CN114339558A - 制造电声换能器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造电声换能器(1)的方法，该电声换能器包括：‑框架；‑相对于框架可移动的元件(13)，该可移动元件(13)包括膜片(131)和用于使膜片刚性化的结构(132)；‑第一传输臂(141)，可移动元件(13)耦合到第一传输臂(141)的端部；在该方法中在蚀刻衬底(21)的步骤(S7)期间使用屏蔽(24b)来保护刚性结构(132)，衬底的蚀刻使得能够界定第一传输臂并且减轻可移动元件(13)。本发明的电声换能器能够消除电声换能器的不同体积之间的空气泄露。

Description

制造电声换能器的方法
技术领域
本发明的技术领域是微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)类型的设备的领域。本发明更特别地涉及一种制造电声换能器的方法，该电声换能器包括用于在以密封方式彼此隔离的两个区域之间传输运动和力的设备。这种电声换能器可以用作传声器或扬声器。
背景技术
微机电或纳米机电传声器代表了快速地扩张的市场，特别是由于移动设备的发展，例如平板电脑、智能手机和其他连接的物体，其中它们正逐渐替代驻极体传声器。
传声器测量大气压力，也称为声压的快速变化。因此，它们包括与外部接触的至少一部分。
当前制造的大多数MEMS或NEMS传声器是电容检测传声器。专利申请 FR3059659描述了电容检测传声器的示例，其包括可移动元件、电容检测装置和用于在可移动元件和电容检测装置之间传输运动的设备。
可移动元件能够收集压力变化。它可以由刚性活塞形成，该刚性活塞包括膜片，也称为薄层和用于使膜片刚性化的结构。该膜片在通向外部环境的空腔和传声器的后部体积之间形成分隔，该后部体积也称为基准体积，因为其中基准压力占优势。因此，膜片的一面承受基准压力，而膜片的相对面承受大气压力(希望检测其变化)。可移动元件连接到传声器的第一区域中的运动传输设备。
电容检测装置可以测量活塞的位移，并因此测量压力的变化。它们以密封方式布置在与第一区域隔离的第二区域中。它们包括可移动电极和相对于可移动电极布置的至少一个固定电极。电极形成电容器的电枢，其电容根据活塞的位移而变化。第二区域是处于受控气氛(通常在真空中)下的腔室，以减少粘滞摩擦现象和相关噪音。
传输设备包括延伸到第一区域中的至少一个第一传输臂和延伸到第二区域中的至少一个第二传输臂。活塞耦合到第一传输臂的第一端，而电容检测装置的可移动电极耦合到第二传输臂的端部。第一和第二传输臂通过枢转关节连接到它们的第二端。该枢转关节允许传输臂相对于传声器的框架旋转，并同时地确保第一区域和第二区域之间的密封。
这种传声器的制造特别地包括修整活塞的步骤和界定传输臂的步骤，以使它们相对于框架可移动。如果不刺穿活塞，并在承受大气压力的腔体和传声器的后部体积(承受基准压力)之间产生大量的空气泄露的话，这些步骤很难实施。
发明内容
更通常地，需要制造电声换能器，同时仍限制电声换能器的不同体积之间的空气泄露，该电声换能器包括：
-框架；
-相对于框架可移动的元件，该可移动元件包括膜片和用于使膜片刚性化的结构；
-第一传输臂，可移动元件耦合到第一传输臂的端部。
根据本发明的第一方面，通过提供包括以下步骤的制造方法趋于满足这种需要：
-提供依次地包括衬底、第一牺牲层和第一结构层的堆栈；
-在第一结构层上形成第二牺牲层，第二牺牲层包括第一分离部分和第二分离部分；
-在第一结构层和第二牺牲层上形成第二结构层；
