单晶衬底和微机械结构的加工方法技术

根据各种实施例，加工单晶衬底(102)的方法可以包括：沿着主处理侧将衬底(102)分割(100b)成至少两个单晶衬底子块(102a，102b)；以及形成(100c)包括所述至少两个衬底子块(102a，102b)的单晶衬底子块的微机械结构(106)。

Processing methods of single crystal substrate and micromechanical structure

【技术实现步骤摘要】
单晶衬底和微机械结构的加工方法
本专利技术涉及一种用于加工单晶衬底和微机械结构的方法。
技术介绍
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AcousticOverLoad-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SoundPressureLevel)(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。
技术实现思路
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。显然，已经认识到单晶材料(例如，单晶SiC)为改变和调整提供了更大的空间。根据各种实施方案，可以使用碳化硅(SiC)作为膜材料。碳化硅可以提供较大的机械硬度，耐化学性(惰性)和耐热性，材料属性使其更容易满足至少一些要求而无需额外的修改，从而保持调整空间。用于形成SiC的常规过程适用于低温的使用，例如小于700℃，和/或产生多晶微结构。由单晶材料传统地制造的薄的可偏转膜导致材料的低结晶均匀性和单晶材料薄化的低均匀度的厚度。这种低均匀性可能导致机械性能的严重波动，从而缺失了所需的要求。因此，当要满足对同质性的高要求时，通常使用多晶材料。根据各种实施例，可以提供微机械结构及其制造方法，该微机械结构使用在功率电子设备中。根据各种实施例，加工单晶衬底的方法可以包括：沿着主处理侧将衬底分割成至少两个(即，几个，例如，正好两个或多于两个)单晶衬底子块；以及形成具有所述至少两个衬底子块中的至少一个(即，恰好一个或多于一个)单晶衬底子块的微机械结构。衬底可以可选地固定到不一定是单晶的载体上。所述至少一个衬底子块不一定是指分离的衬底的完整部分，但可以是衬底的一部分。根据各种实施例，分割可以通过智能分割工艺来执行。根据各种实施例，衬底和/或两个衬底子块中每个衬底子块可以包括或由单晶半导体材料形成，例如，单晶碳化硅(SiC)，单晶氮化镓(GaN)或单晶硅(Si)。根据各种实施例，至少一个单晶衬底子块(也称为第一衬底子块)可以具有单晶层或由其形成(或至少部分地)形成。可选的或附加的，另一个单晶衬底子块(也称为第二衬底子块)可以具有剩余单晶衬底或由其形成(或至少其一部分)。另一个衬底子块不一定是指分离的衬底的完整的剩余衬底，但可以是其一部分。根据各种实施例，至少一个单晶衬底子块可以具有比另一个单晶衬底子块更小(例如，垂直)的延伸。根据各种实施例，衬底还可以包括目标分离层，借助于该目标分离层，两个衬底子块彼此连接；其中通过消除目标分离层的结合来进行分割。例如，衬底可以在目标分离层中分裂或热不稳定。可选的或附加的，可以将机械力(例如张力)传递到超过目标分离层的断裂力的目标分离层。根据各种实施方案，该方法还可以包括通过改变两个衬底子块之间的化学组成(衬底)来形成目标分离层。根据各种实施例，衬底在两个衬底子块之间相对于分割的耐抗性可以通过上述变化被减少。根据各种实施方案，可以通过氢化进行改性。根据各种实施方案，可以通过离子注入形成目标分离层。根据各种实施例，可以通过离子注入(也称为第一离子注入)来实现将第一杂质引入衬底中。根据各种实施例，离子注入可以通过注入至少一个单晶衬底子块来实施。根据各种实施例，所述方法还包括：在分割之前将所述至少一个单晶衬底子块固定到附加衬底。单晶衬底子块可以具有微机械结构的自由悬挂部段和锚定部段(也称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工单晶的衬底(102)的方法，所述方法包括：将所述衬底(102)沿着主处理侧分割(100b)成单晶的至少两个衬底子块(102a，102b)；以及形成(100c)微机械结构(106)，所述微机械结构(106)包括所述至少两个衬底子块(102a，102b)中的至少一个单晶衬底子块。

【技术特征摘要】
2016.09.27 DE 102016118268.01.一种加工单晶的衬底(102)的方法，所述方法包括：将所述衬底(102)沿着主处理侧分割(100b)成单晶的至少两个衬底子块(102a，102b)；以及形成(100c)微机械结构(106)，所述微机械结构(106)包括所述至少两个衬底子块(102a，102b)中的至少一个单晶衬底子块。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底(102)还包括目标分离层(202)，所述两个衬底子块(102a，102b)借助所述目标分离层(202)彼此连接；其中所述分割(100b)通过去除所述目标分离层(202)的结合来实现。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：通过改变所述两个衬底子块(102a，102b)之间的化学成分来形成(200a，200c)所述目标分离层(202)。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述衬底(102)在所述两个衬底子块(102a，102b)之间相对于所述分割(100b)的耐抗性通过所述改变被减小。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：在所述分割(100b)之前，将所述至少一个单晶衬底子块固定(300a)到附加衬底(302)上。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述固定(300a)包括将所述衬底(102)和所述附加衬底(302)彼此键合。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述固定(300a)通过粘附层(304)来实现，所述粘附层(304)被布置在所述至少一个单晶衬底子块和所述附加衬底(302)之间。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中所述附加衬底(302)具有电极(502)；或其中借助所述至少一个单晶衬底子块形成电极(502)。9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中形成(100c)所述微机械结构(106)包括形成附加电极(512)；并且其中所述至少一个单晶衬底子块被布置在所述附加电极(512)和所述附加衬底(302)之间；或其中所述附加电极(512)通过所述至少一个单晶衬底子块形成。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中形成(100c)所述微机械结构(106)包括形成膜(408)或悬臂(410)，所述膜(408)或所述悬臂(410)包括所述至少一个单晶衬底子块。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括：借助离子注入来改变所述至少一个单晶衬底子块的机械特性和/或电特性。12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述分割(100b)之前进行所述改变。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述至少两个衬底子块(102a，102b)包括三个衬底子块；以及其中所述微机械结构(106)包括所述三个衬底子块中的两个衬底子块(102a，102b)和/或其中所述方法还包括：形成(100c)附加微机械结构(116)，所述附加微机械结构(116)具有所述三个衬底子块中的另一衬底子块。14.一种用于加工衬底(102)的方法，所述衬底(102)包括单晶区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·布罗克迈尔，R·拉普，F·J·桑托斯罗德里奎兹，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE