CN113912001A - 用于玻璃上传感器的方法和结构 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及用于玻璃上传感器的方法和结构。用于在衬底上提供半导体层布置的方法包括：提供具有功能层和半导体衬底层的半导体层布置；将半导体层布置附接到玻璃衬底层，使得功能层被布置在玻璃衬底层与半导体衬底层之间；以及至少部分地去除半导体衬底层，使得玻璃衬底层代替作为半导体层布置的衬底的半导体衬底层。

Description

用于玻璃上传感器的方法和结构
技术领域
本公开的实施例涉及用于在衬底上提供半导体层布置的方法。另外的实施例涉及基于该方法的MEMS结构。具体地，本公开的实施例涉及使用玻璃衬底作为传感器层的衬底来生产鲁棒的微机电系统(MEMS)麦克风的方法。
背景技术
在将能量从一个形式转换为另一形式的领域中，换能器通常将一个能量形式的信号转换为另一形式的信号。在电声学中，麦克风被分配用于将声音转换为电。声音借助部件的顶部、盖子中或衬底中的麦克风的底部的声音端口进入封装件。如果端口位于衬底中，则自然在安装麦克风的设备电路板中需要孔，使得声音可以穿过孔。声音穿过声音端口与声学传感器之间的空气空间、前部体积行进并到达声学传感器元件。在电容麦克风的情况下，传感器元件是薄膜。传感器元件随着传入的声压振荡而振动，并且机械振动被转换为电信号。
智能手机、计算机、智能手表或汽车中的麦克风必须小巧、高性能、便宜且鲁棒。最新的麦克风被实现在硅基微机电系统(MEMS)上，这使得MEMS麦克风的生产具有成本效益。然而，一些基于硅的MEMS麦克风在其鲁棒性和生产过程方面可能存在缺陷。例如，蚀刻过程或步骤之后的孔或腔可能包含尖锐角部，这会降低麦克风抵抗合理机械冲击和滥用(例如，手持、轻推、戳、撞击、猛烈加速、变形或振动)的鲁棒性。此外，硅衬底层的蚀刻过程可能导致在设备电路板、声音端口、声学传感器内部或之间的某处残留硅颗粒，从而增加导电硅颗粒短路的风险。
通常，在制造MEMS领域需要提供具有高电气、机械和/或环境鲁棒性的结构。
这样的需要可以通过根据独立权利要求的方法和结构来解决。另外，方法和结构的不同实施例的具体实现方式在从属权利要求中限定。
发明内容
根据一个实施例，用于在衬底上提供半导体层布置的方法可以包括：提供具有功能层和半导体衬底层的半导体层布置；将半导体层布置附接到玻璃衬底层，使得功能层被布置在玻璃衬底层与半导体衬底层之间；以及至少部分地去除半导体衬底层，使得玻璃衬底层代替作为半导体层布置的衬底的半导体衬底层。
根据另一实施例，MEMS结构可以包括玻璃衬底层、在玻璃衬底层处布置的功能层、玻璃衬底层中的、局部地暴露功能层的至少一部分的至少一个开口以及在至少一个开口中的3D结构。
在从属权利要求中描述了进一步的实施例。
附图说明
在下文中，以下参考附图来描述实施例，在附图中：
图1示出了根据一个实施例的用于在衬底上提供半导体层布置的方法的示意性流程图；
图2a示出了根据一个实施例的用于提供半导体衬底层并且在半导体衬底层上形成功能结构的方法的示意性流程图；
图2b示出了根据一个实施例的具有功能层和半导体衬底层的半导体层布置的示意图；
图3a示出了根据一个实施例的被附接到玻璃衬底层的半导体层布置的示意性表示的截面图；
图3b示出了根据一个实施例的被附接到玻璃衬底层的经减薄的半导体层布置的示意性截面图；
图4示出了根据一个实施例的在去除半导体衬底层之后，附接到玻璃衬底层的半导体层布置的示意图；
图5a示出了根据一个实施例的用于提供另外的层并且提供金属化层、钝化层和保护性抗蚀剂层中的至少一个的方法的示意性流程图；
图5b示出了根据一个实施例的在与玻璃衬底层相对的一侧处耦合到半导体层布置的另外的层的示意图；
图6a示出了根据一个实施例的用于在玻璃衬底层中提供至少一个开口、执行激光改性过程并且执行湿法蚀刻过程的方法的示意性流程图；
图6b示出了根据一个实施例的被附接到玻璃衬底层并且在激光改性过程期间的半导体层布置的示意图；
图6c示出了根据一个实施例的在激光改性过程之后，被附接到具有经改性的玻璃材料的玻璃衬底层的半导体层布置的示意图；
图7示出了根据一个实施例的在功能层的与玻璃衬底层相对的一侧处，去除层的至少一部分之后，被附接到玻璃衬底层的半导体层布置的示意图；
图8示出了根据一个实施例的被附接到具有至少一个开口的玻璃衬底层的半导体层布置的示意图；
图9a示出了根据一个实施例的被附接到在至少一个开口中具有3D结构的玻璃衬底层的半导体层布置的示意图；
图9b示出了根据一个实施例的被附接到在至少一个开口中具有备选的3D结构的玻璃衬底层的半导体层布置的示意图；
图9c示出了根据一个实施例的被附接到玻璃衬底层的半导体层布置的示意性底部3D视图；以及
图10示出了根据一个实施例的MEMS结构的示意图。
在使用附图进一步详细讨论本实施例之前，需要指出的是，在附图和说明书中，相同的元素和具有相同功能和/或相同技术或物理效果的元素通常被提供以相同的附图标记或以相同的名称来标识，使得在不同实施例中示出的这些元素及其功能的描述可以相互交换或者可以在不同实施例中彼此应用。