-蚀刻第二结构层，以暴露第二牺牲层的第一部分，并且以界定可移动元件的刚性结构，第二牺牲层的第二部分被刚性结构包封；
-蚀刻第一结构层到第一牺牲层，以界定可移动元件的膜片；
-蚀刻第二牺牲层的第一部分，以暴露膜片的第一面，并且以蚀刻第一牺牲层的一部分，从而形成在刚性结构下方延伸的空腔；
-蚀刻衬底，以界定第一传输臂和在开口到空腔中时，至少部分地释放可移动元件，第一牺牲层和第二牺牲层的第二部分用作蚀刻的停止层；
-蚀刻第一牺牲层，以暴露膜片的第二相对面。
在蚀刻衬底的步骤期间，包封在用于使膜片刚性化的结构中的第二牺牲层的第二部分用作防止刚性结构蚀刻的保护层或屏蔽。因此，防止了通过可移动元件或活塞产生(补充的)空气泄漏。
由于第二牺牲层的第二部分，还可以减小衬底与刚性结构之间的重叠距离，因此，减少导致机械噪声的挤压膜片阻尼现象。
优选地，第二牺牲层的第二部分围绕可移动元件的膜片延伸，超过80％可移动元件的周边，并且有利地围绕整个可移动元件的膜片延伸。
在制造方法的优选实施例中，第二牺牲层还包括与第一部分和第二部分分离的第三部分，布置第二牺牲层的第三部分，使得在刻蚀第二结构层的步骤后，被第二结构层的剩余部分包封，并且在蚀刻衬底的步骤期间，第二牺牲层的第三部分也作为停止层。
第二牺牲层的第三部分有利地位于第一传输臂的位置与刚性结构的周边之间的交叉附近。
所述的制造方法还可以包括在蚀刻第一牺牲层和第二牺牲层的步骤后，并且在蚀刻衬底的步骤之前的以下步骤:
-在第二结构层上布置覆盖物，由此形成组件；和
-翻转组件。
除了在前面段落中已经提到的特征之外，根据本发明的制造方法可以具有单独地或者根据其所有技术上可能的组合考虑的以下中的一个或多个补充特征：
-同时地蚀刻第一结构层和第二结构层，以界定可移动元件的膜片和刚性结构；
-堆栈是绝缘体上硅(SOI)类型的多层结构；
-衬底由硅制成，第一牺牲层由氧化硅制成，并且第一结构层由氧化硅制成；
-第二牺牲层由氧化硅制成；
-第一结构层的厚度包括在100nm和10μm之间；
-可移动元件的刚性结构至少部分地放置在膜片上；和
-可移动元件的刚性结构与膜片接触。
本发明的第二方面涉及一种电声换能器，其包括：
-框架；
-相对于框架可移动的元件，该可移动元件包括膜片和用于使膜片刚性化的结构；
-第一传输臂，可移动元件耦合到第一传输臂的端部；
该膜片由第一结构层的第一部分形成，该刚性结构由布置在第一结构层上的第二结构层的第一部分形成，并且该框架包括衬底、第一结构层的第二部分和第二结构层的第二部分，
并且其中衬底和刚性结构重叠小于10μm的距离，在刚性结构的横截面中测量所述距离。
在优选实施例中，换能器包括用于在具有受控气氛的第一区域和第二区域之间传输运动和力的设备，第一区域和第二区域以密封方式彼此隔离，该传输设备包括，除了延伸到第一区域中的第一传输臂之外，延伸到第二区域中的第二传输臂。
通过阅读下面的描述和检查所附的附图，将更好地理解本发明及其应用。
附图说明
参考附图，本发明的其他特征和优点将从以下给出的描述中变得清楚，用于说明目的而非限制，其中：
图1示意性地并且部分地示出了包括连接到两个第一传输臂的活塞的电声换能器的示例；
图2A至图2H示出了制造根据图1的电声换能器的方法的步骤；
图3是释放图2H中所示的活塞的膜片的步骤后，电声换能器的透视图。
图4A、图4B、图4C和图4D表示用于制造根据本发明的电声换能器的方法的步骤的横截面图，替代了图2B、2D、2E和2G的步骤；
图5是已经完成图4D的步骤之后，电声换能器的局部透视图；和
