專利名稱：微機(jī)電系統(tǒng)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),該微機(jī)電系統(tǒng)包括膜(membrane)結(jié)構(gòu)和背板結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一些實(shí)施方式涉及用于制造微機(jī)電系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
在轉(zhuǎn)換器(transducer)的技術(shù)領(lǐng)域中微型化是主要研究興趣中之一。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)換器的典型性能數(shù)字(諸如信噪比或者動(dòng)態(tài)范圍)應(yīng)該保持在合理水平。已經(jīng)將微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)定為目標(biāo)用于這些應(yīng)用，因?yàn)樗鼈儩撛诘爻叽绾苄?，在幾十微米的?jí)別上，并且因?yàn)樗鼈兣c半導(dǎo)體類的處理具有兼容性。這導(dǎo)致潛在的高容量制造?？梢岳肕EMS制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)的裝置為例如壓力傳感器、超聲波轉(zhuǎn)換器、揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)等。通常，這些裝置包括一個(gè)或多個(gè)膜，具有用于讀出/驅(qū)動(dòng)沉積在膜和/或基板上的電極。在靜電MEMS壓力傳感器和麥克風(fēng)的情形中，通常通過(guò)測(cè)量電極之間的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)讀出。在轉(zhuǎn)換器用作致動(dòng)器(諸如揚(yáng)聲器)的情形中，通過(guò)施加橫跨電勢(shì)差來(lái)驅(qū)動(dòng)裝置。通常地，MEMS轉(zhuǎn)換器的膜利用例如氧化硅Si02的犧牲層制造。在使用中，因?yàn)樵谥圃爝^(guò)程期間在(部分地)移除犧牲層之前形成在犧牲層上的結(jié)構(gòu)(因此留下所形成的結(jié)構(gòu))，所以膜移動(dòng)的幅度通常地由犧牲層的厚度大致地限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種微機(jī)電系統(tǒng)，該微機(jī)電系統(tǒng)包括膜結(jié)構(gòu)和背板結(jié)構(gòu)。背板結(jié)構(gòu)包括背板材料以及機(jī)械地連接到背板材料的至少一個(gè)預(yù)張緊元件。所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件在背板材料上形成機(jī)械張力以便使背板結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明的其它實(shí)施方式提供一種微機(jī)電系統(tǒng)，該微機(jī)電系統(tǒng)包括支撐結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)和背板結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)在膜結(jié)構(gòu)連接位置處機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。背板結(jié)構(gòu)在背板結(jié)構(gòu)連接位置處也機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。背板結(jié)構(gòu)連接位置與膜結(jié)構(gòu)連接位置隔開(kāi)。背板結(jié)構(gòu)包括背板材料和機(jī)械地連接到背板材料的至少一個(gè)預(yù)張緊元件。所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件構(gòu)造為展開(kāi)背板結(jié)構(gòu)，使得背板結(jié)構(gòu)與膜之間的距離在背板結(jié)構(gòu)之上變化，并且最小距離在背板結(jié)構(gòu)連接位置處。本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種用于制造微電子機(jī)械系統(tǒng)的方法。該方法包括:形成用于膜結(jié)構(gòu)的層、形成犧牲層、沉積背板材料的層、形成至少一個(gè)預(yù)張緊元件、以及蝕刻犧牲層。犧牲層形成在用于膜結(jié)構(gòu)的層上。背板材料的層沉積在犧牲層的表面上。所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件形成在背板材料的表面上。作為可替換實(shí)施例，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件嵌入在背板材料中。通過(guò)蝕刻犧牲層釋放背板材料的層以及所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件。由于由預(yù)張緊元件在背板材料上施加的機(jī)械張力，使得背板材料的層和所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件沿著遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲。本發(fā)明的其它實(shí)施方式提供了一種用于制造微機(jī)電系統(tǒng)的方法。該方法包括:在基層的表面上形成至少一個(gè)預(yù)張緊元件。沉積背板材料的層。沉積犧牲層和限定膜結(jié)構(gòu)的層。然后蝕刻犧牲層。所述背板材料的層沉積在基層的表面以及所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件上。犧牲層沉積在背板材料的層的表面上。限定膜結(jié)構(gòu)的層沉積在犧牲層的表面上。通過(guò)蝕刻犧牲層以及基層的至少一部分，背板材料的層和所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件被釋放，這使得由于由所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件施加在背板材料上的機(jī)械張力而使背板材料的層以及所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件沿著遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲。


本文參照附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1a和圖1b示出了可以在兩層結(jié)構(gòu)處觀察到的彎曲偏轉(zhuǎn)的基本原理；圖2a和圖2b示出了呈現(xiàn)壓應(yīng)力的層與呈現(xiàn)張應(yīng)力的兩件材料之間的相互作用；圖3不出了通過(guò)根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的第一實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的橫截面；圖4示出了通過(guò)根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的第二實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的橫截面；圖5示出了通過(guò)背板結(jié)構(gòu)的構(gòu)造性細(xì)節(jié)的橫截面，該背板結(jié)構(gòu)已被用于計(jì)算地仿真背板結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)；圖6示出了利用圖5的構(gòu)造細(xì)節(jié)的仿真的結(jié)果，特別地示出了作為多個(gè)褶皺的函數(shù)的背板結(jié)構(gòu)的中心偏轉(zhuǎn)；圖7示出了使用圖5中示出的構(gòu)造細(xì)節(jié)的另一個(gè)仿真結(jié)果，特別地示出了作為背板結(jié)構(gòu)上的位置的函數(shù)的背板結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)；圖8A-圖8F (共同作為圖8)示出了在根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的實(shí)施方式的制造過(guò)程期間，多個(gè)中間狀態(tài)的微機(jī)電系統(tǒng)的細(xì)節(jié)的橫截面視圖；圖9示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的橫截面的細(xì)節(jié)；圖10示出了在根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的制造過(guò)程的中間狀態(tài)期間，根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的立體圖和局部橫截面視圖；圖1lA至圖1lK示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的制造過(guò)程的多個(gè)中間狀態(tài)的橫截面視圖；圖12示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的實(shí)施方式的背板結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)；圖13示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的實(shí)施方式的背板結(jié)構(gòu)的另一個(gè)結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)的橫截面；圖14示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的實(shí)施方式的背板結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖15示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的另一個(gè)實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的俯視圖；圖16示出了通過(guò)圖15中示出的微機(jī)電系統(tǒng)的橫截面；圖17示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的另一個(gè)實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的俯視圖；圖18示意性示出了通過(guò)圖17中示出的微機(jī)電系統(tǒng)的橫截面；圖19示出了圖17和圖18中示出的微機(jī)電系統(tǒng)的膜結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖20示出了利用多個(gè)預(yù)張緊元件和多個(gè)鉸接元件呈現(xiàn)彎曲偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)的一般原理；圖21示出了圖20中示出的結(jié)構(gòu)的變型；以及圖22示出了圖20中示出的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)變型。在下面的描述中，具有相同或等同功能性的相同或等同的元件以相同的附圖標(biāo)記或類似的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，闡述了多個(gè)細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的更透徹的說(shuō)明。然而，對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明的實(shí)施方式可以在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其它情況中，以示意性橫截面視圖或俯視圖中而以細(xì)節(jié)的形式示出了公知的結(jié)構(gòu)和裝置，以避免對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式造成不清楚。此外，除非特別地另有指明，下文描述的不同實(shí)施方式的特征可以與其它特征和其它實(shí)施方式組合。本文公開(kāi)的教導(dǎo)的可能應(yīng)用是用于傳感器(例如麥克風(fēng))以及用于致動(dòng)器(例如微型揚(yáng)聲器)。特別地，本文公開(kāi)的教導(dǎo)可以以接觸模式(膜機(jī)械地接觸背板以及在推-挽(推-拉，push-pull)模式中的低吸合(pull-1n)電壓)與數(shù)字揚(yáng)聲器操作相關(guān)聯(lián)地應(yīng)用。因此，麥克風(fēng)或者揚(yáng)聲器可以包括微機(jī)電系統(tǒng)，該微機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)而包括以下元件:膜結(jié)構(gòu)和背板結(jié)構(gòu)。背板結(jié)構(gòu)包括背板材料以及機(jī)械地連接到背板材料的至少一個(gè)預(yù)張緊元件。該至少一個(gè)預(yù)張緊元件構(gòu)造成使得在背板材料上產(chǎn)生機(jī)械張力以便背板結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲偏轉(zhuǎn)。背板結(jié)構(gòu)可以用作麥克風(fēng)或者揚(yáng)聲器的定子。膜結(jié)構(gòu)可以用作麥克風(fēng)或者揚(yáng)聲器的隔膜。用于將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或者將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)的轉(zhuǎn)換器可以利用微機(jī)電系統(tǒng)實(shí)施。揚(yáng)聲器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。麥克風(fēng)是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。為了滿意地實(shí)現(xiàn)該目的，揚(yáng)聲器需要提供大體積位移以產(chǎn)生足夠的聲壓水平。至于麥克風(fēng)，麥克風(fēng)通常需要位于膜與背板之間的大空氣間隙，以便提供高動(dòng)態(tài)范圍和/或高信噪比(SNR)。揚(yáng)聲器通常通過(guò)諸如空氣的流體的位移產(chǎn)生體積流動(dòng)。在多種揚(yáng)聲器類型中，通過(guò)相對(duì)于聲音傳播方向的平行移動(dòng)獲得所述位移。在宏觀和微觀實(shí)施中，對(duì)于許多類型的動(dòng)態(tài)、壓電、鐵電或靜電揚(yáng)聲器來(lái)說(shuō)，這是適用的。因此，需要大位移，但這特別是在微觀等級(jí)的實(shí)施中是困難的。具有較寬的膜的運(yùn)行范圍的麥克風(fēng)通常具有由較厚的犧牲層(例如幾微米的氧化硅)產(chǎn)生的相對(duì)較大的空氣間隙。厚層的設(shè)置增加了成本，并且特別地由于機(jī)械應(yīng)力(晶片彎曲)具有限制，并且由于應(yīng)力而具有破裂的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)仍可受到由于膜(氣球類型)抵靠平坦背板的非平行移動(dòng)而造成的非線性感應(yīng)。相反，通常期望的是膜相對(duì)于背板的活塞式的平行移動(dòng)。本文公開(kāi)的教導(dǎo)揭示了寬的空氣間隙如何可以通過(guò)較薄的犧牲層形成。這種構(gòu)造可以用于寬范圍MEMS致動(dòng)器或傳感器中，其中術(shù)語(yǔ)“寬范圍”表示驅(qū)動(dòng)范圍。驅(qū)動(dòng)范圍與膜的可能的位移和/或與轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)應(yīng)。為了形成寬空氣間隙的目的，可以以雙壓電晶片層結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)合背板。基層(或主層)具有低的張應(yīng)力，并且具有高的張應(yīng)力的彎曲層覆蓋基層的選定部分、或者在選定位置處嵌入到基層中。在已執(zhí)行釋放蝕刻之后，復(fù)合背板將沿著由彎曲層存在的位置控制的方向彎曲，與基層和彎曲層中的張應(yīng)力/壓應(yīng)力、和/或其它參數(shù)相關(guān)。通過(guò)構(gòu)造彎曲層，使得其施加在基層的選定位置處，能夠以相對(duì)精確的方式控制背板的彎曲。因此，可以預(yù)先確定在所述釋放蝕刻之后以及在完成彎曲過(guò)程之后的背板的最終形狀。根據(jù)背板的設(shè)計(jì)，背板可以具有幾微米的中心背板偏轉(zhuǎn)或者位移，該中心背板偏轉(zhuǎn)或者位移遠(yuǎn)大于通常的犧牲層厚度。例如，當(dāng)在背板結(jié)構(gòu)內(nèi)使用具有43MPa張應(yīng)力的330nm厚的多晶硅基層以及具有IGPa的張應(yīng)力的280nm厚的硅硝酸鹽彎曲層，具有Imm的直徑和600nm高的15個(gè)同心波紋(concentric corrugation)的背板具有20 μ m的中心彎曲。背板的中心彎曲與犧牲層的厚度之間的比率可以大到5、10、15、20、25、或者甚至30。根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)，使用雙壓電晶片結(jié)構(gòu)(雙層結(jié)構(gòu))或者多層結(jié)構(gòu)來(lái)形成用于致動(dòng)器或者傳感器元件的允許特別高的驅(qū)動(dòng)范圍的翹曲(buckling)背板結(jié)構(gòu)。該雙層結(jié)構(gòu)可以布置在彎曲表面上或者其自身形成彎曲表面。本文公開(kāi)的教導(dǎo)的一個(gè)可能的應(yīng)用是用在寬范圍MEMS致動(dòng)器或者傳感器內(nèi)。