CN114902696A - 微结构及微结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于微机电设备的微结构(1)，其包括具有顶表面(3)和背表面(4)的基板(2)和布置在所述基板(2)的顶表面(3)处的薄膜结构(5)。薄膜结构(5)包括与基板(2)间隔开的凸起部分(8)、薄膜结构(5)的与基板(2)机械接触的下部部分(6)、至少一个突出部分(9)以及薄膜结构(5)的与至少一个突出部分(9)相距一定距离的至少一个另外的侧壁(7)，该突出部分是中空的并且具有至少一个侧壁(10)及底部(11)并且突出部分经由该底部(11)将凸起部分(8)机械连接到基板(2)。其中另外的侧壁(7)将下部部分(6)与薄膜结构(5)的凸起部分(8)机械连接。

Description

微结构及微结构的制造方法

本发明涉及用于微机电设备、全向光学微机电麦克风、移动设备的微结构以及微结构的制造方法。

对于微机电系统(MEMS)技术，带有凸起部分的微结构起着至关重要的作用。许多传感器应用能够利用由薄膜沉积制成的膜片或悬臂来实现。由于这些元件没有通过构造牢固地附接到基板，因此它们表现出相对大的运动自由度。通过这种方式，它们能够用作例如压力、加速度或流量传感器。甚至麦克风应用也是可能的。

然而，凸起部分依赖于到底层基板的坚固锚固件。通常，凸起部分通过垂直于表面的侧壁来与基板锚固。凸边或凹边处的沿侧壁的缺陷会降低机械稳定性，并因此导致裂纹或局部应力松弛和蠕变。其中，此类缺陷能够包括减小的侧壁厚度、差的均匀性、差的边缘覆盖、生长边界的形成、由于负载偏移引起的内在应力或塑性应变。

一个目的是提供一种用于在微机电设备中使用的微结构，其展现出改进的机械稳定性。另一目的是提供一种用于在微机电设备中使用的展现出改进的机械稳定性的微结构的制造方法。

该目的利用独立权利要求来实现。其他实施例及变型从从属权利要求中得出。除非另有说明，如上所述的定义也应用于以下描述。

在一个实施例中，微结构包括基板，该基板可以包括半导体材料，例如硅(Si)。基板能够具有主延伸平面。基板具有顶表面和背表面。背表面背离顶表面。

微结构还包括布置在基板的顶表面处的薄膜结构。薄膜结构可以包括与半导体工艺兼容的材料，例如氮化硅(SiN)或多晶硅。

薄膜结构包括与基板机械接触的下部部分。薄膜结构的与基板机械接触的下部部分的区域形成接触区域。接触区域能够具有任何尺寸和形状。接触区域能够是连续的或不连续的。

薄膜结构还包括与基板间隔开的凸起部分。凸起部分能够布置在基板的顶表面处。这意味着在竖直方向上，凸起部分与基板的顶表面相距一定距离，其中竖直方向垂直于基板的主延伸平面。因此，薄膜结构的凸起部分不与基板机械接触。薄膜结构的凸起部分能够在与基板的主延伸平面平行的平面延伸。在俯视图中，这意味着在平行于基板的主延伸平面的平面中，凸起部分能够具有任何形状。俯视图是指在垂直方向上从薄膜结构的背离基板的一侧的微结构视图。薄膜结构的凸起部分与基板之间的距离取决于应用并且能够因应用而异。在竖直方向上，凸起部分和下部部分不重叠。在平行于基板的主延伸平面延伸的横向方向上，凸起部分和下部部分彼此相邻地布置。

薄膜结构包括至少一个突出部分。突出部分从凸起部分朝向基板的顶表面在竖直方向上延伸。突出部分由薄膜结构的一部分形成。突出部分与凸起部分直接接触。突出部分在该突出部分的背离基板的顶侧处与凸起部分直接接触。突出部分具有底部和至少一个侧壁。侧壁垂直或横向于基板的主延伸平面。底部能够平行于基板的主延伸平面延伸。突出部分经由底部将凸起部分机械连接到基板。这意味着突出部分的底部与基板机械接触。在俯视图中，突出部分能够具有任何形状。突出部分的尺寸能够小于薄膜结构的凸起部分的尺寸。

突出部分是中空的。这意味着突出部分形成中空轮廓。被突出部分所包围的容积由突出部分的底部和至少一个侧壁来界定。在突出部分的顶侧处，所包围的容积连接到薄膜结构的环境。这意味着，突出部分在顶侧处开口。

薄膜结构还包括将下部部分机械连接到凸起部分的至少一个另外的侧壁。该至少一个另外的侧壁布置在距突出部分一定距离处。然而，至少一个突出部分能够布置为靠近薄膜结构的该另外的侧壁。距离能够根据应用而变化。另一侧壁能够垂直于或横向于基板的主延伸平面。

