CN110881163A - Mems换能器和用于制造mems换能器的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及MEMS换能器和用于制造MEMS换能器的方法。例如，一种MEMS换能器，包括具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的膜结构。衬底结构被配置为保持膜结构，其中衬底结构与膜结构的第一主表面在与第一主表面的第一内部区域相邻的第一边缘区域中重叠。间隙形成在第一边缘区域中的膜结构和衬底结构之间，并且从第一内部区域延伸到第一边缘区域中。

Description

MEMS换能器和用于制造MEMS换能器的方法
技术领域
本公开涉及MEMS换能器和用于制造MEMS换能器的方法。本公开还涉及MEMS换能器中的碳间隙(carbon gap)。
背景技术
诸如麦克风和/或扬声器的声音换能器可实施为微机械系统(MEMS)。这种MEMS换能器可使用半导体材料来实施，能够在晶圆层级上制造换能器。这种换能器可包括可移动或可振动的电极以及静态电极。可移动电极可实施为相对于静态电极可偏转的膜或隔膜。
对MEMS换能器的要求包括高稳健性，特别是对于机械负载或应力。
发明内容
实施例提供了一种MEMS换能器，包括具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的膜结构。MEMS换能器包括被配置为保持膜结构的衬底结构，其中在与第一主表面的第一内部区域相邻的第一边缘区域中，衬底结构与膜结构的第一主表面重叠。在第一边缘区域中的膜结构和衬底结构之间形成间隙，该间隙从第一内部区域延伸到第一边缘区域。该间隙允许低机械负载在偏转期间作用于膜结构，因此相对于机械负载具有高稳健性。
又一实施例提供了一种用于制造MEMS换能器的方法。该方法包括布置叠层，该叠层包括膜结构、保持膜结构的衬底结构以及布置在膜结构和衬底结构之间的碳层。该方法包括至少部分地去除碳层，以便在第一边缘区域中在膜结构和衬底结构之间生成间隙，使得间隙从第一主表面的第一内部区域延伸到膜结构，进入衬底结构与膜结构的第一主表面重叠的第一边缘区域，第一边缘区域与第一主表面的第一内部区域相邻。
在从属权利要求中描述了其他实施例。
附图说明
以下将在参考附图的同时描述实施例，其中：
图1a示出了根据一个实施例的MEMS换能器的示意性侧视图；
图1b示出了根据一个实施例的MEMS换能器的示意性框图，MEMS换能器包括被布置为形成间隙的碳层；
图2a示出了根据被实施为双背板换能器的实施例的MEMS换能器的示意性侧视图；
图2b示出了根据一个实施例的MEMS换能器的示意性侧视图，该MEMS换能器包括位于膜结构的每个主表面处的间隙；
图3示出了根据被实施为单背板换能器的实施例的MEMS换能器的示意性侧视图；
图4a示出了包括衬底结构的叠层的示意性侧视图，该叠层用于根据一个实施例的方法；
图4b示出了可通过从图4a的叠层中部分地去除衬底结构的材料而获得的叠层的示意性侧视图；
图4c示出了根据一个实施例的MEMS换能器的示意性侧视图，其可通过进一步处理图4b所示的叠层而获得；
图4d示出了根据一个实施例的MEMS换能器的示意性侧视图，其可以形成为单背板结构但类似于图4c的MEMS换能器；
图5示出了根据一个实施例的方法的示意流程图。
具体实施方式
相等或等效元素或具有相等或等效功能的元素在以下描述中用相等或等效参考数字表示，即使出现在不同的附图中。
在下面的描述中，阐述了多个细节以提供对本发明实施例的更深入的解释。然而，本领域技术人员应理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，已知结构和设备以框图形式显示而不是详细显示，以避免模糊本发明的实施例。此外，下文描述的不同实施例的特征可以相互结合，除非另有特别说明。