圖1a和圖1b示出了獲得雙層結(jié)構(gòu)6的彎曲偏轉(zhuǎn)的基本概念。雙層結(jié)構(gòu)6布置在犧牲層32的剩余部分的表面上，犧牲層進(jìn)而布置在基板10的表面上。因此，該雙層結(jié)構(gòu)6經(jīng)由犧牲層32以間接的方式機(jī)械地連接到基板10。腔體22形成在基板10和犧牲層32中，使得該雙層結(jié)構(gòu)6包括懸置部分。圖1a和圖1b中示出的雙層結(jié)構(gòu)6形成懸臂布置，該懸臂布置的左端基本上被夾持于犧牲層32。在圖1a示出了當(dāng)其右端相對(duì)于基板10固定時(shí)的雙層結(jié)構(gòu)6，使得該雙層結(jié)構(gòu)6具有大致平直的或平面形狀。該雙層結(jié)構(gòu)6包括第一層64和第二層62。第一層64包含第一材料，并且第二層62包含第二材料。第一材料和第二材料呈現(xiàn)了不同的張應(yīng)力，使得第二層區(qū)域趨向于減小其空間延伸，即其趨于收縮以便達(dá)到較小的能量級(jí)別。另一個(gè)方面，第一層64呈現(xiàn)了比第二層62更小的張應(yīng)力。由于第二層62布置在第一層64的上表面上,第二層62在第一層64的上表面上施加力，該力通過(guò)在圖1a中的兩個(gè)相反的箭頭指示。在可替換構(gòu)造中，該雙層可以呈現(xiàn)不同的壓應(yīng)力，或者一個(gè)層可以呈現(xiàn)張應(yīng)力并且另一層呈現(xiàn)壓應(yīng)力。然后這些可替換構(gòu)造可能導(dǎo)致雙壓電晶片結(jié)構(gòu)沿著相反方向的彎曲和/或具有不同的彎曲量。圖1b示出了一種情形，其中雙層結(jié)構(gòu)6的右端已經(jīng)被釋放。由于通過(guò)第二層62在第一層64的上表面上施加的作用力，該雙層結(jié)構(gòu)6彎曲，使得第一層64的上表面(B卩，第一層64與第二層62之間的界面)可以減小其長(zhǎng)度。當(dāng)在雙層結(jié)構(gòu)6內(nèi)作用的多個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，便獲得了該雙層結(jié)構(gòu)6的最終彎曲狀態(tài)。例如第一層64的下表面相對(duì)于圖1a中示出的狀態(tài)被伸長(zhǎng)。這形成了與在第二層62內(nèi)作用的收縮力相反的作用力。本文公開(kāi)的教導(dǎo)利用了雙壓電晶片結(jié)構(gòu)趨于彎曲的事實(shí)?？梢詰?yīng)用多種結(jié)構(gòu)來(lái)形成翹曲背板。根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的一些實(shí)施方式，即使僅使用一個(gè)較薄的犧牲層或者多個(gè)較薄的犧牲層時(shí)，也可出現(xiàn)背板的大中心偏轉(zhuǎn)。圖2a不出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的一些實(shí)施方式的背板結(jié)構(gòu)的橫截面。背板結(jié)構(gòu)16包括背板材料164以及機(jī)械地連接到背板材料164的兩個(gè)預(yù)張緊元件162。預(yù)張緊元件162由具有比背板材料164更高的張應(yīng)力的材料制成、或者包括具有比背板材料164更高的張應(yīng)力的材料。在圖2a中示出的構(gòu)造中，背板材料164具有大致平面的形狀，即，背板材料164可以視為背板材料層。背板材料164在左端或者在右端處固定或者機(jī)械地連接到基板10。在基板10內(nèi)的腔體22的區(qū)域中，背板結(jié)構(gòu)16包括懸置部分，該懸置部分由背板結(jié)構(gòu)16的左端和右端支撐，其中背板結(jié)構(gòu)在所述左端和所述右端機(jī)械地連接到基板10。預(yù)張緊元件162中的第一個(gè)在背板結(jié)構(gòu)16的左端與背板結(jié)構(gòu)16的中心之間布置在背板材料164的上表面上。第一預(yù)張緊兀件162不是沿著橫向方向一直延伸到基板10,而是在基板10與第一預(yù)張緊元件162之間設(shè)有小的間隙。第一預(yù)張緊元件162不是一直延伸到橫向地位于第一預(yù)張緊元件162的右側(cè)的背板結(jié)構(gòu)16的中心。而是，較大的距離將第一預(yù)張緊元件162與背板結(jié)構(gòu)16的中心隔開(kāi)。第二預(yù)張緊元件162相對(duì)于第一預(yù)張緊元件以大致對(duì)稱的方式布置。因此，第二預(yù)張緊元件162靠近背板結(jié)構(gòu)16的右端。應(yīng)注意的是，在圖2a中示出的兩個(gè)預(yù)張緊元件162可以實(shí)際上是具有諸如環(huán)形、正方形、長(zhǎng)方形、橢圓形的閉合形狀或者諸如U形的開(kāi)口形狀的單個(gè)預(yù)張緊元件162的兩個(gè)不同部分。通過(guò)在選定的位置處在背板材料164的表面上或者嵌入背板材料164的表面中設(shè)置預(yù)張緊元件162，可以控制背板結(jié)構(gòu)16將會(huì)彎曲的方式，從而導(dǎo)致背板結(jié)構(gòu)16的期望的彎曲偏轉(zhuǎn)。在圖2a中示出的構(gòu)造中，預(yù)張緊元件162致使背板材料164與張緊元件162之間的界面的收縮，從而使得在設(shè)置預(yù)張緊元件162的區(qū)域中，背板材料164向上彎曲，因而使背板結(jié)構(gòu)16的中間部分沿著與背板結(jié)構(gòu)16所延伸的平面大致正交的方向升高。在圖2a中畫出的箭頭代表不同的應(yīng)力，這些應(yīng)力可以分別在預(yù)張緊元件162和背板材料164中觀察到。正如可以通過(guò)指向彼此的兩個(gè)箭頭可看到的，預(yù)張緊元件162受到相對(duì)較大的張緊應(yīng)力。對(duì)比之下，如通過(guò)遠(yuǎn)離彼此指向的兩個(gè)箭頭所指示的，背板材料164受到壓應(yīng)力。應(yīng)該指出的是，不必使用于預(yù)張緊元件162和背板材料164的層的材料中的一個(gè)材料受到壓應(yīng)力而另一材料受到張應(yīng)力，即，不必使兩個(gè)材料中的應(yīng)力具有相反的符號(hào)或類型。相反，如果應(yīng)力的數(shù)量等級(jí)是不同的，則兩種材料都可受到張應(yīng)力或者都受到壓應(yīng)力。在預(yù)張緊元件受到壓應(yīng)力的構(gòu)造中，預(yù)張緊元件通常地布置在背板材料164的與受到張應(yīng)力的預(yù)張緊元件不同的相對(duì)表面上，以便獲得相同的偏轉(zhuǎn)方向。圖2b不出了微機(jī)電系統(tǒng)的不意性橫截面,該微機(jī)電系統(tǒng)包括上背板結(jié)構(gòu)16、下背板結(jié)構(gòu)12、以及布置在上背板結(jié)構(gòu)16與下背板結(jié)構(gòu)12之間的膜結(jié)構(gòu)14。圖2b示出了處于偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的背板結(jié)構(gòu)12、16，其是在背板結(jié)構(gòu)16、12通過(guò)蝕刻犧牲層已從犧牲層(圖2a和圖2b中未示出)釋放之后獲得的。下背板結(jié)構(gòu)12包括背板材料124和預(yù)張緊元件122。由于預(yù)張緊元件122布置在背板材料124的下表面，因此下背板結(jié)構(gòu)12向下彎曲。在其中心部分中，第一空氣間隙13由此形成在下背板結(jié)構(gòu)12與膜14之間。第二空氣間隙15形成在膜14與上背板結(jié)構(gòu)16之間。兩個(gè)空氣間隙13、15均具有拱狀或弓形的形狀，同時(shí)它們分別通過(guò)下背板結(jié)構(gòu)12或上背板結(jié)構(gòu)16在它們的其中一個(gè)表面處被界定。如短線-點(diǎn)-點(diǎn)的線條所示，膜14可以以較大的幅度振動(dòng)。在圖2b中示出的微機(jī)電系統(tǒng)可以具有圍繞中心軸一的軸對(duì)稱性，所述中心軸線定位在背板結(jié)構(gòu)12、16的左端與右端之間的半程處并且大致與膜14的平面正交地延伸。因此，下背板結(jié)構(gòu)12、上背板結(jié)構(gòu)16以及膜14可以在微機(jī)電系統(tǒng)的俯視圖中或者仰視圖中具有圓形的形狀。也可以想象具有其它形狀，諸如長(zhǎng)方形、正方形、橢圓形、六角形、八角形等。圖3示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的示意性橫截面。特別地，圖3示出了本文公開(kāi)的教導(dǎo)如何可以被應(yīng)用到單個(gè)背板結(jié)構(gòu)。微機(jī)電系統(tǒng)包括膜結(jié)構(gòu)14和背板結(jié)構(gòu)16。背板結(jié)構(gòu)16包括背板材料164以及機(jī)械地連接到背板材料164的至少一個(gè)預(yù)張緊元件162。在圖3中示出的實(shí)施方式中，背板結(jié)構(gòu)16包括五個(gè)預(yù)張緊元件162。如針對(duì)圖2a和圖2b所解釋的，所示預(yù)張緊元件162中的一些可以例如以環(huán)形的方式實(shí)際上相互連接。