[發(fā)明專利]單晶襯底和微機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710890273.1
• 申請(qǐng)日: 2017-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN107867673A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·布羅克邁爾;R·拉普;F·J·桑托斯羅德里奎茲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B81B3/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所11256
• 代理人: 鄭立柱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于加工單晶襯底和微機(jī)械結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

通常，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)或微機(jī)械系統(tǒng)(MMS)被集成到將電氣和機(jī)械部件彼此組合的小型設(shè)備或系統(tǒng)中。例如，術(shù)語(yǔ)“微機(jī)械”是指微機(jī)械部件，可用于描述具有一個(gè)或多個(gè)微機(jī)械元件以及可能但不必須具有電氣部件和/或電子部件的小型集成裝置或系統(tǒng)。

通常，微機(jī)電系統(tǒng)可用于提供例如機(jī)電換能器，例如，致動(dòng)器或傳感器。MMS可以具有可偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，例如膜或懸臂。作為驅(qū)動(dòng)器，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)可以具有一個(gè)或多個(gè)MMS，其可偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以被電偏轉(zhuǎn)。作為傳感器(例如，麥克風(fēng))，MEMS可以響應(yīng)MMS的可偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)(也稱為沖程)提供電信號(hào)。

諸如例如微換能器(例如麥克風(fēng)或微型揚(yáng)聲器)中的膜或原子力顯微鏡(AFM)中的懸臂的微結(jié)構(gòu)可以具備高要求，特別是取決于相應(yīng)的應(yīng)用的在共振條件下的彎曲性能和/或偏轉(zhuǎn)特性和動(dòng)態(tài)特性。

基于膜的傳感器(例如，麥克風(fēng))的電氣和機(jī)械要求隨著每次更新?lián)Q代和/或隨著時(shí)間的推移而增加。例如，需要更小的傳感器，其可以容忍更高的聲強(qiáng)或與之相關(guān)聯(lián)的聲壓，具有更大的魯棒性并提供更大的信噪比(SNR)。

SNR值以及聲學(xué)過(guò)載(也稱為Acoustic OverLoad-AOL)作為評(píng)估傳感器質(zhì)量和/或商業(yè)能力的標(biāo)準(zhǔn)是重要的。較大的信噪比允許有用的信號(hào)從背景噪聲中清楚地顯現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)，傳感器應(yīng)能夠清楚低記錄高升壓(英文：高聲壓水平Sound Pressure Level)(例如在音樂(lè)會(huì)期間)，而不會(huì)使聲音失真(也稱為THD或失真因子)。電性能可以與微機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能密切相關(guān)。

例如，對(duì)設(shè)備(例如在智能手機(jī)，智能手表，平板電腦，筆記本電腦，頭戴式設(shè)備或日常使用的其他日常物品)中使用的傳感器的機(jī)械魯棒性的要求較高，其一方面受到機(jī)械應(yīng)力(震動(dòng)，跌落)并且另一方面受到外部環(huán)境影響(灰塵，水等)。端子質(zhì)量越高，在所謂的設(shè)備的跌落或撞擊期間，麥克風(fēng)的機(jī)械負(fù)載(顯然是壓力波動(dòng))越高。為了增加基于膜的傳感器的魯棒性，通常實(shí)施了不同的構(gòu)想，然而由于可用的材料系統(tǒng)，這些構(gòu)想不能同時(shí)滿足所有要求。

在傳統(tǒng)的構(gòu)想中，依賴于終端質(zhì)量的要求(強(qiáng)烈)的實(shí)現(xiàn)由膜厚控制。膜片越厚，在動(dòng)態(tài)壓力波動(dòng)下的魯棒性就越強(qiáng)。然而，這帶來(lái)強(qiáng)迫的妥協(xié)，因?yàn)橹T如復(fù)位性能和靈敏度之類的機(jī)械特性也隨著膜片厚度的增加而改變。為了在保持靈敏度(英文：靈敏度sensitivity)的同時(shí)滿足復(fù)位電壓范圍的要求，使用由多晶硅(也稱為聚硅)構(gòu)成的軟膜，通過(guò)使其被更強(qiáng)韌地植入，該軟膜被額外地變得更柔軟。隔膜的直徑越小，植入的限制越小，導(dǎo)致多晶硅的退化，導(dǎo)致額外的電壓感應(yīng)，使得隔膜是彎曲的(也稱作在植入極限處的壓縮膜屈曲)。傳感器變得不可用，從而通過(guò)植入極限來(lái)限定小膜片直徑(例如，小于800微米)的最大植入。

由于器件越來(lái)越小的趨勢(shì)正在不斷加劇，所以由于端子的殼體尺寸的相應(yīng)減小，有必要減小MEMS并因此減小膜片的直徑。為了獲得MEMS的功能，需要在植入期間保持距植入極限的足夠的距離。這可以僅通過(guò)減小膜片厚度而以預(yù)定的復(fù)位電壓范圍來(lái)補(bǔ)償，然而這又導(dǎo)致較低的魯棒性。

因此，在膜片直徑小的情況下，通常需要接受的是，傳感器的壽命小或靈敏度低。

在替代的構(gòu)想中，通常對(duì)影響機(jī)械特性的MEMS做出幾何修改。例如，將所謂的通風(fēng)折板(Ventilationsklappen)安裝在膜中，其減弱了壓力波動(dòng)，并因此補(bǔ)償了膜的較低的魯棒性。然而，通風(fēng)折板需要精確調(diào)整所謂的拐點(diǎn)頻率(轉(zhuǎn)角頻率或截止頻率)。可替換地，將所謂的波紋環(huán)安裝在膜上，膜是波紋狀的。波紋環(huán)和/或通風(fēng)折板的實(shí)現(xiàn)增加了制造成本，在膜中產(chǎn)生額外的應(yīng)力點(diǎn)，并且增加了將膜“粘附”(也稱作附著)到其它部件的風(fēng)險(xiǎn)，例如，在雙電極配置(也稱為雙背面電極布置)中。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)各種實(shí)施例，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，基于膜的傳感器中的電壓去耦的重要性大大增加，特別是由于通常使用的材料系統(tǒng)的機(jī)械性能的變化已經(jīng)達(dá)到其技術(shù)限制。因此，MEMS的應(yīng)力只能通過(guò)改變幾何形狀和/或設(shè)計(jì)來(lái)減少。為了開創(chuàng)可以以低成本和低技術(shù)水平可靠地再生產(chǎn)的更多空間，需要其未經(jīng)修改的性能已經(jīng)滿足或至少幾乎滿足要求的其他材料。

根據(jù)各種實(shí)施方式，提供微機(jī)械結(jié)構(gòu)及其制造方法，為機(jī)械特性的變化和調(diào)整提供了進(jìn)一步的空間。示例性地提供一種魯棒的膜(例如，用于麥克風(fēng)和/或壓力傳感器)，也就是說(shuō)，該膜具有較長(zhǎng)的使用壽命，其滿足在敏感度方面較高的要求。