凸起部分可以经由下部部分和突出部分来仅机械地连接到基板。凸起部分、下部部分、突出部分和另外的侧壁可以包括相同的材料。此外，凸起部分可以与下部部分、突出部分和另外的侧壁一体地形成。

由于凸起部分经由具有另外的侧壁的下部部分以及经由突出部分仅连接到基板，因此凸起部分是微结构的可移动部。这意味着凸起部分能够偏转。凸起部分的偏转能够在竖直方向上朝向基板和/或远离基板。

所提出的结构能够改善具有由薄膜形成的凸起的可移动部的微结构的机械稳定性的限制。因此，该结构增加了凸起的可移动部的锚固的弯曲刚度，而不会增加膜厚度。弯曲刚度的增加是通过将一个或更多个突出部分与中空轮廓相结合来实现的。所提出的结构元件的特征在于几何惯性矩增加。

由于侧壁面积和边缘长度的固有增加，由于突出部分包括至少一个侧壁，所以降低了局部高应力水平。在使用多个突出部分的情况下，每个突出部分分别将凸起部分机械连接到基板。作为一个优点，潜在的损坏(诸如从基板上剥离)不会像没有突出部分的情况下那样导致突然的完全系统故障。对于分层或这种类型的其他故障，具有大量突出部分的所提出结构将展现出良好的退化。通过选择突出部分的数量及其几何形状，能够独立控制抗径向和切向作用应力的刚度。

在一个实施例中，另外的侧壁、凸起部分和基板包围基板与凸起部分之间的空腔。这意味着另外的侧壁在横向方向上围绕空腔并且在横向方向上界定空腔。空腔一方面由基板并且另一方面由凸起部分来进一步界定。基板和凸起部分在竖直方向上界定空腔。

通过这种布置，凸起部分形成膜片。空腔形成固定容积，例如一定容积的气体或空气。该容积通过膜片来与微结构的环境分隔开。例如，这种布置能够用在麦克风或扬声器应用中。它也能够用在压力感测应用中。

在一个实施例中，微结构包括基板中的开口，该开口从基板的背表面朝向薄膜结构的凸起部分延伸。该开口形成为在竖直方向上在基板内延伸的沟槽。该开口能够在横向方向上具有比凸起部分更小的范围。该开口能够将由另外的侧壁、基板和凸起部分形成的空腔在基板背表面处连接到环境。该开口能够具有任何形状。该开口在竖直方向上的深度由基板的厚度给出的。

通过形成开口，给出了从基板的背表面到顶表面的通道。在存在空腔的情况下，这是到空腔的唯一通道，因为在基板的顶表面之上，空腔被薄膜包围。出于处理原因，通道能够是重要的，例如为了去除牺牲层。此外，通过形成开口，增加了由基板和薄膜结构包围的空腔的容积。这也能够是重要的，例如对于麦克风应用，因为膜对声波(特别是对音频)的响应能够通过增加容积来改变。因此，能够改善灵敏度以及信噪比。

在一个实施例中，薄膜结构包括膜片，而膜片能够是膜或板。膜片能够由凸起结构形成。这意味着凸起部分在所有横向方向被至少一个另外的侧壁围绕。因此，凸起部分的所有边缘经由至少一个另外的侧壁连接到下部部分。膜片在竖直方向上的厚度取决于应用。膜片的布置能够用于压力感测应用以及用于麦克风和扬声器应用。

在一个实施例中，薄膜结构包括梁或杆件。梁或杆件能够由凸起结构形成。这意味着薄膜结构仅在凸起部分的一个横向侧处包括一另外的侧壁。因此，在所有其他横向侧处，凸起部分的边缘不经由该另外的侧壁连接到下部部分。梁或杆件在竖直方向上的厚度取决于应用。梁或杆件的布置能够用于例如加速度感测应用以及用于流量感测应用。

在一个实施例中，薄膜结构包括桥。桥能够由凸起部分形成。这意味着薄膜结构包括在凸起部分的两个相对横向侧处的两个另外的侧壁。两个相应的侧不相邻，使得两个另外的侧壁彼此间隔开。例如，在矩形凸起部分的情况下，两个另外的侧壁布置在凸起部分的相对边缘处。例如，桥能够用作凸起的电路路径。

在一个实施例中，在俯视图中，薄膜结构的凸起部分具有圆形或矩形形状。然而，凸起部分的形状不限于圆形，而是能够具有任何形状，例如多角形状。凸起部分的形状能够取决于应用。例如，用作膜的凸起部分的圆形形状在横向方向上的均匀偏转和均匀应力分布方面能够是有利的。

在一个实施例中，微结构包括多个突出部分。突出部分能够布置于如下位置，在所述位置处凸起部分能够经由突出部分的底部连接到底层基板。在凸起部分下方的区域中的基板中存在开口的情况下，在该区域中不能布置突出部分。因此，每个突出部分可以靠近另外的侧壁布置，因为开口在横向方向上的范围可以小于凸起部分的范围。突出部分的数量以及它们的放置区域能够根据应用而变化。对于所有突出部分，相邻的两个突出部分之间的距离能够相同。通过选择突出部分的数量和放置区域，能够独立控制抗径向和切向作用应力的刚度。