預(yù)張緊元件162形成背板材料164上的機(jī)械張力，以便背板結(jié)構(gòu)16沿著遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)14的方向彎曲偏轉(zhuǎn)。由預(yù)張緊元件162造成的背板材料164上的機(jī)械張力空間地分布到背板材料164的多個(gè)位置處。背板材料164包括多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)161和多個(gè)凹入結(jié)構(gòu)165。凸起結(jié)構(gòu)161與凹入結(jié)構(gòu)165交替。在背板結(jié)構(gòu)16的圓形構(gòu)造中，凸起結(jié)構(gòu)161和凹入結(jié)構(gòu)165可以相應(yīng)地是環(huán)形的脊部與環(huán)形的凹槽。預(yù)張緊元件162在局部凸起結(jié)構(gòu)161下方布置在背板材料164的下表面處。預(yù)張緊元件162的收縮動(dòng)作致使局部凸起結(jié)構(gòu)161的下部的凹入表面矯直到一定的程度。更加詳細(xì)地研究最左側(cè)的局部地凸起結(jié)構(gòu)161，可以看出，局部凸起結(jié)構(gòu)161相對(duì)剛性地在局部凸起結(jié)構(gòu)161的左側(cè)連接到基板10。由于預(yù)張緊元件162布置在局部凸起結(jié)構(gòu)161的下方，這致使其被矯直到一定程度，局部凸起結(jié)構(gòu)的右手部分升高，即遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)14偏轉(zhuǎn)。對(duì)于另一局部凸起結(jié)構(gòu)161來(lái)說(shuō)，該原理自身重復(fù)，以使背板結(jié)構(gòu)16在其中心處顯著地偏轉(zhuǎn)。該較大的中心偏轉(zhuǎn)是由于由以空間分布的方式布置在背板材料164的下表面上的各個(gè)預(yù)張緊元件162造成的效果的組合。預(yù)張緊元件構(gòu)造為將背板結(jié)構(gòu)從固定狀態(tài)折展開(kāi)到釋放狀態(tài)。在釋放狀態(tài)中(或者展開(kāi)狀態(tài))膜結(jié)構(gòu)與背板結(jié)構(gòu)之間的距離根據(jù)位置而變化，即膜結(jié)構(gòu)和背板結(jié)構(gòu)彼此不平行。膜結(jié)構(gòu)與背板結(jié)構(gòu)之間的最小距離通常在膜結(jié)構(gòu)連接到支撐結(jié)構(gòu)的地方(即，“膜結(jié)構(gòu)連接位置”)與背板結(jié)構(gòu)連接到支撐結(jié)構(gòu)的地方(即，“背板結(jié)構(gòu)連接位置”)之間。在背板結(jié)構(gòu)展開(kāi)到展開(kāi)狀態(tài)之前，背板結(jié)構(gòu)處于固定的狀態(tài)中。該固定狀態(tài)通過(guò)一些固定機(jī)構(gòu)保持，通常地，在將犧牲材料通過(guò)例如蝕刻移除之前將背板結(jié)構(gòu)粘附在犧牲材料處。背板結(jié)構(gòu)16還包括多個(gè)孔163，所述多個(gè)孔在圖3中示出的構(gòu)造中定位在局部凹入結(jié)構(gòu)165的位置處?？?63可以具有雙功能。在微機(jī)電系統(tǒng)的制造過(guò)程期間，孔163允許蝕刻劑在制造過(guò)程的這個(gè)階段到達(dá)位于膜結(jié)構(gòu)14與背板結(jié)構(gòu)16之間的犧牲層。在微機(jī)電系統(tǒng)的操作過(guò)程中，孔163允許聲波進(jìn)入膜結(jié)構(gòu)14與背板結(jié)構(gòu)16之間的空氣間隙，或者允許聲波從該空氣間隙出現(xiàn)。根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的翹曲背板可以是用于需要寬驅(qū)動(dòng)范圍的傳感器/致動(dòng)器的不同應(yīng)用中的一部分。例如，如圖3中示出的單個(gè)背板結(jié)構(gòu)可以用于在較大位移處由高聲壓等級(jí)(SPL)產(chǎn)生的具有高線性要求的麥克風(fēng)。相對(duì)于微型揚(yáng)聲器來(lái)說(shuō)，如圖3中示出的單個(gè)背板構(gòu)造可以用于高致動(dòng)，特別是以數(shù)字驅(qū)動(dòng)模式的高致動(dòng)。圖4示出了本文公開(kāi)的教導(dǎo)如何可以被應(yīng)用到雙背板結(jié)構(gòu)。圖4示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的另一個(gè)實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)。膜結(jié)構(gòu)14和上背板結(jié)構(gòu)16以與圖3中不出的微機(jī)電系統(tǒng)的相應(yīng)元件大致相同的方式構(gòu)造。此外，提供下背板結(jié)構(gòu)12，該下背板結(jié)構(gòu)至少部分地由基板10支撐。膜結(jié)構(gòu)14進(jìn)而至少部分地由下背板結(jié)構(gòu)12支撐。上背板結(jié)構(gòu)16至少部分地由膜結(jié)構(gòu)14支撐。腔體22形成在基板10中。上背板結(jié)構(gòu)16、膜結(jié)構(gòu)14、以及下背板結(jié)構(gòu)12都由基板10支撐在腔體22的徑向外部的區(qū)域中。在腔體22外部的區(qū)域處可以看到，在大致延長(zhǎng)下背板材料124的上表面與上背板材料164的下表面之間的腔體22的區(qū)域中，膜結(jié)構(gòu)14 一度嵌入在已被蝕刻掉的兩個(gè)犧牲層32之間。下背板結(jié)構(gòu)12包括局部凸起結(jié)構(gòu)121以及局部凹入結(jié)構(gòu)125。它們的作用和功能大致與上背板結(jié)構(gòu)16的局部凸起結(jié)構(gòu)161和局部凹入結(jié)構(gòu)165相同。下背板結(jié)構(gòu)12和上背板結(jié)構(gòu)16關(guān)于膜結(jié)構(gòu)14的平面大致相互鏡像。關(guān)于圖4中示出的構(gòu)造的應(yīng)用，雙背板麥克風(fēng)可以用于力反饋或者差異讀出。在微型揚(yáng)聲器方面，雙背板可以用于模擬推-挽操作或者用于具有甚至更高的吸合致動(dòng)的數(shù)字操作。圖5示出了仿真背板結(jié)構(gòu)12或16的一部分的橫截面。圖5中示出的部分是彎曲部分151與波紋部分155的組合。預(yù)張緊元件152布置在彎曲部分151的下表面處。彎曲部分151具有W_bending的寬度并且波紋部分具有W_corru的寬度。在彎曲部分151內(nèi)，背板材料154沿著與背板材料154的平面正交的方向偏移距離h。位于彎曲部分151與波紋部分155之間的過(guò)渡部分相對(duì)于背板材料154的平面大致為45°的角度。圖6示出了背板結(jié)構(gòu)的仿真的結(jié)果。圖6中示出的圖的縱坐標(biāo)以iim表示仿真背板的中心偏轉(zhuǎn)。圖的橫坐標(biāo)表示在背板結(jié)構(gòu)內(nèi)的波紋的數(shù)量。下面的值被用于仿真的目的:ff_corru=10 u m ;W_bending=10 u m ；H=600nm ;背板直徑=880 u m。可以看出的是，即使具有較低數(shù)量的五個(gè)波紋也可以獲得幾乎6 的中心偏轉(zhuǎn)，該中心偏轉(zhuǎn)已經(jīng)是通常犧牲層厚度的多倍。對(duì)于在880 u m直徑的背板上的19個(gè)波紋，中心偏轉(zhuǎn)增加到超過(guò)20 u m。背板材料154大致是(或者包括)具有330nm厚度與IOOMPa應(yīng)カ的多晶硅(PolySi)0預(yù)張緊元件152大部分包括硅亞硝酸鹽(SiN)，具有280nm的厚度以及IGPa的應(yīng)力。圖7示出了在包括圖5中示出的構(gòu)造性細(xì)節(jié)的背板上執(zhí)行的仿真的另ー結(jié)果。圖的縱坐標(biāo)以U m表示偏轉(zhuǎn)，并且圖的橫坐標(biāo)表示X坐標(biāo)，其中x=0 u m與背板結(jié)構(gòu)的中心相應(yīng)，并且x=442 u m與背板結(jié)構(gòu)的夾持邊緣相應(yīng)。圖7中的圖示出了具有20個(gè)波紋的翹曲背板的彎曲曲線。可以看出，該彎曲曲線包括在兩個(gè)彎曲過(guò)渡部分之間的大致線性部分。應(yīng)用到圓形背板，這意味著背板結(jié)構(gòu)具有大致錐形或截錐形狀。在圖8A至圖8F中示出了產(chǎn)生“翹曲背板”的エ藝流程。圖8A示出了可以例如由硅(Si)制成的基板10。例如，基板10由例如可以已從LOCOS (硅的局部氧化)エ藝獲得的圓形井結(jié)構(gòu)限定。LOCOSエ藝在基板10上形成多個(gè)局部凸起結(jié)構(gòu)61。在圖SB中，犧牲層32已經(jīng)沉積在基板10上并且還已經(jīng)沉積在局部凸起結(jié)構(gòu)61上。犧牲層可以例如是原硅酸四こ酯(TE0S)、濕式氧化物、碳或者其它適當(dāng)?shù)牟牧?。在隨后步驟期間，在圖SC中示出了其結(jié)果，具有高張應(yīng)カ的彎曲層已經(jīng)沉積并且構(gòu)造成抵靠犧牲層32，使得再現(xiàn)基板10的局部凸起結(jié)構(gòu)61的犧牲層32的僅局部凸起表面被覆蓋。這導(dǎo)致預(yù)張緊元件162的形成。