图6A和图6B表示图4B和4D的步骤，沿着图5所示的截面P，该截面不同于图4B和4D的截面。
为了更清楚，在所有附图中相同或相似的元件都标有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了电容检测传声器类型的电声换能器1的示例，其寻求简化制造。
电声换能器1包括至少部分地界定第一区域11和第二区域12的框架(未示出)、可相对于框架移动的元件13，以及用于在第一区域11和第二区域12之间传输运动的设备14。电声换能器1的第一区域和第二区域11-12承受不同的压力。它们以密封的方式彼此隔离。
在下文中称为活塞的可移动的元件13与第一区域11接触。它包括膜片131和用于使膜片刚性化的结构132，也称为骨架或电枢。活塞13的膜片131在此的作用是在其整个表面上收集其两个面之间的压力差，以便从中推断出大气压力的变化。
活塞13的膜片131部分地界定被称为封闭的基准体积，其中基准压力占优势。它将该基准体积与通向外部环境(这里是空气)的空腔分开。因此，膜片131的一面承受基准压力，而膜片131的相对面承受大气压力(在传声器的情况下希望检测其大气压力的变化)。
第一区域11可以对应于通向外部环境的空腔，并因此承受大气压力。可替代地，第一区域11可以是承受基准压力的基准体积。
此外，在该特定示例中，电声换能器1包括布置在第二区域12中的电容检测装置15。这些电容检测装置15可以测量活塞13的位移，并因此测量其两面之间的压力差。它们优选地包括可移动电极151和相对于可移动电极151布置的至少一个固定电极。电极形成电容器的电枢，其电容根据活塞13的位移而变化。
第二区域12是受控气氛下的腔室，以减少粘滞摩擦现象和相关的噪声。术语“受控气氛下的腔室”是指减压下的腔室，通常小于10毫巴，并且优选地在真空下。
传输设备14通过一个或多个枢转关节16，相对于框架可旋转移动地被安装。传输设备14包括延伸到第一区域11中的至少一个第一传输臂141，延伸到第二区域12中至少一个第二传输臂142，并且部分地延伸到第一区域11中和部分地延伸到第二区域12中的至少一个传输轴143。在图1的示例中，传输设备14包括两个第一传输臂141、两个第二传输臂142和两个传输轴143，每个传输轴143连接第一传输臂141到第二传输臂142。
每个第一传输臂141包括耦合到活塞13的第一端和耦合到相关联的传输轴143 的第二相对端。每个第二传输臂142包括耦合到电容检测装置15的可移动电极151 的第一端和耦合到相关联的传输轴143的相对的第二端。
例如，传输轴143是直圆柱体形状。传输臂141-142优选地具有矩形截面的梁的形状，其中一个尺寸(长度)比其他尺寸(宽度和厚度)大。例如，活塞13具有矩形形状。第一传输臂141优选地垂直于活塞13的侧面延伸，有利地是大侧面延伸。它们可以锚定在活塞13的周边内侧，如图1所示，例如通过圆柱形的第一端。
每个枢转关节16优选地包括由传输轴143穿过的密封隔离元件161，以及两个对齐的叶片162，它们在传输轴143和框架之间延伸。例如，密封隔离元件161是密封膜片的形式。它确保在枢转关节16的水平处第一区域11和第二区域12之间的密封。叶片162的尺寸设计成能够扭转地变形，并且能够使传输设备14旋转。它们优选地相对于传输轴143以直径相反的方式设置。优选地，密封隔离元件161使得它在传输设备14的旋转位移的作用下也被变形。
框架可以特别地包括支撑体(由第一衬底形成)、设置在支撑体上的结构层(例如由硅制成)和转移到结构层上的覆盖物(例如由第二衬底形成).
