包括膜和致动器的MEMS器件制造技术

本申请涉及包括膜和致动器的MEMS器件。MEMS器件包括具有第一腔体的半导体支撑体，包括固定到支撑体的周边部分和悬置部分的膜。第一可变形结构与膜的悬置部分的中心部分相隔一段距离，并且第二可变形结构朝向膜的周边部分而相对于第一可变形结构横向偏移。将突出区域固定在膜下方。第二可变形结构是可变形的，以便沿第一方向平移膜的悬置部分的中心部分，并且第一可变形结构是可变形的，以便沿第二方向平移膜的悬置部分的中心部分。

MEMS Devices Including Films and Actuators

The present application relates to a MEMS device including a film and an actuator. The MEMS device includes a semiconductor support with a first cavity, including a film fixed to the peripheral part of the support and a mounting part. The first deformable structure is separated from the central part of the mounting part of the membrane by a certain distance, and the second deformable structure moves towards the peripheral part of the membrane and laterally relative to the first deformable structure. Fix the protruding area under the membrane. The second deformable structure is deformable in order to move the central part of the mounting part of the membrane in the first direction, and the first deformable structure is deformable in order to move the central part of the mounting part of the membrane in the second direction.

【技术实现步骤摘要】
包括膜和致动器的MEMS器件
本公开涉及一种微机电(“微机电系统”，MEMS)器件，其包括膜和能够控制膜的弯曲的致动器。
技术介绍
已知的MEMS致动器至少部分地由半导体材料制成。这种微机电致动器使得能够将不同类型的能量形式转换成机械能量。特别地，已知压电致动的MEMS器件，其中压电材料的薄层在MEMS器件的悬置部分例如悬臂或膜上方延伸。向压电层施加电场在压电层上产生应力并且随后产生MEMS器件的悬置部分的弹性变形。在这种类型的MEMS器件中，由于在制造MEMS器件的工艺结束时所出现的残余应力的存在，悬置部分的初始位置，也即是在没有施加到压电层的电场的情况下悬置部分所假定的位置，难以控制。对于这些MEMS器件的各种应用，诸如射频开关(“RF开关”)或具有可重新配置的聚焦透镜的光学器件，在没有施加到对应压电层的外部电场的情况下，优选的是该悬置部分处于设计阶段所定义的已知初始位置中，例如处于没有残余应力的情况下所假定的位置中。例如，在射频开关的情况下，悬置部分可以是可变形的，以便通过施加电压控制信号以已知的方式打开或关闭电路中的电连接；由于残余应力引起的悬置部分的初始位置中的不希望的改变意味着产生打开或关闭电连接所需的悬置部分的弹性变形所需的电压不同于在设计阶段所定义的电压。例如，所需的电压可能大于在设计阶段所指定的电压；所需的电压甚至可能大于可以被施加到悬置部分的最大电压，在这种情况下，提供所期望的电连接是不可能的。图1和图2A示意性地示出了从上方观察的已知类型的光学器件1，以及由三个轴x、y、z形成的正交参考系统。光学器件1相关于光轴O具有圆柱对称性。光学器件1基于已知类型的压电致动的MEMS器件，其包括移动部分2和在移动部分2上方延伸并与移动部分2接触的压电致动器4。移动部分2包括一层玻璃，例如二氧化硅(SiO2)。压电致动器4包括压电层，例如由锆钛酸铅(PZT)制成。特别地，移动部分2具有例如圆形形状的孔3，孔3延伸通过移动部分2的整个厚度。移动部分2在第一支撑体6上方延伸，第一支撑体6例如由半导体材料制成，特别是硅。将移动部分2的周边区域固定到第一支撑体6，而将移动部分2的中心区域粘附到聚合物材料的微透镜8，该微透镜8是柔软(因此是可变形的)且透明的。特别地，微透镜8在移动部分2的中心区域下方延伸。当从上方观察时，微透镜8例如是圆形形状的。由二氧化硅制成的第二支撑体10例如机械地耦合到微透镜8并在微透镜8下方延伸。当从上方观察时，第二支撑体10例如是圆形形状的。当光学器件1在使用中时，光信号12，例如平行于光轴O的光束，可以穿过第二支撑体10、微透镜8和孔3。微透镜8使得光束能够取决于微透镜8的形状而被聚焦在所期望的距离处。在使用中，向压电致动器4施加电压在压电层上产生拉应力并因此使移动部分2变形；转而，移动部分2的变形致使微透镜8的变形。因此，通过提供给光学器件1的电压控制信号来修改微透镜8的焦距是可能的。