí)施例。

下文參考圖3中所示的實(shí)施例制造方法的流程圖和對(duì)應(yīng)的橫截面透視圖進(jìn)一步描述關(guān)于mems換能器200的制造處理步驟和材料的各種其他細(xì)節(jié)。

圖3圖示了用于實(shí)施例mems換能器（如上文參考圖2a和2b中的mems換能器200所述的）的實(shí)施例制造方法300的流程圖。圖4a、4b、4c、4d、4e和4f圖示了制造方法300中的步驟的橫截面透視圖。根據(jù)各種實(shí)施例，制造方法300包括步驟305-360。在這樣的各種實(shí)施例中，步驟305包括形成空洞層上硅（son）結(jié)構(gòu)和氧化物內(nèi)襯。步驟305的中間結(jié)構(gòu)在圖4a中圖示，該中間結(jié)構(gòu)包括在襯底202內(nèi)作為son結(jié)構(gòu)形成的腔230和氧化物內(nèi)襯232，其中腔230上方的襯底202的頂層被稱為son層201。

在各種實(shí)施例中，襯底202是半導(dǎo)體襯底。在一些實(shí)施例中，襯底202可以被摻雜以改善導(dǎo)電性。在具體實(shí)施例中，襯底202是硅。具體地，襯底202是單晶硅。在替代實(shí)施例中，襯底202是鍺。在又另一替代實(shí)施例中，襯底202是碳。在其他替代實(shí)施例中，襯底202是諸如砷化鎵、碳化硅、硅鍺、磷化銦或氮化鎵之類的化合物半導(dǎo)體。在又其他替代實(shí)施例中，襯底202可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他半導(dǎo)體襯底材料或?qū)щ娨r底材料。在具體的替代實(shí)施例中，襯底可以包括諸如玻璃或陶瓷之類的有機(jī)材料。襯底可以是晶圓。

根據(jù)襯底202是單晶硅的各種實(shí)施例，son結(jié)構(gòu)可以通過包括以下操作的過程來形成：在襯底202中蝕刻溝槽并且回流硅。在這樣的實(shí)施例中，根據(jù)與腔230的期望形狀匹配的圖案在襯底202中蝕刻溝槽。例如，溝槽可以按照矩形圖案、圓形圖案或橢圓形圖案在襯底202中被蝕刻。為了在襯底202中蝕刻溝槽，可以使用反應(yīng)離子蝕刻（rie）過程。對(duì)于rie過程，可以在襯底202的頂表面上以期望的溝槽圖案來形成蝕刻掩模。例如，蝕刻掩?？梢允枪庵驴刮g劑材料、氧化物層（例如二氧化硅）或圖案化為蝕刻掩模的氮化物層。

在各種實(shí)施例中，一旦在襯底202中蝕刻溝槽，就可以進(jìn)行退火過程以回流襯底202的硅。例如，退火過程可以在高溫下在低氧環(huán)境（諸如氫環(huán)境）中進(jìn)行。在具體實(shí)施例中，退火過程可以在1000℃以上進(jìn)行約10分鐘。在退火過程期間，溝槽之間的硅柱或柱狀物將回流，其中每個(gè)溝槽的基部膨脹并且每個(gè)溝槽的頂部塌縮。當(dāng)溝槽被間隔得足夠接近在一起時(shí)，溝槽的膨脹基部將合并以形成腔230，并且溝槽的塌縮頂部也將合并以形成son層201。在這樣的實(shí)施例中，son層201是單晶硅。在各種實(shí)施例中，可以調(diào)整在襯底202中形成的溝槽的間隔以及退火過程期間的壓力、溫度、定時(shí)和氣體組成以形成不同形狀的腔230，該腔230具有不同厚度和尺寸的son層201，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解的。

在各種實(shí)施例中，氧化物內(nèi)襯232也在腔230中形成。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)襯底202是單晶硅時(shí)，氧化物內(nèi)襯232是氧化硅，例如二氧化硅。為了形成氧化物內(nèi)襯232，可以在son層201中形成小開口。例如，son層201可以具有細(xì)?；コ目谆蛐】祝隹妆恍纬捎糜趯⑶?30暴露于氧化過程，諸如熱氧化過程。

根據(jù)各種實(shí)施例，當(dāng)襯底202不是用于形成空洞層上襯底層的單晶硅時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)類似的處理步驟，如上文關(guān)于son層201類似地描述的。在這樣的實(shí)施例中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解的那樣，由于用于襯底202的材料的不同材料性質(zhì)，各種修改可以是適用的。關(guān)于son裝置的附加細(xì)節(jié)可以在2012年10月9日提交的并且標(biāo)題為“silicononnothingdevicesandmethodsofformationthereof”的第9,136,328號(hào)美國專利中找到，該專利全部內(nèi)容通過引用并入本文。

