[發明專利]具有懸置隔膜的壓電MEMS設備及其制造過程

在審

• 申請號: 201811280031.1
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109721022A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: D·帕奇;M·費雷拉;A·皮科
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81B3/00;B81C1/00;H01L41/09
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

本申請的各實施例涉及具有懸置隔膜的壓電MEMS設備及其制造過程。一種MEMS設備，包括：主體，具有第一表面和第二表面；隔膜腔體，在主體內并且從主體的第二表面延伸；可變形部分，在主體內并且在第一表面和隔膜腔體之間；和壓電致動器，在主體在第一表面上延伸并且在可變形部分之上。MEMS設備的特征在于其包括凹槽結構，該凹槽結構在主體內延伸并且為可變形部分界定止動器部分。

技術領域

本公開涉及具有懸置隔膜的壓電MEMS設備，并且涉及其制造過程。

背景技術

如所知，致動器是將一種類型的物理量轉換為不同類型的另一物理量的設備，并且由轉換導出的量通常涉及某種形式的移動或機械作用。

最近，已經提出具有微米和納米尺寸的致動器，也分別被稱為微致動器和納致動器，其可以利用半導體技術獲得，因此成本非常有限，并且屬于所謂的MEMS(微機電系統)類型。它們可用于廣泛范圍的設備中，特別是在移動設備和便攜式設備中。

微致動器的示例是閥門、開關、泵、線性和旋轉微電機、線性定位設備、揚聲器、光學設備和PMUT(壓電式微機械超聲換能器)。

已知的微致動器基本上根據四個物理原理進行工作：

靜電原理，由此利用以相反的方式充電的導體之間的吸引力；

熱原理，由此利用由熱膨脹或收縮引起的位移；

壓電原理，由此利用由電場誘導的應變和應力引起的位移；以及

磁原理，由此利用由呈現磁特性的不同元件(諸如，永磁體、外部磁場、可磁化材料和電流導體)之間的相互作用引起的位移。

每種技術在功耗、移動的快速性、施加的力、移動幅度、移動輪廓、制造簡易性、應用的電信號的幅度、穩健性和靈敏度方面都具有優點和限制，這有利于其在某些應用中的使用，而不是其它應用中，從而確定使用領域。

在下文中，考慮了通過MEMS技術獲得的致動器設備，其根據壓電原理進行操作，并且特別地能夠利用TFP(薄膜壓電)MEMS技術。

TFP MEMS技術當前使用單態致動模式，其中通常由布置在彼此的頂部上的至少兩層形成的結構(例如，隔膜、橫梁或懸臂)由于應用的應力的變化而彎曲。在該情況中，在其中一層(被稱為主動層)中存在應變的受控改變，這導致在其它一層或多層(也被稱為不主動的或被動的一層或多層)中的被動應變，并帶有結構的隨之發生的偏斜。

該技術有利地用于在應用中彎曲隔膜、橫梁或懸臂，其中需要垂直移動(即，在正交于結構層的平面的方向上)，諸如，在液體噴射打印頭、自聚焦系統、微型泵、微型開關、揚聲器和PMUT中。

例如，圖1A和圖1B示出懸臂橫梁1，其在第一端部2處受約束并且在第二端部3處自由彎曲。這里，橫梁1由堆疊層形成，該堆疊層包括例如半導體材料(例如，硅)的支撐層4、例如氧化硅(SiO₂)的絕緣層5、金屬(例如，鉑)的第一電極層6、例如PZT(Pb、Zr、TiO₂)的壓電材料層7、金屬(例如，鉑、釕、氧化銥或鈦鎢合金)的第二電極層8以及例如氧化硅的鈍化層。

在如圖1B所示的反相偏置存在的情況下，應用的電場在橫梁1中引起應變，該應變導致自由端部3向上偏斜。