具体实施方式
在下文中，详细讨论了实施例，然而，应当理解，实施例提供了许多可应用的概念，这些概念可以体现在用于在衬底上提供半导体层布置的多种方法中。所讨论的具体实施例仅是对实现和使用本概念的具体方式的例示，并不限制实施例的范围。
在以下实施例的描述中，相同或相似的元素或具有相同功能的元素被提供以相同的附图标记或以相同的名称来标识，并且对被提供以相同的附图标记或以相同的名称来标识的元素的重复描述通常被省略。在以下描述中，阐述了多个细节来提供对本公开的实施例的更透彻的解释。
然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践其他实施例。在其他情况下，众所周知的结构和设备以框图的形式而不是详细地示出，以避免混淆本文中描述的示例。另外，除非另外特别说明，否则本文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。
应当理解，当一个元素被称为“连接”或“耦合”到另一元素时，它可以被直接连接或耦合到另一元素，或者可以存在中间元素。相反，当一个元素被称为“直接”连接到另一元素、被“连接”或“耦合”时，没有中间元素。用于描述元素之间关系的其他术语(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”、“在…上”与“直接在…上”等)应以类似的方式来解释。
为了便于对不同实施例的描述，一些图包括笛卡尔坐标系x、y、z，其中x-y平面对应于(即，平行于)衬底的第一主表面区域(＝参考平面＝x-y平面)，其中相对于参考平面(x-y平面)竖直向上的方向对应于“+z”方向，并且其中相对于参考平面(x-y平面)竖直向下的方向对应于“-z”方向。在以下描述中，术语“横向”是指平行于x和/或y方向，即，平行于x-y平面的方向，其中术语“竖直”是指平行于z方向的方向。
在以下描述中，元素的厚度通常指示这样的元素的竖直维度。在图中，不同的元素不一定按比例绘制。因此，某些元素的厚度，例如玻璃衬底层、半导体衬底层、功能层、衬底、半导体层布置和/或功能结构的厚度可能未按比例绘制。
图1示出了根据一个实施例的用于在衬底上提供半导体层布置的方法100的示意性流程图。方法100包括步骤110：提供具有功能层和半导体衬底层的半导体层布置。方法100还包括步骤120：将半导体层布置附接到玻璃衬底层，使得功能层被布置在玻璃衬底层与半导体衬底层之间。方法100还包括步骤130：至少部分地去除半导体衬底层，使得玻璃衬底层代替作为半导体层布置的衬底的半导体衬底层。
根据一个实施例，在已经代替作为半导体层布置的衬底的半导体衬底层之后，仅在低于400℃的工艺温度下处理半导体层布置。换言之，半导体层布置的玻璃衬底层可以被仅暴露于低于400℃的工艺温度，以确保未受损的玻璃衬底层、保持经改性的玻璃材料结构完整以及对半导体层布置施加较小的应力。例如，在步骤120之后，半导体层布置的处理可以包括仅小于400℃的工艺温度。超过400℃的工艺温度可能例如将玻璃衬底层损坏、破裂、破碎、折断、开裂或压碎，或者导致半导体层布置的鲁棒性降低。
图2a示出了根据一个实施例的方法200的示意流程图。步骤210包括提供半导体衬底层。步骤220包括在半导体衬底层上形成功能层。方法200可以被执行来至少部分地实现方法100的步骤110。备选地，在步骤110中，已包括功能层的层堆叠可以例如基于先前制造等来提供。
图2b图示了可以根据本文描述的实施例获得和/或使用的半导体层布置20a的示意图。根据一个实施例，半导体层布置20a可以包括在半导体衬底层24上的功能层22。层布置20a可以是例如在用于制造结构(例如，MEMS结构)的方法期间获得或提供的晶片堆叠的一部分。例如，方法100和/或方法200可以形成这样的过程的一部分。在这样的制造过程中，多个层布置可以彼此相邻地存在于晶片布置中。晶片级制造可以包括但不限于使用半导体材料。
例如，当已执行步骤110时，可以获得半导体层布置20a。作为非限制性示例，半导体层布置20a被示出为具有相对于半导体衬底层24沿z方向布置的功能层22，层堆叠的主侧平行于x-y平面。
半导体衬底层24例如可以包括诸如块状硅晶片的半导体材料和/或诸如砷化镓等的不同半导体材料。如图2b所示，半导体层布置20a可以将半导体衬底层24与功能层22直接耦合，功能层22包括例如碟形、方形、圆形、环形、圆形或椭圆形形状。可选地，另外的层可以被布置在层布置20a中，例如被布置在半导体衬底层24的、背离功能层22的一侧处、被布置在功能层22的、背离半导体衬底层24的一侧处和/或被布置在功能层22与半导体衬底层24之间。
功能层22可以包括被配置用于提供功能(诸如MEMS功能)的功能结构26。例如，MEMS功能可以包括至少一个机械功能和/或至少一个电子功能。然而，组合也是可能的，例如机电功能。示例包括至少部分地实现麦克风、扬声器、压力传感器、气体传感器和/或不同种类的传感器和/或致动器的功能或功效。功能结构可以包括例如单个层或多个层。例如，电极组可以例如使用在其间的电绝缘层而彼此间隔地堆叠。
