微机械结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微机械结构。本发明进一步涉及一种借助于硅-碳-氧-氮多层薄膜的传导性且稳健的微机电结构。
【背景技术】
[0002]术语微机电系统(MEMS)或微机械系统/结构通常用以指代结合了电子和机械组件的小的集成器件或系统。当聚焦于微机械部分时，术语“微机械系统”可以用来描述小的集成器件或系统，其包括了一个或多个微机械元件并且可能而非必需地包括电气组件和/或电子组件。
[0003]微机械系统可以用作例如致动器、换能器或例如压力传感器的传感器。压力传感器如今为汽车电子中的大宗产品和消费电子产品。对于很多的这种应用，使用了其中在专用集成电路(ASIC)上集成了传感器的系统。例如，英飞凌科技公司(InfineonTechnologies AG)提供了诸如侧面气囊传感器的这种系统。
[0004]具体地，微机械系统的机械性活动元件可以典型地要求相对复杂的结构，诸如凹陷、横梁、悬臂、底切、空腔等。可能需要相对多的数量的制造步骤。进一步，用于执行微机械系统的工艺可能需要与用于创建例如电气和/或电子组件的后续制造步骤相兼容。
[0005]微机械系统或结构(MMS)可能包含例如薄膜的可偏转结构。微机电结构(MEMS)可能包含一个或多个微机械结构，其可偏转结构可以被电气地偏转(致动器)。可选地或附加地，MEMS可以响应于丽S(传感器)的可偏转结构的偏转而提供电气信号。偏转的结构的运动可能导致机械应力。因此，就需要提供一种具有改善的耐久性和/或偏转性能的微机械结构。
【发明内容】
[0006]发明人发现当通过利用包括硅材料和碳材料的固化材料部分地覆盖可偏转结构并且通过利用包括浓度变化的硅材料和/或碳材料的固化结构至少部分地覆盖可偏转结构而使得在可偏转结构的硬度增加时微机械结构的耐久性和/或偏转性能得到改善。固化结构的硬度可以比可偏转结构的硬度高，使得可偏转结构的载荷能力得以增加并且/或使得其体积减小。
[0007]实施例提供了一种微机械结构，其包括衬底和布置在衬底处的功能性结构。功能性结构包括功能性区域，功能性区域配置为响应于作用在功能性区域上的力而相对于衬底进行偏转。功能性结构包括传导性基础层和具有布置在传导性基础层处并且仅在功能性区域处部分地覆盖传导性基础层的固化结构材料的固化结构。固化结构材料包括硅材料以及至少碳材料。
[0008]另外的实施例提供一种微机械结构，其包括衬底和布置在衬底处的功能性结构。功能性结构包括功能性区域，功能性区域响应于作用在功能性结构上的力而相对于衬底进行偏转。功能性结构包括传导性基础层和具有至少部分地覆盖传导性基础层的固化结构材料的固化结构。固化结构材料包括具有沿着固化结构的厚度方向而改变碳浓度的碳材料。
[0009]另外的实施例提供一种用于制作微机械结构的方法。该方法包括提供衬底，并且在衬底处布置包括传导性基础层的功能性结构，使得功能性结构响应于作用在功能性区域上的力而在功能性区域中相对于衬底进行偏转。该方法进一步包括在传导性基础层处沉积具有固化结构材料的固化结构使得传导性基础层仅部分地覆盖功能性区域，其中固化结构材料包括娃材料和至少碳材料。
[0010]另外的实施例提供一种用于制作微机械结构的方法。该方法包括提供衬底，并且在衬底处布置包括传导性基础层的功能性结构，使得功能性结构响应于作用在功能性区域上的力而在功能性区域中相对于衬底进行偏转。该方法进一步包括在功能性结构处沉积包括碳材料的固化结构材料以在功能性结构处形成固化结构，使得碳材料包括沿着厚度方向改变的碳浓度，其中固化结构至少部分地覆盖传导性基础层。