在一个实施例中，微结构包括多个突出部分，其中在俯视图中，多个突出部分中的至少两个具有不同的形状。例如，一个突出部分能够具有圆形形状，而另一个突出部分能够具有矩形或椭圆形形状。此外，通过选择突出部分的几何形状，能够独立控制抗径向和切向作用应力的刚度。

在一个实施例中，至少一个突出部分具有圆形、椭圆形、矩形、多角形或镰刀形形状。突出部分的形状是相对于俯视图给出的。然而，突出部分的形状不限于这些形状中的一种，而是能够具有任何形状。如上所述，通过选择突出部分的几何形状，能够独立控制抗径向和切向作用应力的刚度。

在一个实施例中，突出部分的至少一个侧壁垂直于或横向于基板的主延伸平面。侧壁的调整能够影响薄膜结构的稳定性。然而，侧壁的调整也能够通过工艺(例如通过光刻)来给出。通过实施略微横向的(即平坦的)侧壁，能够改善薄膜结构的边缘覆盖。

在一个实施例中，薄膜结构的至少一个另外的侧壁垂直于或横向于基板的主延伸平面。该另外的侧壁的调整能够影响薄膜结构的稳定性。然而，该另外的侧壁的调整也能够通过工艺(例如通过光刻)来给出。通过实施略微横向的(即平坦的)另外的侧壁，能够改善通过薄膜结构的边缘覆盖。

在一个实施例中，薄膜结构的凸起部分是波纹状的。这意味着凸起部分至少在一些位置处不具有平行于基板的主延伸平面的平坦表面。替代地，凸起部分展现出在竖直方向上延伸的区域。波纹凸起部分能够在偏转方面具有改进的特性。波纹也能够是由加工工艺引起的。

在另一实施例中，微结构被结合在全向光学MEMS麦克风中。全向麦克风能够响应来自所有方向的声音，甚至是来自背侧的声音。麦克风还能够是光学麦克风。光学麦克风通过使用光学方法来评估膜对声音的响应。当反射镜集成在膜上时，能够通过使用激光束和干涉仪来检测振动。这样，能够通过被反射光束的光学路径长度的变化来检测膜的移动。在这种布置中，有利地不需要如传统电容式麦克风所需要的背板。

在另一实施例中，微结构被结合在全向光学MEMS麦克风中，该麦克风又被结合在移动设备中。移动设备例如能够是智能扬声器设备、智能手表、电话或助听器设备。由于微结构采用MEMS技术加工，因此移动设备能够具有小尺寸。

在另一实施例中，多个微结构被结合在电子设备中。电子设备例如能够是诸如智能扬声器设备、智能手表、电话或助听设备之类的任何变换器设备。多个微结构能够以重复构造的方式布置，使得其形成微结构阵列。这样，电子设备就能够实现阵列感应。

此外，提供了一种微结构的制造方法。针对微结构公开的所有特征也针对微结构的制造方法公开，并且反之亦然。

用于在微机电设备中使用的微结构的制造方法包括提供具有至少一个牺牲层的基板，所述牺牲层布置在基板的顶表面的位置处。牺牲层能够包括例如钨-钛(W-Ti)并且能够例如通过溅射工艺来沉积。至少一个牺牲层的图案化能够通过蚀刻来完成。随后能够进行牺牲层的几次沉积，并且在每次沉积之后能够执行蚀刻工艺以图案化对应的牺牲层。至少一个沟槽形成在至少一个牺牲层内。沟槽朝向基板延伸。

薄膜沉积在牺牲层、沟槽和基板上。可以通过化学气相沉积(CVD)或等离子体增强CVD(PECVD)来沉积薄膜。能够通过蚀刻工艺对薄膜进行图案化。薄膜在不存在牺牲层的位置与基板机械接触，例如在牺牲层中的沟槽底部处与基板机械接触。此外，薄膜覆盖牺牲层中沟槽的侧表面。该薄膜还覆盖了牺牲层中沟槽的边缘。薄膜还覆盖牺牲层的顶表面，这指的是牺牲层的背离基板的表面。因此，牺牲层被布置在基板与薄膜之间的一些位置处。

在薄膜沉积和其图案化之后，去除牺牲层。以这种方式，通过去除牺牲层来通过薄膜形成薄膜结构。牺牲层的去除能够通过湿法蚀刻来完成。牺牲层的去除在一些位置处释放了薄膜。这意味着在牺牲层上已经布置薄膜的位置，在去除牺牲层之后形成薄膜的凸起部分。凸起部分由薄膜沉积在牺牲层上的部分形成。由薄膜的沉积在牺牲层中的至少一个沟槽内的部分形成突出部分。另外的侧壁由薄膜沉积在图案化牺牲层的侧表面上的部分形成。在去除牺牲层之后，由薄膜和基板形成微结构。

