CN111630673A

CN111630673A - 设计和制造包含微机械元件阵列的器件的方法、所述方法结束时获得的器件

Info

Publication number: CN111630673A
Application number: CN201980009223.5A
Authority: CN
Inventors: 布鲁诺·吉瑟兰
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-09-04
Also published as: US20210043826A1; KR20200108441A; US20230292618A1; US11706989B2; EP3743951B1; FR3077163B1; EP3743951A1; SG11202006940SA; TWI800594B; FR3077163A1; JP7215802B2; WO2019141952A1; JP2021511219A; TW201940250A

Abstract

本发明涉及一种用于设计包括多个微机械元件的器件的设计方法，每个元件包括柔性膜，且所述元件以确定的拓扑结构平面布置，该设计方法包括限定所确定的拓扑结构的步骤，以使其具有与具有空腔(24)的通用基板(20)相容的特性，该空腔(24)的特性是预先确定的，且微机械元件的每个柔性膜与该通用基板(20)的一个空腔(24)相连。本发明还涉及一种用于制造包括多个微机械元件的器件的制造方法以及此种器件本身，仅将由一个空腔(24)和一个柔性膜形成的对中的某些对配置为形成一组功能性微机械元件。

Description

设计和制造包含微机械元件阵列的器件的方法、所述方法结束时获得的器件

技术领域

本发明涉及包括平面布置的微机械元件阵列的器件。特别地，本发明涉及实施微机械超声换能器阵列的任何声学器件。这些换能器可以具有压电或电容性质。本发明例如可应用于超声成像领域。

背景技术

文献(D1)Lu,Yipeng和David A.Horsley，“Modeling,fabrication,andcharacterization of piezoelectric micromachined ultrasonic transducer arraysbased on cavity SOI wafers”，Journal of Microelectromechanical Systems 24.4(2015)：1142-1149介绍了微机械超声换能器(MUT)是由悬在空腔上方的膜形成的，该膜具有低声阻抗，并且与供声波传播的空气或另一种流体具有良好的耦合。在接收器模式下，膜在声波作用下的弯曲会转换成电信号。在发射器模式下，电信号会使膜弯曲，从而产生声波。

文献US20130270967、US20140219063和US20170128983提供了MUT器件及其制造过程的其他图示。

MUT技术能够设计例如适用于成像领域的声学器件，并具有许多优势，特别是其易于与信号调节电子器件集成，功耗低，通带宽，并且易于在其中制造平面布置的换能器的大阵列。

该文献还介绍了根据膜的激活机制可将这些换能器分为两类。

电容性MUT(其中一个的截面已在图1a中示意性地示出)具有两个电极1a、1b，一个电极布置在膜2上，另一电极通常由悬有膜的空腔3的底部形成。因此，该第二电极可以由制造在承载空腔3的载体4上的单触点1b组成。这两个电极形成电容器，电容器的电容取决于膜的弯曲程度。

压电MUT(其中一个的截面已在图1b中示意性示出)也具有两个电极1a、1b，这两个电极1a、1b布置在膜2上，位于压电材料层5的两侧。在这种类型的器件中，压电材料层5耦合到膜3，以使其弯曲或遵循其弯曲。

不论声学器件采用哪种类型的MUT，所述MUT通常都以平面和确定的拓扑结构布置，如文献(D2)Ergun、Arif S.、Goksen G.Yaralioglu和Butrus T，“Capacitivemicromachined ultrasonic transducers:Theory and technology”，Journal ofaerospace engineering 16.2(2003):76-84中详细介绍的。

在本申请的上下文中，所谓“拓扑结构”是指各换能器的几何形状，尤其是空腔及其所包括的相关膜的形状和尺寸(宽度、长度或直径、深度)，以及形成声学器件的换能器的平面分布。