用于使活塞13的膜片刚性化的结构132有利地包括在其周边处沿垂直于膜片 131的方向延伸的边缘。该边缘增加了活塞周围空气的路径，并减少了外部环境和用作基准的封闭体积之间的泄漏。
图2A至2H表示用于制造静电换能器1的方法的步骤S1至S8。这些图示出了活塞13可以以何种方式形成和从框架分离。因此，仅示出了活塞13周边附近的电声换能器的一部分。出于简化的考虑，将仅参考单个第一传输臂141、单个枢转关节 16、单个密封膜片161等，理解为可以同时地形成相同类型的所有元件。
图2A，图2A表示的第一步骤S1包括提供用作制造换能器的起始材料的堆栈层20。堆栈20依次地包括衬底21、第一牺牲层22和第一结构层23，也称为“薄层”。第一牺牲层22和第一结构层23布置在衬底21的所谓主面(也称为正面)上。
衬底21尤其用于制造第一传输臂141和框架(支撑件)的一部分。它最初的厚度可以包括在500μm和700μm之间。衬底21c由半导体材料制成，例如硅制成。
第一结构层23用于制造活塞13的膜片131。它也可以用于制造枢转关节16的密封膜片161和/或电容检测装置15的可移动电极151。它的厚度小于衬底21的厚度，优选地包括在100nm和10μm之间，例如等于1μm。它优选地由与衬底相同的材料，例如硅构成。
第一牺牲层22旨在换能器的制造期间部分地消失。该层对于界定第一传输臂 141特别地有用。它也可以用作换能器的电容检测区中的下气隙。它还可以使机械连接衬底和第一结构层成为可能。第一牺牲层21可由介电材料构成，优选地，氮化硅或氧化硅，例如二氧化硅(SiO2)形成。其厚度例如包括在100nm和10μm之间。
堆栈20特别地可以是绝缘体上硅(SOI)类型的多层结构，通常称为SOI衬底。
尽管图中未示出，该制造方法可以接着包括蚀刻第一结构层23的步骤。该蚀刻第一结构层23的步骤特别地可以用于形成用于释放可移动电极151的孔洞(以允许第一牺牲层22的蚀刻溶液渗入后者)。
图2B,在图2B的步骤S2中，在堆栈20的第一区域20A中的第一结构层23上形成第二牺牲层24。为此，可以首先沉积第二牺牲层24，以完全覆盖第一结构层23，然后，在堆栈20的第二区域20B中部分地蚀刻，例如通过由光刻法形成的树脂掩模。第二牺牲层24的蚀刻优选地相对于第一结构层23是选择性的。第二牺牲层24 有利地由与第一牺牲层22相同的介电材料形成，例如氧化硅形成。其厚度可包括在 100nm和10μm之间。
第二牺牲层24可以用作电容检测的上部气隙。第二牺牲层24的蚀刻可导致第一牺牲层22的蚀刻，在该位置已经预先蚀刻第一结构层23(图中未示出)。
图2C，在图2C的步骤S3中，第二结构层25沉积在(堆栈20的第二区域20B 中的)第一结构层23上和(堆栈20的第一区域20A中的)第二牺牲层24上，例如通过外延。第二结构层25旨在形成换能器的一个或多个(结构)元件，特别地活塞 13的刚性结构132。它有利地由与第一结构层23相同的材料形成，例如硅形成。第二结构层25的厚度优选地包括在5μm和50μm之间，例如等于20μm。
图2D，然后，在图2D中所示的步骤S4期间，蚀刻第二结构层25，以界定刚性结构132的轮廓(活塞的修整)，并且以减轻活塞13的重量。在堆栈20的第一区域20A中，第二牺牲层24(例如，由氧化硅制成)用作第二结构层25(例如，由硅制成)蚀刻的停止层，从而保留下面的第一结构层23(例如，由硅制成)。因此，第二结构层25的蚀刻相对于第二牺牲层24是选择性的。另一方面，在堆栈20的第二区20B中，以界定刚性结构132的周边(或外轮廓)的第二结构层25的蚀刻开口到第一结构层23中。因为第二结构层25的蚀刻相对于第一结构层23不是选择性的 (但唯一地相对于第一牺牲层22)，第一结构层23与第二结构层25同时向下被蚀刻到第一牺牲层22。
因此，在对应于刚性结构132的周边的沟槽的底部，第一结构层23已经被蚀刻，并且第一牺牲层22被暴露。
在步骤S4结束时，第一结构层23包括彼此分离的第一部分23a和第二部分23b。第一结构层23的第一部分23a(在图2D的左侧)旨在形成活塞13的膜片131。它被第二牺牲层24和第二结构层25的分离部分覆盖，形成活塞13的刚性结构132。