在步驟305之后，步驟310包括在son層201中蝕刻從頂表面到氧化物內(nèi)襯232的溝槽234和溝槽238。溝槽234和溝槽238可以通過應(yīng)用濕法蝕刻化學(xué)作用或干法蝕刻化學(xué)作用進(jìn)行蝕刻。在各種實(shí)施例中，使用rie過程來蝕刻溝槽234和溝槽238。在這樣的實(shí)施例中，蝕刻掩模被形成在son層201的頂表面上。蝕刻掩?？梢允堑锘蜓趸镉惭谀＃撚惭谀Ｍㄟ^使用光刻技術(shù)進(jìn)行圖案化來制備，光刻技術(shù)包括沉積光致抗蝕劑、將光致抗蝕劑暴露于掩模圖案、顯影光致抗蝕劑以及蝕刻該蝕刻掩模。一旦已經(jīng)制備了蝕刻掩模以使溝槽234和溝槽238暴露，就進(jìn)行rie過程以蝕刻溝槽234和溝槽238。

如上文關(guān)于圖2a和2b中的轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210所述的，溝槽234和溝槽238可以交錯(cuò)配置以便于在梳狀驅(qū)動(dòng)中形成兩個(gè)交錯(cuò)對(duì)插的梳齒集合。在其他實(shí)施例中，用于rie過程的蝕刻掩?？梢允枪庵驴刮g劑。在替代實(shí)施例中，可以利用光致抗蝕劑掩模使用濕法化學(xué)蝕刻劑來蝕刻溝槽234和溝槽238。在各種實(shí)施例中，溝槽234或溝槽238可以被蝕刻有大的或非常大的縱橫比。

根據(jù)各種實(shí)施例，步驟315在步驟310之后并且包括形成溝槽填料236。圖4b中圖示了步驟315的中間結(jié)構(gòu)，其包括在溝槽234和溝槽238內(nèi)形成的溝槽填料236。溝槽填料236可包括氧化物、氮化物和/或氧氮化物。例如，溝槽填料236可以是例如二氧化硅的氧化硅或原硅酸四乙酯（teos）氧化物。替代地，溝槽填料236可以是氮化硅。溝槽填料236可以被沉積或生長。在一些實(shí)施例中，可以通過應(yīng)用化學(xué)氣相沉積（cvd）過程、物理氣相沉積（pvd）過程、原子層沉積（ald）過程或襯底的濕法或干法氧化來沉積溝槽填料236。在具體實(shí)施例中，可以使用化學(xué)氣相沉積（cvd）來沉積溝槽填料236。

在各種實(shí)施例中，步驟320包括平坦化襯底202的頂表面。在這樣的實(shí)施例中，平坦化可以包括化學(xué)機(jī)械拋光（cmp）。在一些實(shí)施例中，可以省略步驟320。

根據(jù)各種實(shí)施例，步驟325包括形成蝕刻停止層。在這樣的實(shí)施例中，蝕刻停止層可以包括氧化物層或氮化物層。蝕刻停止層可以被沉積在襯底202的頂表面上。在步驟325之后，在步驟330中，在襯底202的頂表面上形成膜層240。步驟330的中間結(jié)構(gòu)在圖4c中圖示，該中間結(jié)構(gòu)包括覆蓋襯底202的表面的膜層240。在這樣的實(shí)施例中，步驟325的蝕刻停止層（未示出）可以在膜層240下方。在各種實(shí)施例中，膜層240可以是導(dǎo)電或非導(dǎo)電材料。

在膜層240是導(dǎo)電材料的實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可以是金屬材料。該金屬材料可以包括純金屬、合金或化合物。在一些實(shí)施例中，該金屬材料可以例如包括從由鋁、銅、ni和si組成的組中選取的一個(gè)或多個(gè)元素。具體實(shí)施例包括純鋁、鋁合金、鋁化合物、純銅、銅合金、銅化合物、純鎳、鎳合金和鎳化合物。在一個(gè)具體實(shí)施例中，導(dǎo)電材料是具有硅和銅的鋁合金。在其他實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可以包括導(dǎo)電聚合物。在又其他實(shí)施例中，導(dǎo)電材料包括諸如摻雜硅之類的摻雜半導(dǎo)體。摻雜硅可以包括摻雜的多晶硅和/或摻雜的單晶硅。摻雜硅可以是原位摻雜的。在其他實(shí)施例中，膜層是未摻雜的多晶硅。

在其他實(shí)施例中，膜層240是非導(dǎo)電材料，諸如氧化物、氮化物或氧氮化物。膜層240可以是包括導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料的層堆疊。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，膜層240包括氮化硅、多晶硅和氮化硅的堆疊。在其他實(shí)施例中，膜層240是非導(dǎo)電聚合物。

在各種實(shí)施例中，膜層240可以以不同的方式（諸如濺射、pvd、cvd或ald）被沉積。膜層240可以作為單個(gè)步驟被沉積。當(dāng)導(dǎo)電材料包括金屬材料時(shí)，可以通過電沉積來沉積導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料可以被直接沉積到襯底202或步驟325的蝕刻停止層上。