【附图说明】
[0011]在此参照附图对本发明的实施例进行描述。
[0012]图1示出了根据一个实施例的包括衬底和布置在衬底处的功能性结构的微机械结构的示意性侧视图，功能性结构具有固化结构，其中功能性结构为多层薄膜；
[0013]图2示出了根据又一个实施例的微机械结构的示意性侧视图，其具有布置在面朝衬底的传导性基础层处的两个固化结构；
[0014]图3示出了根据又一个实施例的包括衬底和固化结构的微机械结构的示意性侧视图，其中固化结构包括两个膜结构；
[0015]图4a到图4d示出了根据又一个实施例的功能性区域的各个示意性侧视图；
[0016]图5a到图5i示出了根据又一个实施例的功能性区域的可能实施方式的各个示意性顶视图或底视图；
[0017]图6a到图6p示出了根据又一个实施例的包括夹紧在夹紧区域处的正方形传导性基础层的功能性结构的各个示意性顶视图或底视图；
[0018]图7a在顶部部分示出了根据又一个实施例的固化结构的布置在第一侧的传导性基础层的内部区域中的示意性侧视图，在中间部分示出了固化结构的布置在第二侧的示意性侧视图，以及在底部部分示出了固化结构的布置在两侧的示意性侧视图；
[0019]图7b示出了根据又一个实施例的仿真通过图7a的功能性区域中的一个可以获得的弯曲曲面的仿真结果的示意性透视图；
[0020]图8a在顶部部分示出了根据又一个实施例的固化结构的布置在第一侧的传导性基础层的外部区域中的示意性侧视图，在中间部分示出了固化结构的布置在第二侧的示意性侧视图，以及在底部部分示出了固化结构的布置在两侧的示意性侧视图；
[0021]图8b示出了根据又一个实施例的仿真图8a的功能性区域的偏转的仿真结果的示意性透视图；
[0022]图9a在顶部部分示出了根据又一个实施例的多个固化结构的彼此间隔地布置在第一侧的传导性基础层的示意性侧视图，在中间部分示出了固化结构的布置在第二侧的示意性侧视图，以及在底部部分示出了固化结构的布置在两侧的示意性侧视图；
[0023]图9b示出了根据又一个实施例的图9a中描绘的功能性区域的示意性透视图，功能性区域响应于作用在功能性区域上的力而进行偏转；
[0024]图10a示出了根据又一个实施例的其中凹陷形成为六边形的功能性区域的示意性透视图；
[0025]图10b示出了根据又一个实施例的其中凹陷包括圆形的功能性区域的示意性透视图；
[0026]图11示出了根据又一个实施例的包括衬底和布置在衬底处的功能性结构的微机械结构的示意性横截面图，其中功能性结构为梯度薄膜；
[0027]图12a到图12d示出了包括至少一个传导性基础层和至少一个固化结构的功能性结构的示意性侧视图。图12a到图12d进一步示出了根据又一个实施例的功能性结构的硅材料浓度的可能的改变；
[0028]图13示出了根据一个实施例的包括功能性结构和背板电极的微机械结构的示意性横截面图；
[0029]图14a示出了根据又一个实施例的包括图1所描述的微机械结构的微机械声音换能器的示意性框图；
[0030]图14b示出了根据又一个实施例的包括图11所描述的微机械结构的微机械声音换能器的示意性框图；
[0031]图15示出了根据又一个实施例的用于制作包括多层薄膜的微机械结构的方法的示意性流程图；
[0032]图16示出了根据又一个实施例的用于制作包括梯度薄膜的微机械结构的方法的示意性流程图。
【具体实施方式】
[0033]在利用附图对本发明的实施例进行描述之前，需要指出的是在附图中对于相同或功能上等同的元件赋予了相同的参考标记，并且通常省略了对于具有相同或相类似参考标记的元素的重复描述。因此，对于具有相同参考标记的元素的描述可彼此互换且适用。