通过使用牺牲层，能够制造微结构的凸起部分。制造凸起薄膜结构的工艺比使用如化学机械抛光(CMP)等工艺制造的同等结构更简单且更具成本效益。此外，通过在凸起的薄膜结构上增加与底层基板机械接触的突出部分，能够提高薄膜结构的稳定性。

在用于在微机电设备中使用的微结构的制造方法的一个实施例中，在基板中形成开口。该开口能够通过深度反应离子蚀刻(DRIE)形成。开口从基板的背表面朝向薄膜结构的凸起部分延伸。蚀刻工艺能够通过时间或通过使用蚀刻停止层来控制。在后一种情况下，蚀刻停止层已在牺牲层沉积之前沉积在基板顶侧处的应形成开口的位置处。蚀刻停止层可以包括铬(Cr)并且能够在形成开口之后例如通过湿法蚀刻去除。该开口的横向范围能够小于凸起部分的横向范围。这样，在横向方向上靠近薄膜结构的另外的侧壁布置的突出部分仍然连接到底层基板。

通过形成开口，给出了从基板的背表面到顶表面的通道。出于处理原因，通道能够是重要的，例如用于去除牺牲层。此外，通过形成开口，能够增加由基板和膜包围的空腔的容积。这意味着空腔通过基板中的开口在竖直方向上扩大。这也能够是重要的，例如对于麦克风应用，因为膜对声波(特别是对音频)的响应能够通过这种方式改变。因此，能够通过扩大空腔容积来改善灵敏度以及信噪比。

在用于在微机电设备中使用的的微结构的制造方法的一个实施例中，在基板中形成开口之后去除牺牲层。在包括膜片的实施例中，开口能够给出到牺牲层的唯一通道，因为在基板的顶表面之上，牺牲层被薄膜覆盖。然后该通道能够用于去除牺牲层，例如通过湿法蚀刻去除牺牲层。此外，通过形成开口，能够增加包围在包括膜片的设备中的容积。

附图的以下描述可以进一步示出和解释示例性实施例。功能相同或具有相同效果的组件由相同的附图标记来表示。可能仅相对于首先出现的附图来描述相同或效果相同的组件。在后续的附图中不必重复其描述。

图1a示出了凸起的微结构的一个示例的有限元分析(FEA)结果。

图1b示出了凸起的微结构的另一示例的有限元分析(FEA)结果。

图2示出了微结构的一个示例性实施例的有限元分析(FEA)的结果。

图3a示出了薄膜结构的一个示例性实施例。

图3b示出了薄膜结构的一个示例性实施例的剖视图。

图4示出了微结构的一个示例性实施例的横截面。

图5示出了微结构的一个示例性实施例的俯视图。

图6示出了微结构的另一示例性实施例的横截面。

图7示出了微结构的另一示例性实施例的横截面。

图8示出了微结构的另一示例性实施例的横截面。

图9示出了包括MEMS麦克风的移动设备的一个示例性实施例的示意图，该MEMS麦克风包括微结构。

在图10a至10i中，示出了微结构的制造方法的一个示例性实施例。

在图1a中，示出了微结构1的一个示例性部分的FEA模拟的结果，其不是实施例。微结构1包括薄膜结构5。在该图中，评估薄了膜结构5的应力分布(vonMises应力)。薄膜结构5包括与基板2接触的下部部分6、另外的侧壁7和凸起部分8。下部部分6、另外的侧壁7和凸起部分8包括相同的材料。下部部分6和凸起部分8具有平坦表面，其平行于基板2的主延伸平面延伸。相对于下部部分6，凸起部分8布置在升高的水平面上。另外的侧壁7将下部部分6连接到凸起部分8。此外，另外的侧壁7垂直于下部部分6的表面以及凸起部分8的表面。

刻度给出了以N/m²为单位的机械应力。应力在另外的侧壁7的区域中显示出高值，尤其是在另外的侧壁7的与下部部分6相邻的边缘处。这种应力由制造过程产生并且也能够来自于所使用材料的不同的热膨胀系数。反过来，张力能够导致微结构1上的弯矩和凸起部分8的偏转。由于负载偏移，能够发生材料疲劳、塑性应变和裂纹。

在图1b中，示出了微结构1的另一示例性部分的应力分布的FEA模拟的结果，其不是实施例。同样在该示例中，薄膜结构5包括与基板2接触的下部部分6、另外的侧壁7和具有与上述相同特性的凸起部分8。此外，薄膜结构5具有波纹状的另外的侧壁7，如从现有技术中已知的，例如从美国专利US6987859B2中已知的。这意味着，另外的侧壁7不仅沿一个方向延伸，而且包括彼此围成90°角的多个部分。即使这种布局减少了另外的侧壁7内的应力，在波纹的顶部边缘处也存在局部高应力水平。