根據(jù)各種實(shí)施例，步驟335包括形成框架腔242，框架腔242是mems換能器200中的腔212的一部分，如上文參考圖2a和2b所述。圖4c中也圖示了步驟335的中間結(jié)構(gòu)，該中間結(jié)構(gòu)包括在膜層240下方形成的框架腔242。在各種實(shí)施例中，去除溝槽238內(nèi)的son層201的材料，諸如單晶硅。例如，框架腔242可以通過蝕刻形成。在這種實(shí)施例中，可以在步驟325的蝕刻停止層和膜層240中形成小孔或開口，以便暴露在膜層240下方、在腔230上方并由溝槽238包圍（溝槽238被填充有溝槽填料236）的材料。通過蝕刻去除穿過孔或開口材料。例如，可以使用濕法化學(xué)蝕刻。在son層201是單晶硅的具體實(shí)施例中，濕法化學(xué)蝕刻可以是針對(duì)硅選擇的。在一些實(shí)施例中，膜層240可以由光致抗蝕劑或其他材料覆蓋，以便防止膜層240的蝕刻。用于形成框架腔的蝕刻將進(jìn)行以去除son層201的所有材料，直到氧化物內(nèi)襯232和溝槽填料236被暴露。氧化物內(nèi)襯232和溝槽填料236可以抵抗蝕刻過程，并且因此可以用作蝕刻停止層。

在各種實(shí)施例中，在步驟335之后，步驟340包括圖案化膜層240以形成膜206，如上文參考圖2a和2b所述。在圖4d中圖示了步驟340的中間結(jié)構(gòu)，該中間結(jié)構(gòu)包括被圖案化以覆蓋框架腔242的膜層240。在這樣的實(shí)施例中，圖案化膜層240可以包括應(yīng)用光致抗蝕劑，使用掩模圖案顯影光致抗蝕劑，以及在暴露的區(qū)域中蝕刻膜層240。蝕刻膜層240可以包括濕法化學(xué)蝕刻或干法化學(xué)蝕刻。除了在框架腔242上方，膜層240可以在襯底202的表面上的任何地方被蝕刻。步驟325的蝕刻停止層（未示出）可以用作針對(duì)蝕刻膜層240的蝕刻停止并且防止襯底202（包括由溝槽234形成的轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210的結(jié)構(gòu)）和溝槽填料236被蝕刻。

在各種實(shí)施例中，膜層240可以通過應(yīng)用濕法蝕刻或干法蝕刻化學(xué)作用來去除。例如，當(dāng)膜層240包括半導(dǎo)體（例如多晶硅或諸如摻雜多晶硅之類的摻雜半導(dǎo)體）時(shí)，膜層240可以利用koh或hno3和hf的酸溶液來蝕刻。在另一實(shí)施例中，可以使用利用由sf6或cl2供應(yīng)的氯或氟的等離子體過程來去除膜層240。

根據(jù)各種實(shí)施例，步驟345包括形成接觸層。接觸層是用于形成接觸線和接觸焊盤的導(dǎo)電層。在這樣的實(shí)施例中，形成接觸層可以包括通過濺射、pvd、cvd、ald或電沉積來沉積接觸層。在各種實(shí)施例中，接觸層可以包括來自鋁、鎳、銅、金、鉑和鈦組成的組的一個(gè)或多個(gè)元素。

步驟350包括圖案化接觸層以形成接觸焊盤220a、220b和220c以及接觸線222。步驟350的中間結(jié)構(gòu)在圖4e中圖示，該中間結(jié)構(gòu)包括在襯底202上形成的接觸焊盤220a、220b和220c以及接觸線222?？梢酝ㄟ^如下步驟來對(duì)接觸層進(jìn)行圖案化：應(yīng)用光致抗蝕劑、使用掩模圖案顯影光致抗蝕劑以及蝕刻暴露區(qū)域中的接觸層。在各種實(shí)施例中，可以通過應(yīng)用濕法蝕刻或干法蝕刻化學(xué)作用來去除接觸層。例如，可以利用koh或hno3和hf的酸溶液來蝕刻接觸層。在另一實(shí)施例中，可以使用利用由sf6或cl2供應(yīng)的氯或氟的等離子體過程來去除接觸層材料。

在替代實(shí)施例中，接觸焊盤220a、220b和220c可以使用硅化物來形成。可以通過在導(dǎo)電材料上形成金屬材料來形成硅化物接觸焊盤。金屬材料可以包括來自ni、co和ti組成的組的一個(gè)或多個(gè)元素。導(dǎo)電材料和金屬材料可以被退火以形成硅化物。在一些實(shí)施例中，接觸焊盤220a、220b和220c被鈍化。