特别地参考图2A，这示出了处于第一操作状况中的光学器件1，其中微透镜8的上表面8'垂直于光轴O。因此微透镜8聚焦在无限远处；因此，如果光信号12由平行于光轴O的光线形成，则这穿过微透镜8而不被偏转。因此，光学器件1可以被用于例如使用已知的对压电致动器4的电压控制信号的反馈方法实现自动的聚焦(“自动聚焦”)功能。在这种上下文中，为了确保正确操作自动聚焦过程，通常期望移动部分2在没有施加到压电致动器4的电压控制信号的情况下平行于平面xy延伸，而不会在微透镜8中产生变形并因此以如下这种方式起作用：使得微透镜8具有理论上无限的焦距(如图2A中所示)；备选地，一些摄影透镜制造商优选随着距光轴O的距离减小而使移动部分2以向下的曲线延伸，从而在微透镜8中产生变形，使得微透镜8具有-2屈光度的折射能力。遗憾的是，由于在基于已知的MEMS制造方法制造光学器件1的工艺结束时移动部分2中存在残余应力，所以在没有施加于压电致动器4的电压控制信号的情况下移动部分2的初始位置可以与优选的初始位置不同。例如，移动部分2的初始位置可以使得移动部分2随着距光轴O的距离减小而以向上的曲线延伸，如图2B中所示。特别地，图2B涉及其中移动部分2经受初始应力σi的情况。更详细地，微透镜8的上表面8'具有面向上的凸面。因此，如果光信号12由平行于光轴O的光线形成，则其被聚焦在微透镜8的焦点上，该焦点与微透镜8相距f1，该距离f1平行于轴线z而被测量。因此，移动部分2内的应力以如下这样的方式起作用：使得移动部分2的初始形状不是上述所期望的类型。现有技术的缺点在于，基于PZT的压电层的压电致动器4是单晶态型，因此受到与所施加的电压的符号无关的拉应力。特别地，无论施加到压电致动器4的电压是正还是负，压电致动器4都经受拉应力，从而引起移动部分2的相同类型的变形和伴随的微透镜8的弯曲。在这种上下文中，图2C示出了当移动部分2仍然经受前述初始应力σi并且此外非零电压V被施加到压电致动器4上时的光学器件1。电压V致使移动部分2的更大的向上弯曲和微透镜8的凸面的更大的弯曲，导致微透镜8的焦距的减小，焦距取值f2<f1。实际上，不可能向压电致动器4施加电压，使得将移动部分2置于所期望的初始位置以实现自动聚焦功能，特别是如果移动部分2必须向下弯曲以便到达所期望的位置。因此需要提供一种克服现有技术的至少一些缺点的解决方案。
技术实现思路
因此，根据本公开，提供了一种MEMS器件，其包括膜和能够在多个方向上控制膜的弯曲的致动器。附图说明为了使得本公开更容易理解，现在将参照附图仅通过非限制性示例描述优选实施例，其中：图1示意性地示出了从上方观察的已知类型的光学器件；图2A至图2C示意性地示出了图1中所示的光学器件在相应的操作条件下的横截面视图，这些截面沿着图1的截面线II-II截取；图3A示意性地且未按比例地示出了部分被移除的从上方观察的根据本公开的一个实施例的MEMS器件；图3B示意性地且未按比例示出了沿着图3A的截面线IIIB-IIIB截取的、图3A的MEMS器件的横截面图；图3C示出了图3A和图3B的MEMS器件的一部分的俯视透视图；图4示意性地且未按比例地示出了沿图3A的截面线IIIB-IIIB截取的、图3A至图3C的MEMS器件的一部分的另一横截面图；图5A至图5C示意性地且未按比例地示出了沿图3A的截面线IIIB-IIIB截取的、在相应操作条件下的图3A中所示的光学器件的横截面视图；图6A示意性地且未按比例地示出了部分被移除的从上方观察的根据另一实施例的MEMS器件；图6B示出了图6A的MEMS器件的一部分的俯视透视图；图7示出了包括根据本公开的实施例的本MEMS器件的光学器件的一部分的俯视透视图；图8示出了包括图7的光学器件的自动聚焦系统的框图；图9示意性地且未按比例地示出了部分被移除的根据另一实施例的MEMS器件的横截面图；图10示意性地且未按比例地示出了部分被移除的根据另一实施例的MEMS器件的横截面图；图11是根据本公开另一实施例的包括双厚度膜的压电致动器的横截面图；图12是图示了用于与图11的致动器结构进行比较的常规压电致动器的结构的横截面图；图13A至图13G图示了根据本公开实施例的制造具有与图11的致动器类似的结构的压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件，包括：支撑体，至少部分地由半导体材料形成；第一腔体，在所述支撑体内延伸；膜，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且所述膜包括在所述第一表面上固定到所述支撑体的周边部分和在所述第一腔体上方延伸的悬置部分；突出区域，固定到所述膜的所述第一表面；第一可变形结构，在所述膜的所述悬置部分的所述第二表面上方延伸，与所述膜的所述悬置部分的中心部分相隔一段距离，所述第一可变形结构相对于所述突出区域而朝向所述膜的所述周边部分横向突出，并且所述突出区域相对于所述第一可变形结构而朝向所述膜的所述悬置部分的中心部分横向突出，所述第一可变形结构以电可控制的方式是可变形的，以致使所述膜的所述悬置部分的变形，从而致使所述悬置部分的中心部分沿第一方向平移；和第二可变形结构，至少部分地在所述膜的所述悬置部分的第二表面上方延伸，所述第二可变形结构在所述膜的所述周边部分的方向上从所述第一可变形结构横向偏移，所述第二可变形结构以电可控制的方式是可变形的，以致使所述膜的所述悬置部分的变形，从而致使所述悬置部分的中心部分沿不同于所述第一方向的第二方向平移。