本文描述的实施例涉及形成声音换能器或包括这种声音换能器的微机械结构(MEMS)。MEMS声音换能器可包括或形成扬声器和/或麦克风。MEMS声音换能器或MEMS换能器被配置为基于电驱动信号影响可移动元件(即，膜)的移动，使得流体响应于膜的移动而移动，并且使得在流体中生成声压级。与所述扬声器配置不同，流体中的移动可影响膜的偏转，偏转可通过测量麦克风配置中的可变电位和/或可变电容来检测。在麦克风配置中，可基于流体中的移动获得电信号。
MEMS换能器可采用半导体技术制造和/或包括半导体材料。这种材料的示例是包括硅材料、砷酸镓材料及/或不同半导体材料的层或晶圆。MEMS结构可包括一个或多个层序列或包括导电、半导体和/或绝缘层的叠层，以实施相应的MEMS功能。在本文所述的实施例中，一个或多个背板电极可与膜结构一起形成叠层，其中背板电极和膜结构可利用衬底结构保持、固定和/或夹置在相应的外部区域处。例如，衬底结构可包括非晶形、多晶或晶体半导体材料，诸如硅。
图1a示出了根据一个实施例的MEMS换能器101的示意性侧视图。MEMS换能器可形成或者至少可以集成到MEMS麦克风或MEMS扬声器中。MEMS换能器101可包括与膜结构14一起形成叠层的背板结构12，即，膜结构14可布置为与背板结构12相对。膜结构14可相对于背板结构12移动和/或振动。例如，当与膜结构14相比时，背板结构12可包括相对较高的刚度，并且可被视为相对于膜14静止。MEMS换能器可包括被配置为保持膜14和/或背板结构12的衬底结构16。衬底结构16可包括掺杂或非掺杂半导体材料，诸如硅材料和/或砷酸镓材料等。衬底结构16可包括一层或多层。此外，衬底结构16可被布置为与膜结构的第一主表面14A相邻并且与膜结构的第二主表面14B相邻。主表面14A和14B可以是膜结构14的被配置为与流体相互作用的表面。根据一个示例，主表面14A和14B可以是膜结构14的、与膜结构14的侧表面14C相比包括更大表面的那些表面，侧表面14C连接主表面14A和14B。因此，主表面14A和14B可布置为彼此相对。
因此，衬底结构16可与主表面14A的边缘区域18A和/或与第二主表面14B的边缘区域18B重叠。这种重叠可包括衬底结构16与膜结构14之间的机械接触，但不限于此。具体地，在衬底结构16和第一主表面14A和/或第二主表面14B之间，可以布置间隙22。
间隙22可布置为分别使主表面14A的内部区域24A朝向边缘区域18A延伸或延伸到边缘区域18A中、从第二主表面14B的内部区域24B朝向边缘区域18B延伸。间隙22可在间隙22的区域中提供衬底结构16的非接触重叠。例如，可部分地去除衬底结构16以获得间隙22并进一步释放膜结构14。
例如，膜结构14可沿着偏转方向26偏转或振动，偏转方向26可平行于主表面14A或14B的表面法向28布置。例如，膜结构14沿正偏转方向26的偏转可导致膜结构14在其边角区域32A中抵靠衬底结构16。由于所述抵靠，主表面14A将经历压缩应力，而主表面14B将经历拉伸应力。例如，膜结构14可形成为包括半导体材料，因此相对于压缩应力是稳健的，而相对于拉伸应力不太稳健。当设想在间隙22的区域中没有间隙22但存在衬底结构16时，衬底结构16进一步固定或粘附至膜结构14，并且当进一步设想膜结构14朝向负偏转方向26的偏转时，则所述拉伸应力会在边角区域32A处作用于膜结构14，并且由此会导致膜结构14的损坏，而使用间隙22可防止损坏。
然而，在存在间隙22的情况下，当沿着负偏转方向26偏转时，在边角区域32B中，压缩力可作用于膜结构14。当朝向正偏转方向26偏转膜结构14时，则仅低剥离力可作用于边角区域32B，因为边角区域32B的区域中的偏转分别受到间隙22、边角区域32A处的抵靠的限制。因此，MEMS换能器101可包括对偏转力的高稳健性，偏转力通过流体压力和/或电信号获得。
间隙22可至少部分地分别露出第一主表面14A、第二主表面14B。当部分地露出相应的主表面时，衬底结构16的外部区域34A可保持与膜结构14的接触。