在步驟350之后，步驟355包括從背表面或背側(cè)蝕刻襯底202。在這樣的實(shí)施例中，利用定向蝕刻來蝕刻襯底202。例如，利用bosch過程蝕刻來蝕刻襯底。應(yīng)用該背側(cè)蝕刻，使得在步驟305中形成的腔230下方的襯底被去除。在具體實(shí)施例中，背側(cè)蝕刻由氧化物內(nèi)襯232停止。在這樣的實(shí)施例中，son層201中的腔230上方的結(jié)構(gòu)（包括交錯(cuò)對(duì)插的轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210的梳齒以及框架204）由氧化物內(nèi)襯232和溝槽填料236保護(hù)并且保持直立和未被蝕刻。

在替代實(shí)施例中，用包括例如koh的濕法蝕刻來蝕刻襯底202的背側(cè)。在另一實(shí)施例中，例如，用干法蝕刻和隨后的濕法刻蝕的組合（襯底202的較高選擇度（諸如例如更高的硅選擇度）對(duì)氧化物內(nèi)襯232的蝕刻速率）來蝕刻襯底202的背側(cè)。在一些實(shí)施例中，可以省略步驟355，如下文參考圖7a、7b和7c進(jìn)一步描述的。

根據(jù)各種實(shí)施例，步驟360包括使用釋放蝕刻去除氧化物內(nèi)襯232和溝槽填料236。在這樣的實(shí)施例中，氧化物內(nèi)襯232和溝槽填料236用濕法蝕刻或干法蝕刻去除。例如，通過應(yīng)用基于hf的溶液或蒸氣來蝕刻氧化物內(nèi)襯232和溝槽填料236。在步驟360之后，mems換能器200被釋放，并且具有框架204和轉(zhuǎn)子梳齒208的膜206自由移動(dòng)。步驟360的最終結(jié)構(gòu)在圖4f中圖示，圖4f是圖2a的重復(fù)，并且包括框架204、膜206、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210。此外，在釋放蝕刻之后，具有膜206的框架204可以偏轉(zhuǎn)到靜止（atrest）位置，該靜止位置具有與定子梳齒210相比的偏移。在各種實(shí)施例中，步驟360還包括通過將框架腔242與在步驟355的背側(cè)蝕刻期間在襯底202中形成的腔接合來形成處于膜206下方的腔212、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210。

根據(jù)以上參考圖3、圖4a、圖4b、圖4c、圖4d、圖4e和圖4f所示的各種實(shí)施例，轉(zhuǎn)子梳齒208、定子梳齒210和框架204由相同的半導(dǎo)體層或?qū)щ妼有纬桑丛趕on層201（諸如在具體實(shí)施例中的單晶硅）中形成。

圖5圖示了包括襯底202、框架204、膜206、轉(zhuǎn)子梳齒208、定子梳齒210和應(yīng)力層252的另一實(shí)施例mems換能器250的俯視圖。根據(jù)各種實(shí)施例，mems換能器250可以類似于上文參考圖2a和2b所述的mems換能器200，但增加了應(yīng)力層252。共同編號(hào)的元件在上文中參考mems換能器200進(jìn)行了描述，并且為了簡潔起見將不再描述。

在各種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210可以按照偏移h偏移來偏移，如上文參考圖1b中的轉(zhuǎn)子梳齒114和定子梳齒116所描述的。在這樣的實(shí)施例中，可以包括應(yīng)力層252以產(chǎn)生偏移h偏移。通過跨扭轉(zhuǎn)溝槽218形成應(yīng)力層252，可以在扭轉(zhuǎn)支撐216上產(chǎn)生應(yīng)力，以便產(chǎn)生框架204和轉(zhuǎn)子梳齒208的靜止偏轉(zhuǎn)，靜止偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏移h偏移。應(yīng)力層252可以在制造方法300期間的各個(gè)步驟（諸如在步驟360的釋放蝕刻之前）處被形成和圖案化。一旦進(jìn)行步驟360的釋放蝕刻，應(yīng)力層252的層應(yīng)力可能在扭轉(zhuǎn)支撐216上引起力，從而產(chǎn)生偏移h偏移的偏轉(zhuǎn)。

根據(jù)各種實(shí)施例，應(yīng)力層252可以使用上文參考圖3中的步驟315或步驟330所述的任何處理技術(shù)來沉積。應(yīng)力層252可以包括例如以拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力沉積的材料。在各種實(shí)施例中，應(yīng)力層252是高應(yīng)力材料。在具體實(shí)施例中，應(yīng)力層252是氮化硅。在另一具體實(shí)施例中，應(yīng)力層252是氮氧化硅。在其他實(shí)施例中，應(yīng)力層252是低應(yīng)力材料。在具體實(shí)施例中，應(yīng)力層252是teos。在另一具體實(shí)施例中，應(yīng)力層252是具有壓縮應(yīng)力的硅，該壓縮應(yīng)力可能例如取決于諸如磷的摻雜劑注入。在各種實(shí)施例中，應(yīng)力層252可以具有各種不同的形狀和尺寸，并且可以針對(duì)不同的實(shí)施例mems換能器被布置在不同位置處。