附加地或备选地，功能层22可以包括发射器或传感器的至少一部分，来检测其环境中的事件或变化并且将信息传达给其他电子设备，传感器例如是压力传感器、加速度计传感器、磁场传感器、生物传感器、化学传感器、光电传感器、化学感受器、红外传感器、二氧化碳传感器或质量流量传感器。
根据一个实施例，功能结构26可以包括MEMS结构，MEMS结构包括诸如氮化硅、多晶硅、二氧化硅、金属或掺杂半导体材料或其他等同材料的材料。
例如，功能结构26可以用作随着传入的声压振荡而振动的声学传感器元件。例如，图2b图示了功能结构26的MEMS结构，MEMS结构在例如电容器的第一背板结构23与第二背板结构27之间包括膜结构25，以形成被适配用于感测创建输出信号的振荡电容的声音的电容传感器。一个或多个层可以在稍后的结构中被实现为可振动的。备选地或附加地，一个或多个层可以在稍后的结构中被实现为静态的。不同的材料可以被用于层23、25和/或27中的一个或多个。例如，一个或多个层(例如，膜结构25)可以包括金属材料和/或掺杂的半导体材料。
图3a示出了被附接到玻璃衬底层30以形成半导体层布置20b的半导体层布置20b的示意性截面图。例如，当已执行步骤120时，可以获得这样的结构。根据一个实施例，步骤120可以包括执行晶片键合过程，例如玻璃料键合、激光焊接键合或阳极键合。如图3a所示，功能层22被布置在玻璃衬底层30与半导体衬底层24之间，例如并且在选定坐标系内，平行于x-y平面。玻璃衬底层30可以在处理时降低半导体层布置20b的变形风险。与其他材料相比，玻璃层衬底30的高鲁棒性、刚度和稳定性可以在结构的制造和使用期间提供优势。
玻璃衬底层30可以例如包括原始玻璃材料(其未经改性)或者包括改性的玻璃材料(例如通过激光改性过程执行的激光改性而改性)。玻璃衬底层30可以包括诸如钠钙玻璃、光学石英玻璃(熔融石英)、低膨胀玻璃、冕牌玻璃或火石玻璃的绝缘材料。换言之，玻璃衬底层30可以包括光学玻璃、平板玻璃、微片、薄玻璃、薄微片和/或显示器玻璃。
例如，光学玻璃可以具有非常高的材料纯度、可以仅包含少量气泡和夹杂物并且通常具有出色的折射率均匀性。例如，技术平板玻璃可以提供高表面质量、纯度和平整度。技术平板玻璃甚至可以满足工业光学和光电应用的更高要求，并且提供耐高温、高表面质量和/或更高的平整度。然而，薄玻璃、微孔板和显示器玻璃材料也可以提供优势，例如，无碱、超薄、柔韧或重量轻。薄玻璃、微孔板和显示器玻璃材料适用于薄玻璃光学器件、显示器的生产或用于玻璃上芯片工艺。
如图3a所示，半导体衬底层24可以包括的厚度介于50μm至1,000μm之间、100μm至750μm之间或者250μm至400μm之间，例如约250μm+/-25μm。
功能层22可以包括的竖直厚度介于50nm至10,000nm(10μm)之间、300nm至5,000nm之间或者1,000nm至3,000nm之间，例如约1,000nm+/-100nm。
玻璃衬底层30可以包括的竖直厚度介于100μm至1,000μm之间、200μm至700μm之间或者250μm至450μm之间，例如约300μm+/-30μm。备选地，玻璃衬底层30可以包括的竖直厚度介于80nm至1200nm之间、160nm至700nm之间或者250nm至400nm之间或者约330nm+/-30nm。
所描述的值和/或值范围同样适用于本文中描述的其他实施例。
根据一个实施例，步骤130可以包括执行研磨和/或蚀刻过程来研磨半导体衬底层。用于研磨半导体衬底层24的研磨和/或蚀刻过程可以包括沿着半导体衬底层24的z方向蚀刻、减薄或缩短厚度的蚀刻过程。
图3b图示了在执行这样的研磨和/或蚀刻过程之后的半导体层布置20c的示意性截面图，其中出于例示的原因，半导体层布置20c附加地围绕y轴旋转180度，以反转半导体层布置20c来指示作为半导体层布置20c的衬底的半导体衬底层24被玻璃衬底层30代替或替换。
换言之，在成品的生产过程中，例如，当将半导体衬底层布置20c安装在声音所来自并进入成品的器件上时，应获得取向。由于旋转过程被执行，在其上添加半导体衬底层24的功能结构26因此可以相对于成品的目标设计以相反的顺序来提供。
根据一个实施例，半导体层布置20c在执行研磨和/或蚀刻过程之后，可以保持如图3a所示的对准或取向。用于研磨半导体衬底层24的研磨和/或蚀刻过程可以被执行来获得半导体衬底层24的减薄。例如，图3b示出了可以在步骤130期间获得的半导体层布置20c。
图4示出了半导体层布置20d的示意图，半导体层布置20d可以例如通过例如在步骤130之后完全去除半导体层24而获得。备选地，层24的一部分可以在步骤130之后保留。为了至少减薄或甚至去除层24，玻璃衬底层30可以代替作为半导体层布置20d的衬底的半导体衬底层24。
因此，在已经代替半导体衬底层24之后，包括玻璃衬底层30的半导体层布置20d的衬底与包括半导体衬底层24的衬底相比，在生产或随后的序列期间处理半导体层布置20d的同时，增加了半导体层布置20d的鲁棒性并减少了半导体层布置20d的变形。此外，作为衬底的玻璃材料减少了例如通过周围的器件机械结构施加在半导体层布置上的机械压力，以将出现的机械压力均匀地或以稳定、规则的方式扩散在整个玻璃衬底层30之上。