在没有间隙22的情况下，尽管与覆盖MEMS结构的主表面14B的相对较小部分的边缘部分18B相比，边缘区域18A被示为覆盖第一主表面14A的大部分，但边缘部分18B可等于边缘部分18A或者与边缘部分18A相比可以更大。例如，当将MEMS换能器101配置为所谓的底部端口换能器时(例如，当期望声音到达主表面14B时)，边缘部分18A可大于边缘部分18B。备选地，当提供期望声音到达主表面14A的顶部端口换能器时，边缘部分18B可比边缘部分18A更大。相反，由于间隙22导致膜结构14的基本对称的稳健性，所以边缘部分18A和18B的相对长度和重叠可与顶部或底部端口配置无关。
膜结构14可包括导电层361，例如包括导电半导体材料。例如，可以通过掺杂半导体材料来获得导电半导体材料。这可以允许将导电层361用作电极层。备选地或附加地，背板结构12可包括导电层362，以便在背板结构12中提供电极层。在背板结构12和膜结构14之间，可以布置一个或多个绝缘层381，以便防止膜结构14和背板结构12之间发生机械接触情况下的电气短路。备选地或者附加地，可以通过使用绝缘层381来获得机械保护或加固。对于钝化和/或机械保护，可布置进一步的绝缘层382，以便覆盖导电层361和/或362的一个或多个侧面。例如，绝缘层381和/或382可包括绝缘材料，诸如氮化硅材料(SiN)、氧化硅材料(SiO)或不同的绝缘材料。由于与导电层361和362的导电材料的刚度相比，绝缘层381和/或382的刚度可以更高，因此在固定电极结构(诸如背板结构12)处布置绝缘层38可允许绝缘层对振动行为的低影响。另一方面，根据一个实施例，可在主表面14A和/或14B处布置绝缘层38，以获得具有高稳健性的膜结构14。
图1b示出了根据一个实施例的MEMS换能器102的示意性框图。与MEMS换能器101相比，MEMS换能器102包括碳层，其中布置有至少一个碳层42，碳层42包括碳材料。碳层42可布置在与间隙22相邻的外部区域34A中，即间隙22可从内部区域24A延伸朝向外部区域34A，并由此连接碳层42和内部区域24A。
间隙22可形成为通过重叠延伸部23(例如，其至少为1μm，例如至少1μm且至多50μm、至少1.5μm且至多20μm或至少2μm且至多7μm，尤其高值是可能的)在膜结构14的相对主表面14B上与边缘区域18B重叠。应注意，在形成MEMS换能器而在第二主表面14B上没有间隙的情况下，第二边缘区域可用作参考，因为边缘区域18B可等于第一主表面14B机械地固定至衬底结构16上的区域。例如，当间隙22和固定区域都被投影到主表面14A或14B中时，间隙22可由此与固定区域重叠。根据备选实施例，可以在主表面14B处设置进一步的间隙，以允许防止第二主表面14B处的热点，使得间隙和相应边角区域可限制膜结构14的偏转并由此限制沿两个方向的机械负载。
碳层42和间隙22可布置在同一层中，使得碳层42布置在MEMS换能器102的外边缘44和间隙22之间。碳层42可以是衬底结构16的一部分，并且可以被配置为夹持或保持膜结构14。
间隙22可包括沿偏转方向26和/或沿表面法向24的延伸部，即沿厚度方向至少为1nm且至多40nm、至少1.5nm且至多30nm或者至少2nm且至多20nm。在间隙22内并由此减少有效自由空间，可布置氧化工艺或灰化工艺的残留物48。例如，可通过氧化或灰化碳层42来获得间隙22，从而生成灰料(ash material)48。因此，灰料48可布置在衬底结构16和膜结构14之间。
间隙22的另一延伸部分52(可被称为间隙22的宽度或长度)可以是内部区域24A和边缘区域34A之间的延伸部。延伸部52可沿垂直于表面法向28/厚度方向的方向布置，并且可朝向膜结构14的外边缘44布置。例如，延伸部分52可以为至少1μm且至多200μm、至少10μm且至多150μm或者至少20μm且至多100μm，诸如大约40μm。例如，可基于MEMS声音换能器的尺寸和/或基于用于生成间隙22的工艺来设计任何其他值。
图2a示出了根据一个实施例的MEMS换能器201的示意性侧视图。与实施为单背板换能器的MEMS换能器101和102相比，MEMS换能器201可实施为双背板换能器。即，膜结构14可布置在两个背板结构121和122之间，其中两个背板结构121和122可实施为电极结构。
在背板结构121和膜结构14之间可布置一个或多个防粘凸块，它们可布置在背板结构121和/或膜结构14处或布置为其部分。备选地或者附加地，在膜结构14和背板结构122之间，可以布置一个或多个防粘凸块54，其中防粘凸块54可布置在膜结构14和/或背板结构122处或布置为其部分。防粘凸块54可允许分别防止背板结构121和膜结构14之间、膜结构14和背板结构122之间的粘附。
背板结构121和/或背板结构122可形成为MEMS换能器101和/或102的背板结构12。背板结构121和/或122可包括释放孔56，其允许蚀刻材料(诸如等离子体)在制造MEMS换能器201期间分别在背板结构121、122与膜结构14之间的区域中朝向衬底结构16、膜结构14和碳层42的行进。这允许去除衬底结构16和/或碳层42。例如，衬底结构16可包括诸如硅材料或TEOS材料(正硅酸四乙酯)的材料。与碳层42相比，这可以允许蚀刻工艺的高选择性。因此，至少部分地通过执行底切或横向蚀刻来去除衬底结构16和/或碳层42。
例如，这种横向蚀刻的延伸部58A或58B可以为至少1μm且至多200μm、至少2μm且至多100μm或者至少5μm且至多70μm，例如在20μm和40μm之间。在第一时间示例期间从与主表面14A相邻的侧面开始蚀刻以及从与主表面14B相邻的侧面开始蚀刻分别允许获得横向蚀刻的不同延伸部58A和58B。备选地，可适当地选择释放孔56的位置，以获得不同延伸的边缘区域18A和18B。间隙22允许防止在边角区域32A处作用于膜结构14的力的热点。同时，间隙22的较小高度或厚度允许边角区域32A处的膜结构14的早期抵靠，以防止这种力在主表面14B上的边角区域32B处的热点。从而，可以获得关于拉力和推力的大致相同的稳健性。
图2b示出了根据一个实施例的MEMS换能器202的示意性侧视图。与MEMS换能器201相比，MEMS换能器202包括两个间隙221和222，在每个主表面14A和14B上布置一个间隙。即，可以在膜结构14的两侧上实施防止作用于膜结构14的力的热点。例如，可以在主侧面14A和衬底结构16之间布置碳层421，并且可以在主表面14B和衬底结构16之间布置又一碳层422。通过至少部分地去除碳层421和碳层422，可生成间隙221和222。基于相应碳层421和422的延伸，可获得间隙221和222的相同或不同的高度461和462。备选地或者附加地，可以生成相同或不同的延伸部/长度581和582。
使用一个或多个间隙22防止力的热点还可以允许生成边缘区域18A和18B，分别在外边缘44和内边缘24A、内边缘24B之间具有相同的尺寸。虽然边缘区域18A和18B的不同延伸部可允许限定膜结构14的偏转稳健的优选方向，但由于间隙221和/或222的积极效应，这种测量可以是不必要的。
换言之，基于单碳或双碳间隙22，图2a所示TEOS边缘的重叠不是临界(uncritical)的。
图3示出了根据一个实施例的MEMS换能器30的示意性侧视图，其中MEMS换能器30可类似于MEMS换能器102来实施。背板结构12可包括朝向膜结构14的防粘凸块，以防止粘附。
尽管MEMS换能器201、202和30被描述为在去除碳层42之后具有碳层42的剩余部分以获得间隙22，但根据一个实施例，碳层42、421和/或422可以被完全去除。这可以允许间隙完全露出第一主表面14A和/或第二主表面14B。
以下，参考图4a-图4d，描述根据一个实施例的MEMS换能器的制造，其中MEMS换能器不仅包括完全露出膜结构的主表面14A和14B的间隙，而且还包括连接第一和第二间隙的又一个第三间隙，使得第一、第二和第三间隙通过衬底结构16提供膜结构14的松弛保持。即，膜结构14可以被松开或松散地保持。