图1c极为示意性地示出了包括多个换能器区块b1、b2的示例拓扑结构，所述区块彼此间隔开区块间隔距离p2(在面对两个区块b1、b2的相对边缘布置的两个换能器的中心之间测量)。器件可以包括一个这样的区块，或者实际上包括数百个这样的区块，它们彼此隔开例如约10至100微米的距离p2。例如，能够使得换能器连接到调节电路的触点、轨道或其他元件通常布置在各个区块之间的可用空间中。各个区块具有确定的宽度和长度(其可以表达为这些尺寸中每种的换能器的数量)，并描绘出通常规则分布的换能器t的二维阵列。一个区块可以包括数千个换能器。每个换能器与相邻换能器隔开确定的间隔距离p1，通常在1微米至100微米。各个换能器都包括悬在空腔上方的膜，在所示的实例中，该空腔具有圆形形状和直径d(几微米到几百微米)。拓扑结构还由空腔的深度限定，该深度可以为1微米以下以及几十微米以上。

声学器件的设计通常需要精确限定的拓扑结构，即要精确限定换能器区块的数量和尺寸、区块间隔距离、换能器在区块内的布置(例如矩阵阵列的形式，并指定两个换能器之间的间隔距离)、各个换能器的腔的尺寸和形状等。这些设计参数在一定程度上取决于声学器件的预期性能和功能。声学器件的所有换能器或所有换能器区块不必都具有相同的尺寸或一种单一布局。

文献D1还介绍了基于MUT制造声学器件的几种方法，这取决于换能器是与模拟和数字信号调节电路同时制造，还是之后制造，亦或分开制造。因此，该文献提出了一种用于制造声学器件的简化工艺，其中，与调节电路分开地制造换能器。该方法利用了预先在基板中形成的空腔来限制需要采用的光刻掩模层次的数量。

这种方法是有吸引力的，但是这意味着设计声学器件的某些工作必须由基板的制造商承担。具体地，基板的制造商必须能够设计和制造包含空腔的基板，该空腔具有精确地为器件选择的拓扑结构。但是，器件拓扑结构通常是器件制造商通常不希望泄露的有价值的敏感信息。

此外，基板制造商必须开发对于每种拓扑结构而言特定的基板制造工艺。为此所需的努力使得声学器件的快速和经济的开发更加困难。

因此，期望能够提供一种包含空腔的基板，该空腔能够用于制造各种各样的声学器件，并且因此不需要为每个声学器件专门开发特定的基板制造工艺。

发明内容

为了实现这些目的之一，本发明的一个主题是一种设计器件的设计方法，该器件包括多个微机械元件，每个元件包括柔性膜，且所述元件以确定的拓扑结构平面布置。该设计方法包括限定所确定的拓扑结构的步骤，以使其具有与具有空腔的通用基板相容的特性，该空腔的特性是预先确定的，且微机械元件的每个柔性膜与该通用基板的一个空腔相连。

因此，本发明限定了设计规则，该规则设置了器件的拓扑结构，以使其膜与通用基板的空腔对齐。因此，不必开发一种为器件的拓扑结构设计的特定基板。

根据本发明的可以单独实施或以任何技术上可行的组合实施的其他有利和非限制性特征：

-在限定拓扑结构的步骤中，从一组通用基板中选择通用基板，这些基板具有将其彼此区分开的预先确定的特性；

-限定步骤包括从一组通用基板中选择通用基板，以使得所确定的拓扑结构被限定为与期望的拓扑结构尽可能相似；

-设计工序还包括限定膜的厚度；

-限定确定的拓扑结构的步骤由以下步骤组成：

ο选择元件的膜的尺寸和形状，以使所述尺寸和形状与通用基板的空腔形状相对应；

ο选择微机械元件的膜在平面中的排列，以使当器件与该基板对齐时，它们全部与通用基板的空腔垂直；

-通用基板的空腔的布置是规则的，并覆盖了所有范围；

-微机械元件是微镜或微机械声换能器或微机械超声换能器；

-通用基板的空腔的尺寸和/或形状不完全相同。

根据另一方面，本发明提出了一种制造所设计的声学器件的制造方法，其包括提供通用基板的步骤。

更一般地，本发明提出了一种用于制造包括多个微机械元件的器件的制造方法，该方法包括：

-提供通用基板的步骤，该通用基板包括布置在载体上的表面层，该载体的主面具有下凹(emergent)空腔，并且该表面层的悬于该空腔上方的部分形成与该空腔相连的柔性膜；