图2D的步骤S4中使用的蚀刻技术有利地是深反应离子蚀刻(DRIE)。
图2E，参考图2E，制造方法下面包括蚀刻第二牺牲层24的步骤S5，以暴露 (部分地)第一结构层23的第一部分23a(换言之，以暴露膜片131的第一面)。该步骤S5可以作为释放活塞13的第一步。
第二牺牲层24的蚀刻优选地是相对于衬底21、第一结构层23和第二结构层25 具有选择性的各向同性蚀刻。第二牺牲层24优选地被化学蚀刻，例如通过将堆栈浸入液相或气相(在氧化硅制成的层的情况下)的氢氟酸(HF)浴中一段受控的时间。
另一方面，第一牺牲层22位于与刚性结构132的周边对齐的部分与第二牺牲层 24同时被蚀刻，其在第一牺牲层22中形成空腔22'。可以恰好地控制蚀刻，使得该腔22'几乎不延伸。
牺牲层22和24的蚀刻也可用于释放电容检测装置15的可移动电极151(在其被封闭在受控气氛下的腔室中之前)。
尽管图中未示出，但是制造方法接着可以包括转移覆盖物到第二结构层25上的步骤，从而形成受控气氛的腔室，即，第二区域12。通过机加工硅衬底，可以生产覆盖物。它特别地可以通过直接结合(例如Si-Si)或通过共晶密封(例如Au-Si)固定到第二结构层25。
图2F，然后，在图2F的步骤S6中，将堆栈层20和覆盖物(未示出)形成的组件翻转过来，以便于后续对衬底21的蚀刻。翻转之后，有利地，例如通过DRIE 蚀刻、研磨和/或化学机械抛光(CMP)使衬底21薄化，优选地直到达到包括在30μm 到300μm之间的厚度，这是第一传输臂141所期望的厚度。
图2G，图2G的步骤S7包括将衬底21蚀刻(可选地薄化)到第一牺牲层22，以产生达到活塞13的通路，并且以在图2F中未示出的区域中界定第一个传输臂。衬底的蚀刻优选地相对于第一牺牲层22是选择性的。可以通过DRIE蚀刻衬底21。
如图2G中所示，通过第一牺牲层22的部分(和非自愿)蚀刻，衬底21的蚀刻以产生通向活塞13的后面的通路可被内接在活塞13的周边内侧，使得不开口到在步骤S5(参见图2E)所形成的空腔22中'。因此，步骤S7的蚀刻没有延伸到活塞 13，该活塞13包括第一结构层23的第一部分23a(膜片131)和第二结构层25的分离部分(刚性结构132)。在活塞13的周边内侧，第一牺牲层22(例如，由氧化硅制成)用作衬底21(例如，由硅制成)的蚀刻的停止层，从而保留下面第一结构层23(例如，由硅制成)的第一部分23a。
最后，在步骤S8中(参见图2H)，蚀刻第一牺牲层22，以显露第一结构层23 的第一部分23a(换言之，以暴露与膜片131相对的第二面)，并将其从衬底21分离。在步骤S8结束时，活塞13自由位移。因此，步骤S8可以作为释放活塞13的第二步。
第一牺牲层22的蚀刻优选地是相对于衬底21、第一结构层23和第二结构层25 选择性的各向同性蚀刻。第一牺牲层22优选地被化学蚀刻，例如通过将组件浸入液相或气相(氧化硅制成的层的情况)的氢氟酸(HF)浴中一段受控的时间。
图3是在释放活塞的第二步骤S8(图2H)之后的组件的透视图，沿着传输臂 141的对称面剖开。其中显示了转移到第二结构层25上的覆盖物26的一部分。
位于刚性结构132周边的第一区域31在图2H中被示为横截面。
该图示出第一传输臂141的垂直突出部(即，垂直于衬底)横穿活塞13的刚性结构132的周边。然而，在该周边的垂直方向上发现通过蚀刻第一牺牲层22形成空腔22'。
因此，在第一传输臂141的突出部(或位置)与刚性结构132的周边之间的交叉处周围的堆栈的第二区域32中，衬底21的蚀刻与第一牺牲层22(经历的)蚀刻重合。因此，第一牺牲层22不再可以用作衬底21蚀刻的停止层。该蚀刻不被中断，并且延伸到第一结构层23和第二结构层层25。这种现象是有问题的，因为它在位于第一结构层23一侧上的第一区域11和位于第一结构层23的相对侧(这里在覆盖物 26下方)上的体积之间产生大量的空气泄漏。当传输设备具有几个第一传输臂141 时，该泄漏问题自然发生在每个第一传输臂141处。
此外，在活塞13的位移期间，空气被挤压在刚性结构132和衬底21的剩余部分之间，并且这几乎遍及活塞13的整个周边(参见图2H&3)。这种空气挤压是由于衬底21的蚀刻内接活塞13的周边内侧的事实。它是挤压膜片阻尼现象的来源，其产生机械噪音并导致换能器的性能下降。这种挤压膜片阻尼现象的力与活塞13和框架(这里是衬底21的剩余部分)之间重叠距离的立方成反比。