图4a示出了包括衬底结构16的叠层40'的示意性侧视图。仅通过非限制性示例，从底侧62开始，可布置、生长或沉积衬底结构16。在达到衬底结构16的特定厚度之后，可沉积、生成或布置背板结构122，例如通过沉积、布置或生长包括绝缘层和导电层的层集合。在背板结构122的顶部上，可布置衬底结构16的其他衬底材料。例如，在衬底结构16中可插入地形(topography)，例如通过实施蚀刻工艺来选择性地去除衬底结构16的一部分。从而，可以获得可至少部分地限定稍后在膜结构14处布置的防粘凸块的孔。可沉积、生成或布置碳层422，随后沉积膜材料。在之前、同时或之后，碳层423可沿膜结构14的高度布置，以提供膜结构14相对于衬底结构16的密封。在膜结构14的顶部上，可沉积碳层421，然后沉积其他衬底材料。此外，例如通过布置、沉积或生长一个或多个相应层，可布置、生成或沉积背板结构121。
换句话说，可以使用被碳材料包围或包裹的膜。
图4b示出了叠层40”的示意性侧视图，叠层40”可通过部分地去除衬底结构16的材料来获得，例如通过去除布置在相应的背板结构121或122和膜结构14之间的衬底材料。从而，除碳层421、422和423外，可释放背板结构121和122以及膜结构14。基于蚀刻工艺，可限定边缘区域18A和18B，尤其是关于它们的延伸或尺寸。
图4c示出了根据可通过进一步处理图4b所示的叠层40”而获得的实施例的MEMS换能器401的示意性侧视图。例如，通过使用释放孔56，可以部分或完全地去除碳层421、422和423。图4c示出了碳层421、422和423被完全移除以生成膜结构14(因为所有夹持材料(即，碳层)都被去除而被衬底结构16松散地保持)的场景。备选地，碳层421、422和/或423可以部分保留，从而可以阻止生成间隙223。
图4d示出了根据一个实施例的MEMS换能器402的示意性侧视图。与MEMS换能器401相比，MEMS换能器402可实施为单背板结构。例如，当再次参考图4a时，可以省略背板结构122的生成。如关于MEMS换能器401所述，膜结构14可从衬底结构16完全释放。备选地，膜结构14也可以通过碳层421、422和/或423的剩余部分或者通过例如参照图1a描述的将膜结构14直接连接至衬底结构16来固定至衬底结构16。
图5示出了用于制造MEMS换能器(诸如MEMS换能器101、102、201、202、30、401和/或402)的方法500的示意性流程图。方法500可包括布置叠层的步骤550，叠层包括膜结构、保持膜结构的衬底结构以及布置在膜结构和衬底结构之间的碳层。再次参考图4a，叠层40'可用于方法500并且通过包括提供衬底的步骤505、通过包括布置第一氧化物层的步骤510、通过包括布置第一导电背板层的步骤515、通过包括布置第二氧化物层的步骤520来获得，其中步骤510、515和520可用于生成背板结构122。步骤515可进一步包括：在可选步骤525中布置第一碳层(诸如碳层422)，在步骤530中布置膜结构，以及在步骤535中布置第二碳层(诸如碳层421)。同时地或附加地，碳层也可以布置在膜结构的横向侧处。根据实施例，两个步骤525和535均被执行，从而形成两个碳层，这允许例如参照图2b描述的在膜结构的每一侧实施间隙。根据实施例，仅实施两个步骤中的一个步骤是足够的，使得步骤525是可选的，而不将方法500限于在膜结构的布置有间隙或碳层的特定侧。这可以理解为，步骤535而非步骤525是可选的，和/或可以理解为，方法500中的步骤序列可变，例如可以在布置膜结构之前和/或之后执行碳层的布置。
步骤550的步骤540可包括布置又一氧化物层，例如，背板结构121的面向膜结构14的氧化物层。步骤545可包括布置又一导电背板层。如结合碳层所述的，图5所示的步骤顺序可与所述序列或顺序一致，但也可以偏离。例如，作为执行两个步骤515和545以获得双背板结构的备选方案，可以仅执行两个步骤中的一个，称为步骤545。该步骤可在布置膜之前或之后执行。
