CN114339559A - 制造电声换能器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造电声换能器(1)的方法，所述电声换能器(1)包括：‑框架；‑相对于框架可移动元件(13)，该可移动元件(13)包括膜片(131)和用于使膜片刚性的结构(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；其中膜片片(131)的修整和刚性结构(132)的修整在第一传输臂的位置和刚性结构的周边之间的交叉周围的区域中去相关。本发明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不断增长的市场，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面对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。

传输设备包括在第一区域中延伸的至少一个第一传输臂和在第二区域中延伸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，同时仍消除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；

-蚀刻第一结构层到第一牺牲层，以将第一结构层的第一部分和第一结构层的第二部分分开，第一结构层的第一部分旨在形成可移动元件的膜片；

-形成第二牺牲层，包括：

-布置在第一结构层的第一部分上的第一部分；

-与第一部分间隔开，并布置在第一结构层上的第二部分；和

-与第二部分相邻，并布置在第一结构层的第一部分和第二部分之间的第一牺牲层上的第三部分；

-在第二牺牲层上形成第二结构层；

-蚀刻第二结构层，以界定可移动元件的刚性结构，并且以暴露第二牺牲层的第一部分；和

-蚀刻第二牺牲层，以暴露第一结构层的第一部分。

此外，界定刚性结构周边的第一结构层的蚀刻和第二结构层的蚀刻在第一传输臂的位置周围的区域中彼此间隔开，使得第二牺牲层的第二部分作为第二结构层蚀刻的停止层。

在第一传输臂与刚性结构的周边交叉的区域中，第二牺牲层的第二部分覆盖第一结构层。然后，第一结构层不受第二结构层的蚀刻的影响。此外，通过移动第一结构层的蚀刻远离第二结构层的蚀刻，可以在蚀刻第二牺牲层的步骤之后，在第一传输臂处保留第一牺牲层的完整性。然后，可以蚀刻衬底，以在没有蚀刻传播到第一结构层和第二结构层的风险的情况下，界定第一传输臂。然后消除了在第一传输臂的每侧上产生空气泄露的风险。

在制造方法的优选实施例中，第一结构层被蚀刻到所述区域之外，使得第二牺牲层的第三部分至少延伸到刚性结构的周边。

第一结构层的蚀刻和第二结构层的蚀刻可以通过第一结构层的插件和/或通过第二结构层的插件彼此间隔开。

第二牺牲层的第二部分可以布置在第一结构层的第一部分上或第一结构层的第二部分上。

该制造方法还可以包括在刻蚀第二牺牲层的步骤之后的以下步骤:

-蚀刻衬底到第一牺牲层，以界定第一传输臂；和

-蚀刻第一牺牲层，以使得第一结构层的第一部分可移动。

优选地，所述制造方法还包括，在蚀刻所述第二牺牲层的步骤之后，并且蚀刻所述衬底的步骤之前的以下步骤:

-在第二结构层上布置覆盖物，从而形成组件；和

-翻转组件。

除了前面段落中刚刚提到的特征之外，根据本发明的制造方法可以具有单独地或以任何技术上允许组合进行的以下的一个或多个附加特征：

-可移动元件的刚性结构至少部分地位于第一结构层的第一部分上；

-可移动元件的刚性结构与第一结构层的第一部分接触；

-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，以及第一结构层由硅制成；

-第二牺牲层由氧化硅制成；和

-第一结构层的厚度包括在100nm和10μm之间。

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。

膜片由第一结构层的第一部分形成，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，

第一结构层的第一部分和第二部分中的一个和/或第二结构层的第一部分和第二部分中的一个具有面向第一和第二部分中的另一个的插件，该插件位于第一传输臂的位置与刚性结构的周边之间交叉的周围的区域中。

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绝缘，该传输设备除了在第一区域中延伸的第一传输臂之外，还包括在第二区域中延伸的第二传输臂。