图2示出了包括薄膜结构5的微结构1的一个实施例的一部分的FEA应力评估。对应于根据图1a和1b的示例的元件的根据图2的元件用相同的附图标记表示。

如在图1a和1b的示例中，根据图2的薄膜结构5包括与基板2接触的下部部分6、另外的侧壁7和具有与上述相同特性的凸起部分8。这尤其意味着下部部分6、另外的侧壁7和凸起部分8包括相同的材料。

图2中仅示出了基板2的顶表面3。基板2能够具有主延伸平面。薄膜结构5布置在基板2的顶表面3上。在俯视图中，这意味着在平行于基板2的主延伸平面的平面中，该实施例的薄膜结构5具有条状形状。俯视图是指从薄膜结构5的背离基板2的一侧观察微结构的视图。

薄膜结构5的下部部分6与基板2的顶表面3接触。下部部分6具有平坦表面，其平行于基板2的主延伸平面。

下部部分6连接到另外的侧壁7，在该实施例中，该另外的侧壁垂直于基板2的主延伸平面以及下部部分6的主延伸平面。下部部分6和另外的侧壁7在下部部分6连接到另外的侧壁7的区域中形成下边缘。另外的侧壁7在竖直方向z上远离基板2延伸，其中竖直方向z垂直于基板2的主延伸平面。

薄膜结构5的凸起部分8连接到另外的侧壁7，使得凸起部分8和另外的侧壁7在凸起部分8连接到另外的侧壁7连接的区域形成上缘。在图2所示的实施例中，凸起部分8具有平坦表面，该平坦表面也平行于基板2的主延伸平面，但相对于下部部分6位于升高的水平面上。因此，凸起部分8与基板2间隔开。凸起部分8和下部部分6在竖直方向z上不重叠。

突出部分9布置在薄膜结构5的凸起部分8的区域内。突出部分9包括至少一个侧壁10，其在竖直方向z上从凸起部分8朝向基板2延伸。侧壁10的数量取决于突出部分9的形状。例如，在平行于基板2的主延伸平面延伸的平面中穿过突出部分9的横截面的情况下，突出部分9具有圆形形状。这意味着，突出部分9具有一个侧壁10，而在横截面为矩形形状的情况下，突出部分9将具有对应于四个侧表面的四个侧壁10。

在图2的实施例中，侧壁10垂直于基板2的主延伸平面。本实施例的突出部分9具有圆柱形形状。因此，突出部分9包括在这种情况下具有圆形形状的底部11。底部11与基板2机械接触。

突出部分9形成在这种情况下为中空圆柱体的中空轮廓。这意味着，突出部分9包围了一容积。在突出部分9的顶侧处，被包围的容积连接到薄膜结构5的环境，其中突出部分9的顶侧背离基板2。这意味着，突出部分9在顶侧处开口。凸起部分8具有用于突出部分9的孔12。

如图2所示，与图1a和图1b的示例相比，应力分布显着降低。因此，薄膜结构5的所提出的构造，尤其是包括突出部分9的凸起的薄膜结构5的构造，改进了机械性能。

图3a示出了薄膜结构5的另一实施例。

薄膜结构5在俯视图中具有正方形的形状。然而，薄膜结构5的凸起部分8在俯视图中具有圆形形状。在所有横向方向x、y上，凸起部分8经由环形的另外的侧壁7连接到下部部分6。靠近该另外的侧壁7，凸起部分8包括圆柱形突出部分9。在该实施例中，薄膜结构5包括多个突出部分9，而每个突出部分9与其相邻的突出部分9等距放置。这样，多个突出部分9沿凸起部分8周缘形成突出部分9的环。薄膜结构5的这种布置形成了膜片。这意味着基板2、另外的侧壁7和凸起部分8包围空腔13。

图3b示出了图3a的薄膜结构5的实施例的剖切。一方面示出了由薄膜结构5覆盖的空腔13。另一方面，朝向基板2(其在该图示中未示出)延伸的突出部分9也可见。

图4示出了通过微结构1的一个实施例的示意性横截面。

微结构1包括具有顶表面3和背表面4的基板2。开口14穿透基板2并将背表面4连接到顶表面3。开口14的深度dSi对应于基板2的厚度。深度dSi能够是例如至少100微米并且至多750微米。然而，深度dSi应该选择为尽可能大并且能够延伸750微米并且例如至多2.5毫米。

在基板2的顶表面3上布置有薄膜结构5。在横截面视图中，薄膜结构5包括位于开口14两侧处的下部部分6。下部部分6与基板2的顶表面3机械接触。

在横截面视图中，微结构1还包括位于开口14两侧处的另外的侧壁7。该另外的侧壁7的高度ds对应于凸起部分8的高度并且取决于应用。该另外的侧壁7的高度ds能够为至少0.5微米并且至多10微米。替代地，该另外的侧壁7的高度ds能够为至少0.6微米且至多4微米。

微结构1还包括跨越基板2中的开口14的薄膜结构5的凸起部分8。凸起部分8的从一个另外的侧壁7到另一个相对的另外的侧壁7的直径取决于应用。例如，在形成膜片的圆形凸起部分8的情况下，凸起部分8的直径可以为至少100微米并且至多10毫米。替代地，凸起部分8的直径可以为至少500微米并且至多1毫米。

