本发明涉及微机械结构。本发明进一步涉及包括含碳薄膜的微机械结构膜。
背景技术：
术语“微机电系统(MEMS)”或者“微机械系统/结构(MMS)”通常用于指将电气部件和机械部件组合在一起的小型集成器件或者系统。当专注于微机械零件时，术语“微机械系统”可以用来描述包括一个或者多个微机械元件，并且可能、但并非必须地，包括电气部件和/或电子部件的，小型集成器件或者系统。
微机械系统可以用作，例如，致动器、换能器、或者传感器(诸如，压力传感器)。现在的压力传感器是在汽车电子设备和消费品电子设备中的大众产品。对于许多这些应用，使用了如下系统：传感器集成在专用集成电路(ASIC)中。例如，Infineon Technologies AG提供了这种系统，作为侧面安全气囊传感器。
具体地，微机械系统的机械活性元件通常需要相对复杂的结构，诸如，凹槽、横梁、悬臂、钻蚀结构、空腔等。可能的是，需要相对高数量的制造步骤。此外，例如，用于执行微机械系统的处理可能需要与用于产生电气部件的和/或电子部件的可能的后续制造步骤兼容。
微机械系统或者微机械结构(MMS)可以包括可偏转结构(诸如，膜)。微机电系统(MEMS)可以包括一个或者多个微机械结构，该微机械结构的可偏转结构是可以电气偏转的(致动器)。可替代地或者附加地，MEMS可以响应于MMS(传感器)的可偏转结构的偏转提供电信号。偏转的该结构的移动可以导致机械应力。由此，需要提供具有改进的耐用性和/或偏转性能的微机械结构。
技术实现要素：
本发明人已经发现，当碳材料是可偏转的功能区域的或功能结构的基体材料时、或者当碳材料是可偏转的功能区域的或功能结构的层的基体材料时，可以改进微机械结构的耐用性和/或偏转性能。
实施例提供了一种微机械结构，该微机械结构包括衬底和布置在衬底处的功能结构。功能结构包括功能区域，该功能区域可响应于作用在功能区域上的力而相对于衬底偏转。功能结构包括碳层构造，其中碳层构造的基体材料是碳材料。
另外的实施例提供了一种微机械结构，该微机械结构包括衬底和布置在衬底处的功能结构。功能结构包括功能区域，该功能区域可响应于作用在功能区域上的力而相对于衬底偏转。功能结构包括基础层构造和功能层。功能层的基体材料是碳材料。
另外的实施例提供了一种制造微机械结构的方法。该方法包括：准备衬底；以及在衬底处布置功能结构以使功能结构的功能区域可响应于作用在功能区域上的力而相对于衬底偏转。功能结构包括碳层构造，其中碳层构造的基体材料是碳材料。
另外的实施例提供了一种制造微机械结构的方法。该方法包括：准备衬底；以及在衬底处制造功能结构，该功能结构包括基础层构造和功能层，其中功能层的基体材料是碳材料。功能结构被布置为使功能结构的功能区域可响应于作用在功能区域上的力而相对于衬底偏转。
另外的实施例提供了一种微机械声换能器。
附图说明
此处参照附图来描述本发明的实施例；
图1根据一个实施例示出了微机械结构的示意性侧视图；
图2根据一个实施例示出了碳层构造的示意性侧视图、并且示出了在具有不同类型的碳材料杂化的部分之间的不同关系的图线；
图3a至图3d中的每一个根据一个实施例示出了碳层构造的可能 实施方式的示意性顶视图或者底视图；
图4a根据一个实施例示出了包括凹槽的功能区域的示意性透视图，该凹槽包括六边形；
图4b根据一个实施例示出了功能区域的示意性透视图，其中凹槽包括圆形；
图5示出了在图1中图示的微机械结构的示意性侧视图；
图6a根据一个实施例示出了又一微机械结构的示意性侧视图；
图6b根据一个实施例示出了包括结构化的碳层构造的又一微机械结构的示意性侧视图；
图7a根据一个实施例示出了当处理在图6a中描绘的微机械结构时可以获得的微机械结构的示意性侧视图；
图7b根据一个实施例示出了当去除在图7a中图示的碳层构造的部分时可以获得的微机械结构的示意性侧视图；
图8a根据一个实施例示出了包括衬底和布置在衬底处的功能结构的微机械结构的示意性侧视图；
图8b根据一个实施例示出了例如当去除在图8a中图示的功能结构的部分时可以获得的微机械结构的示意性侧视图；
图9a根据一个实施例示出了层堆叠的示意性侧视图；
图9b根据一个实施例示出了包括结构化的层的层堆叠的示意性侧视图；
图10a根据一个实施例示出了与在图9a中图示的堆叠相比包括不同数量的层的层堆叠的示意性侧视图；
图10b根据一个实施例示出了与在图10a中图示的层堆叠相比包括结构化的层的另外的层堆叠的示意性侧视图；
图11a至图11p中的每一个根据一个实施例示出了功能结构的示意性顶视图或者底视图；
图12a至图12i中的每一根据一个实施例示出了功能区域的可能实施方式的示意性顶视图或者底视图；
图13a根据一个实施例示出了微机械声换能器的示意性框图；
图13b根据一个实施例示出了又一微机械声换能器的示意性框图；
图14图示了碳-氢的三相图；
图15根据一个实施例图示了用于制造一个微机械结构的方法的示意性流程图；
图16根据一个实施例图示了在图15中图示的方法的步骤期间可以使用的方法的示意性流程图；
图17根据一个实施例示意性地图示了用于制造微机械结构的又一方法的示意性流程图；以及
图18根据一个实施例图示了在图17中图示的方法的步骤中可以使用的方法的示意性流程图。
具体实施方式
在通过使用附图详细描述本发明的各个实施例之前，有必要指出，在图中，相同的或者功能等同的元件给予了相同的附图标记，并且通常省略对具有相同或者类似的附图标记的元件的重复描述。因此，针对具有相同附图标记的元件而提供的描述是可互换的并且可适用的。