优选地，框架包括衬底的第一部分，并且第一传输臂由衬底的第二部分形成。

当阅读以下描述和检查附图时，将更好地理解本发明及其不同的应用。

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至图4D示出了根据本发明的制造电声换能器的方法的步骤；

图5是已经完成图4A-4D和2F-2H的步骤后，在活塞周边与第一传输臂的位置交叉处的电声换能器的剖视图。

图6是根据本发明优选的实施例的制造方法已经完成步骤4A-4D，以减少阻尼现象后，电声换能器的剖视图。

图7A至图7D显示可用于完成图4A、4B、4C和2G的步骤的蚀刻掩模；

图8A至图8C显示可用于完成图4A、4B、4C的步骤的其它蚀刻掩模；和

图9示出了根据本发明的制造方法的替代实施例。

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部分地界定被称为基准体积的封闭体积，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(在传声器的情况下寻求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和面对可移动电极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包括在第一区域11中延伸的至少一个第一传输臂141，在第二区域12中延伸的至少一个第二传输臂142，并且在第一区域11中部分地延伸和在第二区域12中部分地延伸的至少一个传输轴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是直圆柱体的形式。传输臂141-142优选地具有矩形截面的梁的形式，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的尺寸设计成能够在扭转时变形并允许传输设备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)和添加在结构层上的覆盖物(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示出了用于制造静电换能器1的方法的步骤S1、S3至S9。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……，理解为可以同时地形成相同类型的所有元件。

图2A，图2A中所示的第一步骤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”。

衬底21特别地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，例如硅形成。

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。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可由介电材料形成，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，该制造方法还包括蚀刻第一结构层23的步骤S2。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S3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，其中预先蚀刻第一结构层23(图中未示出)。

图2C，在图2C的步骤S4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S5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，(例如，氧化硅的)第二牺牲层24用作(例如，硅的)第二结构层25蚀刻的停止层，从而保留(例如，硅的)下面的第一结构层23。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上。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(但仅相对于第一牺牲层22)，第一结构层23与第二结构层25同时被蚀刻向下到第一牺牲层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S5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S5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，制造方法然后包括蚀刻第二牺牲层24的步骤S6，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S6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的与刚性结构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'很少延伸。

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，但是制造方法然后可以包括转移覆盖物到第二结构层25上的步骤，从而在受控气氛下形成腔室，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S7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S8包括将衬底21蚀刻(可选地薄化)到第一牺牲层22，以产生通向活塞13的通路并在图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S6(参见图2E)所形成的空腔22'中。因此，步骤S8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，从而保留下面的第一结构层23(例如，由硅制成)的第一部分23a。

最后，在步骤S9中(参见图2H)，蚀刻第一牺牲层22，以暴露第一结构层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S9结束时，活塞13自由位移。因此，步骤S9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S9(图2H)之后的组件的透视图，根据传输臂141的对称面剖开。覆盖物26的一部分转移到其中显示的第二结构层25上。

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。

该图显示了第一传输壁141的垂直投影(即垂直于衬底)横穿活塞13的刚性结构132的周边。然而，在该周边的垂直处是通过蚀刻第一牺牲层22形成的空腔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)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。

为了克服这个问题，至少在第一传输臂141的突出部和刚性结构132的周边之间的每个交叉附近，以上描述的制造方法的步骤S2、S3、S5和S6以不同的方式完成，。

图4A至图4D示出了在每个第二区域32(包括第一传输臂141的突出部和刚性结构132周边之间的交叉))中以何种方式实施步骤S2、S3、S5和S6的横截面图。

图4A，图4A示出了蚀刻第一结构层23的步骤S2。蚀刻第一结构层23的一部分，以至少局部地(即，在第二区域32中)分离第一结构层23的第一部分23a和第二部分23b。提醒一下，第一结构层23的第一部分23a旨在形成活塞的膜片131。因此，在该步骤S2期间至少部分修整膜片131。

图4B，然后，在图4B的步骤S3中，在堆栈20上形成第二牺牲层24。可以以这样的方式完成步骤S3，使得第二牺牲层24包括布置在第一结构层23a的第一部分23a上的第一部分24a和与第一部分24a间隔的第二部分24b。第二牺牲层24的第二部分24b沉积在第一结构层23上(这里在第二部分23b上)并且延伸到第一结构层23被蚀刻的位置。

第二牺牲层24还包括布置在第一结构层23的第一和第二部分23a-23b之间的第一牺牲层22上的第三部分24c(在第一结构层23被蚀刻的位置处)。第三部分24c与第二部分24b相邻。它占据了第一结构层23的第一和第二部分23a-23b之间的所有空间。

第二牺牲层24的第一、第二和第三部分24a-24c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。第二牺牲层24的沉积可以是共形的，使得第一、第二和第三部分24a-24c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4C，参考图4C，蚀刻第二结构层25的步骤S5(以减轻活塞重量并界定刚性结构132)以这样的方式完成，使得对应于刚性结构132的周边的沟槽开口到第二牺牲层24的第二部分24b上。因此，第二牺牲层24的第二部分24b用作蚀刻的停止层。它防止第一结构层23被蚀刻和第一牺牲层22被暴露(如图2D)。

在蚀刻第二牺牲层24的后续步骤S6中(参考图4D)，第一部分24a因此可以被完全去除，而第一牺牲层22不被改变。实际上，第一结构层23的第二部分23b是完整的，并且保护下面的第一牺牲层22。而且，在去除第一部分24a的过程中消耗了第二牺牲层24的第二部分24b。换言之，第二部分24b具有减慢负责蚀刻的化学物质的进程的作用，使得它们永远不会到达第一牺牲层22。

然后，制造方法以关于图2F至2H描述的方式展开(步骤S7-S9)。

通过由此在堆栈的第二区域32中将第二结构层25的蚀刻与第一结构层23的蚀刻分离，即，通过将膜片131的修整与其刚性结构132的修整去相关，可以完整保留第一牺牲层22。蚀刻衬底21的步骤S8(为了界定第一传输臂141)则不再是约束，因为第一牺牲层22完全履行其停止层的作用。

第二结构层25的蚀刻和第一结构层23的蚀刻优选地偏移包括在0.5μm和15μm之间的距离D(参考图4C)。

第二牺牲层24的第一部分24a和第三部分24c优选地彼此间隔开，使得第二结构层25(刚性结构132)直接地与第一结构层23的第一部分23a(膜片31)接触。

图5是已经完成图4A-4D的步骤S2-S3、S5-S6时，在蚀刻第一牺牲层21的步骤S9(释放活塞13的第二步骤)之后，在第二区域32中获得的结构的截面图。

活塞13相对于框架自由位移，该框架在此包括衬底21、第一牺牲层22和第二结构层25的剩余部分，以及第一结构层23的第二部分23b。刚性结构132悬垂于第一结构层23的第二部分23b。刚性结构132与第一结构层23的第二部分23b之间的距离等于第二牺牲层24的第二部分24b的厚度，通常包括在100nm和10μm之间。

在活塞13的位移期间，空气被截留在刚性结构132和第一结构层23的该剩余部分之间。这种空气截留是阻尼现象的起源，称为挤压膜片阻尼，其产生机械噪音并导致换能器性能下降。这种阻尼现象的力与活塞13和框架(这里是第一结构层23的第二部分23b)之间的距离的立方成反比。

根据制造方法的优选实施例，第二结构层25的蚀刻使得能够界定刚性结构132的周边(步骤S5；图4C)相对于第一结构层23的蚀刻(步骤S2；图4A)仅在堆栈的第二区域32中偏移。在该第二区域32之外(即，对于刚性结构132的其余周边)，例如在堆栈的第一区域31中(参见图3)，第一结构层23被蚀刻(步骤S2)，使得第二牺牲层24的第三部分24c(在步骤S3中沉积)至少延伸到刚性结构132的周边。因此，在衬底21和刚性结构132被叠加的位置处不存在第一结构层23。在第二区域32之外，第二结构层25的蚀刻(步骤S5)开口到第二牺牲层24的第三部分24c上，第三部分24c占据了第一结构层23的蚀刻留下的空间。

该优选实施例示于图6中。该图示出了在除了第二区域32以外的活塞13的周边区域(例如，图3的第一区域31)中，在释放活塞的第一步骤(蚀刻第二牺牲层24)之后，获得的结构的示意性横截面图。