圖6圖示了包括襯底202、框架204、膜206、轉(zhuǎn)子梳齒208、定子梳齒210、應(yīng)力層252和應(yīng)力解耦溝槽254的附加實(shí)施例mems換能器251的俯視圖。根據(jù)各種實(shí)施例，mems換能器251可以類似于如上文參考圖2a、2b和5所述的mems換能器200或mems換能器251，但增加了應(yīng)力解耦溝槽254。共同編號(hào)的元件在上文中參考mems換能器200和mems換能器251進(jìn)行了描述，并且為了簡潔起見將不再描述。在一些實(shí)施例中，可以省略應(yīng)力層252。

根據(jù)各種實(shí)施例，在制造方法300中的步驟310期間，應(yīng)力解耦溝槽254可以與溝槽205和扭轉(zhuǎn)溝槽218在相同的蝕刻過程中被形成，如上文參考圖3、圖4a、圖4b、圖4c、圖4d、圖4e和圖4f所述。在各種實(shí)施例中，應(yīng)力解耦溝槽254將框架204、膜206和轉(zhuǎn)子梳齒208與襯底202的應(yīng)力解耦。例如，在諸如mems換能器251的mems換能器的封裝期間，襯底202可能經(jīng)受一些應(yīng)力。在這樣的實(shí)施例中，通過包括應(yīng)力解耦溝槽254，襯底202的應(yīng)力不會(huì)被傳遞到溝槽205內(nèi)部的可偏轉(zhuǎn)膜結(jié)構(gòu)。在各種實(shí)施例中，應(yīng)力解耦溝槽254的尺寸和構(gòu)造可以被修改為具有許多實(shí)施例構(gòu)造，諸如包括對(duì)襯底202的多個(gè)連接或單個(gè)更小的連接。例如，可以諸如通過使用萬向支架狀支撐來實(shí)現(xiàn)中心換能器區(qū)域（包括框架204、膜206以及通過扭轉(zhuǎn)支撐216耦合到周圍支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子梳齒208）和襯底202之間的不同連接結(jié)構(gòu)。

圖7a、7b和7c圖示了在附加實(shí)施例制造方法中的附加實(shí)施例mems換能器260的橫截面透視圖。具體地，圖7a中的mems換能器260a、圖7b中的mems換能器260b和圖7c中的mems換能器260c圖示了在制造序列的不同步驟中的mems換能器260。根據(jù)各種實(shí)施例，mems換能器260可以類似于上文參考圖2a和2b所述的mems換能器200。上文參考mems換能器200描述了共同編號(hào)的元件，并且為了簡潔起見將不再描述。在具體實(shí)施例中，使用與上文參考圖3、圖4a、圖4b、圖4c、圖4d、圖4e和圖4f所描述的mems換能器200類似的制造方法來形成mems換能器260。在這樣的實(shí)施例中，如下文所述，可以針對(duì)mems換能器260修改制造方法300。

根據(jù)各種實(shí)施例，mems傳感器260a包括腔231，腔231可以與如上文參考圖3和4a中的腔230描述的類似地形成，但是可以如圖7a中所示那樣進(jìn)一步延伸。因此，步驟305可以被修改為形成作為腔231的延伸腔。此外，支撐柱262可以形成在腔231內(nèi)部。在各種實(shí)施例中，支撐柱262可以是小的硅柱。替代地，支撐柱262可以由另一材料形成。在一些實(shí)施例中，如上文參考圖3中的制造方法300所述那樣包括腔230，并且除了腔230（未示出）之外還添加腔231。在這樣的實(shí)施例中，腔230可以通過設(shè)定腔242的底部邊緣來限定框架204的高度和結(jié)構(gòu)，而腔231獨(dú)立地限定內(nèi)部襯底203的底部邊緣。在這樣的實(shí)施例中，如上文參考圖3中的步驟305所描述的用于形成son層或類似物的兩個(gè)步驟可以被進(jìn)行以形成兩個(gè)son層或類似物。

在各種實(shí)施例中，mems換能器260可以根據(jù)制造方法300形成，但不包括步驟355的背側(cè)蝕刻。在各種這樣的實(shí)施例中，mems換能器260b包括圍繞整個(gè)換能器結(jié)構(gòu)的外部溝槽264。外部溝槽264可以在步驟310期間形成，如上文參考圖3所述。在這樣的實(shí)施例中，外部溝槽264還可以填充有溝槽填料236，如上文參考圖3中的步驟315所述。在其他實(shí)施例中，外部溝槽264可以在制造方法300期間的另一點(diǎn)處形成。在各種實(shí)施例中，外部溝槽264以及腔231使襯底202與內(nèi)部襯底203分隔。內(nèi)部襯底203包括整個(gè)換能器結(jié)構(gòu)（包括框架204、膜206、轉(zhuǎn)子梳齒208和定子梳齒210）。因此，在步驟360的釋放蝕刻（圖3）期間，可以釋放外部溝槽264，使得內(nèi)部襯底203與襯底202隔離或分離。在這樣的實(shí)施例中，支撐柱262是將內(nèi)部襯底203連接到襯底202的唯一元件。