任选地，可在步骤555中形成接触件和/或获得钝化层，和/或可在可选步骤560中去除氧化物材料，例如，在步骤545中获得可布置在背板层上的氧化物层的一部分。两个步骤都是可选的，因此在执行步骤555和560时，顺序或序列也是可选的。根据一个实施例，在步骤560中去除氧化物材料之前执行在步骤555中形成接触件和/或钝化层。根据一个实施例，在步骤560之后执行步骤555。在可选步骤555和/或可选步骤560之前或之后，可执行步骤565，包括至少部分地去除一个或多个碳层。即，可以在用于释放膜结构以使膜结构可振动的衬底蚀刻之后和/或在钝化MEMS换能器之后执行碳层的去除。
当再次参考图2b和图4b时，可在用于释放膜结构以使膜可振动的衬底蚀刻之后执行碳层的去除。可执行图4b所示的衬底蚀刻，以便释放膜结构14的主表面14A的第一内部区域(边缘区域18A除外)，并且以便释放膜结构14的主表面14B的第二内部区域(边缘区域18B除外)。如图2b所示，在10％的公差范围内，边缘区域18A和18B可包括垂直于主表面14A的表面法向的相同延伸部。
例如，间隙22可通过使用碳材料获得，其中碳材料在换能器制造期间至少施加于膜结构的上和/或下主表面区域和/或侧面区域。通过良好控制的冷、气体氧气作用工艺(气相)获得碳材料的期望或要求的底切，在完成换能器元件之后可以选择性地去除碳材料。如此，可获得按照基于碳材料厚度的厚度形成的狭缝，其中一些灰料可保留在间隙中。在碳材料的最终蚀刻工艺(即，焚烧工艺)期间，例如可在膜表面上形成具有原子层厚度(即，1nm的厚度)的氧化层。然而，在例如可为300和600nm之间的膜厚度，这种层不被认为影响膜的电或声学特性，其中不排除更小或更大的尺寸。本文所述实施例的一个方面是在膜和至少一个周围边界材料(即，衬底结构)之间获得可能充满空气的小缝，以便获得至少在间隙区域中释放的膜。因此，膜包括相对于来自外部的应力的增加的不敏感性。由于碳材料对氧化物材料(TEOS)、多晶硅和氮化物具有极高的蚀刻选择性，因此可以按照极其精确的方式从边界材料和膜的相应表面区域之间的间隙中去除较薄施加的碳材料。
适当的材料(诸如碳)可通过冷的氧气气体蚀刻工艺(气相)去除，氧通过等离子体激活，通过等离子体获得的氧的激发执行蚀刻。所述间隙可用于双背板配置和单背板配置。在单背板配置中，碳间隙也可用于避免热点的形成。然而，在该配置中，可以注意，对于腔蚀刻可发生+/-20μm(即，40μm)的非常大的工艺变化，使得例如可以实施宽度为50μm的底切以去除碳材料，从而确保碳边缘在用于膜的下部附接的下边界材料(衬底材料)的边缘外侧上方的突出中获得。相反，以显著更高的精度(例如，7μm+/-1μm)，上和下边界材料的边缘可以在膜的上表面和上对电极之间获得，而下边界材料可以在膜的下表面和下对电极之间获得，使得至少10μm的碳材料的底切或去除在该星群(constellation)中是足够的。
由于用于换能器膜的硅非常容易受到由于膜的低层厚度而产生的拉应力的影响，而压缩应力相对不是临界的，因此采取措施来增加稳健性。根据边界附接材料的边界区域(即，边角区域32)的位置，通过横向夹持的膜发生所谓的压力负载的热点。这也被称为切痕(Kerf)效应。在双背板配置中，选择相对的对电极中的穿孔(蚀刻孔或释放孔)来限定边界材料的边缘，并由此限定用于夹持硅膜的相应热点。根据边界区域处膜的夹持或夹持边缘(夹持线)，膜的稳健性相对于从上施加或从下施加的压力而不同。在本文的上文和下文使用以简化实施例的理解。仅通过非限制性示例，以下可表示MEMS换能器的与换能器腔相邻的区域。在底部端口麦克风中，例如边界区域被布置为偏移，使得下边界区域相对于上边界区域向后设置，从而在用于来自下面的压力负载的上热点处获得增加的稳健性。