图5a示出了根据一个实施例的方法300的示意流程图。步骤310包括在半导体层布置处、在与玻璃衬底层相对的一侧处提供另外的层。步骤320包括提供金属化层、钝化层以及保护抗蚀剂层中的至少一个。方法300可以被执行来至少部分地实现方法100的步骤130。
图5b示出了根据一个实施例的包括功能层22的半导体层布置20e的截面图，功能层22被布置在玻璃衬底层30与另外的层40之间，例如从而形成保护或密封功能层22免受机械风险(例如，生产中的处理，例如接触、极化或振动)的外壳或封装，半导体层布置20e平行于x-y平面布置。如图5所示，在背离玻璃衬底层30的功能层22侧上布置另外的层(诸如另外的层40)可以导致在半导体层布置20e处执行方法300。
另外的层40的金属化层42可以被布置在功能层22处或功能层22上，从而将功能结构26与例如钝化层46和/或保护抗蚀剂层44耦合，来例如将功能结构26电接触到控制单元，诸如中央处理单元(CPU)、微控制器、处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和/或专用集成电路(ASIC)。电连接可以包括键合线或倒装芯片连接迹线，例如，被布线到衬底中的连接或者接触焊盘，接触焊盘例如经由穿过衬底的连接而在衬底的底部上或经由穿过另外的层40的连接而在另外的层40的顶部上。
保护性抗蚀剂层44可以可选地或附加地布置在与玻璃衬底层30相对的功能层22侧处。根据一个实施例，保护性抗蚀剂层44可以包括掩模结构和/或光致抗蚀剂，以形成针对湿法蚀刻的保护涂层，湿法蚀刻例如包括用于半导体层布置20e的氢氟酸。为了允许后续蚀刻过程的局部选择，保护性抗蚀剂层44可以被布置在与玻璃衬底层30相对的功能层22侧处来提供掩模结构。通过使用例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、重氮萘醌(DHQ)、环氧树脂、γ-丁内酯和/或酚醛清漆作为正或负可固化抗蚀剂，可以获得保护性抗蚀剂层44。
钝化层46可以使用钝化过程(例如，热氧化)而被获得或生成，例如半导体层布置20e通过热氧化而呈惰性，以防止由于与半导体层布置20e接触的空气或其他材料相互作用而改变半导体性质。此外，钝化层46可以包括钝化材料，例如硅或二氧化硅(SiO2)。
金属化层42可以包括介于50nm和5,000nm之间的竖直厚度。
保护性抗蚀剂层44可以包括介于500nm和5,000nm之间的竖直厚度。
钝化层46可以包括介于20nm和2,000nm之间的竖直厚度。
上述值和/或值范围同样适用于本文描述的其他实施例。
图6a示出了根据一个实施例的方法400的示意流程图。步骤410包括在玻璃衬底层中提供至少一个开口，以从玻璃衬底层局部地露出功能层。步骤420包括执行激光改性过程来将玻璃衬底层的材料局部改性为经改性的玻璃材料。步骤430包括执行湿法蚀刻过程来蚀刻经改性的玻璃材料，以获得至少一个开口。方法400的可选步骤440包括在玻璃衬底层中的至少一个开口中提供3D结构。例如，当麦克风的要求包括针对跌落测试、压力冲击测试、声学冲击测试的保护或者翘曲测试和/或性能因素是否需要机械鲁棒性、环境鲁棒性、短期准确性和长期准确性时，方法400可以被执行来至少部分地实现方法100的步骤130。
玻璃衬底层30中的至少一个开口50可以例如包括至少一个开口区域52并且可以位于功能层22的竖直下方或之下，或者沿着z方向布置的功能结构26的直接竖直下方或之下方，以至少部分地露出包括功能结构26的功能层22。
激光改性过程可以包括激光诱导深度蚀刻(LIDE)，例如以根据玻璃衬底层30中的期望布局来创建结构，或者在玻璃衬底层30的整个厚度上将玻璃衬底层改性，从而使得玻璃衬底层30无微裂纹、碎裂和诱导应力。为了使用激光改性过程来将玻璃衬底层30改性，经改性的面积或区域(例如，至少一个开口区域52)可以被激光脉冲穿透。处于玻璃材料由此被损坏或改性的区域中的材料可以稍后通过湿法蚀刻(例如，与蚀刻未经改性的玻璃衬底层30相比时更快速的化学过程)而被去除。
图6b示出了附接到玻璃衬底层30的半导体层布置20f以及玻璃衬底层30中的至少一个开口区域52，玻璃衬底层30被平行于z方向布置的多个激光束53穿透。多个激光束53(例如，平行于沿x方向布置的z-y轴)可以在至少一个开口区域52处穿透原始的或未经改性的玻璃材料。玻璃材料的穿透可能与激光质量相关，例如，在至少一开口区域52处的穿透由一个激光束53来连续执行，或者由多于一个的激光束53同时执行，或者通过将覆盖至少一开口区域52的一个激光束分束来执行。例如，图6b图示了在方法400期间、具体是在步骤420期间的结构。