通常，通过硅技术来制造麦克风和/或微型喇叭，该麦克风和/或微型喇叭实现为微机电结构(MEMS)。硅微机麦克风是电容性换能器，该电容性换能器包括在声场中移动的柔性膜、和称为背板的静态穿孔的电极。在过压的概念中，该膜可能会经受高达10巴的压差。在这种情况下，典型的膜会损坏，这是因为超过了典型的膜的断裂强度，该断裂强度分别是膜可以承受的最大机械负载(断裂阻力)。
互补型换能器是微型扬声器，该微型扬声器需要被致动，从而实现大的冲程排量(例如，通过电容性致动，以驱动大的排气量)并且因此实现可接受的声压。
微机械结构的可偏转部件，诸如，声换能器的膜，可以在可偏转部分处，被夹持，即被固定于固定的(夹持的)部分，并且是悬臂式的，或者，即是可振动的或者可偏转的。由此，膜可以表示为悬臂结构。
可偏转部件可以在偏转期间受到机械应力。例如，由于材料应变，机械应力可能会上升。例如，悬臂梁的材料应力可以在悬臂梁的与其夹持部分相邻的端部处最大。进一步地，例如，在可偏转部件的邻接其它部件或者衬底的部分处，机械应力可能会上升。这种邻接的部分可以位于，可偏转部件的显示出高变形幅度的区域或部分处(诸如，悬臂梁的可偏转端部)、在与其它部件的距离为小的区域处、以及/或者在夹持部分的作为端部的区域处。
同样，可能需要改变可偏转部件的其它参数。例如，可能需要膜包括对于电流的导电率。可能需要部分地、或者整体地(即，在完整的结构处)，增加该导电率(更低的电阻)或者减少该导电率(更高的电阻)。
可以通过运用与碳材料形成化合物的其它材料，来改变碳材料的参数。例如，可以对碳材料进行掺杂以适应空穴和/或电子的生成。可替代地或者附加地，碳材料的杂化的类型可以影响碳材料的机械性能和/或电气性能。如下将更详细说明的，当保持碳材料作为结构或层的基体材料时，可以改变碳材料的一种或多种特性。这可以使得能够实现结构的高柔性。
可以通过添加另外的材料，来控制碳材料的硬度、刚度和/或导电率。该另外的材料可以称为掺杂材料。掺杂材料可以是，例如，金属材料或者不同的材料。金属材料可以是，例如，金属、过渡金属、和/或类金属。例如，可以添加第一种类型的掺杂材料，诸如，硼(B)或者硅(Si)，以便获得共价形成的碳化物。这可以使得能够实现增加的刚度或硬度。第二种类型的掺杂材料可以使得能够获得金属碳化物。第二种类型的材料可以是，例如，金属材料，诸如，钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nv)、钽(Ta)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、锰(Mn)等。可选地或者附加地，可以添加其它材料，诸如，氮(N)、氟(F)、铝(Al)、银(Ag)、铁(Fe)、钴(Co)、磷(P)、锂(Li)。独立于所使用的一种或者多种类型的材料，碳材料可以依然是基体材料，即，主要地布置 或存在的材料。
在下文中，将参照包括不同类型杂化的碳材料。碳材料的一种类型的杂化可以是，例如，sp、sp2或者sp3。具有sp2杂化的碳材料可以包括，例如，与具有sp3杂化的碳材料相比、更低的刚度或者硬度。包括具有sp2杂化的碳的材料可以包括，与包括具有sp3杂化的碳材料的材料相比、更高的导电率。
可以通过布置包括具有作为碳材料的基体材料的碳层构造的功能结构，来降低机械应力的影响，诸如，由于应变或者碰撞/邻接的而导致的可偏转部件的疲劳迹象(例如，疲劳断裂或者静态变形)。由此，当考虑到可靠性和负载能力时，可以相对于基于硅的制造技术改进制造的部件，诸如，微机械结构(MMS)的膜或梁。
图1示出了微机械结构10的示意性侧视图，该微机械结构10包括衬底12和布置在衬底12处的功能结构14。功能结构14可以包括功能区域16。功能区域16可以被配置为提供机械活性面积区域，并且响应于作用在功能区域16上的力18而相对于衬底12偏转。功能结构14包括碳层构造22。碳层构造22的基体材料是碳材料。碳材料可以是非晶碳材料，并且/或者可以包括一种或者多种类型的杂化。术语“基体材料”可以指如下这样的材料，碳层装置22主要或者基本上由该材料形成。
在碳层构造22中的碳材料的平均量可以沿着厚度方向24和/或沿着垂直于厚度方向24的方向变化。厚度方向24可以是(最短的)方向，其被设置为与沿着功能结构14的最大延展的横向方向垂直。
厚度方向24可以被设置为，与功能结构14的表面法线平行，并且/或者与力18所作用的表面的表面法线平行。表面法线可以在功能结构14包括静止位置时，与厚度方向24平行。功能结构14在静止位置中，可以是未偏转的。
碳层构造可以包括碳材料与另外的材料(诸如，如上所描述类型的掺杂材料)的混合物、或者碳材料与该另外的材料的掺杂。基于沿着厚度方向24和/或与厚度方向24垂直的方向的、碳材料与一种或者 多种其它材料的掺杂的变化程度，在碳层构造22中，碳材料的平均量可以变化。碳层构造的区域可以包括碳材料的平均量，至少为90％。可选择地，平均量可以为至少93％或者96％。平均量所指的区域可以是碳层构造22的限定的部分，但是也可以是碳层构造22本身。
碳层构造的碳材料可以包括掺杂材料。在碳层构造22的区域处，掺杂材料的平均浓度可以是，例如，至少0.001％、至少0.002％、至少0.005％、或者至少1018每cm3。可替代地或者附加地，掺杂材料的平均浓度可以是，例如，最多15％、最多12％、或者最多10％。
碳材料可以使得能够实现功能结构16的高的刚度。由此，与沿着厚度方向24的延伸相比，功能结构16的沿着与厚度方向24垂直的方向25的延伸可以更大。例如，沿着方向25的延伸可以是沿着厚度方向24的延伸的1倍至1000倍。可替代地，与沿着方向24的延伸相比，沿着方向25的延伸可以是1倍至500倍、或者1倍至50倍。其它实施例提供了功能结构，该功能结构包括沿着方向25的延伸，该延伸是功能结构16的沿着厚度方向24的厚度的5000倍。