-至少一个仅处理部分由一个空腔和一个膜形成的对的步骤，以形成至少一个功能性微机械元件和至少一个冗余对，该冗余对不能将其膜的运动转换成电信号，反之亦然。

根据该制造方法的可以单独实施或以任何技术上可行的组合实施的其他有利和非限制性特征：

-处理步骤还包括去除膜和/或空腔；

-处理步骤还包括抵消膜和/或空腔的步骤；

-至少一个处理步骤包括产生导电元件阵列的步骤，该导电元件阵列被配置成连接仅仅一部分空腔-膜对；

-产生导电元件阵列的步骤包括形成与仅仅一部分空腔垂直的电极；

-该方法包括调节柔性膜厚度的步骤；

-通用基板包括在载体的主面和表面层之间的中间层；

-该方法包括在表面层上沉积至少一个第一电极的步骤；

-该方法包括至少在第一电极上沉积压电层的步骤；

-该方法包括在压电层上沉积第二电极的步骤。

最后，本发明提出了一种器件，该器件包括载体和布置在载体上的表面层，该载体的主面具有下凹空腔，并且该表面层的悬于该空腔上方的部分形成与该空腔相连的柔性膜，仅将由一个空腔和一个柔性膜形成的对中的某些对配置为形成一组功能性微机械元件，和至少一个冗余对，该冗余对不能将其膜的运动转换成电信号，反之亦然。

根据该器件的可以单独实施或以任何技术上可行的组合实施的其他有利和非限制性特征：

-该器件包括导电元件阵列，该导电元件阵列被配置为连接仅仅一部分空腔-膜对；

-微机械元件是微镜或微机械声换能器或微机械超声换能器。

附图说明

从以下对本发明的详细描述中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，该详细描述参照附图给出，其中：

-图1a至1c分别示出了电容式MUT、压电式MUT和现有技术的声学器件的拓扑结构；

-图2a至2c示意性地示出了本发明的通用基板的示例的截面图和俯视图。

具体实施方式

总体地，本发明一方面提出了一种具有悬有膜的空腔的通用基板(或一组这样的通用基板)。另一方面，其目的是为限定器件、特别是声学器件的设计规则，以便可以由这种通用基板进行制造。至少某些膜和通用基板的空腔旨在形成功能性微机械元件，例如声学器件的换能器。因此，基板制造商能够大量且以较低的成本提供基板，而不必为特定的客户需求调节制造过程。遵守这些设计规则的器件制造商，尤其是声学器件的制造商，可在不共享其产品的通常机密特性的情况下备存基板。

在本申请的上下文中，“空腔”是指在基板中形成的任何空隙。该空隙不必完全封闭或气密封闭。

“膜”或“柔性膜”是指悬在基板中的空隙上方的任何结构。其可以具有任何形状，例如形成隔板或梁。悬置结构的周边可以全部或部分地结合到基板。其也可以通过一个或多个支脚与基板连接。无论将结构连接到基板的方式如何，该结构中的至少一部分具有至少一个移动自由度，从而使其具有柔性。

通用基板

因此，根据一个方面，本发明提出限定一种包括空腔的通用基板20。这种通用基板20可以包括载体21和布置在该载体上的表面层23，该通用基板20的一个示例已经由图2a的截面图和图2b的俯视图示意性地示出。其还可以包括在载体的主面和表面层之间的中间层22。载体21包括在其主面上开口的下凹空腔24。表面层23悬于载体21的空腔24上方的部分形成柔性膜。

通用基板20可以使用“粘结和薄化”类型的工艺非常容易地制造。这样的方法包括提供载体21，并在该载体21的主面上例如通过湿法或干法蚀刻形成空腔24，如果需要，则使用光刻步骤对预先沉积在载体21的主面上的抗蚀剂进行图案化，从而掩盖要保护其免受腐蚀的区域或打开要腐蚀的区域。