彎曲層可以是氮化硅(SiN)。圖8D示出了エ藝流程的ー狀態(tài)，在狀態(tài)下具有低應(yīng)カ的背板層164已經(jīng)沉積在沉積層32上并且還已經(jīng)沉積在預(yù)張緊元件162上。背板層164可以是多晶硅?；?0的局部凸起結(jié)構(gòu)61也通過(guò)犧牲層32和背板層164再現(xiàn)。在圖8C和圖8D中，預(yù)張緊元件162示出為與犧牲層32接觸。作為替換實(shí)施例，預(yù)張緊元件162可以(完全地)嵌入背板材料164中。如圖8D中所示，在彎曲層的沉積之前的可選步驟期間，背板材料164的第一部分層可以沉積在第一犧牲層32上。在形成預(yù)張緊元件162之后，基板材料164的第二部分層沉積在犧牲層32和預(yù)張緊元件162上。通過(guò)這種方式，預(yù)張緊元件162 (完全地)嵌入背板材料或?qū)?64中。通常地，背板材料164的第一部分層將被選擇為比背板材料164的第二部分層薄，使得預(yù)張緊元件162距離背板材料164的下表面比距離背板材料164的下表面近。如圖8E中可見(jiàn)，然后在背板層164中構(gòu)造蝕刻釋放孔163。圖8F示出了執(zhí)行背板層164的內(nèi)部的釋放的結(jié)果。預(yù)張緊元件162的大張應(yīng)力(其由彎曲層產(chǎn)生)被釋放，并且使得背板結(jié)構(gòu)彎曲。特別地當(dāng)與犧牲層32的厚度相比吋，可以形成背板的顯著地更大的偏轉(zhuǎn)。圖9示出了圖8F中示出的微機(jī)電系統(tǒng)的詳細(xì)橫截面。圖9示出了預(yù)張緊元件162內(nèi)的應(yīng)力、背板結(jié)構(gòu)16的應(yīng)變和彎曲的相互作用。應(yīng)カ通常地被限定為所施加的作用力F與橫截面A的比率，因此“單位面積的力”。應(yīng)變被限定為“固體由于應(yīng)カ的變形”。應(yīng)變通過(guò)材料-特定的楊氏模量E而與應(yīng)力關(guān)聯(lián)。圖10示出了在將蝕刻背板結(jié)構(gòu)從基板10釋放之前的背板結(jié)構(gòu)16的立體局部橫截面。因此，圖10大致與圖SE中示出的狀態(tài)相應(yīng)。示出了多個(gè)預(yù)張緊元件162，其中外面的兩個(gè)預(yù)張緊元件具有環(huán)形構(gòu)造(當(dāng)以旋轉(zhuǎn)對(duì)稱方式完成吋)。預(yù)張緊元件162還可以被描述為第二背板材料的補(bǔ)片。第二背板材料具有與(第一)厚板材料164相比不同的張應(yīng)カ或者壓應(yīng)力。補(bǔ)片162被施加到背板材料164的與鄰近犧牲層32的表面相対的表面上。作為替換實(shí)施例，補(bǔ)片162可以通過(guò)背板材料164的兩步沉積エ藝以及上述的補(bǔ)片162的中間沉積和構(gòu)造而嵌入在背板材料164中。補(bǔ)片162施加在背板材料164的選定位置處。特別地，在圖10中示出的實(shí)施方式中，補(bǔ)片162布置在犧牲層32的局部地凸起結(jié)構(gòu)上。補(bǔ)片162在局部凸起結(jié)構(gòu)上的布置“放大”了背板結(jié)構(gòu)16的偏轉(zhuǎn)。應(yīng)該指出的是，根據(jù)期望的偏轉(zhuǎn)類型，補(bǔ)片162還可以布置在犧牲層32的局部凹入結(jié)構(gòu)中或者布置在犧牲層32的局部凹入結(jié)構(gòu)處。此外，存在于背板材料164與補(bǔ)片162內(nèi)的應(yīng)カ的關(guān)系(張應(yīng)力在補(bǔ)片162中比在背板材料164中更高，或者反之亦然；壓應(yīng)カ在補(bǔ)片162中比在背板材料164中更高，或者反之亦然；等)還影響背板結(jié)構(gòu)16的偏轉(zhuǎn)的方向和數(shù)量。圖1lA至圖1lK示出了制造具有帶波紋的膜(或膜結(jié)構(gòu))的雙背板系統(tǒng)的方法。圖1lA示出了用作用于隨后的エ藝步驟的基層的基板10的示意性橫截面?；?0以波紋預(yù)成型件61限定。存在多個(gè)用于獲得圖1lA中示出的結(jié)構(gòu)的選擇。第一個(gè)選擇是在基板10上執(zhí)行LOCOS (硅的局部氧化)エ藝，接著是蝕刻步驟。第二個(gè)選擇可以是在波紋預(yù)成型件61的期望位置處用掩模遮掩基板10。然后可以執(zhí)行各向同性基板蝕刻，以在波紋預(yù)成型件61之間形成大致半球形腔體。隨后，執(zhí)行掩模的移除。根據(jù)第三個(gè)選擇在基板上形成ー個(gè)或多個(gè)氧化物環(huán)。然后執(zhí)行氧化物沉積以圍繞該結(jié)構(gòu)。在過(guò)去使用第三個(gè)選擇來(lái)形成波紋。除了所建議的三個(gè)選擇以外，還可以存在其它選擇以制造波紋預(yù)成型件61。圖1lB示出了在蝕刻止擋層102被沉積在基板10的帶波紋的表面上之后的基板10的示意性橫截面。蝕刻止擋層可以包括氧化硅(SiO)。如圖1lC中示出的，下背板材料124沉積在蝕刻止擋層102上。下背板材料124也特別地構(gòu)造成用于在背板材料124中提供蝕刻釋放孔123。圖1lD示出了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中彎曲層已被限定，形成預(yù)張緊元件122。彎曲層可以包括氮化硅(SiN)。彎曲層限定可以包括彎曲層的沉積和構(gòu)造，該構(gòu)造可能地進(jìn)ー步再分割為用掩模遮掩和蝕刻彎曲層。在圖1lD中示出的エ藝階段處，預(yù)張緊元件122沉積在基板10、蝕刻止擋層102、和下背板材料124的局部凹入結(jié)構(gòu)內(nèi)。圖1lE以示意性橫截面視圖示出了在犧牲層32已沉積在背板材料124的背離基板10的表面上之后基板10和多個(gè)沉積層和/或構(gòu)造層。犧牲層可以包括氧化硅作為材料。如圖1lF中示出的，然后膜或膜結(jié)構(gòu)14沉積在犧牲層32的表面上，該表面仍是背離基板10的表面，由于其為犧牲層32的暴露的表面。
圖1lG示出了在第二犧牲層32的沉積之后具有帶波紋的膜的雙背板系統(tǒng)的制造過(guò)程的ー種狀態(tài)。作為第一犧牲層，第二犧牲層32可以包括SiO或由SiO組成。第二犧牲層32沉積在膜或膜結(jié)構(gòu)14的背離基板10的表面上。圖1lH示出了限定形成預(yù)張緊元件162的上彎曲層。通過(guò)構(gòu)造上彎曲層而形成的上彎曲層和預(yù)張緊元件162可以包括SiN或由SiN組成。預(yù)張緊元件162布置在第二犧牲層32的局部凹入結(jié)構(gòu)之中或之上。上背板材料164然后沉積在第二犧牲層32和預(yù)張緊元件162上?？梢栽趫D1lI中看到上背板材料沉積之后的狀態(tài)。蝕刻釋放孔163也構(gòu)造在上背板材料164中。在限定上背板材料164之后，執(zhí)行后側(cè)腔體蝕刻，其結(jié)果可以在圖1lJ中看到。使用的蝕刻方法可以是相對(duì)于硅高度地選擇性的并且僅在氧化硅上僅具有小的蝕刻作用。因此，基板10從后側(cè)被蝕刻，直到該蝕刻步驟達(dá)到蝕刻止擋層102。后側(cè)腔體22可以通過(guò)在后側(cè)用掩模遮掩基板10而限定。然后，利用可選擇用于氧化硅的第二蝕刻エ藝來(lái)移除蝕刻止擋層102，以便暴露下背板材料124的背離膜結(jié)構(gòu)14的表面。圖1lK示出了釋放蝕刻的結(jié)果。該釋放蝕刻經(jīng)由釋放蝕刻孔123、163將蝕刻劑引入到由犧牲層32的占據(jù)的空間中。應(yīng)該注意的是，根據(jù)本發(fā)明的用于制造圖1lA至圖1lK中不出的微機(jī)電系統(tǒng)的方法的實(shí)施方式，用于犧牲層的材料是氧化娃，即，用于犧牲層的材料是與已經(jīng)用于蝕刻止擋層102相同的材料。因此，移除蝕刻止擋層102和執(zhí)行釋放蝕刻以溶解犧牲層32的步驟可以在單個(gè)步驟期間執(zhí)行。由于預(yù)張緊元件122和162的作用，該釋放蝕刻導(dǎo)致上/下背板結(jié)構(gòu)16、12的向上/向下彎曲。因此，在上背板結(jié)構(gòu)和下背板結(jié)構(gòu)16、12之間形成了較大的空間，在該空間中膜結(jié)構(gòu)14可以以較大的幅度振動(dòng)。當(dāng)位于上/下外部位置中時(shí)，上背板結(jié)構(gòu)和下背板結(jié)構(gòu)16、12的形狀大致與膜結(jié)構(gòu)14的形狀類似。因此，膜結(jié)構(gòu)14和上/下背板結(jié)構(gòu)16、12的至少局部的形狀相對(duì)地相互平行，從而減小了非線性作用。對(duì)于該局部平行的第一個(gè)原因是膜結(jié)構(gòu)14已經(jīng)在與上/下背板結(jié)構(gòu)16、12相同的エ藝期間制造，從而特別地膜結(jié)構(gòu)的上/下波紋與背板結(jié)構(gòu)16、12的上/下波紋相對(duì)應(yīng)。換句話說(shuō)，膜結(jié)構(gòu)14的波紋大致地與上/下背板結(jié)構(gòu)16、12的波紋對(duì)齊。另ー個(gè)原因是膜結(jié)構(gòu)14和上/下背板結(jié)構(gòu)16、12以類似的方式彎曲，因?yàn)樗鼈兙哂写笾孪嗤臋M向尺寸并且懸置在大致相同的位置處。盡管上/下背板結(jié)構(gòu)16、12的彎曲偏轉(zhuǎn)是靜態(tài)的，但是膜結(jié)構(gòu)14的彎曲偏轉(zhuǎn)是動(dòng)態(tài)的，因?yàn)槟そY(jié)構(gòu)14通常顯著地比上/下背板結(jié)構(gòu)16、12更薄和/或更柔性。