[发明专利]单晶衬底和微机械结构的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加工单晶衬底和微机械结构的方法。

背景技术

通常，微电子机械系统(MEMS)或微机械系统(MMS)被集成到将电气和机械部件彼此组合的小型设备或系统中。例如，术语“微机械”是指微机械部件，可用于描述具有一个或多个微机械元件以及可能但不必须具有电气部件和/或电子部件的小型集成装置或系统。

通常，微机电系统可用于提供例如机电换能器，例如，致动器或传感器。MMS可以具有可偏转结构，例如膜或悬臂。作为驱动器，微机电系统(MEMS)可以具有一个或多个MMS，其可偏转结构可以被电偏转。作为传感器(例如，麦克风)，MEMS可以响应MMS的可偏转结构的偏转(也称为冲程)提供电信号。

诸如例如微换能器(例如麦克风或微型扬声器)中的膜或原子力显微镜(AFM)中的悬臂的微结构可以具备高要求，特别是取决于相应的应用的在共振条件下的弯曲性能和/或偏转特性和动态特性。

基于膜的传感器(例如，麦克风)的电气和机械要求随着每次更新换代和/或随着时间的推移而增加。例如，需要更小的传感器，其可以容忍更高的声强或与之相关联的声压，具有更大的鲁棒性并提供更大的信噪比(SNR)。

SNR值以及声学过载(也称为Acoustic OverLoad-AOL)作为评估传感器质量和/或商业能力的标准是重要的。较大的信噪比允许有用的信号从背景噪声中清楚地显现出来。同时，传感器应能够清楚低记录高升压(英文：高声压水平Sound Pressure Level)(例如在音乐会期间)，而不会使声音失真(也称为THD或失真因子)。电性能可以与微机械结构的机械性能密切相关。

例如，对设备(例如在智能手机，智能手表，平板电脑，笔记本电脑，头戴式设备或日常使用的其他日常物品)中使用的传感器的机械鲁棒性的要求较高，其一方面受到机械应力(震动，跌落)并且另一方面受到外部环境影响(灰尘，水等)。端子质量越高，在所谓的设备的跌落或撞击期间，麦克风的机械负载(显然是压力波动)越高。为了增加基于膜的传感器的鲁棒性，通常实施了不同的构想，然而由于可用的材料系统，这些构想不能同时满足所有要求。

在传统的构想中，依赖于终端质量的要求(强烈)的实现由膜厚控制。膜片越厚，在动态压力波动下的鲁棒性就越强。然而，这带来强迫的妥协，因为诸如复位性能和灵敏度之类的机械特性也随着膜片厚度的增加而改变。为了在保持灵敏度(英文：灵敏度sensitivity)的同时满足复位电压范围的要求，使用由多晶硅(也称为聚硅)构成的软膜，通过使其被更强韧地植入，该软膜被额外地变得更柔软。隔膜的直径越小，植入的限制越小，导致多晶硅的退化，导致额外的电压感应，使得隔膜是弯曲的(也称作在植入极限处的压缩膜屈曲)。传感器变得不可用，从而通过植入极限来限定小膜片直径(例如，小于800微米)的最大植入。

由于器件越来越小的趋势正在不断加剧，所以由于端子的壳体尺寸的相应减小，有必要减小MEMS并因此减小膜片的直径。为了获得MEMS的功能，需要在植入期间保持距植入极限的足够的距离。这可以仅通过减小膜片厚度而以预定的复位电压范围来补偿，然而这又导致较低的鲁棒性。

因此，在膜片直径小的情况下，通常需要接受的是，传感器的寿命小或灵敏度低。

在替代的构想中，通常对影响机械特性的MEMS做出几何修改。例如，将所谓的通风折板(Ventilationsklappen)安装在膜中，其减弱了压力波动，并因此补偿了膜的较低的鲁棒性。然而，通风折板需要精确调整所谓的拐点频率(转角频率或截止频率)。可替换地，将所谓的波纹环安装在膜上，膜是波纹状的。波纹环和/或通风折板的实现增加了制造成本，在膜中产生额外的应力点，并且增加了将膜“粘附”(也称作附着)到其它部件的风险，例如，在双电极配置(也称为双背面电极布置)中。

发明内容

根据各种实施例，已经认识到，基于膜的传感器中的电压去耦的重要性大大增加，特别是由于通常使用的材料系统的机械性能的变化已经达到其技术限制。因此，MEMS的应力只能通过改变几何形状和/或设计来减少。为了开创可以以低成本和低技术水平可靠地再生产的更多空间，需要其未经修改的性能已经满足或至少几乎满足要求的其他材料。

根据各种实施方式，提供微机械结构及其制造方法，为机械特性的变化和调整提供了进一步的空间。示例性地提供一种鲁棒的膜(例如，用于麦克风和/或压力传感器)，也就是说，该膜具有较长的使用寿命，其满足在敏感度方面较高的要求。