第一结构层23的第二部分23b不在刚性结构132下方延伸。刚性结构132仅通过第一牺牲层22和第二牺牲层24(并且特别地，占据第一结构层23的蚀刻留下的空间的第三部分24c)与衬底21分开。在释放活塞的第二步(步骤S9)之后，第一牺牲层22和第二牺牲层24将在活塞13周围消失，在活塞和框架之间形成“间隙”，该“间隙”比在堆栈的第二区域32中的更大(参考图5)。例如，当两个牺牲层22和24具有相同的厚度时(特别地，当它们用于产生差分电容检测的气隙时的情况)，该间隙是两倍大。

因此可以减少阻尼现象，同时仍然解决第二区域32特有的空气泄露问题。

还可以注意到，在第二区域32之外，第二牺牲层24不必然地包括设置在第一结构层23的第二部分23b上的第二部分24b。

在制造方法的替代实施例中，第二结构层25的蚀刻使得能够在刚性结构132的整个周边上，相对于第一结构层25的蚀刻(步骤S2；图4A)，偏移刚性结构132的周边(步骤S5；图4C)。

在制造方法的另一替代实施例中，在步骤S2中，第一结构层23在第二区域32的外部保留完整，但是在步骤S5中，与第二结构层25同时蚀刻。在这种情况下，第二牺牲层24不包括第二部分24b或第三部分24c。换言之，制造方法以关于图2A-2G描述的方式在第二区域32之外完成(因为泄漏问题特定于第二区域32)。

图7A、7B、7C和7D示出了在制造方法的优选实施例中，用于分别蚀刻第一结构层23(步骤S2)、第一牺牲层24(步骤S3)、第二结构层25(步骤S5)和衬底21(步骤S8)的掩模的示例(使得可以通过光刻法在层的堆栈上产生硬掩模或由树脂制成)。

图7A，图7A的掩模包括开口(或凹槽)71以蚀刻第一结构层23的一部分。在开口71的每一侧上存在掩模的实心部分，其对应于第一结构层23的第一和第二部分23a-23b。配置开口71，使得第一结构层23的第二部分23b在第二区域32中形成插件70(或突出部)，插件70被布置为面向第一结构层23的第一部分23a。这个插件70，也称为凸片，是这里用来(局部地)偏移第一结构层23的蚀刻和第二结构层25的蚀刻的装置。插件70形成开口的局部偏差71.

图7B，图7B的掩模包括允许蚀刻第二牺牲层24的两个开口72。它示出(作为顶视图)第二牺牲层24的第一部分24a、第二部分24b和第三部分24c相对于第一结构层23的蚀刻部分(现在作为虚线)的布置。观察到第二部分24b实际上覆盖了凸片70。

图7C，图7C的掩模包括两个开口73a-73b，用于同时减轻活塞的重量和界定第二结构层25中的刚性结构132。在第二区域32中，对应于刚性结构132的周边的开口73b是相对于第一结构层23的蚀刻掩模的开口71偏移(距离D)。另一方面，在第二区域32的外部，开口73b和71彼此对齐(它们可以也可以并置)。

图7D，图7D的掩模包括两个开口74(它们在别处连通)，以在衬底中界定第一传输臂141。第一传输臂141实际上在凸片70处穿过刚性结构132(第二区域32)的周边。

在图8A-8C所示的制造方法的替代实施例中，第一结构层23之间的蚀刻和第二结构层25的蚀刻通过刚性结构132的插件80而彼此分离，而不是第一结构层23的第二部分23b的插件70。刚性结构132的插件80面向第二结构层25的剩余部分。插件80在此形成开口73b的局部偏差.

图8A、8B和8C示出了根据该替代实施例的可用于分别地蚀刻第一结构层23(步骤S2)、第一牺牲层24(步骤S3)和第二结构层25(步骤S5)的掩模。由于衬底21的蚀刻(步骤S8)没有受到影响，所以可以再次使用图7D的掩模。

用于蚀刻第一结构层23并在图8A中示出的掩模的开口71有利地是直线的。

图8B，由图8B的掩模的实心部分示出的第二牺牲层24的第二部分24b可以比图7A-7D的优选实施例中的更宽(根据期望的距离D)。

图8C，最后，如图8C所示，第二结构层25的蚀刻掩模的开口73b被配置为形成刚性结构132的插件80(或突出部)。

在图9所示的实施例中，(通过第一结构层23的插件或通过第二结构层25的插件)，结构层25的蚀刻可以相对于第一结构层23的蚀刻在活塞13的侧面上偏移，而不是在框架的侧面上偏移。第二牺牲层24的第二部分24b，在其上停止了第二结构层25的蚀刻，然后被布置在第一结构层23的第一部分23a上。活塞13的膜片131然后延伸超出第二区域32中的刚性结构132。