膜結(jié)構(gòu)14在膜結(jié)構(gòu)連接位置149處機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。在圖1lK中示出的構(gòu)造中，該支撐結(jié)構(gòu)包括基板10、蝕刻止擋層102的剰余部分、犧牲層32的剰余部分、以及下背板結(jié)構(gòu)12和膜結(jié)構(gòu)14的周邊部分。下背板結(jié)構(gòu)12還機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。與膜結(jié)構(gòu)14對(duì)比之下，下背板結(jié)構(gòu)在與膜結(jié)構(gòu)連接位置149隔開(kāi)的背板結(jié)構(gòu)連接位置129處機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。以類似的方式，上背板結(jié)構(gòu)16在上背板結(jié)構(gòu)連接位置169處機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。背板結(jié)構(gòu)12、16與膜結(jié)構(gòu)14之間的距離在背板結(jié)構(gòu)12、16之上變化，特別地該距離根據(jù)下背板結(jié)構(gòu)12、16的橫向延伸而變化。膜結(jié)構(gòu)14與下背板結(jié)構(gòu)12之間的最小距離在背板結(jié)構(gòu)連接位置129處。該距離應(yīng)表示膜結(jié)構(gòu)14與上/下背板結(jié)構(gòu)16、12之間的間隔。在微機(jī)電系統(tǒng)的操作的過(guò)程中，該距離例如平行于膜結(jié)構(gòu)的移動(dòng)的主要方向。這意味著膜結(jié)構(gòu)14與上/下背板結(jié)構(gòu)16、12之間的間隙在背板結(jié)構(gòu)連接位置169、129和膜結(jié)構(gòu)連接位置149處相對(duì)較窄。隨著從支撐結(jié)構(gòu)増加橫向距離，空氣間隙加寬，直到在相對(duì)遠(yuǎn)離任何背板結(jié)構(gòu)連接位置129,169或膜結(jié)構(gòu)連接位置149的位置處(或者在其附近)達(dá)到最大值。由于制造原因，在膜結(jié)構(gòu)連接位置/背板結(jié)構(gòu)連接位置129、149、169處的空氣間隙的寬度被限制成大致為犧牲層的厚度。由于背板結(jié)構(gòu)12、16的彎曲偏轉(zhuǎn)，在更遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)連接位置/背板結(jié)構(gòu)連接位置129、149、169的位置處能夠獲得較大的空氣間隙寬度。應(yīng)該注意的是，膜結(jié)構(gòu)連接位置/背板結(jié)構(gòu)連接位置129、149、169可以根據(jù)膜結(jié)構(gòu)14和/或背板結(jié)構(gòu)12、16的形狀而具有諸如直線、圓形、或者正方形的多種形狀。此外可能的是，膜/背板結(jié)構(gòu)連接位置129、149、169空間地分布，即，膜結(jié)構(gòu)和/或背板結(jié)構(gòu)在多個(gè)單獨(dú)的位置處機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。圖12示出了通過(guò)背板結(jié)構(gòu)的局部凸起結(jié)構(gòu)的示意性橫截面。預(yù)張緊元件152布置在背板材料154的凸起表面上。背板材料154具有厚度tl，并且預(yù)張緊元件152具有厚度t2。背板材料154的厚度tl例如可以在300nm至I y m之間，或者在400nm與900nm之間，或者在500nm與800nm之間。在圖12中示出的構(gòu)造中，在IOOMPa的張應(yīng)カ下，背板材料具有厚度tl=660nm的多晶硅。預(yù)張緊元件152的厚度t2可以在IOOnm與500nm之間，或者在200nm與400nm之間，或者在250nm與300nm之間。在圖12中示出的構(gòu)造中，預(yù)張緊元件152具有t2=280nm的厚度，并且該材料主要是具有IGPa的張應(yīng)カ的氮化硅。局部凸起結(jié)構(gòu)從背板材料154的主平面突出高度h，該高度可以采取I y m與3 ii m之間的值、或1.5 ii m與2.5 ii m之間的值、或1.6 ii m與2.2 ii m之間的值。局部凸起結(jié)構(gòu)包括多個(gè)彎曲的過(guò)渡部分。這些過(guò)渡部分的外表面相對(duì)于彎曲具有半徑R，該半徑可以在SOOnm與1200nm之間，或者在900nm與IlOOnm之間。在圖12中示出的構(gòu)造中，半徑R=I y m。圖13示出了根據(jù)至少ー些可能的實(shí)施方式的包括背板材料154和兩個(gè)預(yù)張緊元件152的背板結(jié)構(gòu)的局部橫截面。預(yù)張緊元件152布置在背板材料154的凸起表面上。背板材料154實(shí)際上包括在制造エ藝期間將ー個(gè)沉積在另ー個(gè)的頂部上的兩個(gè)構(gòu)造的層。在圖13的橫截面視圖中可以看到，背板材料154的兩個(gè)層在多個(gè)位置處結(jié)合，使得形成的背板材料154的橫截面具有曲折的形狀。圖14示出了在釋放蝕刻步驟之前的エ藝步驟下的背板材料164的俯視圖(與在圖1lI中示出的大致相同的狀態(tài))。背板材料164包括三個(gè)同心波紋或者局部凸起結(jié)構(gòu)161。中心波紋或局部凸起結(jié)構(gòu)161具有大致圓形的形狀，而兩個(gè)外部的波紋161具有大致環(huán)形的形狀。腔體22的位置由圖14中的虛線指示，以便提供空間參照。在背板材料164中形成多個(gè)蝕刻釋放孔163。波紋或者局部凸起/凹入結(jié)構(gòu)161、121的數(shù)量不限于2個(gè)或3個(gè)，而是可以更多，例如3個(gè)與20個(gè)波紋之間、或者5個(gè)與18個(gè)波紋之間、或者7個(gè)與15個(gè)波紋之間。圖15示出了根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的另一個(gè)實(shí)施方式的背板結(jié)構(gòu)716的示意性俯視圖。背板結(jié)構(gòu)716包括背板材料764和四個(gè)預(yù)張緊元件762。背板材料764包括正方形懸置部分以及布置為支撐背板材料764的懸置部分的四個(gè)支撐臂768。支撐臂768包括內(nèi)端和外端。支撐臂768的內(nèi)端機(jī)械地連接到背板材料764的懸置部分。支撐臂768的外端機(jī)械地連接到背板材料764的外部或周邊部分，背板材料764的外部或周邊部分進(jìn)而機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。
預(yù)張緊元件762布置在支撐臂768的表面上。四個(gè)細(xì)長(zhǎng)的孔769形成在背板材料764的懸置部分中，這可以減小主要地在支撐臂768的區(qū)域中發(fā)生的由背板結(jié)構(gòu)716的彎曲偏轉(zhuǎn)造成的切ロ效應(yīng)(notch effect)。圖16示出了背板結(jié)構(gòu)716沿著在圖15中指出的剖切平面的示意性橫截面。此外，圖16還示出了下背板結(jié)構(gòu)712，其相對(duì)于平行于上和下背板結(jié)構(gòu)716、712的懸置部分的平面延伸部分的對(duì)稱平面而與上背板結(jié)構(gòu)716大致對(duì)稱。上和下背板結(jié)構(gòu)716、712以釋放的狀態(tài)示出，即由于預(yù)張緊元件762、722而主要在支撐臂768、728的區(qū)域中已發(fā)生彎曲偏轉(zhuǎn)。圖15和圖16中示出的實(shí)施方式將來(lái)自于較薄犧牲層32的位于膜結(jié)構(gòu)14與上/下背板結(jié)構(gòu)716、712之間的較寬空氣間隙與背板材料764、724的用作用于膜結(jié)構(gòu)14放的對(duì)電極的懸置部分的大致平面構(gòu)造相組合。膜結(jié)構(gòu)14包括較靠近膜結(jié)構(gòu)連接位置(S卩，膜結(jié)構(gòu)14的邊緣)的少量波紋，從而在膜結(jié)構(gòu)14的中心部留有較大的平面或平坦區(qū)域。在諸如例如微型揚(yáng)聲器或麥克風(fēng)的機(jī)電系統(tǒng)的操作過(guò)程中，膜結(jié)構(gòu)14的波紋方便膜結(jié)構(gòu)14的動(dòng)態(tài)彎曲偏轉(zhuǎn)。圖17至圖19涉及根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)的微型機(jī)電系統(tǒng)的源于圖15與圖16中示出的實(shí)施方式的又ー實(shí)施方式。圖17不出了包括背板材料964和預(yù)張緊兀件962的背板結(jié)構(gòu)916的俯視圖。背板材料964包括四個(gè)支撐臂968。預(yù)張緊元件962布置在支撐臂968的表面上。在替換實(shí)施例中，預(yù)張緊元件962可以嵌入在支撐臂968中。與圖15中示出的實(shí)施方式的不同在干，支撐臂968平行于背板材料964的懸置部分的鄰近邊緣，即，支撐臂968沿著懸置部分的鄰近邊緣延伸。