为了将从上面和从下面的稳健性保持在相同水平，在边界区域的上材料和膜的上表面之间创建狭缝/间隙，以消除上热点，因为上边界材料和膜的上表面区域之间相对松散的支撑(夹持)发生在边界区域的上材料的边缘处，使得当从上施加压力时避免上热点，并且膜可以由于狭缝而向下偏转，因此上边界材料和膜的表面区域之间不创建相对于较大拉伸应力临界的热点。这使得可以获得针对从上和从下的膜的压力负载几乎相同的拉伸/压缩比率。
为此，如结合重叠延伸部23所述的，上表面区域(主表面14A)和边界材料(衬底结构16)之间的凹部、狭缝或间隙在突出中延伸近似2μm至5μm超过下边界材料的边缘及其与膜的下表面区域的连接。原则上，上边界材料和膜结构的上表面区域之间的间隙可连续到膜的边界；然而，所得到的边界材料可被配置为足够稳定，或者外膜末端可朝向内部偏移，以获得膜结构的足够稳定的边界附接和/或所产生连接的足够高的稳健性，即两个对电极之间固定的膜。
MEMS元件已经使用多年，而且数量也很大。需要考虑的一个参数是对高且快速的压力变化的稳健性。实施例允许膜对膜两侧的压力和压力变化具有高稳健性。本实施例的一个方面是使用碳层。在释放活性MEMS层之后，可以通过使用等离子工艺以限定方式蚀刻该层。通过蚀刻工艺，可以获得限定的横向底切或横向蚀刻，允许在芯片正面的压力负载期间防止膜结构的夹持处的高拉伸应力。同时保持相对于背侧的高压稳健性。该想法可用于双背板MEMS和单背板MEMS。该想法可进一步用于获得完全释放的膜结构。对MEMS芯片的压力和压力变化的稳健性的增加可允许获得MEMS麦克风和/或MEMS扬声器的高稳健性。因此，实施例允许获得所制造MEMS换能器的低损耗率。
尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但明显地，这些方面还表示相应方法的描述，其中框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对相应框、项或相应设备的特征的描述。
上述实施例仅用于说明本发明的原理。应理解，本领域技术人员将明白本文所述布置和细节的修改和变化。因此，仅通过专利权利要求的范围来限制而不是通过本文实施例的描述和解释所呈现的具体细节来限制。

Claims (15)

1.一种MEMS换能器(101；102；201；202；30；401；402)，包括：
膜结构(14)，具有第一主表面(14A)和与所述第一主表面(14A)相对的第二主表面(14B)；
衬底结构(16)，被配置为保持所述膜结构(14)，其中在与所述第一主表面(14A)的第一内部区域(24A)相邻的第一边缘区域(18A)中，所述衬底结构与所述膜结构(14)的所述第一主表面(14A)重叠；
间隙(22；221；222)，在所述第一边缘区域(18A)中形成在所述膜结构(14)和所述衬底结构(16)之间，并且从所述第一内部区域(24A)延伸到所述第一边缘区域(18A)中。
2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述间隙是第一间隙(221)，其中所述衬底结构(16)在与所述第二主表面(14B)的第二内部区域(24B)相邻的第二边缘区域(18B)中与所述膜结构(14)的所述第二主表面(14B)重叠，其中所述MEMS换能器包括第二间隙(222)，所述第二间隙在所述第二边缘区域(18B)中形成在所述膜结构(14)和所述衬底结构(16)之间，并且从所述第二内部区域(24B)延伸到所述第二边缘区域(18B)中。
3.根据权利要求2所述的MEMS换能器，包括第三间隙(223)，所述第三间隙布置在所述膜结构(14)的连接所述第一主表面(14A)和所述第二主表面(14B)的侧表面(14C)处，其中所述第一间隙、所述第二间隙和所述第三间隙(221；222；223)用于通过所述衬底结构(16)对所述膜结构(14)进行松弛的保持。