根據(jù)各種實(shí)施例，可以進(jìn)行從襯底202去除內(nèi)部襯底203的剝離步驟。在這樣的實(shí)施例中，襯底202可以是諸如體硅晶圓的晶圓，并且可以通過剝離步驟從晶圓去除作為圖7c中所示的mems換能器260c的內(nèi)部襯底203。在這樣的實(shí)施例中，支撐柱262在剝離步驟期間可能斷裂。

在各種實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于mems換能器260c的內(nèi)部襯底203的芯片高度hc可能較小。在具體實(shí)施例中，芯片高度hc小于或等于500μm。在一些具體實(shí)施例中，芯片高度hc小于或等于300μm。在其他具體實(shí)施例中，芯片高度hc小于或等于200μm。在又更具體的實(shí)施例中，芯片高度hc小于或等于100μm。在一些實(shí)施例中，可能有利的是，諸如通過使用針對(duì)mems換能器260的實(shí)施例剝離步驟來產(chǎn)生具有小芯片高度的實(shí)施例mems換能器，以便減少最終封裝和產(chǎn)品厚度。例如，在諸如例如移動(dòng)電話，平板計(jì)算機(jī)或膝上型計(jì)算機(jī)之類的移動(dòng)計(jì)算裝置中，產(chǎn)生薄的計(jì)算裝置可能是合乎期望的。此外，在某一實(shí)施例中，可能有利的是，在不進(jìn)行背側(cè)蝕刻步驟的情況下產(chǎn)生實(shí)施例mems換能器。例如，mems換能器260可以在實(shí)施例制造方法中使用剝離步驟而不使用用于在膜206下方形成腔212的背側(cè)蝕刻來形成。

圖8圖示了實(shí)施例mems換能器的另一實(shí)施例制造方法400的流程圖。根據(jù)各種實(shí)施例，制造方法400包括步驟405、410和415。在這樣的實(shí)施例中，步驟405包括在單晶硅層中形成換能器框架。形成換能器框架可以包括形成鄰近腔的支撐部分和形成從支撐部分延伸的第一梳齒集合。在這種實(shí)施例中，換能器框架可被稱為轉(zhuǎn)子的一部分，并且第一梳齒集合可以被稱為轉(zhuǎn)子梳齒。

在步驟405之后，步驟410包括形成從錨定裝置到支撐部分的彈性支撐。例如，彈性支撐可以包括扭轉(zhuǎn)彈性結(jié)構(gòu)。彈性支撐可以被耦合到支撐部分的與第一梳齒集合相同的邊緣或不同邊緣。在這種實(shí)施例中，支撐部分可以具有兩個(gè)或更多個(gè)邊緣。在具體實(shí)施例中，支撐部分是具有四個(gè)邊緣的矩形。

根據(jù)各種實(shí)施例，步驟410包括在單晶硅層中形成第二梳齒集合。在這樣的實(shí)施例中，第二梳齒集合與第一梳齒集合交錯(cuò)對(duì)插。在替代實(shí)施例中，單晶硅層可以包括替代材料，諸如例如鍺。在具體實(shí)施例中，單晶硅層是son層。根據(jù)各種實(shí)施例，制造方法400可以被修改為包括許多附加的處理步驟，或者可以根據(jù)上文參考其他附圖描述的任何實(shí)施例被重新排列。

根據(jù)實(shí)施例，形成mems換能器的方法包括在單晶硅層中形成換能器框架，其中形成換能器框架包括形成鄰近腔的支撐部分并形成從支撐部分延伸的第一梳齒集合。形成mems換能器的方法還包括從錨定裝置到支撐部分形成彈性支撐，以及在單晶硅層中形成第二梳齒集合。第二梳齒集合與第一梳齒集合交錯(cuò)對(duì)插。其他實(shí)施例包括對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)和設(shè)備，每一個(gè)被配置為進(jìn)行各種實(shí)施例方法。

在各種實(shí)施例中，所述第一梳齒集合和所述第二梳齒集合被形成為在所述第一梳齒集合的每個(gè)梳齒和所述第二梳齒集合的每個(gè)對(duì)應(yīng)的鄰近梳齒之間具有在100nm和300nm之間的齒間間隔距離。在一些實(shí)施例中，所述第一梳齒集合和所述第二梳齒集合被形成為具有等于或超過1:50的梳齒縱橫比，其中所述梳齒縱橫比是在第一梳齒集合的每個(gè)梳齒和所述第二梳齒集合的每個(gè)對(duì)應(yīng)鄰近梳齒之間的齒間間隔距離與所述第一梳齒集合和所述第二梳齒集合的層厚度的比率。