根据一个实施例，激光改性过程例如在将半导体层布置附接120到玻璃衬底层之前或之后来执行。换言之，通过在步骤120之前执行激光改性过程，激光改性过程可以仅对未经附接的玻璃衬底层30来执行，从而对未经附接的玻璃衬底层30和半导体层布置20f执行单独、同时和/或独立地处理，由此减小过程(例如，激光束、温度、蚀刻或机械压力)对半导体层布置20f的影响。
然而，通过在步骤120之后执行激光改性过程，附接到玻璃衬底层30的半导体层布置20f可以支持在生产(例如，具有一个连续的生产线)期间处理半导体层布置20f，以防止经附接的玻璃衬底层30在激光改性过程期间断裂、爆裂或破裂。
图6c示出了与玻璃衬底层30耦合的半导体层布置20g的截面图，玻璃衬底层30包括经改性的玻璃材料32和玻璃衬底层30中的至少一个开口区域52。至少一个开口区域52可以包括管形式，例如声音端口或声音通道，声音端口或声音通道可以表示腔的入口(例如，未示出的前体积)，用于将例如来自外部环境的声波引导至声音传感器。借助于执行激光改性过程和蚀刻过程，例如可以获得衬底主侧之间的凹槽、开口和/或连接，从而例如形成孔(例如，公共通孔70)的一部分，孔随后从玻璃衬底层30延伸穿过功能层22、到达另外的层40。
由于半导体衬底层布置20g的至少一个开口区域52示例性地包括管形式，所以管形式的直径可以在x-y平面中具有x方向的长度，并且可以包括一长度使得至少一个开口区域52的直径等于形成公共通孔70的至少一个开口50。
玻璃衬底层30的未经改性的或原始的玻璃材料可以例如在至少一个开口区域52处被改性，例如围绕玻璃衬底层30的至少一个开口区域52在x方向上的长度被改性。然而，在执行激光改性过程之后，玻璃衬底层30的原始或未经改性的玻璃材料可能已在至少一个开口区域52中被改性为经改性的玻璃材料32。例如，激光改性过程可以提供经局部改性的材料和/或玻璃材料的局部烧蚀，以允许之后的精确蚀刻。例如，这样的开口区域52可以被布置为当被投影到具有功能结构的公共平面中时，与功能结构26重叠，公共平面平行于x/y平面。这样的定位在图6b和图6c中示出并且允许稍后通过蚀刻来形成公共通孔70。此外，至少一个开口区域52的横向扩展或延伸可以是管形式和/或公共通孔70的直径。备选地或附加地，至少一个开口52可以位于不同的位置处和/或另外的开口可以位于不同的位置处。尽管至少一个开口52被描述为在玻璃晶片30的两个主侧面之间提供开口，但至少一个开口52和/或另外的开口可以在玻璃衬底层30中形成囊或凹部，即，它们可以为玻璃材料的局部但仅部分减薄提供基础，使得玻璃材料被保留在所形成的开口区域中。
图7示出了根据一个实施例的在去除与玻璃衬底层相对的功能层的一侧处的层的至少一部分之后，耦合到玻璃衬底层30的半导体层布置20h的截面图。换言之，去除功能层22的面向另外的层40的一侧处的层的至少一部分可以包括：去除保护性抗蚀剂层44的至少一部分来准备和/或至少部分地影响在后续刻蚀过程中功能层22的开口的尺寸。在层44中生成的凹部58和/或通过蚀刻在层22中获得的凹部或开口的尺寸、直径或面内延伸可以等于至少一个开口52的尺寸或者可以不同。例如，凹部58和/或至少一个开口区域52的尺寸可以是至少50μm且至多3,000μm。
其中功能层22一侧处的层的至少一部分可以被去除的去除可以包括例如湿法蚀刻过程、干法蚀刻过程、机械蚀刻过程或者激光光刻。机械蚀刻过程可以例如包括利用金刚石下钻钻头钻孔、超声钻孔、电化学放电或粉末喷射。干法蚀刻过程可以包括例如等离子体蚀刻和激光蚀刻。激光光刻可以例如包括电子/离子束光刻或纳米压印光刻并且可以例如包括诸如紫外线(UV)光子或X射线的能量源来去除保护性抗蚀剂层44的一部分。例如，在暴露于能量源期间，化学反应在被照射的层中发起，从而改变材料的化学性质。当暴露或未暴露的材料通过湿法蚀刻过程的化学溶剂去除时，可以获得钝化层46的掩模结构。
此外，去除选定区域来创建结构图案或暴露下层的蚀刻过程可以包括体效应蚀刻或湿法蚀刻。选定区域可以例如包括在层或晶片的一个层上的凹部58。作为下层，当与层或晶片的一个层相比时，可以暴露不同材料的导电材料。例如，体效应蚀刻被用于从掩模下方或晶片背侧去除材料，而湿法蚀刻被用于借助液体蚀刻剂(例如，氢氟酸)与待被蚀刻的层之间的化学反应来去除材料。
湿法蚀刻过程可以例如包括盐酸、氢氟酸、氯化氢或N-甲基-2-吡咯烷酮，用于蚀刻玻璃衬底层30的玻璃衬底区域52的经改性的玻璃材料32以及例如功能层22，从而在玻璃衬底层30中获得没有尖锐边缘的至少一个开口50，由此获得增加的鲁棒性和/或刚度，并且例如在衬底上的半导体层布置20h内部没有任何导电颗粒(例如，至少一个开口50中的颗粒)的情况下，降低污染风险，同时保持半导体层布置20h的鲁棒性。
图8示出了例如在已经执行了方法400的步骤430时可以获得的半导体层布置20i的截面图。此外，图8示出了公共通孔70、至少一个开口50和另外的层凹部58。与图7相比，保护性抗蚀剂层44可能例如通过执行湿法蚀刻过程以至少部分地蚀刻保护性抗蚀剂层44而已被去除。因此，公共通孔70包括至少一个开口50，例如，玻璃衬底层30中的腔、功能层22中未覆盖的功能结构56和另外的层凹部58。换言之，至少一个开口50、未覆盖的功能层56和另外的层凹部58的直径在x方向上相等或具有相同的长度，以形成公共通孔70，公共通孔70可以表示进入具有管形式的腔的声音通道。