该方法还可以包括提供施主基板并将其粘结到载体21上以覆盖下凹空腔24。载体21和/或施主基板可以预先在其要粘结的表面上配备有层，例如介电层，从而形成基板20的掩埋中间层22。在载体21上形成的一个或多个层可以在将下凹空腔24蚀刻到该载体的表面之前或之后沉积。因此，根据一种变型，其可以涂覆限定这些空腔的壁。

在随后的步骤中，使施主基板薄化，这可以机械地、化学地或通过具有在施主基板中预先形成的削弱平面的断裂面(fracture level)来完成，该断裂面例如通过注入气态物质例如氦和/或氢形成。表面层23的厚度可以为100nm至几十微米，甚至数百微米。

在某些情况下，粘结步骤可以在气氛受控的粘结室中进行，例如以便具有确定的真空压力和/或特定的气态。由此控制存在于空腔中的气氛，特别是其真空水平和/或填充空腔的气体的性质。

优选地，粘结步骤采用分子粘结，即载体24和施主基板的清洁光滑的粘结表面通过范德华力或共价力而彼此粘附，而无需施加粘合剂。在其组装之前，通过温度为100℃至1000℃以上的热处理来增强粘附力，或者通过对接触所需的表面进行等离子体或化学处理来促进粘附力。

可以设想此过程的变型。举例来说且本身已知，可以在将施主基板和载体粘结的步骤以及使施主基板薄化的步骤之后形成空腔24。在微机械器件的制造领域中使用的一种常见方式是基于使用其中蚀刻有这些空腔24的绝缘体上硅(SOI)基板。可利用的性质是可以选择性地蚀刻硅和掩埋绝缘体，从而在SOI基板的掩埋绝缘体22中产生空腔24。可选地，可将能够选择性地蚀刻空腔24的孔在其形成之后栓塞，由此特别地使其密封。

有利地，出于可用性和成本的原因，载体21和施主基板由硅晶片组成。因此，它们可以是圆形晶片，其直径可以是200mm、300mm以上。但是，它们同样可以是其他材料的晶片，也可以是晶片以外的任何形式的材料。施主基板的材料将可能特别地被选择成使得表面层23、特别是该层的悬于空腔24上并形成膜的部分具有确定的刚度，从而当在压力下控制放置它们时允许这些膜弯曲。以相同的方式，可规定选择任何中间层22的性质，以改变膜的刚度。还可以选择由电介质(例如二氧化硅或氮化硅)形成中间层，以使表面层23与载体21电绝缘。

可规定将对准标记布置在表面层23中或通用基板20的侧面上，以便可以精确地知道空腔的位置，并使得电极和完成换能器(更一般为微机械元件)制造所需的其他层能够与这些腔24完美对准放置，从而使所述元件起作用。

基板20的通用特征在于在基板范围内的空腔的形状、尺寸和布置不是特定于一种特定产品或一种特定应用。

因此，如图2b的示例所示，通用基板可包括多个空腔24，这些空腔均匀地分布在基板20的整个范围上，并且都具有相同的形状和相同的尺寸。表述“基板的整个范围”应理解为是指基板的主面的至少一个中心区域，这可能不包括该区域外围的区域。在这个示例中，所有的空腔在基板的平面上都具有圆形形状，直径等于40μm，深度为0.2μm，并且均匀地分布在网格交点处，网格的母线是相互垂直的。空腔的中心与相邻的其他空腔的中心之间的距离等于100μm。

图2c示出了通用基板20的第二示例的俯视图。在该第二示例中，空腔24a、24b、24c成组布置，空腔组均匀地分布在基板20的表面上。在所示的示例中，每组空腔包括三个彼此相邻布置的圆形空腔24a、24b、24c，其直径分别为20μm、40μm和60μm。基板20的其他参数与第一示例相同。