换言之，功能结构可以包括碳膜或者碳复合膜。
图2示出了碳层构造22的示意性侧视图。碳层构造22包括碳材料。碳材料可以包括第一部分和第二部分。第一部分可以具有碳材料的sp2杂化。第二部分可以具有sp3杂化。
图2进一步地示出了图线26a至图线26c，该图线26a至图线26c图示了在沿着厚度方向24的第一部分与第二部分之间的不同关系。这些图线可以被理解为是示意性的。在横坐标处图示sp2/sp3比率的0值可以涉及“未布置sp2杂化”；其中1值可以涉及“未布置sp3杂化”有关，即，仅布置了sp2杂化。
第一个图线26a示出了在sp2杂化与sp3杂化之间的沿着厚度方向24的恒定比率或者比例。
图线26b示意性地图示了，从最小或者最大厚度指向碳层装置的中心区域28(即，布置在低和/或高的厚度值处的外部区域32a和/或32b可以覆盖、夹着或者包围碳层装置22的中心区域28)的、增加 的sp2杂化份额。与具有sp3杂化的碳材料相比、以及/或者与外部区域32a和/或32b相比，可以在中心区域28中，布置更大数量的sp2杂化。如图线26b所描绘的，该比率沿着厚度方向24不断变化。如图线26c所描绘的，该变化也可以阶跃地改变。
碳层构造22可以描述为包括在中心区域28中具有高sp2比率的碳材料。与具有碳材料的sp3杂化的高比率的外部区域32a和32b相比，这可以使得能够实现具有更高的导电率、更低的刚度和/或硬度的中心区域28。
与此相反，与中心区域28相比，外部区域32a和32b可以包括更低的导电率和/或更高的刚度。因此，虽然碳层构造22可以完全由作为碳的基体材料形成，但是可以获得刚度的轮廓和/或导电的轮廓。
例如，中心区域28可以连接至电位，并且可以基于该电位与在相邻电极处的另外的电位之间的电场而移动，例如，扬声器就是如此。外部区域32a和/或3b可以使得能够实现对中心区域28的钝化。即，sp2杂化和sp3杂化比率的变化，可以使得能够将中心区域28电绝缘。
可替代地，例如，当力18使碳层构造22偏转时，可以利用电容效应，例如，麦克风就是如此。
可替代地，可以获得sp2杂化与sp3杂化比率的任何其它图线路径，诸如，仅沿着厚度方向24增加、仅沿着厚度方向24减少、部分地或者全部地恒定于比率值、和/或其组合。
如上文所描述的，碳层构造22可以附加地包括掺杂材料。
图3a至图3d中的每一个都示出了碳层构造22的可能实施方式的示意性顶视图或者底视图。
图3a示出了具有圆形的基础面积区域的碳层构造22。当碳层构造22、功能区域16分别是可偏转膜的至少部分时，圆形可以是有利的。
图3b示出了包括具有圆形的基础面积区域和蜂窝结构的碳层构造22。蜂窝结构可以包括多个蜂窝34，其中，蜂窝34可以形成为凹槽。蜂窝可以包括，例如，六边形、或者与之不同的多边形。
与实体结构相比，支架36可以包括更低的空间延度(extent)。
图3c示出了包括圆形的基础面积区域的碳层构造22的示意性顶视图，其中蜂窝结构包括形成为圆的凹槽34。这可以导致，支架36的材料的延度沿着与厚度方向24垂直布置的第一和/或第二横向方向(X1和/或X2)变化。与在图3b中描绘的蜂窝结构的连接点的延伸相比，在两个或者更多个凹槽34之间的连接点38处，沿着第一横向方向X1和/或第二横向方向X2的延度可以更高。这可以导致经修改的蜂窝结构的更高的稳定性。
图3d示意性示出了包括具有星形的基础面积区域的碳层构造22的顶视图或者底视图。可替代地，碳层构造可以包括具有根据圆形、环形、星形、多边形、椭圆形、蜂窝结构形或者其组合的基础面积区域。
功能结构和/或碳层构造可以是膜结构的至少部分。包括功能结构和碳层构造的微机械结构可以是声换能器结构的部分。
图4a示出了功能区域16的示意性透视图。其中凹槽34包括多边形，如关于图3b所描述的。功能结构16可以夹持或者固定在第一端42a处和/或在第二端42b处。可替代地，例如，为提供可偏转膜的功能，功能区域16可以固定或者夹持于其外周面积区域处。
图4b示出了功能区域16的示意性透视图，其中凹槽34包括圆形，如关于图3c所描述的。
图5示出了微机械结构10的示意性侧视图。微机械结构10包括悬臂部分和可偏转功能区域16。当力18作用在功能区域16上时，悬臂部分可以被固定或者夹持至衬底12的这部分碳层装置22，即，碳层构造22可以停留在其位置处。
图6a示出了微机械结构20的示意性侧视图，其中碳层构造22布置在层46处，该层46布置在碳层构造22与衬底12之间。例如，衬底12可以是半导体衬底，诸如，硅衬底。层46可以包括介电材料，并且可以使得能够实现在碳层构造22与衬底12之间的绝缘。层46可以被布置为使得碳层构造关于衬底12被完全地覆盖。
具有sp3杂化的碳材料的第一部分可以是碳材料的至少30％、至少50％、或者至少70％。该部分可以是最多90％、最多85％、或者最多80％。
碳材料的第二部分包括sp2杂化。当存在时，该部分可以是30％至99％、40％至95％、或者50％至85％。包括sp2杂化的部分和包括sp3杂化的部分总共可以包括最多100％的碳材料。附加地，碳材料的部分可以包括其它类型的杂化，诸如，sp杂化。
图6b示出了包括结构化的碳层构造22(例如，具有蜂窝结构和/或关于图3a至图3d描述的结构)的微机械结构30的示意性侧视图。
如关于图7a和图7b描述的，微机械结构22和/或30可以用于另外的处理。
图7a示出了例如当加工在图6a中描绘的微机械结构时可以获得的微机械结构20'的示意性侧视图。衬底12和/或层46可以部分地被去除，以获得功能区域16。简而言之，可以通过使碳层构造22从层46和/或衬底12暴露出来或者去覆盖，来获得功能区域16。功能结构可以用作，例如，被固定或者夹持于区域44a和44b处的膜。