图9a示出了根据一个实施例的例如在进行方法400的步骤440来获得玻璃衬底层30的至少一个开口50中的3D结构55之后，半导体层布置20k的截面图。3D结构55可以例如由玻璃材料的剩余部分形成并且可以提供附加功能，例如提供颗粒过滤结构、保护结构、防尘网结构、格栅结构或低通过滤结构来保护传感器元件26。
基于激光改性过程，3D结构55可以在与玻璃衬底层30相同的水平或高度处实现，例如作为其剩余部分。这可以允许避免附接附加的结构或层的另外的过程，并且还可以允许避免基于这样的附接而导致的厚度增加。
虽然被图示为沿着z方向被布置在玻璃衬底层的附近或中央，但是3D结构55可以被布置在不同的位置处，例如靠近功能层22的位置或在考虑激光沿深度方向进入玻璃衬底层30时的最深区域。
换言之，在执行步骤440之后，半导体层布置20k可以在至少一个开口50中包括3D结构55，这可以例如通过用于提供至少一个开口50的激光改性过程或者通过在步骤410之后连续的第二激光改性过程而与步骤410同时执行。为了防止半导体层布置20k的内部，至少一个开口50中的3D结构55可以例如包括穿孔结构，以过滤或阻止来自外部的颗粒。因此，3D结构55可以在x方向上的长度上延伸和/或覆盖玻璃衬底层30中的至少一个开口50的直径并且可以类似于至少一个开口50的形式或形状，至少一个开口50的直径例如等于玻璃衬底区域52的直径。例如，如果至少一个开口50包括碟形形式，则3D结构55也将包括碟形形式。
图9b示出了根据一个实施例的半导体层布置201到玻璃衬底层30的截面图，其中在玻璃衬底层30的至少一个开口50中具有两个备选的3D结构55。与图9a相比，3D结构55可以包括沿x/y平面变化的厚度。通过将激光改性过程控制为在x/y平面中的不同位置处提供变化量的改性材料，可以容易地获得这样的配置。尽管被图示为在玻璃衬底层30的两个相对主侧处具有变化的高度轮廓，特别是在激光改性过程期间仅从单侧穿透玻璃衬底层30时，3D结构55可以仅在单侧(例如与面向功能层22的一侧相对的一侧)处包括变化的高度轮廓。任何合适的主体可以在3D结构55中获得，例如在玻璃衬底层30与3D结构55之间安装或附接3D结构55的圆锥、三角形、圆形、弧形、楔形、楔体形或矩形形式。如图9b所示，3D结构55在一个安装或附接侧上包括锥形3D结构57并且在x方向上的锥形3D结构的相对安装或附接侧处包括矩形3D结构59。例如，3D结构55在玻璃衬底层30与半导体层布置201之间的安装或附接可以例如通过形式和/或者玻璃衬底层30与3D结构55之间的更厚的安装或附接来支撑或稳定3D结构55免受环境条件、污染和滥用的影响。
图9c示出了根据一个实施例的包括功能层22、玻璃衬底层30中的至少一个开口和3D结构55的半导体层布置20m的立体底部3D视图。如图9c所示，3D结构55可以例如被布置在玻璃衬底层30中、位于玻璃衬底层30的第一主表面区域31与第二表面区域33之间或者被布置在第一主表面区域31或第二表面区域33处，从而减少玻璃衬底层30可能粘附颗粒的边缘或边界的数量。
图10示出了根据一个实施例的MEMS结构500的截面图。MEMS结构500可以包括功能层22，功能层22被布置、耦合或直接耦合在玻璃衬底层30的第一主表面区域31处，玻璃衬底层30包括局部露出功能层22的至少一部分的至少一个开口50。根据一个实施例，局部露出可以导致未覆盖的功能结构56。在沿横向方向x和/或y的至少一个开口50中的、在z方向上(即，垂直于玻璃衬底层30的主表面31的表面法线)的变化的厚度或高度轮廓54可以例如在3D结构55中被实现为在如图10所示在至少一个开口50或两者的组合中无偏。
根据一个实施例，MEMS结构500包括玻璃衬底层30、在玻璃衬底层30处布置的功能层22、玻璃衬底层30中的至少一个开口50(局部地露出功能层22的至少一部分)以及至少一个开口50中的3D结构55。
根据一个实施例，MEMS结构500的3D结构55在沿与玻璃衬底层30的主表面31的表面法线垂直的横向方向x方向的至少一个开口50中，在z方向上包括变化的厚度54。
描述了可以单独使用或者与本文描述的特征和功能组合使用的附加的实施例和方面。
根据一个实施例，用于在衬底上提供半导体层布置的方法，包括：提供具有功能层和半导体衬底层的半导体层布置；将半导体层布置附接到玻璃衬底层，使得功能层被布置在玻璃衬底层与半导体衬底层之间；以及至少部分地去除半导体衬底层，使得玻璃衬底层代替作为半导体层布置的衬底的半导体衬底层。
根据一个实施例，将半导体层布置附接到玻璃衬底层包括执行晶片键合过程。
根据一个实施例，提供半导体层布置包括：提供半导体衬底层，以及在半导体衬底层上形成功能层。
根据一个实施例，去除作为半导体层布置的衬底的半导体衬底层包括：执行研磨过程和/或蚀刻过程来研磨半导体衬底层。
根据一个实施例，方法还包括在半导体层布置处、在与玻璃衬底层相对的一侧处提供另外的层。
根据一个实施例，另外的层包括金属化层、钝化层以及保护性抗蚀剂层中的至少一个。
根据一个实施例，方法还包括在玻璃衬底层中提供至少一个开口，以从玻璃衬底层局部地露出功能层。
根据一个实施例，在玻璃衬底层中提供至少一个开口包括激光改性过程。
根据一个实施例，在玻璃衬底层中提供至少一个开口包括：激光改性过程，用于将玻璃衬底层的材料局部改性为经改性的玻璃材料；以及湿法蚀刻过程，用于蚀刻经改性的玻璃材料来获得至少一个开口，其中激光改性过程在将半导体层布置附接到玻璃衬底层之前或之后执行。
根据一个实施例，提供至少一个开口包括：在玻璃衬底层中的至少一个开口中提供3D结构。
根据一个实施例，方法还包括在功能层的、与玻璃衬底层相对的一侧处，去除层的至少一部分。
根据一个实施例，方法还包括在已经代替作为半导体层布置的衬底的半导体衬底层之后，仅在低于400℃的工艺温度下处理半导体层布置。
根据一个实施例，功能层包括膜结构。
根据一个实施例，MEMS结构包括：玻璃衬底层、被布置在玻璃衬底层处的功能层、玻璃衬底层中局部地露出功能层的至少一部分的至少一个开口；以及在至少一个开口中的3D结构。
根据一个实施例，MEMS结构的3D结构在沿着与玻璃衬底层的主表面的表面法线垂直的横向方向的至少一个开口中包括变化的厚度。
尽管某些方面已在设备的上下文中被描述为特征，但是很明显，这样的描述也可以被视为对方法的对应特征的描述。尽管某些方面已在方法的上下文中被描述为特征，但是很明显，这样的描述也可以被视为关于设备功能的对应特征的描述。
在上述具体实施方式中，可以看出，为了简化本公开，在示例中将各种特征分组在一起。该公开方法不应被解释为反映所要求保护的示例需要比每个权利要求中明确叙述的特征而更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，主题可能存在于少于单个公开示例的所有特征。因此，所附权利要求由此被并入具体实施方式中，其中每项权利要求可以独立作为单独的示例。虽然每个权利要求均可以独立作为单独的示例，但是应注意，尽管从属权利要求在权利要求中可以指代与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例也可以包括从属权利要求与其他从属权利要求的主题的组合或者每个特征与其他从属或独立权利要求的组合。除非声明不打算进行特定的组合，否则本文建议此类组合。此外，即使该权利要求不直接从属于独立权利要求，它也旨在包括任何其他独立权利要求的权利要求的特征。
上述实施例仅用于例示本公开的原理。应当理解，对本领域技术人员而言，本文中描述的布置和细节的修改和变化将是显而易见的。因此，其意图是仅受未决专利的权利要求的范围限制，而不是受通过本文实施例的描述和解释呈现的具体细节的限制。
尽管本文已图示和描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，各种备选和/或等效实现方式可以被用于替代所示出和描述的特定实施例。本申请旨在涵盖本文讨论的特定实施例的任何修改或变化。因此，这些实施例旨在仅由权利要求及其等同物来限制。
一些或所有方法步骤可以通过(或使用)硬件设备来执行，硬件设备例如是微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，一个或多个最重要的方法步骤可以由这样的设备来执行。
根据某些实现方式要求，本发明的实施例可以以硬件或以软件或至少部分以硬件或至少部分以软件来实现。实现方式可以使用具有存储在其上的电子可读控制信号的数字存储介质来执行，数字存储介质例如是软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存，电子可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作)来执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作，从而执行本文所述的方法中的一个方法。通常，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，程序代码可操作用于执行方法中的一个方法。程序代码可以例如被存储在机器可读载体上。
其他实施例包括在机器可读载体上存储、用于执行本文描述的方法中的一个方法的计算机程序。换言之，本发明方法的一个实施例因此是具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，程序代码用于执行本文中描述的方法中的一个方法。
因此，本发明方法的另一实施例是数据载体(或者数字存储介质，或者计算机可读介质)，数据载体其上记录有用于执行本文所述方法中的一个方法的计算机程序。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非暂态的。
因此，本发明方法的另一实施例是数据流或信号序列，数据流或信号序列表示用于执行本文中描述的方法中的一个方法的计算机程序。数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接、例如经由互联网来传输。