更一般而言，通用基板可具有多组空腔，每组空腔具有不同的特性(形状，尺寸等)。空腔组可以布置在基板表面的间隔区域中，或者相反，每组空腔可以彼此并排布置。每组空腔可以用来形成一个具有确定功能的微机械元件。举例来说，第一组空腔可具有使其空腔特别适合于形成发射换能器的空腔特性，而第二组空腔可具有使其空腔特别适于形成接收换能器的空腔特性。在第二示例实施方式中，第一组空腔可以具有使得其空腔特别适合于形成低频换能器的空腔特性，并且第二组空腔可以具有使得其空腔特别适于形成高频换能器的空腔特性。

在本发明的上下文中，可以设想提供多种类型的通用基板20。例如，可规定创建以图2a和2b的示例为模型的通用基板的类型的集合，其中空腔24的直径分别选择为5μm、20μm、40μm和60μm。

更一般地，该集合的基板类型具有预先建立的特征，该特征将它们彼此区分。

通用基板20的每种类型都需要特定的制造方法，该制造方法必须进行调节以考虑空腔24的尺寸和接触放置的区域的相对范围。然而，由于形成集合的通用基板的数量是有限的，因此预先限定这些方法并根据所需基板的类型来实施这些方法是相对容易的。

当然，本发明绝不限于刚刚给出的通用基板20的示例。可以设想具有不同形状的空腔，例如正方形、矩形乃至六边形的形状，或者聚集有不同深度或在载体表面上有不同布置的空腔。尽管这是特别有利的，并且在器件的设计期间能够限制约束条件，但特别地，该布置不必是规则的或者覆盖通用基板的整个范围。

在任何情况下，本发明都规定要建立有限数量(例如1、3、10或20)的通用基板类型，其特征也精确地预先限定。

设计声学器件的设计方法

根据另一方面，本发明提出了一种用于设计包括微机械元件的器件的设计过程。在以下描述的示例中，功能性微机械元件是微机械超声换能器，并且该器件是声学器件。该方法旨在建立器件的模型，以便可以随后将其制造在通用基板上。作为补充，其还可以建立必须执行的各种步骤以由通用基板制造声学器件。当然，设计过程将考虑换能器的所选择的电容性或压电性。

如上所述，这样的换能器包括：悬于空腔之上的柔性膜，该膜可以气密地封闭并且包含受控气氛；以及两个电极，其置于膜和/或空腔的任一侧。而且，换能器的电极可以以其他方式布置。具体地，一组由一个腔/一个相连的柔性膜组成、并排分布并形成一个或多个换能器的对可以通过放置在所述组的端部的单对电极来寻址。也可以设想将这些电极不同地布置，例如以在膜的给定面上使它们相互交叉，特别是当膜包括压电材料时。换能器全部分布在一个平面上并以确定的拓扑结构分布。为了清楚起见，认为换能器的平面形状和尺寸与形成该换能器的膜的形状和尺寸精确地对应。

声学器件的设计包括以下步骤：在该步骤中，限定所确定的多个换能器，即各自包括一个柔性膜的微机械元件的拓扑结构。因此，可能存在以下问题：根据目标应用领域和器件的预期性能水平，确定换能器区块的数量和尺寸、换能器在各个区块中的分布、分隔两个相邻换能器的距离、以及各个区块内部的各换能器的形状和尺寸。

根据本发明，执行该限定步骤，以使限定的拓扑结构具有与通用基板相容的特性，即，其中微机械元件的柔性膜可以与通用基板的空腔相连的拓扑结构。换句话说，该限定步骤要求所选择的拓扑结构遵守一组设计规则，以确保拓扑结构与通用基板的相容性。由此保证了在该方法结束时，可以由这种通用基板来制造所设计的声学器件。

因此，在该步骤中将注意确保换能器的膜的形状和尺寸(直径、长度、宽度和/或深度)确实对应于通用基板的空腔的形状和尺寸。

还应注意确保换能器在拓扑结构平面中的布置使得投影到通用基板的表面上时，各个换能器可以垂直于空腔放置。然而，并非通用基板的所有空腔都必须与一个换能器相对应，通用基板的某些空腔可能不用于声学器件。