【技术特征摘要】
2017.08.07 IT 1020170000912261.一种MEMS器件，包括：支撑体，至少部分地由半导体材料形成；第一腔体，在所述支撑体内延伸；膜，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且所述膜包括在所述第一表面上固定到所述支撑体的周边部分和在所述第一腔体上方延伸的悬置部分；突出区域，固定到所述膜的所述第一表面；第一可变形结构，在所述膜的所述悬置部分的所述第二表面上方延伸，与所述膜的所述悬置部分的中心部分相隔一段距离，所述第一可变形结构相对于所述突出区域而朝向所述膜的所述周边部分横向突出，并且所述突出区域相对于所述第一可变形结构而朝向所述膜的所述悬置部分的中心部分横向突出，所述第一可变形结构以电可控制的方式是可变形的，以致使所述膜的所述悬置部分的变形，从而致使所述悬置部分的中心部分沿第一方向平移；和第二可变形结构，至少部分地在所述膜的所述悬置部分的第二表面上方延伸，所述第二可变形结构在所述膜的所述周边部分的方向上从所述第一可变形结构横向偏移，所述第二可变形结构以电可控制的方式是可变形的，以致使所述膜的所述悬置部分的变形，从而致使所述悬置部分的中心部分沿不同于所述第一方向的第二方向平移。2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中，所述突出区域的厚度大于所述膜的厚度的两倍。3.根据权利要求2所述的MEMS器件，其中，所述第一可变形结构包括由压电材料形成的至少一个内部可变形区域或者对应的具有不同热膨胀系数的材料的重叠区域对；和其中，所述第二可变形结构包括由压电材料形成的至少一个外部可变形区域或者对应的具有不同热膨胀系数的材料的重叠区域对。4.根据权利要求3所述的MEMS器件，其中，所述内部可变形区域围绕所述膜的所述悬置部分的中心部分，并且其中所述外部可变形区域以一段距离围绕所述内部可变形区域。5.根据权利要求3所述的MEMS器件，其中，所述第一可变形结构包括多个内部可变形区域，所述多个内部可变形区域围绕所述膜的所述悬置部分的中心部分布置；和其中，所述第二可变形结构包括多个外部可变形区域，所述内部可变形区域和所述外部可变形区域成角度地相互交叉。6.根据权利要求5所述的MEMS器件，其中，所述膜的所述悬置部分的中心部分具有对称轴线，并且其中所述内部可变形区域最接近所述对称轴线、并且与所述对称轴线间隔开第一距离，并且其中最接近所述膜的所述周边部分的对称轴线的点与所述对称轴线间隔开第二距离，并且其中所述第一距离大于所述第二距离的三分之二。7.根据权利要求6所述的MEMS器件，其中，所述至少一个内部可变形区域和所述至少一个外部可变形区域是相同的压电材料。8.根据权利要求7所述的MEMS器件，其中，所述压电材料是单晶态型压电材料。9.根据权利要求8所述的MEMS器件，其中，所述压电材料是PZT。10.根据权利要求1所述的MEMS器件，还包括延伸通过所述膜的孔，并且其中所述突出区域界定延伸通过所述突出区域的整个厚度的第二腔体，所述第二腔体面向所述孔。11.根据权利要求10所述的MEMS器件，还包括光学耦合到所述孔和所述次腔体的透镜，并且其中所述透镜机械地耦合到所述膜并且响应于所述膜的变形而变形。12.一种自动聚焦系统，包括：MEMS器件，被配置为接收光信号，所述器件包括：支撑体，包括第一表面和第二表面；第一腔体，在所述支撑体内从所述第一表面延伸到所述第二表面，在所述腔体的中心定义对称轴线；膜，包括具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的周边部分，所述膜包括在所述第一表面处附接到所述支撑体的所述第一表面的周边部分，并且包括在所述第一腔体上方延伸的悬置部分；第一可变形结构，在所述膜的所述悬置部分的所述第二表面上；突出区域，在所述膜的所述悬置部分的所述第一表面上，所述突出区域与所述第一可变形结构部分重叠，并且所述突出区域朝向对称轴线横向延伸超过所述第一可变形结构；第二可变形结构，在所述膜的至少所述周边部分的所述第二表面上，所述第二可变形结构与所述第一腔体重叠，并且在朝向所述膜的所述周边部分的方向上从所述第一可变形结构横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·帕希，D·朱斯蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT