[发明专利]微机电系统及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及一种微机电系统（MEMS），该微机电系统包括膜（membrane）结构和背板结构。本发明的一些实施方式涉及用于制造微机电系统的方法。

背景技术

在转换器（transducer）的技术领域中微型化是主要研究兴趣中之一。与此同时，转换器的典型性能数字（诸如信噪比或者动态范围）应该保持在合理水平。已经将微机电系统（MEMS）设定为目标用于这些应用，因为它们潜在地尺寸很小，在几十微米的级别上，并且因为它们与半导体类的处理具有兼容性。这导致潜在的高容量制造。可以利用MEMS制造过程实现的装置为例如压力传感器、超声波转换器、扬声器和麦克风等。通常，这些装置包括一个或多个膜，具有用于读出/驱动沉积在膜和/或基板上的电极。在静电MEMS压力传感器和麦克风的情形中，通常通过测量电极之间的电容来实现读出。在转换器用作致动器（诸如扬声器）的情形中，通过施加横跨电势差来驱动装置。

通常地，MEMS转换器的膜利用例如氧化硅SiO2的牺牲层制造。在使用中，因为在制造过程期间在（部分地）移除牺牲层之前形成在牺牲层上的结构（因此留下所形成的结构），所以膜移动的幅度通常地由牺牲层的厚度大致地限制。

发明内容

本发明的实施方式提供一种微机电系统，该微机电系统包括膜结构和背板结构。背板结构包括背板材料以及机械地连接到背板材料的至少一个预张紧元件。所述至少一个预张紧元件在背板材料上形成机械张力以便使背板结构沿着远离膜结构的方向弯曲偏转。

本发明的其它实施方式提供一种微机电系统，该微机电系统包括支撑结构、膜结构和背板结构。膜结构在膜结构连接位置处机械地连接到支撑结构。背板结构在背板结构连接位置处也机械地连接到支撑结构。背板结构连接位置与膜结构连接位置隔开。背板结构包括背板材料和机械地连接到背板材料的至少一个预张紧元件。所述至少一个预张紧元件构造为展开背板结构，使得背板结构与膜之间的距离在背板结构之上变化，并且最小距离在背板结构连接位置处。

本发明的实施方式提供了一种用于制造微电子机械系统的方法。该方法包括：形成用于膜结构的层、形成牺牲层、沉积背板材料的层、形成至少一个预张紧元件、以及蚀刻牺牲层。牺牲层形成在用于膜结构的层上。背板材料的层沉积在牺牲层的表面上。所述至少一个预张紧元件形成在背板材料的表面上。作为可替换实施例，所述至少一个预张紧元件嵌入在背板材料中。通过蚀刻牺牲层释放背板材料的层以及所述至少一个预张紧元件。由于由预张紧元件在背板材料上施加的机械张力，使得背板材料的层和所述至少一个预张紧元件沿着远离膜结构的方向弯曲。

本发明的其它实施方式提供了一种用于制造微机电系统的方法。该方法包括：在基层的表面上形成至少一个预张紧元件。沉积背板材料的层。沉积牺牲层和限定膜结构的层。然后蚀刻牺牲层。所述背板材料的层沉积在基层的表面以及所述至少一个预张紧元件上。牺牲层沉积在背板材料的层的表面上。限定膜结构的层沉积在牺牲层的表面上。通过蚀刻牺牲层以及基层的至少一部分，背板材料的层和所述至少一个预张紧元件被释放，这使得由于由所述至少一个预张紧元件施加在背板材料上的机械张力而使背板材料的层以及所述至少一个预张紧元件沿着远离膜结构的方向弯曲。

附图说明

本文参照附图描述了本发明的实施方式。

图1a和图1b示出了可以在两层结构处观察到的弯曲偏转的基本原理；

图2a和图2b示出了呈现压应力的层与呈现张应力的两件材料之间的相互作用；

图3示出了通过根据本文公开的教导的第一实施方式的微机电系统的横截面；

图4示出了通过根据本文公开的教导的第二实施方式的微机电系统的横截面；

图5示出了通过背板结构的构造性细节的横截面，该背板结构已被用于计算地仿真背板结构的偏转；

图6示出了利用图5的构造细节的仿真的结果，特别地示出了作为多个褶皱的函数的背板结构的中心偏转；

图7示出了使用图5中示出的构造细节的另一个仿真结果，特别地示出了作为背板结构上的位置的函数的背板结构的偏转；

图8A-图8F（共同作为图8）示出了在根据本文公开的教导的实施方式的制造过程期间，多个中间状态的微机电系统的细节的横截面视图；

图9示出了根据本文公开的教导的实施方式的微机电系统的横截面的细节；

图10示出了在根据本文公开的教导的制造过程的中间状态期间，根据本文公开的教导的实施方式的微机电系统的立体图和局部横截面视图；