图4A、4B、4C和4D以横截面图示出了完成的制造方法的步骤S2、S4、S5和 S7的不同方式，以限制第一区域和基准体积之间的空气泄漏，同时减少阻尼现象。
图4A，图4A表示在堆栈20的第一结构层23上第二牺牲层24的形成的步骤 S2。这里完成步骤S2，使得第二牺牲层24包括第一部分24a和不同于第一部分24a 的第二部分24b。因此，关于图2B的步骤S2，第二牺牲层24包括(在活塞的水平) 两个不同的部分，而不是单个部分。
第二牺牲层24的第一部分24a和第二部分24b彼此间隔开，使得稍后沉积的第二结构层25(并且旨在形成刚性结构132)与第一结构层23(旨在形成膜片131) 接触。
第二牺牲层24的第一和第二部分24a-24b优选地通过蚀刻预先沉积在第一结构层23上的介电层形成，该蚀刻相对于第一结构层23是选择性的。该沉积可以是共形的，使得第一和第二部分24a-24b具有相同的厚度。相反，如果随后进行机械化学抛光，则沉积可以是平面化的。
图4B，图4B表示在第二结构层25沉积在第一结构层23和第二牺牲层24上之后，蚀刻第二结构层25的步骤S4，例如通过外延(图2C的步骤S3)。蚀刻第二结构层25，以暴露第二牺牲层24的第一部分24a(活塞的减轻)，并且以界定刚性结构132。而且，刚性结构132的尺寸被设计成完全覆盖第二牺牲层24的第二部分24b。然后，布置在第一结构层23上的第二牺牲层24的第二部分24b被刚性结构132包封。
如之前参考图2D所描述的，可以在相同的步骤S4期间蚀刻第一结构层23，以界定膜片131(这通常是第一结构层23和第二结构层25由相同材料形成时的情况)。第一结构层23由此被分成两部分：形成活塞的膜片131的第一部分23a和属于换能器框架的第二部分23b。
替代方案在于，当第二结构层25和第一结构层23由不同材料形成时，使用不同的蚀刻化学物质分别地蚀刻第二结构层25和第一结构层23。
图4C，在图4C的步骤S5，以参考图2E描述的方式蚀刻第二牺牲层24(蚀刻相对于衬底21、第一结构层23和第二结构层25是选择性的)，直至完全去除第一部分24a。同时，从对应于刚性结构132的周边的沟槽底部开始，蚀刻第一牺牲层22 的一部分，从而形成空腔22'。
由于第二牺牲层24的第二部分24b被第一结构层23的材料和第二结构层25的材料包围，所以其不受蚀刻的影响。
空腔22'在第二牺牲层24的第二部分24b下方延伸，但不超出。蚀刻实际上是时间控制的，使得空腔22的横向端部与第二部分24b对齐。
图4D，图4D表示衬底21的蚀刻步骤S7(可能地，在覆盖物转移后和/或组件翻转之后；图2F的步骤S6)，使得有可能接近活塞13的后面，并且以限定第一传输臂141(参见图3)。与关于图2G描述的方式不同，衬底21在此被蚀刻，以开口到在图4C的步骤S5中形成的空腔22'。这的后果是活塞13自此可以自由位移。
由于衬底21的蚀刻相对于第一牺牲层22的材料和第二牺牲层24的材料是选择性的，因此蚀刻不会传播到膜片131或刚性结构132。实际上，第一牺牲层22和第二牺牲层24的第二部分24b用作蚀刻的停止层(第二牺牲层24的第二部分24b通过第一结构层23的一部分的蚀刻而显露出来，不受第一牺牲层22保护)。
因此，第二牺牲层24的第二部分24b不仅可以限制活塞任一侧的泄漏，同时在衬底21的蚀刻期间用作屏蔽，而且还可以减小衬底21和刚性结构132重叠的距离 d。然后，相对于图2G的配置减少了挤压膜片阻尼现象。在图4D的横截面中平行于衬底21的主面测量衬底21和刚性结构132之间的重叠距离d，换言之，在刚性结构132的宽度方向上测量。它有利地是小于10μm，优选地小于6μm。在图2G的情况下，重叠距离通常是15μm。
有利地以这样的方式蚀刻衬底21，使得其在蚀刻之后部分地与第二牺牲层24的第二部分24b重叠。因此，刚性结构132的边缘不被切掉。
通过蚀刻第一牺牲层22的步骤S8完成制造方法，如关于图2H所描述的。可以同时地蚀刻第二牺牲层24的第二部分24b(特别是当它由相同材料形成时)。