根据本发明的制造电声换能器的方法以电容式检测传声器为例进行说明(图1)，该传声器的一面承受大气压力，另一面承受基准压力。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，特别地扬声器(声音发射器)或超声发射器。

更通常地，传声器在第二区域12(具有受控气氛的腔室)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 (14)

1.一种制造电声换能器(1)的方法，该电声换能器(1)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；

该方法还包括下列步骤：

-提供依次地包括衬底(21)、第一牺牲层(21)和第一结构层(23)的堆栈(20)，(S1)；

-蚀刻第一结构层(23)到第一牺牲层(22)，以将第一结构层的第一部分(23a)和第一结构层的第二部分(23b)分开，第一结构层的第一部分(23a)旨在形成可移动元件(13)的膜片(131),(S2)；

-形成第二牺牲层(24)，(S3)，包括：

-布置在第一结构层(23)的第一部分(23a)上的第一部分(24a)；

-与第一部分(24a)间隔开，并布置在第一结构层(23)上的第二部分(24b)；以及,

-与第二部分(24b)相邻，并布置在第一结构层(23)的第一部分(23a)和第二部分(23b)之间的第一牺牲层(22)上的第三部分(24c)；

-在第二牺牲层(24)上形成第二结构层(25),(S4)；

-蚀刻第二结构层(25)，以界定可移动元件(13)的刚性结构(132)，并且以暴露第二牺牲层(24)的第一部分(24a),(S5)；以及

-蚀刻第二牺牲层(24)，以暴露第一结构层(23)的第一部分(23a)，(S6)。

在该方法中，界定刚性结构(132)周边的第一结构层(23)的蚀刻和第二结构层(25)的蚀刻在第一传输臂(141)活塞周围的区域(32)中彼此间隔开，使得第二牺牲层(24)的第二部分(24b)作为第二结构层(25)蚀刻的停止层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述区域(32)的外部蚀刻所述第一结构层(23)，使得所述第二牺牲层(24)的所述第三部分(24c)至少延伸到刚性结构(132)的周边。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中第一结构层(23)的蚀刻和第二结构层(25)的蚀刻通过第一结构层(23)的插件(70)彼此间隔开。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一结构层(23)的蚀刻和所述第二结构层(25)的蚀刻通过第二结构层(25)的插件(80)彼此间隔开。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述第二牺牲层(24)的所述第二部分(24b)布置在所述第一结构层(23)的所述第二部分(23b)上。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述第二牺牲层(24)的所述第二部分(24b)布置在所述第一结构层(23)的所述第一部分(23a)上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括在蚀刻所述第二牺牲层(24)的步骤(S6)之后的以下步骤：

-蚀刻衬底(21)到第一牺牲层(22)，以界定第一传输臂(141)，(S8)；以及

-蚀刻第一牺牲层(22)，以使得第一结构层(23)的第一部分(23a)可移动，(S9)。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括在蚀刻第二牺牲层(24)的步骤(S6)之后和刻蚀衬底(21)的步骤(S8)之前的以下步骤：

-在第二结构层(25)上布置覆盖物(26)，从而形成组件；以及

-翻转组件，(S7)。

9.根据权利要求1至8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。

10.根据权利要求1至9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。

11.根据权利要求1至10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。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述第一结构层(23)的厚度包括在100nm和10μm之间。

13.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(132)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，

电声换能器，其中第一结构层(23)的第一部分和第二部分中的一个和/或第二结构层(25)的第一部分和第二部分中的一个具有面向第一和第二部分中的另一个的插件(70、80)，该插件(70、80)位于第一传输臂(141)的位置与刚性结构(132)的周边之间交叉周围的区域(32)。

14.根据权利要求13所述的换能器，包括用于在受控气氛下的第一区域(11)和第二区域(12)之间传递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，传输设备(14)除了包括在第一区域(11)中延伸的第一传输臂(141)之外，还包括在第二区域(12)中延伸的第二传输臂(142)。

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