图7b示出了在去除碳层构造的部分从而可以将功能区域16用作被固定或者夹持于一侧(区域44a)处的可弯曲梁结构的情况下、可以获得的微机械结构20″的示意性侧视图。在区域48处，可以去除碳层构造22。
可以相应地加工微机械结构30。
可以，例如，通过沉积处理，例如，通过使用化学气相沉积(CVD)处理、物理气相沉积(PVD)处理、和/或外延生长处理，来生成在图6a中描绘的碳层构造22。可以执行注入处理，例如，固有注入处理，来将掺杂材料注入到碳层构造22中。例如，在已经执行了注入处理之后，可以对碳层构造进行退火，以获得碳层构造22的经硬化或退火的结构。
图8a示出了包括衬底12和布置在衬底处的功能结构52的微机械结构40的示意性侧视图。功能结构52可以包括功能区域58，该功 能区域58可以响应于作用在功能区域58上的力18而相对于衬底12偏转。例如，基础层构造54可以是由功能层56a和/或56b包封的膜。
在衬底与功能结构52之间，可以布置介电层46，例如，包括绝缘体材料(诸如，氧化硅材料和/或氮化硅材料)的绝缘层。可替代地，可以在衬底12与功能结构52之间布置不同的层。可替代地，可以在衬底12处直接布置功能结构52。
功能结构52可以包括基础层构造54、和一个或多个功能层56a和/或56b。基础层构造54可以包括导电材料，诸如，掺杂半导体材料，例如，掺杂多晶硅材料。可替代地，基础层构造54可以包括可以具有sp2杂化的碳材料和/或具有sp3杂化的碳材料。
功能层56a和/或功能层56b的基体材料可以是碳材料。例如，可以按照关于碳层构造22所描述的一样，来形成功能层56a和/或功能层56b。在功能层的区域处，在功能层56a和/或56b中的碳材料的平均量可以是至少90％、至少93％、或者至少96％。
例如，功能层56a和/或功能层56b可以包括大量的具有sp3杂化的碳材料。这可以使得能够将相对于衬底12施加至基础层构造54的电流或者电位绝缘和/或钝化。例如，当层46包括导电材料、并且/或者不存在层46时，这可以是有利的。可替代地或者附加地，功能层56a和/或56b可以包括具有sp2杂化的碳材料，即，功能层56a和/或56b可以是至少部分地导电的。
功能层56a和/或56b可以包括掺杂材料。在功能层56a、56b的区域处，掺杂材料的平均浓度分别可以是至少0.001％、至少0.002％、至少0.005％、或者至少1018每cm3。可替代地或者附加地，掺杂材料的平均浓度可以是，例如，最多15％、最多12％、或者最多10％。该区域可以指功能区域58的部分或者指整个层。碳材料和/或掺杂材料的平均量或者份额，沿着功能结构52的厚度方向24而变化。
图8b示出了当去除功能结构52的部分48从而可以将功能区域58用作可弯曲梁结构时、可以获得的微机械结构50的示意性侧视图。悬臂部分62可以固定至衬底12、并且/或者固定至层46。
具有sp2杂化和/或具有sp3杂化的碳材料的平均量可以沿着功能结构56a和/或56b的厚度方向24而变化。
可替代地，该基础层构造54可以包括碳材料。基础层构造的碳材料可以包括sp2杂化。简而言之，基础层构造54可以基本上或者完全是碳。
与在图2中图示的图26c相比，在sp2杂化和sp3杂化之间的份额可以分别沿着在功能层56a、56b和包括碳材料的基础层构造54之间的边界阶跃地变化。
可以通过后续的材料或者层的沉积处理，来布置或者生成层56a、54和/或56b。该沉积可以也包括相应层的结构化。该结构化可以包括，例如，选择性蚀刻处理。
碳材料可以使得能够实现功能结构52的高的刚度。由此，与沿着厚度方向24的延伸相比，功能结构52的沿着与厚度方向24垂直的方向25的延伸可以更大。例如，沿着方向25的延伸可以是沿着厚度方向24的延伸的1倍至1000倍。可替代地，与沿着方向24的延伸相比，沿着方向25的延伸可以是1倍至500倍、或者1倍至50倍。其它实施例提供了功能结构，该功能结构包括沿着方向25的延伸，该延伸是功能结构16的沿着厚度方向24的厚度的5000倍。
换言之，图8a和图8b示出了结合有可以是导电的膜的碳薄膜的应用。
图9a示出了层构造(层堆叠)90的示意性侧视图，该层构造90包括夹设在功能层56a和56b之间的衬底12、层46和基础层构造54。可以对层堆叠进行处理，以获得微机械结构40或者50。
图9b示出了与堆叠90不同的层堆叠90’的示意性侧视图。可以将功能层56a和56b结构化，即，它们可以包括凹槽，如后文将更详细描述的。例如，可以在通过用于选择性地在功能层56a、56b的碳材料中蚀刻凹槽的蚀刻处理、来进行制造期间，将功能层56a、56b结构化。
图10a示出了与在图9a中图示的层堆叠90相比修改过的层堆叠 100的示意性侧视图。基础层构造54布置在(可选的)层46处，即，仅存在一个功能层56b或者56a，而功能层56a或者56b可以不存在，反之亦然。
图10b图示了与在图10a中图示的堆叠100相比修改过的另一种层堆叠100’。如关于在图9b中的功能层56a和56b所描述的，将功能层56b结构化。
可以从在图9a、图9b、图10a和图10b中图示的层堆叠，去除衬底12和/或层46的部分，以获得根据微机械结构40或50或者与微机械结构40或50有关的微机械结构。由此，微机械结构40和/或50可以包括功能结构，该功能结构包括功能层56a和56b中的仅一个。
当再次参照图9a、图9b、图10a和图10b时，可以存在功能层56a，而可以不布置功能层56b。