在距另外的侧壁7一距离dd处，微结构1包括突出部分9。突出部分9与另外的侧壁7之间的距离dd取决于应用。例如，突出部分9和另外的侧壁7之间的距离dd能够为至少0.5微米并且至多500微米。替代地，突出部分9与另外的侧壁7之间的距离dd能够为至少6微米且至多20微米。

突出部分9在与基板2的主延伸平面平行延伸的平面中的直径dp取决于应用。例如，在圆柱形突出部分9的情况下，直径dp能够为至少0.5微米并且至多50微米。替代地，突出部分9的直径dp能够为至少2微米并且至多8微米。

凸起部分8与下部部分6、突出部份9和另外的侧壁7一体地形成。这意味着，凸起部分8、下部部分6、突出部分9和另外的侧壁7由一个层来形成。

根据图4的实施例，基板2中的开口14在竖直方向z上布置在凸起部分8之下。然而，基板2中的开口14在横向方向x、y上的范围小于凸起部分8的范围。这样，通常靠近另外的侧壁7放置的突出部分9能够连接到底层基板2。

突出部分9能够布置在距开口14一距离dsq处。在凸起部分8是膜片的情况下，距离dsq影响膜片在振动期间的阻尼。因此，距离dsq取决于应用。例如，距离dsq能够为至少0.5微米并且至多100微米。替代地，距离dsq能够为至少2微米并且至多8微米。

图5示出了包括凸起的薄膜结构5的微结构1的一个实施例的俯视图。需要注意的是，图5能够被视为图4的实施例的俯视图。

根据图5的实施例在俯视图中包括方形基板2，在基板2的中心具有圆形开口14。此外，该实施例包括在基板2顶部上的圆形薄膜结构5。薄膜结构5包括与基板2接触的环形下部部分6。环形下部部分6围绕整个薄膜结构5。

凸起部分8形成薄膜结构5的内圆形区域。特别地，凸起部分8形成圆形，该圆形与基板2中的开口14同心地重叠。

附加地，图5的实施例示出了围绕开口14布置的多个突出部分9。在该实施例中，突出部分9的形状在俯视图中分别以圆形或矩形而变化。

图6、7和8示出了微结构1的其他示例性实施例的横截面视图。

根据图6的实施例与根据图4的实施例的不同之处在于在凸起部分8的沿横向方向x的一侧处不存在另外的侧壁7。另外的侧壁7仅设置在凸起部分8的一侧处。因此，图6所示的薄膜结构5能够视为杆件或梁。

根据图7的实施例与根据图6的实施例的不同之处在于基板2中没有开口14。由于凸起薄膜结构5通常通过使用牺牲层来制造，因此必须在工艺的某个时刻去除牺牲层。如在本实施例中，当基板2中未设置开口14时，无法从基板2的背表面4接近牺牲层。在这种情况下，能够经由薄膜结构5中的湿法蚀刻槽孔15去除牺牲层。例如，这些槽孔15由薄膜结构5的不具有另外的侧壁7的区域形成。这样的区域在本实施例中在横向方向x上在凸起部分8的一侧处给出。

根据图8的实施例与根据图4的实施例的不同之处在于基板2中没有开口14。图8所示的薄膜结构5能够视为基板2之上的桥。如上所述，牺牲层能够经由薄膜结构5中的湿法蚀刻槽孔15去除，例如横向方向y上的槽孔15。此外，该实施例示出了侧壁10和另外的侧壁7两者都横向于基板2的主延伸平面。

图9示出了包括全向光学MEMS麦克风16的移动设备17的一个示例性实施例的示意图，该全向光学MEMS麦克风包括如上所述的微结构1。移动设备17例如能够是智能扬声器设备、智能手表、电话或助听设备。

在图10a至10i中，示出了微结构1的制造方法的一个示例性实施例。该方法涉及用于在全向光学MEMS麦克风16中使用的膜的加工。

如图10a所示，该方法包括提供基板2。基板2具有背表面4和顶表面3。基板2能够包括Si。在基板2的顶表面3上，将电介质层18布置在一些位置处。介电层18能够包括例如氧化硅(SiO2)。然而，基板2的顶表面3的一部分没有介电层18，使得介电层18形成朝向基板2的孔口。

在下一步骤中，将蚀刻停止层19在一些位置处沉积到基板2的顶表面3上(图10b)。蚀刻停止层19可以包括Cr。蚀刻停止层19布置在由介电层18形成的孔口的中心区域中。蚀刻停止层19设置为用于在基板2中形成开口14，如下所述。