另一实施例包括处理装置，例如计算机或可编程逻辑设备，处理装置被配置为或被适配用于执行本文中描述的方法中的一个方法。另一实施例包括其上安装有用于执行本文所述方法中的一个方法的计算机程序的计算机。
根据本发明的另一实施例包括被配置为向接收器传送(例如，电子地或光学地)用于执行本文中描述的方法中的一个方法的计算机程序的设备或系统。接收器可以例如是计算机、移动设备、存储器设备等。设备或系统可以例如包括用于将计算机程序传送到接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可以被用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作来执行本文所述的方法中的一个方法。通常，方法优选地由任何硬件设备来执行。
本文中描述的设备可以通过硬件设备来实现，也可以使用计算机或者使用硬件设备和计算机的组合来实现。本文中描述的方法可以使用硬件设备、或者使用计算机、或者使用硬件设备和计算机的组合来执行。

Claims (15)

1.一种用于在衬底上提供半导体层布置的方法(100)，包括：
提供(110)具有功能层和半导体衬底层的半导体层布置；
将所述半导体层布置附接(120)到玻璃衬底层，使得所述功能层被布置在所述玻璃衬底层与所述半导体衬底层之间；以及
至少部分地去除(130)所述半导体衬底层，使得所述玻璃衬底层代替作为所述半导体层布置的所述衬底的所述半导体衬底层。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中将所述半导体层布置附接(120)到所述玻璃衬底层包括执行晶片键合过程。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中提供(110)所述半导体层布置包括：
提供(210)所述半导体衬底层；以及
在所述半导体衬底层上形成(220)所述功能层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中去除(130)作为所述半导体层布置的所述衬底的所述半导体衬底层包括：执行研磨过程和/或蚀刻过程来研磨所述半导体衬底层。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
在所述半导体层布置处、在与所述玻璃衬底层相对的一侧处提供(310)另外的层。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述另外的层包括金属化层、钝化层以及保护性抗蚀剂层中的至少一个。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
在所述玻璃衬底层中提供(410)至少一个开口，以从所述玻璃衬底层局部地露出所述功能层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述玻璃衬底层中提供所述至少一个开口包括激光改性过程。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中在所述玻璃衬底层中提供所述至少一个开口包括：
激光改性过程，用于将所述玻璃衬底层的材料局部改性为经改性的玻璃材料；以及
湿法蚀刻过程，用于蚀刻经改性的玻璃材料来获得所述至少一个开口，其中所述激光改性过程在将所述半导体层布置附接到所述玻璃衬底层之前或之后执行。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中提供所述至少一个开口包括：在所述玻璃衬底层中的所述至少一个开口中提供3D结构。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
在所述功能层的、与所述玻璃衬底层相对的一侧处，去除层的至少一部分。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
在已经代替作为所述半导体层布置的所述衬底的所述半导体衬底层之后，仅在低于400℃的工艺温度下处理所述半导体层布置。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述功能层包括膜结构。
14.一种MEMS结构，包括：
玻璃衬底层(30)；
功能层(22)，被布置在所述玻璃衬底层(30)处；
至少一个开口(50)，在所述玻璃衬底层(30)中，局部地露出所述功能层(22)的至少一部分；以及
3D结构(55)，在所述至少一个开口(50)中。
15.根据权利要求14所述的MEMS结构，其中所述3D结构(55)在沿着与所述玻璃衬底层(30)的主表面(31)的表面法线垂直的横向方向的所述至少一个开口(50)中包括变化的厚度。
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