在各種實(shí)施例中，形成所述換能器框架進(jìn)一步包括在所述支撐部分上并覆蓋所述腔形成膜層。在一些實(shí)施例中，形成mems換能器的方法進(jìn)一步包括形成應(yīng)力層，所述應(yīng)力層被機(jī)械地耦合到所述彈性支撐并且被配置為使所述換能器框架靜止偏轉(zhuǎn)。形成所述彈性支撐可以包括對(duì)在所述錨定裝置和所述支撐部分之間的扭轉(zhuǎn)彈性支撐進(jìn)行圖案化。

在各種實(shí)施例中，形成mems換能器的方法還包括形成具有小于或等于300μm的芯片厚度的mems換能器。在一些實(shí)施例中，形成mems換能器的方法進(jìn)一步包括形成從所述錨定裝置延伸并且圍繞所述換能器框架、所述彈性支撐和所述第二梳齒集合的應(yīng)力解耦間隙，其中，所述應(yīng)力解耦間隙被配置為減少從所述mems換能器的襯底到所述換能器框架、所述彈性支撐和所述第二梳齒集合的層應(yīng)力傳遞。

根據(jù)實(shí)施例，形成mems換能器的方法包括：在單晶硅襯底中形成空洞層上硅結(jié)構(gòu)；穿過所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)蝕刻高縱橫比溝槽；在所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)上形成膜；在空洞層上硅結(jié)構(gòu)中鄰近所述高縱橫比溝槽并且在所述膜下方形成腔；以及通過去除所述單晶硅襯底的背側(cè)部分來暴露所述腔。其他實(shí)施例包括對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)和設(shè)備，每一個(gè)被配置為進(jìn)行各種實(shí)施例方法。

在各種實(shí)施例中，蝕刻高縱橫比溝槽包括蝕刻具有等于或超過1:50的縱橫比的溝槽。在一些實(shí)施例中，通過去除所述單晶硅襯底的背側(cè)部分來暴露所述腔包括：進(jìn)行穿過所述單晶硅襯底的背側(cè)蝕刻。在其他實(shí)施例中，通過去除所述單晶硅襯底的背側(cè)部分來暴露所述腔包括：圍繞所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)蝕刻溝槽；以及進(jìn)行剝離步驟以從所述單晶硅襯底去除所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)。在一些這樣的實(shí)施例中，在進(jìn)行所述剝離步驟之后，所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)具有小于或等于300μm的層厚度。

在各種實(shí)施例中，在所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)上形成膜包括：形成框架以及在所述框架上形成所述膜，并且在所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)中形成所述腔包括：在所述框架中形成所述腔，使得所述框架圍繞所述腔。在一些實(shí)施例中，形成mems換能器的方法進(jìn)一步包括：在所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)中形成扭轉(zhuǎn)彈簧，其中，所述扭轉(zhuǎn)彈簧被耦合到所述框架并且支撐所述框架。形成mems換能器的方法還可以包括：形成機(jī)械地耦合到所述扭轉(zhuǎn)彈簧的應(yīng)力層。在其他實(shí)施例中，形成mems換能器的方法進(jìn)一步包括：形成應(yīng)力解耦間隙，該應(yīng)力解耦間隙從耦合到所述扭轉(zhuǎn)彈簧的錨定裝置延伸并且圍繞所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)，其中，所述應(yīng)力解耦間隙被配置為減少從所述單晶硅襯底到所述空洞層上硅結(jié)構(gòu)的層應(yīng)力傳遞。

根據(jù)實(shí)施例，一種形成mems裝置的方法包括：在半導(dǎo)體襯底中蝕刻多個(gè)溝槽；使所述多個(gè)溝槽回流以從所述多個(gè)溝槽的頂部形成空洞層上襯底結(jié)構(gòu)并且從所述多個(gè)溝槽的底部在所述半導(dǎo)體襯底中形成空的空間；在所述空的空間中形成刻蝕停止內(nèi)襯；在所述空洞層上襯底結(jié)構(gòu)中形成多個(gè)梳齒；在所述空洞層上襯底結(jié)構(gòu)上形成膜；在空洞層上襯底結(jié)構(gòu)中在所述膜下方形成腔；從所述半導(dǎo)體襯底的底表面到所述空的空間去除所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)部分；以及釋放所述膜和所述多個(gè)梳齒的第一部分以偏轉(zhuǎn)?？斩磳由弦r底結(jié)構(gòu)中的腔從半導(dǎo)體襯底的頂表面延伸到刻蝕停止內(nèi)襯。其他實(shí)施例包括對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)和設(shè)備，每一個(gè)被配置為進(jìn)行各種實(shí)施例方法。