因此，支撐臂968可以相對(duì)較長(zhǎng)，使得即使具有較淺的彎曲角度也能夠在支撐臂968的機(jī)械地連接到背板材料964的懸置部分的端部處獲得大的彎曲偏轉(zhuǎn)。為了減小在支撐臂968與背板材料964的懸置部分之間的機(jī)械連接處的切ロ效應(yīng)，在支撐臂968與懸置部分之間設(shè)置彎曲過(guò)渡部分。預(yù)張緊元件962致使支撐臂968向上彎曲，即沿著垂直于圖17的俯視圖的繪制平面的方向彎曲。這使背板材料964的懸置部分沿著遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)(未示出)的方向移動(dòng)。圖18示出了微機(jī)電系統(tǒng)的示意性橫截面，圖17中示出的背板結(jié)構(gòu)屬于該微機(jī)電系統(tǒng)。在圖17中通過(guò)點(diǎn)劃線指示該橫截面。在圖18中的橫截面中示出的微機(jī)電系統(tǒng)包括上背板結(jié)構(gòu)916和下背板結(jié)構(gòu)912。下背板結(jié)構(gòu)912與上背板結(jié)構(gòu)916類似。特別地，下背板結(jié)構(gòu)912包括具有懸置部分和支撐臂928的背板材料924。預(yù)張緊元件922布置在支撐臂928的表面上，特別地布置在支撐臂928的背離膜結(jié)構(gòu)14的表面上。圖18中示出的微機(jī)電系統(tǒng)包括支撐結(jié)構(gòu)或者機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)。圖19示出了在圖17和圖18中示出的實(shí)施方式內(nèi)使用的膜結(jié)構(gòu)14的示意性俯視圖。膜結(jié)構(gòu)14包括可以視為膜結(jié)構(gòu)14的主動(dòng)部分的中心部分145，S卩，中心部分145經(jīng)歷較大的幅度。中心部分145由波紋141圍繞，波紋141被布置為使中心部分145能夠具有較大幅度。膜結(jié)構(gòu)14還包括靠近膜結(jié)構(gòu)14的周邊部分定位的四個(gè)壓カ均衡孔143。膜結(jié)構(gòu)14在可以視為膜結(jié)構(gòu)連接位置的周邊部分處機(jī)械地連接到支撐結(jié)構(gòu)910。圖20示出了一種結(jié)構(gòu)一般原理，該結(jié)構(gòu)利用多個(gè)預(yù)張緊元件和多個(gè)鉸接元件呈現(xiàn)彎曲偏轉(zhuǎn)。該結(jié)構(gòu)包括多個(gè)預(yù)張緊元件/復(fù)合材料T以及多個(gè)鉸接元件H。該結(jié)構(gòu)的包括預(yù)張緊元件T的部分與鉸接元件H交替。該結(jié)構(gòu)在其左端以及在其右端被夾持于支撐結(jié)構(gòu)。鉸接元件H構(gòu)造為承擔(dān)由預(yù)張緊元件T產(chǎn)生的應(yīng)變。由于預(yù)張緊元件T與鉸接元件H之間的相互作用，整個(gè)結(jié)構(gòu)沿著ー個(gè)方向彎曲，例如朝向圖20的底部彎曲。圖21示出了圖20中示出的結(jié)構(gòu)的變型，其較簡(jiǎn)單并且比其他構(gòu)造較不有效。在圖21的上部圖中，該構(gòu)造被固定，并且在圖21的下部圖中該結(jié)構(gòu)被釋放。預(yù)張緊復(fù)合材料T包括布置在背板材料124的表面上的預(yù)張緊元件122。鉸接元件H大致是背板材料124的將預(yù)張緊元件分開(kāi)的一部分。在釋放狀態(tài)中，該結(jié)構(gòu)沿著背板材料124的與布置有預(yù)張緊元件122的表面的面向方向相対的方向彎曲。圖22示出了圖20中示出的結(jié)構(gòu)的另ー個(gè)變型。圖22中示出的變型包括附加的波紋，并且比圖21中示出的變型有效。所述波紋是鉸接元件H的一部分。圖22的上部圖示出了該結(jié)構(gòu)的固定狀態(tài)，并且圖22的下部圖示出了該結(jié)構(gòu)的釋放狀態(tài)，其中該結(jié)構(gòu)由于預(yù)張緊復(fù)合材料T (其包括預(yù)張緊元件122)和鉸接元件H的作用而在中心處向下彎曲。盡管已經(jīng)在裝置的背景下描述了ー些方面，但明顯的是，這些方面也代表相應(yīng)方法的描述，其中模塊或器件對(duì)應(yīng)于方法步驟或者方法步驟的特征。類似地，在方法步驟的背景中描述的方面也代表了相應(yīng)模塊或相應(yīng)裝置的項(xiàng)目或特征。盡管已經(jīng)根據(jù)幾個(gè)實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是存在落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的可替換實(shí)施例、代替物以及等同物。還應(yīng)該指出的是，存在執(zhí)行本發(fā)明的方法和器件的多個(gè)可替換方式。因此目的在干，所附的權(quán)利要求解釋為包括落在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些可替換實(shí)施例、代替物、和等同物。上述實(shí)施方式對(duì)于本發(fā)明的原理來(lái)說(shuō)僅是描述性的。應(yīng)該理解的是，對(duì)本文描述的這些布置與細(xì)節(jié)的修改和變型對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。因此，g在本發(fā)明通過(guò)所附的專利權(quán)利要求的范圍限定，而不是通過(guò)對(duì)本文對(duì)實(shí)施方式的描述和說(shuō)明而提出的具體細(xì)節(jié)限定。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電系統(tǒng)，包括: 膜結(jié)構(gòu)；以及 背板結(jié)構(gòu)，包括背板材料以及機(jī)械地連接到所述背板材料的至少一個(gè)預(yù)張緊元件，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件構(gòu)造為在所述背板材料上形成機(jī)械張力以用于使所述背板結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離所述膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲偏轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件包括位于所述背板材料的表面上的或者嵌入所述背板材料中的補(bǔ)片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板材料包括至少一個(gè)局部凸起結(jié)構(gòu)，并且其中，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件布置在所述至少一個(gè)局部凸起結(jié)構(gòu)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板材料包括至少一個(gè)局部凹入結(jié)構(gòu)，并且其中，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件布置在所述至少一個(gè)局部凹入結(jié)構(gòu)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述預(yù)張緊元件包括具有的內(nèi)在應(yīng)力高于所述背板材料的內(nèi)在應(yīng)力的預(yù)張緊元件材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板材料的內(nèi)在應(yīng)力在從30MPa到200MPa的范圍中，并且其中，所述預(yù)張緊元件材料的內(nèi)在應(yīng)力在從500MPa到3GPa的范圍中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板材料包括波紋，并且其中，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件布置在所述波紋處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板材料包括至少兩個(gè)同心的波紋。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微機(jī)電系統(tǒng),其中，所述膜結(jié)構(gòu)包括在基本上垂直于電極材料的表面的方向上與所述背板材料的所述波紋對(duì)齊的波紋。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板材料包括多晶硅，并且所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件包括氮化硅。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板結(jié)構(gòu)在所述背板結(jié)構(gòu)的周邊部分處固定于支撐件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板結(jié)構(gòu)包括所述背板材料的至少一個(gè)支撐臂以及由所述至少一個(gè)支撐臂支撐的懸置部分，并且其中，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件機(jī)械地連接到所述至少一個(gè)支撐臂。