在下一步骤中，反射层20被沉积在蚀刻停止层19的顶部上的中心区域中(图10c)。反射层20可以包括金(Au)或钛(Ti)。反射层20具有面向蚀刻停止层19的背表面、背离基板2的顶表面以及侧表面。反射层20设置为反射镜，其在工艺结束时附接到膜。通过使用反射镜，能够光学底评估膜的偏转。这意味着在镜子处反射的激光束能够通过使用干涉仪来进行分析。

图10d示出了第一牺牲层21的沉积。第一牺牲层21可以包括W-Ti。第一牺牲层21被沉积在介电层18、基板2的顶表面3、蚀刻停止层19和反射层20上。通过图案化步骤，去除蚀刻停止层19的部分上的第一牺牲层21以释放蚀刻停止层19。提供第一牺牲层21的图案化以实现波纹状的第二牺牲层，这又导致如下所述的波纹状膜。

图10e示出了第二牺牲层22在第一牺牲层21的顶部上和蚀刻停止层19的释放部分上的沉积。第二牺牲层22还可以包括W-Ti。由于底层形貌，第二牺牲层22具有波纹顶表面。这意味着第二牺牲层22在一些位置处不具有平行于基板2的主延伸平面的平坦表面。相反，第二牺牲层22展现出在竖直方向z上延伸的区域。

在图案化工艺中，在介电层18上去除两个牺牲层21、22。在横向方向x、y上与介电层18相邻的区域中去除牺牲层21、22以释放基板2。也在反射层20之上的中心区域上去除牺牲层21、22以释放反射层20。这样，反射层20在其顶表面以及在其侧表面处没有牺牲层21、22。

此外，在其下方不存在蚀刻停止层19的一些位置处在牺牲层21、22的堆叠内形成一个或更多个沟槽23。沟槽23朝向基板2延伸以释放基板2。提供沟槽23以在完全去除牺牲层21、22之后形成薄膜结构5的突出部分9。

在下一步骤中，薄膜24沉积在介电层18、被释放的基板2、第二牺牲层22和反射层20上(图10f)。薄膜可以包括SiN。在介电层18的部分上去除薄膜以形成所需形状的薄膜结构5。此外，能够通过去除第二牺牲层22之上小区域中的薄膜来实现槽孔口25。

为了形成开口14，必须将基板2翻转过来并进行背侧处理(图10g)。在蚀刻停止层19的区域中从基板2的背表面4到顶表面3形成开口14。然而，开口14的横向范围可以小于蚀刻停止层的横向范围19。

在图10h中，示出了蚀刻停止层19的去除。由于开口14的横向范围小于蚀刻停止层19的横向范围，因此少量蚀刻停止层19保留在基板2的顶表面3上的边缘处。剩余的蚀刻停止层19能够用作振动膜的阻尼结构26。

在下一步骤中，去除牺牲层21、22并且能够将设备翻转以进行可能的进一步正侧处理。薄膜结构5形成用于在全向光学MEMS麦克风16中使用的膜。

所得微结构1(图10i)类似于图4的实施例。微结构1与图4的实施例的不同之处如下：

介电层18布置在基板2中的开口14周围，与开口14相距一定距离。薄膜结构5包括覆盖介电层18的部分顶表面和介电层18的侧表面的部分，其在横向方向x、y上指向开口14。

薄膜结构5的与基板2机械接触的下部部分6布置在在横向方向x、y上朝向开口14的邻接介电层18的区域中。下部部分6与薄膜结构5的覆盖介电层18侧表面的部分连接。

薄膜结构5的凸起部分8是波纹状的。这意味着凸起部分8不是平面的，而是具有平行于基板2的主延伸平面的区域和垂直于主延伸平面的区域。

附加地，薄膜结构5的凸起部分8包括中心区域，其中反射层20附接至凸起部分8。反射层20附接至凸起部分8的面向基板2中的开口14的一侧上。这意味着反射层20的背表面没有其他层。反射层20的上表面和侧表面均被薄膜结构5覆盖。

薄膜结构5的凸起部分8还包括在凸起部分8周缘处的小区域中的槽孔口25。槽孔口25设置用于从薄膜结构5的一侧到另一侧的气体交换。这能够是必要的，因为由于膜偏转，气体密度的变化会影响系统顺应性。因此，槽孔口在薄膜结构的两侧之间提供压力平衡。附加地，槽孔口会影响设备的频率范围。为了实现高声阻，槽孔口的直径应该较小。

此外，由于剩余的蚀刻停止层19，微结构1包括阻尼结构26。阻尼结构26在基板2顶侧上布置在开口14的边缘处。阻尼结构26提供防止膜强烈偏转的保护。

然而，如图4的实施例中那样，图10i的实施例包括突出部分9。突出部分9由薄膜沉积在牺牲层21、22中的沟槽23内的部分形成。突出部分9使膜片具有额外的稳定性，因为它们将凸起部分8连接到基板2并且固有地增加了侧壁面积。