可以通过沉积处理，诸如，化学气相沉积处理、物理气相沉积处理和/或外延生长处理，来生成功能层56a和/或56b。功能层56a和/或56b可以部分地、完全地、和/或完全地但功能层56a和/或56b的结构的凹槽除外地，覆盖基础层构造54。
图11a至图11p示出了功能结构52的示意性顶视图或者底视图，该功能结构52包括方形的基础层构造54，该方形的基础层构造54被夹持于夹持区域58a至58d处。功能区域52可以是，例如，声换能器件(例如，麦克风和扬声器)的膜。虽然图11a至图11p描绘了形成为方形的基础层构造54，但是基础层构造54也可以包括其它形状，诸如，圆形、椭圆形、多边形或者其组合。例如，基础层构造54可以用作膜结构，其中，功能层56可以用作增强结构，例如，在其夹持区域处、在被配置为在操作期间施加大应变的区域处、和/或在膜在操作期间与定子或者电极邻接的区域处。
关于图11a，功能层56包括如下这样的形状，该形状可以通过分别对角地布置在夹持区域58a和58d之间和在夹持区域58b和58c之间的两个椭圆形结构的重叠来获得。在这两个椭圆形结构重叠的中心部分中，可以布置圆形结构62。由此，可以通过将两个或者更多个几 何结构或者形状重叠，以获得功能层56的形状。
关于图11b，可以通过将在两个对角布置的夹持区域48a至48d之间的(即，在夹持区域48a和48d之间以及在夹持区域48b和48c之间的)基础层构造处对角地布置的两个椭圆形结构重叠，以获得功能层56的形状。
关于图11c，功能层56包括与基础层构造54的形状几何相似的形状，从而使功能层56形成为方形的，其中边缘长度小于基础层构造54的对应边缘长度，其中基础层构造54的边缘与功能层56的边缘彼此基本平行。功能层56布置在基础层构造54的中心处。
关于图11d，功能层56包括圆形，其中功能层56的中心与基础层构造54的中心重叠。
关于图11e，功能层56包括如下这样的形状，该形状可以通过省却基础层构造54的如下这样的形状区域来获得，这些形状区域由圆、或者一个或者多个椭圆、或者其部分形成，其中，例如，圆的圆心或者椭圆的特殊点布置在基础层构造54的表面外部。
关于图11f，功能层56包括如下这样的形状，该形状可以通过将两个对角地布置的椭圆重叠来获得，其中，与在图11b中示出的椭圆相比，该椭圆包括增加的共轭直径。椭圆仅仅部分地伸入到基础层构造54的表面中，从而使功能层56包括椭圆的仅仅部分。
关于图11g，功能层56包括与基础层构造54的形状几何相似的形状，其中，与图11c相比，使功能层56的形状旋转，例如，使其旋转角度45°。可替代地，可以使功能层56旋转任何其它角度，诸如，在0°与360°之间、在0°与180°之间或者在0°与90°之间的范围内。
关于图11h，功能层56包括星形表面。该星形表面可以，例如，通过圆形和四个椭圆形来获得，使这些椭圆形相对于彼此旋转一个角度，诸如，45°，其中一个椭圆形可以对角地布置在基础层构造54上。
关于图11i，功能层56示出了与在图11a中示出的功能层相比反转的形状。“反转的”表示基础层构造54的以第一形状被功能层覆盖的区域被省却了倒置的功能层，反之亦然。
关于图11j，功能层56包括与在图11b中示出的功能层的形状相反转的形状。
关于图11k，功能层56包括与在图11c中示出的功能层的形状相比反转的形状。
关于图11l，功能层56包括与在图11d中示出的功能层的形状相比反转的形状。
关于图11m，功能层56包括与在图11e中示出的功能层56的形状相比反转的形状。
关于图11n，功能层56包括与在图11f中示出的功能层56的形状相比反转的形状。
关于图11o，功能层56包括与在图11g中示出的功能层56的形状相比反转的形状。
关于图11p，功能层56包括与在图11a中示出的功能层56的形状相比反转的形状。
功能层56的基础面积区域可以包括圆形、星形、多边形、椭圆形、蜂窝结构、任何其它形状的至少部分、和/或其组合。
另外，基础层构造54可以包括除了图示的方形之外的其它形状。
图12a至图12i示出了功能区域52的可能性实施方式的示意性顶视图或者底视图。功能区域52可以示例性地包括具有圆形的基础面积区域。在功能区域52中，至少一个功能层布置在基础层构造54中。功能区域52、基础层构造54分别描绘为具有圆形。当功能区域52在可偏转膜的至少部分处时，圆形可以是有利的。可替代地，功能区域52和/或基础层构造54可以包括不同的形状，例如，椭圆形或者多边形。可替代地，功能区域52和/或基础层构造54可以形成为形成为外凸或内凹的曲线。
关于图12a，功能层56覆盖基础层构造54，但基础层构造54的边缘部分62除外。例如，基础层构造54的被功能层56覆盖的表面可以大于90％、大于95％、或者大于99％。
关于图12b，功能层56可以包括圆形，并且可以布置在基础层构 造54的中心处，从而使得功能层56相对于基础层构造54同心地布置。功能层56的直径可以是，例如，基础层构造54的直径的至少1％、至少20％、或者至少50％，其中直径也可以指当功能层56包括非圆形时、基础层构造54的基础面积区域的最长和/或最短延伸。
关于图12c，功能层56包括环形状，该环形状相对于基础层构造54的基础面积区域同心地布置。可替代地，功能层56的中心可以布置在基础层构造54的不同位置处，从而使得功能层56相对于基础层构造54的中心不是同心的。
关于图12b，功能层56可以包括蜂窝结构，该蜂窝结构包括多个蜂窝。蜂窝结构可以完全地覆盖基础层构造54，其中，根据替代实施例，其可以仅仅部分地覆盖基础层构造54。一个、多个或者所有蜂窝的内部区域可以形成为凹槽64，从而使得在凹槽34处，基础层构造54可以不被功能层56覆盖。凹槽34可以具有多边形，诸如，六边形。
蜂窝形式的功能层56可以导致功能区域52的高硬度，这是因为蜂窝结构针对所激发的力可以提供高鲁棒性。