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，進(jìn)一步包括相對(duì)于所述背板結(jié)構(gòu)布置在所述膜結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)處的其它背板結(jié)構(gòu)，所述其它背板結(jié)構(gòu)包括所述背板材料或其它背板材料的層以及至少一個(gè)其它預(yù)張緊元件，所述至少一個(gè)其它預(yù)張緊元件構(gòu)造為在所述其它背板結(jié)構(gòu)的所述背板材料上形成機(jī)械張力以用于使所述其它背板結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離所述膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲偏轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述背板結(jié)構(gòu)包括構(gòu)造為與所述膜結(jié)構(gòu)靜電地相互作用的電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)，其中，所述膜結(jié)構(gòu)和所述背板結(jié)構(gòu)界定具有拱頂狀形狀的間隙。
16.—種微機(jī)電系統(tǒng),包括: 支撐結(jié)構(gòu)；膜結(jié)構(gòu)，在膜結(jié)構(gòu)連接位置處機(jī)械地連接到所述支撐結(jié)構(gòu)；以及 背板結(jié)構(gòu)，在與所述膜結(jié)構(gòu)連接位置隔開(kāi)的背板結(jié)構(gòu)連接位置處也機(jī)械地連接到所述支撐結(jié)構(gòu)，所述背板結(jié)構(gòu)包括背板材料和機(jī)械地連接到所述背板材料的至少一個(gè)預(yù)張緊元件，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件構(gòu)造為展開(kāi)所述背板結(jié)構(gòu)，使得所述背板結(jié)構(gòu)與所述膜之間的距離在所述背板結(jié)構(gòu)之上變化，并且最小距離在所述背板結(jié)構(gòu)連接位置處。
17.—種用于制造微機(jī)電系統(tǒng)的方法,所述方法包括: 形成用于膜結(jié)構(gòu)的層； 在用于所述膜結(jié)構(gòu)的層上形成犧牲層； 在所述犧牲層的表面上沉積背板材料的層； 形成位于所述背板材料的表面處的或者嵌入所述背板材料中的至少一個(gè)預(yù)張緊元件；以及 蝕刻所述犧牲層，從而釋放所述背板材料的層以及所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件，使得所述背板材料的層以及所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件沿著遠(yuǎn)離所述膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括: 在用于所述膜結(jié)構(gòu)的層和用于所述犧牲層的層中的至少一個(gè)層上形成至少一個(gè)局部凸起結(jié)構(gòu)或至少一個(gè)局部凹入結(jié)構(gòu)或者形成所述至少一個(gè)局部凸起結(jié)構(gòu)和所述至少一個(gè)局部凹入結(jié)構(gòu)兩者； 其中，在所述至少一個(gè) 局部凸起結(jié)構(gòu)或所述至少一個(gè)局部凹入結(jié)構(gòu)上沉積所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，形成所述至少一個(gè)局部凸起結(jié)構(gòu)或所述至少一個(gè)局部凹入結(jié)構(gòu)或者形成所述至少一個(gè)局部凸起結(jié)構(gòu)和所述至少一個(gè)局部凹入結(jié)構(gòu)兩者的步驟包括對(duì)所述膜結(jié)構(gòu)或者所述犧牲層的局部氧化。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，形成位于嵌入所述背板材料中的所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件的步驟包括: 在所述背板材料的層的表面上沉積預(yù)張緊元件材料的層； 構(gòu)造所沉積的所述預(yù)張緊元件材料以獲得所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件；以及 在所構(gòu)造的沉積的所述預(yù)張緊元件材料以及所述背板材料的先前沉積的層的暴露部分上沉積所述背板材料的其它層，以在所述背板材料中嵌入所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括: 在所述背板材料的層中或者在所述背板材料的層上形成至少一個(gè)波紋，其中，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件沉積在所述至少一個(gè)波紋中或者沉積在所述至少一個(gè)波紋上。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述背板材料的內(nèi)在應(yīng)力在從30MPa到200MPa的范圍中，并且其中，所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件的材料的內(nèi)在應(yīng)力在從500MPa到3GPa的范圍中。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述背板材料包括多晶硅，并且所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件包括氮化硅。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，形成所述背板材料的層包括將所述背板材料在所述背板材料的周邊部分處固定到支撐件；并且 其中，蝕刻所述犧牲層形成所述背板材料的被所述周邊部分和所述支撐件支撐的懸置部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括: 構(gòu)造所述背板材料以形成至少一個(gè)支撐臂以及由所述至少一個(gè)支撐臂支撐的懸置部分； 其中，在所述至少一個(gè)支撐臂的表面處沉積所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件，使得所述至少一個(gè)支撐臂在通過(guò)蝕刻所述犧牲層而釋放所述背板材料時(shí)彎曲。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，在形成所述犧牲層之前進(jìn)一步包括: 在基層的表面上方形成至少一個(gè)另外的預(yù)張緊元件； 在所述基層的所述表面以及所述至少一個(gè)另外的預(yù)張緊元件上沉積背板材料的另一層； 在所述背板材料的所述另一層的表面上沉積另一犧牲層；以及 沉積限定所述膜結(jié)構(gòu)的層。
27.—種用于制造微機(jī)電系統(tǒng)的方法,所述方法包括: 在基層的表面上形成至少一個(gè)預(yù)張緊元件； 在所述基層的所述表面以及所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件上沉積背板材料的層； 在所述背板材料的層的表面上沉積犧牲層； 在所述犧牲層的表面上沉積限定膜結(jié)構(gòu)的層；以及 蝕刻所述犧牲層，由此釋放所述背板材料的層以及所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件，這使得由于由所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件施加在所述背板材料上的機(jī)械張力而使所述背板材料的層以及所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件沿著遠(yuǎn)離所述膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)及其制造方法。微機(jī)電系統(tǒng)包括膜結(jié)構(gòu)和背板結(jié)構(gòu)。背板結(jié)構(gòu)包括背板材料以及機(jī)械地連接到背板材料的至少一個(gè)預(yù)張緊元件。所述至少一個(gè)預(yù)張緊元件在背板材料上形成機(jī)械張力以便使背板結(jié)構(gòu)沿著遠(yuǎn)離膜結(jié)構(gòu)的方向彎曲偏轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK103121657SQ20121033786
公開(kāi)日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月12日
發(fā)明者阿爾方斯·德赫 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司