图5是在蚀刻衬底21的步骤S7之后，电声换能器的局部透视图。第二结构层 25已经被制成透明的。
该图显示第二牺牲层24的第二部分24b位于刚性结构132下方，并且可以围绕膜片131延伸，在活塞13的周边的大部分上，通常超过80％活塞13的周边，并且优选地超过90％。优选地，第二部分24b位于整个膜片131周围。实际上，形成在第一牺牲层22中的空腔22'沿着刚性结构132的周边延伸。因此，优选地在活塞13 的整个周边保护刚性结构132，以便使泄漏最小化。
当第二牺牲层24的第二部分24b没有围绕整个膜片延伸(例如，超过80％的周边)时，仅在第一牺牲层22的蚀刻的步骤S8结束时，可以完全地释放膜片131。实际上，第一牺牲层22的一部分可以将膜片131连接到衬底21，如图2G所示(衬底21的蚀刻在剩余的20％周边中可以不开口到空腔22')。
在由图5、6A和6B表示的制造方法的优选实施例中，第二牺牲层24的第三部分24c在步骤S2形成(与第一和第二部分24a-24b同时形成)，并在步骤S4中包封在第一结构层23和第二结构层25的剩余部分之间(参见图6A)。该第三部分24c 不同于第一和第二部分24a-24b，并且用于在衬底2的蚀刻期间，保护第二结构层25 的剩余部分(属于框架)(步骤S7；图6B)。
参考图5，衬底21实际上被蚀刻以界定第一传输臂141。然后，在第一传输臂 141的每侧上形成两个沟槽141'(这里是直线的)。这些沟槽141'开口到空腔22'，已知它们沿着第一传输臂141延伸，并且与刚性结构132的周边交叉。
因此，在第一传输臂141和刚性结构132的周边之间的交叉附近(换言之，堆栈的第二区域32中，参见图3)，第二牺牲层24的第三部分24c被第二结构层25的剩余部分包封，并且在该区域中唯一地用作对衬底21的蚀刻的屏蔽。因此，它不需要像第二部分24b那样延伸。
图6A和6B分别地表示在步骤S4和S7结束时，电声换能器的截面，但是沿着与图4B和4D的截面不同并且在图5中可见的截面P。图6A和6B的截面P穿过与第一传输臂141邻界的沟槽141'中的一个(这是第一传输臂141或衬底21的任何其他部分均未出现在图6B中的原因)。
如图5和6B所示，衬底21的蚀刻导致在用作屏蔽的第二牺牲层24的第二和第三部分24b-24c之间的第二结构层25的补充蚀刻。第二结构层25的蚀刻部分很少延伸(几平方微米)，因为蚀刻仅垂直于界定第一传输臂141的沟槽141'发生。因此，补充空气泄漏并不重要，并且电声换能器的性能没有改变。
已经以电容检测传声器(图1)为例，描述了根据本发明的用于制造电声换能器的方法，该传声器的一面承受大气压力，而另一面受到基准压力。然而，关于图2A- 2H和4A-4D描述的制造方法适用于其他类型的传声器和其他类型的电声换能器，特别是扬声器(声音发射器)或超声发射器。
更通常地，传声器在第二区域12(受控气氛的腔室)中包括用于测量传输设备的运动和/或施加到该传输设备的力的装置。这些测量装置包括例如，振动梁(共振检测传声器)。
在扬声器或超声发射器的情况下，致动器(例如电容的)替代第二区域12中的测量装置。致动器使第二传输臂142的第一端开始运动。这种运动是由传输设备14 传输到与第一传输臂141的第一端一体的活塞13。活塞13的膜片131的运动使得可以发出声音(或超声波)。

Claims (12)

1.制造电声换能器(1)的方法，该电声换能器包括：
-框架；
-相对于框架可移动的元件(13)，该可移动元件(13)包括膜片(131)和用于使膜片刚性化的结构(132)；
-第一传输臂(141)，可移动元件(13)耦合到第一传输臂(141)的端部；
该方法包括下列步骤：
-提供依次地包括衬底(21)、第一牺牲层(22)和第一结构层(23)的堆栈(20)，(S1)；
-在第一结构层(23)上形成第二牺牲层(24)，第二牺牲层(24)包括第一分离部分(24a)和第二分离部分(24b),(S2)；
-在第一结构层(23)和第二牺牲层(24)上形成第二结构层(25),(S3)；
-蚀刻第二结构层(25)，以暴露第二牺牲层(24)的第一部分(24a)，并且以界定可移动元件(13)的刚性结构(132)，第二牺牲层(24)的第二部分(24b)被刚性结构(132)包封,(S4)；