关于图12e，功能层56可以包括星形，该星形从基础层构造54的中心延伸到外圆周。例如，功能区域52可以夹持或者安装至在星形的端部(梁或者线)处的衬底、或者在基础层构造54的在星形的端部之间的区域处的衬底。
关于图12f，基础层构造54可以部分地被多个功能层56a至56e覆盖。每个功能层56a至56e可以形成为包括彼此不同的直径、相应环的宽度和半径的环结构，并且可以相对于彼此并且相对于基础层构造54的中心同心布置。由此，功能层56a至56e形成多环结构。可替代地，一个或者多个环可以包括相等的广度。虽然将功能层56a至56e描述为是不同的层，但是它们可以通过例如通过选择性蚀刻处理、将生成或者布置在基础层构造54处的一个层结构化来获得。
关于图12g，功能层56可以形成为与在图12d中示出的功能层相似，除了凹槽34可以形成为圆之外。这可以导致功能层56的材料的延度沿着与厚度方向24垂直布置的第一和/或第二横向方向X1和/或 X2的变化。在两个或者更多个凹槽64之间的连接点66处，沿着第一横向方向X1和/或第二横向方向X2的延度的可以更高，从而导致功能层56在这些点处的材料量更高。这可以导致功能层56的更高稳定性。
关于图12h，功能层56可以包括与在图12e中描绘的星形相比反转的的星形。功能层56可以部分地覆盖或包封基础层构造54，省去内部星形区域。
虽然将在图12e和图12h中示出的星形描绘为从基础层54的中心延伸到外部区域，但是星形可以可替代地仅仅延伸到小于半径的50％、小于半径的75％、或者小于半径的95％的值，或者沿着基础层构造54的第一和/或第二横向方向X1和/或X2延伸。
关于图12i，与在图12f中描绘的功能层56a至56e相比，功能层56a至56e以反转的多环形状布置在基础层构造54处。与在图12f中描绘的功能层56a至56e相比，在图12i中示出的功能层56a至56e可以被布置为使得基础层构造54的外部区域62和中心被功能层56a至56e被覆盖，其中，在图12f中，功能层56a至56e省去相当的外部区域62和中心。
功能结构52可以是膜结构。微机械结构40和/或50可以是声换能器结构的部分。
换言之，图11a至图11p以及图12a至图12i提供了层或者堆叠的可能的实现方式的简明概述，其中可以在没有任何限制的情况下将这些图示组合起来。基于用于沉积碳层的处理的类型、并且基于堆叠的结构，关于各个物理性质，可以获得不同的依赖性。取决于上面是否操作了膜，在例如布置在背板处的对电极的中心中或者在对电极下方，可以实现有关压力和稳定性的不同特性。在沉积之后对系统的特性进行修改的可能性，可以使得能够实现与现有材料层相比进一步的自由度，该现有材料层的自由度到现在为止仅仅可以通过改变的温度和注入来控制。
可能的硬度和进一步的自由度这些有利性能，在布置直径大于1 mm的大膜时尤其有用，诸如，可以使用直径在4mm与8mm之间的膜的模拟扬声器。可替代地或者附加地，可以使得能够实现数字MEMS扬声器(jumping jack原理)的性能改进。
图13a示出了微机械声换能器130a的示意性框图。微机械声换能器130a包括微机械结构10。微机械声换能器140a可以被配置为感测环境压力(诸如，声压等级)的变化。声压等级的变化可以使微机械结构10的功能区域能够偏转。由此，功能区域可以响应于声压等级而偏转。例如，静电场可以布置在功能区域、与衬底或者布置在微机械结构10处的背板电极之间。功能区域的偏转可以导致分别在功能区域、与衬底或者背板电极之间的、可感测到的或者可检测到的变化的电荷和/或电压。
可替代地，微机械声换能器130a可以被配置为，例如，通过施加静电或者电动力场，在功能区域处施加力，从而使功能区域基于静电或者电动力场偏转，从而可以通过微机械声换能器130a发出声音。微机械声换能器130a由此可以被配置为用作麦克风或者用作扬声器。
可替代地或者附加地，微机械声换能器可以包括微机械结构20’或者20”。
图13b示出了微机械声换能器130b的示意性框图，其中微机械声换能器130b包括微机械结构40。微机械结构40可以被配置为，如针对在图13a中的微机械结构10所描述的，从而使微机械声换能器130b可以被配置为用作麦克风或者用作扬声器。
可替代地或者附加地，微机械声换能器130b可以包括微机械结构50。
在下文中，将涉及生成碳层构造和/或功能层的细节。碳层构造和/或功能层可以包括具有sp2和/或sp3杂化的碳材料。基于碳的层，因能够实施种类繁多的机械性能和电气性能而著称。一种原因是在生成碳层的过程期间(即，在沉积碳层构造和/或功能层的碳材料期间)能够提供部分氢和碳原子的杂化。
换言之，此处描述的实施例利用了在微机械系统中或者在微机电 系统中使用的碳薄膜的优点。MMS或者MEMS结构元件(诸如，可弯曲梁或者膜)的全面的或者至少部分的覆盖，使得能够实现分离的或者暴露出来的结构(如，膜或者可弯曲梁)的电阻率和稳定性的增加。另外，可以使得能够实现防粘性能的增强。可以基于所描述的碳层的更低可润湿性，例如，通过使用掺杂材料(例如，氟掺杂的或者氟终止的碳层)对碳材料进行掺杂，以获得防粘性能的增强。这使得能够实现不同的、新颖的并且简单的结构，该结构可以用更少量的甚或不使用保护涂层(诸如，亚硝酸硅(SNit)或者中间氧化物层)来获得。
通过使用关于功能层描述的碳层、将结构涂覆在一侧或者在两侧，使得能够将结构钝化。另外，基于特定的掺杂材料(诸如，氮(N))的添加或者插入，可以获得优化的导电性，并且可以调节层的电气性能和机械性能(诸如，张力)。
实施例提供了基于碳的膜或者可弯曲梁、以及部分地或者完全地涂覆包括掺杂的硅或者掺杂的多晶硅以调节或者优化膜或者可弯曲梁的性能的可能性。