[0034]通常，在娃技术中制作实现为MEMS的麦克风和/或扬声器。娃微机械加工的麦克风为电容性的换能器，其包括在声音场中移动的柔性薄膜以及被称为背板的静态多孔电极。在过度压力概念中，薄膜可以经受的压力差达到lObar。在这种情况下，通常的薄膜由于超过了其断裂强度(即分别为薄膜可以承受的最大机械负荷(耐折性能))而出现故障。
[0035]互补性换能器为这样一种扬声器，其需要例如通过电容性致动而被致动从而达到大的冲程位移以驱动大的空气位移，因而产生可接受的声压。
[0036]例如声音换能器的薄膜的微机械结构的可偏转组件可以在固定(夹紧)部分被夹紧，即固定，并且在可偏转部分处悬臂(cantilevered)，或即，可振动或可偏转。薄膜因此可以被表不为悬臂结构。
[0037]可偏转组件可以在偏转期间机械性地受力。机械应力可以例如由于材料应变力而产生。例如，悬臂梁(cantilever beam)的材料应力可以在与悬臂梁的夹紧部分相邻的悬臂梁的端处为最大。此外，机械应力可在例如邻接于其他组件或衬底的可偏转组件的部分处上升。这种邻接部分可以位于可偏转组件的显示出高的幅度变形的区域或部分，例如悬臂梁的可偏转端，位于其到其他组件的距离小的区域和/或位于夹紧部分末端的区域。
[0038]同样需要对可偏转组件的其他参数进行调整。例如，硅包括用于电流的传导性。该传导性可能需要分段地或整体地(即，在整个结构中)增加(较小电阻)或降低(较高电阻)。
[0039]硅材料的参数可以通过应用与硅材料形成化合物的其他材料来进行调整。例如，硅材料可以被掺杂从而适于空穴和/或电子的生成。
[0040]通常微机械系统(MMS)可以用作偏转其组件的致动器，用于例如对其他组件进行制动。其他的MMS系统可以用作传感器并且被配置为对其部分的机械偏转进行感测。这样，MMS-传感器和/或致动器可以包括例如非常脆并且在处理期间以及操作中由于机械冲击而被轻易损坏的薄膜的硅组件。
[0041]可以通过添加例如碳(C)、氮(N)和/或氧(0)的其他材料和/或例如钽(Ta)材料、钼(Mo)材料、钛(Ti)材料的金属材料和/或其一个或多个三元化合物来增加硅材料的硬度和/或刚度。例如，该三元化合物可以是氮化钽(TaN)材料、二硅化钼(MoSi2)、二硅化钽(TaSi2)或二硅化钛(TiSi2)。
[0042]这些材料可以例如在诸如外延生长工艺、反应物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)工艺及其变形等的至少一个沉积工艺期间进行添加。例如，沉积气体可以包括碳材料、氮材料和/或氧材料和/或金属材料，从而使得硅材料和其他的材料形成一个或多个化合物材料。化合物材料可以沉积在例如可能包括硅材料并且可能为传导性的基础层和/或衬底处。例如，可以在基础层和/或衬底处形成层。该沉积可以重复从而可以形成具有不同材料的多个层。
[0043]沉积可以允许在基础层或衬底以及沉积的层之间的机械固定连接。硅材料和碳材料可以形成碳化硅(Sic)材料。硅材料和氧材料可以形成氧化硅(S1)材料。硅材料和氮材料可以形成氮化硅(SiN)材料。基于工艺参数，一个或多个材料的浓度值可以改变，使得整体上可以获得作为SixCa材料的碳化硅(SiC)材料，从而获得作为Si x0b材料的氧化硅(S1)材料，例如S1和/或Si02，和/或可以获得作为SixN。材料的氮化硅(SiN)材料。此夕卜，可以获得例如包括一个或多个Six0bN。材料的氮氧化硅(Si x0bNc)材料群，包括一个或多个SixCaN。材料的氮碳化硅(Si xCaNc)材料群，