附图标记

1 微结构

2 基板

3 基板顶表面

4 基板背表面

5 薄膜结构

6 薄膜结构的下部部分

7 薄膜结构的另外的侧壁

8 薄膜结构的凸起部分

9 薄膜结构的突出部分

10 突出部分的侧壁

11 突出部分的底部

12 凸起部分的孔口

13 空腔

14 开口

15 槽孔

16 全向光学MEMS麦克风

17 移动设备

18 介电层

19 蚀刻停止层

20 反射层

21 第一牺牲层

22 第二牺牲层

23 牺牲层中的沟槽

24 薄膜

25 槽孔口

26 阻尼结构

dSi 开口深度

ds 另外的侧壁的高度

dd 另外的侧壁与突出部分之间的距离

dp 突出部分的直径

dsq 开口与突出部分之间的距离

x、y 横向方向

z 竖直方向

Claims (17)

1.一种用于在微机电设备中使用的微结构(1)，其包括具有顶表面(3)和背表面(4)的基板(2)和布置在所述基板(2)的顶表面(3)处的薄膜结构(5)，所述薄膜结构(5)包括：

-与所述基板(2)间隔开的凸起部分(8)，

-所述薄膜结构的下部部分(6)，其与所述基板(2)机械接触，

-至少一个突出部分(9)，其是中空的并且具有底部(11)和至少一个侧壁(10)，并且所述突出部分经由所述底部(11)将凸起部分(8)机械连接到基板(2)，以及

-所述薄膜结构(5)的至少一个另外的侧壁(7)，其与所述至少一个突出部分(9)相距一定距离，其中，所述另外的侧壁(7)将下部部分(6)与薄膜结构(5)的凸起部分(8)机械连接。

2.根据权利要求1所述的微结构(1)，其中，

所述薄膜结构(5)的凸起部分(8)是所述微结构(1)的可移动部。

3.根据权利要求1至2中之一所述的微结构(1)，其中，所述另外的侧壁(7)、所述凸起部分(8)和所述基板包围所述基板(2)与所述凸起部分(8)之间的空腔(13)。

4.根据权利要求1至3之一所述的微结构(1)，还包括：

所述基板(2)中的开口(14)，其从所述基板(2)的背表面(4)朝向薄膜结构(5)的凸起部分(8)延伸。

5.根据权利要求1至4之一所述的微结构(1)，其中：

所述薄膜结构(5)是包括膜片、梁、杆件和桥的组中的一个元件。

6.根据权利要求1至5之一所述的微结构(1)，其中：

在俯视图中，所述薄膜结构(5)的凸起部分(8)具有圆形或矩形形状。

7.根据权利要求1至6之一所述的微结构(1)，其中：

所述薄膜结构(5)包括多个突出部分(9)。

8.根据权利要求7所述的微结构(1)，其中，

在俯视图中，所述多个突出部分(9)中的至少两个具有不同的形状。

9.根据权利要求1至8之一所述的微结构(1)，其中：

在俯视图中，所述至少一个突出部分(9)具有圆形、椭圆形、矩形、多角形或镰刀形形状。

10.根据权利要求1至9之一所述的微结构(1)，其中：

所述突出部分(9)的至少一个侧壁(10)和/或所述薄膜结构(5)的至少一个另外的侧壁(7)垂直于或横向于所述基板(2)的主延伸平面。

11.根据权利要求1至10之一所述的微结构(1)，其中：

所述薄膜结构(5)的凸起部分(8)是波纹状的。

12.一种包括根据权利要求1至11中之一所述的微结构(1)的全向光学微机电麦克风(16)。

13.一种包括根据权利要求1至11中之一所述的微结构(1)或根据权利要求12所述的全向光学微机电麦克风(16)的移动设备(17)。

14.一种制造在微机电设备中使用的微结构(1)的方法，所述方法包括：

-提供具有至少一个牺牲层(21、22)的基板(2)，所述至少一个牺牲层布置在基板(2)的顶表面(3)的一些位置处，

-在所述牺牲层(21、22)内形成至少一个沟槽(23)，

-在所述牺牲层(21、22)、所述沟槽(23)和所述基板(2)上沉积薄膜(24)，使得所述薄膜与基板(2)在一些位置处机械接触，

-通过去除所述牺牲层(21、22)由薄膜(24)形成薄膜结构(5)，其中，

-所述微结构(1)包括薄膜结构(5)和基板(2)，

-所述薄膜结构(5)包括至少一个突出部分(9)，该至少一个突出部分由薄膜(24)沉积在至少一个沟槽(23)内的部分形成，以及

-所述薄膜结构(5)包括与基板(2)间隔开的凸起部分(8)，其中所述凸起部分(8)由薄膜(24)沉积在牺牲层(21、22)上的部分形成。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述薄膜结构(5)的凸起部分(8)是所述微结构(1)的可移动部。

16.根据权利要求14至15中之一所述的方法，还包括：在所述基板(2)中形成开口(14)，所述开口(14)从所述基板(2)的背表面(4)朝向薄膜结构(5)的凸起部分(8)延伸。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

在所述基板(2)中形成开口(14)之后去除牺牲层(21、22)。

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