因此，当通用基板包括各种尺寸的成组空腔时，如通用基板的第二示例中的情况(图2c中所示)，可将声学器件的拓扑结构限定为仅使用一种特定尺寸的空腔。替代地，如在前述示例中所描述的，多组空腔将可能用来形成具有不同特性的换能器。

举例而言，后一规则可能需要以下要素：

-在换能器的各个区块中，使换能器均匀地以平面分布，并布置在其母线相互垂直的网格的节点上；

-用于分隔两个相邻区块的距离对应于分隔两个换能器的距离的倍数。

因此，保证了该分布与参照图2描述的类型的通用基板、即其空腔在基板的平面中均匀分布的基板并非不相容。

设计方法当然不限于此拓扑结构限定步骤。其包括其他步骤，例如，膜厚度的限定，各个区块中电极的几何形状和布线的限定，这些区块周围的电接触区域的限定，以及常规执行的用来使微机械元件发挥功能并产生声学器件的完整模型的任何其他设计步骤。

所确定的拓扑结构可能与所需的拓扑结构不同，后者可能直接源于正在设计中的器件的功能分析。例如，换能器的空腔需要具有的尺寸和形状要使这些空腔与通用基板的空腔的形状和尺寸相对应，这可能导致膜的谐振频率与设计方法的第一步骤中所需的频率之间的差异。

为了限制这种差异的影响，本发明的方法可以包括调节在正在设计的声学器件的某些参数的步骤。当然，该调节步骤可以仅涉及那些不会引起拓扑结构与通用基板的相容性问题的参数。本发明的方法还可以规定在声学器件的制造过程中引入用于在其制造期间调节器件的某些参数的补充步骤。

举例来说，可以设想在器件的制造过程中改变膜的厚度，从而调节换能器的谐振频率。因此，有可能补偿与由于通用基板而不得不使用的空腔形状和/或尺寸有关的任何频率差异。通过厚化或薄化，可以对一个特定换能器的膜、一组换能器或声学器件的所有换能器进行这种调节。可以根据对膜的动力学行为的影响来选择厚化层的材料。

为了限制差异的影响，也可规定提供足够数量的不同通用基板，这些基板在设计-选择空间上分布良好。在这种情况下，对于任何所需的拓扑结构，可能存在以下的通用基板，其要求所确定的拓扑结构足够接近于所需的拓扑结构，以使对声学器件的性能和功能的影响最小。

用于设计声学器件的设计过程自然是通过计算装置来实现的。这些装置可以被配置为促进所确定的拓扑结构的限定，例如通过从期望的拓扑结构自动确定所确定的拓扑结构来进行。为此，该方法必须通过可用的计算装置来访问一个或多个通用基板的预设特性。

在可用通用基板的集合或组的情况下，该方法可以搜索并选择该组中最合适的通用基板，并提出与所需拓扑结构最相似的所确定的拓扑结构，即对器件的功能和/或性能的影响最少的拓扑结构。

用于制造声学器件的制造方法

根据另一方面，本发明还涉及一种用于制造声学器件的制造方法，和一种使用该方法制造的器件。如上所述，至少在其主要参数方面，在设计过程本身中可已经限定了该制造方法的至少某些步骤。

制造方法包括提供通用基板的示例，该通用基板在设计过程中是从通用基板组中选择的。通常，可以利用晶片规模处理在通用基板上制造多个器件。能够想到，通用基板具有预先建立其特性的空腔，该空腔分别与悬于其上的柔性膜相连。

根据本说明书的这一方面，制造方法包括至少一个处理步骤，在该处理步骤中，仅激活或关闭由一个膜和一个腔形成的对中的某些对以形成至少一个功能性微机械元件，和至少一个无功能的冗余对，即该冗余对不能将其膜的运动转换成电信号，反之亦然。