在用于MEMS元件的已知的ploy-Si膜中，尤其是在D-声器件中，稳定性的决定性实验(诸如，坠落测试和压力测试)是常用的。一种已知的Si麦克风可以具有对压力差的限制，大致为2巴。一方面，在膜厚度恒定的情况下，鲁棒性的增加，可能使得可受应力能力(stressabilty)增加；并且另一方面，膜厚度的减小，并且从而器件中的振动质量减小，这可能会改进响应并且附加地提高SNR。
已知的多晶硅层可以包括，例如，在330nm与2μm之间的厚度，并且可以包括试图改进膜结构的可受应力能力效应的特殊设计。与这种已知的膜相比，其电气性能可以通过在生成其的过程期间的注入剂量和/或温度来控制。实施例附加地提供了使用附加碳层的回火性能来控制电气性能的可能性。
包括非晶碳的薄膜可以是非常鲁棒的，可以耐受高的应变，并且可以以多种方式针对相应的应用而适应或优化。基于用于生成碳层的 相应处理，可以在沉积(例如，基于包括氮(诸如，N2或者NH3)的处理气体的混合)期间或者在沉积之后，从实质上调节部件(例如，电容性麦克风)的期望导电率。在沉积之后，例如，可以使用用于注入氮的注入处理和/或随后的退火处理。这可以使得能够实现机械上非常鲁棒的膜。基于化学气相沉积(CVD)的将氮特定地混合到经处理的气体的混合物中，是可能的。
经处理的气体的混合物可以包括：包括碳的一种或者多种气体。该处理使得能够调节氢的份额，从而可以在碳层中调节或者优化sp2/sp3比率。具体地，选择包括碳的一种或者多种气体(诸如，CH4、C2、H2、…)可以使得能够调节生成的层的微结构。等离子体增强CVD(PE-CVD)处理可以在不停止或者中断等离子体的情况下使得处理气体的混合物能够快速变化。例如，这可以使得能够生成ploy-Si/a-Si:C:H/a-C:NH//a-C:H//a-C:H:F夹层膜。这可以从功能性方面来理解，该功能性是指导电率//硬度//导电率//对应力和杨氏模数的调节(调谐层)//防粘，其中(仅作为非限制性示例)Si可以表示硅材料，C可以表示碳材料，a-C可以表示非晶碳材料，N可以表示氮材料，H可以表示氢材料，并且F可以表示氟材料。
从碳层在后续回火期间的表现，可以看到针对MEMS部件的另一优点。可以基于回火，将非晶碳(a-C:M:H)调节为非常导电的(低欧姆)。
一些实施例提供了覆盖或包封已知的膜(诸如，包括掺杂的多晶硅的膜)的可能性。优点在于，可以实现机械载荷度的显著增加，并且/或者可以减小膜的厚度。
另一优点可以是，与纯硅相比，基于碳材料，可以降低可润湿性。这可以使得能够在缓释蚀刻期间以及在操作期间降低部件的粘附性。
所获得的高的鲁棒性可以使得能够在维持膜的厚度的同时增加载荷度，并且/或者使得能够减小膜厚度并且因此减小部件中的振荡质量，这可以使得能够改进部件的响应特性并且/或者提高SNR。
此处描述的实施例的一个方面是，碳层或者基于碳层的层系统在 微技术生成的结构处的应用。该应用可以指，部分地或者完全地将层覆盖。该应用可以使得能够调节并且/或者改进电气性能和/或机械性能。对sp3和sp2杂化的份额的调节，可以使得能够在调节膜或者可弯曲梁的性能期间利用另外的自由度。
图14图示了已知的碳-氢的三相图。第一参数72可以描述碳材料的sp2杂化与sp3杂化比率。sp3杂化的增加可以使得能够实现材料的更高硬度和/或降低的导电率。参数72可以与第二参数74组合，该第二参数描述了布置在碳材料中的氢的量。参数72和74的组合使得能够获得不同的材料和不同的材料特性。
换言之，图14图示了碳-氢的三相图，该三相图描绘了基于不同杂化的物理性能、化学性能和/或电气性能的带宽。
图15图示了用于制造微机械结构(诸如，微机械结构10、20’或者20”)的方法1500的示意性流程图。步骤1510包括：准备衬底。步骤1520包括：在该衬底处布置功能结构，从而使功能结构的功能区域可响应于作用在功能区域上的力而相对于衬底偏转，其中功能结构包括碳层构造，其中碳层构造的基体材料是碳材料。
图16图示了，例如，在步骤1520中布置功能结构期间可以使用的方法1600的示意性流程图。
在步骤1610中，使用沉积处理的参数组，以获得碳材料，该碳材料具有在碳材料的sp2杂化与sp3杂化之间的第一比率。沉积处理可以是，例如，化学气相沉积处理、等离子体增强化学气相沉积处理、物理气相沉积处理、溅射处理(诸如，反应溅射)。
步骤1620包括：修改该组参数的参数以获得修改后的参数组，其中，将该组修改后的参数用于沉积处理以获得具有在碳材料的sp2杂化与sp3杂化之间的第二比率的碳材料，从而使sp2杂化或者sp3杂化的平均量沿着功能结构的厚度方向变化。
可以通过该组参数来影响用于沉积功能结构的沉积处理。该组参数包括处理温度、处理压力、处理气体的成分、在用于生成电场以使等离子体的电子和/或离子加速的电极之间的距离、和用于使等离子体 的电子和/或离子加速的电力中的一种或者多种。
碳沉积可以分为动力控制型沉积和化学控制型沉积。具体地，动力型沉积可以应用于在溅射区域中的低压力下的PE-CVD处理和PVD处理(低压力和低温度)。低压力可以，例如，在1mTorr至100mTorr范围内。另外，该概念还可以应用于离子束方法、过滤阴极真空电弧、和相关的沉积技术。甚至，处理气体混合物和含有气体的碳也可以对于这些技术发挥作用，对于在升高的沉积温度和高压力下的PE-CVD，在含有气体的碳与随后的膜杂化之间的关系可以更为明显。
例如，对于动力控制型沉积技术，高于大约150℃的沉积温度可以使膜的sp2杂化含量上升。至于被视为针对最高可能sp3含量的理想的能量的大小，针对在低于150℃的温度下的动力控制型沉积，可以使用100eV/C 的能量。