4.根据权利要求1或2所述的MEMS换能器，包括布置在所述间隙(22)的层(42)中以及所述第一主表面(14A)的外部区域(34A)中的碳材料，所述外部区域在朝向所述膜结构(14)的外部边缘(44)的方向上与所述间隙(22)相邻。
5.根据权利要求4所述的MEMS换能器，其中所述碳材料覆盖所述第一主表面(14A)的外部区域(34A)和/或所述第二主表面(14B)的外部区域(34B)，并且提供所述膜结构(14)的夹持。
6.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中与所述第二主表面(14B)的在所述第二主表面的第二边缘区域(18B)中被所述衬底结构(16)覆盖的部分相比，所述第一边缘区域(18A)与所述第一主表面(14A)的较大部分重叠。
7.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述间隙(22)从所述衬底结构(16)完全露出所述第一主表面(14A)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述第一主表面(14A)的表面法向(28)沿着所述膜结构(14)的厚度方向导向，其中所述间隙(22)包括沿着所述厚度方向的第一延伸(46)，所述第一延伸(46)至少为1nm且至多为40nm。
9.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中所述第一主表面(14A)的表面法向(28)沿着所述膜结构(14)的厚度方向导向，其中所述间隙(22)包括垂直于所述厚度方向且从所述第一内部区域(24A)开始朝向所述膜结构(14)的外部边缘(44)的第二延伸(46)，所述第二延伸(52A)至少为1μm且至多为200μm。
10.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中灰料(48)布置在所述衬底结构(16)和所述膜结构(14)之间的所述间隙(22)中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS换能器，其中在朝向所述第一主表面(14A)的投影中，所述间隙(22)与所述衬底结构(16)的一个区域重叠至少1μm，所述第二主表面(14B)被机械固定至所述一个区域。
12.一种用于制造MEMS换能器的方法(500)，所述方法包括：
布置(550)叠层，所述叠层包括膜结构、保持所述膜结构的衬底结构以及布置在所述膜结构和所述衬底结构之间的碳层；
至少部分地去除(565)所述碳层，以便在第一边缘区域中在所述膜结构和所述衬底结构之间生成间隙，使得所述间隙从所述膜结构的第一主表面的第一内部区域延伸到所述衬底结构与所述膜结构的所述第一主表面重叠的第一边缘区域中，所述第一边缘区域与所述第一主表面的所述第一内部区域相邻。
13.根据权利要求12所述的方法，其中去除(565)所述碳层包括：使用氧化执行蚀刻工艺，使得灰料被获得以作为所述膜结构的残留物。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中在用于释放所述膜结构以使所述膜可振动的衬底蚀刻(555)之后和/或钝化所述MEMS换能器之后执行去除(565)所述碳层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在用于释放所述膜结构以使所述膜可振动的衬底蚀刻(555)之后执行去除(565)所述碳层，其中执行所述衬底蚀刻，以便除第一边缘区域之外地释放所述膜结构的第一主表面的第一内部区域以及以便除第二边缘区域之外地释放所述膜结构的第二主表面的第二内部区域；
其中在10％的公差范围内，所述第一边缘区域和所述第二边缘区域包括相同的延伸部，所述相同的延伸部垂直于所述第一主表面的表面法向。
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