这些处理步骤中的某些步骤仅在拓扑结构中指定为需要形成换能器的通用基板的那些膜上执行。因此，如上所述，处理步骤不必使得由通用基板中存在的所有空腔形成换能器。因此，再次参考图1c，分隔两个相邻的换能器区块的区域将不在这些处理步骤中的某些处理步骤中进行处理，尽管它们悬在通用基板的空腔上。

换句话说，在制造方法中，将由通用基板的一个空腔和一个膜形成的对中的某些对激活，以形成功能性微机械元件，即能够将膜的运动与电信号相互转换的元件。因此，声学装置将不使用一个或多个未激活或关闭的冗余空腔-膜对。

因此，在一个实施方式中，去除了通用基板的冗余空腔-膜对，即在设计阶段未选择的对。可以通过其中相关的空腔-膜组件被完全或部分蚀刻掉的处理步骤来实现该去除。

在另一实施方式中，抵消了通用基板的冗余空腔-膜对，即在设计阶段未选择的对，而不必消除其任何痕迹。这种抵消可以通过处理步骤来实现，并且可以采取多种形式：可以阻隔柔性膜，可以切断互连的布线，可以使相对于谐振频率的工作点偏移，或甚至穿刺膜等。

一个处理步骤还可以包括调节表面层的厚度的步骤，以便调节悬于空腔上的膜的厚度。可以通过使表面层厚化或薄化来获得膜的调节膜的厚度。使用能够限定出要薄化或厚化的区域的常规光刻技术，可以在一个特定换能器或一组换能器的膜上，或在该器件的所有膜上，局部地进行这种薄化或厚化。薄化优选通过以下蚀刻步骤实现：溶液化学蚀刻、气态或等离子体化学蚀刻、牺牲氧化或通过离子束溅射的物理蚀刻。厚化优选通过与最初形成膜的材料相同的材料(通常为硅)的沉积来实现。当是外延的情况时，沉积的层可以是单晶的。但是，它也可以是多晶的或无定形的。也可以利用其他材料，以最终产生异质的悬浮结构：例如在由单晶硅制成的初始膜上沉积SiO₂、Si₃N₄或金属。也可以通过氧化，将部分厚度的原始硅膜转换为SiO₂，从而实现厚化，该氧化伴随有使该层溶胀的效果，该效果是本领域技术人员公知的并且已充分表征的。厚度的其他变化和厚度的调节易于在制造声学器件的生产过程的几个步骤中进行：例如在压电层的形成期间，或者甚至在电极的制造期间。

处理步骤还可包括产生导电元件阵列的步骤，该导电元件阵列被配置为电连接某些空腔-膜对并且使相应的微机械元件起作用。导电元件阵列的生产可以包括形成电极，特别是垂直于一部分腔的电极。

取决于所采用的换能器是电容式还是压电式，制造过程将包括完成换能器制造所需的其他处理步骤。

因此，其可以包括在表面层上沉积至少一个第一电极的步骤，并且在压电换能器的情况下，可以包括在第一电极上沉积压电层的步骤，以及在压电层上沉积第二电极的步骤。

在电容换能器的情况下，可能需要开孔，以允许将第二电极放置在载体上。

在制造过程结束时，获得了一种声学器件，其包括载体和放置在载体主面上的表面层。载体具有下凹空腔，并且表面层悬在空腔上的部分形成与空腔相连的柔性膜。仅将由通用基板的一个腔和一个柔性膜形成的对中的一部分配置为形成一组功能性微机械元件，即能够将膜的运动和电信号相互转换的元件。

如上文所见，可以例如通过湿法或干法蚀刻表面层、中间层(如果存在)或甚至载体的一部分来保存、抵消或去除通用基板中未被激活的空腔和/或膜，例如布置在分隔两个换能器区块的区域中的那些。因此，去除了未被激活的柔性膜及其悬于上的空腔。

也可以使用仍然包含空腔的基板的某些待用区域作为切割基板的通道，以分割通过通用基板的晶片规模处理方法制造的器件。

当然，本发明不限于所描述的实施方式和示例，并且在不脱离如权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以从中得出变型实施方式。