-蚀刻第一结构层(23)到第一牺牲层(22)，以界定可移动元件(13)的膜片(131)，(S4)；
-蚀刻第二牺牲层(24)的第一部分(24a)，以暴露膜片(131)的第一面，并且以蚀刻第一牺牲层(22)的一部分，从而形成在刚性结构(132)下方延伸的空腔(22’)，(S5)；
-蚀刻衬底(21)，以界定第一传输臂(141)和以在开口到空腔中时，至少部分地释放可移动元件(13)，第一牺牲层(22)和第二牺牲层(24)的第二部分(24b)用作蚀刻的停止层，(S7)；
-蚀刻第一牺牲层(22)，以暴露膜片(131)的第二相对面，(S8)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第二牺牲层(24)的第二部分(24b)围绕可移动元件(13)的膜片(131)延伸超过80％所述可移动元件(13)的周边。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第二牺牲层(24)还包括与所述第一部分(24a)和第二部分(24b)分离的第三部分(24c)，布置所述第二牺牲层的第三部分，使得在蚀刻第二结构层(25)的步骤(S4)后，其被第二结构层(25)的剩余部分包封，在蚀刻衬底(21)的步骤(S7)期间，第二牺牲层(24)的第三部分(24c)也用作停止层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二牺牲层(24)的第三部分(24c)位于所述第一传输臂(141)的位置与所述刚性结构(132)的周边之间的交叉附近。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中同时地蚀刻所述第一结构层(23)和所述第二结构层(25)，以界定可移动元件(13)的所述膜片(131)和所述刚性结构(132)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，在蚀刻第一牺牲层(22)和第二牺牲层(24)的步骤(S5)后，以及在蚀刻衬底(21)的步骤(S7)之前，还包括下列步骤：
-在第二结构层(25)上布置覆盖物(26)，由此形成组件；和
-翻转组件，(S6)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述堆栈(20)是绝缘体上硅(SOI)类型的多层结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述衬底(21)由硅制成，所述第一牺牲层(22)由氧化硅制成，并且所述第一结构层(23)由硅制成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第二牺牲层(24)由氧化硅制成。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述第一结构层(23)具有包括在100nm和10μm之间的厚度。
11.电声换能器(1)，其包括：
-框架；
-相对于框架可移动的元件(13)，该可移动元件(13)包括膜片(131)和用于使膜片刚性化的结构(132)；
-第一传输臂(141)，可移动元件(13)耦合到第一传输臂(141)的端部；
所述膜片(131)由第一结构层(23)的第一部分(23a)形成，所述刚性结构由布置在第一结构层(23)上的第二结构层(25)的第一部分形成，并且所述框架包括衬底(21)、第一结构层(23)的第二部分(23b)和第二结构层(25)的第二部分；
所述换能器中衬底(21)和刚性结构(132)重叠小于10μm的距离(d)，在刚性结构(132)的横截面中测量所述距离。
12.根据权利要求11所述的电声换能器，其包括用于在具有受控气氛的第一区域(11)和第二区域(12)之间传输运动和力的传输设备(14)，第一区域(11)和第二区域(12)以密封方式彼此隔离，该传输设备(14)包括，除了延伸到第一区域(11)中的第一传输臂(141)之外，延伸到第二区域(12)中的第二传输臂(142)。
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