对于高温下的PE-CVD，这些高沉积温度可以(除了选择适当的碳气体之外)用于沉积具有高密度和高sp3杂化含量的膜(碳层)。当使用例如CH4作为处理气体时，在8Torr的压力下、和高于150℃诸如高于250℃或者高于350℃诸如400℃的温度下、应用一个或者多个未改变的处理参数，可以产生具有高的sp3杂化部分的高度压缩应力a-C:H膜。与此相反，当使用，例如，C2H2时，可以产生具有以具有sp2杂化的碳材料为主的结构的低应力膜。由此，处理气体的改变或者修改可以使得能够改变、适应或者修改sp2杂化与sp3杂化比率。
例如，包括与碳的量相比氢的量增加的处理气体(CH4可以包括4/1的比率，C2H2可以包括1/1的比率)可以使得能够获得包括sp3杂化的碳材料的高比率。简而言之，4/1的高氢/碳比率可以产生高sp3配位的膜。使用乙炔(H/C为1/1)可以产生sp2配位的软膜。由此，在电容耦合式等离子体反应器中进行(PE-)CVD期间，在温度、和例如在1Torr至10Torr范围内的压力(诸如，约8Torr)下，化学组成可能发挥重要的作用或者最重要的作用。
可以通过所使用的前体(处理气体)的化学组成，或者通过使用可能在更高沉积温度下是活性的活性氢、对sp2配位的碳进行选择性蚀刻，来实现这种效果。
可替代地或者附加地，可以使用以氢为主的处理气体(例如，纯氢)。在PE-CVD期间的高压力下和/或在上面说明的升高沉积温度下，以氢为主的处理气体可以使得能够增加具有sp3杂化的碳材料的量，如针对CH4所描述的。可以通过在生成sp2杂化和sp3杂化期间的软sp2杂化的基于氢的蚀刻，来获得这种效果。简而言之，替代使用包括大量的结合到碳的氢的处理气体，也可以将氢材料作为添加的气体放入。例如，添加氢可以使得能够对具有sp2杂化的碳材料进行选择性蚀刻，并且因此使得在产生的膜中的具有sp3杂化的碳材料的浓度能够升高。
处理温度的变化可以使得能够在温度升高时提高具有sp2杂化的碳材料的相对浓度。由于增加处理气体的压力，存在更高量的碳材料和/或氢材料，这可能导致：具有sp3杂化的碳材料的份额更高；同时影响等离子体发生器的性能，该性能受到在阴极与阳极之间的距离的影响、以及/或者受到用于通过使用阴极和阳极使等离子体的电子和/或离子加速的电力的影响。由此，同样，可以使得在等离子体发生器的电极(阴极与阳极)之间的距离、和/或用于使等离子体的电子和/或离子加速的电力，相对于其它参数从属地或者独立地变化。例如，当压力在1Torr至10Torr的范围内时，虽然未改变其它参数，但是在电极之间的距离的减小、和/或用于使电子和/或离子加速的电力的增加，可以使具有sp3杂化的碳材料的量更高。脉冲的脉冲能量可以受到例如脉冲的频率和/或脉冲的幅度的影响。脉冲可以用于，例如，脉冲溅射处理中。脉冲宽度(持续时间)可以，例如，在10μs至200μs范围内。脉冲的幅度(脉冲的幅度)可以，例如，在兆瓦特范围内。
每需要加速的或者沉积的碳原子(或者，离子)app.100eV的能量，可以导致具有sp3杂化的碳材料的最大份额。能量的增加或者减少，可以导致具有sp2杂化的碳材料的量的增加，同时减少具有sp3 杂化的碳材料的量。
沉积处理可以包括，例如，化学气相沉积处理、等离子体增强化学气相沉积处理、物理气相沉积处理、溅射处理(诸如，反应溅射)。前体可以是，例如，包括碳材料和/或氢材料的气体。可替代地，处理气体可以也包括金属材料，其中可以将包括碳材料的另外的处理气体附加地用作处理气体或者前体。
沉积的碳材料的固有应力可以随着具有sp3杂化的碳材料的份额的增加而增加。可以使用其它处理气体，该其它处理气体包括碳材料和氢材料。例如，可以使用包括碳/氢比率为1/2的乙烯(C2H4)。
图17示意性地图示了用于制造微机械结构(诸如，微机械结构40或者50)的方法1700的流程图。步骤1710包括：准备衬底。步骤1720包括：在该衬底处布置功能结构。功能结构包括基础层构造和功能层，其中功能层的基体材料是碳材料，从而使得功能结构的功能区域可响应于作用在功能区域上的力而相对于衬底偏转。
图18示意性地图示了可以用于在步骤1720中布置功能结构的方法1800的流程图。
步骤1810包括：使用沉积处理的参数组，以获得功能层的碳材料，该碳材料具有在碳材料的sp2杂化与sp3杂化之间的第一比率。
沉积处理可以包括化学气相沉积处理、等离子体增强化学气相沉积处理、物理气相沉积处理、溅射处理(诸如，反应溅射)。前体可以是，例如，包括碳材料和/或氢材料的气体。可替代地，处理气体可以也包括金属材料，其中可以将包括碳材料的另外的处理气体附加地用作处理气体或者前体。
步骤1820包括：改变该组参数的参数，以获得修改过的参数组，其中，将该组修改过的参数用于沉积处理，以获得具有在碳材料的sp2杂化与sp3杂化之间的第二比率的功能层的碳材料，从而使得包括sp2杂化或者sp3杂化的碳材料的平均量沿着功能结构的厚度方向变化。
方法1800的该组参数可以是关于图16描述的该组参数。
虽然已经以装置为背景对一些方面进行了描述，但是要清楚，这 些方面还代表了对对应方法的说明，其中块或器件与方法步骤或者方法步骤的特征对应。类似地，以方法步骤为背景描述的各个方面也代表了对对应装置的对应块或项目或特征的说明。
上面描述的实施例仅仅是对本发明的原理的图示。要理解，此处描述的构造和细节的修改和变化对于本领域的技术人员是显而易见的。因此，本发明仅受随附的专利权利要求书的范围的限制，并且不受以此处对实施例的描述和说明的方式表示的具体细节的限制。
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