本发明特别地不限于包括微机械超声换能器的声学器件的设计或制造。

例如，可能有换能器能够在除超声频率范围之外的频率范围内操作的问题。因此可以设想形成扬声器或麦克风阵列。每个换能器然后可以单独地或用打包寻址，这在高保真声学或定向声学领域中是特别有利的。

本发明更普遍地适用于包括使用膜或其他悬挂结构的多个微机械元件的任何器件，这些膜或其他悬挂结构以平面和特定拓扑结构布置成阵列，并且能够进行处理以形成功能性微机械元件。

因此，例如，可以有下述微机械元件的问题，该微机械元件为了形成可控的移动式微镜阵列而限定了反射区域。可以出于形成光束的目的来生产这样的微系统，这样的系统能够实现新的投影系统、屏幕和远程识别系统。在这种情况下，通用基板的柔性膜形成微镜的载体，微镜的载体在设计阶段确定的拓扑结构中功能化后，就变得可移动和可控制。在这种情况下，空腔对应于在基板中产生的空隙，以使得微镜可以进行往复运动。可以通过几种方式来固定微镜：通过其整个或部分周界，通过单个中央支脚，或者相反的通过多个分布式支脚。仅部分微镜的激活或相反关闭可以通过许多方式实现：通过选择性蚀刻的简单去除；通过分别去除或形成阻挡点来释放或相反地阻挡微镜；由微镜形成或相反地去除反射层；由微镜形成或相反地去除吸收层。

Claims

1.一种用于制造包括多个微机械元件的器件的制造方法，所述方法包括：

-提供通用基板(20)的步骤，所述通用基板包括布置在载体上的表面层(23)，所述载体(21)的主面具有下凹空腔(24)，并且所述表面层的悬于所述空腔上方的部分形成与所述空腔相连的柔性膜；

-至少一个仅处理由一个膜和一个空腔形成的对中的某些对的步骤，以形成至少一个功能性微机械元件和至少一个冗余对，所述冗余对不能将其膜的运动转换成电信号，反之亦然。

2.如前一权利要求所述的制造方法，其中，所述处理步骤包括去除膜和/或空腔。

3.如前述任一权利要求所述的制造方法，其中，所述处理步骤包括抵消膜和/或空腔。

4.如前述任一权利要求所述的制造方法，其中，至少一个处理步骤包括产生导电元件阵列的步骤，所述导电元件阵列被配置成连接仅仅一部分空腔-膜对。

5.如前一权利要求所述的制造方法，其中，所述产生导电元件阵列的步骤包括形成与仅仅一部分空腔垂直的电极。

6.如前述任一权利要求所述的制造方法，所述方法包括调节所述柔性膜的厚度的步骤。

7.如前述任一权利要求所述的制造方法，其中，所述通用基板(20)还包括在载体(21)的主面和表面层(23)之间的中间层(22)。

8.如前述任一权利要求所述的制造方法，所述方法包括在表面层(23)上沉积至少一个第一电极的步骤。

9.如前一权利要求所述的制造方法，所述方法包括至少在所述第一电极上沉积压电层的步骤。

10.如前一权利要求所述的制造方法，所述方法包括在所述压电层上沉积第二电极的步骤。

11.一种器件，所述器件包括载体(21)和布置在所述载体上的表面层(23)，所述载体(21)的主面具有下凹空腔(24)，并且所述表面层的悬于所述空腔上方的部分形成与所述空腔(24)相连的柔性膜，仅将由一个空腔(24)和一个柔性膜形成的对中的某些对配置为形成一组功能性微机械元件和至少一个冗余对，所述冗余对不能将其膜的运动转换成电信号，反之亦然。

12.如前一权利要求所述的器件，所述器件包括导电元件阵列，所述导电元件阵列被配置为连接仅仅一部分空腔-膜对。

13.如前述两项权利要求中任一项所述的器件，其中，所述微机械元件是微镜或微机械声换能器或微机械超声换能器。