在各種實(shí)施例中，所述多個(gè)梳齒被形成為具有等于或超過1:50的梳齒縱橫比，其中所述梳齒縱橫比是所述多個(gè)梳齒的鄰近梳齒之間的齒間間隔距離與所述多個(gè)梳齒的層厚度的比率。在一些實(shí)施例中，形成mems裝置的方法還包括形成支撐彈簧，其中在所述空洞層上襯底結(jié)構(gòu)上形成所述膜包括：形成耦合到所述支撐彈簧的框架以及在所述框架上形成膜，并且在所述空洞層上襯底結(jié)構(gòu)中形成所述腔包括：在所述框架中形成腔，使得所述框架圍繞所述腔。在一些這樣的實(shí)施例中，形成mems裝置的方法還包括形成機(jī)械地耦合到所述支撐彈簧的應(yīng)力層。形成mems裝置的方法還可以包括：形成應(yīng)力解耦間隙，所述應(yīng)力解耦間隙從耦合到所述支撐彈簧的錨定裝置延伸并且圍繞所述空洞層上襯底結(jié)構(gòu)，其中，所述應(yīng)力解耦間隙被配置為減少從所述半導(dǎo)體襯底到所述空洞層上襯底結(jié)構(gòu)的層應(yīng)力傳遞。

在各種實(shí)施例中，從所述半導(dǎo)體襯底的底表面到所述空的空間去除所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)部分包括穿過所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行背側(cè)蝕刻。在其他實(shí)施例中，從所述半導(dǎo)體襯底的底表面到所述空的空間去除所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)部分包括：圍繞所述空洞層上襯底結(jié)構(gòu)蝕刻溝槽，以及進(jìn)行剝離步驟以從所述半導(dǎo)體襯底去除所述空洞層上襯底結(jié)構(gòu)。

根據(jù)實(shí)施例，mems換能器包括在單晶硅層中形成的換能器框架，其中換能器框架包括圍繞腔的支撐部分以及從支撐部分延伸的第一梳齒集合。mems換能器還包括從錨定裝置耦合到所述支撐部分的彈性支撐以及形成在所述單晶硅層中的第二梳齒集合，其中第二梳齒集合與所述第一梳齒集合交錯(cuò)對(duì)插。其他實(shí)施例包括對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)和設(shè)備，每一個(gè)被配置為進(jìn)行各種實(shí)施例方法。

在各種實(shí)施例中，第一梳齒集合的每個(gè)梳齒與第二梳齒集合的每個(gè)對(duì)應(yīng)鄰近梳齒之間的齒間間隔距離在100nm和300nm之間。在一些實(shí)施例中，梳齒縱橫比等于或超過1:50，其中所述梳齒縱橫比是第一梳齒集合的每個(gè)梳齒和第二梳齒集合的每個(gè)對(duì)應(yīng)鄰近梳齒之間的齒間間隔距離與所述第一梳齒集合和所述第二梳齒集合的層厚度的比率。

在各種實(shí)施例中，換能器框架還包括在支撐部分上并覆蓋腔的膜層。在一些實(shí)施例中，mems換能器還包括應(yīng)力層，所述應(yīng)力層機(jī)械地耦合到所述彈性支撐并且被配置成使所述換能器框架靜止偏轉(zhuǎn)。彈性支撐可以包括扭轉(zhuǎn)彈性結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，所述mems換能器具有小于或等于300μm的芯片厚度。在一些其他實(shí)施例中，mems換能器還包括應(yīng)力解耦間隙，應(yīng)力解耦間隙從所述錨定裝置延伸并且圍繞所述換能器框架、所述彈性支撐和所述第二梳齒集合，其中，所述應(yīng)力解耦間隙被配置為減少從所述mems換能器的襯底到所述換能器框架、所述彈性支撐和所述第二梳齒集合的層應(yīng)力傳遞。

本文描述的一些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)可以包括具有由低噪聲下限和高靈敏度導(dǎo)致的大snr的mems換能器。例如，與穿孔背板和膜結(jié)構(gòu)相比，使用實(shí)施例梳狀驅(qū)動(dòng)的實(shí)施例mems聲學(xué)換能器可以具有降低的聲學(xué)噪聲。這種實(shí)施例mems聲學(xué)換能器還可以具有由如本文所述的減小的齒間間隔距離而導(dǎo)致的穿過對(duì)應(yīng)梳狀驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的減少的通氣路徑。其他優(yōu)點(diǎn)可以包括具有用于薄產(chǎn)品封裝的小芯片高度的實(shí)施例mems換能器。

雖然已經(jīng)參考說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本描述并不意圖以限制意義被解釋。通過參考說明書，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，說明性實(shí)施例以及本發(fā)明的其他實(shí)施例的各種修改和組合將是顯而易見的。因此，意圖是所附權(quán)利要求包含任何這樣的修改或?qū)嵤├?/p>